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PLC与变频器实现电气自动化控制的设计探究李仁利

发表时间：2020/5/21 来源：《基层建设》2020年第3期作者：李仁利马吉民

[导读] 摘要：PLC与变频器结合起来在电气设备之中的应用可行性是十分的高的。

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        摘要：PLC与变频器结合起来在电气设备之中的应用可行性是十分的高的。也拥有着以往方式所不具备的优势。未来的发展前景是十分广阔的。然而，在现实中投入使用还有着一定的不足，相信在不久的未来会有人研究出方法，让PLC与变频器的结合使用变得更加的完善。
        关键词：PLC与变频器：自动化控制：应用
        1 引言
        PLC在电气控制方面的应用非常广泛，它属于一种可编程逻辑控制器。当今变频技术方面的发展很迅速，作为这项技术的关键部分，变频器技术很可能会代替直流调速技术。不过变频器在实际应用过程中，对人工操作非常依赖，需要进一步改进人机互动功能。PLC技术可以解决人机互动能力的缺陷，能够弥补变频处理器数据分析处理能力，两者单独的缺陷通过完美的结合实现了互补。
        2 变频器技术特点
        变频器的功能主要是通过PLC编程来实现的，基本的工频变化是通过对功率半导体器件的通电和断电来实现的。6SE70变频器用于港口自卸车的技术特点如下。
        2.1 节能效果明显
        6SE70变频器可根据电机的具体负载情况和预先设定的编程程序来控制电机的负载。在主从控制系统中，对电机的转速和不同电机需要承受的负载进行合理的调整和匹配，以减少系统运行过程中的能量损耗。根据相关理论，系统能耗与电机转速的立方成正比。
        2.2 可靠性高
        一方面是由于变频器普遍采用软启动，在启动过程中不会产生冲击电流，能够有效实现对于电网运行的安全保护，保证电网运行的安全可靠性；另一方面是由于变频器技术的不断升高使得变频器的运行更加稳定，不会对系统中的电气设备产生谐波干扰，保证其他设备运行的可靠性，同时能够减少在系统中滤波器的安装使用，降低成本。
        3 PLC自动控制技术在变频器中的应用
        3.1 实现通信协议的方法
        当PLC自动控制技术在变频器中应用的过程中，最关键应用的就是通信协议，就通信协议自身来说，可以根据差异性的特点将其划分为MOD-BUS通信协议和自由口通信协议两种形式。因元件的输入端和电源相接的接地方式就称为是信号地；将单片机和直流电源直接相接的方式就称为是电源地。为了减少输入线路、输出电路以及线路负载对电网的影响，应该对单片机进行接地处理。根据信号频率进行接地方式的选择，通常要求接地线路电阻小于一百欧姆，接地线路截面面积在两平方毫米之上。
        3.2 抑制线路干扰措施
        电网传入和传出线路、控制线路以及变压器连接线路应该为双绞线，输入和输出线路、电源线、控制线以及电网动力线路应该单独配线。大负荷机械和单片机配线应该相互独立，如果这两路线必须安放在一个线槽内，必须将其分开捆扎。另一种办法是在不同的槽中运行线路，单片机线路与重型机械线路之间的距离越大越好，这样可以减少大功率电器对单片机正常工作的干扰。利用半导体元件对单片机接受到的信号进行调制转换，利用电磁元件或者是光感元件对单片机接受到的信号进行隔离转换，之后再对转换后的信号进行解调处理，同时隔离电源信号，通过这种方法确保信号变换之后信号仍然保持独立性，各种信号之间不会产生相互干扰。
        3.3 抑制电源干扰
        抑制功率干扰的主要方法有以下四种：首先，选择电源，要求供电性能良好，良好的隔离性能，设置高压放电的元素，当地元素和电缆屏蔽屏蔽元素，等等，各种线路的布局（如信号线、电源线、电源线）应合理，使各种线具有良好的磁导率和电导率的影响，该系统的组件屏蔽了由编程模块、CPU和变压器产生的电导和磁导；二是抑制变频器干扰。

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由于滤波器的抗干扰性能强，也可以避免电源设备本身的干扰，，反应堆可以用来避免变频器产生的电磁干扰的过程中能量传输。三是合理进行变压器接地。使用不同的变压器接地方法，对变压器干扰的抑制具有完全不一样的效果。一般来说，电源输入输出电路应该进行接地的设置，而电源次级线路不应该进行接地。另外，为了避免接地线路对各种机械设备产生的电磁辐射，应该将滤波电路插入到电源的输入端口，通过这种方法减少大地对单片机工作的影响；四是调整电源，电网在正常工作中会存在电压波动的问题，而电压的波动将会影响到单片机系统的正常运行，通常利用集成电压器以及多级滤波系统进行欠电压、过电压的处理。
        4 PLC自动控制技术在变频器中的应用
        4.1 主从控制的工作原理
        （1）第一种方式是利用传动带等设备将主传动的电机轴与从传动灵活连接。因为使用柔性连接，它可以确保电动机转矩的一致性，但会有一个固定的速度差异的主要动力和奴隶，有必要控制奴隶的速度驱动一步一步，以确保主传动电动机的速度和奴隶驱动电动机都是相同的。
        （2）第二种方式是利用齿轮链条等进行固定连接，能够保证主驱动电机和从驱动电机之间速度的一-致。这种情况下由主驱动电机进行速度控制，从驱动电机只能采取转矩控制，通过从驱动转矩的输出来平衡主驱动和从驱动电机之间负荷分配。
        （3）第三种方式是速度控制与转矩控制结合的方式。在一些特殊工况下不能充分保证电机转速的--致性，可以借助具有主从控制性能的变频器来实现两种控制方式的切换，满足具体的工作需要。
        4.2 PLC和变频器的优点
        随着时代的不断发展，社会机械化程度越来越高。PLC与变频器的合作是一场革命，它改变了原有电气设备的控制方式，使电气设备的控制更加自动化和安全。
        首先，它小而灵活。PLC是一种体积小、编程简单、安全性高的计算机。它与逆变器的协同工作是利用计算机来控制逆变器，从而控制其他设备。PLC和变频器体积小，便于工人携带、调试和维修。工作人员不再需要逐个检查一系列高大沉重的电气设备，只需要修理两个相对较小的设备就可以完成检查。PLC或变频器损坏，容易更换。
        第二，减少干扰。不同的电气设备同时使用的时候，由于电磁的作用可能会对周边的设备产生一定的干扰。计算机控制变频器则可以通过对输入设备的电力的调节减少不同设备之间的干扰。PLC与变频器综合使用，可以通过对电流的控制，减少设备之间的电磁干扰。延长设备的使用寿命。
        第三，加强设备防护。在PLC中，可以设置与设备使用要求相关的保护机制。当设备即将出现问题时，计算机控制变频器切断电源，保护设备。减少不必要的损失。例如，在工厂里有一系列的工作。按照之前的供电方式，设备损坏会导致电源开关关闭。与此同时，停电也影响了工人们的逃生。在PLC与变频器的集成使用中，只有部分问题会被打破，这对其他方面没有影响。
        第四，耗能低。PLC设置相应的指令让变频机在相对应的时候对电流进行相应的控制。使设备在使用的时候减少了不必要的能量流失，从而降低耗能。相比于以前的电力控制方式而言，PLC与变频器的综合使用减少了以往电力控制的多个环节，从而实现了电力的更大化应用，缺少了中间过程的损耗，大大的降低了能源的消耗。
        第五，更高的安全性。在使用电气设备的过程中，如有任何故障。计算机可以通过电流的变化来检测出故障的机器。然后我们可以在一段时间内发出警告，并开始应急计划。综合运用PLC和变频器，可以在最短的时间内确定设备的故障位置并发出警告。能够在最短的时间内保障设备和人员的安全，在一定程度上提高利益和安全保障。
        5 结语
        随着社会的不断发展，人们对机械的要求越来越高。随着机械向自动化、智能化方向发展，PLC和变频器也在机械中得到应用。这两项技术已经成为或将成为未来机械自动化的主要应用手段。
        参考文献：
        [1]马西锋.基于ET200的G150变频器与PLC的自动化控制研究[J].海峡科技与产业，2017（3）：153-155.