基于PLC控制的變頻器在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

孫永芳 張剛

摘 ?要：為了促進(jìn)PLC控制變頻器在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的有效應(yīng)用，對(duì)PLC控制系統(tǒng)的組成以及變頻器、PLC系統(tǒng)的選擇原則進(jìn)行研究和分析，同時(shí)探討PLC控制的編程過(guò)程以及具體操作過(guò)程，對(duì)提高PLC控制水平有重要幫助。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);變頻器;自動(dòng)化控制;生產(chǎn)制造應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM921 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）35-0177-02

Abstract： In order to promote the effective application of PLC control frequency converter in automatic production line， the composition of PLC control system and the selection principle of frequency converter and PLC system are studied and analyzed， and the programming process and concrete operation process of PLC control are discussed， which is of great help to improve the control level of PLC.

Keywords： PLC technology; frequency converter; automatic control; manufacturing application

前言

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，在當(dāng)前的工業(yè)制造生產(chǎn)過(guò)程中，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。特別是在機(jī)械制造、食品生產(chǎn)、藥品生產(chǎn)以及汽車制造等行業(yè)出現(xiàn)了大量的自動(dòng)化生產(chǎn)線。而自動(dòng)化生產(chǎn)線的自動(dòng)化過(guò)程主要由PLC、變頻器、人機(jī)界面等完成控制的，其中PLC是自動(dòng)化生產(chǎn)線中的核心部分。有效利用PLC控制技術(shù)，可以對(duì)生產(chǎn)線中的外部設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確控制，保證生產(chǎn)效率。同時(shí)提高制造企業(yè)的生產(chǎn)自動(dòng)化水平。

1 PLC控制技術(shù)

PLC自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)際上就是一種能夠編程的邏輯控制器。在當(dāng)前的工業(yè)制造過(guò)程中的應(yīng)用比較廣泛，通常情況下利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以對(duì)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行在線編程。PLC系統(tǒng)主要由輸出模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)器以及微控制硬件組成。在軟件及系統(tǒng)程序加入PLC自動(dòng)化生產(chǎn)線過(guò)程中，主要是對(duì)邏輯控制的功能進(jìn)行執(zhí)行，一般包括輸出、刷新、程序執(zhí)行以及輸入采樣。在PLC自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)揮關(guān)鍵作用的硬件為微控制器，利用通訊接口可以對(duì)微控制器進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)控制外部設(shè)備的目的。以PLC控制技術(shù)為基礎(chǔ)的變頻器應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線過(guò)程中，不僅能夠有效提高自動(dòng)化生產(chǎn)線的效率，并且有利于節(jié)省一定的人力投入，對(duì)提高企業(yè)的生產(chǎn)效益有積極意義[1]。

2 以PLC控制為基礎(chǔ)的變頻器系統(tǒng)組成

基于PLC控制的變頻器用在自動(dòng)化生產(chǎn)線過(guò)程中，首先要對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的分揀單元結(jié)構(gòu)有所了解。通常情況下，自動(dòng)化生產(chǎn)線的分揀單元結(jié)構(gòu)主要包括光纖傳感器、金屬傳感器、聚光電傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器。在對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行控制的過(guò)程中，主要是將工件利用輸送單元，傳送到分揀單元的入料口傳送帶上，然后由光電傳感器對(duì)物料進(jìn)行檢測(cè)，延遲一秒后，變頻器可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，然后驅(qū)動(dòng)傳送帶將工件帶到分揀檢測(cè)區(qū)中。在這一過(guò)程中，光纖傳感器可以對(duì)物料的顏色進(jìn)行檢驗(yàn)，而金屬傳感器可以對(duì)物料的材質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。之后，使物料繼續(xù)前行，利用PLC控制技術(shù)可以根據(jù)物料的檢驗(yàn)屬性將物料送在對(duì)應(yīng)的料槽位置上，然后由氣缸將物料推入到料槽內(nèi)。推到位后氣缸會(huì)縮回，完成一個(gè)工作周期。在自動(dòng)化控制過(guò)程中，變頻器的頻率主要是由觸摸屏的頻率輸入設(shè)定值決定，而傳送帶的位置控制主要是由旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量的信號(hào)傳到PLC控制系統(tǒng)內(nèi)，PLC控制系統(tǒng)內(nèi)的高速計(jì)數(shù)器可以對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，并通過(guò)程序操作對(duì)傳送帶的啟動(dòng)以及停止進(jìn)行準(zhǔn)確控制。

PLC控制系統(tǒng)對(duì)變頻器進(jìn)行控制的過(guò)程中，主要是利用發(fā)送頻率值、啟動(dòng)和停止正反轉(zhuǎn)信號(hào)過(guò)程對(duì)變頻器進(jìn)行控制。變頻器的頻率主要是由于主站通訊觸摸屏給定的，可以利用PPI通訊將主站中的信號(hào)傳輸?shù)椒謷镜目刂葡到y(tǒng)內(nèi)，利用程序進(jìn)行有效處理后，可以使用PLC的模擬量輸出，傳送到變頻器的模擬量輸入端口。電機(jī)啟動(dòng)和停止正反轉(zhuǎn)信號(hào)主要是由PLC的數(shù)字輸出端口進(jìn)行傳送的，可以將信號(hào)傳送給變頻器的數(shù)據(jù)輸入端口，然后變頻器對(duì)電機(jī)動(dòng)作進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制。除此之外，變頻器輸出的速度可以返回PLC控制系統(tǒng)內(nèi)，然后由模擬量的輸入通道回到PLC系統(tǒng)內(nèi)，使用PPI通訊將信號(hào)數(shù)據(jù)再傳輸給主站，主站與觸摸屏進(jìn)行通訊，可以將速度顯示在觸摸屏上[2]。

3 科學(xué)合理地選擇PLC以及變頻器

3.1 科學(xué)選擇PLC控制系統(tǒng)

為了保證自動(dòng)控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的有效性和合理性，需要根據(jù)自動(dòng)化生產(chǎn)線的具體情況選擇合適的PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)。因?yàn)樽詣?dòng)控制系統(tǒng)的型號(hào)存在很大差異，在不同的運(yùn)行狀態(tài)下適合使用不同的型號(hào)。PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)的模塊、電池以及容量等的不同型號(hào)會(huì)影響PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)。在PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)編程之前，設(shè)計(jì)人員要對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的工作狀態(tài)進(jìn)行研究和分析，例如要對(duì)信號(hào)的輸入情況以及電壓電流狀況進(jìn)行研究和分析，然后才能夠確定合適的PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)型號(hào)，充分發(fā)揮自動(dòng)控制系統(tǒng)在生產(chǎn)線過(guò)程中的作用。

3.2 合理選擇變頻器

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，人們對(duì)物質(zhì)的需求也在不斷提高，尤其是對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。而在當(dāng)前的PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，不同的變頻器型號(hào)比較多。質(zhì)量比較好的變頻器雖然價(jià)格較高，但是在應(yīng)用過(guò)程中具有較好的性能。但是如果沒(méi)有根據(jù)自動(dòng)化生產(chǎn)線的具體情況選擇合適的變頻器，高性能變頻器可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)載狀態(tài)，影響變頻器的穩(wěn)定性。在選擇變頻器的過(guò)程中，要根據(jù)自動(dòng)化生產(chǎn)線的工作要求以及生產(chǎn)要求科學(xué)選擇變頻器。不能為了整體工作效率，采用性能比較高的變頻器，也不能為了節(jié)省生產(chǎn)成本，而采用不符合規(guī)定和要求的變頻器。而要根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際工作狀態(tài)，科學(xué)選擇變頻器的型號(hào)，防止高性能的變頻器產(chǎn)生過(guò)載狀態(tài)，影響變頻器在應(yīng)用過(guò)程中的穩(wěn)定性[3]。

4 基于PLC控制的變頻器在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

4.1 PLC程序編制過(guò)程

將PLC控制技術(shù)應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線過(guò)程中，要注意對(duì)PLC程序進(jìn)行準(zhǔn)確的編制。在編制PLC程序的過(guò)程中，要特別注意PLC模擬量的輸出格式。一般情況下，要在S7-200CPU224XP中利用D/A變換的方式將模擬量的頻率指令輸入到變頻器內(nèi)。這樣可以對(duì)電機(jī)速度進(jìn)行連續(xù)調(diào)整，通常情況下，PLC程序的信號(hào)格式包括電壓以及電流兩種。電壓的信號(hào)范圍要控制在0-10V以內(nèi)，而電流的信號(hào)為0-20mA。在PLC中的數(shù)字量的量程都為0-32000，主要采用電壓信號(hào)對(duì)PLC程序進(jìn)行編制。變頻器的頻率以及PLC模擬量的輸出電壓關(guān)系為正比，模擬量輸出是數(shù)字量利用的轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換的，模擬量和數(shù)字量之間的關(guān)系也是正比關(guān)系。因此，頻率以及數(shù)字量的關(guān)系為正比。在分揀單元工作的過(guò)程中，主要利用觸摸屏確定變頻率的頻率給定值，觸摸屏以及自動(dòng)化生產(chǎn)線的主站利用RS485進(jìn)行通訊，傳輸?shù)刂窞閂W1002，可以利用RS485通訊口以及PPI的通訊協(xié)議傳送到分揀站。并且可以在分揀站將頻率給定值放在VW1002地址的存儲(chǔ)空間中。在PLC程序編制的過(guò)程中，要注意變換VW1002的存儲(chǔ)頻率給定值，然后將其從模擬量的輸出端口V、M進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)阶冾l器的模擬量輸入口的3、4端口中。變頻器模擬的輸入?yún)^(qū)域頻率為0-50Hz，PLC的對(duì)應(yīng)數(shù)字量為0-32000，用16位的地址AQW0完成輸出過(guò)程。因此，需要將對(duì)應(yīng)的頻率組織轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，將頻率的給定值乘以640可以得到數(shù)字量[4]。

4.2 具體操作過(guò)程

自動(dòng)控制技術(shù)在變頻器中進(jìn)行具體操作的過(guò)程中，要從以下方面出發(fā)，確保操作過(guò)程的規(guī)范性及標(biāo)準(zhǔn)性，才能夠充分發(fā)揮PLC自動(dòng)控制技術(shù)在生產(chǎn)線過(guò)程中的作用。第一，要編好自動(dòng)化生產(chǎn)的相關(guān)程序，要對(duì)控制系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備有準(zhǔn)確具體的了解以及掌握，這樣才能夠保證規(guī)范操作。除此之外，還要對(duì)需要控制的對(duì)象有所認(rèn)識(shí)，保證在控制過(guò)程中，能夠根據(jù)生產(chǎn)的具體需求完成操作過(guò)程。同時(shí)要在控制過(guò)程中，對(duì)硬件以及安裝的軟件進(jìn)行嚴(yán)格仔細(xì)的檢查，防止出現(xiàn)故障，影響生產(chǎn)線的效率。第二，在具體操作過(guò)程中，最好畫出控制程序的圖紙。在畫程序圖紙的過(guò)程中，要根據(jù)PLC控制技術(shù)的具體結(jié)構(gòu)以及在控制過(guò)程中的運(yùn)行狀態(tài)完成設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)完成之后，還要檢查設(shè)計(jì)好的控制圖紙，要保證設(shè)計(jì)圖紙與自動(dòng)化生產(chǎn)線之間的要求相適應(yīng)，確保其準(zhǔn)確無(wú)誤后才能夠?qū)⒃O(shè)備的各個(gè)單元進(jìn)行科學(xué)合理的安排和規(guī)劃。第三，完成設(shè)計(jì)圖紙之后，要由專業(yè)的人員根據(jù)設(shè)計(jì)的程序圖紙進(jìn)行程序編寫過(guò)程，這一步是具體操作過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不能出現(xiàn)錯(cuò)誤，必須保證嚴(yán)格按照程序設(shè)計(jì)圖紙完成程序編寫，才能夠?qū)LC控制技術(shù)準(zhǔn)確的應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線過(guò)程中，保證自動(dòng)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，防止出現(xiàn)操作誤差。第四，程序編寫完成后，要對(duì)程序進(jìn)行確認(rèn)檢查，保證程序編寫沒(méi)有問(wèn)題。同時(shí)，也要對(duì)程序運(yùn)行過(guò)程中的具體情況進(jìn)行檢查，防止在運(yùn)行過(guò)程中程序操作出現(xiàn)問(wèn)題。此外，還要根據(jù)程序編寫的具體情況完成程序操作說(shuō)明書，對(duì)整個(gè)操作過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題以及容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方進(jìn)行標(biāo)注和總結(jié)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，利用PLC控制技術(shù)對(duì)變頻器進(jìn)行自動(dòng)化控制的過(guò)程中，要重視對(duì)硬件連接以及通訊系統(tǒng)的連接。并且還要根據(jù)自動(dòng)化生產(chǎn)線的具體要求，對(duì)變頻器以及控制的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行有效設(shè)置。除此之外，還要根據(jù)自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制情況進(jìn)行PLC編程工作，才能夠?qū)ψ冾l器進(jìn)行有效的自動(dòng)化控制，否則可能會(huì)影響變頻器控制效率以及準(zhǔn)確性。以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化控制技術(shù)能夠確保在生產(chǎn)過(guò)程中的智能化以及自動(dòng)化水平，從而提高整體的自動(dòng)化生產(chǎn)效率，對(duì)促進(jìn)變頻器的廣泛應(yīng)用和發(fā)展有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉美珍，侯志平.基于PLC控制的變頻器在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造，2017（3）：38-39.

[2]劉微.基于PLC控制的變頻器在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].大科技，2017（20）：228.

[3]于子博.基于PLC與變頻器的自動(dòng)化生產(chǎn)線供水控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2015（10）：50-50.

[4]易衛(wèi)喬.基于PLC及變頻器的集成控制方法研究及其應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2016（8）：18-19.