變頻器的外接端子及其控制功能

1、1  變頻器的控制功能1.1 基礎(chǔ)概念    變頻器運(yùn)行的控制信號(hào)也叫操作指令，如起動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、復(fù)位等。和頻率給定方式類似, 變頻器操作指令的輸入方式也有:(1) 鍵盤操作  即通過面板上的鍵盤輸入操作指令。大多數(shù)變頻器的面板都可以取下, 安置到操作方便的地方, 面板和變頻器之間用延長(zhǎng)線相聯(lián)接, 從而實(shí)現(xiàn)了距離較遠(yuǎn)的控制, 如圖1所示。圖1    面板操作(2) 外接輸入控制  操作指令通過外接輸入端子從外部輸入開關(guān)信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制，如圖2所示。圖2  

2、;   外接輸入端子由于外部的開關(guān)信號(hào)可以在遠(yuǎn)離變頻器的地方來(lái)進(jìn)行操作，因此，不少變頻器把這種控制方式稱為“遠(yuǎn)控”或“遙控”操作方式。變頻器在出廠時(shí)，設(shè)定的都是鍵盤操作方式，用戶如需要采用外接輸入控制，在使用前必須通過功能預(yù)置進(jìn)行選擇。1.2 變頻器對(duì)外接輸入端子的安排外接輸入控制端接受的都是開關(guān)量信號(hào)，所有端子大體上可以分為兩大類:(1) 基本控制輸入端如運(yùn)行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、復(fù)位等。這些端子的功能是變頻器在出廠時(shí)已經(jīng)標(biāo)定的, 不能再更改。(2) 可編程控制輸入端由于變頻器可能接受的控制信號(hào)多達(dá)數(shù)十種，但每個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)使用的輸入控制端子并不多。為了節(jié)省接線端子和

3、減小體積，變頻器只提供一定數(shù)量的“可編程控制輸入端”，也稱為“多功能輸入端子”。其具體功能雖然在出廠時(shí)也進(jìn)行了設(shè)置，但并不固定，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行預(yù)置。常見的可編程功能如多檔轉(zhuǎn)速控制、多檔加/減速時(shí)間控制、升速/降速控制等;例如，艾默生TD3000系列變頻器的多功能輸入端子有8個(gè)(X1X8)。而可以預(yù)置的功能有33種;安川CIMRG7A變頻器的多功能輸入端子有10個(gè)(S3S12)，而可以預(yù)置的功能多達(dá)78種。2  常用輸入控制端的應(yīng)用舉例2.1 升速、減速功能(1) 功能含義  變頻器的外接開關(guān)量輸入端子中，通過功能預(yù)置，可以使其中兩個(gè)輸入端具有升速和降速功能，

4、稱之為“升、降速(UP DOWN)控制端”。如圖3所示，假設(shè):將X1預(yù)置為升速端，X2預(yù)置為降速端。則:圖3    外接升、降速控制當(dāng)KA1閉合時(shí)，X1得到信號(hào)，變頻器的輸出頻率上升;KA1斷開時(shí)，輸出頻率保持(如需要，也可以不保持)。當(dāng)KA2閉合時(shí)，X2得到信號(hào)，變頻器的輸出頻率下降;KA2斷開時(shí)，輸出頻率保持(如需要，也可以不保持)。升速控制端和降速控制端必須同時(shí)預(yù)置，如果只預(yù)置其中一個(gè)，則無(wú)效。利用外接升、降速控制信號(hào)對(duì)變頻器進(jìn)行頻率給定時(shí)，屬于數(shù)字量給定，控制精度較高。(2) 應(yīng)用舉例(a)代替外接電位器給定在變頻器的外接給定方式中，人們習(xí)慣于使用電位器來(lái)

5、進(jìn)行頻率給定，如圖4(a)所示。圖4     電位器給定與升、降速端子給定但電位器給定有許多缺點(diǎn)，諸如:·電位器給定是電壓給定方式之一，屬于模擬量給定，給定精度較差; ·電位器的滑動(dòng)觸點(diǎn)容易因磨損而接觸不良，導(dǎo)致給定信號(hào)不穩(wěn)定，甚至發(fā)生頻率跳動(dòng)等現(xiàn)象;·當(dāng)操作位置與變頻器之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，線路上的電壓降將影響頻率的給定精度。同時(shí)，也較容易受到其他設(shè)備的干擾。利用升、降速端子來(lái)進(jìn)行頻率給定時(shí)，只需接入兩個(gè)按鈕開關(guān)即可，如圖4(b)所示。其優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的:·升、降速端子給定屬于數(shù)字量給定，精度較高;·用按鈕

6、開關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)頻率，非但操作簡(jiǎn)便，且不易損壞;·因?yàn)槭情_關(guān)量控制，故不受線路電壓降等的影響，抗干擾性能極好。因此，在變頻器進(jìn)行外接給定時(shí)，應(yīng)盡量少用電位器，而以利用升、降速端子進(jìn)行頻率給定為好。(b) 兩處升、降速控制  在生產(chǎn)實(shí)際中，常常需要在兩個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)都能對(duì)同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行升、降速控制。在大多數(shù)情況下，這是通過外接控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。·電路的構(gòu)成 如圖5所示，SB1和SB2是一組升速和降速按鈕，安裝在控制盒CA內(nèi)，由“頻率表”FA顯示其運(yùn)行頻率;SB3和SB4是另一組升速和降速按鈕，安裝在另一個(gè)控制盒CB內(nèi)，由“頻率表”FB顯示其運(yùn)行頻率。控制盒

7、CA和CB分別放置在兩個(gè)不同的地方。圖5    兩地升、降速控制SB1與SB3并聯(lián)，接在X1和COM之間，用于控制升速;SB2與SB4并聯(lián)，接在X2和COM之間，用于控制降速。l 工作方式     按下控制盒CA上的SB1或控制盒CB上的SB3，都能使頻率上升，松開后頻率保持;反之，按下控制盒CA上的“SB2”或控制盒CB上的“SB4”，都能使頻率下降，松開后頻率保持。從而實(shí)現(xiàn)了在不同的地點(diǎn)進(jìn)行升速或降速控制。依此類推，還可以實(shí)現(xiàn)多處控制。基本原則是:所有控制頻率上升的按鈕開關(guān)都并聯(lián)，所有控制頻率下降的按鈕開關(guān)也都

8、并聯(lián)就可以了。(c) 手動(dòng)同步控制電路在紡織、印染以及造紙機(jī)械中，根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，往往劃分成許多個(gè)加工單元，每個(gè)單元都有各自獨(dú)立的拖動(dòng)系統(tǒng)，如圖6所示。在這種情況下，總是要求被加工物在各單元的線速度保持一致:  v1v2v3圖6      多單元同步運(yùn)行顯然，如果后面單元的線速度低于前面，將導(dǎo)致被加工物的堆積;反之，如果后面單元的線速度高于前面，將導(dǎo)致被加工物的撕裂。因此，要求各單元的運(yùn)行速度能夠步調(diào)一致，即實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。對(duì)手動(dòng)同步控制的要求如下:首先，各單元要能夠同時(shí)升速和降速，進(jìn)行統(tǒng)調(diào);其次, 在必要時(shí)，每個(gè)單元又能夠單獨(dú)地進(jìn)

9、行微調(diào)。今以三個(gè)單元的同步為例，控制電路如圖7所示，工作過程如下:·統(tǒng)調(diào) 統(tǒng)調(diào)的控制電路如圖7(d)和圖7(e)所示:圖7     手動(dòng)多單元同步控制按下SB1，繼電器KA1得電，其觸點(diǎn)分別將各變頻器的X1-COM接通，各單元電動(dòng)機(jī)同時(shí)升速;按下SB2，繼電器KA2得電，其觸點(diǎn)分別將各變頻器的X2-COM接通，各單元電動(dòng)機(jī)同時(shí)降速。·微調(diào) 各臺(tái)變頻器分別由按鈕開關(guān)SB11、SB12(1號(hào)機(jī))、SB21、SB22(2號(hào)機(jī))、SB31、SB32(3號(hào)機(jī))進(jìn)行單臺(tái)微調(diào)。2.2 多檔轉(zhuǎn)速控制(1) 輸入控制端的“多檔速”功

10、能（a） 功能含義 變頻器可以設(shè)定若干檔工作頻率，其頻率檔次的切換是由外接的開關(guān)器件改變輸入端子的狀態(tài)和組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，當(dāng)端子S1、S2、S3被預(yù)置為為多檔轉(zhuǎn)速的信號(hào)輸入端時(shí)。通過繼電器KA1、KA2、KA3的不同組合，可輸入7檔轉(zhuǎn)速的信號(hào)，如圖8(a)所示。轉(zhuǎn)速檔次與各輸入端子狀態(tài)之間的關(guān)系如圖8(b)所示。圖8     變頻器的多檔速控制端各檔的工作頻率(轉(zhuǎn)速)究竟為多大，則根據(jù)需要進(jìn)行預(yù)置。(b) 變頻器的功能預(yù)置以東芝VF-A7系列變頻器為例，如附表所示。由附表知, 功能預(yù)置分兩個(gè)步驟:第一步:在輸入控制端子中選擇若干個(gè)端子(附表中

11、為3個(gè))作為多檔轉(zhuǎn)速輸入控制端;第二步:預(yù)置各檔轉(zhuǎn)速的運(yùn)行頻率。(2) 多檔轉(zhuǎn)速的控制特點(diǎn)變頻器在實(shí)現(xiàn)多檔轉(zhuǎn)速控制時(shí), 需要解決如下的問題:一方面，變頻器每個(gè)輸出頻率的檔次需要由三個(gè)輸入端的狀態(tài)來(lái)決定;另一方面，操作人員切換轉(zhuǎn)速所用的開關(guān)器件通常為按鈕開關(guān)或觸摸開關(guān)，每個(gè)檔次只有一個(gè)觸點(diǎn)。所以，必須解決好轉(zhuǎn)速選擇開關(guān)的狀態(tài)和變頻器各控制端狀態(tài)之間的變換問題，如圖9所示。圖9     多檔速控制特點(diǎn)針對(duì)這種情況, 通過C來(lái)進(jìn)行控制是比較方便的。(3) 控制實(shí)例某生產(chǎn)機(jī)械有檔轉(zhuǎn)速, 通過個(gè)選擇按鈕來(lái)進(jìn)行控制。(a) 控制電路 如圖10所示，說明如下

12、:圖10     多檔速的PLC控制電路l PLC的輸入電路如圖，PLC的輸入端X1X7分別與按鈕開關(guān)SB1SB7相接，用于接受7檔轉(zhuǎn)速的信號(hào)。l PLC的輸出電路如圖10, 輸出端Y1、Y2、Y3分別接至變頻器的輸入控制端的S1、S2、S3, 用于控制S1、S2和S3的狀態(tài)。(b) 梯形圖之一(SB1SB7為非自動(dòng)復(fù)位型按鈕開關(guān)) 如圖11所示。圖11     采用非自動(dòng)復(fù)位按鈕的梯形圖觀察圖10中之端子狀態(tài)表，可得到如下規(guī)律:S1在第1、3、5、7檔轉(zhuǎn)速時(shí)都處于接通狀態(tài)，故:PLC

13、的X1、X3、X5、X7中只要有一個(gè)得到信號(hào)，則Y1“動(dòng)作”變頻器的S1端得到信號(hào);S2在第2、3、6、7檔轉(zhuǎn)速時(shí)都處于接通狀態(tài)，故:PLC的X2、X3、X6、X7中只要有一個(gè)得到信號(hào)，則Y2“動(dòng)作”變頻器的S2端得到信號(hào);S3在第4、5、6、7檔轉(zhuǎn)速時(shí)都處于接通狀態(tài)，故:PLC的X4、X5、X6、X7中只要有一個(gè)得到信號(hào)，則Y3“動(dòng)作”變頻器的S3端得到信號(hào)。今以用戶選擇第3檔轉(zhuǎn)速為例，說明其工作情況如下:按下SB3X3“動(dòng)作”Y1和Y2“動(dòng)作”變頻器的S1、S2端子得到信號(hào), 變頻器將在第3檔轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。(c) 梯形圖之二(SB1SB7為自動(dòng)復(fù)位型按鈕開關(guān)) 如圖12所示。圖12

14、      采用自動(dòng)復(fù)位按鈕的梯形圖由于SB1SB7采用了自動(dòng)復(fù)位型按鈕開關(guān)，PLC輸入端子X1X7得到的信號(hào)不能保持，故借助PLC中的中間繼電器M1M7，使各轉(zhuǎn)速檔次的信號(hào)保持下來(lái)。今說明如下:按下SB1X1得到信號(hào)M1“動(dòng)作”并自鎖，M1保持第1轉(zhuǎn)速的信號(hào)。當(dāng)按下SB2SB7中任何一個(gè)按鈕開關(guān)(X2X7中有一個(gè)得到信號(hào))時(shí)M1釋放。即:M1僅在選擇第1檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”。按下SB2X2得到信號(hào)M2“動(dòng)作”并自鎖，M2保持第2轉(zhuǎn)速的信號(hào)。當(dāng)按下除SB2以外的任何一個(gè)按鈕開關(guān)時(shí)M2釋放。即:M2僅在選擇第2檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”。以此類推:M3僅在選擇

15、第3檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”; M4僅在選擇第4檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”;M5僅在選擇第5檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”;M6僅在選擇第6檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”;M7僅在選擇第7檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”。與圖9類似:M1、M3、M5、M7中只要有一個(gè)接通，則Y1“動(dòng)作”變頻器的S1端接通;M2、M3、M6、M7中只要有一個(gè)接通，則Y2“動(dòng)作”變頻器的S2端接通;M4、M5、M6、M7中只要有一個(gè)接通，則Y3“動(dòng)作”變頻器的S3端接通。今以用戶選擇第5檔轉(zhuǎn)速為例，說明其工作情況如下:按下SB5X5得到信號(hào)M5“動(dòng)作”，同時(shí)，如果在此之前M1、M2、M3、M4、M6、M7中有處于動(dòng)作狀態(tài)的話，都將釋放Y1、Y3“動(dòng)作”變頻器的S1、S3端子

16、接通，變頻器將在第5檔轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。3  輸出端子及其應(yīng)用舉例變頻器除了用輸入控制端接受各種輸入控制信號(hào)外，還可以用輸出控制端輸出與自己的工作狀態(tài)相關(guān)的信號(hào)。輸出控制端子有跳閘報(bào)警輸出端(開關(guān)量)、測(cè)量信號(hào)輸出端(模擬量或脈沖)以及可編程輸出端等幾種類型。3.1 跳閘報(bào)警輸出(1) 功能與特點(diǎn)當(dāng)變頻器因發(fā)生故障而跳閘時(shí)，發(fā)出跳閘報(bào)警信號(hào)。主要特點(diǎn)如下:(a) 功能單一報(bào)警輸出的控制端子是專用的，不能再作其他用途。所以，跳閘報(bào)警輸出端子不需要進(jìn)行功能預(yù)置。(b) 繼電器輸出所有變頻器的報(bào)警輸出都是繼電器輸出, 可直接接至交流250V電路中，觸點(diǎn)容量大多為1A, 也有大至A的。大多數(shù)變頻器

17、的報(bào)警輸出端都配置一對(duì)觸點(diǎn)(一常開、一常閉)，如圖13中的A-C、B-C所示;圖13      跳閘報(bào)警電路示例(2) 應(yīng)用示例如圖13所示，動(dòng)斷(常閉)觸點(diǎn)C-B串聯(lián)在接觸器KM的線圈電路內(nèi); 動(dòng)合(常開)觸點(diǎn)C-A則串聯(lián)在聲光報(bào)警電路內(nèi)。變頻器的通電由接觸器KM控制，當(dāng)變頻器跳閘時(shí):一方面，動(dòng)斷(常閉)觸點(diǎn)C-B斷開，KM線圈失電，其觸點(diǎn)斷開，使變頻器切斷電源;另一方面，動(dòng)合(常開)觸點(diǎn)C-A閉合，電笛HA和指示燈HL同時(shí)得電，進(jìn)行聲光報(bào)警。在配置聲光報(bào)警的情況下，須注意將變頻器控制電源的接線端(R1和S1)接至接觸器KM主觸點(diǎn)的前面。3.

18、2 測(cè)量信號(hào)輸出端變頻器的運(yùn)行參數(shù)(頻率、電流等)可以通過外接儀表來(lái)進(jìn)行測(cè)量，為此，專門配置了為外接儀表提供測(cè)量信號(hào)的外接輸出端子，如圖14所示。需要預(yù)置的相關(guān)功能主要有以下幾個(gè)方面:圖14     測(cè)量信號(hào)輸出端子(1) 測(cè)量?jī)?nèi)容的選擇功能變頻器的外接測(cè)量輸出端子通常有兩個(gè)，用于測(cè)量頻率和電流。但除此以外，還可以通過功能預(yù)置測(cè)量其他運(yùn)行數(shù)據(jù)，如:電壓、轉(zhuǎn)矩、負(fù)荷率、功率，以及PID控制時(shí)的目標(biāo)值和反饋值等。(2) 輸出信號(hào)的類別 (a) 電壓信號(hào)輸出信號(hào)范圍有01V、05V、010V等幾種。多數(shù)變頻器直接由模擬量給出信號(hào)電壓的大小，但也有的變頻器輸出的

19、是占空比與信號(hào)電壓成正比的脈沖序列。(b) 電流信號(hào)其量程主要是020mA、20mA兩種，但也有量程為01mA的。(c) 脈沖信號(hào)輸出信號(hào)為與被測(cè)量成比例的脈沖信號(hào)，脈沖高度(電壓)通常為824V，這種輸出方式主要用于測(cè)量變頻器的輸出頻率。(3) 量程的校準(zhǔn)功能因?yàn)橥饨觾x表實(shí)際上是電壓表或毫安表，而被測(cè)量是頻率、電流或其他物理量，因此，有必要對(duì)量程進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的方法主要有兩種:(a) 通過功能預(yù)置來(lái)校準(zhǔn);(b) 通過外接電位器來(lái)校準(zhǔn)，如圖14(b)所示。(4) 應(yīng)用示例某機(jī)械，最高運(yùn)行頻率為80Hz，所選變頻器是三菱FR-A540型。(a) 輸出信號(hào)特點(diǎn)三菱FR-A540系列變頻器的模擬量輸

20、出端子只有一個(gè)，符號(hào)是“AM”，負(fù)端為“5”，如圖15(a)所示，輸出信號(hào)為010V直流電壓信號(hào)。圖15     模擬量輸出示例(b) 功能預(yù)置需要預(yù)置的功能如下:l 選擇AM端的測(cè)量?jī)?nèi)容將功能碼Pr.158預(yù)置為“1”，則AM端將顯示變頻器的輸出頻率;l 預(yù)置測(cè)量范圍將功能碼Pr.55預(yù)置為“80”，則頻率顯示范圍為080Hz。AM端的輸出電壓與顯示頻率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖15(b)所示。(c) 儀表的改造因?yàn)锳M端的輸出電壓范圍是010V，所以，只需購(gòu)買量程為10V的直流電壓表即可。但須將面板修改為080Hz，如圖15(c)和15(

21、d)所示。3.3 可編程輸出端     可編程輸出端也叫狀態(tài)輸出端。用于輸出表明變頻器各種工作狀態(tài)的信號(hào)，都是開關(guān)量輸出。各輸出端子的具體功能須通過功能預(yù)置來(lái)決定，主要有:變頻器運(yùn)行中、頻率到達(dá)、輸出頻率到達(dá)上限、輸出頻率到達(dá)下限、程序運(yùn)行換步信號(hào)、程序運(yùn)行一次循環(huán)結(jié)束信號(hào)、程序運(yùn)行步數(shù)指示等。(1) 電路結(jié)構(gòu)主要有兩種類型:(a) 繼電器輸出型變頻器內(nèi)部具有若干個(gè)輸出繼電器，通過其觸點(diǎn)輸出相關(guān)信號(hào)，如圖16(a)所示。多數(shù)情況下，只能用于直流低壓電路中。也有的繼電器觸點(diǎn)可以用在交流220V的電路中的，須注意閱讀說明書。(b) 晶體管輸出型變頻器內(nèi)部是晶體管集電極輸出，如圖16(b)所示。這種輸出方式只能用在直流低壓電路中。由于晶體管只能單方向?qū)?，使用時(shí)須注意外接電源的極性。圖16     可編程輸出電路(2) 應(yīng)用實(shí)例    有一臺(tái)攪拌機(jī)，需要和傳輸帶進(jìn)