摘要：PLC自动控制技术可以弥补变频器数据分析处理能力不足的现象，同时也可以使变频器可以具备人机互动的能力，从实际角度对其进行分析可以发现，PLC自动控制技术与变频器的结合真正达到1+1>2的效果。本文对变频器中PLC自动控制技术的特点进行简要分析，并对该设备选型及实施措施等方面进行了详细阐述。
关键词：PLC；变频器；自动控制；应用
1.PLC自动控制系统的特点简介
PLC（Programmable Logic Controller）自动控制技术被称为可编程逻辑控制器，其主要是运用可编程逻辑控制器来代替传统继电器来执行逻辑控制的功能，而根据PLC的特点可以将其定义为一种微型计算机，而这种微型计算机主要的控制功能是应用于工业生产制造领域，对提高现代工业制造领域的生产效率与质量有着重要作用。PLC自动控制技术的编程相对较为简单，操作人员只要经过短期培训便可以充分掌握，而且PLC自动控制系统在应用中具有稳定性强、准确性高、抗干扰能力较好等特点，与目前工业制造领域中所使用的其他控制系统相比，PLC自动控制系统的使用寿命相对较长且运行稳定性好，PLC控制系统的结构设计使其具有很强的通用性，其连接方式灵活、功能丰富以及体积小等，这都是PLC自动控制系统的特点。在实际应用中，PLC控制系统的控制对象如果只是1台电机，那么只需要1台PLC控制系统就可以达到所需要的控制效果，但是这种情况下要求PLC控制系统的质量、性能等方面相对较高，PLC控制系统主要通过收集、分析和综合来自变频器的全部信息来做出相应指令，并将这些指令传递给报警装置和变频器。PLC控制系统的主要工作原理是系统输出的信号来控制变频器，以此来实现系统对电子转速的自动控制，同时传感器和变频器的运行情况也被反馈到PLC控制系统中，系统并对这些数据信息进行自动分析，从而在运行出现故障或发生事故时，PLC控制系统会及时发出声光警报。
2.1 PLC与变频器的原理
2.1 PLC的原理
PLC即可编程逻辑控制器，是一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置，近年来在工业生产自动化领域得到了广泛应用。PLC的硬件系统主要由中央处理单元、输入输出电路、存储器等构成，软件系统主要由系统程序和用户程序构成。PLC的主要功能为顺序控制，工作过程可依次分为输入采样、程序执行、输出刷新，其控制系统如（图1）所示。
循环、连续扫描是PLC的工作方式，可以有效避免继电器控制系统中出现时序失配、触点竞争等问题。在输入采样环节，PLC利用扫描获取所有输入端的通断状态，之后将其存入映像寄存器。在程序执行环节，PLC按照一定顺序对程序指令进行逐条执行，利用输入、输出映像寄存器从而获取元件通断状态，并按照用户程序进行运算，在输出映像寄存器中存入运算结果。在输出刷新环节，输出锁存器会接收到输出映像寄存器中的信息，将其转化为控制信号对外输出，进而驱动输出设备。以上的工作过程为PLC循环扫描中的一个扫描周期，一般情况下，扫描周期为几ms到几十ms。
2.2 变频器的原理
所谓的变频器具体是指能够将50-60Hz的工频电源转变为各种频率的交流电源，实现电动机变速运行的装置。其结构如图2所示。
变频器的控制电路为高性能的微处理器，其利用A/D和D/A接口接收相关信号并加以处理，具体包括启停及正反转操作控制信号的处理。通常情况下，在PLC自动控制系统当中，PLC输入至变频器的信号为模拟信号，该信号经过A/D转换成数字信号后传输会给微处理器。虽然变频器的种类相对较多，但其基本工作原理却大致相同，控制方式主要有以下几种：矢量控制、转矩控制、转差频率控制、协调控制等等。
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3.PLC自动控制技术在变频器中的具体应用
3.1 PLC与变频器选型
3.1.1PLC。在整个控制系统当中，PLC是核心，在充分考虑工业生产现场环境恶劣的前提下，并经过技术经济性比选之后，决定选用西门子公司研制开发的S7系列PLC中的S7-300PLC。大量的应用实践表明，该系列的PLC在自动化系统中具有着强大的控制功能，其使用范围较广，从替代继电器的简单控制到复杂的自动化控制均有所涉及。
3.1.2变频器。目前，在电力电子、微电子等技术的发展非常迅速，同时，半导体生产工艺的改进使其价格大幅度降低，从而使得变频调速装置在工业领域中的应用越来越广泛。为了确保变频器与PLC之间的通信，故此选用西门子公司出品的G120系列的变频器。
3.2通信协议实现的措施
通信协议根据其特点可以分为通用和专用两种，同时也可以将其划分为自由口通信协议和MODBUS通信协议，使用专用通信协议是指变频器和PLC之间预定指令的通信协议，这样才能实现PLC系统在运行过程中对变频器的有效控制。自由口模式下，通过自由口通信协议不仅可以有效实现PLC系统对通信自由程序的控制，同时也可以实现不同型号变频器相互之间的通信，因此，在完成通讯调试与程序编写的前提下，可以采用自由口通信模式来保证PLC系统与变频器之间通信的可靠性、稳定性以及安全性。Modicon公司于1979年提出MODBUS通信协议，MODBUS通信协议自出现起便一直被作为网络通信行业的主要标准，通过分析其特点我们可以了解到，MODBUS通信协议在本质上属于串行通信协议，并且其在实际应用中可以支持CRC与LPC的校验。
3.3实现PLC与变频器技术的措施
3.3.1变频器技术和PLC技术可通过通信协议实现。通信协议包括两种类型，即专用型和通用型。而通用协议也可分为两种，即自由口通信协议与MODBUS通信协议；其中专用通信协议的定义为，MPI协议与M系变频器之间通信的PPI与USS协议，是PLC与变频器之间预定指令的通信协议，专用通信协议能够实现PLC对变频器的有效控制。有效运用自由口通信协议，在自由口模式下可有效控制通信自由程序，还能够在不同类型的变频器之间实现通信功能。所以，要以程序编写与通讯调试为基础，利用自由口通信模式，有效提升PLC和变频器之间的可靠性。一九七八年，施耐德旗下的Modieon公司提出了MODBUS通信协议，这个通信协议始终被当作国际标准甚至行业标准进行应用，经过对通信协议的分析可知，MODBUS通信协议是串行的，属于非常典型的通信协议，并且为LPC和CRC校验提供有效支持。经过实践可知，几乎所有的变频器都能够对该项通信协议提供支持。
3.3.2PLC变频器技术可通过PLC和变频器I/0端子的连接来实现，根据实际应用情况又把该方法分成两个方向，一个方向是PLC和数字输入端连接采用模拟量端子连接PLC，另外一个方向是PLC本身不必携带模拟端子，把变频器模拟量端子连接到PLC扩展模块上，实现控制目标。由于PLC自身带有大量的I/O端子，所以需要利用数字输入端和PLC进行连接，可使用导线与变频器的输入端相连接。相对于后者，不但可以控制变频器的启动或者停止，还能够调整变频器提前设置好的频率值，当大量数字量输入端子存在于变频器中时，就能够得到大量的预定频率值。
结语
PLC自动控制技术在变频器运用的过程中，有效的减少了传统工厂企业对人工操作的依赖性，使得在工作中人工和机器之间更有协调性。因此，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。
参考文献
[1]王洁，李江红.浅析变频器中PLC自动控制技术的运用[J].科技展望，2015，25（21）：134.
[2]宋飞.PLC自动控制技术在变频器中的应用研究[J].机电信息，2013，（15）：117+119.
论文作者:郑娟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/25
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