機(jī)床電氣及PLC控制（第三版） 課件 課題16 裝配生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)

【項(xiàng)目分析】

通過用PLC實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線的控制，初步掌握觸摸屏、變頻器的應(yīng)用方法，掌握綜合應(yīng)用各類PLC指令編程及程序輸入、運(yùn)行調(diào)試的方法。項(xiàng)目7裝配生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【學(xué)習(xí)目標(biāo)】應(yīng)知(1)了解變頻器結(jié)構(gòu)和原理；掌握變頻器的簡單應(yīng)用。(2)了解觸摸屏控制系統(tǒng)的配置、連接和設(shè)定方法；掌握觸摸屏的簡單應(yīng)用。(3)熟練掌握FX3U系列PLC的指令系統(tǒng)。

應(yīng)會(huì)(1)學(xué)會(huì)觸摸屏、變頻器的應(yīng)用。(2)能運(yùn)用觸摸屏、變頻器和PLC進(jìn)行綜合控制，解決工程實(shí)際問題。(3)能夠編制應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)控制功能。項(xiàng)目7裝配生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社任務(wù)7.1變頻器的多段調(diào)速控制項(xiàng)目7裝配生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【新課導(dǎo)入】1.簡略復(fù)習(xí)“項(xiàng)目6”的內(nèi)容；2.簡略介紹教材“項(xiàng)目7”的主要教學(xué)內(nèi)容與12～18學(xué)時(shí)的教學(xué)安排。3.簡略介紹本次課（任務(wù)7.1）的主要教學(xué)內(nèi)容與6～8學(xué)時(shí)的教學(xué)安排。

【基礎(chǔ)知識(shí)】變頻器

⒈變頻器的基本原理

由項(xiàng)目1的三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式（1-1）可知，改變電源的頻率f1可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。當(dāng)頻率f1在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器是通過同時(shí)改變電動(dòng)機(jī)電源的電壓和頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，是一種高效率、高性能的調(diào)速方法。

變頻器的兩個(gè)主要功率變換單元是整流器和逆變器?；竟ぷ髟硎亲冾l器將電網(wǎng)電壓由輸入端（R、S、T）輸入變頻器，經(jīng)整流器整流成直流電壓，然后通過逆變器，將直流電壓變換為交流電壓，交流電壓的頻率和電壓大小受到控制，由輸出端(U、V、W)輸出到交流電動(dòng)機(jī)。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【基礎(chǔ)知識(shí)】變頻器

⒉變頻器的分類

變頻器是對交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置。它把由電網(wǎng)提供的恒壓恒頻的交流電變換成其他電壓、頻率的交流電，將已變電壓、頻率的交流電接入到電動(dòng)機(jī)定子繞組中，實(shí)現(xiàn)對交流電動(dòng)機(jī)的變頻無級(jí)調(diào)速。有三種分類方式：⑴按用途分類①通用變頻器。通常指沒有特殊功能、控制要求不高的變頻器。由于分類的界線不很分明，因此，極大多數(shù)變頻器都可歸到這一類中。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社P194

【基礎(chǔ)知識(shí)】變頻器

⒉變頻器的分類②風(fēng)機(jī)、水泵用的變頻器。其主要特點(diǎn)是：▲過載能力較低。這是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)和水泵在運(yùn)行過程中很少發(fā)生過載的原因?！哂虚]環(huán)控制和PID調(diào)節(jié)功能。由于水泵在具體運(yùn)行時(shí)常常需要進(jìn)行閉環(huán)控制，如在供水系統(tǒng)中，要求進(jìn)行恒壓供水控制；在中央空調(diào)系統(tǒng)中，要求恒溫控制、恒溫差控制等，故此類變頻器大多設(shè)置了PID調(diào)節(jié)功能?！哂小?控多”的切換功能。為了減少設(shè)備投資，常常采用由1臺(tái)變頻器控制若干臺(tái)水泵的控制方式，為此，許多變頻器專門設(shè)置了切換功能。③高性能變頻器。通常指具有矢量控制功能、且能進(jìn)行四象限運(yùn)行的變頻器，主要用于對機(jī)械特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求較高的場合。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

【基礎(chǔ)知識(shí)】變頻器

⒉變頻器的分類④具有電源再生功能的變頻器。當(dāng)變頻器中直流母線上的電壓過高時(shí)，能將直流電源逆變成三相交流電反饋給電源。主要用于電動(dòng)機(jī)長時(shí)間工作于再生發(fā)電狀態(tài)的場合，如起重機(jī)械的吊鉤電動(dòng)機(jī)等。⑤其他專用變頻器。如電梯、紡織專用變頻器、張力控制專用變頻器、中頻變頻器等。⑵按變換環(huán)節(jié)分類①交—交變頻器。這是一種可直接將某固定頻率交流變換成可調(diào)頻率的交流電源，變頻器無需中間直流環(huán)節(jié)。與交—直—交間接變頻相比，可提高系統(tǒng)變換效率。交—交變頻器廣泛應(yīng)用于大功率低轉(zhuǎn)速的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)、交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源等。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【基礎(chǔ)知識(shí)】變頻器

⒉變頻器的分類②交—直—交變頻器。這種變頻器采用間接變頻的方式。所謂“間接變頻”，是指將交流經(jīng)整流器后變?yōu)橹绷?，然后再?jīng)逆變器調(diào)制為頻率可調(diào)的交流電。交—直—交變頻器由整流器、中間濾波器和逆變器三部分組成。整流器是三相橋式整流電路，其作用為將定壓、定頻的交流電變換為可調(diào)直流電，然后作為逆變器的直流供電電源。中間濾波器由電抗器或電容組成，其作用是對整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波。逆變器也是三相橋式整流電路，但它的作用與整流器相反，是將直流電變換（調(diào)制）為可調(diào)頻率的交流電，它是變頻器的主要部分。

交—直—交變頻器又分為兩種，其區(qū)別在整流器上，即可控整流器和不可控整流器。

用可控整流器調(diào)壓，用逆變器調(diào)頻的交—直—交變頻器如圖7-1a所示，調(diào)壓和調(diào)頻分別在兩個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

【基礎(chǔ)知識(shí)】變頻器

⒉變頻器的分類

用不可控整流調(diào)壓，用脈寬調(diào)制逆變器的交—直—交變頻器如圖7-1b所示。該變頻器的脈寬調(diào)制逆變器采用全控式電力電子器件，使輸出諧波減少。當(dāng)采用P-MOSFET或IGBT作為開關(guān)器件時(shí)，開關(guān)頻率可達(dá)20kHz以上，輸出波形已非常接近正弦波，因而又稱為正弦脈沖調(diào)制逆變器（SPWM），為目前通用變頻器常采用。(P193)圖7-1交—直—交變頻器機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

【基礎(chǔ)知識(shí)】變頻器

⒉變頻器的分類⑶按輸入電源相數(shù)分類①“三進(jìn)三出”變頻器。變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)都是三相交流電，絕大多數(shù)變頻器都屬此類。②“單進(jìn)三出”變頻器。變頻器的輸入側(cè)為單相交流電，輸出側(cè)是三相交流電，家用電器里的變頻器都屬于此類，通常容量較小。

⒊變頻器的額定值⑴輸入側(cè)的額定值

輸入側(cè)的額定值主要是電壓和相數(shù)。在我國的中小容量變頻器中，輸入電壓的額定值有以下幾種：380~400V/50Hz，200~230V/50Hz或60Hz。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

⒉變頻器的分類⑵輸出側(cè)的額定值①輸出額定電壓UN：輸出額定電壓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，輸出電壓的額定值總是和輸入電壓相等的。②輸出額定電流IN：輸出額定電流是指允許長時(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)。③輸出額定容量SN：SN與UN、IN關(guān)系為

。

④配用電動(dòng)機(jī)功率PN：規(guī)定的配用電動(dòng)機(jī)額定容量，僅適用于長期連續(xù)負(fù)載?！净A(chǔ)知識(shí)】變頻器機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

步驟一：器材準(zhǔn)備

完成本任務(wù)所需的器材設(shè)備見表7-1。（P194）表7-1完成任務(wù)7.1所需工具與器材、設(shè)備明細(xì)表

工作步驟機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社序號(hào)名稱符號(hào)型號(hào)/規(guī)格單位數(shù)量1三相交流電源

3×380/220V16A

2單相交流電源

220V、36V、6V

3PLC主機(jī)

FX3U-16MR/ES型臺(tái)14三菱變頻器

FR-E740型臺(tái)15斷路器QF1DZ47LE型三相只16斷路器QF2DZ47LE型單相只17熔斷器FU1RL1-15型500V15A配5A熔體只38熔斷器FU2RL1-15型500V15A配2A熔體只29DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌

35mm條

10三相異步電動(dòng)機(jī)MYVP801-4型550W1.8A1420r/min臺(tái)111光電傳感器SC1E3V-7DC43S型個(gè)112光電傳感器SC2E2CY-T11型個(gè)113電容傳感器SC3E2K-X4ME1型個(gè)114電感傳感器SC4E3JK-R2M22MBYOMC型個(gè)115萬用表

MF-47型臺(tái)116計(jì)算機(jī)

裝有GX–Works2PLC編程軟件臺(tái)117塑料軟銅線

若干18電工和PLC實(shí)訓(xùn)通用工具

試電筆、榔頭、螺絲刀、電工刀、電工鉗、尖嘴鉗、剝線鉗、活絡(luò)扳手等（詳見表1-1）套1步驟二：接受任務(wù)

本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)傳送帶根據(jù)將工件的傳送到不同位置自動(dòng)變換不同的運(yùn)行速度的控制功能。傳送帶的結(jié)構(gòu)如圖7-2所示，傳送帶中傳感器的安裝位置如圖7-3所示。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟

(P195)圖7-2傳送帶結(jié)構(gòu)(P195)圖7-3傳送帶中傳感器的安裝位置

步驟二：接受任務(wù)機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

步驟三：變頻器及其參數(shù)設(shè)置

⒈認(rèn)識(shí)FR-E740變頻器的外觀和型號(hào)FR-E740-0.75K-CHT型變頻器屬于三菱FR-E700系列變頻器之一。該系列變頻器額定電壓等級(jí)為三相400V，適用電機(jī)容量0.75kW及以下的電動(dòng)機(jī)，其外觀和型號(hào)的定義如圖7-4所示。(P196)圖7-4FR-E700系列變頻器的實(shí)物圖和型號(hào)定義

工作步驟機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

步驟三：變頻器及其參數(shù)設(shè)置

⒉連接變頻器控制電動(dòng)機(jī)的主電路

三菱FR-E740變頻器主電路的接線如圖7-5所示。(P195)圖7-5FR-E740型變頻器主電路的接線

工作步驟機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

⒉連接變頻器控制電動(dòng)機(jī)的主電路

連接電路時(shí)須注意：①端子P1、P/+之間用以連接直流電抗器，不須連接時(shí)，兩端子間短路。②P/+與PR之間用以連接制動(dòng)電阻器，P/+與N/-之間用以連接制動(dòng)單元選件。③交流接觸器MC用作變頻器的安全保護(hù),注意不要通過此交流接觸器來啟動(dòng)或停止變頻器,否則可能降低變頻器的壽命。④進(jìn)行主電路接線時(shí)，應(yīng)確保輸入、輸出端不能接錯(cuò)，即電源線必須連接至R/L1、S/L2、T/L3，絕對不能接U、V、W，否則會(huì)損壞變頻器。

步驟三：變頻器及其參數(shù)設(shè)置機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社⒊連接變頻器控制電動(dòng)機(jī)的控制電路FR-E740變頻器控制電路的接線如圖7-6所示。圖中控制電路端子分為控制輸入、頻率設(shè)定（模擬量輸入）、繼電器輸出（異常輸出）、集電極開路輸出（狀態(tài)檢測）和模擬電壓輸出等5部分區(qū)域，各端子的功能可通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)的值進(jìn)行變更，各控制電路端子的功能說明見（P197～198）表7-2、（P199）表7-3、（P199）表7-4（出廠初始值設(shè)定）。

步驟三：變頻器及其參數(shù)設(shè)置機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社⒊連接變頻器控制電動(dòng)機(jī)的控制電路(P197)圖7-6FR-E700型變頻器控制電路的接線

⒋清除參數(shù)⑴用戶在使用變頻器前，應(yīng)先清除以前設(shè)置的參數(shù)，使參數(shù)恢復(fù)出廠時(shí)設(shè)置時(shí)的值，避免對后面的調(diào)試造成影響。同時(shí)如果用戶在參數(shù)調(diào)試過程中遇到問題，并且希望重新開始調(diào)試，也可用進(jìn)行清除參數(shù)操作實(shí)現(xiàn)。即在PU運(yùn)行模式下，設(shè)定Pr.CL參數(shù)清除、ALLC參數(shù)全部清除均為“1”，可使參數(shù)恢復(fù)為初始值。（但如果設(shè)定Pr.77參數(shù)寫入選擇＝“1”，則無法清除。）

參數(shù)清除操作，需要在參數(shù)設(shè)定模式下，用M旋鈕選擇參數(shù)編號(hào)為Pr.CL和ALLC，把它們的值均置為1，按照如圖7-7所示的步驟，清除變頻器的參數(shù)。

步驟三：變頻器及其參數(shù)設(shè)置機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

步驟三：變頻器及其參數(shù)設(shè)置機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社⒋清除參數(shù)(P200)圖7-7參數(shù)清除/參數(shù)全部清除的操作步驟

⒋清除參數(shù)⑵更改變頻器工作模式。圖7-8是通過操作面板設(shè)定變頻器的參數(shù)Pr.79更改變頻器的工作模式的一個(gè)例子。該例子把變頻器從固定外部運(yùn)行模式變更為組合運(yùn)行模式1。按照圖7-8進(jìn)行操作，把變頻器從固定外部運(yùn)行模式更改為組合運(yùn)行模式1。

⒌設(shè)置參數(shù)

圖7-9是參數(shù)設(shè)定過程的一個(gè)例子，所完成的操作是把參數(shù)Pr.1（上限頻率）從出廠設(shè)定值120.0Hz變更為50.0Hz，假定當(dāng)前運(yùn)行模式為外部/PU切換模式（Pr.79=0），變頻器正處于外部模式（EXT燈亮）。按照圖7-7的操作步驟將上限頻率設(shè)為50.0Hz。設(shè)置其他參數(shù)也基本相同，在這里不再列圖。

步驟三：變頻器及其參數(shù)設(shè)置機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

步驟三：變頻器及其參數(shù)設(shè)置機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社⒋清除參數(shù)（P200）圖7-8變頻器的運(yùn)行模式變更示例

步驟三：變頻器及其參數(shù)設(shè)置機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社5.設(shè)置參數(shù)（P201）圖7-9參數(shù)設(shè)定值變更示例

⒌設(shè)置參數(shù)

由本任務(wù)的控制要求，在PU操作模式下設(shè)定變頻器的基本參數(shù)、操作模式選擇參數(shù)和多段速度設(shè)定等，相應(yīng)參數(shù)設(shè)定見表7-5。（P201）表7-5三段速度輸出參數(shù)設(shè)定

步驟三：變頻器及其參數(shù)設(shè)置機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社參數(shù)名稱參數(shù)號(hào)設(shè)定值操作模式Pr.793上限頻率Pr.150Hz下限頻率Pr.20Hz基底頻率Pr.350Hz加速時(shí)間Pr.72.5s減速時(shí)間Pr.82.5s電子過電流保護(hù)Pr.9電動(dòng)機(jī)額定電流多段速度設(shè)定（高速）Pr.450Hz多段速度設(shè)定（中速）Pr.530Hz多段速度設(shè)定（低速）Pr.610Hz【小資料】變頻器的基本參數(shù)

⒈FX2N系列變頻器參數(shù)的出廠設(shè)定值被設(shè)置為

完成簡單的變速運(yùn)行。如需按照負(fù)載和操作要求設(shè)定參數(shù)，則應(yīng)進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定模式，先選定參數(shù)號(hào)，然后設(shè)置其參數(shù)值。設(shè)定參數(shù)分兩種情況，一種是停機(jī)STOP方式下重新設(shè)定參數(shù)，這時(shí)可設(shè)定所有參數(shù)；另一種是在運(yùn)行時(shí)設(shè)定，這時(shí)只允許設(shè)定部分參數(shù)，但是可以核對所有參數(shù)號(hào)及參數(shù)。FR-E700變頻器有幾百個(gè)參數(shù)，實(shí)際使用時(shí)，只需根據(jù)使用現(xiàn)場的要求設(shè)定部分基本功能參數(shù)，其余按出廠設(shè)定即可。①上限頻率（Pr.1）和下限頻率（Pr.2）——這兩個(gè)參數(shù)用于設(shè)定電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)上限和下限頻率的參數(shù)，可以將輸出頻率的上限和下限進(jìn)行鉗位。電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率就在此范圍內(nèi)設(shè)定，如圖1所示。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社圖1Pr.1，Pr.2參數(shù)意義圖

圖2Pr.7,Pr8,Pr20參數(shù)意義示意圖

②基底頻率（Pr.3）——此參數(shù)主要用于調(diào)整變頻輸出到電動(dòng)機(jī)的額定值，當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，通常設(shè)定為電機(jī)的額定頻率。當(dāng)需要電機(jī)運(yùn)行在工頻電源與變頻器切換時(shí)，請?jiān)O(shè)定

基波頻率與電源頻率相同。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【小資料】變頻器的基本參數(shù)

③3段速度（高速Pr.4，中速Pr.5，低速Pr.6）——用參數(shù)將多種運(yùn)行速度預(yù)先設(shè)定,用外部輸入端子來控制變頻器在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。④加速時(shí)間（Pr.7）和減速時(shí)間（Pr.8）及加/減速頻率（Pr.20）——加速時(shí)間（Pr.7）和減速時(shí)間（Pr.8）用于設(shè)定電動(dòng)機(jī)加速及減速時(shí)間，設(shè)定越大則加、減速所需時(shí)間越長，越小則越短。Pr.20是加、減速基準(zhǔn)頻率。設(shè)置后，加速時(shí)間是從0加速到基準(zhǔn)頻率的時(shí)間。減速時(shí)間則是從基準(zhǔn)頻率減速到0的時(shí)間，如圖2所示。⑤電子過電流保護(hù)(Pr.9)——用于設(shè)定電子過電流保護(hù)的電流值,以防止電動(dòng)機(jī)過熱。一般設(shè)定為電動(dòng)機(jī)額定電流值。⑥操作模式選擇（Pr.79）——用于選擇變頻器在什

么模式下運(yùn)行。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【小資料】變頻器的基本參數(shù)⒈控制要求：

①當(dāng)傳送帶放入白色金屬工件后，被光電傳感器檢測，傳送帶以正轉(zhuǎn)、低速運(yùn)行。

②當(dāng)傳送帶傳送工件被光電傳感器檢測，傳送帶以正轉(zhuǎn)、中速運(yùn)行。

③當(dāng)傳送帶傳送工件被電容傳感器檢測，傳送帶以正轉(zhuǎn)、高速運(yùn)行。

④當(dāng)傳送帶傳送工件到達(dá)終點(diǎn)被電感傳感器檢測，傳送帶自動(dòng)停止運(yùn)行。

⑤再次放入工件后重復(fù)上述過程。

⒉根據(jù)上述控制要求，設(shè)計(jì)PLC運(yùn)行程序如圖7-10所示。

步驟四：PLC程序設(shè)計(jì)機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

步驟四：PLC程序設(shè)計(jì)