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復合操作（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，也可以采用PLC來控制變頻器。

外接控制器（如PLC）的情況下，間接操作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以通信方式控制。

（一）PLC以開關量方式控制變頻器的硬件連接

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件連接如下圖所示。當PLC內部程序運行使Y001端子內部硬觸點閉合時，相當于變頻器的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，相當于PLC的X001端子外部開關閉合，X001端子輸入為ON。

（二）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件連接如下圖所示，由于三菱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范圍內的電壓（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。

（三）PLC以通信方式控制變頻器的硬件連接（以RS485為例）

PLC以開關量方式控制變頻器時，需要占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采用的一種通信方式，具有較強的抗干擾能力，其通信距離可達幾十米至上千米。采用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（最多可并聯32臺設備）連接起來構成分布式系統，進行相互通信。

當然還有其它的通訊方式，比如PROFIBUS和Ethernet等。

1.變頻器的RS485通信口

三菱FR500系列變頻器有一個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方式與其他設備通信時，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或其他設備。三菱FR500系列變頻器PU口外形及各引腳功能說明如下圖所示。

三菱FR500系列變頻器只有一個RS485通信口（PU口），面板操作和RS485通信不能同時進行，而三菱FR700系列變頻器除了有一個PU接口外，還單獨配備了一個RS485通信口（接線排），專用于進行RS485通信。三菱FR700系列變頻器RS485通信口外形及各腳功能說明如下圖所示，通信口的每個功能端子都有2個，一個接上一臺RS485通信設備，另一個端子接下一臺RS485通信設備，若無下一臺設備，應將終端電阻開關撥至“100Ω”側。

2.PLC的RS485通信口

三菱FX PLC一般不帶RS485通信口，如果要與變頻器進行RS485通信，須給PLC安裝FX2N-485BD通信板。485BD通信板的外形和端子如下圖(a)所示，通信板的安裝方法如下圖（b）所示。

(a)外形

(b)安裝方法

3.變頻器與PLC的RS485通信連接

(1)單臺變頻器與PLC的RS485通信連接

單臺變頻器與PLC的RS485通信連接如下圖所示，兩者在連接時，一臺設備的發送端子（+-）應分別與另一臺設備的接收端子（+-）連接，接收端子（+-）應分別與另一臺設備的發送端子（+-）連接。

(2)多臺變頻器與PLC的RS485通信連接

多臺變頻器與PLC的RS485通信連接如下圖所示，它可以實現一臺PLC控制多臺變頻器的運行。

（四）PLC控制變頻器驅動電動機正反轉的電路、程序及參數設置

1.PLC與變頻器的硬件連接線路圖

PLC以開關量方式控制變頻器驅動電動機正反轉的線路圖如下圖所示。

2.變頻器的參數設置

在使用PLC控制變頻器時，需要對變頻器進行有關參數設置，具體見下表。

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3.編寫PLC控制程序

變頻器有關參數設置好后，還要用編程軟件編寫相應的PLC控制程序并下載給PLC。PLC控制變頻器驅動電動機正反轉的PLC程序如下圖所示。

（五）PLC控制變頻器驅動電動機多檔轉速運行的電路、程序及參數設置

變頻器可以連續調速，也可以分檔調速，FR-500系列變頻器有RH（高速）、RM（中速）和RL（低速）三個控制端子，通過這三個端子的組合輸入，可以實現7檔轉速控制。如果將PLC的輸出端子與變頻器這些端子連接，就可以用PLC控制變頻器來驅動電動機多檔轉速運行。

1.PLC與變頻器的硬件連接線路圖

PLC以開關量方式控制變頻器驅動電動機多檔轉速運行的線路圖如下圖所示。

2.變頻器的參數設置

在用PLC對變頻器進行多檔轉速控制時，需要對變頻器進行有關參數設置，參數可分為基本運行參數和多檔轉速參數，具體見下表。

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3.編寫PLC控制程序

PLC以開關量方式控制變頻器驅動電動機多檔轉速運行的PLC程序如下圖。

【延伸閱讀一】西門子PLC與變頻器的模擬量干擾處理實例

實例（一）

現象說明：西門子PLC中AO點發出一路4-20mA電流控制信號，輸出至西門子變頻器，無法控制變頻器啟動。

故障查找

1、疑似模擬量輸出板卡問題，用萬用表測量4-20mA輸出信號，信號是正常的!

2、開始懷疑是變頻器控制信號輸入端有了問題，換了一臺同型號變頻器，問題仍然如此。

3、用一臺手持式信號發射器做4-20mA輸出信號源，輸出標準電流信號至變頻器，這下變頻器啟動了，因而我們排除了模擬量輸出板卡和變頻器的故障。

4、由此推測是變頻器的干擾信號傳導至模擬量通道所致。

5、為了驗證，在PLC模擬量4-20mA輸出通道中加裝了一臺信號隔離模塊TA3012，TA3012的輸入端子5、6接模擬量輸出模塊，輸出端子1、2端子接變頻器，3、4端子接外部24VDC供電電源，變頻器正常啟動了。

6、據此斷定，問題的根源在于變頻器干擾模擬量通道所致。

注意事項

在PLC和變頻器同時使用的自控系統中，應該著重注意一下事項：

PLC供電電源與動力系統電源(變頻器電源)分別配置，且PLC的供電應該選擇隔離變壓器;

動力線盡量與信號線分開，信號線要做屏蔽;

無論是模擬信號輸入還是模擬信號輸出，模擬量通道一律使用信號隔離模塊;

PLC程序里做軟件濾波設計;

信號地與動力地分開設計。

實例（二）

前段時間看到一個關于模擬量干擾問題的分析和解決，在我們實際運用中會碰到很多類似的問題。和大家一起分享：“車間有10臺250KW電機，負載為高壓泵。變頻器用施耐德ATV71跟PLC通過DP聯接，PLC使用的西門子300，壓力變送器為西門子，變送器到PLC為4-20mA模擬量，中間使用屏蔽線輸入。

調試好后運行一周一切正常。廠家走后，開機忽然出現8號泵，設定40公斤壓力，實際值為70公斤。設定80公斤壓力實際值為110公斤。剛開始懷疑傳感器故障，替換到其他泵上一切正常。之后變頻器全開，3，4，5，6，7，9，10號泵也出現類似問題。推測為壓力傳感器受到變頻器干擾造成。廠家建議增加金屬管屏蔽。但是考慮到現場施工難度（控制室距電機30多米，全部走的地下線纜溝）。并且我認為變頻器的諧波干擾應該是壓力值上下波動，很少見到有干擾造成呈線性增大的。剛開始懷疑廠家程序有問題，因為顯示屏這邊始終顯示的壓力值是40公斤，但是變頻器卻輸出70公斤的頻率。廠家不同意該觀點，說自己絕對用的西門子標準PID塊。

百思不得其解。無意中發現，廠家傳感器負跟屏蔽層同時接入到PLC模擬量輸入端的M。拆下屏蔽線后將其接入設備的地后故障消除。推測：2線制傳感器，正極有PLC提供24V電壓，負極則是傳感器用來輸出4-20mA電流的地方。屏蔽線跟負極接到一起后，屏蔽線上的感應電動勢產生電流一起進入了PLC輸入端造成了一個疊加的電流，從而形成壓力值線性的增加。?

結果運行沒2天又出現同樣情況，并且更嚴重的是其中一個壓力傳感器拆除了居然還有40公斤壓力，最終檢查發現PLC輸入側負極剝線剝長了，相互之間短路了，造成其他通道的信號串出來了。這才想起來，剛開始調試的時候廠家問我是不是設備地跟柜子地不在一個地上。壓力傳感器屏蔽線2端接地后，干擾還特別厲害。都無法顯示。我也沒多想隨口來了句，單端接地。之后他們說好了。現在想來，應該是當初每個傳感器的電流輸出側都通過屏蔽線聯到了一起造成了短路，之后拆除了傳感器側的地線。由于屏蔽線沒接到一起所以信號正常了。

【延伸閱讀二】施耐德PLC與變頻器 Modbus通信實例

PLC通過Modbus監控變頻器的運行是工業中較常見的應用，本文以施耐德M340 PLC與ATV71變頻器為例，簡要介紹PLC與變頻器之間Modbus串行通信的過程，包括硬件接線、變頻器參數設置、硬軟件組態、上電調試等，實現在PLC上遠程控制ATV71變頻器的故障初始化，啟動/停止，正轉/反轉，頻率給定等。

1、M340與ATV71的Modbus連接

2、M340硬件組態

?3、程序實現

時間令牌：為了實現系統的可擴展性，容許帶多個變頻器，而在PLC的每個掃描周期最多只能有8個通信模塊（READ _VAR / WRITE _VAR）同時處于通信激活狀態，那么要控制多個變頻器時，需要對變頻器進行分時控制，這里設置時間令牌就是為了讓多個變頻器輪流通信。

每個變頻器擁有一個唯一的時間令牌號，只有在當前的時間令牌等于此變頻器的時間令牌時，通信塊才會被允許激活。

【延伸閱讀三】如何選擇與負載最匹配的變頻器？

（一）變頻負載分類

變頻器的正確選擇對于控制系統的正常運行是非常關鍵的。選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅動的負載特性。人們在實踐中常將生產機械分為三種類型: 恒轉矩負載、恒功率負載和風機 、水泵負載。

（01）恒轉矩負載

負載轉矩TL與轉速 n無關，任何轉速下TL總保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載都屬于恒轉矩負載。變頻器拖動恒轉矩性質的負載時，低速下的轉矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩速運行，應該考慮標準異步電動機的散熱能力，避免電動機的溫升過高。

（02）恒功率負載

機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產線中的卷取機、開卷機等要求的轉矩，大體與轉速成反比，這就是所謂的恒功率負載。負載的恒功率性質應該是就一定的速度變化范圍而言的。當速度很低時,受機械強度的限制，TL 不可能無限增大，在低速下轉變為恒轉矩性質。如果電動機的恒轉矩和恒功率 調速的范圍與負載的恒轉矩和恒功率范圍相一 致時，即所謂“ 匹配” 的情況下， 電動機的容量和變頻器的容量均最小。

（03）風機、泵類負載

在各種風機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉動，空氣或液體在一定的速度范圍內所產生的阻力大致 與速度n 的 2 次方成正比。隨著轉速的減小，轉矩按轉速的2 次方減小。這種負載所需的功率與速度的3 次方成正比。當所需風量、流量減小時，利用變頻器通過調速的方式來調節風量、流量，可以大幅度地節約電能。由于高速時所需功率隨轉速增長過快，與速度的三次方成正比 ，所以通常不應使風機、泵類負載超工頻運行。

（二）變頻選型原則

（01）根據負載特性選擇變頻器，如負載為恒轉矩負載可選擇西門子MM420/440變頻器，如負載為風機、泵類負載可選擇西門子MM430變頻器。

（02）選擇變頻器時應以實際電機電流值作為變頻器選擇的依據，電機的額定功率只能作為參考。另外應充分考慮變頻器的輸出含有高次諧波，會造成電動機的功率因數和效率都會變壞。因此，用變頻器給電動機供電與用工頻電網供電相比較，電動機的電流增加10％而溫升增加約20％。所以在選擇電動機和變頻器時，應考慮到這中情況，適當留有裕量，以防止溫升過高，影響電動機的使用壽命。

（03）變頻器若要長電纜運行時，此時應該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠，所以變頻器應放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

（04）對于一些特殊的應用場合，如高環境溫度、高開關頻率（尤其是在樓宇自控等對噪音限制較高的應用場所使用時需注意）、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。

（05）當變頻器用于控制并聯的幾臺電機時，一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內。如果超過規定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V／F控制方式，并且變頻器無法保護電動機的過流、過載保護，此時需在每臺電動機上加熔斷器來實現保護。

（06）對于一些特殊的應用場合，如高環境溫度、高開關頻率、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。

（07）使用變頻器控制高速電機時，由于高速電動機的電抗小，高次諧波亦增加輸出電流值。因此，選擇用于高速電動機的變頻器時，應比普通電動機的變頻器稍大一些。

（08）變頻器用于變極電動機時，應充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運行中進行極數轉換時，應先停止電動機工作，否則會造成電動機空轉，惡劣時會造成變頻器損壞。

（09）驅動防爆電動機時，變頻器沒有防爆構造，應將變頻器設置在危險場所之外。

（10）使用變頻器驅動齒輪減速電動機時，使用范圍受到齒輪轉動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時，在低速范圍內沒有限制；在超過額定轉速以上的高速范圍內，有可能發生潤滑油用光的危險。因此，不要超過最高轉速容許值。

（11）變頻器驅動繞線轉子異步電動機時，大多是利用已有的電動機。繞線電動機與普通的鼠籠電動機相比，繞線電動機繞組的阻抗小。因此，容易發生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現象，所以應選擇比通常容量稍大的變頻器。一般繞線電動機多用于飛輪力矩GD2較大的場合，在設定加減速時間時應多注意。

（12）變頻器驅動同步電動機時，與工頻電源相比，降低輸出容量10％～20％，變頻器的連續輸出電流要大于同步電動機額定電流與同步牽入電流的標幺值的乘積。

（13）對于壓縮機、振動機等轉矩波動大的負載和油壓泵等有峰值負載情況下，如果按照電動機的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發生因峰值電流使過電流保護動作現象。因此，應了解工頻運行情況，選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。變頻器驅動潛水泵電動機時，因為潛水泵電動機的額定電流比通常電動機的額定電流大，所以選擇變頻器時，其額定電流要大于潛水泵電動機的額定電流。

（14）當變頻器控制羅茨風機時，由于其起動電流很大，所以選擇變頻器時一定要注意變頻器的容量是否足夠大。

（15）選擇變頻器時，一定要注意其防護等級是否與現場的情況相匹配。否則現場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運行。

（16）單相電動機不適用變頻器驅動。

（17）電機負載非常輕時，即使電機負載電流在變頻器額定電流之內，亦不能使用比電機容量小很多的變頻器。這是因為電機的電抗隨電機的容量而不同，即使電機負載相同，電機容量越大其脈動電流值也越大，因而有可能超過變頻器的電流容許值。

（18）如果變頻器的供電電源是自備電源，最好加上進線電抗器。

編輯：黃飛

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