PLC与变频器相结合应用技术
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GM运行与应用
自控与监测 Autocontrol & Monitoring
PLC 与变频200) 李传伟
【摘 要】 介绍变频器和 PLC 配合使用的联接方法 , 设计安装使用时的注意事项 , 以及抗干扰的一些 方法 。 【关键词】变频器 PLC 抗干扰
(收稿日期 : 2005/ 08/ 02)
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2005 年第 11 期
GM 通用机械
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
自控与监测 Autocontrol & Monitoring
运行与应用 GM
(4) 当把变频器和 PLC 安装在同一操作柜中时 , 应尽可能分开与变频器有关的电缆和与 PLC 有关的电 缆 。
(5) 通过使用屏蔽线和双绞线达到提高抗噪声水平 的目的 。此外 , 当配线距离较长时 , 对于模拟信号来说 采取 4～20mA 的电流信号或在途中加入放大电路等措施 提高抗噪声水平 。
在使用继电器接点的场合 , 为了防止出现因接触不 良而带来的误动作 , 需要使用高可靠性的控制继电器 。 而当使用晶体管集电极开路形式进行联接时 , 也同样需 要考虑晶体管本身的耐压容量和额定电流等因素 , 使所 构成的接口电路具有一定的裕量 , 以达到提高系统可靠 性的目的 , 如图 2 所示 。
电源电路本身可能遭到破坏 , 所以也应加以注意 , 并采
取相应的措施 。
21 频率指令信号输入
如图 4 所示 , 频率指令信号可以通过电压信号 (0～
10V , 0～5V , 0～6V) 和电流信号 (4～20mA) 输入。使用
时必须依据输入信号的类型正确选择 PLC 的输出模块。
图 5 输入信号电平转换
四 、小结
变频器与 PLC 配合使用时 , 应特别注意系统的可靠 性问题 。尤其是变频器所产生的高次谐波 , 可以通过多 种方式对 PLC 产生影响 。通过分析 , 提出了一些解决问 题的方法 。随着新技术和新理论在变频器及 PLC 上的不 断应用 , 它们本身存在的这些问题有望通过本身的功能 和补偿来解决 。
接口卡 , 可以直接利用 BCD 信号或二进制信号设定频率 指令 , 如图 6 所示 。其特点是避免模拟信号电压降和温 度变化带来的误差 , 保证频率设定的精度 。
图 2 输入信号电路的正确接法
(a) 非绝缘输入 (b) 绝缘输入
在设计变频器的输入信号电
路时还应注意到 , 输入信号
电路联接不当也会造成变频
及输入输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪声 用的变压器等 。此外 , 如有必要 , 在变频器一侧也应采 取相应措施 , 来增大线路在干扰频率下的阻抗 , 使得在 基频下的阻抗极小 , 但对于频率较高的谐波电流 , 却能 呈现出很高的阻抗 , 起到有效的抑制作用 , 如图 13 所 示。
(3) 对于通过辐射传播的干扰信号 , 主要通过吸收 的方法来削弱 , 如图 14 所示 。但必须注意在变频器的 输出侧 , 是绝对不允许用电容器来吸收谐波电流的 , 否 则容易使逆变管损坏 。
图 6 二进制信号和 BCD 信号的连接
变频器也可以脉冲序列作为频率指令 , 如图 7 所 示 。当利用这种方式进行精密的转速控制时 , 必须考虑 F/ V 转换器电路和变频器内部的 A/ D 转换电路的零漂 , 温度变化带来的漂移以及分辨率等问题 。
图 4 频率指令信号与 PLC 的连接
当变频器和 PLC 的电压信号范围不同时 , 可以通过 变频器的内部参数进行调节 , 如图 5 所示 。当需要使用 变频器高速区域时 , 可以通过调节 PLC 的参数或电阻的 方式将输出电压降低 。
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个多级调速的例子 。
自控与监测 Autocontrol & Monitoring 浪涌值不超过继电器和晶体管的容许电流值 。
四 、结束语
实践证明 , 上述的锅炉汽包水位三冲量控制系统 , 通过使用现场总线技术 , 不仅节省了硬件数量与投资 , 节省了安装费用 , 而且系统的维护开销也大大降低 。现 场总线控制系统不仅精确度与可靠性高 , 在方便使用和 维护性方面 , FCS 也比 DCS 有优势 。FCS 使用统一的组 态方式 , 安装 、运行 、维修简便 ; 由于系统具有互操作 性和互用性 , 用户可以自由选择不同品牌的设备达到最 佳的系统集成 , 在设备出现故障时 , 可以自由选择替换
参考文献
1 张燕宾 1SPWM 变频调速应用技术 1 北京 : 机械工业出版 社 , 2003
2 李先允 1 自动控制系统 1 北京 : 高等教育出版社 , 2003
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器的误动作 。例如 : 当输入
信号电路采用如图 3 所示的
联接方式时 , 由于存在和运
行电压信号并联的继电器等
感性负载 , 故继电器合分时 产生的浪涌电流所带来的噪 声干扰有可能引起变频器的
图 3 输入信号电路 的错误接法
误动作 , 应该尽量避免这种接法 。
此外 , 当变频器一侧和继电器一侧存在电位差时 ,
的设备 , 保障用户的高度系统集成主动权 , 降低了成 本 , 提高了性能 。
参考文献
1 王骥程 , 祝和云 1 化工过程控制工程 [M] 1 北京 : 化学 工业出版社 , 1991
2 沈泓 1 水位三冲量微机控制系统设计 [J ] 1 信息技术 , 2002 (7)
3 滕华敏 1 锅炉汽包水位中的自控系统 [J ] 1 企业标准 化 , 2004 (3)
图 10 感性负载的连接 (a) AC 电路 (b) DC 电路
图 8 利用变频器内部功能进行多级调速
31 接点输出信号 在变频器的工作过程中 , 经常需要通过继电器接点 或晶体管集电极开路的形式将变频器的内部状态 (运行 状态) 通知外部 , 如图 9 所示 。而在联接这些送给外部 的信号时 , 也必须考虑继电器和晶体管的容许电压 、容 许电流等因素 。此外 , 在连线时还应该考虑噪声的影 响 。同时对变频器跳闸后的保护触点应接至 PLC 的一个 输入口和 COM 之间 , 这样一旦变频器发生故障 , PLC 将 立即做出反映 , 使系统停止工作 。同时应在 PLC 上设置 一个按钮开关用于在处理完故障后使系统复位 。例如 : 当主电路 (AC200V) 的开闭是以继电器执行 , 而控制信 号 (DC12～24V) 的开闭是以晶体管执行时 , 应注意分 开布线 , 以保证主电路一侧的噪声不传至控制电路 。
图 11 监测信号的连接 (a) 模拟监测信号 (b) 脉冲监测信号
(1) 变频器输出频率监测信号 : 0～10V , 0～5V/ 0～ 100 %。
(2) 变频器输出电流监测信号 : 4～20mA/ 0～100 %。 (3) 变频器输出频率脉冲信号 : 输出频率 f 的 1～36 倍。 使用时必须注意 PLC 一侧阻抗的大小 , 以保证电路 中的电流不超过电路的额定电流 。此外 , 由于这些监测 信号和变频器内部并不绝缘 , 在电线较长或噪声较大的 场合 , 最好在途中设置绝缘放大器 。
通用变频器通常都还备有作为选件的数字信号输入
图 7 脉冲序列作为频率指令时的联接
当不需要进行无级调速时 , 可以通过节点组合使变 频器按照事先设定的频率进行调速运行 , 而这些运行频 率则可以通过变频器内部参数进行设定 。同利用模拟信 号进行速度给定的方式相比 , 这种方式的设定精度高 , 也不存在由漂移和噪声带来的各种问题 。图 8 给出了一
三 、变频器与 PLC 联合使用应注意的问题
11 瞬时停电后的恢复运行 在系统联接正确的条件下 , 利用变频器的瞬时停电 后恢复运行的功能 , 使变频器在系统恢复供电后将进入 自寻速过程 , 并将根据电动机的实际转速自动设置相应 的输出频率重新起动 。如果变频器出现运行指令丢失的 情况 , 则重新恢复供电后也可能出现不能进入自寻速模 式 , 仍然处于停止输出状态 , 甚至会出现过电流的情
一 、引言
变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、 通信技术于一体的高科技技术。它具有很好的调速、节能 性能 , 在各行业中获得了广泛应用。可编程序控制器 (PLC) 是近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装 置。它是一种专为工业环境应用而设计的数字运行电子系 统 , 采用可编程序的存储器 , 用来存储用户指令 , 通过数 字或模拟的输入/ 输出 , 完成确定的逻辑、顺序、定时、计 数、运算和一些确定的功能 ,来控制各种类型的机械或生产 过程。它具有体积小 ,组装灵活 ,编程简单 ,抗干扰能力强和 可靠性高等优点。现代工业生产的许多领域采用变频器与 PLC 相结合使用 ,对此在设计安装运行时应注意以下问题。
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况 。因此可以通过保持继电器 , 如图 12 所示 。在保持 运行信号的同时将频率指令信号自动保持在变频器内部 或者为 PLC 本身准备不间断电源将变频器的运行信号保 存下来 , 以保证恢复供电后系统能进入正常的工作状 态。
二 、变频器的输入输出电路
11 运行信号的输入 变频器的输入信号包括 : 运行/ 停止 、正转/ 反转 、 微动等数字量输入信号 。变频器通常利用继电器接点或
晶体管集电极开路形成与上位机连接 , 并得到这些运行 信号 , 如图 1 所示 。
图 1 运行信号的联接方式 (a) 继电器接点 (b) 晶体管 (集电极开路) 联接
图 12 PLC 保持继电器回路
21 PLC 扫描时间对变频器的影响 在使用 PLC 进行顺序控制时 , 由于 CPU 进行处理时 需要时间 , 总是存在一定时间 (扫描时间) 的延迟 。在 设计控制系统时必须考虑上述扫描时间的影响 。尤其在 某些场合下 , 当变频器运行信号投入的时刻不确定时 , 变频器不能正常运行 , 在构成系统时必须加以注意 。 31 通过数据传输进行控制 在某些情况下 , 变频器的控制 (包括各种内部参数 的设定) 是通过 PLC 或其他上位机进行的 。在这种情况 下 , 必须注意信号线的连接以及所传数据顺序格式等是 否正确 , 否则将不能得到预期的结果 。此外 , 在需要对 数据进行高速处理时 , 则往往需要利用专用总线构成系 统。 41 接地和电源系统 为了保证 PLC 不因变频器主电路断路器产生的噪声 而出现误动作 , 在将变频器和 PLC 等与上位机配合使用 必须注意以下问题 : (1) 对 PLC 本体按照规定的标准和接地条件进行接 地 。应避免和变频器使用共同的接地线 , 并在接地时尽 可能使二者分开 。 (2) 当电源条件不太好时 , 应在 PLC 的电源模块以
图 9 接点输出信号的联接
此外 , 在对带有线圈的继电器等感性负载进行开闭 时 , 必须以和感性负载并联的方式接上浪涌吸收器或续 流二极管 。如图 10 所示 。而在对容性负载进行开闭时 , 则应以串联的方式接入限流电阻 , 以保证进行开闭时的
41 模拟量监测信号 变频器输出的监测用模拟信号如图 11 所示 , 主要 分为以下几种类型 :
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【摘 要】 介绍变频器和 PLC 配合使用的联接方法 , 设计安装使用时的注意事项 , 以及抗干扰的一些 方法 。 【关键词】变频器 PLC 抗干扰
(收稿日期 : 2005/ 08/ 02)
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自控与监测 Autocontrol & Monitoring
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(4) 当把变频器和 PLC 安装在同一操作柜中时 , 应尽可能分开与变频器有关的电缆和与 PLC 有关的电 缆 。
(5) 通过使用屏蔽线和双绞线达到提高抗噪声水平 的目的 。此外 , 当配线距离较长时 , 对于模拟信号来说 采取 4～20mA 的电流信号或在途中加入放大电路等措施 提高抗噪声水平 。
在使用继电器接点的场合 , 为了防止出现因接触不 良而带来的误动作 , 需要使用高可靠性的控制继电器 。 而当使用晶体管集电极开路形式进行联接时 , 也同样需 要考虑晶体管本身的耐压容量和额定电流等因素 , 使所 构成的接口电路具有一定的裕量 , 以达到提高系统可靠 性的目的 , 如图 2 所示 。
电源电路本身可能遭到破坏 , 所以也应加以注意 , 并采
取相应的措施 。
21 频率指令信号输入
如图 4 所示 , 频率指令信号可以通过电压信号 (0～
10V , 0～5V , 0～6V) 和电流信号 (4～20mA) 输入。使用
时必须依据输入信号的类型正确选择 PLC 的输出模块。
图 5 输入信号电平转换
四 、小结
变频器与 PLC 配合使用时 , 应特别注意系统的可靠 性问题 。尤其是变频器所产生的高次谐波 , 可以通过多 种方式对 PLC 产生影响 。通过分析 , 提出了一些解决问 题的方法 。随着新技术和新理论在变频器及 PLC 上的不 断应用 , 它们本身存在的这些问题有望通过本身的功能 和补偿来解决 。
接口卡 , 可以直接利用 BCD 信号或二进制信号设定频率 指令 , 如图 6 所示 。其特点是避免模拟信号电压降和温 度变化带来的误差 , 保证频率设定的精度 。
图 2 输入信号电路的正确接法
(a) 非绝缘输入 (b) 绝缘输入
在设计变频器的输入信号电
路时还应注意到 , 输入信号
电路联接不当也会造成变频
及输入输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪声 用的变压器等 。此外 , 如有必要 , 在变频器一侧也应采 取相应措施 , 来增大线路在干扰频率下的阻抗 , 使得在 基频下的阻抗极小 , 但对于频率较高的谐波电流 , 却能 呈现出很高的阻抗 , 起到有效的抑制作用 , 如图 13 所 示。
(3) 对于通过辐射传播的干扰信号 , 主要通过吸收 的方法来削弱 , 如图 14 所示 。但必须注意在变频器的 输出侧 , 是绝对不允许用电容器来吸收谐波电流的 , 否 则容易使逆变管损坏 。
图 6 二进制信号和 BCD 信号的连接
变频器也可以脉冲序列作为频率指令 , 如图 7 所 示 。当利用这种方式进行精密的转速控制时 , 必须考虑 F/ V 转换器电路和变频器内部的 A/ D 转换电路的零漂 , 温度变化带来的漂移以及分辨率等问题 。
图 4 频率指令信号与 PLC 的连接
当变频器和 PLC 的电压信号范围不同时 , 可以通过 变频器的内部参数进行调节 , 如图 5 所示 。当需要使用 变频器高速区域时 , 可以通过调节 PLC 的参数或电阻的 方式将输出电压降低 。
GM 通用机械
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© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
GM运行与应用
个多级调速的例子 。
自控与监测 Autocontrol & Monitoring 浪涌值不超过继电器和晶体管的容许电流值 。
四 、结束语
实践证明 , 上述的锅炉汽包水位三冲量控制系统 , 通过使用现场总线技术 , 不仅节省了硬件数量与投资 , 节省了安装费用 , 而且系统的维护开销也大大降低 。现 场总线控制系统不仅精确度与可靠性高 , 在方便使用和 维护性方面 , FCS 也比 DCS 有优势 。FCS 使用统一的组 态方式 , 安装 、运行 、维修简便 ; 由于系统具有互操作 性和互用性 , 用户可以自由选择不同品牌的设备达到最 佳的系统集成 , 在设备出现故障时 , 可以自由选择替换
参考文献
1 张燕宾 1SPWM 变频调速应用技术 1 北京 : 机械工业出版 社 , 2003
2 李先允 1 自动控制系统 1 北京 : 高等教育出版社 , 2003
(收稿日期 : 2005/ 08/ 09)
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器的误动作 。例如 : 当输入
信号电路采用如图 3 所示的
联接方式时 , 由于存在和运
行电压信号并联的继电器等
感性负载 , 故继电器合分时 产生的浪涌电流所带来的噪 声干扰有可能引起变频器的
图 3 输入信号电路 的错误接法
误动作 , 应该尽量避免这种接法 。
此外 , 当变频器一侧和继电器一侧存在电位差时 ,
的设备 , 保障用户的高度系统集成主动权 , 降低了成 本 , 提高了性能 。
参考文献
1 王骥程 , 祝和云 1 化工过程控制工程 [M] 1 北京 : 化学 工业出版社 , 1991
2 沈泓 1 水位三冲量微机控制系统设计 [J ] 1 信息技术 , 2002 (7)
3 滕华敏 1 锅炉汽包水位中的自控系统 [J ] 1 企业标准 化 , 2004 (3)
图 10 感性负载的连接 (a) AC 电路 (b) DC 电路
图 8 利用变频器内部功能进行多级调速
31 接点输出信号 在变频器的工作过程中 , 经常需要通过继电器接点 或晶体管集电极开路的形式将变频器的内部状态 (运行 状态) 通知外部 , 如图 9 所示 。而在联接这些送给外部 的信号时 , 也必须考虑继电器和晶体管的容许电压 、容 许电流等因素 。此外 , 在连线时还应该考虑噪声的影 响 。同时对变频器跳闸后的保护触点应接至 PLC 的一个 输入口和 COM 之间 , 这样一旦变频器发生故障 , PLC 将 立即做出反映 , 使系统停止工作 。同时应在 PLC 上设置 一个按钮开关用于在处理完故障后使系统复位 。例如 : 当主电路 (AC200V) 的开闭是以继电器执行 , 而控制信 号 (DC12～24V) 的开闭是以晶体管执行时 , 应注意分 开布线 , 以保证主电路一侧的噪声不传至控制电路 。
图 11 监测信号的连接 (a) 模拟监测信号 (b) 脉冲监测信号
(1) 变频器输出频率监测信号 : 0～10V , 0～5V/ 0～ 100 %。
(2) 变频器输出电流监测信号 : 4～20mA/ 0～100 %。 (3) 变频器输出频率脉冲信号 : 输出频率 f 的 1～36 倍。 使用时必须注意 PLC 一侧阻抗的大小 , 以保证电路 中的电流不超过电路的额定电流 。此外 , 由于这些监测 信号和变频器内部并不绝缘 , 在电线较长或噪声较大的 场合 , 最好在途中设置绝缘放大器 。
通用变频器通常都还备有作为选件的数字信号输入
图 7 脉冲序列作为频率指令时的联接
当不需要进行无级调速时 , 可以通过节点组合使变 频器按照事先设定的频率进行调速运行 , 而这些运行频 率则可以通过变频器内部参数进行设定 。同利用模拟信 号进行速度给定的方式相比 , 这种方式的设定精度高 , 也不存在由漂移和噪声带来的各种问题 。图 8 给出了一
三 、变频器与 PLC 联合使用应注意的问题
11 瞬时停电后的恢复运行 在系统联接正确的条件下 , 利用变频器的瞬时停电 后恢复运行的功能 , 使变频器在系统恢复供电后将进入 自寻速过程 , 并将根据电动机的实际转速自动设置相应 的输出频率重新起动 。如果变频器出现运行指令丢失的 情况 , 则重新恢复供电后也可能出现不能进入自寻速模 式 , 仍然处于停止输出状态 , 甚至会出现过电流的情
一 、引言
变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、 通信技术于一体的高科技技术。它具有很好的调速、节能 性能 , 在各行业中获得了广泛应用。可编程序控制器 (PLC) 是近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装 置。它是一种专为工业环境应用而设计的数字运行电子系 统 , 采用可编程序的存储器 , 用来存储用户指令 , 通过数 字或模拟的输入/ 输出 , 完成确定的逻辑、顺序、定时、计 数、运算和一些确定的功能 ,来控制各种类型的机械或生产 过程。它具有体积小 ,组装灵活 ,编程简单 ,抗干扰能力强和 可靠性高等优点。现代工业生产的许多领域采用变频器与 PLC 相结合使用 ,对此在设计安装运行时应注意以下问题。
52
2005 年第 11 期
GM 通用机械
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
自控与监测 Autocontrol & Monitoring
运行与应用 GM
况 。因此可以通过保持继电器 , 如图 12 所示 。在保持 运行信号的同时将频率指令信号自动保持在变频器内部 或者为 PLC 本身准备不间断电源将变频器的运行信号保 存下来 , 以保证恢复供电后系统能进入正常的工作状 态。
二 、变频器的输入输出电路
11 运行信号的输入 变频器的输入信号包括 : 运行/ 停止 、正转/ 反转 、 微动等数字量输入信号 。变频器通常利用继电器接点或
晶体管集电极开路形成与上位机连接 , 并得到这些运行 信号 , 如图 1 所示 。
图 1 运行信号的联接方式 (a) 继电器接点 (b) 晶体管 (集电极开路) 联接
图 12 PLC 保持继电器回路
21 PLC 扫描时间对变频器的影响 在使用 PLC 进行顺序控制时 , 由于 CPU 进行处理时 需要时间 , 总是存在一定时间 (扫描时间) 的延迟 。在 设计控制系统时必须考虑上述扫描时间的影响 。尤其在 某些场合下 , 当变频器运行信号投入的时刻不确定时 , 变频器不能正常运行 , 在构成系统时必须加以注意 。 31 通过数据传输进行控制 在某些情况下 , 变频器的控制 (包括各种内部参数 的设定) 是通过 PLC 或其他上位机进行的 。在这种情况 下 , 必须注意信号线的连接以及所传数据顺序格式等是 否正确 , 否则将不能得到预期的结果 。此外 , 在需要对 数据进行高速处理时 , 则往往需要利用专用总线构成系 统。 41 接地和电源系统 为了保证 PLC 不因变频器主电路断路器产生的噪声 而出现误动作 , 在将变频器和 PLC 等与上位机配合使用 必须注意以下问题 : (1) 对 PLC 本体按照规定的标准和接地条件进行接 地 。应避免和变频器使用共同的接地线 , 并在接地时尽 可能使二者分开 。 (2) 当电源条件不太好时 , 应在 PLC 的电源模块以
图 9 接点输出信号的联接
此外 , 在对带有线圈的继电器等感性负载进行开闭 时 , 必须以和感性负载并联的方式接上浪涌吸收器或续 流二极管 。如图 10 所示 。而在对容性负载进行开闭时 , 则应以串联的方式接入限流电阻 , 以保证进行开闭时的
41 模拟量监测信号 变频器输出的监测用模拟信号如图 11 所示 , 主要 分为以下几种类型 :