台湾固纬电子    

选择适合的 PLC 和变频器来实现特定控制任务，需结合控制需求、工艺参数、环境条件和成本预算，从功能匹配、性能指标、兼容性等多维度综合评估。以下是具体的选择步骤和关键考量因素：

一、明确控制任务与核心需求（前提）

首先需清晰定义控制目标，梳理关键参数，例如：

1. 电机与负载特性：

• 电机类型（异步电机 / 同步电机）、功率（如 1.5kW、11kW）、额定电压（220V/380V）、转速范围（如 0~1500rpm）；

• 负载类型（恒转矩如传送带，变转矩如水泵，需考虑启动转矩、过载能力）。

2. 控制功能需求：

• 调速方式（固定转速 / 无级调速 / 多段速）；

• 控制精度（速度偏差允许范围，如 ±1%）；

• 联动逻辑（单电机独立控制 / 多电机同步，如生产线多轴协调）；

• 信号交互（仅启停 / 需速度反馈 / 需故障报警）。

3. 通讯与扩展需求：

• 是否需要与 HMI、SCADA 等系统通讯（需确定协议：Modbus、Profinet 等）；

• 未来是否扩展设备（如增加传感器、执行器，需 PLC 有足够 I/O 余量）。

二、变频器的选择（核心参数匹配）

变频器的选择需优先匹配电机参数和调速需求，关键指标如下：

1. 功率与电压等级

• 额定功率：变频器额定功率需≥电机额定功率（重载场景如破碎机、搅拌机，需放大 1.2~1.5 倍；轻载场景如风机、水泵可等于电机功率）。

• 例：7.5kW 电机驱动传送带（恒转矩）→ 选 11kW 变频器；7.5kW 水泵（变转矩）→ 选 7.5kW 变频器。

• 电压等级：与电机一致（220V 单相 / 380V 三相），避免因电压不匹配导致烧毁（如 380V 电机接 220V 变频器会欠压保护）。

2. 控制模式

根据调速精度和负载特性选择：

• V/F 控制：通用模式，成本低，适用于对精度要求不高的场景（如风机、水泵，速度偏差 ±5%）。

• 矢量控制（VC）：分无传感器和有传感器，适用于高精度调速（如 ±0.5%）、高启动转矩（如电梯、注塑机），需匹配电机参数自学习。

• 直接转矩控制（DTC）：响应更快（ms 级），适用于动态负载（如卷取机），但成本较高（如 ABB ACS880 系列）。

3. 调速范围与过载能力

• 调速范围：需覆盖工艺所需转速（如 0~50Hz 对应 0~1500rpm，若需低速运行至 5rpm，需变频器支持 1:1000 调速比）。

• 过载能力：短期过载需满足负载冲击（如电机启动时过载 150%/60s，变频器需对应支持）。

4. 输入输出接口与通讯

• 控制接口：需匹配 PLC 的控制方式（开关量端子 / 模拟量输入 / 通讯接口）。

• 例：模拟量调速需变频器带 4~20mA/0~10V 输入；通讯控制需带 RS485 或 EtherNet 接口（支持 Modbus/Profinet）。

• 反馈接口：若需闭环控制（如速度反馈），变频器需带编码器接口（如增量式编码器 A/B 相输入）。

5. 环境适应性

• 防护等级（IP20 适用于控制柜内，IP54 适用于粉尘 / 潮湿现场）；

• 工作温度（-10~40℃常规，高温环境需选宽温型）；

• 抗干扰能力（工业级变频器需通过 EMC 认证，适应车间强电磁环境）。

三、PLC 的选择（逻辑控制与协同能力）

PLC 需满足控制逻辑复杂度、I/O 点数、通讯能力等需求，关键指标如下：

1. 机型与性能

• 微型 PLC：适用于单电机简单控制（如启停 + 模拟量调速），I/O 点数＜32 点，成本低（如西门子 S7-200 SMART、三菱 FX5U）。

• 小型 PLC：适用于多电机联动（如 3~10 台变频器），支持扩展模块和基础通讯（如西门子 S7-1200、罗克韦尔 Micro850）。

• 中大型 PLC：适用于复杂系统（如 20 台以上变频器同步、带运动控制），支持高速总线和冗余功能（如西门子 S7-1500、施耐德 M340）。

2. I/O 点数与模块配置

• 数字量 I/O：根据开关量控制需求计算（如每台变频器需 1 个启动信号、1 个故障反馈信号，10 台则需 20 点），预留 20% 余量。

• 模拟量模块：若用模拟量调速，需 PLC 带对应输出模块（如 1 路 AO 控制 1 台变频器，4 台则需 4 路 AO 或复用模块）。

• 通讯模块：若用总线控制（如 Modbus RTU/Profinet），PLC 需带对应接口（如 RS485、EtherNet），或通过扩展模块实现。

3. 编程与兼容性

• 编程环境：需支持控制逻辑和通讯指令（如 Modbus 库、PID 调节指令），新手优先选易用性高的（如西门子 TIA Portal、三菱 GX Works3）。

• 兼容性：与变频器通讯时，优先选择同品牌（如西门子 PLC + 西门子变频器，减少协议适配问题）；跨品牌需确认协议兼容性（如 Modbus 是否通用）。

4. 扩展与冗余（可选）

• 未来需增加设备时，PLC 需支持模块扩展（如 S7-1200 可扩展信号模块、通讯模块）；

• 关键场景（如化工生产线）需冗余设计（双 PLC、双总线），避免单点故障停机。

四、匹配性验证（避免 “不兼容” 陷阱）

1. 信号匹配：

• PLC 模拟量输出类型（4~20mA/0~10V）需与变频器输入类型一致；

• 开关量信号电平兼容（如 PLC 输出 DC24V，变频器控制端子需支持 DC24V 输入，避免电压 mismatch）。

2. 通讯匹配：

• 协议一致（如 PLC 支持 Modbus RTU，变频器需开启 Modbus 从站模式）；

• 波特率、数据格式（如 8N1）需统一，总线距离需在允许范围内（RS485≤1200m，EtherNet≤100m）。

3. 功率匹配：

• PLC 输出点带载能力需驱动变频器控制端子（如 PLC DO 点输出电流≥5mA，满足变频器光耦输入需求）。

五、成本与品牌考量

1. 成本平衡：

• 简单场景（如单电机调速）：选国产经济型（如汇川 PLC + 汇川变频器，总成本可降低 30%）；

• 高精度 / 复杂场景：选进口品牌（如西门子、三菱，稳定性更优，适合连续生产）。

2. 品牌生态：

• 优先选择同一品牌或兼容度高的组合（如施耐德 PLC + 施耐德变频器，支持 EcoStruxure 总线无缝对接）；

• 考虑本地化服务（如售后响应速度、备件 availability）。

六、案例参考：不同场景的选型组合

总结

选择 PLC 和变频器的核心逻辑是：“变频器匹配电机与调速需求，PLC 匹配控制复杂度与通讯需求，两者信号与协议兼容”。具体步骤为：

1. 明确电机参数、调速精度、控制功能；

2. 按功率、控制模式选变频器；

3. 按 I/O 点数、通讯能力选 PLC；

4. 验证信号与协议兼容性，平衡成本与稳定性。

最终目标是实现 “功能满足、性能达标、成本合理、维护便捷” 的控制方案。