項(xiàng)目七FX系列PLC與變頻器

1、 項(xiàng)目七 ： fx系列plc與變頻器 概述：異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速主要是利用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。利用plc對(duì)變頻器的控制即可實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制，認(rèn)識(shí)變頻器及如何用plc控制變頻器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)和控制，也是plc應(yīng)用的一個(gè)具體方面。本節(jié)主要介紹變頻器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理以及用變頻器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。 任務(wù) 鋼琴琴弦繞絲機(jī)的電氣控制 （一）鋼琴琴弦繞絲機(jī)工作原理某鋼琴琴弦繞絲機(jī)布局圖如圖7-1所示：工作基本要求： 當(dāng)機(jī)架處于起點(diǎn)位置且鋼絲被拉緊時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，繞絲機(jī)開(kāi)始工作，機(jī)架向左行走；當(dāng)機(jī)架行走到減速傳感器位置時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速減速；機(jī)架繼續(xù)向左行走，到終點(diǎn)傳感器位置時(shí)，主軸電

2、機(jī)停止工作；主軸電機(jī)停止工作3秒后，主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)機(jī)架向右行走，行走到起點(diǎn)位置時(shí)，主軸電機(jī)停止，機(jī)架停止于起點(diǎn)位置處，準(zhǔn)備進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。 （二）任務(wù)分析1機(jī)架向左或者向右行走是如何實(shí)現(xiàn)的呢？機(jī)架的行走是由三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸實(shí)現(xiàn)行走的，機(jī)架向左或者向右行走即要求三相異步電動(dòng)機(jī)要能實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制；2機(jī)架向右行走到減速位置時(shí)，要求主軸減速，即三相異步電動(dòng)機(jī)要能實(shí)現(xiàn)速度控制即變頻器多段速度控制。 （三）相關(guān)知識(shí)1. 變頻器的基本構(gòu)成變頻器的基本構(gòu)成變頻器分為交交和交直交兩種形式。 交交變頻器是直接將工頻交流轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流，常稱為變頻器； 交直交變頻器則是先把工頻交流通過(guò)整

3、流器轉(zhuǎn)換成直流，然后再把直流轉(zhuǎn)換(逆變)成頻率、電壓均可控制的交流(由直流轉(zhuǎn)換成交流的裝置也常稱為逆變器）?；緲?gòu)成如圖72所示。交直交變頻器 的基本組成：主要由主電路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成。 整流器主要是將電網(wǎng)整流成直流逆變器是通過(guò)三相橋式逆變電路將直流轉(zhuǎn)換成任意頻率的三相交流； 中間環(huán)節(jié)又叫儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，由于變頻器的負(fù)載一般為電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載，運(yùn)行中中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率將由中間環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件（電容器或電抗器）來(lái)緩沖； 控制電路主要是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制，對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能。 2. 變頻器的調(diào)速原理變頻器的調(diào)速原理（1）三相

4、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為式中n0 同步轉(zhuǎn)速； 電源頻率，單位為hz；p 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)； s 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。從公式可知，改變電源頻率即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度。)1 (60)1 (0spfsnn（2）對(duì)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速時(shí)，希望主磁通保持不變，因?yàn)榇磐ㄌ?，鐵芯利用不充分，同樣轉(zhuǎn)子電流下轉(zhuǎn)矩減小，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降；若磁通太強(qiáng)，鐵芯發(fā)熱，波形變壞。如何實(shí)現(xiàn)磁通不變呢？根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為： e14.441n1m式中1 電動(dòng)機(jī)定子頻率，單位為hz；n1 定子繞組有效匝數(shù)；m 每極磁通量，單位為wb。從公式可知，對(duì)e和f進(jìn)行適當(dāng)控制即可維持磁通量不變。因此，三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)

5、速必須按照一定的規(guī)律同三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時(shí)改變其定子電壓和頻率，即必須通過(guò)變頻器獲得電壓和時(shí)改變其定子電壓和頻率，即必須通過(guò)變頻器獲得電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源。頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源。3. 變頻器的額定值和頻率指標(biāo)變頻器的額定值和頻率指標(biāo)（1）輸入側(cè)的額定值主要是電壓和相數(shù)。在我國(guó)的中小容量變頻器中，輸入電壓的額定值有以下幾種：380v/50hz，200230v/50hz或60hz。（2）輸出側(cè)的額定值輸出電壓un，由于變頻器在變頻的同時(shí)也要變壓，所以輸出電壓的額定值是指輸出電壓中的最大值。在大多數(shù)情況下，它就是輸出頻率等于電動(dòng)機(jī)額定頻率時(shí)的輸出電壓值。通常，輸出

6、電壓的額定值總是和輸入電壓相等。輸出電流in，是指允許長(zhǎng)時(shí)間輸出的最大電流，是用戶在選擇變頻器時(shí)的主要依據(jù)。輸出容量（kva）sn，sn與un、in關(guān)系為snunin。配用電動(dòng)機(jī)容量（kw）pn，變頻器說(shuō)明書(shū)中規(guī)定的配用電動(dòng)機(jī)容量，僅適合于長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)載。過(guò)載能力，變頻器的過(guò)載能力是指其輸出電流超過(guò)額定電流的允許范圍和時(shí)間。大多數(shù)變頻器都規(guī)定150%in、60s，180%in、0.5s。（3）頻率指標(biāo)頻率范圍，即變頻器能夠輸出的最高頻率max和最低頻率min。各種變頻器規(guī)定的頻率范圍不僅一致，通常，最低工作頻率為0.1hz1hz，最高工作頻率為120hz60hz。頻率精度，指變頻器輸出頻率的準(zhǔn)確

7、度。在變頻器使用說(shuō)明書(shū)中規(guī)定的條件下，由變頻器的實(shí)際輸出頻率與設(shè)定頻率之間的最大誤差與最高工作頻率之比的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。頻率分辨率，指輸出頻率的最小改變量，即每相鄰兩檔頻率之間的最小差值。一般分模擬設(shè)定分辨率和數(shù)字設(shè)定分辨兩種。4三菱fra540變頻器的基本參數(shù) 變頻器用于單純可變速運(yùn)行時(shí)，可按出廠設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行即可，若考慮負(fù)荷、運(yùn)行方式時(shí)，必須設(shè)定必要的參數(shù)。 對(duì)于三菱fra540變頻器（有幾百個(gè)參數(shù)），可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)設(shè)定，這里僅介紹一些常用的參數(shù)，有關(guān)其他參數(shù)，請(qǐng)參考有關(guān)使用手冊(cè)。（1）輸出頻率范圍（pr.1、pr.2、pr.18、），pr.1為上限頻率，用pr.1設(shè)定輸出頻率的上限，既

8、使有高于設(shè)定值的頻率指令輸入，輸出頻率也被鉗位在上限頻率。pr.2為下限頻率，用pr.2設(shè)定輸出頻率的下限。pr.18為高速上限頻率，在120hz以上運(yùn)行時(shí)，用pr.18設(shè)定輸出頻率的上限。 （2）多段速度運(yùn)行（ pr.4、pr.5、pr.6、pr.24 pr.27），pr.4、pr.5、pr.6為三速設(shè)定（高速、中速和低速）的參數(shù)號(hào)，分別設(shè)定變頻器的運(yùn)行頻率，至于變頻器實(shí)際運(yùn)行哪個(gè)參數(shù)設(shè)定的頻率，則分別由其控制端子rh、rm和rl的閉合來(lái)決定。pr.24 pr.7為47段速度設(shè)定，實(shí)際運(yùn)行哪個(gè)參數(shù)設(shè)定的頻率由端子rh、rm和rl的組合（閉合）來(lái)決定，如圖73所示。 說(shuō)明：1多段速度比主速度優(yōu)

9、先。2多段速度在pu和外部運(yùn)行模式下都可以設(shè)定。3pr.24 pr.27及pr.232 pr.239之間的設(shè)定沒(méi)有優(yōu)先之分。4運(yùn)行期間參數(shù)值能被改變。5當(dāng)用pr.180 pr.186改端子功能時(shí)，其運(yùn)行將發(fā)生改變。七段速度對(duì)應(yīng)端子圖：注意：上述功能只在外部操作模式或注意：上述功能只在外部操作模式或pr.79=4時(shí)，才能生效，否則無(wú)效。時(shí)，才能生效，否則無(wú)效。（3）加減速時(shí)間（pr.7、pr.8、pr.20），pr.20為加減速基準(zhǔn)頻率。pr.7為加速時(shí)間，即用pr.7設(shè)定從0hz加速到pr.20設(shè)定的頻率的時(shí)間；pr.8為減速時(shí)間，即用pr.8設(shè)定從pr.20設(shè)定的頻率減速到0hz的時(shí)間。（4

10、）電子過(guò)電流保護(hù)（pr.9），pr.9用來(lái)設(shè)定電子過(guò)電流保護(hù)的電流值，以防止電動(dòng)機(jī)過(guò)熱，故一般設(shè)定為電動(dòng)機(jī)的額定電流值。（5）起動(dòng)頻率（pr.13），pr.13為變頻器的起動(dòng)頻率，即當(dāng)起動(dòng)信號(hào)為on時(shí)的開(kāi)始頻率，如果設(shè)定變頻器的運(yùn)行頻率小于r.13的設(shè)定值時(shí)，則變頻器將不能起動(dòng)。注意：注意：當(dāng)r的設(shè)定值高于r.13的設(shè)定值時(shí)，即使設(shè)定的運(yùn)行頻率小于r.2的設(shè)定值，只要起動(dòng)信號(hào)為，電動(dòng)機(jī)都以r.2的設(shè)定值運(yùn)行。當(dāng)pr.2設(shè)定值小于r.13的設(shè)定值時(shí)，若設(shè)定的運(yùn)行頻率小于pr.13的設(shè)定值，即使起動(dòng)信號(hào)為on，電動(dòng)機(jī)也不運(yùn)行；若設(shè)定的運(yùn)行頻率大于pr.13的設(shè)定值，只要起動(dòng)信號(hào)為on，電動(dòng)機(jī)就開(kāi)始

11、運(yùn)行。（6）適用負(fù)荷選擇（pr.14），r.14用于選擇與負(fù)載特性最適宜的輸出特性（v/f特性）。當(dāng)pr.14時(shí)，適用定轉(zhuǎn)矩負(fù)載（如運(yùn)輸機(jī)械、臺(tái)車(chē)等）；當(dāng)pr.14時(shí)，適用變轉(zhuǎn)矩負(fù)載（如風(fēng)機(jī)、水泵等）；當(dāng)pr.14時(shí)，適用提升類(lèi)負(fù)載（反轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)矩提升為0%）；當(dāng)pr.14時(shí)，適用提升類(lèi)負(fù)載（正轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)矩提升為0%）。（7）點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行（pr.15、pr.16），r.15為點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行頻率，即在pu和外部模式是的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行頻率，并且請(qǐng)把pr.15的設(shè)定值設(shè)定在pr.13值之上。pr.16為點(diǎn)動(dòng)加減速時(shí)間的設(shè)定參數(shù)。（8）參數(shù)寫(xiě)入禁止選擇（pr.77），r.77用于參數(shù)寫(xiě)入與禁止選擇，當(dāng)pr.77時(shí)，僅在pu操

12、作模式下，變頻器處于停止時(shí)才能寫(xiě)入?yún)?shù)；當(dāng)pr.77時(shí)，除pr.75、pr.77、pr.79外不可寫(xiě)入?yún)?shù)；當(dāng)pr.77時(shí)，即使變頻器處于運(yùn)行也能寫(xiě)入?yún)?shù)。注意：注意：有些變頻器的部分參數(shù)在任何時(shí)候都可以設(shè)定。 （9）操作模式選擇（pr.79），r.79用于選擇變頻器的操作模式，當(dāng)pr.79時(shí)，電源投入時(shí)為外部操作模式（簡(jiǎn)稱ext，即變頻器的頻率和起、停均由外部信號(hào)控制端子來(lái)控制），但可操作面板切換為pu操作模式（簡(jiǎn)稱pu，即變頻器的頻率和起、停均由操作面板控制）；當(dāng)pr.791時(shí)，為pu操作模式；當(dāng)pr.79時(shí)，為外部操作模式；當(dāng)pr.79時(shí)，為pu和外部組合操作模式（即變頻器的頻率由操作面

13、板控制，而起、停由外部信號(hào)控制端子來(lái)控制）；當(dāng)pr.79時(shí)，為和外部組合操作模式（即變頻器的頻率由外部信號(hào)控制，而起、停由操作面板控制）；當(dāng)r.79時(shí)，為程序控制模式。變頻器的主接線fr540型變頻器的主接線一般有個(gè)端子，其中：輸入端子、接三相電源；輸出端子、接三相電動(dòng)機(jī)。注意喲：切記不能接反，否則，將損毀變頻器，其接線圖如圖74所示。有的變頻器能以單相220v作電源，此時(shí)：?jiǎn)蜗嚯娫唇拥阶冾l器的、輸入端，輸出端子、仍輸出三相對(duì)稱的交流電，可接三相電動(dòng)機(jī)。變頻器的主接線圖：變頻器的操作面板fra540型變頻器一般通過(guò)frdu04操作面板或frpu04參數(shù)單元來(lái)操作（總稱為操作），操作面板外形如圖

14、75所示，操作面板各按鍵及各顯示符的功能見(jiàn)表7、表7所示。 變頻器的基本操作變頻器的基本操作有很多，下面介紹幾個(gè)最常用的操作方法：（1）pu顯示模式，在pu模式下，按mode鍵可改變pu顯示模式，其操作如圖76所示。 （2）監(jiān)示模式，在監(jiān)示模式下，按set鍵可改變監(jiān)示類(lèi)型，其操作如圖77所示，監(jiān)示顯示在運(yùn)行中也可改變。 注：注：1按下標(biāo)有1的set鍵超過(guò)15s時(shí)，能把電流監(jiān)示模式改為上電監(jiān)示模式；2按下標(biāo)有2的set鍵超過(guò)15s時(shí)，能顯示包括最近4次的錯(cuò)誤指示；3在外部操作模式下轉(zhuǎn)換到參數(shù)設(shè)定模式。（3）頻率設(shè)定模式，在頻率設(shè)定模式下，即可改變頻率設(shè)定，其操作如圖78所示，（4）參數(shù)設(shè)定模式，

15、在參數(shù)設(shè)定模式下，改變參數(shù)號(hào)及參數(shù)設(shè)定值時(shí)，可以用 或 鍵來(lái)設(shè)定，其操作如圖79所示其他的操作，如幫助模式設(shè)定、報(bào)警記錄、參數(shù)清除、用戶清除的操作與上述操作類(lèi)似，請(qǐng)參考相應(yīng)的使用手冊(cè)。變頻器外部端子圖。變頻器外部端子如圖11所示，有關(guān)端子的說(shuō)明見(jiàn)表所示。 表7-3續(xù)表7-3續(xù)（四）任務(wù)實(shí)施設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及多速運(yùn)行，采用外部控制端子和變頻器的多段運(yùn)行來(lái)控制；變頻器的外部控制端子和變頻器的多段運(yùn)行信號(hào)通過(guò)plc的輸出端子來(lái)提供，即通過(guò)plc控制變頻器的rl、rm、rh以及str、stf端子與sd端子的通和斷來(lái)實(shí)現(xiàn)控制三相異步電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及多速運(yùn)行。 2. 變頻器的

16、設(shè)定參數(shù)變頻器的設(shè)定參數(shù)根據(jù)控制要求，除了設(shè)定變頻器的基本參數(shù)以外，還必須設(shè)定操作模式選擇和多段速度設(shè)定等參數(shù)，具體參數(shù)如下：上限頻率pr1=50hz；下限頻率pr2=0hz；基底頻率pr3=50hz；加速時(shí)間pr7=0.5s；減速時(shí)間pr8=0.5s；電子過(guò)電流保護(hù)pr9=電動(dòng)機(jī)的額定電流；操作模式選擇（組合）pr79=3；多段速度設(shè)定（1速）pr4=50hz；多段速度設(shè)定（2速）pr5=20hz；多段速度設(shè)定（3速）pr6=30hz 3. plc的的i/o分配分配根據(jù)系統(tǒng)的控制要求、設(shè)計(jì)思路和變頻器的設(shè)定參數(shù)，plc的i/o分配如下：x0：停止按鈕（sb1）， x1：起動(dòng)按鈕（sb2），

17、x2：起點(diǎn)位置傳感器（sq1）， x3：拉緊到位傳感器（sq2）， x4：減速傳感器（sq3）， x5：終點(diǎn)位置傳感器，y0 ：正轉(zhuǎn)運(yùn)行信號(hào)， y1：反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號(hào)， y2：1速（rl）， y3：2速（rm），y4：3速（rh）， y5： 復(fù)位（res）。 4. 系統(tǒng)接線系統(tǒng)接線根據(jù)控制要求及i/o分配，其系統(tǒng)接線圖如圖712所示。5. 控制程序控制程序 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，該控制是一個(gè)典型的順序控制，所以，首選狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的程序，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖713所示。 （一）實(shí)訓(xùn)目的（一）實(shí)訓(xùn)目的 了解并熟習(xí)用plc對(duì)變頻器綜合控制的一般方法；了解并熟習(xí)變頻器外部端子的名稱和作用； 熟練掌握變頻

18、器多段調(diào)速的參數(shù)設(shè)置和外部端子的接線； 掌握變頻器外部端子的不同組合連接和變頻器參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)的多段速度控制。二、綜合實(shí)訓(xùn)二、綜合實(shí)訓(xùn) 門(mén)座式起重機(jī)控制裝置設(shè)計(jì)門(mén)座式起重機(jī)控制裝置設(shè)計(jì)（二）實(shí)訓(xùn)器材（二）實(shí)訓(xùn)器材 可編程控制器1臺(tái)（fx2n48mr）； 變頻器1臺(tái)(三菱fra540)； 手持式編程器或計(jì)算機(jī)1臺(tái)； 電動(dòng)機(jī)1臺(tái)（y901.1kw）； 門(mén)座式起重機(jī)邏輯控制裝置1套； 實(shí)訓(xùn)控制臺(tái)1個(gè)； 按鈕開(kāi)關(guān)3個(gè)； 電工常用工具1套； 連接導(dǎo)線若干。 （三）實(shí)訓(xùn)要求（三）實(shí)訓(xùn)要求某門(mén)式起重機(jī)的控制系統(tǒng)。其控制要求如下：按下起動(dòng)按鈕，延遲5秒后，判定起重重量在10噸以下為輕載，輕載時(shí)運(yùn)行速度30米/分；非輕載時(shí)運(yùn)行速度15米/分，且在起重極限高度位置時(shí)，起重機(jī)能自動(dòng)停車(chē)。（四）軟件設(shè)計(jì)（四）軟件設(shè)計(jì) i/o地址分配根據(jù)控制要求