PLC與變頻器一般連接方法有哪些?

PLC與變頻器一般連接方法有哪些？

胡薇 發表於 2018-10-15 17:11:51

PLC與變頻器兩者是一種包含與被包含的關係，PLC與變頻器都可以完成一些特定的指令，用來控制電機馬達，PLC是一種程序輸入執行硬體，變頻器則是其中之一，但是PLC的涵蓋範圍又比變頻器大，還可以用來控制更多的東西，應用領域更廣，性能更強大，當然PLC的控制精度也更大。

變頻器無法進行編程，改變電源的頻率、電壓等參數，它的輸出頻率可以設為固定值，也可以由PLC動態控制。

PLC是可以編程序的，用來控制電氣元件或完成功能、通信等任務。

PLC與變頻器之間通信需要遵循通用的串行接口協議（USS），按照串行總線的主從通信原理來確定訪問的方法。總線上可以連接一個主站和最多31個從站，主站根據通信報文中的地址字符來選擇要傳輸數據的從站，在主站沒有要求它進行通信時，從站本身不能首先發送數據，各個從站之間也不能直接進行信息的傳輸。

PLC基本結構圖

PLC可編程控制器的存儲器可以分為系統程序存儲器、用戶程序存儲器及工作數據存儲器等三種。

1、系統程序存儲器

系統程序存儲器用來存放由可編程控制器生產廠家編寫的系統程序，並固化在ROM內，用戶不能直接更改。系統程序質量的好壞，很大程度上決定了PLC的性能，其內容主要包括三部分：第一部分為系統管理程序，它主要控制可編程控制器的運行，使整個可編程控制器按部就班地工作，第二部分為用戶指令解釋程序，通過用戶指令解釋程序，將可編程控制器的程式語言變為機器語言指令，再由CPU執行這些指令；第三部分為標準程序模塊與系統調用程序。

2、用戶程序存儲器

根據控制要求而編制的應用程式稱為用戶程序。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務，用規定的可編程控制器程式語言編寫的各種用戶程序。目前較先進的可編程控制器採用可隨時讀寫的快閃記憶體作為用戶程序存儲器，快閃記憶體不需後備電池，掉電視數據也不會丟失。

3、工作數據存儲器

工作數據存儲器用來存儲工作數據，既用戶程序中使用的ON/OFF狀態、數值數據等。在工作數據區中開闢有元件映像寄存器和數據表。其中元件映像寄存器用來存儲開關量、輸出狀態以及定時器、計數器、輔助繼電器等內部器件的ON/OFF狀態。數據表用來存放各種數據，它存儲用戶程序執行時的某些可變參數值及A/D轉換得到的數字量和數字運算的結果等。

變頻器基本結構圖

變頻器是把工頻電源（50Hz或60Hz）變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對於如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。

PLC與變頻器一般有三種連接方法

①利用PLC的模擬量輸出模塊控制變頻器PLC的模擬量輸出模塊輸出0～5V電壓信號或4～20mA電流信號，作為變頻器的模擬量輸入信號，控制變頻器的輸出頻率。這種控制方式接線簡單，但需要選擇與變頻器輸入阻抗匹配的PLC輸出模塊，且PLC的模擬量輸出模塊價格較為昂貴，此外還需採取分壓措施使變頻器適應PLC的電壓信號範圍，在連接時注意將布線分開，保證主電路一側的噪聲不傳至控制電路。

②利用PLC的開關量輸出控制變頻器。PLC的開關輸出量一般可以與變頻器的開關量輸入端直接相連。這種控制方式的接線簡單，抗幹擾能力強。利用PLC的開關量輸出可以控制變頻器的啟動／停止、正／反轉、點動、轉速和加減時間等，能實現較為複雜的控制要求，但只能有級調速。

使用繼電器觸點進行連接時，有時存在因接觸不良而誤操作現象。使用電晶體進行連接時，則需要考慮電晶體自身的電壓、電流容量等因素，保證系統的可靠性。另外，在設計變頻器的輸入信號電路時，還應該注意到輸入信號電路連接不當，有時也會造成變頻器的誤動作。例如，當輸入信號電路採用繼電器等感性負載，繼電器開閉時，產生的浪湧電流帶來的噪聲有可能引起變頻器的誤動作，應儘量避免。

③PLC與RS-485通信接口的連接。所有的標準西門子變頻器都有一個RS-485串行接口（有的也提供RS-232接口），採用雙線連接，其設計標準適用於工業環境的應用對象。單一的RS-485鏈路最多可以連接30臺變頻器，而且根據各變頻器的地址或採用廣播信息，都可以找到需要通信的變頻器。鏈路中需要有一個主控制器（主站），而各個變頻器則是從屬的控制對象（從站）。

PLC的變頻器控制電機正反轉接線圖

1．按接線圖將線連好後，啟動電源，準備設置變頻器各參數。

2．按「MODE」鍵進入參數設置模式，將Pr.79設置為「2」：外部操作模式，啟動信號由外部端子（STF、STR）輸入，轉速調節由外部端子（2、5之間、4、5之間、多端速）輸入。

3．連續按「MODE」按鈕，退出參數設置模式。

4．按下正轉按鈕，電動機正轉起動運行。

5．按下停止按鈕，電動機停止。

6．按下反轉按鈕，電動機反轉起動運行。

7．按下停止按鈕，電動機停止。

8. 若在電動正轉時按下反轉按鈕，電動機先停止後反轉；反之，若在電動機反轉時按下正轉按鈕，電動機先停止後正轉。

PLC與變頻器的接線圖

PLC和變頻器通訊方式

1、PLC的開關量信號控制變頻器

PLC（MR型或MT型）的輸出點、COM點直接與變頻器的STF（正轉啟動）、RH（高速）、RM（中速）、RL（低速）、輸入端SG等埠分別相連。PLC可以通過程序控制變頻器的啟動、停止、復位； 也可以控制變頻器高速、中速、低速端子的不同組合實現多段速度運行。但是，因為它是採用開關量來實施控制的，其調速曲線不是一條連續平滑的曲線，也無法實現精細的速度調節。

2、PLC的模擬量信號控制變頻器

硬體：FX1N型、FX2N型PLC主機，配置1路簡易型的FX1N-1DA-BD擴展模擬量輸出板； 或模擬量輸入輸出混合模塊FX0N-3A； 或兩路輸出的FX2N-2DA； 或四路輸出的FX2N-4DA模塊等。 優點： PLC程序編制簡單方便，調速曲線平滑連續、工作穩定。

缺點： 在大規模生產線中，控制電纜較長，尤其是DA模塊採用電壓信號輸出時，線路有較大的電壓降，影響了系統的穩定性和可靠性。

3、 PLC採用RS-485通訊方法控制變頻器

這是使用得最為普遍的一種方法，PLC採用RS串行通訊指令編程。 優點：硬體簡單、造價最低，可控制32臺變頻器。 缺點：編程工作量較大。

4、 PLC採用RS-485的Modbus-RTU通訊方法控制變頻器

三菱新型F700系列變頻器使用RS-485端子利用Modbus-RTU協議與PLC進行通訊。 優點： Modbus通訊方式的PLC編程比RS-485無協議方式要簡單便捷。 缺點： PLC編程工作量仍然較大。

5、 PLC採用現場總線方式控制變頻器

三菱變頻器可內置各種類型的通訊選件，如用於CC-Link現場總線的FR-A5NC選件； 用於Profibus DP現場總線的FR-A5AP（A）選件； 用於DeviceNet現場總線的FR-A5ND選件等等。三菱FX系列PLC有對應的通訊接口模塊與之對接。

優點： 速度快、距離遠、效率高、工作穩定、編程簡單、可連接變頻器數量多。 缺點： 造價較高。

6、採用擴展存儲器

優點：造價低廉、易學易用、性能可靠 缺點：只能用於不多於8臺變頻器的系統。

PLC和變頻器通訊接線圖

三菱PLC控制臺達變頻器案例分析

在不外接控制器（如PLC）的情況下，直接操作變頻器有三種方式：

①操作面板上的按鍵；

②操作接線端子連接的部件（如按鈕和電位器）；

③複合操作（如操作面板設置頻率，操作接線端子連接的按鈕進行啟/停控制）。為了操作方便和充分利用變頻器，也可以採用PLC來控制變頻器。

PLC控制變頻器有三種基本方式：

①以開關量方式控制；

②以模擬量方式控制；

③以RS485通信方式控制。

PLC以開關量方式控制變頻器的硬體連接

變頻器有很多開關量端子，如正轉、反轉和多檔轉速控制端子等，不使用PLC時，只要給這些端子接上開關就能對變頻器進行正轉、反轉和多檔轉速控制。當使用PLC控制變頻器時，若PLC是以開關量方式對變頻進行控制，需要將PLC的開關量輸出端子與變頻器的開關量輸入端子連接起來，為了檢測變頻器某些狀態，同時可以將變頻器的開關量輸出端子與PLC的開關量輸入端子連接起來。

PLC以開關量方式控制變頻器的硬體連接如下圖所示。當PLC內部程序運行使Y001端子內部硬觸點閉合時，相當於變頻器的STF端子外部開關閉合，STF端子輸入為ON，變頻器啟動電動機正轉，調節10、2、5端子所接電位器可以改變端子2的輸入電壓，從而改變變頻器輸出電源的頻率，進而改變電動機的轉速。如果變頻器內部出現異常時，A、C端子之間的內部觸點閉合，相當於PLC的X001端子外部開關閉合，X001端子輸入為ON。

PLC以模擬量方式控制變頻器的硬體連接

變頻器有一些電壓和電流模擬量輸入端子，改變這些端子的電壓或電流輸入值可以改變電動機的轉速，如果將這些端子與PLC的模擬量輸出端子連接，就可以利用PLC控制變頻器來調節電動機的轉速。模擬量是一種連續變化的量，利用模擬量控制功能可以使電動機的轉速連續變化（無級變速）。

PLC以模擬量方式控制變頻器的硬體連接如下圖所示，由於三菱FX2N-32MR型PLC無模擬量輸出功能，需要給它連接模擬量輸出模塊（如FX2N-4DA），再將模擬量輸出模塊的輸出端子與變頻器的模擬量輸入端子連接。當變頻器的STF端子外部開關閉合時，該端子輸入為ON，變頻器啟動電動機正轉，PLC內部程序運行時產生的數字量數據通過連接電纜送到模擬量輸出模塊（DA模塊），由其轉換成0～5V或0～10V範圍內的電壓（模擬量）送到變頻器2、5端子，控制變頻器輸出電源的頻率，進而控制電動機的轉速，如果DA模塊輸出到變頻器2、5端子的電壓發生變化，變頻器輸出電源頻率也會變化，電動機轉速就會變化。

PLC在以模擬量方式控制變頻器的模擬量輸入端子時，也可同時用開關量方式控制變頻器的開關量輸入端子。

PLC以RS485通信方式控制變頻器的硬體連接

PLC以開關量方式控制變頻器時，需要佔用較多的輸出端子去連接變頻器相應功能的輸入端子，才能對變頻器進行正轉、反轉和停止等控制；PLC以模擬量方式控制變頻器時，需要使用DA模塊才能對變頻器進行頻率調速控制。如果PLC以RS485通信方式控制變頻器，只需一根RS485通信電纜（內含5根芯線），直接將各種控制和調頻命令送給變頻器，變頻器根據PLC通過RS485通信電纜送來的指令就能執行相應的功能控制。

RS485通信是目前工業控制廣泛採用的一種通信方式，具有較強的抗幹擾能力，其通信距離可達幾十米至上千米。採用RS485通信不但可以將兩臺設備連接起來進行通信，還可以將多臺設備（最多可並聯32臺設備）連接起來構成分布式系統，進行相互通信。

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