工業自動化項目傾向於出於良好的理由使用標準化組件並採用通用功能，主要是為了提高簡單性和可重用性。但是偶爾，技術​​發展也值得關注，因為它們可以帶來性能或成本優勢。當今改進的交流變頻驅動器（VFD）代表了這種進步。

    

許多機械和過程自動化項目都將傳感器用作執行程序的可編程邏輯控制器（PLC）的輸入，而可編程邏輯控制器則依次驅動輸出，馬達啟動器和VFD以實現過程動作並命令馬達運動。多年來，VFD製造商逐漸增加了擴展的命令，控制和數據規定。

現在，最新的VFD不僅包括基本的電機控制，還包括程序執行功能。因此，兩種非常常見且獨立的自動化產品類型PLC和VFD在有限的程度上融合在一起，為最終用戶提供了新的選擇。本文研究了何時可以最好地使用這種混合技術來解決自動化需求，以及可能使其無法考慮的局限性。

VFD增加功能

在大約50年前VFD普遍可用之前，通過使用複雜而低效的機械手段（例如驅動軸和皮帶輪）來改變馬達的速度。VFD通過電動改變馬達速度提供了重大改進。現在，操作員可以使用VFD的鍵盤，遠程按鈕或PLC來命令馬達啟動，以一定速度運行和停止，但這只是開始。

基本的VFD非常智能，但是不能像PLC一樣執行高級邏輯控制。（圖片來源：AutomationDirect）

VFD逐漸獲得更多的板載配置功能，例如遵循線性斜坡或S曲線之類的功能以特定速率加速和減速的能力。多年來，跳頻，超速以及最終的比例/積分/微分（PID）模擬迴路控制已被添加並變得很普遍。開環和閉環矢量控制改善了馬達速度和轉矩的調節，現在甚至可以在基本運動控制應用中進行位置控制。改進VFD位置控制的另一個相對較新的功能是支持永磁馬達。

硬連線的I / O接口允許外部系統以多種方式命令和監視VFD。在適當的時候，內置的現場總線或網絡通訊使單個PLC或其他控制器能夠訪問全部VFD命令和變量。

除了VFD電機控制的靈活性外，用戶還發現通過以較低的速度運行某些設備可以節省能源。隨著時間的推移，這些節省可以支付VFD的成本。但是，這些好處和配置都沒有真正起到邏輯編程的作用，因此需要操作員或外部PLC來觸發VFD動作。

PLC獲得動力

就像VFD提供了更好的控制馬達的方式一樣，PLC提供了基於軟件的解決方案來取代傳統的硬接線繼電器和控制電路，從而為工程師在功率和靈活性方面帶來了巨大的改進。PLC的可用時間與VFD大致相同，因此已經進行了數十年的開發。

原始PLC僅使用輸入和執行程序來驅動輸出來處理離散的開/關邏輯。但是他們迅速獲得了功能，包括用於評估和命令可變信號的模擬I / O。處理能力增強，內存表增加，複雜的數學運算成為可能，並且可以配置大量的計數器和計時器。對於過程應用，可以將數十個PID迴路集中在PLC中，並且用戶還可以創建過程控制功能塊。

PLC功能使它們成為集中控制具有更高複雜性和I / O的設備和過程的流行選擇。（圖片來源：AutomationDirect）

PLC是對過程進行集中控制和可視化的自然場所，VFD繼續發揮其馬達控製作用。但是，處理能力，內存可用性，通信選項和網絡速度的不斷提高，開始模糊了兩者之間的界限。

VFD和PLC更好地結合在一起

最初設想VFD和PLC時，它們都是特定於任務的，這就是為解決問題而創建的新技術的本質。但是，隨著它們的成熟並以自己的方式變得更加智能，PLC和VFD逐漸增加了功能集並開始重疊功能，這是開發技術所共有的。PLC獲得了運動控制功能，而VFD獲得了邏輯編程能力。從VFD的角度來看，屬性的重疊或合併成為可能，因為VFD控制中使用的基本微處理器功能強大，足以容納PLC功能所需的功能。從某種意義上說，這項技術將這些其他功能帶到了一起，而成本卻很少甚至沒有，為您提供了節省的機會。

除了VFD的馬達控制屬性外，使用PLC或VFD進行邏輯控制的最大區別在於可用的I / O數量和類型。通過訪問足夠的I / O，VFD開始看起來像微型PLC。

因此，設計系統的訣竅是知道如何有效地利用這些智能設備的集成功能。這涉及確定在各種目標設備選項之間分配控制功能的最佳方法，以實現自動化目標。

邏輯VFD / PLC平衡點

要找到使用VFD和PLC控制功能的理想方法，需要對過程功能和總體自動化目標進行評估。VFD的直接控制將受到硬限制，遠低於大多數PLC的限制。這些限制適用於以下領域：

• I / O點數
• 代碼行數
• 內存量
• 進階指示
• 處理速度

儘管有這些限制，將一定數量的過程控制從PLC推送到本地VFD還是有好處的：

• VFD內的本地和獨立操作，不依賴監控PLC或網絡
• 減少PLC硬件或用VFD取代PLC硬件/軟件的潛力
• 如果可以復制分佈式VFD程序，則可以減少編程工作
• 能夠分隔和復制安裝，調試和啟動的功能

當機器或過程的複雜度最小且I / O計數較低時，平衡將轉向在VFD中實現控制邏輯。如果有多台相似的設備火車各自具有自己的VFD，並且希望保持盡可能多的本地火車在線，則尤其如此。

另一種方法是使用VFD I / O和控製程序來處理本地聯鎖和過程控制，並與監控PLC結合使用以啟用和禁用VFD操作並提供操作設定值。在此配置中，VFD及其自身的控制邏輯充當打包的自動化系統。這種方法對於具有一個或多個VFD的小型設備滑道的OEM設計者非常有用，因為它允許交付自動化包裝而無需單獨的PLC。

但是，一旦超過了上述任何限制，或者有一個壓倒一切的過程原因來緊密協調所有與VFD相關的系統，那麼平衡就會轉向使用一個或多個集中式PLC。

智能VFD現場

物料搬運原始設備製造商發現，智能可編程VFD非常適合某些類型的輸送機子系統。電動輸送機部分通常配置為模塊化區域，並能夠根據需要互鎖上下游。

可以將馬達驅動的物料輸送機配置為區域，每個區域都使用帶有I / O點的可編程VFD來聯鎖上下游動作。（圖片來源：AutomationDirect）

對於每個區域，VFD I / O點都連接到上游和下游區域，並連接到用於感測盒子的本地光電眼。每當上游傳送帶運行或感測到入箱時，VFD都會發出信號通知下游傳送帶運行並準備接收箱子。當輸送機區域一段時間內沒有看到箱子到達時，它可以使自身閒置以節省能量，直到再次需要它為止。可以通過模塊化方式以模塊化的方式鏈接任意數量的傳送帶區域，而無需監控PLC。如果有問題，本地控制也可以使維護人員更輕鬆地進行故障排除。

小型污水泵系統是VFD的本地控制可以提供所需功能的另一個示例。運行泵已經需要VFD，並且VFD I / O點可以連接到本地液位開關。啟用後，VFD將在水位上升到高位時啟動，並在水位下降到低位時停止。如果需要，VFD可以將I / O狀態和系統操作模式傳達給更高級別的監控系統，但是只要VFD通電，所有本地控制都可以運行。

當然，即使使用智能VFD，使用一個監控PLC也可以更好地服務於大型多泵系統。主PLC可以協調各種超前/滯後泵送方案，合併泵交替系統以及合併其他本地設備（如閥門和流量計）。

VFD Automation可以提供本地控制解決方案

現代VFD提供了全面的馬達控制功能，許多最新型號都是可編程的，並具有I / O點，非常類似於PLC。智能VFD為設計人員提供了實現控制的另一種選擇，非常適合I / O數量少的局部功能區域。這些智能VFD還可以與監控系統很好地協調，為許多應用提供經濟而強大的解決方案。

 

圖文參考:  Design News