论文部分内容阅读
[摘 要]PLC自动控制技术的优越性给我国的变频器生产带来了一次新的“革命”，极大地推动了我国工业的进步。本文首先对PLC和变频器的原理进行介绍，并在此基础上对PLC自动控制技术在变频器中的具体应用进行研究。
[关键词]PLC自动控制技术；变频器；运用
中图分类号：TP507 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）36-0311-01
1 PLC与变频器的结构和原理
PLC是一种可编程逻辑控制器，是采用数字运算进行操作的电子系统，主要是为了工业生产而专门设计的系统。在PLC中使用可编程的存储器，当运行存储命令时，可以同时执行逻辑运算、顺序控制、计数等多项命令，能够通过多种方式进行控制从而完成整个生产过程。PLC的主要功能是能够实现顺序编程，采用的是循环扫描工作方式，整个工作流程可以分为三个阶段：第一步，输入采样，PLC可以通过扫描将输入端通断状态进行读取，并传输到存储器（输入映像）中；第二步，执行程序，PLC会按照顺序程序逐条执行指令，从存储器中读取有关元件的通断状态，然后按照用户编辑的程序命令进行逻辑运算，再将运输结果存入到存储器（输入映像）中；第三步，输入刷新，PLC将存储器中的运算结果以控制信号的方式向外输出，驱动输出设备执行结果。
变频器是运动控制系统中的功率变换器，能够为机电提供可控的高性能变压变频的交流电源，而得到迅猛发展。变频器的大量推广使用，在节能、省力化、自动化及提高生产率、提高质量、减少维修和提高舒适性等多方面都取得了不错的应用效果。变频器主要由整流电路、直流中间电路、逆变电路以及其它周边电路组成。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。
2 PLC实现控制的全过程
（1）在程序设计之前要提前做好准备，要从整体上认识和了解系统信息，掌握受控对象，有效利用硬件及软件，编制出品质高的程序。
（2）设计程序框图，应当根据软件和控制系统需求对程序框图进行设计，先确定好程序的结构图，再参照设计标准内容对程序结构图进行绘制，最终按照工艺要求内容把所有功能单元的功能框架全部绘制出来。
（3）编程要按照已经设计好的程序结构图进行，在程序设计整体工作中，这部分是关键，编写程序时要求按照程序结构图逐条进行。
（4）测试已完成编写的程序，在测试过程中出现任何问题都要及时进行调试检测和改进，要确保程序始终保持正常运行。
（5）程序说明的书写内容，程序说明书既介绍了编写程序内容，也总结了程序设计的相关工作。
3 PLC自动控制技术在变频器中的具体应用
3.1PLC与变频器选型
（1）PLC。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。
（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变频器自动化控制的实现方法
（1）通过I/O端子实现自动化控制。PLC自動化控制技术需要利用PLC和变频器的I/O端子予以实现，在实现的过程中可根据实际情况的不同，将其划分为两个不同的实现方向，即模拟量端子与PLC连接和数字输入端与PLC连接。前者是指在PLC自身不带模拟量端子的情况下，只需连接PLC的扩展模块与变频器模拟量端子，便可以实现自动化控制；后者是指在PLC自身携带I/O端子的情况下，可利用导线连接PLC与变频器的输入端子实现自动化控制。这种实现方法可有效启动或停止变频器，对变频器的预定频率进行设置。若变频器的数字量输入端子较多，则可获取较多的固定频率。
（2）借助DP通信协议实现自动化控制。可将S7-300PLC作为主站，并将G120变频器作为从站，由PLC向G120传送运行指令，同时接受来自于G120反馈回来的运行状态及故障报警信号。变频器现场总线控制系统的核心是通信协议，可借助DP通信协议来实现自动化控制的目标。DP通信协议的数据电报结构分为网络数据、协议层和电报头，其中网络数据具体是指PPO，包括参数值PKW和过程数据PZD，前者是G120变频器运行时需要定义的一些功能码，后者则是变频器运行过程中要输入和输出的一些数据值，如速度反馈值、频率给定值等等。DP通信协议共有两种类型的网络PPO，一类是无PKW却有2或6个字的PZD，另一类是有PKW并且还有2、6或10个字的PZD。对网络数据进行如此定义的主要目的是为了完成不同的任务，这样PKW与PZD之间的传输便可以互不影响，两者均能够独立工作，从而使变频器能根据上一级自动化系统的指令运行。
参考文献
[1]李晓臣.PLC自动控制技术变频器的特点[J].中外企业家，2014（2）：204-204.
[2]袁帅，彭金仲，李凯.PLC自动控制技术在变频器中的运用[J].通讯世界，2017（2）：228-228.
[3]王魁.变频器中PLC自动控制技术的运用分析[J].电子技术与软件工程，2015（6）：179-179.
[关键词]PLC自动控制技术；变频器；运用
中图分类号：TP507 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）36-0311-01
1 PLC与变频器的结构和原理
PLC是一种可编程逻辑控制器，是采用数字运算进行操作的电子系统，主要是为了工业生产而专门设计的系统。在PLC中使用可编程的存储器，当运行存储命令时，可以同时执行逻辑运算、顺序控制、计数等多项命令，能够通过多种方式进行控制从而完成整个生产过程。PLC的主要功能是能够实现顺序编程，采用的是循环扫描工作方式，整个工作流程可以分为三个阶段：第一步，输入采样，PLC可以通过扫描将输入端通断状态进行读取，并传输到存储器（输入映像）中；第二步，执行程序，PLC会按照顺序程序逐条执行指令，从存储器中读取有关元件的通断状态，然后按照用户编辑的程序命令进行逻辑运算，再将运输结果存入到存储器（输入映像）中；第三步，输入刷新，PLC将存储器中的运算结果以控制信号的方式向外输出，驱动输出设备执行结果。
变频器是运动控制系统中的功率变换器，能够为机电提供可控的高性能变压变频的交流电源，而得到迅猛发展。变频器的大量推广使用，在节能、省力化、自动化及提高生产率、提高质量、减少维修和提高舒适性等多方面都取得了不错的应用效果。变频器主要由整流电路、直流中间电路、逆变电路以及其它周边电路组成。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。
2 PLC实现控制的全过程
（1）在程序设计之前要提前做好准备，要从整体上认识和了解系统信息，掌握受控对象，有效利用硬件及软件，编制出品质高的程序。
（2）设计程序框图，应当根据软件和控制系统需求对程序框图进行设计，先确定好程序的结构图，再参照设计标准内容对程序结构图进行绘制，最终按照工艺要求内容把所有功能单元的功能框架全部绘制出来。
（3）编程要按照已经设计好的程序结构图进行，在程序设计整体工作中，这部分是关键，编写程序时要求按照程序结构图逐条进行。
（4）测试已完成编写的程序，在测试过程中出现任何问题都要及时进行调试检测和改进，要确保程序始终保持正常运行。
（5）程序说明的书写内容，程序说明书既介绍了编写程序内容，也总结了程序设计的相关工作。
3 PLC自动控制技术在变频器中的具体应用
3.1PLC与变频器选型
（1）PLC。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。
（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变频器自动化控制的实现方法
（1）通过I/O端子实现自动化控制。PLC自動化控制技术需要利用PLC和变频器的I/O端子予以实现，在实现的过程中可根据实际情况的不同，将其划分为两个不同的实现方向，即模拟量端子与PLC连接和数字输入端与PLC连接。前者是指在PLC自身不带模拟量端子的情况下，只需连接PLC的扩展模块与变频器模拟量端子，便可以实现自动化控制；后者是指在PLC自身携带I/O端子的情况下，可利用导线连接PLC与变频器的输入端子实现自动化控制。这种实现方法可有效启动或停止变频器，对变频器的预定频率进行设置。若变频器的数字量输入端子较多，则可获取较多的固定频率。
（2）借助DP通信协议实现自动化控制。可将S7-300PLC作为主站，并将G120变频器作为从站，由PLC向G120传送运行指令，同时接受来自于G120反馈回来的运行状态及故障报警信号。变频器现场总线控制系统的核心是通信协议，可借助DP通信协议来实现自动化控制的目标。DP通信协议的数据电报结构分为网络数据、协议层和电报头，其中网络数据具体是指PPO，包括参数值PKW和过程数据PZD，前者是G120变频器运行时需要定义的一些功能码，后者则是变频器运行过程中要输入和输出的一些数据值，如速度反馈值、频率给定值等等。DP通信协议共有两种类型的网络PPO，一类是无PKW却有2或6个字的PZD，另一类是有PKW并且还有2、6或10个字的PZD。对网络数据进行如此定义的主要目的是为了完成不同的任务，这样PKW与PZD之间的传输便可以互不影响，两者均能够独立工作，从而使变频器能根据上一级自动化系统的指令运行。
参考文献
[1]李晓臣.PLC自动控制技术变频器的特点[J].中外企业家，2014（2）：204-204.
[2]袁帅，彭金仲，李凯.PLC自动控制技术在变频器中的运用[J].通讯世界，2017（2）：228-228.
[3]王魁.变频器中PLC自动控制技术的运用分析[J].电子技术与软件工程，2015（6）：179-179.