一、技术背景与基本原理

1.1 变频器调速的原理

变频器通过改变交流电的频率与电压来控制电机转速，其控制关系为：

电机转速 n = (60 × f) / p
其中 f 为变频器输出频率，p 为电机极对数。

因此，通过调节输出频率即可实现对电机转速的线性控制。

1.2 PLC模拟量输出简介

PLC可通过**模拟量输出模块（如AO模块）**输出0-10V或4-20mA等信号，用于控制外部设备的运行状态。模拟信号输出与变频器频率输入之间的线性关系是实现调速控制的基础。

二、PLC与变频器模拟量调速系统构成

2.1 系统组成

• PLC主机（带模拟量输出模块）

• 变频器（具备模拟量频率设定输入端子）

• 三相异步电机

• 人机界面（可选）

• 信号电缆与接线端子

2.2 接线方式

以0-10V电压信号为例：

• PLC AO模块输出端（+） → 变频器模拟输入端（如 AI1）

• PLC AO模块地线（-） → 变频器模拟输入公共端（如 GND）

• PLC DO输出 → 变频器启停控制端子（如 FWD 或 RUN）

在接线时需注意模拟地的独立性，防止信号干扰。

三、模拟量调速方案设计

3.1 频率映射关系设置

在变频器中需设置模拟输入与频率的比例关系，如：

• 模拟量输入 0V → 输出频率 0Hz

• 模拟量输入 10V → 输出频率 50Hz

该线性关系可通过变频器的参数设定实现，常见为 P0-07、P1-01 等参数（依据不同品牌有所差异）。

3.2 PLC编程思路

PLC程序应包括以下部分：

• 启停控制逻辑

• 模拟量输出设置

• 信号转换与比例运算

以西门子S7-1200为例，利用TIA Portal配置模拟量输出通道，并根据设定频率将其转换为0-27648（模拟量分辨率）之间的值输出。

ladder复制编辑// 示例：设定目标频率为设定值FREQ_SET（单位Hz）MUL    FREQ_SET, 27648/50.0 -> AO_VALUEMOV    AO_VALUE -> %QW0  // 输出到AO通道

3.3 HMI设定界面（可选）

通过触摸屏设定目标频率值，实时显示当前频率、状态等信息，提升系统交互性。

四、典型应用场景

4.1 风机、泵类负载

• 控制风机转速以适应不同通风需求

• 控制水泵压力保持恒压供水

• 节能降噪、软起软停

4.2 输送带系统

• 调节输送速度配合工艺节拍

• 实现多段速切换或连续可调

• 可通过PLC实现逻辑联动控制

4.3 恒速/变速控制混合场景

例如：在一个流水线系统中，通过PLC程序分别控制多个变频器，每个电机执行不同速度要求，实现整体协调。

五、系统优势分析

六、注意事项与调试建议

6.1 模拟量信号干扰

• 使用屏蔽电缆

• 与强电隔离布线

• 加装模拟量隔离模块（如信号调理器）

6.2 参数设置匹配

• PLC模拟量输出类型（0-10V/4-20mA）必须与变频器输入端口对应

• 变频器需启用模拟频率设定功能，并设定最大最小频率值

6.3 启停逻辑独立

即使使用PLC输出模拟量控制频率，也建议启停命令由PLC的开关量输出控制，避免频率输出但电机未启动，造成系统误动作。

6.4 安全联锁保护

可结合变频器的报警输出与PLC的程序保护，实现过载、欠压、过热等故障联锁停机，提高系统稳定性。

七、品牌适配与扩展建议

7.1 适配品牌示例

• PLC：西门子、三菱、欧姆龙、台达、汇川等

• 变频器：ABB、施耐德、台达、三菱、英威腾等

7.2 高级控制策略（可拓展）

• 结合PID闭环调速（如恒压、恒流）

• 通过通讯方式（如Modbus）替代模拟量，提升抗干扰能力

• 多电机同步调速控制

八、结语

通过PLC的模拟量输出控制变频器，实现电机调速，是当前工业自动化中一种高效、经济、易实现的解决方案。它不仅可以满足大多数工业控制系统的应用需求，还具备良好的可拓展性和兼容性。对于追求高可靠性与精度控制的系统来说，该方案值得推广应用。