基于PLC控制的变频节能技术原理与应用

摘要：随着计算机技术的发展，存储逻辑开始进入工业控制领域，可编程序控制器作为通用工业控制计算机，是存储逻辑在工业应用的代表性成果，可编程序控制器不断发展更新，功能日益强大，已经成为工业自动化技术的三大支柱之一。本文主要介绍了PLC的特点和工作原理，探讨了基于PLC全面应用变频调速技术推进节能减排。

关键词：PLC；变频器；节能

一、PLC特点及其在工业中的应用

（一）特点

PLC是以继电-接触器控制为基础，融入了计算机技术，以适应工业环境下使用为背景研制开发的新一代工业控制器，因而它具有如下的特点：

（1）编程方便、接线简单，容易实现被控对象的控制要求

PLC可用与继电器控制线路相似的梯形图语言表达控制过程，程序表达简单、直观，通过编程器把程序写入存储器中，方便用户维修程序；PLC为用户提供了丰富的指令，容易实现被控对象的控制要求。由于有相应的I/O接口，只需要进行输入/输出信号线的连接，不需要考虑控制过程，因而接线简单。

（2）可靠性高、抗干扰能力强

工业控制可靠性最为重要，PLC专为工业环境使用而设计，在硬件上，采用了电磁屏蔽、滤波、光电隔离等一系列抗干扰措施；在软件上，采取了故障检测、信息保护和恢复、设置警戒时钟、加强对程序的检查和校验、对程序和动态数据进行电池后备等措施，进一步提高其可靠性和抗干扰能力。使其可以直接安装于工业现场稳定可靠地运行。

（3）通用性好、应用灵活

PLC產品均已系列化，型号多，品种齐全，还有各种功能模块，用户可以根据控制要求方便地选用适合的模块，做硬件结构上的组合和扩展，以满足各种控制系统的要求。

（4）功能强

PLC除了能完成逻辑控制，计时、计数、算术运算等功能外，还可以实现模拟量控制、顺序控制、位置控制、高速计数和网络通信等功能，合理配置PLC，还可实现多机“群控”系统和一台计算机对多台PLC进行集中管理分散控制的“分布式控制”系统。

（5）控制系统工程周期短

设计、安装、调试方便。PLC采用软件编程序方式实现控制功能的表达，即使是非常复杂的控制，也可用方便的指令实现。编写的程序可以初步模拟调试好后，才用于现场。制作工程的过程中，编程序和现场设备安装可同时进行，大大缩短了工程周期，提高了工作效率。

（6）维护、维修方便

PLC有完善的自诊断功能，能检测出自身的故障，能对其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O状态进行显示，工作人员可通过这些显示查出故障，迅速处理。PLC接线少，更换元件方便。

（二）PLC在工业中的应用

PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。在当今的工业界，只要涉及控制的地方，都离不开PLC这个核心大脑，它在工业中的应用大概可以分为两个领域：其一为单机控制为主的一切设备自动化领域，其二为过程控制为主的流程自动化行业。

二、基于PLC的变频控制系统及原理

PLC由触摸屏、电源、CPU、模拟量输出模块等组成。其中采用PLC来实现电气部分的控制，包括五部分：起动、运行、停止、切换、报警及故障自诊断，其中变频器原理连接图如图所示。

（1）起动：以两台电机M1（主机），M2（辅机）为例，可以通过转换开关选择变频/工频启动。具体的工作原理为：当电机转速降低时，辅机先启动工作，当能满足转速设定要求时，连续运行，当转速升高到设定转速时，停止工作。当辅机工作，转速还在继续下降时，主机变频启动，辅机停止工作。主机根据设定的转速值自动调频，保证转速恒定。如果转速升高并且变频器频率已经下降到下限频率，则主机停止工作。如果转速降低并且变频器频率已经上升到上限频率，则主机由变频状态切换到工频，另外一台主机变频启动。当两台主机工作时，如果转速升高并且变频器频率已经下降到下限频率，则工频工作的主机停止，依次起停循环。

运行：正常情况，电机M1处于变频调速状态，电动机M2处于停机状态。通过PLC编程控制得到频率信号，调节转速达到所需值。

（2）停止：按下停止按钮，PLC控制所有的接触器断开，变频器停止工作。

（3）切换：实现M1，M2工频、变频相互切换。

三、基于PLC的变频节能技术的应用

国内变频调速产品已达到国际同类产品先进水平。国内变频调速产品性能良好，能保证本地化的长期服务；产品应用广泛，性价比高，节能减排效果显著，能尽快收回投资。国内品牌在不断成长，已从国产化走向国际化，随我国主机产品配套出口许多国家，并正在市场竞争中克服不足。国外产品在国内比重已降至50%以下，国外产品如果没有完全本土化，就无法从根本上解决在成本和服务方面的问题，国内企业已获得长足发展的机会。

变频调速技术发展前景十分广阔，与已经完成的市场相比，未来的市场潜力巨大，在未来十年内，变频调速技术产品每年有上百亿元的市场潜力。建议在电力、石化、钢铁、有色、水泥、自来水、机械、纺织等行业大规模推广应用国产变频技术产品。新建项目从开始设计就应该考虑应用变频技术，技术改造首先考虑风机、泵类设备使用变频技术，逐步淘汰闸板、阀门等机械调节方式，全面推广应用变频技术，全国用电量将下降15%-20%而GDP保持不变，使我们最大限度地减少能源消耗和污染物排放，提高经济效益，为我国和世界节能减排做出贡献。

今后，随着电子器社、微电子器件技术和控制技术的发展，技术也将不断发展，控制必将向智能化、大型网络工厂化方向发展。变数佣速技术将以交流调速方向为主，进入一个崭新的附代。

参考文献：

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[2]黄凯东.电梯PLC控制系统的硬件设计分析[J].科技向导，2016，（26）：257.

[3]李景学，金广业可编程序控制器应用系统设计方法[M]，北京电子工业出版社，2014

作者简介：吕建钊（1990.10-），男，汉族，广西平南人，大学本科学历，工学学士学位，助理工程师，华南蓝天航空油料有限公司南宁分公司技术员，研究方向：自动控制、石油储运。