2.7 PLC與變頻器的連接

在變頻調速系統中，最為常見的是PLC與變頻器的組合應用，即采用PLC控制變頻器，進而變頻器再控制電動機的運行，以適應生產自動化的要求。PLC和變頻器的連接方式有很多，這里僅介紹變頻器和PLC配合使用時的接線方式、電平轉換及接線注意事項。

2.7.1 利用PLC的繼電器輸出模塊與變頻器連接

PLC的開關量輸出一般可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、抗干擾能力強。利用PLC的開關量輸出可以控制變頻器的起動與停止、正轉與反轉、點動、轉速和加減速時間等，能實現較為復雜的控制要求，但只能實現有級調速。

PLC通常利用繼電器輸出模塊觸點與變頻器進行連接，如圖2-25所示。使用這種連接方式時，為防止出現因接觸不良而帶來的誤動作，要考慮觸點容量及繼電器的可靠性。目前，許多廠家生產的PLC和變頻器，在繼電器觸點容量滿足要求時，不會造成變頻器的誤動作。當變頻器輸入信號通過繼電器等感性負載時，由于繼電器開閉產生的浪涌電流帶來的噪聲有可能引起變頻器的誤動作，在設計變頻器的輸入信號電路時，可參考圖2-26所示的正確連接方式，而不能采用圖2-27所示的錯誤連接方式^[7]。

圖2-25 PLC的繼電器輸出模塊觸點與變頻器的連接

圖2-26 PLC的繼電器輸出模塊與變頻器的正確連接示意圖

圖2-27 PLC的繼電器輸出模塊與變頻器的一種錯誤連接示意圖

2.7.2 利用PLC的晶體管輸出模塊與變頻器連接

PLC除了利用2.7.1節介紹的繼電器輸出模塊觸點與變頻器進行連接外，還可利用PLC的晶體管輸出模塊與變頻器進行連接，如圖2-28所示。

使用PLC的晶體管輸出模塊與變頻器連接時，需要考慮晶體管自身的電壓、電流容量等因素，以保證系統的可靠性。另外，當輸入開關指令信號進入變頻器時，有時會發生外部電源和變頻器控制電源（DC 24V）之間的串擾，正確的連接方法見2.7.8節的相關內容。

圖2-28 PLC的晶體管輸出模塊與變頻器的連接

2.7.3 利用PLC的模擬輸出模塊與變頻器連接

PLC的模擬輸出模塊輸出0～5V、0～6V及0～10V電壓信號或0～20mA、4～20mA電流信號，作為變頻器的模擬量輸入信號。其控制變頻器的輸出頻率，從輸出端子連接相應的指示器即可顯示變頻器的運轉狀態（如運行正常、故障、輸出頻率值等），如圖2-29所示。由于接口電路因輸入信號而異，所以必須根據變頻器的輸入阻抗選擇PLC的輸出模塊。而連線阻抗的電壓降以及溫度變化、元器件老化等帶來的溫度漂移，可通過PLC內部的調節電阻和變頻器內部參數進行調節。

圖2-29 PLC的模擬輸出模塊與變頻器的連接

當變頻器和PLC的電壓信號范圍不同時，例如變頻器的輸入信號為0～10V而PLC的輸出電壓信號為0～5V，可通過變頻器的內部參數進行調節。但由于在這種情況只能利用變頻器A/D轉換器的0～5V部分，所以和輸出信號為0～10V的PLC相比，變頻器進行頻率設定時的分辨率將會更差。反之，當PLC的輸出電壓信號為0～10V而變頻器的輸入信號電壓為0～5V時，雖然也可通過降低變頻器內部增益的方法使系統工作，但由于變頻器內部的A/D轉換器被限制在0～5V，將無法使用高速區域。這時若要使用高速區域，可通過調節PLC參數或電阻的方式將輸出電壓降低，如圖2-30所示。^[7]

2.7.4 利用PLC的輸出寄存器模塊與變頻器連接

變頻器可以用PLC的輸出寄存器模塊作為頻率指令信號。通用變頻器通常都備有作為選件的數字信號輸入接口卡，可直接利用BCD信號或二進制信號設定頻率指令。使用數字信號接口卡進行頻率設定，可避免模擬信號電路的電壓降和溫差變化帶來的誤差，以保證必要的頻率精度，如圖2-31所示。^[7]

圖2-30 模擬輸出模塊輸入信號的電平轉換

圖2-31 PLC的輸出寄存器模塊與變頻器的連接

2.7.5 利用PLC的輸出定位模塊與變頻器連接

變頻器也可以將脈沖序列作為頻率指令信號，以脈沖序列作為頻率指令時，需要使用f/U變換器將脈沖序列轉換為模擬信號。當利用這種方式進行精密轉換器電路和變頻器內部的轉速控制時，必須考慮f/U變換電路的零漂、由溫度變化帶來的漂移以及分辨率等問題，如圖2-32所示。^[7]

圖2-32 脈沖序列作為頻率指令時的連接

2.7.6 PLC輸入變頻器觸點信號的連接

在變頻器的工作過程中，常需要通過繼電器觸點或晶體管集電極開路輸出的形式將變頻器的內部狀態（運行狀態）通知外部的PLC。而在PLC輸入這些信號時，必須考慮繼電器和晶體管的允許電壓、允許電流等因素，以及噪聲的影響，如圖2-33所示。在主電路的開閉是以控制AC 220V繼電器的線圈或AC 220V的輔助觸點，而有的控制信號（DC 12～24V）的開閉是以晶體管進行控制的場合。應注意將布線分開，以保證AC 220V側的噪聲不傳至DC 12～24V側。

圖2-33 PLC輸入變頻器觸點信號的連接

對帶有線圈的繼電器等感性負載進行控制時，感性負載需并聯浪涌吸收器或續流二極管；對容性負載進行控制時，容性負載需串聯浪涌吸收器或續流二極管，以保證通斷時的浪涌電流值不超過繼電器和晶體管的允許電流值。^[7]

2.7.7 利用PLC的現場總線接口與變頻器通信連接

中、高壓變頻調速系統一般采用中型或大型PLC，這些PLC基本上都具有標準的現場總線接口，其中RS-485（有的提供RS-232接口）通信方式控制變頻器的方案得到了廣泛的應用，因為它抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠且造價低廉。PLC通過其配套的通信模塊，或其CPU內置的PROFIBUS-DP接口，或其CPU內置的MPI接口，或通過PLC的通信模塊進行點對點的數據通信，通過這些接口的現場總線或光纖網絡與變頻器連接，進行數據交換和聯鎖控制，具體的通信連接可參考第3章有關內容。

2.7.8 PLC與變頻器配合使用時應注意的問題

PLC與變頻器配合使用時應注意以下問題。

1.變頻器運行中產生的電磁干擾對PLC的影響

變頻器在運行中會產生較強的電磁干擾，而PLC以數字電路為主，工作靈敏度高，很容易受到各種外界電磁干擾的影響。為保證PLC不因變頻器主電路斷路器及開關器件等電磁干擾源產生的噪聲而出現故障，PLC與變頻器連接時應注意以下幾點：

1）PLC系統接地抗干擾措施見2.6.2節使用要點4）。

2）電源部分的抗干擾措施見2.5.2節。

3）當PLC和變頻器安裝在同一操作柜中時，應盡可能使PLC和變頻器的電線分開走線。

4）使用屏蔽線和雙絞線以達到提高抗噪聲的目的。

2.PLC掃描時間的影響^[7]

在使用PLC進行順序控制時，如對多條膠帶輸送機進行順序控制，由于CPU進行處理需要時間，故總是存在一定時間（掃描時間）的延遲。在設計控制系統時，必須考慮上述掃描時間的影響，尤其在某些場合下，當變頻器運行信號投入的時刻不確定時，變頻器將不能正常運行。在以自尋速功能構成系統時必須加以注意，圖2-34以圖形化的方式給出了運用自尋速功能時的參數設定及其含義，圖中“?”表示尋速信號應此運行（正轉/反轉）信號先接通或同時接通。

圖2-34 運用自尋速功能時的參數設定及其含義

3.通過數據傳輸進行的控制

在某些情況下，變頻器的控制（包括各種內部參數的設定）是通過PLC或上位機完成的。在這種情況下，必須注意信號線的連接以及所傳數據順序格式等是否正確，若有異常，將不能得到預期的結果。此外，在需要對數據進行高速處理時，往往需要利用專用總線構成系統。

4.外部電源和變頻器控制電源間的串擾^[7]

當輸入開關信號進入變頻器時，有時會發生外部電源和變頻器控制電源（DC 24V）之間的串擾。正確的接法如圖2-35所示。

圖2-35 輸入信號防干擾的連接方法^[7]