PLC和变频器实现电气自动化控制的探讨

PLC和变频器实现电气自动化控制的探讨

张龙,蔡光云

日照钢铁 山东省日照市岚山区 276800

摘要：PLC与变频器是工业自动化控制技术的重要构成部分，在现代工业生产领域占据着重要地位，结合使用PLC与变频器有实用性强、可靠性高、抗干扰能力强等诸多优势，利用其能显著提升电气自动化控制水平，协助企业提升产品生产效率及过程安全性，进而创造出更加理想的社会经济效益。

关键词：PLC；变频器；电气自动化；控制

引言

电气自动化设备中的PLC控制系统运用，能够进一步提高设备的自动化运行水平，从而提升其工作效率。若在设备运行中出现故障，该系统也可以通过监测，对比异常数据，从而定位故障并完成基础分析，能够降低维修工作难度，提高电气自动化系统的运行效果。相关技术人员必须了解PLC控制系统在自动化系统中的应用方式，使PLC控制系统为电气自动化设备的正常运行提供技术支持。

1PLC技术

PLC也就是可编程逻辑控制器，是利用数字运算展开操作从而实现编程的存储装置，用来对计算机进行的控制，专门执行和控制逻辑运算。PLC的硬件结构和计算机结构是相同的，工作原理可以分成是3个阶段，包括输入采样阶段、执行阶段以及输出阶段。在采样阶段中，PLC将输入数据和输入状态展开扫描，同时依照单元形式在映像区输入。随之进入到后续阶段，在输入数据之后产生变化。存入映像中的数据并不会出现改变。只有输入脉冲信号的时候，才会再次读入后面的数据。在执行阶段中，PLC按照由上到下的顺序对用户程序进行运算，通过运算结果可以确定逻辑线圈的位置。在这个过程中，如果使用指合可以读取对应点，且映像寄存器值不会出现改变，程序在取值的时候，输出过程孵会对寄存器产生影响，这和立即输入存在很大的差别。在输出阶段中，CPU依据映像区的状态、数据，对输出锁存电路进行输出，输出电路将会驱动设备运行，让电气自动化控制得以实现。

2电气自动化设备中的PLC控制优点

（1）处理效率高。PLC控制系统中继电器极为重要。与传统的控制器不同，继电器的合理应用，可以大大提高PLC控制系统的运行效果，并切实提高自动化设备管理工作的水平。另外，继电器可以满足无导线情况下的系统运行，还能够无视节点变位的时间及其返回系数等问题带来的负面影响，进一步简化了数据的处理流程，能够大幅度提高工作效率。（2）操作较为便利。PLC控制系统应用于电气自动化设备管理工作中，不仅能够提高系统运行效率、设备生产效率等基础指标，还能够提高设备的生产效率及工作质量。PLC控制系统的独特优势，能够使其直接完成传达控制指令的工作，操作便利且十分高效。在PLC控制系统下，工作人员只需要在设备存在问题时，解析指令或读取信息，就能够了解当前电气自动化设备中存在故障的位置以及系统当前的工作状态，不仅降低了设备的操作难度，还能够提高工作效率。（3）安全、可靠。PLC控制系统用于电气自动化设备管理工作中，具备极高的安全性及可靠性。技术人员需合理并规范应用PLC控制系统，便可提高电气自动化设备的抗干扰能力，为电气自动化设备提供运行安全保障，从而有效提高设备运行效率。

3电气自动化控制内PLC、变频器的应用

3.1PLC与变频器选择

要综合品牌、功率、电流、电压、实际负载、运用场所等因素后再选择变频器，购置产品过程中要认真检查配件是否齐全，明确是否需要单独购置控制面板，是否需配备滤波器、制动电阻单元等。关于PLC的选用，一般是从其实际运用的视角出发，一般建议依照控制功能或输入输出点数多少选择产品型号。依照功能差异选用大、中、小不同档次的PLC，对于用户群体而言，很难选出整体性高的PLC产品。基本输入输出点数、品牌对PLC型号起到了决定作用。模块型PLC能对外提供多种拓展模块，能够帮助用户结合输入输出点数灵活进行搭配选用。

针对PLC与变频器型号的选择，应结合实际工程质量要求加以选择，选择适宜度最高的PLC控制器具有很大现实意义。要选择高质量的变频器，只有这样才能使设计生产效率及过程安全性得到更大保障。当前，市面上可供选择的变频器产品类型较多，各个型号变频器对PLC控制器在功能及性能方面提出的要求也有差异，在选用变频器时，要着重评估其和PLC模块之间的匹配程度。为确保PLC模块的应用效率，要全面掌握PLC输入的类型，明确其正常运行时所需电压及电流接入情况。

3.2PLC在变频器内的应用

西门子S7PLC变频器是西门子公司生产制造的，其400PLC及以上的PLC能够系统化控制我国大中型石化企业生产规模及诸多生产要素。S7PLC变频器自身具有十分强大的现场应用功能，一方面其运用PLC编程技术自动化操控及运行了工艺流程、仪表测定、电气设备及故障处置等，另一方面该系统能基于计算机处理实现对流量统计值、阀门开闭状态、温度保护、压力调控等的界面化呈现与操控，利用PLC编程实现数据的图形化，进而显著增强人机互动性，操作过程更加精简，并且系统还具备故障报警、复位等自动处理功能。

3.3PLC在电气自动化控制内的应用

在电气自动化控制领域内，PLC技术多被用在闭环、开关量、顺序控制三大方面上。在闭环控制内，PLC技术能高效率、有秩序地输录各种数据资源，为了实现设计目标也会对局部进行修正。PLC用在开关量控制方面，能基于合理的方式提升电气系统的运作效率，确保整个系统运行的平稳性。工作人员合理运用PLC技术，能减少精准有效地控制电气自动化控制系统的顺序性，在顺序控制内应用PLC系统，能使电气系统完整地呈现出现场传感、远程控制模块，全面提升电气设备的运行效率。

3.4变频器在电气自动化控制内的应用

在电气自动化控制领域内，运用变频器可以替代电网控制柜、空气开关等诸多模块，进而精简系统的运行流程，降低成本费用，节省能源资源，全面提升生产效率。可以采用变频器调节控制电气设备的功率。电气自动化控制时间实践中，设备功率过高时会运用高压供电，运行安全性明显降低，在这种工况下配合运用变频器能快速地把很多大功率电气设备的供电电压调节成低电压，进而提高电气设备现场使用的安全性，有益于延长设备的使用寿命。

4 PLC与变频器连接的三种方法

4.1 PLC模拟量输出模块控制变频器
PLC模拟量输出模块输出0～5V电压信号或4～20mA电流信号，用于变频器的模拟量输入信号，控制变频器输出频率。这种控制接线简单，但要选择与变频器输入阻抗匹配的PLC输出模块，并且PLC模拟量输出模块价格昂贵，还需采取分压措施使变频器适应PLC的电压信号范围，连接时注意将布线分开，保证主电路一侧的噪声不传至控制电路。
   4.2 PLC的开关量输出控制变频器
PLC开关量输出可以与变频器的开关量输入端直接相连。这种控制方式接线简单，抗干扰能力强。PLC的开关量输出控制变频器的启动／停止、正／反转、点动、转速和加减时间等，可实现较为复杂的控制要求，但只能有级调速。
使用继电器触点进行连接时，存在因接触不良而误操作现象。使用晶体管进行连接时，则需要考虑晶体管自身的电压、电流容量等因素，保证系统的可靠性。另外在设计变频器的输入信号电路时，还应注意输入信号电路连接不当，也会造成变频器误动作。
   4.3 PLC与RS-485通信接口的连接
标准变频器都有一个RS-485串行接口（有的也提供RS-232接口），采用双线连接，其设计标准适用于工业环境的应用对象。单一的RS-485最多可以连接30台变频器，而且根据各变频器的地址或采用广播信息，都可以找到需要通信的变频器

结束语

PLC自身具备强大的抗干扰能力，运行可靠性高，这也是其近些年在工业控制领域内应用范畴不断拓展的主要原因，其在实践中开发出了很多规模有差异的系列化产品，进而增强对各种工业化控制场景的适应能力。在新时期，PLC已经被用在石油、化工、机械、钢铁、电力等诸多行业生产中，在数据处置、过程调控、模拟量设计等方面发挥着重要作用。

参考文献

[1]姜国正.PLC在电气自动化控制中的应用研究[J].冶金与材料,2021,41(06):45-46.

[2]吝锐军.PLC在电气自动化控制中的价值及实践探究[J].新型工业化,2021,11(12):236-237+240.

[3]郭筱君.PLC技术在电气工程自动化控制中的应用[J].电子技术与软件工程,2021,No.217(23):93-94.

[4]孙源.PLC技术在电气工程自动化控制中的运用[J].电子技术与软件工程,2021,No.217(23):103-105.