PLC自動控制技術(shù)在變頻器中的運(yùn)用分析

曹炎廣 王懷

河南輕工職業(yè)學(xué)院 河南 鄭州 450002

引言

在我國工業(yè)高速發(fā)展的社會背景下，企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模全面擴(kuò)大，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)水平日漸提升，機(jī)器設(shè)備已經(jīng)基本實現(xiàn)了自動化改造，現(xiàn)階段，PLC自動控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用在多個領(lǐng)域中。傳統(tǒng)的變頻器其控制性能靈活性較差，操作過程較為復(fù)雜，需要在其中投入大量的人力和時間成本。但是將PLC自動控制技術(shù)用在變頻器中，好比是在機(jī)器系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置了一個小型的計算機(jī)邏輯編輯器，可以改變傳統(tǒng)變頻器操作性靈活性等不足，讓變頻器進(jìn)行自動化運(yùn)行，減少人工操作所帶來的誤差，實現(xiàn)對設(shè)備的精準(zhǔn)管控，改善變頻器的工作效率，以達(dá)成企業(yè)的自動化生產(chǎn)經(jīng)營發(fā)展目標(biāo)。對于幫助企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益、生產(chǎn)效率，降低人力資源成本，有著非常重要的現(xiàn)實作用。

1 PLC自動控制系統(tǒng)原理

1.1 系統(tǒng)控制原理

相對于傳統(tǒng)的企業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)，PLC自動控制系統(tǒng)的可操作性更強(qiáng)，可對企業(yè)操作指令進(jìn)行自動化編程。在將指令傳送到控制系統(tǒng)中之后，可以實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)制造的自動化，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

1.2 PLC自動控制系統(tǒng)的使用價值

PLC自動控制系統(tǒng)的抗干擾能力較強(qiáng)，可對內(nèi)部數(shù)據(jù)信息進(jìn)行更為高效率、高質(zhì)量的辨識。另外，PLC控制系統(tǒng)體積較小，將其使用在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，不會占有太大的面積。尤其是將其用在變頻裝置中，可以利用PLC技術(shù)本身具備的集成功能，真正達(dá)成企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備操作的自動化目標(biāo)，確保設(shè)備控制過程的連續(xù)性和實效性[1]。

結(jié)合PLC控制工作原理，PLC自動控制系統(tǒng)其實就是中樞性控制結(jié)構(gòu)。通過對內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的整合、采集，可以對數(shù)據(jù)的波動情況進(jìn)行動態(tài)分析，了解數(shù)據(jù)信息和標(biāo)準(zhǔn)信息存在的差異，并綜合數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)要求，明確信號在其轉(zhuǎn)化過程中，指令行為是否得到精準(zhǔn)落實。若是發(fā)現(xiàn)基本參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)形式出現(xiàn)明顯差距，則會通過系統(tǒng)自動觸發(fā)警報，提醒工作人員對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)或更改指令，實現(xiàn)指令傳輸模式的自動化變更。在整個變更過程中，數(shù)據(jù)信息的傳遞過程可以通過系統(tǒng)進(jìn)行自動化記錄，并對信息進(jìn)行全過程動態(tài)反饋，保障了數(shù)據(jù)信息傳遞的精準(zhǔn)有效。這樣一來，在系統(tǒng)接收到操作指令的過程中，則可以對實際狀態(tài)和系統(tǒng)操作指令程序進(jìn)行對比，并綜合系統(tǒng)的運(yùn)行需求，適當(dāng)更改運(yùn)行模式，提高系統(tǒng)效率的同時，還可以提高企業(yè)的設(shè)備操作質(zhì)量。

2 現(xiàn)代變頻器中的常見問題

2.1 電動機(jī)過載

目前在我國工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營發(fā)展過程中，電動機(jī)為其中無法缺少的重要設(shè)備。但是由于變頻器在其運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，很容易由于變頻器故障引發(fā)電動機(jī)的過載，進(jìn)而導(dǎo)致電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)異常，帶來不同程度的生產(chǎn)威脅，影響工作人員的安全電動機(jī)過載問題，主要表現(xiàn)于以下幾個方面：首先是電動機(jī)本身的散熱功能較差，導(dǎo)致變頻器無法順利運(yùn)轉(zhuǎn)；其次是電動機(jī)一直處于高壓、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，其性能較差，導(dǎo)致變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)效率下降。

2.2 變頻器參數(shù)設(shè)置

在變頻器的實際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，參數(shù)設(shè)置得是否有效，將會對變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)帶來直接影響。若是參數(shù)設(shè)置無法滿足要求，則會導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)異常故障，無法保障企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的有序性[2]。因此確保參數(shù)設(shè)置的合理有效，已經(jīng)成為企業(yè)設(shè)備管理工作中的重點(diǎn)內(nèi)容。在變頻器參數(shù)設(shè)置上，主要包括以下幾個方面：首先是加速時間、減速時間；其次是轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償；最后是過載保護(hù)和頻率限制設(shè)置。通過對變頻器輸出功率上下限度的合理設(shè)置，可以進(jìn)一步降低變頻器輸出功率過載問題帶來的系統(tǒng)故障。在實際工作過程中，需要結(jié)合變頻器的實際使用需求來對變頻器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

2.3 加減速過電流故障

但我國工業(yè)行業(yè)的發(fā)展過程中，使用到的變頻器多以固定功率為主，但是固定功率很難滿足新時期企業(yè)的生產(chǎn)制造發(fā)展需求。因此在變頻器的使用過程中，很容易出現(xiàn)電流故障，進(jìn)而導(dǎo)致變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)效率下降。通過對變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)實際情況的分析，變頻器出現(xiàn)電流故障問題的誘發(fā)因素主要是加速變流或是減速電流。因此需要加強(qiáng)對先進(jìn)變頻設(shè)備的引進(jìn)，強(qiáng)化技術(shù)研發(fā)，在明確加速電流故障和減速電流故障問題的前提下，制定出針對性的改善方案，以確保企業(yè)生產(chǎn)制造過程的有序性。

2.4 變頻器過熱

在變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其運(yùn)轉(zhuǎn)時間較長就會產(chǎn)生大量熱能，進(jìn)而導(dǎo)致其溫度上升。若是無法將其中的多余熱能排除出去，熱量堆積在變頻器內(nèi)，就會對變頻器的運(yùn)行效率帶來影響，長此以往，甚至?xí)?dǎo)致其線路燒壞，引發(fā)企業(yè)的生產(chǎn)安全危險。

3 PLC自動控制技術(shù)在變頻器中的運(yùn)用策略

3.1 選擇變頻器及PLC模塊型號

在我國正式提出工業(yè)4.0發(fā)展計劃之后，工業(yè)企業(yè)的發(fā)展已經(jīng)從傳統(tǒng)的擴(kuò)張規(guī)模、高速發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量發(fā)展，更加注意提高企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營效率，改善產(chǎn)品制造質(zhì)量。作為在企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程中無法缺少的電子構(gòu)件，變頻器將會對企業(yè)的生產(chǎn)能力帶來直接影響。將PLC自動控制技術(shù)使用在變頻器中，可以提高變頻器的使用效率，相較于其他控制技術(shù)，PLC自動控制技術(shù)的功能適應(yīng)性更強(qiáng)，可以使用在頻率、生產(chǎn)要求不同的變頻器中。在選擇PLC模塊型號時，其選擇標(biāo)準(zhǔn)可結(jié)合以下幾方面內(nèi)容[3]：首先是需要結(jié)合工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營發(fā)展現(xiàn)狀，保障變頻器的性能參數(shù)符合企業(yè)的生產(chǎn)需求；其次是需要保障PLC模塊型號統(tǒng)一，一方面可對變頻器系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一化管理，減少管理成本，另外一方面也可以使得系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性有所增強(qiáng)，規(guī)避模塊型號存在較大差異導(dǎo)致其功能和系統(tǒng)運(yùn)行的不順暢；最后是在選定PLC模塊型號之后，需要結(jié)合變頻器具體特征，保障端口和信號格式選擇的精準(zhǔn)有效，以方便后期系統(tǒng)管理規(guī)劃的有序性。

3.2 通信協(xié)議

所謂通信協(xié)議，主要是指在雙方進(jìn)行通信時需要遵守的規(guī)則和約定。在實現(xiàn)通信協(xié)議的過程中，可以通過通道和設(shè)備進(jìn)行連接，并銜接到不同位置的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的分工協(xié)作、資源共享。將PLC技術(shù)使用在變頻器中，重點(diǎn)在于如何實現(xiàn)通信協(xié)議[4]。一般狀況之下，變頻器系統(tǒng)使用的通信協(xié)議共分為兩種類型，分別為自由接口通信協(xié)議和MOD-BUS通信協(xié)議。在系統(tǒng)的運(yùn)作過程中，通信協(xié)議的實現(xiàn)需要綜合PLC控制技術(shù)特征，保障通信協(xié)議模式選擇的有效性。首先需要進(jìn)行系統(tǒng)的通信調(diào)試，PLC控制技術(shù)和變頻器使用的通信協(xié)議多是利用PLC的自動控制能力實現(xiàn)對變頻器的調(diào)整，因此進(jìn)行通信協(xié)議調(diào)試是確保PLC自動控制技術(shù)發(fā)揮出最大功能的重要途徑。其次，PLC自動控制技術(shù)和變頻器需要確保其語法的統(tǒng)一，語法主要包括3項內(nèi)容，分別為信號編碼、數(shù)據(jù)格式和信號等級。語法的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，可以保障通信系統(tǒng)建立得更為完善，通信過程更為順暢。

3.3 變頻器自動控制

結(jié)合我國工業(yè)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，企業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行使用到的變頻器水平雖然得到了全方位地改善，但是總的來看，仍有很大的進(jìn)步空間。舉例來說，在人機(jī)互動上仍未達(dá)到理想目標(biāo)，變頻器使用效率始終無法得到創(chuàng)新性突破。將PLC技術(shù)使用在變頻器控制系統(tǒng)中，可以優(yōu)化我國多個行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營水平，達(dá)成人機(jī)互動，其中包括軍事、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和科學(xué)研究，真正地解放了人力資源，無須將人員工作重點(diǎn)放在繁復(fù)、機(jī)械性的體力勞動中，也可以為人員提供一個更為安全可靠的工作環(huán)境[5]。例如，變頻器端子是連接器中的一類，其位置在變頻器的后蓋處，可以實現(xiàn)和控制回路以及主回路的有效連接。變頻器端子數(shù)量相對較多，其作用及價值在于，可以傳輸類型不同的電信號，也可以在系統(tǒng)中進(jìn)行直接導(dǎo)電。通過運(yùn)用變頻器中本身就存在的端子，實現(xiàn)和PLC控制系統(tǒng)的硬件連接，可以發(fā)揮出兩種設(shè)備的不同價值及優(yōu)勢。目前在PLC控制系統(tǒng)和端子的連接形式上，主要分為兩種連接方式，分別是模擬量端子連接和數(shù)字端子連接。兩種連接方式的差異在于，模擬量端子連接并不是真正意義上的端子，而是通過運(yùn)用PLC控制板塊來進(jìn)行連接。而數(shù)字量端子連接方式則是因為數(shù)字輸入端口本身就有I/O端子，因此在進(jìn)行變頻器的調(diào)節(jié)時，系統(tǒng)調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)率將會更高，可提高生產(chǎn)效益。

3.4 控制變頻器輸出頻率

在變頻器中使用PLC自動控制技術(shù)，可以結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營發(fā)展需求，利用PLC自動控制技術(shù)中的信息檢測、數(shù)據(jù)智能處理以及系統(tǒng)編程操作等功能，改善了系統(tǒng)在其生產(chǎn)制造過程中的抗干擾能力，尤其是對于提高變頻器的輸出頻率控制效果，有著非常重要的現(xiàn)實作用。主要體現(xiàn)于以下幾個層面[6]：首先，通過PLC自動控制技術(shù)的模擬量，對輸出模塊給出變頻器頻率信號。一般狀況下，企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)用到的電流輸入模式為直流電流和直流電壓，可以直接將直流電流、直流電壓使用在變頻器的接收端口中；其次，通過運(yùn)用PLC技術(shù)中的數(shù)字量，實現(xiàn)信號的全面輸出，可以調(diào)節(jié)變頻器的輸出功率，實現(xiàn)了數(shù)字信號量輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)和變頻器數(shù)字量輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)的全面銜接，滿足企業(yè)的輸出、輸入功率調(diào)節(jié)需求；最后，通過運(yùn)用變頻器中的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)功能，可以進(jìn)行系統(tǒng)的無級調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)的生產(chǎn)制造過程進(jìn)行加速或減速調(diào)整。

4 PLC自動控制技術(shù)在變頻器中的保障措施

4.1 加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)

將PLC技術(shù)用在企業(yè)的變頻器系統(tǒng)中，有著較高的專業(yè)化操作需求，需要專業(yè)化人才團(tuán)隊來為技術(shù)使用提供保障，因此需要針對有關(guān)技術(shù)人員開展理論知識和操作技能的定期培訓(xùn)，提高其自動化生產(chǎn)實踐能力。在培訓(xùn)時，需要適當(dāng)拓寬技術(shù)人員視野，掌握PLC技術(shù)使用現(xiàn)狀，明確技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)，同時了解未來的發(fā)展趨勢，通過激勵機(jī)制、提供培訓(xùn)學(xué)習(xí)機(jī)會等，為相關(guān)工作人員創(chuàng)造出一個更為完善的技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境，建設(shè)專業(yè)化的PLC技術(shù)人才團(tuán)隊。

4.2 明確PLC技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

將PLC技術(shù)使用在變頻器自動控制中，想要進(jìn)一步展現(xiàn)出其作用和價值，需要制定出明確的技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)，保證技術(shù)使用過程的高度規(guī)范。具體來說，可以結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營情況，制定技術(shù)使用的操作、檢測流程手冊，并綜合現(xiàn)場生產(chǎn)資源和條件，制定出針對性的監(jiān)督管理機(jī)制，以保障技術(shù)使用的有效性。

5 結(jié)束語

綜上所述，在變頻器裝置中使用PLC技術(shù)，可以實現(xiàn)對變頻裝置的自動化管控，數(shù)據(jù)信息的獲取更為精準(zhǔn)，提高了系統(tǒng)指令定位的精準(zhǔn)性，確保質(zhì)量信息傳遞的高效，系統(tǒng)操作精準(zhǔn)度得到改善，對于達(dá)成我國的工業(yè)4.0發(fā)展計劃，幫助企業(yè)走向高質(zhì)量發(fā)展之路，有著非常重要的現(xiàn)實意義。需要有關(guān)技術(shù)工作人員了解PLC技術(shù)的原理及使用要點(diǎn)，并不斷加強(qiáng)創(chuàng)新研發(fā)，早日趕超國際先進(jìn)水平。