項目七PLC與變頻器【項目導(dǎo)讀】三相異步電動機(jī)的變頻調(diào)速主要是利用變頻器來實現(xiàn)的。利用PLC對變頻器的控制即可實現(xiàn)對三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速的自動控制，認(rèn)識變頻器及使用變頻器對三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制也是PLC應(yīng)用的一個具體方面。本項目主要介紹變頻器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，以及如何使用變頻器對三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。【學(xué)習(xí)目標(biāo)】認(rèn)識和理解變頻器結(jié)構(gòu)及其工作原理。深刻理解變頻器的外部接口及接線方式。掌握變頻器的參數(shù)設(shè)置及編程控制。理解變頻器的多種控制方式。綜合應(yīng)用變頻器和PLC進(jìn)行鋼琴琴弦繞絲機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計，并完成調(diào)試。【素質(zhì)目標(biāo)】培養(yǎng)辯證思維和大局觀。培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作意識、創(chuàng)新意識和嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)新知識、新技能的主動性和意識。培養(yǎng)工程意識（如安全生產(chǎn)意識、質(zhì)量意識、經(jīng)濟(jì)意識和環(huán)保意識等）。培養(yǎng)通過網(wǎng)絡(luò)搜集資料、獲取相關(guān)知識和信息的能力。培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和精益求精的工匠精神?！舅季S導(dǎo)圖】目錄01鋼琴琴弦繞絲機(jī)的電氣控制鋼琴琴弦繞絲機(jī)的電氣控制任務(wù)一任務(wù)分析某鋼琴琴弦繞絲機(jī)布局如圖所示。要求：當(dāng)機(jī)架處于起點位置且鋼絲被拉緊時，按下啟動按鈕，繞絲機(jī)開始工作，機(jī)架向左運(yùn)動，當(dāng)機(jī)架運(yùn)動到減速傳感器位置時，主軸減速；機(jī)架繼續(xù)向左運(yùn)動，當(dāng)機(jī)架運(yùn)動到終點位置時，主軸電動機(jī)停止工作；主軸電動機(jī)停止工作3s后，主軸電動機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動機(jī)架向右運(yùn)動，當(dāng)機(jī)架運(yùn)動到起點位置時，主軸電動機(jī)停止工作，機(jī)架停止于起點位置，準(zhǔn)備進(jìn)入下一個循環(huán)。相關(guān)知識—變頻器變頻器分為“交—交”和“交—直—交”兩種形式?！敖弧薄弧弊冾l器主要由主電路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成。變頻器的基本組成01整流器：將電網(wǎng)的交流電整流成直流電。逆變器：將直流電轉(zhuǎn)換成任意頻率的三相交流電。中間直流環(huán)節(jié)：儲能、濾波與穩(wěn)壓?？刂齐娐罚和瓿蓪δ孀兤鞯拈_關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及各種保護(hù)功能等。相關(guān)知識—變頻器三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為

n0——同步轉(zhuǎn)速； ?—電源頻率，單位為Hz； p—電動機(jī)極對數(shù)； s—電動機(jī)轉(zhuǎn)差率?？梢?，改變電源頻率即可實現(xiàn)調(diào)速。變頻器的調(diào)速原理02相關(guān)知識—變頻器三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為

（n0——同步轉(zhuǎn)速；?—電源頻率，單位為Hz；p—電動機(jī)極對數(shù)；s—電動機(jī)轉(zhuǎn)差率）可見，改變電源頻率即可實現(xiàn)調(diào)速。三相異步電動機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律，同時改變其定子電壓和頻率，即必須通過變頻器獲得電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的動力電源給到三相異步電動機(jī)，以此來獲得優(yōu)異的轉(zhuǎn)矩和較小的能耗。變頻器的調(diào)速原理02相關(guān)知識—變頻器（1）輸入側(cè)的額定值主要是電壓、頻率和相數(shù)。在我國的中小容量變頻器中，輸入電壓及頻率的額定值有如下幾種：380V/50Hz（三相）、200～230V/50Hz（兩相）。（2）輸出側(cè)的額定值。①輸出電壓UN（V）：指輸出電壓中的最大值。在大多數(shù)情況下，變頻器輸出頻率等于電動機(jī)額定頻率時，變頻器輸出電壓與電動機(jī)額定電壓相等。②輸出電流IN（A）：允許長時間輸出的最大電流，其是用戶在選擇變頻器時的主要依據(jù)。③輸出容量SN（kV·A）：SN與UN、IN的關(guān)系為SN＝UNIN。④配用電動機(jī)容量PN（kW）：變頻器使用說明書中規(guī)定的配用電動機(jī)容量，僅適用于長期連續(xù)負(fù)載。⑤過載能力：變頻器的過載能力是指輸出電流超過額定電流的允許范圍和時間。大多數(shù)變頻器都規(guī)定其為150%IN、60s，180%IN、0.5s。變頻器的額定值和頻率指標(biāo)03相關(guān)知識—變頻器（3）頻率指標(biāo)。①頻率范圍：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)定的頻率范圍不完全一致，通常最低工作頻率為0.1～1Hz，最高工作頻率為60～120Hz。②頻率精度：變頻器輸出頻率的準(zhǔn)確度。在變頻器使用說明書中規(guī)定的條件下，頻率精度由變頻器的實際輸出頻率和設(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)來表示。③頻率分辨率：輸出頻率的最小改變量，即每相鄰兩擋頻率之間的最小差值。一般分為模擬設(shè)定分辨率和數(shù)字設(shè)定分辨率兩種。變頻器的額定值和頻率指標(biāo)03相關(guān)知識—變頻器西門子G120C變頻器的主接線一般有8個端子：輸入端子R、S、T接三相電源線L1～L3，PE接地；輸出端子U、V、W、接三相電動機(jī)和接地線，切記不能接反，否則將損壞變頻器。R1、R2接制動電阻。變頻器的主接線04相關(guān)知識—變頻器①、②、③、⑩端子排；④操作面板接口；⑤存儲卡插槽；⑥AI0的開關(guān)，左側(cè)為電流輸，右側(cè)為電壓輸入；⑦總線地址開關(guān)；⑧PC的USB接口；⑨狀態(tài)指示燈；?總線終端開關(guān)；?現(xiàn)場總線接口。變頻器接口05相關(guān)知識—變頻器拆下變頻器的保護(hù)蓋，將BOP-2（即基本操作面板）下邊緣插入變頻器對應(yīng)的凹槽中，推入變頻器，直到聽到BOP-2在變頻器外殼上卡緊的聲音，表明成功插入了BOP-2。變頻器操作面板06相關(guān)知識—變頻器變頻器設(shè)置是通過變頻器中的參數(shù)值來修改的。變頻器只允許更改可寫參數(shù)，可寫參數(shù)以“P”開頭，如P45；只讀參數(shù)的值不允許被更改，只讀參數(shù)以“r”開頭，如r2。變頻器會斷電保持通過BOP-2所做的每次更改。參數(shù)修改07快速調(diào)試是通過設(shè)置電動機(jī)參數(shù)、變頻器的命令源和速度設(shè)定源等基本參數(shù)，從而達(dá)到快速運(yùn)轉(zhuǎn)電動機(jī)的一種基本模式?？焖僬{(diào)試08為了取得良好的控制效果，必須進(jìn)行電動機(jī)參數(shù)的靜態(tài)識別，以構(gòu)建準(zhǔn)確的電動機(jī)模型。靜態(tài)識別09任務(wù)實施根據(jù)控制要求，對電動機(jī)基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置:（1）電動機(jī)額定電壓：P304=380V。（2）電動機(jī)額定電流：P305=0.39A。（3）電動機(jī)額定功率：P307=0.06kW。（4）電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速：P311=1400r/min。（5）電動機(jī)最低轉(zhuǎn)速：P1080=150r/min。（6）電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速：P1082=1500r/min。（7）斜坡上升時間：P1120=3s。（8）斜坡下降時間：P1121=3s。設(shè)置參數(shù)和模式01模式選擇和多段速度設(shè)定等參數(shù)設(shè)置如下表所示：任務(wù)實施（1）I0.0：停止按鈕（SB1）（2）I0.1：啟動按鈕（SB2）（3）I0.2：起點位置傳感器（SQ1）（4）I0.3：拉緊到位傳感器（SQ2）（5）I0.4：減速傳感器（SQ3）（6）I0.5：終點位置傳感器（SQ4）（7）Q0.0：DI0信號（8）Q0.1：DI1信號（9）Q0.2：DI2信號（10）Q0.3：DI3信號（11）Q0.4：DI4信號分配I/O地址，繪制I/O接線圖02任務(wù)實施本任務(wù)為典型的順序控制，首選步進(jìn)順控方式來設(shè)計系統(tǒng)的程序。編寫控制程序03任務(wù)實施按照系統(tǒng)接線圖接好電源線、通信線及信號線，輸入梯形圖程序，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，直至滿足控制要求。運(yùn)行調(diào)試03打開STEP7-Micro/WINSMART軟件，選擇“GSDMLManagement”，安裝需要進(jìn)行通信的G120C對應(yīng)版本的GSDML文件知識拓展——PLC與變頻器的通信安裝GSDML文件01（1）激活PROFINET（2）輸入PLC的IP地址和子網(wǎng)掩碼，添加需要控制的G120C設(shè)備（從站）的GSDML文件；對新添加的G120C設(shè)備輸入IP地址和名稱（3）選擇所需要的報文（4）設(shè)置當(dāng)前從站的通信參數(shù)知識拓展——PLC與變頻器的通信PROFINET配置02知識拓展——PLC與變頻器的通信PLC對變頻器參數(shù)的讀寫03知識拓展——PLC與變頻器的通信PLC對變頻器參數(shù)的讀寫03按下啟動按鈕后，電動機(jī)以中速（頻率30Hz）啟動運(yùn)行10min，然后以高速（頻率50Hz）運(yùn)行30min，最后以低速（頻率20Hz）反向運(yùn)行5min后停止。實戰(zhàn)演練電動機(jī)自動變頻運(yùn)行控制設(shè)計謝謝項目八PLC的工程應(yīng)用實例【項目導(dǎo)讀】PLC技術(shù)在傳統(tǒng)設(shè)備改造和自動生產(chǎn)線上的應(yīng)用十分廣泛。本項目以C650臥式車床PLC控制和氣動機(jī)械手的自動運(yùn)行控制任務(wù)為例，介紹PLC控制系統(tǒng)在大型工控任務(wù)以及復(fù)雜工作方式中的應(yīng)用，以拓寬讀者視野。【學(xué)習(xí)目標(biāo)】了解PLC技術(shù)在傳統(tǒng)設(shè)備改造中的應(yīng)用。了解PLC技術(shù)在自動生產(chǎn)線和多種工作方式中的應(yīng)用。【素質(zhì)目標(biāo)】培養(yǎng)辯證思維和大局觀。培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作意識、創(chuàng)新意識和嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)新知識、新技能的主動性和意識。培養(yǎng)工程意識（如安全生產(chǎn)意識、質(zhì)量意識、經(jīng)濟(jì)意識和環(huán)保意識等）。培養(yǎng)通過網(wǎng)絡(luò)搜集資料、獲取相關(guān)知識和信息的能力。培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和精益求精的工匠精神。【思維導(dǎo)圖】目錄01C650臥式車床PLC控制02氣動機(jī)械手的自動運(yùn)行控制C650臥式車床PLC控制任務(wù)一任務(wù)分析C650臥式車床的電氣控制要求如下：（1）主運(yùn)動和刀架的進(jìn)給運(yùn)動均由主電動機(jī)M1驅(qū)動，要求能正反轉(zhuǎn)。由于加工工件轉(zhuǎn)動慣量較大，為實現(xiàn)主軸快速停轉(zhuǎn)，主電動機(jī)M1采用反接制動。為便于進(jìn)行車削加工前的對刀操作，要求主軸拖動工件做點動調(diào)整，所以要求主電動機(jī)M1能實現(xiàn)單方向旋轉(zhuǎn)的低速點動控制。（2）由于溜板箱連續(xù)移動時短時工作，快移電動機(jī)M3只要求單向點動，短時運(yùn)轉(zhuǎn)?？煲齐妱訖C(jī)M3應(yīng)能實現(xiàn)點動控制，為限制主電路中電流要串聯(lián)電阻。（3）各電動機(jī)有短路保護(hù)，電動機(jī)M1、M2有過載保護(hù)。相關(guān)知識—C650臥式車床的電力驅(qū)動形式、C650臥式車床控制電路與PLC型號的選擇C650臥式車床的電力拖動形式01（1）主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：由主電動機(jī)驅(qū)動，功率為30kW。（2）刀架的進(jìn)給運(yùn)動：由主電動機(jī)M1驅(qū)動，并使用走刀箱調(diào)節(jié)加工時的縱向和橫向走刀量。（3）刀架的快移運(yùn)動：由一臺單獨(dú)的快移電動機(jī)M3驅(qū)動，其功率為2.2kW。（4）冷卻系統(tǒng)：冷卻泵電動機(jī)M2單向運(yùn)行。相關(guān)知識—C650臥式車床的電力驅(qū)動形式、C650臥式車床控制電路與PLC型號的選擇C650臥式車床的電力拖動形式01（1）主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動C650臥式車床的主運(yùn)動是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，由主電動機(jī)驅(qū)動，功率為30kW。主電動機(jī)M1通過接觸器KM1、KM2、KM3控制，用于電動機(jī)正反轉(zhuǎn)、點動及制動。熱繼電器FR1用于主電動機(jī)M1的過載保護(hù)。KM1和KM3主觸點閉合時，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；KM2和KM3主觸點閉合時，電動機(jī)反轉(zhuǎn)；KM3主觸點斷開、KM1主觸點閉合時，電阻R接入電路中起限流作用，實現(xiàn)電動機(jī)的低速點動調(diào)整。為提高工作效率，主電動機(jī)采用反接制動。與主電動機(jī)同軸連接的速度繼電器KS檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的速度信號，電動機(jī)正轉(zhuǎn)時，速度繼電器KS的常開觸點閉合；當(dāng)制動轉(zhuǎn)速接近0時，速度繼電器KS的常開觸點斷開，切斷三相電源，主電動機(jī)停轉(zhuǎn)。電動機(jī)反轉(zhuǎn)時亦然。制動時電阻R接入電路中起限流作用。相關(guān)知識—C650臥式車床的電力驅(qū)動形式、C650臥式車床控制電路與PLC型號的選擇C650臥式車床的電力拖動形式01（2）刀架的進(jìn)給運(yùn)動溜板箱帶著刀架進(jìn)行的直線運(yùn)動稱為進(jìn)給運(yùn)動。刀架的進(jìn)給運(yùn)動也由主電動機(jī)M1驅(qū)動，并使用走刀箱調(diào)節(jié)加工時的縱向和橫向走刀量。（3）刀架的快移運(yùn)動為提高工作效率，刀架的快速移動由一臺單獨(dú)的快移電動機(jī)M3驅(qū)動，其功率為2.2kW。溜板箱快移電動機(jī)M3由接觸器KM5控制，因M3為點動短時運(yùn)轉(zhuǎn)，故不設(shè)置熱繼電器。（4）冷卻系統(tǒng)冷卻泵電動機(jī)M2通過接觸器KM4實現(xiàn)單向運(yùn)行，F(xiàn)R2為M2的過載保護(hù)熱繼電器。冷卻泵電動機(jī)M2供給刀具切削時需要的冷卻液。相關(guān)知識—C650臥式車床的電力驅(qū)動形式、C650臥式車床控制電路與PLC型號的選擇C650臥式車床控制電路與PLC型號的選擇02根據(jù)控制要求，本控制系統(tǒng)包括主電動機(jī)M1的正、反轉(zhuǎn)控制、點動調(diào)整控制和反接制動控制，快移電動機(jī)M3的單向點動控制及冷卻泵電動機(jī)M2的單向運(yùn)行控制。本方案保留原主電路結(jié)構(gòu)，采用PLC對傳統(tǒng)繼電器-接觸器的控制電路進(jìn)行改造。首先根據(jù)設(shè)計要求、I/O點數(shù)以及所需繼電器數(shù)目來選擇PLC的型號。根據(jù)C650臥式車床的控制要求，該車床的輸入信號為11個點，輸出信號為6個點，考慮到控制規(guī)模、特點和用戶在使用過程中增加新的功能、進(jìn)行擴(kuò)展等要求，本方案選擇適用于小系統(tǒng)的西門子S7-200SMART系列PLCSR30型作為PLC控制系統(tǒng)的基本單元。任務(wù)實施選擇I/O設(shè)備，分配I/O地址，畫出I/O接線圖01任務(wù)實施選擇I/O設(shè)備，分配I/O地址，畫出I/O接線圖01任務(wù)實施設(shè)計PLC控制程序02按照I/O接線圖接好電源線、通信線及信號線，輸入程序進(jìn)行調(diào)試，直至滿足要求。程序調(diào)試03氣動機(jī)械手的自動運(yùn)行控制任務(wù)二任務(wù)分析某氣動機(jī)械手將工件從點A搬運(yùn)到點B，機(jī)械手工作流程如下：原點→下降→夾緊→上升→右行→下降→松開→上升→左行→原點夾持裝置不帶限位開關(guān)，它是通過一定的延時（這里需要2s）來完成其夾持動作的。機(jī)械手除在最上面、最左邊，且除控制機(jī)械手松夾的線圈（Q0.1）得電外，其他線圈處于全部失電的狀態(tài)時位于原位。相關(guān)知識—具有多種工作方式的步進(jìn)順控設(shè)計法（1）手動工作方式對于手動工作方式，一般用多個按鈕分別獨(dú)立控制某個運(yùn)動，如前進(jìn)、后退、上升、下降等。手動工作方式常采用點動控制，即按下按鈕時對應(yīng)的機(jī)構(gòu)動作，松開按鈕時對應(yīng)的機(jī)構(gòu)停止動作。手動工作方式常用來檢查系統(tǒng)各個單獨(dú)的動作是否正常。（2）單周期工作方式在初始狀態(tài)按下啟動按鈕后，系統(tǒng)從初始步開始，按順序功能圖的規(guī)定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。（3）連續(xù)工作方式在初始狀態(tài)按下啟動按鈕后，系統(tǒng)從初始步開始，工作一個周期后進(jìn)入下一個周期，反復(fù)地工作；按下停止按鈕后，系統(tǒng)并不馬上停止工作，而是完成最后一個周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。生產(chǎn)實際中一般設(shè)有手動、單周期、連續(xù)、單步和回原點5種工作方式。相關(guān)知識—具有多種工作方式的步進(jìn)順控設(shè)計法（4）單步工作方式從初始步開始，按下啟動按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動停止工作并停留在該步，再次按下啟動按鈕，才開始執(zhí)行下一步的操作。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。（5）回原點工作方式系統(tǒng)處于原點位置時稱為原點狀態(tài)。在進(jìn)入單周期、連續(xù)和單步工作方式之前，系統(tǒng)應(yīng)處于原點狀態(tài)。如果不滿足這一條件，可以選擇回原點工作方式，然后按回原點啟動按鈕，使系統(tǒng)自動返回原點狀態(tài)。單周期、連續(xù)和單步工作方式只有滿足原點狀態(tài)條件時才能從初始步開始進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。生產(chǎn)實際中一般設(shè)有手動、單周期、連續(xù)、單步和回原點5種工作方式。任務(wù)實施選擇I/O設(shè)備，分配I/O地址，繪制I/O接線圖01如前所述，本任務(wù)的I/O設(shè)備及I/O地址已經(jīng)確定。根據(jù)圖8-5、圖8-6和圖8-7所示的地址，繪制的I/O接線圖。任務(wù)實施（1）程序的總體結(jié)構(gòu)將程序分為公用程序、自動程序、手動程序和回原點程序4個部分。其中，自動程序包括單步、單周期和連續(xù)工作方式的程序，使用跳轉(zhuǎn)指令使得自動程序、手動程序和回原點程序不會同時執(zhí)行。設(shè)計控制程序02任務(wù)實施（2）公用程序公用程序用于自動程序和手動程序相互切換的處理。在開始執(zhí)行用戶程序、系統(tǒng)處于手動工作方式或回原點工作方式時，將自動程序各步對應(yīng)的狀態(tài)繼電器復(fù)位，并且將表示連續(xù)工作方式的M0.1復(fù)位。設(shè)計控制程序02任務(wù)實施（3）手動程序為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在手動程序中設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖。設(shè)計控制程序02任務(wù)實施（4）自動程序使用步進(jìn)順控指令的編程方式設(shè)計自動程序。設(shè)計