用PLC来玩转变频器课件

第3章变频器的PLC控制

3.1PLC与变频器的连接

3.2变频器正反转的PLC控制

3.3变频器多段速运行的PLC控制

3.4变频器的PLC模拟量控制第3章变频器的PLC控制3.1PLC与变频器的13.1PLC与变频器的连接任务目标(1)掌握PLC和变频器联机方法。(2)熟悉变频器与PLC连接的触点和接口等。(3)熟悉PLC通过85485接口控制变频器的方法。任务引入PLC具有体积小、组装灵活、编程简单、抗干扰能力强及可靠性高等诸多优点，PLC联机控制变频器目前在工业自动化系统中是一种较为常见的应用，那么，PLC与变频器有几种方式来联机控制变频器?通常选择哪种控制方法?它们具体是如何连接的?下一页返回3.1PLC与变频器的连接任务目标下一页返回23.1PLC与变频器的连接相关知识点一、PLC与变频器的连接方式PLC与变频器一般有三种连接方法。1.利用PLC的模拟量输出模块控制变频器PLC的模拟量输出模块输出0~5V电压信号或4~20mA电流信号，作为变频器的模拟量输入信号。控制变频器的输出频率，如图3-1所示。这种控制方式接线简单，但需要选择与变频器输入阻抗匹配的PLC输出模块，且PLC的模拟量输出模块价格较为昂贵，此外还需采取分压措施使变频器适应PLC的电压信号范围，在连接时注意将布线分开，保证主电路一侧的噪声不传至控制电路。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接相关知识点上一页下一页返回33.1PLC与变频器的连接2.利用PLC的开关量输出控制变频器PLC的开关输出量一般可以与变频器的开关量输入端直接相连，如图3-2所示。这种控制方式的接线简单，抗干扰能力强。利用PLC的开关量输出可以控制变频器的启动/停止、正/反转、点动、转速和加减时间等，能实现较为复杂的控制要求，但只能有级调速。使用继电器触点进行连接时，有时存在因接触不良而误操作现象;使用晶体管进行连接时，则需要考虑晶体管自身的电压、电流容量等因素，保证系统的可靠性。另外，在设计变频器的输入信号电路时还应该注意到，输入信号电路连接不当，有时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载，继电器开闭时，产生的浪涌电流带来的噪声有可能引起变频器的误动作，应尽量避免。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接2.利用PLC的开关量输出控制43.1PLC与变频器的连接3.PLC与485通信接口的连接所有的标准西门子变频器都有一个85485串行接口(有的也提供RS232接口)，采用双线连接，其设计标准适用于工业环境的应用对象。单一的85485链路最多可以连接30台变频器，而且根据各变频器的地址或采用广播信息，都可以找到需要通信的变频器。链路中需要有一个主控制器(主站)，而各个变频器则是从属的控制对象(从站)。采用串行接口有以下优点:(1)大大减少布线的数量。(2)无须重新布线，即可更改控制功能。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接3.PLC与485通信接口的53.1PLC与变频器的连接(3)可以通过串行接口设置和修改变频器的参数。(4)可以连续对变频器的特性进行监测和控制。典型的85485多站接口如图3-3所示，MM440变频器为85485接口时，是将端子14和15分别连接到P+和N-来，如图3-4所示。PLC与变频器之间通信需要遵循通用的串行接口协议(uss)，按照串行总线的主一从通信原理来确定访问的方法。总线上可以连接一个主站和最多31个从站，主站根据通信报文中的地址字符来选择要传输数据的从站，在主站没有要求它进行通信时，从站本身不能首先发送数据，各个从站之间也不能直接进行信息的传输。USS协议有关信息的详细说明在此不再赘述。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接(3)可以通过串行接口设置和修改63.1PLC与变频器的连接二、联机注意事项由于变频器在运行过程中会带来较强的电磁干扰，为保证PLC不因变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪声而出现故障，在将变频器和PLC等上位机配合使用时还必须注意。1.对PLC本体按照规定的标准和接地条件进行接地。此时，应避免和变频器使用共同的接地线，并在接地时尽可能使两者分开。2.当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入/输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪声使用的变压器等。此外，如有必要在变频器一侧也应采取相应的措施。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接二、联机注意事项上一页下一页返回73.1PLC与变频器的连接3.当变频器和PLC安装在同一控制柜中时，应尽可能使与变频器和PLC有关的电线分开。4.通过使用屏蔽线和双绞线来抗噪声。任务训练一、训练内容用57一200向MM440传送控制字和速度给定。二、训练工具、材料和设备西门子MM440变频器一台、西门子57-200系列PLC和编程软件一套、通用电工工具一套。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接3.当变频器和PLC安装在同一83.1PLC与变频器的连接三、操作方法和步骤1.按要求进行硬件连接准备(1)在使用MicroWinsoftware创建项目之前，首先安装USSprotocol。(2)设置通信接口(PC/PPIcable)。(3)不!!用PC/PPI电缆连接PC与S7-200PORT1端口，为编程使用。(4)用串口电缆将S7-200PORTO端口与MM4面板上的RS232/RS485接口相连。2.参数设置为了运行变频器，还需要在MM440中设置以下参数。(1)恢复变频器工厂默认值，设定P0010=30和P0970=1，按下P键，开始复位。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接三、操作方法和步骤上一页下一页返93.1PLC与变频器的连接(2)进入专家模式，P0003=3。(3)设置电机参数，只有在快速调试模式时，才能修改这些参数。如果只做通信实验默认就可。(4)修改命令源和给定源，设定P700=5和P1000=5。(5)设置与通信相关参数，见表3-1。3.PLC程序编制(1)在Micro/Win中调用USS初始化程序块USS_INIT，参考程序如图3-5所示。只调用一次;分别设置USS通信的波特率和MM440变频器的地址。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接(2)进入专家模式，P0003103.1PLC与变频器的连接(2)在Micro/Win中调用USS控制程序块USS_CTRL，参考程序如图3-6所示。其中由M20.0控制MM440的启停，Type=1选择MM440，速度给定为百分比，实数类型，设定为5000。要运行，M20.1,M20.2必须都为0，与变频器上的OFF2,OFF3为1相反。其中，速度给定值VD1000，要采用Flow型查看，是百分比。(3)使用USS_RPM和USS_WPM来读写MM440的参数，如图3-7所示。注意:先写参数P1003，完成后再读P1003。四、成绩评价表成绩评价见表3-2。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接(2)在Micro/Win中调113.1PLC与变频器的连接五、巩固练习用S7-226PLC和MM440变频器联机实现一控三运行(用一台变频器分别控制三台电动机运行)。要求按下按钮SB1后电动机M1工作，按下按钮SB2后电动机M2工作，按下按钮SB3后电动机M3工作，按下按钮TB1后电动机工作停止，且任意时刻仅有一台电动机变频运行，变频器由操作面板控制。请设计控制电路图并接线调试，写出调试成功的PLC程序。上一页返回3.1PLC与变频器的连接五、巩固练习上一页返回123.2变频器正反转的PLC控制任务目标(1)掌握PLC和变频器正反转控制的电路设计与连接方法。(2)熟悉联机调试方法。任务引入在生产实践中，电动机的正反转是比较常见的。传统的方法是利用继电器、接触器来控制电动机的正反转，利用PLC控制变频器的交流拖动系统与传统的方法相比，在操作、控制、效率、精度等各个方面都具有无法比拟的优点，可以简单、方便地实现电动机的正反转等多种控制要求，如何利用PLC来控制变频器的正反转?下一页返回3.2变频器正反转的PLC控制任务目标下一页返回133.2变频器正反转的PLC控制相关知识点变频器控制电动机正反转的方法。利用电网电源运行的交流拖动系统，要实现电动机的正反转切换，须利用接触器等装置对电源进行换相切换。利用变频器进行调速控制时，只须改变变频器内部逆变电路功率器件的开关顺序，即可达到对输出进行换相的目的，很容易实现电动机的正反转切换，而不需要专门的正反转切换装置。MM440包含了六个数字开关量的输入端子DIN1一DING，每个端子都有一个对应的参数用来设定该端子的功能，从而实现电动机启停、正反转、点动等。下一页返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制相关知识点下一页返回上一页143.2变频器正反转的PLC控制任务训练一、训练内容S7-226PLC联机控制MM440，实现电动机正反转控制。要求按下按钮SB1后，电动机正转且运行频率为40Hz;按下按钮SB2后，延时lOs，电动机反转且运行频率为40Hz;当按下停止按钮TB1，电动机运行停止。二、训练工具、材料和设备S7-226PLC,MM440变频器各一台、控制按钮及BVR-1.5mm2导线若下万用表、兆欧表各一台、通用电工工具一套等。下一页返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制任务训练下一页返回上一页153.2变频器正反转的PLC控制三、操作方法和步骤1.按要求接线PLC与变频器的连接电路如图3-8所示。2.PLC输入/输出地址分配根据控制要求确定I/O地址，PLC输入/输出分配见表3-3。3.PLC程序设计在STEP?一Micro/WIN编程软件中进行控制程序设计，并用一根PC/PPI编程电缆将程序下载到S7-226PLC中。PLC参考程序如图3-9所示。4.变频器参数设置接通断路器QS，变频器在通电状态下，完成相关参数设置，具体设置见表3-4。下一页返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制三、操作方法和步骤下一页返回163.2变频器正反转的PLC控制5.操作调试(1)电动机正转运行。当按下正转按钮SB1时，57-226型PLC输入继电器I0.0得电，辅助继电器M0.0得电，M0.0常开点闭合自锁，输出继电器Q0.1得电，变频器MM440的数字输入端口DIN2为“ON”状态。电动机按P1120所设置的6s斜坡上升时间正向启动，经过6s后，电动机正转运行在由P1040所设置的40Hz频率对应的转速上。下一页返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制5.操作调试下一页返回上一173.2变频器正反转的PLC控制(2)电动机反转延时运行。当按下反转按钮SB2时，PLC输入继电器I0.1得电，其常开触点闭合，位辅助继电器M0.1得电，M0.1常开触点闭合自锁，同时接通定时器T37延时。当时间达到10s，定时器T37位触点闭合，输出继电器Q0.2得电，变频器MM440的数字输入端口DIN3为“ON”状态。电动机在发出反转信号延时10s后，按P1121所设置的6s斜坡上升时间反向启动，经6*后，电动机反向运转在由P1040所设置的40Hz频率对应的转速上。为了保证运行安全，在PLC程序设计时，利用辅助继电器M0.0和M0.1的常闭触点实现互锁。下一页返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制(2)电动机反转延时运行。183.2变频器正反转的PLC控制(3)电动机停止。无沦电动机当前处于正转或反转状态，当按下停止按钮TB1后，输入继电器I0.2得电，其常闭触点断开，使辅助继电器M0.0(或M0.1)线圈失电，其常开触点断开取消自锁，同时输出继电器线圈Q0.1(或Q0.2)线圈失电，变频器MM440端口6(或7)为“OFF”状态，电动机按P1121所设置的8*斜坡下降时间正向(或反向)停车，经8*后电动机运行停止。四、成绩评价表成绩评价见表3-5。下一页返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制(3)电动机停止。下一页返193.2变频器正反转的PLC控制五、巩固练习某台升降机，用变频器控制，要求有正反转指示，正转运行频率为30Hz,反转运行频率为20Hz。试用PLC与变频器联合控制，完成接线、参数设置、PLC程序编制，并进行调试。返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制五、巩固练习返回上一页203.3变频器多段速运行的PLC控制任务目标(1)掌握变频器多段速频率控制方式。(2)熟悉变频器的运行、调试及操作方法。任务引入由于工艺上的要求，很多生产机械在不同的阶段需要在不同的转速下运行。为了方便这种负载，大多数变频器均提供了多段速控制功能，其转速档的切换是通过外接开关器件改变其输入端的状态组合来实现的。下面就通过具体的应用来学习用PLC的开关量直接对变频器实现多段速调速的方法。相关知识点MM440变频器的多段速控制功能及参数设置见2.4。下一页返回3.3变频器多段速运行的PLC控制任务目标下一页返回213.3变频器多段速运行的PLC控制任务训练一、训练内容使用57一226PLC和MM440变频器联机，实现电动机三段速频率运转控制。要求按下按钮SB1，电动机启动并运行在第一段，频率为15Hz;延时18s后电动机反向运行在第二段，频率为30Hz;再延时20s后电动机正向运行在第三段，频率为SOHzo当按下停止按钮TB1，电动机停止运行。二、训练工具、材料和设备S7-226PLC,MM440变频器各一台、控制按钮及BVR一1.5mm导线若干、万用表、兆欧表各一台、通用电工工具一套等。上一页下一页返回3.3变频器多段速运行的PLC控制任务训练上一页下一页返回223.3变频器多段速运行的PLC控制三、操作方法1.按要求接线PLC与变频器的连接电路如图3-10所示。2.PLC输入/输出地址分配变频器MM440数字输入DIN1,DIN2端口通过P0701,P0702参数设为三段固定频率控制端，每一段的频率可分别由P1001,P1002和P1003参数设置。变频器数字输入DIN3端口设为电动机运行、停止控制端，可由P0703参数设置。PLC输入/输出地址分配见表3-6。上一页下一页返回3.3变频器多段速运行的PLC控制三、操作方法上一页下一页233.3变频器多段速运行的PLC控制3.PLC程序设计程序执行要求:按下启动按钮SB1后，输入继电器I0.1得电，输出继电器Q0.1和Q0.3置位，同时定时器T37得电计时。Q0.3输出，变频器MM440的数字输入端口DIN3为“ON"，得到运转信号，Q0.1输出，数字输入端口DIN1为"ON”状态，得到频率指令，电动机以P1001参数设置的固定频率1(15Hz)正向运转;T37正转定时到18s,T37位常开触点闭合，使输出继电器Q0.2置位、Q0.1复位(注意:Q0.3保持置位)，同时定时器T38得电计时。上一页下一页返回3.3变频器多段速运行的PLC控制3.PLC程序设计243.3变频器多段速运行的PLC控制变频器MM440的数字输入端口DIN3仍为“ON"，得到运转信号，Q0.2输出，数字输入端口DIN2为“ON”状态，得到频率指令，电动机以P1002参数设置的固定频率2(-30Hz)反向运转，T38反转定时20s,T38位常开触点闭合，输出继电器Q0.1再次置位输出，变频器MM440的数字输入端口DIN1,DIN2和DIN3均为"ON”状态，电动机以P1003参数设置的固定频率3(SOHz)正向运转;按下停止按钮TB1时，PLC输入继电器I0.2得电，其常开触点闭合使输出继电器Q0.1~Q0.3复位，此时变频器MM440的数字输入端口DIN1,DIN2和DIN3均为“OFF”状态，电动机停止运转。PLC运行参考程序如图3-11所示。上一页下一页返回3.3变频器多段速运行的PLC控制变频器MM440的数字输253.3变频器多段速运行的PLC控制4.变频器参数设置变频器操作步骤省略，主要参数设置见表3-7。四、成绩评价表成绩评价见表3-8。五、巩固练习用PLC和变频器联机实现电动机7段频率运行。7段频率依次为:第1段频率10Hz;第2段频率20Hz;第3段频率40Hz;第4段频率50Hz;第5段频率-20Hz;第6段频率-40Hz,第7段频率20Hz。设计出电路原理图，写出PLC控制程序和相应参数设置。上一页返回3.3变频器多段速运行的PLC控制4.变频器参数设置上一页263.4变频器的PLC模拟量控制任务目标(1)掌握常见的模拟量给定方法。(2)熟悉模拟量模块的使用。任务引入为满足温度、速度、流量等工艺变量的控制要求，常常要对这些模拟量进行控制，PLC模拟量控制模块的使用也口益广泛。通常情况下，变频器的速度调节可采用键盘调节或电位器调节等方式。但是，在速度要求根据工艺而变化时，仅利用上述两种方式不能满足生产控制要求，而利用PLC灵活编程及控制的功能，实现速度因工艺而变化，可以较容易地满足生产的要求。下面就来学习变频器的PLC模拟量控制的相关知识。下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制任务目标下一页返回273.4变频器的PLC模拟量控制相关知识点在变频器中，通过操作面板、通信接口或输入端子调节频率大小的指令信号，称为给定信号。所谓外接频率给定是指变频器通过信号输入端从外部得到频率的给定信号。一、频率给定信号的方式1.数字量给定方式频率给定信号为数字量，这种给定方式的频率精度很高，可达到给定频率的0.01%以内。具体的给定方式有以下两种。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制相关知识点上一页下一页返回283.4变频器的PLC模拟量控制(1)面板给定。即通过面板上的“升键”和“降键”(西门子MM440变频器频率增加调节用▲键，频率下降调节用键)来设置频率的数值。(2)通信接口给定。由上位机或PLC通过接口进行给定。现在多数变频器都带有RS-485接口或RS-232接口，方便与上位机(如PLC、单片机、PC等)的通信，上位机可将设置的频率数值传送给变频器。2.模拟量给定方式即给定信号为模拟量，主要有电压信号、电流信号。当进行模拟量给定时，变频器输出的精度略低，约在最大频率的士0.2%以内。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制(1)面板给定。即通过面板293.4变频器的PLC模拟量控制常见的给定方法有。(1)电位器给定。利用电位器的连接提供给定信号，该信号为电压信号。例如西门子MM440变频器端子1和2为用户提供10V直流电压，端子3为给定电压信号的输入端(采用模拟电压信号输入方式输入给定频率时，为了提高变频调速的控制精度，必须配备一个高精度的直流电源)。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制常见的给定方法有。上一页下303.4变频器的PLC模拟量控制(2)直接电压(或电流)给定。由外部仪器设备直接向变频器的给定端输出电压或电流信号。需注意的是，当信号源与变频器距离较远时，应采用电流信号给定，以消除因线路压降引起的误差，通常取4~20mA，以利于区别零信号和无信号(零信号:信号线路正常，信号值为零;无信号:信号线路因断路或未工作而没有信号)。在西门子MM440变频器接线端子中有两路模拟量输入:AIN1(0~10V,0~20mA和-10~10V)和AIN2(0~10V,0~20mA)。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制(2)直接电压(或电流)给313.4变频器的PLC模拟量控制二、模拟量输入/输出扩展模块(EM235)接线图及输入范围配置1.EM235的接线图EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能EM235的接线方法如图3-12所示。2.EM235的配置使用模块，须将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量程和分辨率。DIP开关设置EM235扩展模块的对应关系见表3-9。表中六个DIP开关决定了所有的输入设置，也就是说开关的设置应用于整个模块，开关设置也只有在重新上电后才能生效。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制二、模拟量输入/输出扩展模块323.4变频器的PLC模拟量控制三、注意事项使用PLC的模拟量控制变频器时，考虑到变频器本身产生强干扰信号，而模拟量抗干扰能力较差、数字量抗干扰能力强的特性，为了最大程度的消除变频器对模拟量的干扰，在布线和接地等方面就需要采取更加严密的措施:1.信号线与动力线必须分开走线使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其他设备的干扰，须将控制变频器的信号线与强电回路(主回路及顺控回路)分开走线。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制三、注意事项上一页下一页返回333.4变频器的PLC模拟量控制z.模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.5~2mm2在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短5~7mm左右)，同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其他设备接触引人干扰。3.变频器的接地应该与PLC控制回路单独接地在不能够保证单独接地的情况下，为了减少变频器对控制器的干扰，控制回路接地可以浮空，但变频器一定要保证可靠接地。在控制系统中建议将模拟量信号线的屏蔽线两端都浮空，同时，由于PLC与变频器共用一个大地，因此，建议在可能的情况下，将PLC单独接地或者将PLC与机组地绝缘开来。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制z.模拟量控制信号线应使用双343.4变频器的PLC模拟量控制4.变频器与电机间的接线距离变频器与电机间的接线距离较长的场合，来自电缆的高次谐波漏电流，会对变频器和周边设备产生不利影响。因此，为减少变频器的干扰，需要对变频器的载波频率进行调整。任务训练一、训练内容利用S7-226PLC模拟量模块与MM440变频器联机，实现电动机正反转控制，要求运行频率由模拟量模块输出电压信号给定，并能平滑调节电动机转速。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制4.变频器与电机间的接线距353.4变频器的PLC模拟量控制二、训练工具、材料和设备S7-226PLC,MM440变频器各一台，EM235模拟量模块一个，BVR-1.5mm2导线若干电工万用表、兆欧表各一台，通用电工工具一套等。三、操作方法和步骤1.按系统要求接线PLC:、模拟量模块和变频器的连接电路如图3-13所示。2.模块选型和PLC输入/输出地址分配系统选用57一226PLC和模拟量扩展模块EM235。EM235为模拟量输入/输出模块，具有四个模拟量输入通道和一个模拟量输出通道。PLC输入/输出地址分配见表3-10。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制二、训练工具、材料和设备上一363.4变频器的PLC模拟量控制3.PLC程序设计1)电动机正转运行及速度调节按下正转按钮SB1,输入继电器I0.0得电，输出继电器Q0.0得电并自保，变频器端口5为“ON"，电动机正转，调节电位器RP，则可改变变频器的频率设定值，从而调节正转速度的大小。按下停车按钮TB1后，I0.1得电，Q0.0失电，电动机停止转动。2)电动机反向运行及速度调节按下反转按钮SB2,输入继电器I0.2得电，输出继电器Q0.1得电并自保，变频器端口6为“ON"，电动机反转，调节电位器RP，则可改变变频器的频率设定值，从而调节反转速度的高低。按下停车按钮TB1后，输入继电器10.1得电，输出继电器Q0.1失电，电动机停止转动。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制3.PLC程序设计上一373.4变频器的PLC模拟量控制3)互锁正转和反转之间在梯形图程序上设计有互锁控制。PLC控制参考程序如图3-14所示。4.变频器参数设置使用基本操作面板对变频器进行参数设置。首先按下P键对变频器进行复位，使变频器的参数值回到出厂时的状态，再设置PO10为。，使变频器处于准备状态，然后设置变频器控制端口操作控制参数，见表3-11。四、成绩评价表成绩评价见表3-12。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制3)互锁上一页下一页返回383.4变频器的PLC模拟量控制五、巩固练习某传感器输出为4~20mA电流信号，通过输入至模拟量模块来控制MM440变频器频率给定，要求输出频率范围为0~50Hz,请选用合适的硬件，设计控制电路图并接线调试，写出调试成功的PLC程序和变频器参数设置。上一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制五、巩固练习上一页返回39图3-1PLC模拟量输出与变频器的连接返回图3-1PLC模拟量输出与变频器的连接返回40图3-2PLC开关输出量与变频器的连接(a)PLC的继电器触点与变频器的连接;(b)PLC的品体管与变频器的连接返回图3-2PLC开关输出量与变频器的连接(a)PLC的继电41图3-3典型的RS485多站接口返回图3-3典型的RS485多站接口返回42图3-4S7-200与变频器USS通信的连接返回图3-4S7-200与变频器USS通信的连接返回43表3-1变频器通信相关参数设置返回表3-1变频器通信相关参数设置返回44图3-5USS初始化参考程序返回图3-5USS初始化参考程序返回45图3-6U55控制参考程序返回图3-6U55控制参考程序返回46表3-2成绩评价表返回表3-2成绩评价表返回47图3-7USS读写MM440参考程序(a)读U16类型的参数;(b)写FLOAT类型的参数;(c)读FLOAT类型的参数返回图3-7USS读写MM440参考程序(a)读U16类48图3-8PLC和变频器联机的正反转控制电路返回图3-8PLC和变频器联机的正反转控制电路返回49表3-3PLC输入/输出分配表返回表3-3PLC输入/输出分配表返回50图3-9正反转控制PLC梯形图参考程序返回图3-9正反转控制PLC梯形图参考程序返回51表3-4变频器参数设置返回表3-4变频器参数设置返回52表3-5成绩评价表返回表3-5成绩评价表返回53图3-10PLC和MM440变频器联机二段速控制电路返回图3-10PLC和MM440变频器联机二段速控制电路返回54表3-6PLC输入/输出分配表返回表3-6PLC输入/输出分配表返回55图3-11PLC联机运行参考程序返回图3-11PLC联机运行参考程序返回56表3-7变频器参数设置值返回表3-7变频器参数设置值返回57表3-8成绩评价表返回表3-8成绩评价表返回58图3-12EM235接线图返回图3-12EM235接线图返回59表3-9EM235配置开关表返回表3-9EM235配置开关表返回60表3-10PLC输入/输出分配表返回表3-10PLC输入/输出分配表返回61图3-13PLC模拟量模块和变频器联机控制电路返回图3-13PLC模拟量模块和变频器联机控制电路返回62图3-14模拟电压频率给定PLC控制参考程序返回图3-14模拟电压频率给定PLC控制参考程序返回63表3-11控制端口开关操作控制参数返回表3-11控制端口开关操作控制参数返回64表3-12成绩评价表返回表3-12成绩评价表返回65第3章变频器的PLC控制

3.1PLC与变频器的连接

3.2变频器正反转的PLC控制

3.3变频器多段速运行的PLC控制

3.4变频器的PLC模拟量控制第3章变频器的PLC控制3.1PLC与变频器的663.1PLC与变频器的连接任务目标(1)掌握PLC和变频器联机方法。(2)熟悉变频器与PLC连接的触点和接口等。(3)熟悉PLC通过85485接口控制变频器的方法。任务引入PLC具有体积小、组装灵活、编程简单、抗干扰能力强及可靠性高等诸多优点，PLC联机控制变频器目前在工业自动化系统中是一种较为常见的应用，那么，PLC与变频器有几种方式来联机控制变频器?通常选择哪种控制方法?它们具体是如何连接的?下一页返回3.1PLC与变频器的连接任务目标下一页返回673.1PLC与变频器的连接相关知识点一、PLC与变频器的连接方式PLC与变频器一般有三种连接方法。1.利用PLC的模拟量输出模块控制变频器PLC的模拟量输出模块输出0~5V电压信号或4~20mA电流信号，作为变频器的模拟量输入信号。控制变频器的输出频率，如图3-1所示。这种控制方式接线简单，但需要选择与变频器输入阻抗匹配的PLC输出模块，且PLC的模拟量输出模块价格较为昂贵，此外还需采取分压措施使变频器适应PLC的电压信号范围，在连接时注意将布线分开，保证主电路一侧的噪声不传至控制电路。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接相关知识点上一页下一页返回683.1PLC与变频器的连接2.利用PLC的开关量输出控制变频器PLC的开关输出量一般可以与变频器的开关量输入端直接相连，如图3-2所示。这种控制方式的接线简单，抗干扰能力强。利用PLC的开关量输出可以控制变频器的启动/停止、正/反转、点动、转速和加减时间等，能实现较为复杂的控制要求，但只能有级调速。使用继电器触点进行连接时，有时存在因接触不良而误操作现象;使用晶体管进行连接时，则需要考虑晶体管自身的电压、电流容量等因素，保证系统的可靠性。另外，在设计变频器的输入信号电路时还应该注意到，输入信号电路连接不当，有时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载，继电器开闭时，产生的浪涌电流带来的噪声有可能引起变频器的误动作，应尽量避免。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接2.利用PLC的开关量输出控制693.1PLC与变频器的连接3.PLC与485通信接口的连接所有的标准西门子变频器都有一个85485串行接口(有的也提供RS232接口)，采用双线连接，其设计标准适用于工业环境的应用对象。单一的85485链路最多可以连接30台变频器，而且根据各变频器的地址或采用广播信息，都可以找到需要通信的变频器。链路中需要有一个主控制器(主站)，而各个变频器则是从属的控制对象(从站)。采用串行接口有以下优点:(1)大大减少布线的数量。(2)无须重新布线，即可更改控制功能。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接3.PLC与485通信接口的703.1PLC与变频器的连接(3)可以通过串行接口设置和修改变频器的参数。(4)可以连续对变频器的特性进行监测和控制。典型的85485多站接口如图3-3所示，MM440变频器为85485接口时，是将端子14和15分别连接到P+和N-来，如图3-4所示。PLC与变频器之间通信需要遵循通用的串行接口协议(uss)，按照串行总线的主一从通信原理来确定访问的方法。总线上可以连接一个主站和最多31个从站，主站根据通信报文中的地址字符来选择要传输数据的从站，在主站没有要求它进行通信时，从站本身不能首先发送数据，各个从站之间也不能直接进行信息的传输。USS协议有关信息的详细说明在此不再赘述。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接(3)可以通过串行接口设置和修改713.1PLC与变频器的连接二、联机注意事项由于变频器在运行过程中会带来较强的电磁干扰，为保证PLC不因变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪声而出现故障，在将变频器和PLC等上位机配合使用时还必须注意。1.对PLC本体按照规定的标准和接地条件进行接地。此时，应避免和变频器使用共同的接地线，并在接地时尽可能使两者分开。2.当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入/输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪声使用的变压器等。此外，如有必要在变频器一侧也应采取相应的措施。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接二、联机注意事项上一页下一页返回723.1PLC与变频器的连接3.当变频器和PLC安装在同一控制柜中时，应尽可能使与变频器和PLC有关的电线分开。4.通过使用屏蔽线和双绞线来抗噪声。任务训练一、训练内容用57一200向MM440传送控制字和速度给定。二、训练工具、材料和设备西门子MM440变频器一台、西门子57-200系列PLC和编程软件一套、通用电工工具一套。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接3.当变频器和PLC安装在同一733.1PLC与变频器的连接三、操作方法和步骤1.按要求进行硬件连接准备(1)在使用MicroWinsoftware创建项目之前，首先安装USSprotocol。(2)设置通信接口(PC/PPIcable)。(3)不!!用PC/PPI电缆连接PC与S7-200PORT1端口，为编程使用。(4)用串口电缆将S7-200PORTO端口与MM4面板上的RS232/RS485接口相连。2.参数设置为了运行变频器，还需要在MM440中设置以下参数。(1)恢复变频器工厂默认值，设定P0010=30和P0970=1，按下P键，开始复位。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接三、操作方法和步骤上一页下一页返743.1PLC与变频器的连接(2)进入专家模式，P0003=3。(3)设置电机参数，只有在快速调试模式时，才能修改这些参数。如果只做通信实验默认就可。(4)修改命令源和给定源，设定P700=5和P1000=5。(5)设置与通信相关参数，见表3-1。3.PLC程序编制(1)在Micro/Win中调用USS初始化程序块USS_INIT，参考程序如图3-5所示。只调用一次;分别设置USS通信的波特率和MM440变频器的地址。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接(2)进入专家模式，P0003753.1PLC与变频器的连接(2)在Micro/Win中调用USS控制程序块USS_CTRL，参考程序如图3-6所示。其中由M20.0控制MM440的启停，Type=1选择MM440，速度给定为百分比，实数类型，设定为5000。要运行，M20.1,M20.2必须都为0，与变频器上的OFF2,OFF3为1相反。其中，速度给定值VD1000，要采用Flow型查看，是百分比。(3)使用USS_RPM和USS_WPM来读写MM440的参数，如图3-7所示。注意:先写参数P1003，完成后再读P1003。四、成绩评价表成绩评价见表3-2。上一页下一页返回3.1PLC与变频器的连接(2)在Micro/Win中调763.1PLC与变频器的连接五、巩固练习用S7-226PLC和MM440变频器联机实现一控三运行(用一台变频器分别控制三台电动机运行)。要求按下按钮SB1后电动机M1工作，按下按钮SB2后电动机M2工作，按下按钮SB3后电动机M3工作，按下按钮TB1后电动机工作停止，且任意时刻仅有一台电动机变频运行，变频器由操作面板控制。请设计控制电路图并接线调试，写出调试成功的PLC程序。上一页返回3.1PLC与变频器的连接五、巩固练习上一页返回773.2变频器正反转的PLC控制任务目标(1)掌握PLC和变频器正反转控制的电路设计与连接方法。(2)熟悉联机调试方法。任务引入在生产实践中，电动机的正反转是比较常见的。传统的方法是利用继电器、接触器来控制电动机的正反转，利用PLC控制变频器的交流拖动系统与传统的方法相比，在操作、控制、效率、精度等各个方面都具有无法比拟的优点，可以简单、方便地实现电动机的正反转等多种控制要求，如何利用PLC来控制变频器的正反转?下一页返回3.2变频器正反转的PLC控制任务目标下一页返回783.2变频器正反转的PLC控制相关知识点变频器控制电动机正反转的方法。利用电网电源运行的交流拖动系统，要实现电动机的正反转切换，须利用接触器等装置对电源进行换相切换。利用变频器进行调速控制时，只须改变变频器内部逆变电路功率器件的开关顺序，即可达到对输出进行换相的目的，很容易实现电动机的正反转切换，而不需要专门的正反转切换装置。MM440包含了六个数字开关量的输入端子DIN1一DING，每个端子都有一个对应的参数用来设定该端子的功能，从而实现电动机启停、正反转、点动等。下一页返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制相关知识点下一页返回上一页793.2变频器正反转的PLC控制任务训练一、训练内容S7-226PLC联机控制MM440，实现电动机正反转控制。要求按下按钮SB1后，电动机正转且运行频率为40Hz;按下按钮SB2后，延时lOs，电动机反转且运行频率为40Hz;当按下停止按钮TB1，电动机运行停止。二、训练工具、材料和设备S7-226PLC,MM440变频器各一台、控制按钮及BVR-1.5mm2导线若下万用表、兆欧表各一台、通用电工工具一套等。下一页返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制任务训练下一页返回上一页803.2变频器正反转的PLC控制三、操作方法和步骤1.按要求接线PLC与变频器的连接电路如图3-8所示。2.PLC输入/输出地址分配根据控制要求确定I/O地址，PLC输入/输出分配见表3-3。3.PLC程序设计在STEP?一Micro/WIN编程软件中进行控制程序设计，并用一根PC/PPI编程电缆将程序下载到S7-226PLC中。PLC参考程序如图3-9所示。4.变频器参数设置接通断路器QS，变频器在通电状态下，完成相关参数设置，具体设置见表3-4。下一页返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制三、操作方法和步骤下一页返回813.2变频器正反转的PLC控制5.操作调试(1)电动机正转运行。当按下正转按钮SB1时，57-226型PLC输入继电器I0.0得电，辅助继电器M0.0得电，M0.0常开点闭合自锁，输出继电器Q0.1得电，变频器MM440的数字输入端口DIN2为“ON”状态。电动机按P1120所设置的6s斜坡上升时间正向启动，经过6s后，电动机正转运行在由P1040所设置的40Hz频率对应的转速上。下一页返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制5.操作调试下一页返回上一823.2变频器正反转的PLC控制(2)电动机反转延时运行。当按下反转按钮SB2时，PLC输入继电器I0.1得电，其常开触点闭合，位辅助继电器M0.1得电，M0.1常开触点闭合自锁，同时接通定时器T37延时。当时间达到10s，定时器T37位触点闭合，输出继电器Q0.2得电，变频器MM440的数字输入端口DIN3为“ON”状态。电动机在发出反转信号延时10s后，按P1121所设置的6s斜坡上升时间反向启动，经6*后，电动机反向运转在由P1040所设置的40Hz频率对应的转速上。为了保证运行安全，在PLC程序设计时，利用辅助继电器M0.0和M0.1的常闭触点实现互锁。下一页返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制(2)电动机反转延时运行。833.2变频器正反转的PLC控制(3)电动机停止。无沦电动机当前处于正转或反转状态，当按下停止按钮TB1后，输入继电器I0.2得电，其常闭触点断开，使辅助继电器M0.0(或M0.1)线圈失电，其常开触点断开取消自锁，同时输出继电器线圈Q0.1(或Q0.2)线圈失电，变频器MM440端口6(或7)为“OFF”状态，电动机按P1121所设置的8*斜坡下降时间正向(或反向)停车，经8*后电动机运行停止。四、成绩评价表成绩评价见表3-5。下一页返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制(3)电动机停止。下一页返843.2变频器正反转的PLC控制五、巩固练习某台升降机，用变频器控制，要求有正反转指示，正转运行频率为30Hz,反转运行频率为20Hz。试用PLC与变频器联合控制，完成接线、参数设置、PLC程序编制，并进行调试。返回上一页3.2变频器正反转的PLC控制五、巩固练习返回上一页853.3变频器多段速运行的PLC控制任务目标(1)掌握变频器多段速频率控制方式。(2)熟悉变频器的运行、调试及操作方法。任务引入由于工艺上的要求，很多生产机械在不同的阶段需要在不同的转速下运行。为了方便这种负载，大多数变频器均提供了多段速控制功能，其转速档的切换是通过外接开关器件改变其输入端的状态组合来实现的。下面就通过具体的应用来学习用PLC的开关量直接对变频器实现多段速调速的方法。相关知识点MM440变频器的多段速控制功能及参数设置见2.4。下一页返回3.3变频器多段速运行的PLC控制任务目标下一页返回863.3变频器多段速运行的PLC控制任务训练一、训练内容使用57一226PLC和MM440变频器联机，实现电动机三段速频率运转控制。要求按下按钮SB1，电动机启动并运行在第一段，频率为15Hz;延时18s后电动机反向运行在第二段，频率为30Hz;再延时20s后电动机正向运行在第三段，频率为SOHzo当按下停止按钮TB1，电动机停止运行。二、训练工具、材料和设备S7-226PLC,MM440变频器各一台、控制按钮及BVR一1.5mm导线若干、万用表、兆欧表各一台、通用电工工具一套等。上一页下一页返回3.3变频器多段速运行的PLC控制任务训练上一页下一页返回873.3变频器多段速运行的PLC控制三、操作方法1.按要求接线PLC与变频器的连接电路如图3-10所示。2.PLC输入/输出地址分配变频器MM440数字输入DIN1,DIN2端口通过P0701,P0702参数设为三段固定频率控制端，每一段的频率可分别由P1001,P1002和P1003参数设置。变频器数字输入DIN3端口设为电动机运行、停止控制端，可由P0703参数设置。PLC输入/输出地址分配见表3-6。上一页下一页返回3.3变频器多段速运行的PLC控制三、操作方法上一页下一页883.3变频器多段速运行的PLC控制3.PLC程序设计程序执行要求:按下启动按钮SB1后，输入继电器I0.1得电，输出继电器Q0.1和Q0.3置位，同时定时器T37得电计时。Q0.3输出，变频器MM440的数字输入端口DIN3为“ON"，得到运转信号，Q0.1输出，数字输入端口DIN1为"ON”状态，得到频率指令，电动机以P1001参数设置的固定频率1(15Hz)正向运转;T37正转定时到18s,T37位常开触点闭合，使输出继电器Q0.2置位、Q0.1复位(注意:Q0.3保持置位)，同时定时器T38得电计时。上一页下一页返回3.3变频器多段速运行的PLC控制3.PLC程序设计893.3变频器多段速运行的PLC控制变频器MM440的数字输入端口DIN3仍为“ON"，得到运转信号，Q0.2输出，数字输入端口DIN2为“ON”状态，得到频率指令，电动机以P1002参数设置的固定频率2(-30Hz)反向运转，T38反转定时20s,T38位常开触点闭合，输出继电器Q0.1再次置位输出，变频器MM440的数字输入端口DIN1,DIN2和DIN3均为"ON”状态，电动机以P1003参数设置的固定频率3(SOHz)正向运转;按下停止按钮TB1时，PLC输入继电器I0.2得电，其常开触点闭合使输出继电器Q0.1~Q0.3复位，此时变频器MM440的数字输入端口DIN1,DIN2和DIN3均为“OFF”状态，电动机停止运转。PLC运行参考程序如图3-11所示。上一页下一页返回3.3变频器多段速运行的PLC控制变频器MM440的数字输903.3变频器多段速运行的PLC控制4.变频器参数设置变频器操作步骤省略，主要参数设置见表3-7。四、成绩评价表成绩评价见表3-8。五、巩固练习用PLC和变频器联机实现电动机7段频率运行。7段频率依次为:第1段频率10Hz;第2段频率20Hz;第3段频率40Hz;第4段频率50Hz;第5段频率-20Hz;第6段频率-40Hz,第7段频率20Hz。设计出电路原理图，写出PLC控制程序和相应参数设置。上一页返回3.3变频器多段速运行的PLC控制4.变频器参数设置上一页913.4变频器的PLC模拟量控制任务目标(1)掌握常见的模拟量给定方法。(2)熟悉模拟量模块的使用。任务引入为满足温度、速度、流量等工艺变量的控制要求，常常要对这些模拟量进行控制，PLC模拟量控制模块的使用也口益广泛。通常情况下，变频器的速度调节可采用键盘调节或电位器调节等方式。但是，在速度要求根据工艺而变化时，仅利用上述两种方式不能满足生产控制要求，而利用PLC灵活编程及控制的功能，实现速度因工艺而变化，可以较容易地满足生产的要求。下面就来学习变频器的PLC模拟量控制的相关知识。下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制任务目标下一页返回923.4变频器的PLC模拟量控制相关知识点在变频器中，通过操作面板、通信接口或输入端子调节频率大小的指令信号，称为给定信号。所谓外接频率给定是指变频器通过信号输入端从外部得到频率的给定信号。一、频率给定信号的方式1.数字量给定方式频率给定信号为数字量，这种给定方式的频率精度很高，可达到给定频率的0.01%以内。具体的给定方式有以下两种。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制相关知识点上一页下一页返回933.4变频器的PLC模拟量控制(1)面板给定。即通过面板上的“升键”和“降键”(西门子MM440变频器频率增加调节用▲键，频率下降调节用键)来设置频率的数值。(2)通信接口给定。由上位机或PLC通过接口进行给定。现在多数变频器都带有RS-485接口或RS-232接口，方便与上位机(如PLC、单片机、PC等)的通信，上位机可将设置的频率数值传送给变频器。2.模拟量给定方式即给定信号为模拟量，主要有电压信号、电流信号。当进行模拟量给定时，变频器输出的精度略低，约在最大频率的士0.2%以内。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制(1)面板给定。即通过面板943.4变频器的PLC模拟量控制常见的给定方法有。(1)电位器给定。利用电位器的连接提供给定信号，该信号为电压信号。例如西门子MM440变频器端子1和2为用户提供10V直流电压，端子3为给定电压信号的输入端(采用模拟电压信号输入方式输入给定频率时，为了提高变频调速的控制精度，必须配备一个高精度的直流电源)。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制常见的给定方法有。上一页下953.4变频器的PLC模拟量控制(2)直接电压(或电流)给定。由外部仪器设备直接向变频器的给定端输出电压或电流信号。需注意的是，当信号源与变频器距离较远时，应采用电流信号给定，以消除因线路压降引起的误差，通常取4~20mA，以利于区别零信号和无信号(零信号:信号线路正常，信号值为零;无信号:信号线路因断路或未工作而没有信号)。在西门子MM440变频器接线端子中有两路模拟量输入:AIN1(0~10V,0~20mA和-10~10V)和AIN2(0~10V,0~20mA)。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制(2)直接电压(或电流)给963.4变频器的PLC模拟量控制二、模拟量输入/输出扩展模块(EM235)接线图及输入范围配置1.EM235的接线图EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能EM235的接线方法如图3-12所示。2.EM235的配置使用模块，须将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量程和分辨率。DIP开关设置EM235扩展模块的对应关系见表3-9。表中六个DIP开关决定了所有的输入设置，也就是说开关的设置应用于整个模块，开关设置也只有在重新上电后才能生效。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制二、模拟量输入/输出扩展模块973.4变频器的PLC模拟量控制三、注意事项使用PLC的模拟量控制变频器时，考虑到变频器本身产生强干扰信号，而模拟量抗干扰能力较差、数字量抗干扰能力强的特性，为了最大程度的消除变频器对模拟量的干扰，在布线和接地等方面就需要采取更加严密的措施:1.信号线与动力线必须分开走线使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其他设备的干扰，须将控制变频器的信号线与强电回路(主回路及顺控回路)分开走线。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制三、注意事项上一页下一页返回983.4变频器的PLC模拟量控制z.模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.5~2mm2在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短5~7mm左右)，同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其他设备接触引人干扰。3.变频器的接地应该与PLC控制回路单独接地在不能够保证单独接地的情况下，为了减少变频器对控制器的干扰，控制回路接地可以浮空，但变频器一定要保证可靠接地。在控制系统中建议将模拟量信号线的屏蔽线两端都浮空，同时，由于PLC与变频器共用一个大地，因此，建议在可能的情况下，将PLC单独接地或者将PLC与机组地绝缘开来。上一页下一页返回3.4变频器的PLC模拟量控制z.模拟量控制信号线应使用双993.4变频器的PLC模拟量控制4.变频器与电机间的接线距离变频器与电机间的接线距离较长的场合，来自电缆的高次谐波漏电流，会对变频器和周边设备产生不利影响。因此，为减少变频器的干扰，需要对变频器的载波频率进行调整。任务训练一、训练内容利用S7-226PLC模拟量模块与MM440变频器联机，实现电动机正反转控制，要求运行频率由模拟量模块输出电压信