基于PLC控制的变频器在自动化生产线中的应用

基于PLC控制的变频器在自动化生产线中的应用

王超郑涵波

（石横特钢集团有限公司山东肥城271612）

摘要：促进变频技术和PLC自动控制技术的有效结合，对我国社会经济的发展具有积极的促进意义。一般自动化生产线用PLC、变频器、伺服驱动、人机界面等实现控制。PLC作为整个设备的核心部件———控制器，接收外部信号，根据控制要求，发出指令控制电机、气缸、液压缸等执行机构按要求动作。基于此，文章就PLC控制的变频器在自动化生产线中的应用进行简要的分析，希望可以提供一个借鉴。

关键词：PLC控制；变频器；自动化生产线；应用

1.PLC自动控制技术简介

“PLC”是“可编程逻辑控制器”的英文缩写。它将工业控制技术同计算机科技相“联姻”，目前已在我国的工业建设当中获得了广泛推广，在很大程度上促进了我国工业生产的自动化。

PLC的硬件设施大体上由中央处理单元、输入输出电路系统、存储器这些部件组成。其软件设施则分为系统与用户两方面的应用程序。PLC主要用于顺序控制工作，其工作程序分别由输入采样、程序执行和输出刷新三大部分组成。

为了克服继电器控制系统当中发生时序失配、触点竞争等不良情况，PLC通常依靠循环扫描与连续扫描两种手段来工作。在进行输入采样时，PLC通过扫描的手段，对输入端的通断情况进行有效分析，并发送至映像寄存器。在进行程序执行时，PLC按照实现预设的程序，来先后执行所有的程序指令。通过输出和输入寄存器来获得元件通断状态，根据相关程序开展计算，再把获得数据发送到输出映像寄存器中。在进行输出刷新时，输出映像寄存器会将信息发送至输出锁存器中，并将其转化位对外控制信号，驱动输出设备。这一系列的操作程序共同形成了完整的扫描周期，通常来说，每个扫描周期在数个ms至数十个ms。

2.变频器简介

变频器是一种专门把50至60Hz的工频电源，转化成不同频率的交流电源，使电动机能够进行变速的设备。在控制电路上，变频器采用高性能的微处理器。它通过A/D和D/A接口，来进行信号的接收处理工作。对信号的处理由启停和正反转操作控制信号组成。一般来说，在PLC自动控制系统当中，尽管变频器接收的信号为模拟信号，但是这种信号通过A/D的加工处理可转变为数字信号，并发送至微处理器。不同型号的变频器在工作原理上是大致相同的，其控制手段基本上由矢量控制，转矩控制，转差频率控制，协调控制等方面组成。

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。因此在实际应用的过程中，人们需要根据具体的应用情况，来决定采取哪种形式。一般在变频器中，多是采用专用通信协议，指的是变频器与PLC两者之间签订的专用协议，通过有效的应用PLC自动控制技术，就能够实现变频器与PLC自动控制系统中的自动控制，就能够有效的运用变频器。除此之外，人们在分析通信协议的过程中，还应该注重调试通讯效果，通过提高技术方法的合理性和科学性，来增强变频器在应用过程中的稳定性、安全性和可靠性，这样PLC自动控制技术的价值也能够得到更加充分的体现。

3.2实现变频器自动化控制的方法

在变频器中运用PLC自动控制技术，实现变频器的自动化控制也是重要的应用之一。在应用PLC自动控制技术的过程中，自动化控制效果的实现是通过I/O端子来完成的。在PLC自动控制技术中，主要可以分成I/O端子和PLC控制系统两个部分的内容，如果这两个部分的内容能够得到有效结合的话，其应用效果能够得到很好的实现和提升。在企业生产中，为了保证连接方式合理性的话，第一步就必须对变频器和PLC自动控制系统自身特点的充分考虑，根据自身实际实际的需求，来设置和调整变频器中原先的频率，这样就能够满足各项生产需求。

4.基于PLC控制的变频器在自动化生产线中的应用

4.1系统组成自动化生产线分拣单元的结构图

其控制要求为：当工件由输送单元放到分拣单元入料口的传送带上，由光电传感器检测到物料后，延时1s后变频器驱动电机正转，电机驱动传送带移动，带着工件到分拣检测区，由光纤传感器检测出物料的颜色、金属传感器检测出物料的材质后，物料继续前行，PLC根据物料的属性，在对应料槽的位置让传送带停止，并由气缸将其推入料槽，推到位后气缸缩回，完成一个工作周期。在工作过程中，变频器的频率由触摸屏上的频率输入设定值输入框设定。传送带的位置控制由一个旋转编码器测量，并将信号传回PLC，由PLC的高速计数器来计数，通过程序来实现。

4.2控制过程

4.2.1硬件连接

要实现PLC对变频器的控制，进行数据的传输，可以选择端子控制，也可以通过RS485通讯方式实现。这里选择了端子的连接控制，在硬件上要进行连接。本图只画出了PLC与变频器之间的信号连接线，其他接线略。在图中，变频器3、4号端子是模拟量输入，接PLC的模拟量输出端子M和V，是将触摸屏给定的频率数传给变频器。变频器的5、6、7号端子是数字量输入，在本文的控制中，只需控制电机的启停及正转，所以使用了5号端子，8号端子是电源，在控制时利用PLC的Q0.0控制电机启动及正转，故将Q0.0接5号端子，1L接8号端子，实现数字控制。变频器的12、13号端子是模拟量输出，在控制中需要监控电机转速，所以将其接到PLC的模拟量输入端子M和A+。

4.2.2PLC程序编制

编制PLC程序时，要注意PLC模拟量输出的格式。在S7-200CPU224XP中，通过D/A变换方式向变频器输入模拟量的频率指令，以实现电机速度连续调整。信号格式有电压和电流两种，电压信号范围是0～10V，电流信号是0～20mA，在PLC中对应的数字量满量程都是0～32000，这里采用电压信号。变频器频率和PLC模拟量输出电压成正比关系，模拟量输D/A转换器转换而来，模拟量和数字量也成正比关系，因此频率和数字量是成正比关系。分拣单元工作时，变频器的频率给定值来

分拣单元工作时，变频器的频率给定值来自触摸屏，触摸屏与自动化生产线主站通过RS485通讯，传输的地址为VW1002，然后再从主站通过RS485通讯口及PPI通讯协议传送到分拣站，在分拣站还是将频率给定值放在VW1002地址的存储空间中。

在PLC中，需要将VW1002存放的频率给定值进行一定关系的变换，再从模拟量输出端口V、M传输到变频器的模拟量输入口3、4端口。变频器模拟输入区的频率区域为0～50Hz，而PLC对应的数字量为0～32000，用一个16位的地址AQW0来输出，所以需要将所给的频率值变换成对应的数字量，即频率给定值乘以640即可得到对应的数字量。

综上所述，PLC自动控制技术在我国的诞生与快速发展，使我国的工业在很短的时间内实现了自动化。因此，人们应该更加的重视和关注PLC自动控制技术，进一步的深入分析和研究该技术，能够有效的拓展其应用范围。

参考文献：

[1]崔海樱.PLC型DCS控制系统在自动化生产线电子控制系统中的应用[J].电子技术与软件工程，2016，24：142-143.

[2]吴晓鸣.基于PLC与变频器的自动化生产线供水控制系统的开发[J].科技创新导报，2013，29：50.