在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PLC（可編程邏輯控制器）與變頻器是至關(guān)重要的控制設(shè)備。PLC 與變頻器兩者存在一種包含與被包含的關(guān)系，它們都能夠完成一些特定的指令，用于控制電機(jī)馬達(dá)。其中，PLC 是一種程序輸入執(zhí)行硬件，而變頻器則是其應(yīng)用場(chǎng)景中的一個(gè)組成部分。不過(guò)，PLC 的涵蓋范圍比變頻器更為廣泛，它不僅可以控制電機(jī)，還能用來(lái)控制更多的設(shè)備和系統(tǒng)，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，性能也更為強(qiáng)大，控制精度更高。變頻器本身無(wú)法進(jìn)行編程，但它可以改變電源的頻率、電壓等參數(shù)，其輸出頻率既可以設(shè)為固定值，也能夠由 PLC 進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。而 PLC 則具備編程功能，可用于控制電氣元件或完成功能、通信等任務(wù)。

PLC 與變頻器之間的通信需要遵循通用的串行接口協(xié)議（USS），按照串行總線的主從通信原理來(lái)確定訪問(wèn)方法。在總線上，可以連接一個(gè)主站和多 31 個(gè)從站。主站依據(jù)通信報(bào)文中的地址字符來(lái)選擇要傳輸數(shù)據(jù)的從站。在主站沒(méi)有要求從站進(jìn)行通信時(shí)，從站本身不能首先發(fā)送數(shù)據(jù)，各個(gè)從站之間也不能直接進(jìn)行信息的傳輸。

PLC 基本結(jié)構(gòu)

PLC 可編程控制器的存儲(chǔ)器主要分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器三種。

1. 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：用于存放由可編程控制器生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM 內(nèi)，用戶不能直接更改。系統(tǒng)程序的質(zhì)量在很大程度上決定了 PLC 的性能。其內(nèi)容主要包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序以及標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序三部分。系統(tǒng)管理程序主要控制可編程控制器的運(yùn)行，使整個(gè)可編程控制器按部就班地工作；用戶指令解釋程序則將可編程控制器的編程語(yǔ)言轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器語(yǔ)言指令，再由 CPU 執(zhí)行這些指令；標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序則為 PLC 的正常運(yùn)行提供了必要的支持。
2. 用戶程序存儲(chǔ)器：根據(jù)控制要求編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序。用戶程序存儲(chǔ)器用于存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù)，用規(guī)定的可編程控制器編程語(yǔ)言編寫(xiě)的各種用戶程序。目前，較先進(jìn)的可編程控制器采用可隨時(shí)讀寫(xiě)的快閃存儲(chǔ)器作為用戶程序存儲(chǔ)器，這種存儲(chǔ)器不需后備電池，掉電時(shí)數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。
3. 工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：用于存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)，即用戶程序中使用的 ON/OFF 狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)等。在工作數(shù)據(jù)區(qū)中開(kāi)辟有元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映像寄存器用于存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)量、輸出狀態(tài)以及定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部器件的 ON/OFF 狀態(tài)；數(shù)據(jù)表則用來(lái)存放各種數(shù)據(jù)，它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值及 A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量和數(shù)字運(yùn)算的結(jié)果等。
   

   

變頻器基本結(jié)構(gòu)

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(shí)現(xiàn)電機(jī)變速運(yùn)行的設(shè)備。它主要由控制電路、整流電路、直流中間電路和逆變電路組成?？刂齐娐吠瓿蓪?duì)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(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波；逆變電路將直流電再逆變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的 CPU 以及一些相應(yīng)的電路。

PLC 與變頻器的連接方法

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(hào)或 4～20mA 電流信號(hào)，作為變頻器的模擬量輸入信號(hào)，控制變頻器的輸出頻率。這種控制方式接線簡(jiǎn)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(jià)格較為昂貴。此外，還需采取分壓措施使變頻器適應(yīng) PLC 的電壓信號(hào)范圍，在連接時(shí)要注意將布線分開(kāi)，保證主電路一側(cè)的噪聲不傳至控制電路。
2. 利用 PLC 的開(kāi)關(guān)量輸出控制變頻器：PLC 的開(kāi)關(guān)輸出量一般可以與變頻器的開(kāi)關(guān)量輸入端直接相連。這種控制方式的接線簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。利用 PLC 的開(kāi)關(guān)量輸出可以控制變頻器的啟動(dòng)／停止、正／反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)速和加減時(shí)間等，能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制要求，但只能有級(jí)調(diào)速。使用繼電器觸點(diǎn)進(jìn)行連接時(shí)，有時(shí)存在因接觸不良而誤操作現(xiàn)象。使用晶體管進(jìn)行連接時(shí)，則需要考慮晶體管自身的電壓、電流容量等因素，保證系統(tǒng)的可靠性。另外，在設(shè)計(jì)變頻器的輸入信號(hào)電路時(shí)，還應(yīng)該注意到輸入信號(hào)電路連接不當(dāng)，有時(shí)也會(huì)造成變頻器的誤動(dòng)作。例如，當(dāng)輸入信號(hào)電路采用繼電器等感性負(fù)載，繼電器開(kāi)閉時(shí)，產(chǎn)生的浪涌電流帶來(lái)的噪聲有可能引起變頻器的誤動(dòng)作，應(yīng)盡量避免。
3. PLC 與 RS - 485 通信接口的連接：所有的標(biāo)準(zhǔn)西門子變頻器都有一個(gè) RS - 485 串行接口（有的也提供 RS - 232 接口），采用雙線連接，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用對(duì)象。單一的 RS - 485 鏈路多可以連接 30 臺(tái)變頻器，而且根據(jù)各變頻器的地址或采用廣播信息，都可以找到需要通信的變頻器。鏈路中需要有一個(gè)主控制器（主站），而各個(gè)變頻器則是從屬的控制對(duì)象（從站）。
   

   

PLC 控制變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的操作步驟

以 PLC 控制變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)為例，操作步驟如下：

1. 按接線圖將線連好后，啟動(dòng)電源，準(zhǔn)備設(shè)置變頻器各參數(shù)。
2. 按 “MODE” 鍵進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模式，將 Pr.79 設(shè)置為 “2”：外部操作模式，啟動(dòng)信號(hào)由外部端子（STF、STR）輸入，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)由外部端子（2、5 之間、4、5 之間、多端速）輸入。
3. 連續(xù)按 “MODE” 按鈕，退出參數(shù)設(shè)置模式。
4. 按下正轉(zhuǎn)按鈕，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)運(yùn)行。
5. 按下停止按鈕，電動(dòng)機(jī)停止。
6. 按下反轉(zhuǎn)按鈕，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)運(yùn)行。
7. 按下停止按鈕，電動(dòng)機(jī)停止。
8. 若在電動(dòng)正轉(zhuǎn)時(shí)按下反轉(zhuǎn)按鈕，電動(dòng)機(jī)先停止后反轉(zhuǎn)；反之，若在電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)按下正轉(zhuǎn)按鈕，電動(dòng)機(jī)先停止后正轉(zhuǎn)。
   

   

PLC 和變頻器的通訊方式

1. PLC 的開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制變頻器：PLC（MR 型或 MT 型）的輸出點(diǎn)、COM 點(diǎn)直接與變頻器的 STF（正轉(zhuǎn)啟動(dòng)）、RH（高速）、RM（中速）、RL（低速）、輸入端 SG 等端口分別相連。PLC 可以通過(guò)程序控制變頻器的啟動(dòng)、停止、復(fù)位；也可以控制變頻器高速、中速、低速端子的不同組合實(shí)現(xiàn)多段速度運(yùn)行。但是，因?yàn)樗遣捎瞄_(kāi)關(guān)量來(lái)實(shí)施控制的，其調(diào)速曲線不是一條連續(xù)平滑的曲線，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)的速度調(diào)節(jié)。
2. PLC 的模擬量信號(hào)控制變頻器：硬件方面，可選用 FX1N 型、FX2N 型 PLC 主機(jī)，配置 1 路簡(jiǎn)易型的 FX1N - 1DA - BD 擴(kuò)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。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是 PLC 程序編制簡(jiǎn)單方便，調(diào)速曲線平滑連續(xù)、工作穩(wěn)定。缺點(diǎn)是在大規(guī)模生產(chǎn)線中，控制電纜較長(zhǎng)，尤其是 DA 模塊采用電壓信號(hào)輸出時(shí)，線路有較大的電壓降，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
3. PLC 采用 RS - 485 通訊方法控制變頻器：這是使用得為普遍的一種方法，PLC 采用 RS 串行通訊指令編程。其優(yōu)點(diǎn)是硬件簡(jiǎn)單、造價(jià)，可控制 32 臺(tái)變頻器。缺點(diǎn)是編程工作量較大。
4. PLC 采用 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(xié)議與 PLC 進(jìn)行通訊。優(yōu)點(diǎn)是 Modbus 通訊方式的 PLC 編程比 RS - 485 無(wú)協(xié)議方式要簡(jiǎn)單便捷。缺點(diǎn)是 PLC 編程工作量仍然較大。
5. PLC 采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式控制變頻器：三菱變頻器可內(nèi)置各種類型的通訊選件，如用于 CC - Link 現(xiàn)場(chǎng)總線的 FR - A5NC 選件；用于 Profibus DP 現(xiàn)場(chǎng)總線的 FR - A5AP（A）選件；用于 DeviceNet 現(xiàn)場(chǎng)總線的 FR - A5ND 選件等等。三菱 FX 系列 PLC 有對(duì)應(yīng)的通訊接口模塊與之對(duì)接。優(yōu)點(diǎn)是速度快、距離遠(yuǎn)、效率高、工作穩(wěn)定、編程簡(jiǎn)單、可連接變頻器數(shù)量多。缺點(diǎn)是造價(jià)較高。
6. 采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器：優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低廉、易學(xué)易用、性能可靠。缺點(diǎn)是只能用于不多于 8 臺(tái)變頻器的系統(tǒng)。
   

   

三菱 PLC 控制臺(tái)達(dá)變頻器分析

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：操作面板上的按鍵；操作接線端子連接的部件（如按鈕和電位器）；復(fù)合操作（如操作面板設(shè)置頻率，操作接線端子連接的按鈕進(jìn)行啟 / ?？刂疲榱瞬僮鞣奖愫统浞掷米冾l器，也可以采用 PLC 來(lái)控制變頻器。PLC 控制變頻器有三種基本方式：以開(kāi)關(guān)量方式控制；以模擬量方式控制；以 RS485 通信方式控制。

1. PLC 以開(kāi)關(guān)量方式控制變頻器的硬件連接：變頻器有很多開(kāi)關(guān)量端子，如正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和多檔轉(zhuǎn)速控制端子等，不使用 PLC 時(shí)，只要給這些端子接上開(kāi)關(guān)就能對(duì)變頻器進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和多檔轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)使用 PLC 控制變頻器時(shí)，若 PLC 是以開(kāi)關(guān)量方式對(duì)變頻進(jìn)行控制，需要將 PLC 的開(kāi)關(guān)量輸出端子與變頻器的開(kāi)關(guān)量輸入端子連接起來(lái)，為了檢測(cè)變頻器某些狀態(tài)，同時(shí)可以將變頻器的開(kāi)關(guān)量輸出端子與 PLC 的開(kāi)關(guān)量輸入端子連接起來(lái)。當(dāng) PLC 內(nèi)部程序運(yùn)行使 Y001 端子內(nèi)部硬觸點(diǎn)閉合時(shí)，相當(dāng)于變頻器的 STF 端子外部開(kāi)關(guān)閉合，STF 端子輸入為 ON，變頻器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié) 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(jìn)而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果變頻器內(nèi)部出現(xiàn)異常時(shí)，A、C 端子之間的內(nèi)部觸點(diǎn)閉合，相當(dāng)于 PLC 的 X001 端子外部開(kāi)關(guān)閉合，X001 端子輸入為 ON。
2. PLC 以模擬量方式控制變頻器的硬件連接：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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)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(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。模擬量是一種連續(xù)變化的量，利用模擬量控制功能可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速連續(xù)變化（無(wú)級(jí)變速）。由于三菱 FX2N - 32MR 型 PLC 無(wú)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(dāng)變頻器的 STF 端子外部開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，該端子輸入為 ON，變頻器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，PLC 內(nèi)部程序運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的數(shù)字量數(shù)據(jù)通過(guò)連接電纜送到模擬量輸出模塊（DA 模塊），由其轉(zhuǎn)換成 0～5V 或 0～10V 范圍內(nèi)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(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果 DA 模塊輸出到變頻器 2、5 端子的電壓發(fā)生變化，變頻器輸出電源頻率也會(huì)變化，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)變化。此外，PLC 在以模擬量方式控制變頻器的模擬量輸入端子時(shí)，也可同時(shí)用開(kāi)關(guān)量方式控制變頻器的開(kāi)關(guān)量輸入端子。
3. PLC 以 RS485 通信方式控制變頻器的硬件連接：PLC 以開(kāi)關(guān)量方式控制變頻器時(shí)，需要占用較多的輸出端子去連接變頻器相應(yīng)功能的輸入端子，才能對(duì)變頻器進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止等控制；PLC 以模擬量方式控制變頻器時(shí)，需要使用 DA 模塊才能對(duì)變頻器進(jìn)行頻率調(diào)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(nèi)含 5 根芯線），直接將各種控制和調(diào)頻命令送給變頻器，變頻器根據(jù) PLC 通過(guò) RS485 通信電纜送來(lái)的指令就能執(zhí)行相應(yīng)的功能控制。RS485 通信是目前工業(yè)控制廣泛采用的一種通信方式，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，其通信距離可達(dá)幾十米至上千米。采用 RS485 通信不但可以將兩臺(tái)設(shè)備連接起來(lái)進(jìn)行通信，還可以將多臺(tái)設(shè)備（多可并聯(lián) 32 臺(tái)設(shè)備）連接起來(lái)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，進(jìn)行相互通信。
   • 變頻器的 RS485 通信口：三菱 FR500 系列變頻器有一個(gè)用于連接操作面板的 PU 口，該接口可用作 RS485 通信口，在使用 RS485 方式與其他設(shè)備通信時(shí)，需要將操作面板插頭（RJ45 插頭）從 PU 口拔出，再將 RS485 通信電纜的一端插入 PU 口，通信電纜另一端連接 PLC 或其他設(shè)備。三菱 FR500 系列變頻器只有一個(gè) RS485 通信口（PU 口），面板操作和 RS485 通信不能同時(shí)進(jìn)行，而三菱 FR700 系列變頻器除了有一個(gè) PU 接口外，還單獨(dú)配備了一個(gè) RS485 通信口（接線排），專用于進(jìn)行 RS485 通信。通信口的每個(gè)功能端子都有 2 個(gè)，一個(gè)接上一臺(tái) RS485 通信設(shè)備，另一個(gè)端子接下一臺(tái) RS485 通信設(shè)備，若無(wú)下一臺(tái)設(shè)備，應(yīng)將終端電阻開(kāi)關(guān)撥至 “100Ω” 側(cè)。
     

     
     

     
     

     

   • PLC 的 RS485 通信口：三菱 FX PLC 一般不帶 RS485 通信口，如果要與變頻器進(jìn)行 RS485 通信，須給 PLC 安裝 FX2N - 485BD 通信板。
     

     
     

   • 變頻器與 PLC 的 RS485 通信連接：?jiǎn)闻_(tái)變頻器與 PLC 的 RS485 通信連接時(shí)，一臺(tái)設(shè)備的發(fā)送端子（+ -）應(yīng)分別與另一臺(tái)設(shè)備的接收端子（+ -）連接，接收端子（+ -）應(yīng)分別與另一臺(tái)設(shè)備的發(fā)送端子（+ -）連接。多臺(tái)變頻器與 PLC 的 RS485 通信連接可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái) PLC 控制多臺(tái)變頻器的運(yùn)行。
     

     
     

PLC 控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路、程序及參數(shù)設(shè)置

1. PLC 與變頻器的硬件連接線路圖：PLC 以開(kāi)關(guān)量方式控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的線路圖如下。
   

   
   

2. 變頻器的參數(shù)設(shè)置：在使用 PLC 控制變頻器時(shí)，需要對(duì)變頻器進(jìn)行有關(guān)參數(shù)設(shè)置。
   

   
   

3. 編寫(xiě) PLC 控制程序：變頻器有關(guān)參數(shù)設(shè)置好后，還要用編程軟件編寫(xiě)相應(yīng)的 PLC 控制程序并給 PLC。

PLC 控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)多檔轉(zhuǎn)速運(yùn)行的電路、程序及參數(shù)設(shè)置

變頻器可以連續(xù)調(diào)速，也可以分檔調(diào)速，F(xiàn)R - 500 系列變頻器有 RH（高速）、RM（中速）和 RL（低速）三個(gè)控制端子，通過(guò)這三個(gè)端子的組合輸入，可以實(shí)現(xiàn) 7 檔轉(zhuǎn)速控制。如果將 PLC 的輸出端子與變頻器這些端子連接，就可以用 PLC 控制變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)多檔轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

1. PLC 與變頻器的硬件連接線路圖：PLC 以開(kāi)關(guān)量方式控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)多檔轉(zhuǎn)速運(yùn)行的線路圖如下。
   

   
   

2. 編寫(xiě) PLC 控制程序：PLC 以開(kāi)關(guān)量方式控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)多檔轉(zhuǎn)速運(yùn)行的 PLC 程序如下。