电机自动化杯技术报告

1、 第四届“三菱电机自动化杯”技术报告（变频器系统）参赛队名称： 金科电气队队员姓名：吴晓燕，李霞，单鑫鑫指导老师： 刘旭明，高峰，周洪南京金陵科技学院2010年8月6日35目录第一部分 绪论11.1 前言11.2 国内外控制技术的发展概况分析11.2.1 可编程控制技术（PLC）11.2.2 变频调速技术21.3 三菱自动控制系统的发展现状3第二部分 三菱编程软件介绍42.1 GX Developer编程软件42.2 GT-Desiginer画面设计软件7第三部分 控制系统的设计103.1 系统设计框图及原理分析103.2 系统的硬件选择103.2.1 触摸屏概念及所选GOT1000触摸屏型号

2、参数介绍103.2.2 CC-link模块113.2.3 可编程控制器（ FX2N PLC）113.2.4 FX-4D/A模块的基础及应用123.2.5 变频器（FR-700-740系列）123.2.6 旋转编码器的基本原理133.3 实际设备组成的系统模型图13第四部分 系统通信设计和调试144.1 计算机（PC）与触摸屏及PLC之间的通信144.1.1 RS232协议：144.1.2 PC与PLC和触摸屏之间的连接154.2 触摸屏与PLC之间的通信154.2.1 CC-link概要154.2.2 PLC与触摸屏之间的连接194.3 PLC与变频器之间的通信194.3.1 模拟量应用时的一

3、些基本概念及基本指令194.3.2 D/A转换的原理224.3.3 PLC与变频器的连接234.4 变频器控制电机234.4.1 变频器主要端子接线与端子接线图234.4.2 变频器接线注意事项254.4.3 变频器与电机的连接254.5 旋转编码器与PLC的连接254.5.1 旋转编码器测速原理254.5.2 旋转编码器与PLC的接线264.6 接触器与热继电器等设备之间的连接264.7 系统电气控制原理图27第五部分 控制系统调试与运行275.1 PLC系统控制流程图275.2 变频器主要参数配置及主要参数含义285.3 触摸屏界面图设计295.4 PLC系统编程配置图315.5 系统调试

4、分析31第五部分 主要结论32参考文献33第一部分 绪论1.1 前言目前，各种自动化技术手段并行发展、相互融合，为工业控制提供了多种可行的技术途径。作为全球自动化领域的领导厂商，三菱电机以其优秀的自动化产品和技术服务于全球各行业用户。在中国，三菱电机是最早进入的国际品牌之一，广泛应用于中国的各行各业。可编程序控制器技术、人机界面技术以及各种嵌入式控制器系统的快速发展进一步提升了工业自动化技术的发展水平。在工业自动化控制领域的发展过程中，变频器的使用越来越受人们的关注。变频器的使用最主要的一个特点就是节能和降低成本，许多传统的耗能设备都要进行技术改造。所以变频调速技术的推广有着十分重要的现实意义

5、。同时，随着PLC的不断发展，使得工业自动化控制更加的准确、方便、安全和可靠。如今通过D/A转换将PLC的反映速度的数字量转换为模拟量，变化的模拟量与变频器的模拟电压输入端相连从而带动电机马达以一定的曲线速度变化运行，并由马达连接的编码器将速度变为脉冲信号反馈到PLC中，然后在HMI上显示实际的速度曲线和实时速度。实现远程监视网络控制系统。在实际工程中，有的企业已实现了全车间或全厂的综合自动化，因此，通信与网络已经成为控制系统不可缺少的重要组成部分，也是控制系统的设计和维护的重点和难点之一。1.2 国内外控制技术的发展概况分析1.2.1 可编程控制技术（PLC） PLC的产生源于汽车制造业.可

6、编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称为PLC，是20世纪60年代末逐步发展起来的一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。近几年来，PLC技术在各种工业过程控制、生产自动线控制及各类机电一体化设备控制中得到了极为广泛的应用，成为工业自动化领域中的一项十分重要的应用技术。由于PLC的结构紧凑、可靠性高、编程简单、灵活性强显著优点，因此其一经诞生，立即受到美国国内及世界上个工业发达国家的高度关注。PLC厂家众多，其技术特点各不相同。美国PLC生产厂家超过100家，产品约200种。其中A一B公司为代表，其PLc一5系列只使用梯形图，而不采用语句表。欧洲PL

7、C技术，是在与美国PLC技术相互隔离的情况下，独自研究开发而成，因此，欧洲的产品和美国的产品存在着明显的差异。其中德国西门子公司的s5系列PLc，此用结构化编程的方法，尽管也设有梯形图、逻辑图等多种编程语言，但对于稍微复杂一点的问题，就必须采用语句表，通过STEPS语言，调用各种功能模块。日本的PLC技术是从美国引进的，因此日本的PLC相对于美国产品，存在6承”的痕迹，但日本将自己的PLC主推产品定位在小型机上。在小型川c方面，日本在对美国的PLC技术继承的同时，更多的是发展，且青出于蓝而胜于蓝日本的微型、小型PLC产品相当有特色，其采用梯形图、语句表并重的编程手段，lrlJ且配置了包括功能指

8、令在内的功能很强的指令系统。相比之下，美国、欧洲的小烈PLC产品指令系统太弱。总的说来，目前世界上百家的PLC制造厂中，仍然是美、日、德、三国占有举足轻重的地位。它们的系列产品有其技术广度和深度，因此控制着全世界一半以土的PLC市场。1.2.2 变频调速技术变频调速装置发展迅速，特点是通用化、系列化和规模化生产。目前所有变频器几乎都采用二极管整流自关断器件 (GTRIGBT)逆变的交一直一交电压型PWM变频控制方式，输出正弦波电流。最新产品全部采用微机全数字化控制。在大功率交一交(循环变流器)变频调速技术方面，法国阿尔斯通己能提供单机容量达3万kw的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向

9、器电机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量为6万kw的设备用于抽水蓄能电站。其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动 。国内变频调速技术从总体上看较国际先进水平差距10一巧年。在大功率交一交、无换向器电机等大容量变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性与国外还有相当差距。而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组起动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷扬方面有很大需求。在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都是普通的V/F控制，仅有少量的样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，每年有大量的进口。1.3 三菱自动控制系统的发展现状

10、目前，各种自动化技术手段并行发展、相互融合，为工业控制提供了多种可行的技术途径。可编程序控制器技术、工业控制计算机技术、分布式控制系统、数控系统、人机界面技术以及各种嵌入式控制器系统的快速发展进一步提升了工业自动化技术的发展水平。随着PLC的不断发展，使得工业自动化控制更加的准确、方便、安全和可靠。把PLC和变频器结合起来一起对电机传动进行控制，实现远程监视网络控制系统。在实际工程中，有的企业已实现了全车间或全厂的综合自动化，即将不同厂家生产的可编程设备连接在单层或多层网络上，相互之间进行数据通信，实现分散控制和集中管理。因此，通信与网络已经成为控制系统不可缺少的重要组成部分，也是控制系统的设

11、计和维护的重点和难点之一。 作为全球自动化领域的领导厂商，三菱电机以其优秀的自动化产品和技术服务于全球各行业用户。在中国，三菱电机是最早进入的国际品牌之一，三菱电机的自动化产品正广泛应用于中国的各行各业。如今，成千上万的三菱PLC、变频器、伺服、CNC、网络化控制系统、低压电器等产品在中国工业的各个领域运行良好，为中国经济发展做出了杰出贡献。截止目前，三菱电机先后已经投入四千多万元与中国高校合作，为中国高校自动化和相关专业的人才培养发挥了重要的促进作用。第二部分 三菱编程软件介绍2.1 GX Developer编程软件GX Developer是三菱公司设计的在Windows环境下使用的PLC编

12、程软件，支持当前所有三菱系列的PLC进行编程软件。该软件简单易学，具有丰富的工具箱和直观形象的视窗界面。编程时，既可用键盘操作，也可用鼠标操作。操作时可联机编程，也可脱机离线编程。该软件可进行梯形图编程、指令表编程和SFC编程。此外，该软件还可对以太网、CC-link等网络进行参数设定，并具有完善的诊断功能，能方便地实现网络监控，程序上传、下载。该软件的部分功能及使用方法：1）新建一个工程，点击“工程”中“创建新工程”，在弹出的对话框中选择你所使用的PLC类型，即可创建一个新工程，如图2-1所示：图2-1 新建工程界面 2）点击如图2-2所示的功能指令即可编写梯形图：图2-2 功能指令菜单3）

13、当进行通信时需将波特率设置成相同才可进行通信。PLC参数修改如图2-3所示：图2-3 PLC通信参数修改界面4）在参数设定之后，要完成通信，还需设定计算机与编程软件的端口相同，点击“在线”下“传输设置”，设置端口，如图2-4所示：编程软件的端口设置：图2-4 传输设置界面双击端口设置，如图2-5所示：图2-5 端口设置界面 5）完成上述步骤后，点击图标“”将梯形图转换，然后按图2-6所示将PLC写入。图2-6 PLC写入 6）在弹出的对话框中选取所需写入的程序和参数，如图2-7所示，执行完成，即实现了将程序下载到PLC中。图2-7 PLC写入界面PLC写入步范围选择，如图2-8所示：图2-8

14、PLC写入步范围设置界面7）在程序下载至PLC中之后可以对所写程序进行监控，来查看计数器计数，定时器定时是否正确。按下shift+f3，在弹出的对话框中将地二个勾去掉。这样就可监控到PLC中各元件的状态或数值。如图2-9所示：图2-9 监控模式选择界面2.2 GT-Desiginer画面设计软件GT-Desiginer是三菱公司所开发设计的，用于图形终端显示屏幕制作的Windows系统平台软件，支持所有的三菱图形终端。该软件功能完善，图形、对象工具丰富，窗口界面直观形象，操作简单易用，可以方便地改变所接PLC的类型，实时读取、写入显示屏幕，还可以设置保护密码。该软件的部分功能及使用方法：1)打

15、开GT-Desiginer，会出现如图2-10所示的对话框，需新建工程时，选择新建即可。图2-10 新建工程界面2）在新建之后，点击下一步，出现图2-11所示的对话框，在对话框中选取触摸屏的类型，并根据步骤设置连接机器。图2-11 GOT类型选择界面 连接机器选择，如图2-12所示：图2-12 连接机器选择界面在I/F设置处选取触摸屏通信协议，如图2-13所示： 图2-13 触摸屏通信协议选择界面3）在完成上述设置后，出现GT-Desiginer画面设计界面，在工具栏中选取所需功能名称，例如设置数值输入功能 ，设置数值显示功能，选择所需图形与线形。4）在GT Designer 上通过粘贴一些开

16、关图形，指示灯图形，数值显示等被称为对象的框图来创建屏幕；然后通过设置PLC CPU 中的元件（位，字）规定屏幕中的这些对象的动作；最后通过RS-232C 电缆或USB接口将创建的监视屏幕数据传送到GOT。即点击“通讯”。如图2-14所示：图2-14 通讯功能选择 5）在弹出如图2-15所示的对话框中选取所需下载的画面，再点击下载，就可将编辑的画面传送到触摸屏。完成将画面传送到GOT。图2-15 GOT下载界面第三部分 控制系统的设计3.1 系统设计框图及原理分析FR-700变频器触摸屏CC-linkPLCD/A旋转编码器三相异步电动机测速实时速度原理分析：通过触摸触摸屏上的按钮控制PLC的输

17、出动作，D/A转换模块将PLC的表示速度的数据寄存器的内容转换成模拟量，将D/A转换模块的V+引脚与变频器模拟输入端2的连接，D/A的I+与VI+短接，再与变频器的5端相接，这样在变频器内部的10V电压下，变频器模拟输入端将有连续变化的数值，所以与变频器的R、S、T端相连的电动机就获得不停变化的速度，按要求的运行曲线的运行。同时从机尾端旋转编码器测量电机的实时速度并进行反馈，通过PLC内部的高速计数器进行计数，在PLC程序中进行计算将实时速度反馈到触摸屏画面显示。3.2 系统的硬件选择3.2.1 触摸屏概念及所选GOT1000触摸屏型号参数介绍 1）触摸屏概念人机界面（Human Machin

18、e Interface，HMI）产品，常被大家称为“触摸屏”，它是连接可编程序控制器(PLC)、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元(如触摸屏、键盘、鼠标等)写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备，由硬件和软件两部分组成。人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HM工产品的性能高低，是HM工的核心单元。根据HM工的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器 。 GOT（Graphic Operation Terminal-人机介面）是电子操作面

19、板，在其监视屏幕上可进行开关操作、指示灯、数据显示、信息显示和其他一些在原有由操作面板执行的操作。显示在GOT 上的监视屏幕数据是在个人电脑上用专用软件(GT Designer)创建的。为了执行GOT 的各种功能，首先在GT Designer 上通过粘贴一些开关图形，指示灯图形，数值显示等被称为对象的框图来创建屏幕；然后通过设置PLC CPU 中的元件（位，字）规定屏幕中的这些对象的动作；最后通过RS-232C 电缆或USB接口将创建的监视屏幕数据传送到GOT。 2）GOT1000触摸屏型号参数介绍GOT1000是三菱电机全新一代的人机界面产品，它强大的功能不仅可以适用各种各样的FA场合，也同

20、样是非FA行业的理想选择。为了满足不同客户的需要，GOT1000分为GT15和GT11两个系列，其中GT15为高性能机型，GT11为基本功能机型。它们均采用64位处理器，内置有USB接口。对应GOT1000系列的画面设计软件为GT Designer2 Version2软件。 本次设计所选的触摸屏型号为GT1150-QSBD-C系列，分辨率为320*240像素，显示颜色为256色，内置I/F有RS-422(9针凹形)、RS-232（9针凸形）、USB,电源电压为DC24V,此触摸屏抗干扰能力强，耐压值为AC500V，寿命长。 3.2.2 CC-link模块CC-link网由主站、本地站、远程I/

21、O出战、远程设备站等组成。控制与通讯链路;其性能主要有: 通过分布各个模块到装置设备例如输送线和机器设备, 可在整个系统布线的情况下完成;能处理开关量,例如I/O或数字量的模块, 可完成简单的、高速的通讯;通过连结多PC CPU,可以构成一个简单的分布式系统; 通过连结不同制造厂商不同型号的设备, 使系统更具灵活性。3.2.3 可编程控制器（ FX2N PLC） PLC采用了典型的计算机结构，主要是CPU，RAM，RoM和专门设计的输入输出接口电路等组成。PLC则采用循环扫描工作方式，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条。如此周而复始不断循环。这

22、种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。本次比赛采用的是FX2N系列可编程序控制器，因其具有超高速的运算速(0.08as/steP)，FXZN系列的小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中鼓高档次的超小形程序装置; 可做8台主机连线。3.2.4 FX-4D/A模块的基础及应用 FX-4DA模拟量输出模块是FX系列专用的模拟量输出模块，该模块4个输出通（CH）。输出通道接受数字信号并转换成等价的模拟信号，这称之为D/A转换。FX-4DA最大分辨率是12位。通过输出端子变换，也可任意选择电压或电流输出状态。 基于

23、输入/输出的电压电流钻则通过用户配线完成，可选用的电压模拟值范围-10V到10VDC（分辨率：5mV），或者电流模拟值为0到20mA（分辨率：20微安），可被每个通道分别选择。FX2N-4DA和FX2N主单元之间通过缓冲存储器交换数FX2N-4DA共有32个缓冲存储器（每个是16位）。FX2N-4DA占用FX2N扩展总线的8个点。这8点可以分配成输入或输出。FX2N-4DA消耗FX2N主单元或有源扩展单元5V电源槽的30mA电流。3.2.5 变频器（FR-700-740系列）变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。变频器主要由五部分组成:整

24、流回路、逆变器、控制电路、制动组件和保护回路.变频调速控制方式一般大体可分为两种，开环控制和闭环控制，后者需要电动机轴转速反馈。普通的电压/频率(V/F)控制属于开环方式，闭环控制方式包括转差频率控制、矢量控制等方式。此次设计采用FR-700-740-1.5k变频器额定容量2.7kVA，使用电机容量1.5kW，允许频率波动范围±5%，加/减速时间设定03600s （可分别设定加速与减速时间），可以选择直线或S形加减速模式。3.2.6 旋转编码器旋转编码器是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编

25、码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲，通过两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。工作原理：由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，获得四组正弦信号组合成A、B、C、D，每个正弦相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。A、B两相联接，用于正反向计数、判断正反

26、向和测速；A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测速。本次设计采用的是S50-J3V100系列旋转编码器。3.3 实际设备组成的系统模型图第四部分 系统通信设计和调试4.1 计算机（PC）与触摸屏及PLC之间的通信 4.1.1 RS232协议：RS232是美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准，全称是 EIA-RS232（简称232，RS232）。它被广泛用于计算机串行接口外设连接。RS-232C标准（协议），其中EIA（Electronic Industry Association）代表美国电子工业联盟RS（Recommeded standard）代表推荐标准，232是标

27、识号，C代表RS232的最新一次修改（1969年），在这之前，还有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。图4-1所示是9针的RS-232串口排序图： 图4-1 RS-232串口排序图在RS-232标准中，字符是以一序列的位元串来一个接一个的传输。最常用的编码格式是异步起停asynchronous start-stop格式，它使用一个起始位元后面紧跟7或8 个数据位元（bit），这个可能是奇偶位元，然后是两个停止位元。所以发送一个字符至少需要10位元，带来的一个好的效果是使全部的传输

28、速率，发送信号的速率以10划分。一个最平常的代替异步起停方式的是使用高级数据链路控制协议（HDLC）。在RS-232标准中定义了逻辑一和逻辑零电压级数，以及标准的传输速率和连接器类型。信号大小在正的和负的315v之间。RS-232规定接近零的电平是无效的，逻辑一规定为负电平，有效负电平的信号状态称为传号marking，它的功能意义为OFF，逻辑零规定为正电平，有效正电平的信号状态称为空号spacing，它的功能意义为ON。RS-232的设备可以分为数据终端设备（DTE，Data Terminal Equipment）和数据通信设备（DCE，Data Connection Equipment）两

29、类，这种分类定义了不同的线路用来发送和接受信号。串行通信在软件设置里需要做多项设置，最常见的设置包括波特率、奇偶校验和停止位。波特率是指从一设备发到另一设备的波特率，即每秒钟多少位元bits per second (bit/s)。典型的波特率是300, 1200, 2400, 9600, 19200等bit/s。波特率越大，传输速度越快，但稳定的传输距离越短，抗干扰能力越差。一般通信两端设备都要设为相同的波特率，但有些设备也可以设置为自动检测波特率。4.1.2 PC与PLC和触摸屏之间的连接对于PC与PLC之间的连接，只需将RS-232串口电缆usb接口与PC机相连，另一接口接上PLC下载线接

30、到PLC上，再通过GX-developer编程软件将所编写好的程序下载到PLC中，即完成了PC与PLC的连接与通信。而对于PC与触摸屏的之间的连接，只需将触摸屏自带的传输线连接PC与PLC，在通过GT-desinger软件将所画出的运行选择画面与动态显示画面下载到触摸屏中即可。4.2 触摸屏与PLC之间的通信4.2.1 CC-link概要CC-link网由主站、本地站、远程I/O出战、远程设备站等组成。1CC-link系统概要 CC-link系统是通过使用专用的电缆将分散的I/O模块，特殊高功能模块等连接起来，并且通过PLC的CPU来控制这些相应模块的系统。（1） 通过将每个模块分散到类似传送

31、生产线和机械等设备中去，能够实现整个系统的省配线。（2） 通过使用处理类似I/O或者数字数据的ON/OFF数据的模块，能够实现整个系统的省配线。（3） 可以和其他厂商的各种不同的设备进行连接，使得系统更具有灵活性。 2. CC-link主站模块FX2N16CCL-MCC-Link的概要CC-link主站模块FX2N16CCL-M是特殊扩展模块，它将FX系列PLC分配作为CC-link系统中的主站。（1）远程I/O站和远程设备站可以与主站连接（FX系列的PLC）（2）通过使用CC-link接口模块FX2N32CCL，两个或两个以上的FX系列的PLC可以作为远程设备站进行连接，形成一个简单分散系统

32、。主站：控制数据链接系统的站远程I/O站：仅仅处理位信息的远程站远程设备站：处理包括为信息和子信息的远程站3. 与远程设备站的通信 握手信号（例如初始请求和出错标志位）是使用严惩输入（RX）和远程输出（RY）来与远程设备站进行通信的。设定的数据和其他数据与远程设备站之间的通信是通过使用远程寄存器（RWw和RWr）实现的远程输入（RX），远程输出（RY）和远程寄存器（RWw和RWr）被分配到FX2N 16CCLM中的缓冲存储器（BFM）。如图4-2所示：图4-2 与远程设备站的通信图 4.主站和远程设备站间通讯图4-3所示的流程图说明了主站和远程设备站间通讯时的基本程序设计流程。 图4-3 主站

33、和远程设备站间通讯流程图5. FX2N-32CCL概要 CC-link接口模块FX2N-32CCL是用来将连接FX0N/FX2N/FX2NC PLC连接到CC-Link的接口模块。FX2N-32CCL作为CC-Link的一个远程设备站进行连接。连线采用屏蔽双绞屏蔽电缆。控制指令使用FROM/指令对FX2N-32CCL的缓冲存储器进行读/写。 与PLC的连接FX2N-32CCL可以直接跟FX2NPLC主单元连接，或者与其它扩展模块或扩展单元的右侧连接。最多可以连接8个特殊单元/部分块，单元编号为0到7，根据离基本单元的距离由近到远排列。但是，由PLC提供的+5V直流电源容量有限。FX2N-32C

34、CL在+5V直流情况下的电流消耗为130mA。确保在+5V直流情况下，包括其它特殊部分在内的总电流消耗不要超过规定指标。FX2N-32CCL 与PLC的连接图如图4-4所示：图4-4 FX2N-32CCL 与PLC的连接图6.电源接线，如图4-5所示：图4-5 电源接线 4.2.2 PLC与触摸屏之间的连接首先利用24V电源模块（或PLC模块的24V输出引脚）给触摸屏供电，再通过CC-link连接触摸屏与PLC。通过RS232接口连接计算机与PLC，在GX develorer软件中编写梯形图，再通过RS232接口下载到PLC中。这时只要将触摸屏中的位元件名称设置成与PLC中的相应触点相同，即在

35、GT Designer 上通过粘贴一些开关图形，指示灯图形，数值显示等；然后通过设置PLC CPU 中的元件（位，字）规定屏幕中的这些对象的动作。4.3 PLC与变频器之间的通信4.3.1 模拟量应用时的一些基本概念及基本指令1缓冲寄存器：为了能够方便的实现PLC对特殊功能模块的控制，并减少应用指令的条数，统一应用指令的格式，在三菱PLC的特殊功能中设置专门用于PLC与模块间进行信息交换的区域“缓冲存储器”，英文为“Buffer Memory”，简称BFM.缓冲存储器中包括了模块控制信号位、模块参数等控制条件，以及模块的工作状态信息、运算与处理结果、出错信息内容。2.FROM指令FROM指令是

36、通过将特殊模块缓冲存储器（BFM）的内容读入到PLC指定的地址中。是一个读取指令。指令格式如下：如上指令的意思为：当X1接通，则指令将第一块特殊功能模块的第7号缓冲区内的据读出，并将读出的数据保存到D1指定的地址里面。若指令最后面的“K1”改换为“k2”，则指令的意思为：将第一块特殊功能模块的第7、8号缓冲区内的数据读出，并将读出的数据保存到D1及后面的地址D2里面。3.TO指令：TO指令是将PLC指定的地址的数据写入特殊功能模块的缓冲存储器（BFM）中。是一个写入指令。整个指令的意思如下：指令将PLC的数据寄存器D5的数据写入第一块特殊功能模块的第17号缓冲区地址内。4. FX-4DA模块的

37、应用FX-4DA模拟量输出模块是FX系列专用的模拟量输出模块，该模块4个输出（CH）。通过输出端子变换，也可任意选择电压或电流输出状态。 FX-4DA最大分辨率是12位。通过输出端子变换，也可任意选择电压或电流输出状态。 基于输入/输出的电压电流钻则通过用户配线完成，可选用的电压模拟值范围-10V到10VDC（分辨率：5mV），或者电流模拟值为0到20mA（分辨率：20微安），可被每个通道分别选择。FX2N-4DA占用FX2N扩展总线的8个点。这8点可以分配成输入或输出。FX2N-4DA消耗FX2N主单元或有源扩展单元5V电源槽的30mA电流。5. FX-4DA缓冲寄存器（BFM）的分配：FX

38、2N-4DA和和FX2N可编程控制器之间通过缓冲存储器（16位32点RAM）传输数据，如图4-6所示： 图4-6 BFM缓冲器区 BFM缓冲区说明：1）【BFM #0】 输出模式选择：BFM#0的值使每个通道的模拟输出在电压输出和电流输出之间切换。采用4位十六进制数的形式。第一位数字是通道1（CH1）的命令，第二位数字是通道2（CH2）的命令，第三位数字是通道3（CH3）的命令，第四位数字是通道4（CH4）的命令.这四个数字的数字值分分别代表下列项目，如图4-7所示：图4-7 输出模式通道 2）【BFM#1，#2，#3和#4】：输出数据通道CH1，CH2，CH3和CH4。如图4-8所示：图4-

39、8 输出数据通道 3）【BFM#5】:数据保持模式：当可编程控制器处于停止（STOP）模式，RUN模式下的最后输出值以使其成为偏移值。可按如下图所示，将十六进制值写入BFM#5中。如图4-9所示： 图4-9 数据保持模式选择接线操作注意：1） 检查输出配线或扩展电缆是否正确连接到FX2N-4DA模拟特殊功能模块。2） 确保应用中选择正确的输出模式。3） 检查在+5V或24V电源上没有电源过载，注意：FX2N的PLC或有源扩展单元的负载是根据所连接的扩展模块或特殊功能模块数目而改变的。6. 4D/A程序的编写，指令如下所示程序分析：在该程序中，D14为浮点数，故先将它转化为整形。然后设置通道输出

40、模式，采用4为16进制数的形式，第一位是通道1的数字，地二位是通道2的数据，以此类推。0为电压输出模式（-10到10V），1为电流输出模式（4mA到20mA），2为电流输出模式（0mA到20mA）。最后将数据寄存器D100的内容放到通道1进行转换。4.3.2 D/A转换的原理1）D/A转换的原理输出通道接受数字信号并转换成等价的模拟信号，这称之为D/A转换。D/A变换器一般由变换网络和模拟电子开关组成，输入n位数字量分别空盒子这些电子开关，通过变换网络产生与数字量各位权对应的模拟量，通过加法电路输出与数字量成比例的模拟量。D/A转换器大部分是数字电流转换器，实用中通常需增加输出电路，实现电流电

41、压变换在变换网络中，电流是单方向的，是单极性的。2）D/A转换的主要参数：衡量一个D/A转换器的性能的主要参数有：（1）分辨率是指d/a转换器能够转换的二进制数的位数，位数多分辨率也就越高。（2）转换时间指数字量输入到完成转换，输出达到最终值并稳定为止所需的时间。电流型d/a转换较快，一般在几ns到几百ns之间。电压型d/a转换较慢，取决于运算放大器的响应时间。（3）精度指d/a转换器实际输出电压与理论值之间的误差，一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位。（4）线性度当数字量变化时，d/a转换器输出的模拟量按比例关系变化的程度。理想的d/a转换器是线性的，但是实际上是有误差的，模拟输出偏离理想

42、输出的最大值称为线性误差。4.3.3 PLC与变频器的连接将PLC梯形图中表示速度的数据寄存器Dxx内容通过如上图所示的D/A转换程序变为连续变化的模拟量。首先通过PLC的输出+24电源给D/A模块供电（即将D/A模块上的“+24V”电源端与PLC输出+24V相连，然后将D/A模块上的“-24V”端与PLC上的“COM”端相连，再将D/A模块上接地端与PLC上的接地端相连）。这时只要将D/A模块的VOUT端与变频器的模拟电压输入端（2端）相连，D/A的IOUT端与VI-端短接，变频器的10端为10V电压端，5端接地即可实现变化模拟电压输入。由此，变频器模拟输入端即可接收到经D/A转换后的模拟量

43、。PLC通过D/A模块与变频器实际接线，如图4-10所示： +24Y0 COMY1 接地端PLC+24 V+VI-I+-24接地端D/A模块1025STFSTRSD变频器图4-10 PLC通过D/A模块与变频器实际接线图4.4 变频器控制电机4.4.1 变频器主要端子接线与端子接线图 1）变频器主要端子接线电源必须接R、S、T，绝对不能接U、V、W，否则会损坏变频器。在接线时不必考虑电源的相序。使用单向电源必须接R、S端。电机接到U、V、W端子上。当加入正转开关（信号）时，电动机旋转方向从轴向看时为逆时针方向，反之亦然。注意：通信时，使从变频器到电机之间的传输必须保证速度的一致性。2）变频器端

44、子接线图4.4.2 变频器接线注意事项由于在变频器内有漏电流，为了防止触电，变频器和电机必须接地。该转换器必须接地。接地必须遵循国家或地方安全标准和电器标准。(JIS NEC第250章, IEC536第1等级或者其它可执行标准)变频器接地用独立接地端子（不要用螺丝壳，底盘等的代替） 。接地电缆尽量用粗的线径，必须等于或大于前页所示标准，接地点尽量靠近变频器，接地线越短越好。在变频器侧接地的电机，用4芯电缆其中一根接地。电机以及变频器必须进行接地。接线后，零碎线头必须清除干净，零碎线头可能造成设备运行时异常失灵和故障，必须始终保持变频器清洁。不要安装电力电容器，浪涌抑制器和无线电噪声滤波器在变频

45、器输出侧。这将导致变频器故障或电容和浪涌抑制器的损坏。运行后，改变接线的操作，必须在电源切断10min以上，用万用表检查电压后进行，断电后一段时间内，电容上仍然有危险的高压电。4.4.3 变频器与电机的连接首先将电机接到变频器上的U、V、W端子上，再将变频器的交流电源输入端子R、S、T连接工频电源，这时当变频器得电后就可带动电机按变频器2端的模拟电压的变化实时转动。4.5 旋转编码器与PLC的连接4.5.1 旋转编码器测速原理旋转编码器是集光机电技术于一体的速度唯一传感器。当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信号。该信号经后继电

46、器处理后，输出脉冲或代码信号。由于关电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转。其特点是体积小，重量轻，功能全，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能稳定，可靠使用寿命长。 首先将旋转编码器与电机的轴相连，首先通过PLC编程来判断正反转，再通过PLC内部高速计数器对旋转编码器产生的脉冲进行计数，比如：编码器旋转一圈产生1000个脉冲，这时若计数器的计数值在1s内计到10000，则电机转了10圈/s.再通过GX-Developer编程软件将计数器的数值读出来将实时速度反馈到触摸屏显示。4.5.2 旋转编码器与PLC的接线 编码器有5条引线，其中3条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电

47、源线。编码器的电源可以是外接电源，也可直接使用PLC的DC24V电源。电源“-”端要与编码器的COM端连接，“+ ”与编码器的电源端连接。编码器的COM端与PLC输入COM端连接，A、B相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接(A相与X0相连，B相与X1相连)，连接时要注意PLC输入的响应时间。有的旋转编码器还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地。4.6 接触器与热继电器等设备之间的连接 本次系统用于主电路的电器设备主要有接触器、熔断器、热继电器，通过各个电器设备的不同连接（通过两个接触器改变相序来实现电动机正反转控制或通过两个接触器来控制星型三角型降压启动）。接线时的注意事项：将所需要的电气部件、

48、导轨、线槽等安装在工作台上的网孔板上，连接系统的控制电路。元件在网孔板上布置要合理，安装要正确紧固，配线要求紧固、美观、导线要进行线槽。为减小对控制信号的干扰，工作台上交流电动机的连接线不能放入线槽。按钮盒、触摸屏和电机可不固定在网孔板上，电源和电动机配线要接到端子排上，进出线槽的导线要有端子标号。元件、器件的金属外壳，应可靠接地。4.7 系统电气控制原理图第五部分 控制系统调试与运行5.1 PLC系统控制流程图 流程图如图5-1所示：开始HL1、HL2以亮1秒灭0.5秒方式闪烁电机按第一段曲线运行电机按第二段曲线运行电机按第四段曲线运行电机按第三段曲线运行读高速计数器的值算出实际转速HL1以

49、1HZ闪烁对转速进行D/A转换电机停止转动HL2以1HZ闪烁STOP-RUNNSB1按下，SB2未按下16秒未计满T10（16s）T11（21s）T12（22s）T13（30s）SB2按下 图5-1 PLC系统流程图5.2 变频器主要参数配置及主要参数含义Pr1：上限频率 设定范围 0120Hz 设定为50 HzPr2：下限频率 设定范围 0120Hz 设定为0 HzPr3：基准频率 设定范围 0400Hz 设定为50 HzPr7：加速时间 设定范围 03600/ 360s Pr8：减速时间 设定范围 03600/ 360s 设定的越小，即可快速停转Pr37：转速显示 设定范围为0，19998

50、 0：表示频率显示，设定 19998：设定60Hz时的机械速度Pr73：模拟量输入选择Pr79：运行模式选择 设定范围0，1，2，3，4，6，7，若Pr.79=0、1,变频器处于PU运行操作方式。若Pr.79=2，变频器处于处于外部运行模式。若Pr.79=3、4，变频器处于组合运行操作方式。 Pr117：PU通讯站号 设定范围为031. Pr118：PU通讯速率 设定范围为 48，96，192，384，设定速率。设定值×100为通讯速率。例如，设定值为192，通讯速率即为19200bps。需设置成与PLC相同的波特率方可通信成功。Pr119： PU通讯停止位长 设定范围为0，1，10，11Pr120： PU通讯奇偶校验 设定范围为0，1，2；