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摘要：本文简述了电工新技术中变频器、PLC的结构和工作原理，对变频器在使用过程中安装、布线及接地等问题进行了较详细的说明，并以电工新技术在太阳能系统中的恒压供水应用案例对其综合应用加以说明。
关键词：变频器、PLC 、恒压供水
Abstract: this paper briefly describes the electrician the new technology inverter, the structure and working principle of PLC, frequency converter in use process installation, wiring and grounding the problems such as a detailed instructions, and with the new technology in the solar system electrician of constant pressure water supply for its comprehensive application example to illustrate.
Key words: PLC, frequency converter, constant pressure water supply
中图分类号：TM文献标识码：A 文章编号：
1.变频器的结构和工作原理
1.1变频器的分类：
1）交-交型： 可将交流直接换成频率，电压均可控制的交流，又称直接式变频器。
2）交-直-交型（大部分）：则是先把工作交流电通过整流变成直流电，然后再反直流电变换成频率，电压均可控制的交流电，又称为间接型变频器。
1.2变频器的基本组成：
1.2.1.主电路
主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，主要由以下三部分构成：
1）整流器最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。
3）中间直流环节 在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。
2）逆变器同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。
1.2.2控制电路
它是给主电路提供控制信号的回路，有以下部分组成：
1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。
3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。
4）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机損坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
1.3变频器安装
应注意以下事项：安装环境温度在-10~+50度，湿度在90%以下的环境；安装空间与周边箱体须保持一定的距离，正面上/下端为10CM以上，左右侧面为1CM以上的距离；不易安装在日光直射和振动的地方，不可横置安装。
1.4变频器接线
在控制系统中，使用PLC的模拟量控制变频器时，由于变频器本身产生强干扰信号的特性和模拟量抗干扰能力不与数字量抗干扰能力强的特性；因此为了最大程度的消除变频器对模拟量的干扰，在布线和接地等方面就需要采取更加严密的措施。
布线注意事项：
1） 使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其它设备
的干扰，应将控制变频器的信号线与强电回路分开走线。距离应在30cm以上。
2）信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部。
3）模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.5～2mm2。在接线时一定
要注意，电缆剥线要尽可能的短（5-7mm左右），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。
4）导线选择方面，为确保电压降在2%以内，当接线距离长时请使用粗导线，电线间电压降的计算公式：V=【1.732电线电阻×布线距离×电流】÷1000
接地注意事项：
1）变频器的接地应该与PLC控制回路单独接地，在不能够保证单独接地时，为了减少变频器对控制器的干扰，控制回路接地可以浮空，但变频器一定要保证可靠接地。在控制系统中建议将模拟量信号线的屏蔽线两端都浮空，同时由于在机组上PLC与变频器共用一个大地，因此建议在可能的情况下，将PLC单独接地或者将PLC与机组地绝缘开来。
2） 变频器的接地，400V级的接地电阻10Ω以下，接地线切勿与焊机及动力设备共用，
接地线请按照电气设备技术基准所规定的导线线径规格，接地线在可能范围内尽量短。由于变频器产生漏电流，与接地点距离太远则接地端子的电位不安定，使用两台以上变频器的场合，请勿将接地线形成回路。
3） 变频器与电机间的接线距离较长的场合，来自电缆的高次谐波漏电流，会对变频器
和周边设备产生不利影响。因此为减少变频器的干扰，需要对变频器的载波频率进行调整。
2. PLC的结构及工作原理
可编程控制器，（英文称Programmable Logic Controller），简称PLC。PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。
2.1 PLC的基本结构及特点
PLC由微处理器CPU板、输入电路、输出电路、用户程存储器扩展、输入/输出扩展接口、外设扩展接口及电源电路等组成。PLC系统主要特点有：可靠性高、抗干扰能力强；编程简单、使用方便；功能完善、通用性强； 设计安装简单、维护方便和体积小、重量轻、能耗低等特点，因此在工业领域得到了较快的发展。
2.2 PLC的工作原理
PLC控制系统主要由输入部分、控制部分和输出部分组成。工作过程实质上就是执行程序的过程，分为以下三个阶段：
1）输入处理
PLC以重复扫描方式执行用户程序。在执行程序前首先按地址编码顺序将所有输入端子的通断状态（输入信号）读入输入映像寄存器中，然后开始执行程序。在执行过程中，即使输入状态发生了变化，但输入映像寄存器中的内容不变，直到一个扫描周期的输入处理阶段才重新读输入状态。
2）程序执行
在程序执行阶段，PLC顺序扫描用户程序。每执行一条程序所需要的信息都是从输入映像寄存器和其他软元件映像寄存器读出并参与运算，然后将执行结果写入有关的软元件映像寄存器中，因此各软元件映像寄储器中的内容随着程序的执行在不断的变化。
3）输出处理
当全部指令执行完毕后，将输出映像寄存器中的状态全部传送到输出锁存寄存器中，构成PLC的实际输出并由输出端子送出给执行器。
3. PLC、变频器的综合应用实例
3.1工程简介及控制要求
深圳某酒店安装一套太阳能热水系统工程，用水设计容量为12吨，采用太阳能集热板加空气源热泵的方式进行加热，热水供应方式要求具备恒压供水功能。如下图所示：
恒压供水（热水）要求：
1）采用三台2.2KW的水泵，工作方式为二用一备，并且要互为备用，轮流切换工作；
2）供水要求：系统供水压力要求0.2Mpa±5%之间，恒压不间断的向用户进行供水。
3）控制系统应具备手动和自动功能，当设备故障时要有报警输出，当储热水箱低水位时，供水系统要有停止工作。
3.2 设备选型
根据设备情况及甲方要求，变频器选用三菱FD-D700系列，PLC选用三菱FX2N系列，接触器和断路器选用施耐德电气产品。
3.3电路设计和程序编写
1）电路设计
一次电路：水泵采用工频运行和变频运行两种接线方式，变频器为一拖三的方式进行接线。
二次电路：工频运行和变频运行设定互锁接线、为确保系统的可靠性及保护PLC，接触器线圈与PLC输出独立接线，通过中间断电器进行连接。
2）程序编写
程序编写主要采用步进指令进行，根据用户要求，程序设有手动和自动两种控制方式，并设有急停，报警和水箱缺水保護等功能。
3.4系统安装及调试
1）变频器调试
由于本系统PID调节是由变频器来实现，所以在设置变频器参数时，除了常规参数设定
外，还要对变频器有关PID的参数进行设定，如Pr.128—PID动作选择，Pr.131—上限，Pr.132—下限等参数，另外对多功能输出端子进行功能定义设置。
2）PLC调试
根据图纸检查PLC接线正确无误后，将程序的导入PLC中，测试手动操作启/停水泵是否正常，测试工频和变频的互锁及报警等事项。
3）系统联调
变频器和PLC单机调试正常后，进行系统联调，主要测试管道压力改变时，系统是否具备自动调节能力，三台水泵是否能够实现互为备用功能，系统报警功能及缺水保护等功能测试。
3.5 系统验收及运行效果
该恒压供水项目通过了甲方及工程监理的验收，系统各项功能指示均能满足设计要求。
系统自投入运行至今已有1年多时间，系统运行稳定，可靠性高，没有出现故障，维护少。无论是在用水的高峰期还是低谷期，水管压力的波动小，用户用水压力稳定，另外系统能够节省能源，节约电能大约是常规供水的20%。
参考文献：
[1] 谢克明 夏路易主编.可编程控制器原理与程序设计.电子工业出版社 2002
[2] 方承运主编.工厂电气控制技术.机械工业出版社 2000
[3] 冯垛生 张淼编著 变频器的应用与维护 华南理工大学出版社 2001
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：变频器、PLC 、恒压供水
Abstract: this paper briefly describes the electrician the new technology inverter, the structure and working principle of PLC, frequency converter in use process installation, wiring and grounding the problems such as a detailed instructions, and with the new technology in the solar system electrician of constant pressure water supply for its comprehensive application example to illustrate.
Key words: PLC, frequency converter, constant pressure water supply
中图分类号：TM文献标识码：A 文章编号：
1.变频器的结构和工作原理
1.1变频器的分类：
1）交-交型： 可将交流直接换成频率，电压均可控制的交流，又称直接式变频器。
2）交-直-交型（大部分）：则是先把工作交流电通过整流变成直流电，然后再反直流电变换成频率，电压均可控制的交流电，又称为间接型变频器。
1.2变频器的基本组成：
1.2.1.主电路
主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，主要由以下三部分构成：
1）整流器最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。
3）中间直流环节 在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。
2）逆变器同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。
1.2.2控制电路
它是给主电路提供控制信号的回路，有以下部分组成：
1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。
3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。
4）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机損坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
1.3变频器安装
应注意以下事项：安装环境温度在-10~+50度，湿度在90%以下的环境；安装空间与周边箱体须保持一定的距离，正面上/下端为10CM以上，左右侧面为1CM以上的距离；不易安装在日光直射和振动的地方，不可横置安装。
1.4变频器接线
在控制系统中，使用PLC的模拟量控制变频器时，由于变频器本身产生强干扰信号的特性和模拟量抗干扰能力不与数字量抗干扰能力强的特性；因此为了最大程度的消除变频器对模拟量的干扰，在布线和接地等方面就需要采取更加严密的措施。
布线注意事项：
1） 使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其它设备
的干扰，应将控制变频器的信号线与强电回路分开走线。距离应在30cm以上。
2）信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部。
3）模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.5～2mm2。在接线时一定
要注意，电缆剥线要尽可能的短（5-7mm左右），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。
4）导线选择方面，为确保电压降在2%以内，当接线距离长时请使用粗导线，电线间电压降的计算公式：V=【1.732电线电阻×布线距离×电流】÷1000
接地注意事项：
1）变频器的接地应该与PLC控制回路单独接地，在不能够保证单独接地时，为了减少变频器对控制器的干扰，控制回路接地可以浮空，但变频器一定要保证可靠接地。在控制系统中建议将模拟量信号线的屏蔽线两端都浮空，同时由于在机组上PLC与变频器共用一个大地，因此建议在可能的情况下，将PLC单独接地或者将PLC与机组地绝缘开来。
2） 变频器的接地，400V级的接地电阻10Ω以下，接地线切勿与焊机及动力设备共用，
接地线请按照电气设备技术基准所规定的导线线径规格，接地线在可能范围内尽量短。由于变频器产生漏电流，与接地点距离太远则接地端子的电位不安定，使用两台以上变频器的场合，请勿将接地线形成回路。
3） 变频器与电机间的接线距离较长的场合，来自电缆的高次谐波漏电流，会对变频器
和周边设备产生不利影响。因此为减少变频器的干扰，需要对变频器的载波频率进行调整。
2. PLC的结构及工作原理
可编程控制器，（英文称Programmable Logic Controller），简称PLC。PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。
2.1 PLC的基本结构及特点
PLC由微处理器CPU板、输入电路、输出电路、用户程存储器扩展、输入/输出扩展接口、外设扩展接口及电源电路等组成。PLC系统主要特点有：可靠性高、抗干扰能力强；编程简单、使用方便；功能完善、通用性强； 设计安装简单、维护方便和体积小、重量轻、能耗低等特点，因此在工业领域得到了较快的发展。
2.2 PLC的工作原理
PLC控制系统主要由输入部分、控制部分和输出部分组成。工作过程实质上就是执行程序的过程，分为以下三个阶段：
1）输入处理
PLC以重复扫描方式执行用户程序。在执行程序前首先按地址编码顺序将所有输入端子的通断状态（输入信号）读入输入映像寄存器中，然后开始执行程序。在执行过程中，即使输入状态发生了变化，但输入映像寄存器中的内容不变，直到一个扫描周期的输入处理阶段才重新读输入状态。
2）程序执行
在程序执行阶段，PLC顺序扫描用户程序。每执行一条程序所需要的信息都是从输入映像寄存器和其他软元件映像寄存器读出并参与运算，然后将执行结果写入有关的软元件映像寄存器中，因此各软元件映像寄储器中的内容随着程序的执行在不断的变化。
3）输出处理
当全部指令执行完毕后，将输出映像寄存器中的状态全部传送到输出锁存寄存器中，构成PLC的实际输出并由输出端子送出给执行器。
3. PLC、变频器的综合应用实例
3.1工程简介及控制要求
深圳某酒店安装一套太阳能热水系统工程，用水设计容量为12吨，采用太阳能集热板加空气源热泵的方式进行加热，热水供应方式要求具备恒压供水功能。如下图所示：
恒压供水（热水）要求：
1）采用三台2.2KW的水泵，工作方式为二用一备，并且要互为备用，轮流切换工作；
2）供水要求：系统供水压力要求0.2Mpa±5%之间，恒压不间断的向用户进行供水。
3）控制系统应具备手动和自动功能，当设备故障时要有报警输出，当储热水箱低水位时，供水系统要有停止工作。
3.2 设备选型
根据设备情况及甲方要求，变频器选用三菱FD-D700系列，PLC选用三菱FX2N系列，接触器和断路器选用施耐德电气产品。
3.3电路设计和程序编写
1）电路设计
一次电路：水泵采用工频运行和变频运行两种接线方式，变频器为一拖三的方式进行接线。
二次电路：工频运行和变频运行设定互锁接线、为确保系统的可靠性及保护PLC，接触器线圈与PLC输出独立接线，通过中间断电器进行连接。
2）程序编写
程序编写主要采用步进指令进行，根据用户要求，程序设有手动和自动两种控制方式，并设有急停，报警和水箱缺水保護等功能。
3.4系统安装及调试
1）变频器调试
由于本系统PID调节是由变频器来实现，所以在设置变频器参数时，除了常规参数设定
外，还要对变频器有关PID的参数进行设定，如Pr.128—PID动作选择，Pr.131—上限，Pr.132—下限等参数，另外对多功能输出端子进行功能定义设置。
2）PLC调试
根据图纸检查PLC接线正确无误后，将程序的导入PLC中，测试手动操作启/停水泵是否正常，测试工频和变频的互锁及报警等事项。
3）系统联调
变频器和PLC单机调试正常后，进行系统联调，主要测试管道压力改变时，系统是否具备自动调节能力，三台水泵是否能够实现互为备用功能，系统报警功能及缺水保护等功能测试。
3.5 系统验收及运行效果
该恒压供水项目通过了甲方及工程监理的验收，系统各项功能指示均能满足设计要求。
系统自投入运行至今已有1年多时间，系统运行稳定，可靠性高，没有出现故障，维护少。无论是在用水的高峰期还是低谷期，水管压力的波动小，用户用水压力稳定，另外系统能够节省能源，节约电能大约是常规供水的20%。
参考文献：
[1] 谢克明 夏路易主编.可编程控制器原理与程序设计.电子工业出版社 2002
[2] 方承运主编.工厂电气控制技术.机械工业出版社 2000
[3] 冯垛生 张淼编著 变频器的应用与维护 华南理工大学出版社 2001
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。