模塊3 PLC變頻控制系統(tǒng)的應用

模塊3PLC變頻控制系統(tǒng)的應用項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試01項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試02項目3.3

G120變頻器的通信03學習目標學習目標●掌握PLC與變頻器的數(shù)字量、模擬量、通信連接方式●理解變頻器輸出端子轉(zhuǎn)速到達功能●了解S7-1200PLC模擬量模塊的特點及接線●了解G120變頻器通信接口的特點及接線●掌握G120變頻器的報文類型及結構●知道變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成，掌握變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路和軟件編程學習目標知識目標學習目標學習目標●能根據(jù)任務書，完成變頻調(diào)速系統(tǒng)的程序編寫并進行軟件調(diào)試●能根據(jù)任務書，按照不同的應用場景，獨立配置變頻調(diào)速系統(tǒng)并進行硬件電路的安裝和調(diào)試●學會S7-1200PLC與G120變頻器的PROFINET通信系統(tǒng)的構建和調(diào)試學習目標技能目標學習目標學習目標●養(yǎng)成6S管理的職業(yè)素養(yǎng)●樹立節(jié)能意識，踐行綠色發(fā)展觀●養(yǎng)成規(guī)則意識、培養(yǎng)契約精神●培養(yǎng)嚴謹認真、注重細節(jié)的工匠精神學習目標素質(zhì)目標項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試兩者的互聯(lián)接線包括以下三種情況：（1）PLC的數(shù)字量輸出與變頻器的數(shù)字量輸入接口的互聯(lián)；（2）PLC的模擬量輸出與變頻器的模擬量輸入接口的互聯(lián)；（3）PLC與變頻器的通信聯(lián)接。一個PLC變頻控制系統(tǒng)通常由3部分組成，即變頻器本體、PLC、變頻器與PLC的接口電路。項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

繼電器輸出型PLC與變頻器的數(shù)字量接線方式1．PLC與變頻器數(shù)字量輸入端子的連接方式（1）繼電器輸出型PLC與變頻器的連接方式項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

晶體管輸出型PLC與變頻器的數(shù)字量接線方式1．PLC與變頻器數(shù)字量輸入端子的連接方式（1）晶體管輸出型PLC與變頻器的連接方式注意：PLC為晶體管輸出時，其4M（0V）必須與西門子變頻器的28（0V）、34、69端子短接，否則，PLC的輸出不能形成回路。項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

西門子模擬量輸出與變頻器模擬輸入端的連接方式接線時一定要把變頻器的2端子（模擬0V）和4、11短接，同時設置參數(shù)P0756[0]和P0756[1]選擇3、4端子為電壓輸入、10、11端子為電流輸入。2．PLC與變頻器模擬量輸入端子的連接方式項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

西門子S7-1200PLC與變頻器的PROFINET通信連接方式3．PLC與變頻器通信連接方式項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

需要將變頻器的3個數(shù)字量輸出端（對應的參數(shù)分別為p0730、p0731、p0732）中的任一個預置為53.4（實際轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速閾值p2155）或53.5（實際轉(zhuǎn)速小于或等于轉(zhuǎn)速閾值p2155），p2155用來設定轉(zhuǎn)速閾值，p2140設置轉(zhuǎn)速回差H（帶寬），則當變頻器的實際輸出轉(zhuǎn)速到達轉(zhuǎn)速閾值p2155時，就會驅(qū)動變頻器相應的輸出觸點動作。轉(zhuǎn)速到達閾值時輸出繼電器的動作情況項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試一、任務導入二、任務實施【設備和工具】

控制單元CU240E-2PN-F1個、功率模塊PM240-2（400V，0.55kW）1個、BOP-2操作面板1個、西門子CPU1215CAC/DC/RLY的PLC1臺、三相異步電機1臺、安裝有TIAPortalV15和StartdriveV15軟件的計算機1臺、網(wǎng)線1根、接觸器1個、開關/按鈕若干、《SINAMICSG120低壓變頻器操作說明》、通用電工工具1套。CU240E-2PN-FPM240-2S7-1200PLC三相異步電動機安裝有博途和Startdrive軟件的電腦項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試1.硬件電路輸

入

輸

出輸入繼電器輸入元件作

用輸出繼電器輸出元件作

用I0.0SB1變頻器上電Q0.05速度選擇1I0.1SB2變頻器失電Q0.16速度選擇2I0.2SB3啟動Q0.27速度選擇3I0.3SB4停止Q0.38啟停I0.419、20故障信號Q1.0KM接通KM離心機多段速控制的I/O分配項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試離心機7段速控制電路圖由于兩組所使用的電壓不同，所以不能將1L和2L連接在一起。1.硬件電路項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試2.參數(shù)設置離心機參數(shù)設置一覽表項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試3.程序設計時間ON/OFF1選擇的8端子狀態(tài)（Q0.3）p1022選擇的7端子狀態(tài)（Q0.2）p1021選擇的6端子狀態(tài)（Q0.1）p1020選擇的5端子狀態(tài)（Q0.0）對應轉(zhuǎn)速參數(shù)對應速度T1＜20s1001p1001500r/min20s≤T1＜40s1010p1002550r/min40s≤T1＜60s1011p1003600r/min60s≤T1＜80s1100p1004650r/min80s≤T1＜100s1101p1005700r/min100s≤T1＜120s1110p1006750r/min120s≤T1≤140s1111p1007800r/min不同時間段對應的變頻器端子狀態(tài)以及轉(zhuǎn)速項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試3.程序設計程序設計及調(diào)試運行的參考視頻鏈接：/web/shareVideo/index.action?id=1180608&ajax=1具體程序請參考教材或人郵教育社區(qū)教材配套資源下載源程序一、任務導入風機是二次方律負載。T=KTn2P=KPn3風機示意圖項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試二、任務實施【設備和工具】

控制單元CU240E-2PN-F1個、功率模塊PM240-2（400V，0.55kW）1個、BOP-2操作面板1個、西門子CPU1215CAC/DC/RLY的PLC1臺、三相異步電機1臺、安裝有TIAPortalV15和StartdriveV15軟件的計算機1臺、網(wǎng)線1根、接觸器1個、開關/按鈕若干、《SINAMICSG120低壓變頻器操作說明》、通用電工工具1套。CU240E-2PN-FPM240-2S7-1200PLC三相異步電動機安裝有博途和Startdrive軟件的電腦項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試1.硬件電路風機工頻/變頻自動切換控制的I/O分配輸

入

輸

出輸入繼電器輸入元件作

用輸出繼電器輸出元件作

用I0.0SB1啟動Q0.05變頻器啟動I0.1SB2停止Q0.1HL1工頻運行指示I0.2SA工頻Q0.2HL2變頻運行指示I0.3SA變頻Q0.5KM1控制變頻器接電源I0.419、20轉(zhuǎn)速到達Q0.6KM2控制電動機工頻運行I0.5FR電動機過載保護Q0.7KM3控制電動機變頻運行項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試風機工頻/變頻自動切換電路圖1.硬件電路項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試2.參數(shù)設置風機的工頻/變頻自動切換參數(shù)設置項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試3.程序設計程序設計及調(diào)試運行的參考視頻鏈接：/web/shareVideo/index.action?id=1180609&ajax=1具體程序請參考教材或人郵教育社區(qū)教材配套資源下載源程序項目3.1數(shù)字量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試1.課堂導入SM1234模擬量輸入/輸出模塊是S7-1200PLC最常用的模擬量擴展模塊，它實現(xiàn)了4路模擬量輸入和2路模擬量輸出功能。SM1234的模擬量輸入和輸出端子是如何接線和組態(tài)的呢？SM1234的外形項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試2.SM1234的接線圖

SM1234的外形DIAG指示燈I/OChannel指示燈指示燈含義項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

SM1234的外觀總線連接器

SM1234的安裝位置2.SM1234的接線圖項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

SM1234的接線圖4路模擬量輸入端可以接受電壓信號或電流信號。電壓包括：+/-10V、+/-5V、+/-2.5V三種信號；電流包括：0-20mA、4-20mA兩種信號；滿量程數(shù)據(jù)范圍：-27648～27648或0～27648。2路模擬量輸出可以輸出電壓或電流信號；電壓信號范圍：±10V；電流信號范圍：0～20mA或4～20mA。滿量程數(shù)據(jù)范圍：-27648～27648或0～27648。工作電源DC24V2.SM1234的接線圖項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試使用模擬量模塊時，需要注意以下問題：1）模擬量模塊有專用的插針接頭與CPU通信，并通過此電纜由CPU向模擬量模塊提供5VDC電源。此外，模擬量模塊必須外接24VDC電源。2）對于模擬量輸入，傳感器電纜應盡可能短，而且使用屏蔽雙絞線，導線應避免彎成銳角?？拷盘栐雌帘尉€的屏蔽層應單端接地。3）一般電壓信號比電流信號容易受干擾，應優(yōu)先選用電流信號。4）模擬量輸入/輸出模塊的電源地和傳感器的信號地必須連接（工作接地），否則將會產(chǎn)生一個很高的上下震動的共模電壓，影響模擬量輸入值。2.SM1234的接線圖項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試應將未使用的電壓輸入通道短路。使用導線短接通道的正負兩個端子。應將未使用的電流輸入通道設置在0至20mA范圍。2.SM1234的接線圖項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試3.SM1234模塊的組態(tài)SM1234模塊的組態(tài)可以在博途軟件上邊講邊演示，其組態(tài)過程的參考視頻鏈接：/web/shareVideo/index.action?id=1180610&ajax=1項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試（1）SM1234是4路模擬量輸入和2路模擬量輸出的混合模塊。（2）SM1234通過總線連接器安裝到PLC本體的右側。（3）SM1234模擬量輸入/輸出模塊能同時輸入/輸出電壓或電流信號，但需要通過博途編程軟件對其進行組態(tài)。注意：通道0和通道1的輸入信號必須組態(tài)為同一種類型，通道2和通道3的輸入信號必須組態(tài)為同一種類型。4.課堂小結項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試一、任務導入攪拌機示意圖項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試二、任務實施【設備和工具】CU240E-2PN-FPM240-2三相異步電動機安裝有博途和Startdrive軟件的電腦

控制單元CU240E-2PN-F1個、功率模塊PM240-2（400V，0.55kW）1個、BOP-2操作面板1個、西門子CPU1215CAC/DC/RLY的PLC1臺、SM1234模擬量輸入/輸出模塊1塊、三相異步電機1臺、安裝有TIAPortalV15和StartdriveV15軟件的計算機1臺、網(wǎng)線1根、接觸器1個、開關/按鈕若干、《SINAMICSG120低壓變頻器操作說明》、通用電工工具1套。帶有SM1234模塊的S7-1200PLC項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試1.硬件電路攪拌機遠程控制的I/O分配輸入

輸出輸入繼電器輸入元件/端子作用輸出繼電器輸出元件/端子作用I0.1SA1速度選擇1Q0.05變頻器啟動I0.2速度選擇2Q0.5HL1變頻器運行指示I0.3速度選擇3Q0.6HL2變頻器故障指示Q0.7KM變頻器上電I0.4SB1啟動0、0M（QW96）3、4遠程速度信號I0.5SB2停止

I1.019、20故障信號

0+、0?（IW96）12、13變頻器轉(zhuǎn)速測量

項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試攪拌機遠程控制電路圖1.硬件電路項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試2.參數(shù)設置項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試3.程序設計

攪拌機的3種速度與模擬量信號及數(shù)字量信號之間的對應關系速度給定值/（r/min）4208401

120模擬電壓/V368數(shù)字量（QW96）8

29416

58922

118程序可以在博途軟件上邊講邊演示，其程序及調(diào)試過程的參考視頻鏈接：/web/shareVideo/index.action?id=1180830&ajax=1項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試具體程序請參考教材或人郵教育社區(qū)教材配套資源下載源程序項目3.2模擬量變頻控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試項目3.3G120變頻器的通信項目3.3G120變頻器的通信1．現(xiàn)場總線作為設定值源現(xiàn)場總線作為設定值源

將現(xiàn)場總線設為設定值源時，必須將變頻器連接到上位控制器上，通過標準報文將接收字PZD與主設定值互聯(lián)。項目3.3G120變頻器的通信2．PROFIdrive通信PROFIdrive是PI國際組織（PROFIBUSandPROFINETInternational）推出的一種標準驅(qū)動控制協(xié)議，也稱為“行規(guī)”，用于控制器與驅(qū)動器之間的數(shù)據(jù)交換。其底層可以使用PROFIBUS總線或者PROFINET網(wǎng)絡。PROFIdrive主要由以下3部分組成。（1）控制器（Controller），包括一類PROFIBUS主站與PROFINETI/O控制器，例如S7-1200PLC可以作為一類主站。（2）監(jiān)控器（Supervisor），包括二類PROFIBUS主站與PROFINETI/O管理器，例如觸摸屏為二類主站。（3）執(zhí)行器（DriveUnit），包括PROFIBUS從站與PROFINETI/O裝置，例如變頻器。項目3.3G120變頻器的通信3．接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)

變頻器從上級控制器（PLC）中接收循環(huán)數(shù)據(jù)，再將循環(huán)數(shù)據(jù)反饋給控制器，如圖所示。變頻器和控制器各自在報文中打包數(shù)據(jù)。項目3.3G120變頻器的通信4．報文類型及結構SINAMICS系列產(chǎn)品報文有標準報文和西門子報文。標準報文是PROFIdrive協(xié)議中定義的報文；西門子報文是西門子特有的報文。PZD-X/Y：表明I/O數(shù)據(jù)長度（過程數(shù)據(jù)數(shù)量）。X：上級控制器向SINAMICSG120變頻器發(fā)送控制字的數(shù)據(jù)，單位為字。Y：SINAMICSG120變頻器向上級控制器反饋狀態(tài)字的數(shù)據(jù)，單位為字。項目3.3G120變頻器的通信4．報文類型及結構項目3.3G120變頻器的通信5．過程值通道—PZD通道PZD通道用于控制變頻器啟停、調(diào)速、讀取實際值及狀態(tài)信息等。主站通過PZD通信方式將控制字（STW）和主設定值（NSOLL_A）周期性地發(fā)送至變頻器，變頻器將狀態(tài)字（ZSW）和轉(zhuǎn)速實際值（NIST_A）送回到主站。（1）控制字（STW）項目3.3G120變頻器的通信基于通信的常用的控制字如下：

①啟動：047FHex2#0000010001111111

②停車

OFF1：047EHex

OFF2：047CHex

OFF3：047AHex

③反轉(zhuǎn)：0C7FHex

④故障復位：04FEHex（1）控制字（STW）項目3.3G120變頻器的通信常用控制字

控制字位

含義停止16#047E啟動16#047F反轉(zhuǎn)16#0C7F

E0

F1

F10ON/OFF11111OFF2停車1112OFF3停車1113脈沖使能

71

71

714使能斜坡函數(shù)發(fā)生器1115繼續(xù)斜坡函數(shù)發(fā)生器1116使能轉(zhuǎn)速設定值0007故障應答

40

40

C08預留0009預留11110通過PLC控制00111反向

00

00

0012未使用00013電動電位計升速00014電動電位計降速00015CDS位0控制字：啟動：047F；OFF1停車：047E；反轉(zhuǎn)：0C7F；

復位：04FE（1）控制字（STW）項目3.3G120變頻器的通信（2）狀態(tài)字（ZSW）r0052.0...15CO/BO狀態(tài)字1每位的含義及對應參數(shù)常用的表示變頻器故障位：狀態(tài)字第3位，r52.3；

常用的表示變頻器報警位：狀態(tài)字第7位，r52.7；

常用的表示變頻器運行位：狀態(tài)字第1位，r52.1；項目3.3G120變頻器的通信（3）主設定值NSOLL_A

主設定值用十進制有符號整數(shù)16

384（或16#4000H）表示，它對應于100%的變頻器轉(zhuǎn)速。變頻器能接收的最大速度為32

767（200%），參數(shù)p2000中設置100%對應的參考速度。

當變頻器通信時，需要對轉(zhuǎn)速設定值進行標準化。主設定值M與實際值N之間的關系為：N=p2000×M/16

384。例如參考速度p2000=1

500r/min，如果想達到轉(zhuǎn)速N為750r/min，那么需要主設定值為M=750×16

384/1

500=8

192。（4）實際轉(zhuǎn)速NIST_A

實際轉(zhuǎn)速也是一個字，用十進制有符號整數(shù)16

384表示，需要經(jīng)過標準化顯示實際轉(zhuǎn)速，方法同主設定值。項目3.3G120變頻器的通信一、任務導入二、任務實施【設備和工具】

控制單元CU240E-2PN-F1個、功率模塊PM240-2（400V，0.55kW）1個、BOP-2操作面板1個、西門子CPU1215CDC/DC/DC的PLC1臺、三相異步電機1臺、安裝有TIAPortalV15和StartdriveV15軟件的計算機1臺、網(wǎng)線2根、接觸器1個、開關/按鈕若干、《SINAMICSG120、G120P、G120C、G120D、G110M現(xiàn)場總線功能手冊》、通用電工工具1套。CU240E-2PN-FPM240-2S7-1200PLC三相異步電動機安裝有博途和Startdrive軟件的電腦項目3.3G120變頻器的通信項目3.3G120變頻器的通信1．連接硬件電路項目3.3G120變頻器的通信2．硬件組態(tài)硬件組態(tài)步驟：（1）添加S7-1200PLC并組態(tài)設備名稱和分配IP地址；（2）添加G120變頻器并組態(tài)設備名稱和分配IP地址；（3）構建G120變頻器和PLC的PN網(wǎng)絡；（4）組態(tài)G1