项目4-变频器与PLC在工程中的典型应用2017.12

2023/2/5项目4变频器与PLC在工程中的典型应用

三菱FR-D740变频器1台三菱FX2N-32MR学习目标1．掌握变频器与PLC的连接方式。2．掌握变频器在典型控制系统中的应用技能。3．掌握控制系统的工频/变频切换功能。4．能完成PLC与变频器综合应用的基本接线、参数设置和程序编制。5．学会根据不同负载选择变频器，能进行变频调速系统的电气安装和系统调试。2023/2/5

任务4.1物料分拣输送带的正反转变频控制系统任务4.2工业搅拌机的多段速变频控制系统任务4.3风机的变频/工频自动切换控制系统教学内容任务4.4验布机的无级调速控制系统任务4.5多泵恒压供水控制系统2023/2/52023/2/5任务4.1

物料分拣输送带的正反转变频控制系统任务导入物料分拣输送带采用三相鼠笼式异步电动机。物料分拣输送带如图所示。（1）输送带能进行正反转控制，且用操作台上按钮通过PLC进行控制，不用变频器的操作面板。（2）通过PLC控制变频器的外部端子进行电机启动/停止、正转/反转运行。（3）速度设定用可调电位器RP给定。（4）变频器一旦出现故障，系统会自动切断变频器的电源。通过外接按钮变频器能进行复位操作。两者的互联接线包括以下三种情况：（1）PLC的开关量输出与变频器的开关量输入接口的互联；（2）PLC的模拟量输出与变频器的模拟量输入接口的互联；（3）PLC与变频器的通信联接。相关知识

一个PLC变频控制系统通常由3部分组成，即变频器本体、PLC、变频器与PLC的接口电路。PLC对变频器进行控制，这必然牵涉到PLC与变频器的互联接线即接口电路问题。1．三菱继电器输出型PLC与变频器的连接方式2023/2/5一、三菱PLC与变频器的开关量连接方式图4-2三菱继电器输出型PLC与变频器的开关量接线方式西门子变频器的参数P0725=1（PNP方式）采用三菱变频器的默认输入逻辑是SINK型。2、三菱晶体管输出型PLC与变频器的连接方式2023/2/5图4-3三菱晶体管输出型PLC与变频器的开关量接线方式三菱晶体管输出型的PLC为NPN方式，MM440变频器的默认输入为PNP方式（P0725=1），显然电平是不匹配。只要将参数P0725=0（NPN方式），MM440变频器就变成NPN输入。三菱变频器的默认输入方式为SINK型输入，与三菱晶体管输出型的PLC（输出为NPN）电平是兼容的。2023/2/5二、三菱PLC与变频器的模拟量连接方式图4-4三菱模拟量模块与变频器的连接方式2023/2/5三、三菱PLC与变频器的RS-485通信连接方式图4-5通信板在PLC中的安装位置及通信板外形三菱PLC与三菱变频器通信时需要配置FX2N-485-BD通信板

2023/2/5图4-7PLC上的FX2N-485-BD与变频器PU接口的接线2023/2/5任务实施【训练工具、材料和设备】《三菱FR-D700通用变频器使用手册》通用电工工具一套三相异步电动机1台电位器按钮三菱FR-D740变频器1台三菱FX2N-32MR2023/2/51．硬件电路表4-1 物料输送带正反转控制的I/O分配输

入输

出输入继电器输入元件作

用输出继电器输出元件作

用X000SB1变频器上电Y010KM接通KMX001SB2变频器失电Y001STF变频器正转X002SB3变频器正转启动Y002STR变频器反转X003SB4变频器反转启动Y004HL1正转指示X004SB5变频器停止Y005HL2反转指示X005A、C故障信号Y006HL3报警指示33.物料输送带正反转控制系统2023/2/5图4-8物料输送带正反转控制接线图由于三组输出所使用的电压不同，所以不能将COM1、COM2和COM3连接在一起。2023/2/52．参数设置Pr.1=50Hz，上限频率。Pr.2=0Hz，下限频率。Pr.7=5s，加速时间。Pr.8=5s，减速时间。Pr.9=2.5A，电子过电流保护，一般设定为变频器的额定电流。Pr.73=1，端子2输入0～5V电压信号。Pr.125=50Hz，端子2频率设定增益频率。Pr.178=60，端子STF设定为正转端子。Pr.179=61，端子STR设定为反转端子。Pr.182

=62，将RH端子功能变更为RES端子功能。Pr.192=99，将变频器输出端子A、B、C设置为异常输出功能。Pr.79=2，选择外部运行模式。2023/2/53．程序设计2023/2/54．运行操作（1）合上QF，给PLC上电，把图4-9所示的程序下载到PLC中。（2）单击GX编程软件工具栏中的运行图标，使PLC处于RUN状态，PLC上的RUN指示灯点亮。此时按下SB1（X000），Y010为1，接触器KM线圈得电，其3对主触点闭合，变频器上电。

（3）将变频器进行参数复位，然后将上述参数写入变频器中。（4）正转运行。按下按钮SB3。（5）反转运行。按下按钮SB4。（6）如果变频器发生故障，则输入继电器X005得电，其常开触点闭合，Y006为“1”，报警指示灯HL3点亮；其常闭触点断开，输出继电器Y010为“0”，接触器KM失电，切除变频器电源。2023/2/5一、西门子继电器输出型PLC与变频器的连接方式图4-10西门子继电器输出型PLC与变频器的开关量接线方式西门子变频器的参数P0725=1（PNP方式）三菱变频器的输入逻辑是SINK型或者SOURCE型都可以知识拓展二、西门子晶体管输出型PLC与变频器的连接方式2023/2/5图4-11西门子晶体管输出型PLC与变频器的开关量接线方式西门子晶体管输出型的PLC，其输出大多数为PNP方式，MM440变频器的默认输入为PNP方式（P0725=1），因此电平是可以兼容的。三菱D740变频器的默认输入方式为漏型输入，与西门子PNP晶体管输出型的PLC电平是不兼容的。需将三菱变频器的输入逻辑选择的跳线改为源型输入（即由SINK改为SOURCE）注意：PLC为晶体管输出时，其1M（0V）必须与西门子变频器的28端子（0V）（三菱变频器为SD端子）短接，否则，PLC的输出不能形成回路。2023/2/5三、西门子PLC的模拟量模块与变频器的连接方式图4-12西门子EM235模拟量输出模块与变频器模拟输入端的连接方式接线时一定要把变频器的2端子（模拟0V）和4、11短接，同时设置参数P0756[0]和P0756[1]选择3、4端子为电压输入、10、11端子为电流输入。2023/2/5任务4.2工业搅拌机的多段速变频控制系统任务导入

按下启动按钮，电动机以15Hz运行，200s后以20Hz运行，以后每隔200s，增加5Hz，直到45Hz运行，其运行速度如图4-14所示。按下停止按钮，电动机停止运行。图4-13工业搅拌机的结构示意图

图4-14工业搅拌机运行速度图2023/2/5相关知识一、变频调速系统设计原则1．满足要求2．安全可靠3．经济实用4．留有余量2023/2/5二、变频调速系统设计步骤（1）了解生产工艺，根据生产工艺对电动机转速变化的控制要求，分析影响转速变化的因素，确定变频控制系统的控制方案，绘制变频控制系统的硬件原理图。（2）了解生产工艺控制的操作过程，进行PLC的设计。（3）根据负载和工艺控制要求，进行变频器的设计。（4）根据被控对象数学模型的情况，决定是选择常规的PID调节器还是选择智能调节器。2023/2/5任务实施【训练工具、材料和设备】《三菱FR-D700通用变频器使用手册》通用电工工具一套三相异步电动机1台按钮三菱FR-D740变频器1台三菱FX2N-32MR接触器2023/2/51．硬件电路表4-2 搅拌机多段速控制的I/O分配输

入输

出输入继电器输入元件作

用输出继电器输出元件作

用X000SB1变频器上电Y000RH高速选择X001SB2变频器失电Y001RM中速选择X002SB3启动Y002RL低速选择X003SB4停止Y004STF启动X004A、C故障信号Y010KM接通KM34.工业搅拌机多段速控制系统2023/2/5Y000、Y001、Y002和Y003组成K1Y0的位组件，所以PLC的输出Y003不能接任何负载

接触器线圈KM接PLC的Y010输出端子，其电压是AC220V，因此需要与COM1和COM2分开。

2023/2/52．参数设置变频器需要实现7段速运行，因此需要设置如下参数：Pr.1=50Hz，上限频率。Pr.2=0Hz，下限频率。Pr.7=2s，加速时间。Pr.8=2s，减速时间。Pr.160=0，扩张参数。Pr.178=60，正转端子。Pr.179=62，将STR端子设置为变频器复位功能RES。Pr.180=0，RL低速选择。Pr.181=1，RM中速选择。Pr.182=2，RH高速选择。Pr.79=3，PU/组合模式1。各段速度：Pr.4=15Hz，Pr.5=20Hz，Pr.6=30Hz，Pr.24=40Hz，Pr.25=35Hz，Pr.26=25Hz，Pr.27=45Hz。2023/2/5表4-3 变频器端子的不同组合与PLC传送数据之间的关系3．程序设计传送数据（十进制）Y003RL（Y002）RM（Y001）RH（Y000）对应频率/Hz10001Pr.4（15）20010Pr.5（20）30011Pr.26（25）40100Pr.6（30）50101Pr.25（35）60110Pr.24（40）70111Pr.27（45）2023/2/5通过INCP加1指令让K1Y000每隔20s（T0的常开触点）加1，从而实现表4-3的对应关系。用定时器T0产生一个周期为20s的脉冲，保证变频器每隔20s进行一次速度选择。2023/2/54．运行操作（1）合上QF，给PLC上电，把图4-16所示的程序下载到PLC中。（2）单击GX编程软件工具栏中的运行图标，使PLC处于“RUN”状态，PLC上的RUN指示灯点亮。此时按下SB1（X000），Y010为1，接触器KM线圈得电，其3对主触点闭合，变频器上电。（3）将变频器进行参数复位，然后将上述参数设置中的参数写入变频器中。（4）变频器运行。（5）变频器停止运行。按下停止按钮SB4（X003）或变频器发生故障A、C（X004），通过传送指令MOV指令将数字0送到K1Y0，变频器停止运行。2023/2/5知识拓展1．变频器的通电和预置（1）熟悉键盘，即了解键盘上各键的功能，进行试操作，并观察显示的变化情况等。（2）按说明书要求进行“启动”和“停止”等基本操作，观察变频器的工作情况是否正常，同时也要进一步熟悉键盘的操作。（3）进行功能预置：①确认电动机参数设定电动机的功率、电流、电压、转速、最大频率。②变频器采取的控制方式，即速度控制、转矩控制、PID或其他方式。③设定变频器的启动方式，一般变频器在出厂时设定从外部启动，用户可以根据实际情况选择启动方式，设定升降速时间，可以用面板、外部端子、通信方式等几种启动方式。

（4）将外接输入控制线接好，逐项检查各外接控制功能的执行情况。

（5）检查三相输出电压是否平衡。

2023/2/52．电动机的空载试验变频器的输出端接上电动机，但电动机尽可能与负载脱开，进行通电试验。其目的是观察变频器配上电动机后的工作情况，顺便校准电动机的旋转方向。其试验步骤如下。（1）先将频率设置于0位，合上电源后，微微增大工作频率，观察电动机的启转情况，及旋转方向是否正确。如方向相反，则予以纠正。（2）将频率上升至额定频率，让电动机运行一段时间。如一切正常，再选若干个常用的工作频率，也使电动机运行一段时间。（3）将给定频率信号突降至零（或按停止按钮），观察电动机的制动情况。2023/2/53．拖动系统的启动和停机（1）启转试验使工作频率从0Hz开始微微增加，观察拖动系统能否启转。（2）启动试验。将给定信号调至最大，按启动键，观察。①启动电流的变化。②整个拖动系统在升速过程中，运行是否平稳。（3）停机试验。将运行频率调至最高工作频率，按停止键，观察拖动系统的停机过程。①停机过程中是否出现因过电压或过电流而跳闸，如有，则应适当延长减速时间。②当输出频率为0Hz时，拖动系统是否有爬行现象，如有，则应适当加入直流制动。2023/2/54．拖动系统的负载试验（1）fmax＞fN，则应进行最高频率时的带载能力试验，也就是在正常负载下能不能带得动。（2）在负载的最低工作频率下，应考察电动机的发热情况，使拖动系统工作在负载所要求的最低转速下，施加该转速下的最大负载，按负载所要求的连续运行时间进行低速连续运行，观察电动机的发热情况。（3）过载试验可按负载可能出现的过载情况及持续时间进行试验，观察拖动系统能否继续工作。2023/2/5任务4.3

风机的变频/工频自动切换控制系统任务导入

现有一台风机，当要求在50Hz以下运行时，采用变频器控制风机的运行，由模拟量输入端子2、5控制变频器的输出频率。当风机的运行频率达到50Hz时，则变频器停止运行，将风机自动切换到工频运行。另外，当风机运行在工频状态时，如果工作环境要求它进行无级调速，此时必须将风机由工频自动切换到变频状态运行。2023/2/5任务实施【训练工具、材料和设备】《三菱FR-D700通用变频器使用手册》通用电工工具一套三相异步电动机1台电位器按钮三菱FR-D740变频器1台三菱FX2N-32MR接触器2023/2/51．硬件电路表4-4 风机工频/变频自动切换控制的I/O分配输

入输

出输入继电器输入元件作

用输出继电器输出元件作

用X000SB1启动Y000STF变频器启动X001SB2停止Y001HL1工频运行指示X002SA工频运行Y002HL2变频运行指示X003SA变频运行Y005KM1控制变频器接电源X004A、C输出频率检测Y006KM2控制电动机工频运行X005FR电动机过载保护Y007KM3控制电动机变频运行教材中此处错误，应该是STF2023/2/5图4-18风机工频/变频自动切换电路图KM2控制工频运行KM1和KM3控制变频运行工频/变频切换选择2023/2/52．参数设置Pr.1=50Hz，上限频率。Pr.2=0Hz，下限频率。Pr.7=5s，加速时间。Pr.8=5s，减速时间。Pr.9=2.5A，电子过电流保护，一般设定为变频器的额定电流。Pr.73=1，端子2输入0～5V电压信号。Pr.125=50Hz，端子2频率设定增益频率。Pr.178=60，端子STF设定为正转端子。Pr.192=4，将变频器输出端子A、B、C设置为输出频率检测功能FU。Pr.42=49.5Hz，输出频率检测，使FU信号变为ON的频率。Pr.79=2，选择外部运行模式。2023/2/53．程序设计这里是T0的常闭触点，教材此处错误这根线在这个位置，教材此处错误2023/2/54．运行操作（1）合上QF，给PLC上电，把图4-19所示的程序下载到PLC中。（2）工频运行。此时按下SB1（X000），Y006为“1”，接触器KM2线圈得电，其3对主触点闭合，电动机工频运行。同时Y001为“1”，工频指示灯点亮。（3）变频运行。

将选择开关SA置于变频位置（即X003闭合），Y005、Y007同时为“1”，接触器KM1和KM3得电，给变频器上电；按下启动按钮SB1（X000），Y000为“1”，接通变频器的STF端子，变频器开始运行，同时Y002为“1”，变频器运行指示灯HL2点亮。当变频器的实际运行速度达到49.5Hz时，实际频率与检测频率相等，变频器的输出端子A、C闭合（即X004为“1”），接触器KM1和KM3失电，将变频器从电动机上切除；同时接通定时器T0，延时5s后，其常开触点闭合，Y006为“1”，将电动机切换为工频运行。1.恒转矩负载变频器的选择。

恒转矩负载的特点：●转矩特点

在调速过程中，TL＝常数●功率特点

●典型系统：位能性负载如：电梯、卷扬机、起重机、抽油机等。摩擦类负载如：传送带、搅拌机、挤压成型机、造纸机等。

变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力。如果需要在低速下稳速运行，应该考虑标准异步电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。知识拓展一、变频器类型的选择控制要求：具有低频转矩提升能力和短时过流能力选择方法：选通用变频器，并将容量提高一档，加大电动机的功率来提高低速转矩；或选用具有转矩控制功能的矢量控制式通用变频器

2.恒功率负载变频器的选择

①特点：当负载的转速发生变化时，其转矩也随着变化，而负载的功率始终为一恒定值。

②典型系统：车床,若工件的直径大，则主轴的转速低；若工件的直径小，则主轴的转速高，保持切削功率为一恒定值。卷绕机，开始卷绕时卷绕直径小，转矩小，则卷绕速度高；当卷绕直径逐渐增大时，转矩增大，则卷绕速度降低，保持卷绕功率为一恒定值。③恒功率负载的机械特性，其转速与转矩之间的关系如下图所示。④选择方法：一般选用于工业设备的通用变频器。对于动态性能和精度要求较高的轧钢、造纸等要选用精度高、响应快的矢量控制高性能通用变频器。3.二次方率负载变频器的选择

①特点：负载转矩与转速的平方成正比，即：TL

=

kn2

负载功率与转速的三次方成正比，即：P

=

k1n3

这类负载用变频器调速具有很好的节能效果，节能可达30~40％。②典型系统：风机、泵类等流体机械。③二次方率负载的机械特性、功率特性曲线如下图。为什么使用变频器会节省能源？●风机、泵等需要控制流量（风量）的场合，采用变频器控制或挡板控制，其消耗的电力和流量（风量）的关系如右图。●流量（风量）小的场合，变频器的节电的效果特别明显。50%100%50%100%80%10%00节能效果61％91％76％22％变频器控制挡板控制所需电力（％）风量［流量］（％）变频器和挡板控制节能效果实例例：宾馆等场所中央空调系统的运行流量：８５％：２０００小时、６０％：２０００小时。合計４０００小时／年、马达：１５ｋＷ×１台●采用挡板控制的场合所需的电力（15kW×91%×2000小时）＋（15kW×76%×2000小时）＝50,100kWh風量８５％風量６０％●使用变频器来控制马达转速时，所消耗的电力（15kW×61%×2000小时）＋（15kW×22%×2000小时）＝24,900kWh風量８５％風量６０％●一年间所节省的能源50,100kWh－24,900kWh＝25,200kWh/年④选择变频器的要点★种类：风机、泵类负载是最普通的负载，普通U/f控制变频器即可满足要求。也可选用专用变频器。★变频器的容量选择：等于电动机的容量即可。但空气压缩机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉等负载，由于电动机工作时冲击电流很大，所以选择时应留有一定的裕量。★工频-变频切换。★设置瞬时停电再启动功能。★设置合适的运行曲线：选择平方律补偿曲线或将变频器设置为节能运行状态。

4.大惯性负载变频器的选择。大惯性负载如离心泵、冲床、水泥厂的旋转窑等，此类负载的惯性很大，启动速度慢，启动时可能会产生振荡，电动机减速时有能量回馈。此类负载可选择通用U/f控制变频器，为提高启动速度，可加大变频器的容量，以避免振荡；使用时要配备制动单元，并要选择足够容量的制动电阻。5.不均匀负载变频器的选择。不均匀负载：指系统工作时负载时轻时重，例如轧钢机、粉碎机、搅拌机等。变频器容量选择：以负载最大时进行测算；如没有特殊要求，可选择通用U/f控制变频器。轧钢机除了工作时负载不均匀之外，对速度精度要求很高，因此采用高性能矢量控制变频器。6.流水线用变频器的选择。特点：多台电动机按同一速度（或按一定速度比）运行，且每台电动机均为恒转矩负载。选择要求：一般选用U/f控制变频器，但频率分辨率要高，比例运行的速度精度要高，必要时可加速度反馈。2023/2/5控制方式U/F控制矢量控制直接转矩控制比较项目开环闭环无速度传感器带速度传感器速度控制范围＜1：40＜1：401：1001：10001：100启动转矩3Hz时150%3Hz时150%1Hz时150%0Hz时150%0Hz时150%静态速度精度±(2~3)%±0.03%±0.2%±0.2%±(0.1~0.5)%反馈装置无速度传感器无速度传感器无零速度运行不可不可不可可可控制相应速度慢慢较快快快特点优点结构简单、调节容易,可用于通用笼型异步电动机结构简单、调速精度高,可用于通用笼型异步电动机不需要速度传感器、力矩的响应好、速度控制范围广、结构较简单力矩控制性能良好,力矩的响应好、调速精度高、速度控制范围广不需要速度传感器、力矩的响应好、速度控制范围广、结构较简单缺点低速力矩难保证,不能进行力矩控制,调速范围小低速力矩难保证,不能力矩控制,调速范围小,要增加速度传感器需设定电动机的参数,需要有自动测试功能需设定电动机的参数,需要有自动测试功能,需有高精度速度传感器需设定电动机的参数,需要有自动测试功能主要应用场合一般的风机、泵类节能调速或一台变频器带多台电动机场合用于保持压力、温度、流量、pH定值等过程控制场合一般工业设各、大多数调速场合要求精确控制力矩和速度的高动态性能应用场合要求精确控制力矩和速度的高动态性能应用场合,如起重机、电梯、轧机等控制方式的选择

所选的变频器容量应大于等于电动机容量。（变频器容量≧电动机容量）所选的变频器额定输出电流应满足电动机的额定电流。（变频器额定输出电流≧电动机额定电流）OK变频器ｋＷ≧电动机ｋＷ要点变频器容量的选择变频器ｋＷ＜电动机ｋＷ电源断路器（QF）变频器电机功率改善交流电抗器变频器的容量是根据电动机容量和电动机的工作状态估算的。确定变频器容量步骤：电动机的额定电压→根据电动机容量和工作状态核算变频器的输出电流。二、变频器容量的选择1.一台变频器只供一台电动机使用（即1拖1）

①恒定负载连续运行时变频器容量的计算

低频、低压启动时，要求变频器的额定电流稍大于电动机的额定电流即可

ICN

≥

1.1IMN

式中，ICN

——变频器输出的额定电流，单位为A；

IMN——电动机的额定电流，单位为A。额定电压、额定频率直接启动时，变频器的额定电流为：

ICN

≥

IMst/KCg

式中，IMst

——电动机在额定电压、额定频率时的启动电流

；

KCg——变频器的允许过载倍数，

KCg

=

1.3～1.5

。②周期性变化负载连续运行时变频器容量的计算

首先作出电动机负载电流图n

=

g(t)及I

=

f(t)，然后求出平均负载电流Iav再预选变频器的容量，关于ICN的计算采用如下公式

式中，I1、I2、I3

——各运行状态下平均电流，单位为A；

t1、t2、t3

——

各运行状态下的运行时间，单位为s；

K0——安全系数（加减速频繁时取1.2，一般取1.1）。

③非周期性变化负载连续运行时变频器容量的计算

可按电动机在输出最大转矩时的电流计算变频器的额定电流，可用下式确定

ICN

≥Imax/KCg

式中，Imax——电动机在输出最大转矩时的电流。2.一台变频器同时供多台电动机使用（即一拖多）。

①各台电动机均由低频、低压启动，在正常运行后不要求其中某台因故障停机的电动机重新直接启动，这时变频器容量为 式中，IM(max)——为最大电动机的启动电流；

——其余各台电动机的额定电流之和。②一部分电动机直接启动，另一部分电动机由低频、低压启动。

变频器的容量可按下式进行计算式中，——所有直接启动电动机在额定电压、额定频率下的启动电流之和；

——为全部电动机额定电流之和。问题1使用一台变频器控制多台电机时，变频器的容量应如何选择？QFＭ１热继电器FR-1电机额定电流Ｉ１变频器Ｍ２FR-2Ｉ２ＭnFR-nＩｎ・・・・・电源◆选型要点变频器的额定输出电流＞电机额定电流的总和

∑Ｉｎ（＝Ｉ1＋Ｉ2＋・・＋Ｉn）注）为了保护电机，请在各个电机前安装热继电器问题2用1台变频器切替使用2台以上电机时的注意事项是什么？QFＭ１热继电器FR-1电机变频器Ｍ２FR-2电源KM1KM2电磁接触器◆注意事項・应在变频器和电机停止的状态下，进行

电机切替。・请不要在变频器运行中进行电磁接触器的

ON/OFF操作。

注意：变频器运行中接通电机，会产生电机额定电流的6~8倍的电流。

如一定要在变频器运行中进行切换，应充分考虑由此产生的冲击电流对变频器和电机的影响，选择容量更大的变频器和电机。注意①电源（电源等级选择）・相数：三相・电压：３８０～４６０ＶＡＣ・频率：５０／６０Ｈｚ・电源容量：应在变频器额定电源容量以上注意・电源电压的容许波动范围为＋１０％、－１５％。・过高电压的输入会导致变频器损坏。损坏！※上限値＝（230VAC＋10%）×√2高电圧！电源电压波形上限値（※）选择与供电电源和电动机的额定电压两者相匹配的电压等级。

电源断路器（QF）变频器电机功率改善交流电抗器变频器的选型要点①具体选择变频器容量时，既要充分利用变频器的过载能力，又要不至于在负载运行时使装置超温。②选择变频器的容量要考虑负载性质。其中，二次方律负载所需的变频器容量较恒转矩负载的低；③在传动惯量、启动转矩大，或电动机带负载且要正、反转运行的情况下，变频器的功率应加大一级。④要根据使用环境条件、电网电压等仔细考虑变频器的选型。⑤使用场所不同须对变频器的防护等级要做选择，为防止鼠害、异物等进入，应作防护选择，常见IP10、IP20、IP30、IP40等级分别能防止Ф50、Ф12、Ф2.5、Ф1固体物进入。⑥矢量控制方式只能对应一台变频器驱动一台电动机。三、变频器选型注意事项

1）充分了解控制对象性能要求。一般来讲如对启动转矩、调速精度、调速范围要求较高的场合则需考虑选用矢量变频器，否则选用通用变频器即可。

2）了解所用电机主要铭牌参数：额定电压、额定电流。

3）确定负载可能出现的最大电流，以此电流作为待选变频器的额定电流。如果该电流小于适配电机额定电流，则按适配电机选择对应变频器。以下情况要考虑容量放大一档：

(1)长期高温大负荷

(2)异常或故障停机会出现灾难性后果的现场

(3)目标负载波动大

(4)现场电网长期偏低而负载接近额定

(5)绕线电机、同步电机或多极电机（6极以上）变频器选择原则小结2023/2/5任务4.4验布机的无级调速控制系统任务导入

验布机是服装行业生产前对棉、毛、麻、丝绸、化纤等特大幅面、双幅和单幅布进行瑕疵检测的一套必备的专用设备。根据检验人员的熟练程度、布匹的种类不同，验布机对速度的要求不同。（1）整个验布机分为5个工作速度：1速为15Hz、2速为20Hz、3速为30Hz、4速为35Hz、5速为40Hz。（2）验布机有加速和减速按钮，每按一次按钮，变频器的速度就会增加或减少1Hz。位置控制模块人机界面（即触摸屏）模拟量输入输出模块数据通信模块高速计数模块1、特殊功能模块的分类相关知识一、三菱模拟量输入/输出扩展模块的类型2023/2/52、

模拟量输入模块（A/D转换）、模拟量输出模块（D/A转换）的功能

模拟量输入（A/D）模块：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号4～

20mA、0～

5V、0～

10VDC等转化为PLC可以处理的一定位数的数字信号。

模拟量输出（D/A）模块：将PLC处理后的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号4～

20mA、0～

5V、0～10VDC等。如：12位数字量（0-4000）→4-20mA2000对应的转换结果：12mA3、常见模拟量输入输出模块1．简介（1）FX2N-2DA模拟量输出模块用于将12位的数字量转换成2路模拟量信号输出（电压输出或电流输出）。并通过TO指令写入PLC中。（2）提供12位高精度分辨率（212＝4096）。数字输出范围0～4096，一般调到0～

4000；（3）2通道电压输出（0～

10V或0～

5V）或电流输出（4～

20mA）。（4）对每一通道，可以规定电压或电流输出。(5)由PLC的基本单元提供内部电源，不单独使用电源。二、三菱模拟量输出模块FX2N-2DA35.模拟量输出模块FX2N-2DA2．布线对于电压输出，须将IOUT和COM进行短路。3．缓冲存储器分配表4-5FX2N-2DA缓冲存储器（BFM）分配

BFM编号b15～b8b7～b3b2b1b0#0～#15保留#16保留输出数据的当前值（8位数据）#17保留D/A低8位数据保持通道1的D/A转换开始通道2的D/A转换开始#18或更大保留BFM#16：存放由BFM#17（数字值）指定通道的D/A转换数据，D/A数据以二进制形式，并以低8位和高4位两部分顺序进行存放和转换。BFM#17：b0——通过将1→0，通道2的D/A转换开始；

b1——通过将1→0，通道1的D/A转换开始；

b2——通过将1→0，D/A转换的低8位数据保持。

4.输入输出特性电压输出时，对于10V的模拟输出值，数字值调整到4

000。电流输出时，对于20mA的模拟输出值，数字值调整到4

000。5．程序实例当X000=ON时，CH1通道将D100中的数据转换成模拟量；当X001=ON时，CH2通道将D101中的数据转换成模拟量。至于需要电压输出或电流输出，改变接线即可，和程序无关。01000000BFM中的#17的b2位由1→0，使#16中的数据保护起来，准备进行D/A转换。00100000BFM中的#17的b1位由1→0，这样CH1的D/A转换开始，则把D100中的数字量转换成模拟量。将D100中的数字量存到M100～M115中。CH1工作程序将D101中的数字量存到M200～M215中。01000000BFM中的#17的b2位由1→0，使#16中的数据保护起来，准备传给D101的低8位。00100000BFM中的#17的b0位由1→0，这样CH2的D/A转换开始，则把D101中的数字量转换成模拟量。CH2工作程序

在使用三菱特殊功能模块时，CPU在模块内存中为模块分配了一块数据缓冲区（BFM）作为和CPU通信之用。三菱有专门两条指令实现对模块缓冲区BFM的读写，即FROM指令和TO指令。

1．FROM指令FROM指令（FNC78）的功能是实现对特殊模块缓冲区BFM指定位的读取操作。三、特殊功能模块的读写操作指令FROM和TO

X0：FROM指令执行的起动条件。起动指令可以是X、Y、内部继电器M等。m1：特殊功能模块号（范围0～7）。特殊功能模块通过扁平电缆连接在PLC右边的扩展总线上，可以连接最多8块特殊功能模块，它们的编号从最靠近基本单元的那一个开始顺次编为0～7号。

m2：特殊功能模块缓冲存储器（BFM）首元件编号（范围0～31）。

[D]：指定存放数据的首元件号。n：传送点数，用n指定传送的字点数（n=1～32）

。#10D10#11D112．TO指令TO指令（FNC79）的功能是由PLC向特殊单元缓冲存储器BFM写入数据的指令。

当X0=ON时，将PLC中以D10开始的两个数据写入0号特殊功能模块内以10号缓冲存储器（BFM#10）开始的两个缓冲存储器中。

#11D11#10D10X0：TO指令执行的起动条件。起动指令可以是X、Y、内部继电器M等。m1：特殊功能模块号（范围0～7）。m2：特殊功能模块缓冲寄存器首地址（范围0～31）。[S·]：指定被读出数据的元件首地址。n：传送点数，用n（范围1～32）指定传送的字点数。TO指令的说明：2023/2/5任务实施【训练工具、材料和设备】《三菱FR-D700通用变频器使用手册》通用电工工具一套三相异步电动机1台按钮三菱FR-D740变频器1台三菱FX2N-32MR接触器FX2N-2DA2023/2/51．硬件电路图4-26验布机的控制原理图36.验布机无级调速控制系统2023/2/5表4-6 验布机控制的I/O分配输

入输

出输入继电器输入元件作

用输出继电器输出元件作

用X001～X005SA速度选择开关Y001STF、SD变频器启动X000SB变频器上电按钮Y004KM接通KMX006SB6加速按钮Y005HA警铃X007SB7减速按钮Y006HL报警指示X010SB1变频器启停按钮X011A、C故障信号2023/2/5图4-27验布机的电路图COM3应修改为COM2，因为COM1和COM2的电压规格不一样，所以这两个公共端不能短接。2023/2/52．参数设置要想让变频器实现外部操作功能，必须给变频器设置如下参数。Pr.1=50Hz，上限频率。Pr.2=0Hz，下限频率。Pr.7=5s，加速时间。Pr.8=5s，减速时间。Pr.9=2.5A，电子过电流保护，一般设定为变频器的额定电流。Pr.73=1，端子2输入0～5V电压信号。Pr.125=50Hz，端子2频率设定增益频率。Pr.178=60，端子STF设定为正转端子。Pr.192=99，将变频器输出端子A、B、C设置为异常输出功能。Pr.79=2，选择外部运行模式。

2023/2/53．程序设计表4-7 验布机的模拟量信号与数字量信号之间的对应关系输入X1X2X3X4X5D0数字量4008001

2001

6002

000模拟量1V2V3V4V5V对应的频率10Hz20Hz30Hz40Hz50Hz2023/2/51Hz对应的数字量是40。步94～步118通过X001～X005分别将400、800、1

200、1

600、2

000送到PLC的数据寄存器D0中。教材此处错误，应修改为Y001的常闭触点。2023/2/54．运行操作（1）合上QF，给PLC上电，把图4-28所示的程序下载到PLC中。（2）单击编程软件工具栏中的运行图标，使PLC处于“RUN”状态，PLC上的RUN指示灯点亮。（3）变频器运行。首先按X000，Y004为“1”，变频器上电；然后按X010，Y001为“1”，变频器运行。（4）变频器停止。按下停止按钮X010，Y001变为“0”，变频器停止运行。（5）变频器调速。在步1248或133中，按下加速按钮X006或减速按钮X007，执行加法指令或减法指令，每按一次按钮，D11中的数字量值就会增加40（即1Hz）或减少40，从而控制变频器按1Hz加速或减速。2023/2/5知识拓展一、变频器主电路的接线1．基本接线接触器控制变频器的电源接通与否进线电抗器限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击，有效地保护变频器和改善其功率因数输入滤波器用于抑制变频器在整流过程中产生的高次谐波，防止变频器被干扰，有效缓解变频器的输入端三相电源不平衡带来的危害。●输入端子（

L1，L2，L3）接电源、

输出端子（Ｕ，Ｖ，Ｗ）接电机。●主电路接线完毕，一定要确认连接是否牢固。

●请务必接上地线，以避免发生触电及火灾。●请确认商品的额定电压与交流电源的电压一致。以避免受伤·火灾。●不要在输出端子U、V、W上连接交流电源。以避免发生故障。

注意电源侧L3L1L2变频侧WUV！危険【注意】严禁在通电的情况下，触摸变频器的内部和接线端子。接线、维护・检查时，在输入电源ＯＦＦ（关）后，过

5分钟以上再进行。

运行中散热器、制动电阻会产生高温请不要触摸。以避免烫伤。输出端子（Ｕ・Ｖ・Ｗ）请不要连接交流电源。以避免受伤·火灾及机器的损坏。

施工前请再一次确认产品使用说明书上有关“安全注意”方面的事项。2023/2/5（2）图4-30的主电路上，还必须接制动电阻。图4-30变频器主电路的接线端子R2023/2/5（3）变频器会产生漏电流，其整机的漏电流大于3.5mA，为保证安全，变频器和电动机必须接地，接地电阻应小于10Ω。图4-31变频器的接地方法

变频器的接地柜内要有接地铜排；接地线粗，截面要大；所有设备地线要接到铜排上。2023/2/5（4）变频器的控制电缆、电源电缆和与电动机的连接电缆的走线必须相互隔离，不要把它们放在同一个电缆线槽中或电缆架上。（1）即使变频器不处于运行状态，其电源输入线、直流回路端子和电动机端子上仍然可能带有危险电压。因此，断开开关以后还必须等待5min，保证变频器放电完毕，再开始安装工作。（2）变频器必须可靠接地。如果不把变频器可靠地接地，装置内可能出现导致人身伤害的潜在危险。（3）连接同步电动机或并联连接几台电动机时，变频器必须在U/f控制特性下运行。2．电源控制开关及导线线径选择

电源控制开关及导线线径的选择与同容量的普通电动机选择方法相同，按变频器的容量选择即可。因输入侧功率因数较低，应本着宜大不宜小的原则选择线径。3．变频器输出线径选择

变频器工作时频率下降，输出电压也下降。在输出电流相等的条件下，若输出导线较长（l＞20m），低压输出时线路的电压降ΔU在输出电压中所占比例将上升,加到电动机上的电压将减小,因此低速时可能引起电动机发热。所以决定输出导线线径时主要是ΔU影响,一般要求为：ΔU≤（2~3）％UXΔU的计算为：UX

—电动机的最高工作电压，单位为V；

IN—电动机的额定电流，单位为A；

R0—单位长度导线电阻，单位为mΩ∕m；

l—导线长度，单位为m

。例4-1已知电动机参数为：P

N=30kW，U

N=380V，I

N=57.6A，f

N=50Hz，nN=1460r/min。变频器与电动机之间距离30m，最高工作频率为40Hz。要求变频器在工作频段范围内线路电压降不超过2%，请选择导线线径。解：已知U

N=380V，则：

U

X=UN×=380×＝304（V）则应：

ΔU≤304×2%=6.08（V）

解得：R

0≤2.03

查电工手册，应选截面积为10.0mm2的导线●

控制信号线请使用屏蔽线，并与动力线或强电电路分离布线。（20cm以上）

＊防止电气干扰造成误动作。●控制信号线的接线长度应在30m以下。

＊防止电气干扰造成误动作。●控制端子请连接无电压接点信号或开路集电极信号。

＊如果对这些端子施加电压会损坏内部电路，导致故障。●用开路集电极输出（三菱变频器）驱动感性负载时，请一定要连接续流二极管。控制电路接线时的注意点

二、变频器控制电路的接线1．控制电路导线线径选择一般选用0.75mm2及以下的屏蔽线或绞合在一起的聚乙烯线。接触器、按钮开关等控制电路导线线径可取1mm2的独股或多股聚乙烯铜导线。2．控制电路输入端的连接（1）触点或集电极开路输入端（与变频器内部线路隔离）接线。

数字信号应采用独立的屏蔽电缆，同一信号的2根线必须互相绞在一起（2）模拟信号输入端（与变频器内部线路隔离）接线。

避免信号线与动力线平行布线或捆扎成束布线（3）正确连接频率设定电位器。

3．控制电路输出端的连接

（1）继电器输出端的接线如图所示（2）模拟信号输出（DC0～20mA）端的接法如图4-36所示。图4-36模拟信号输出端的接法2023/2/5任务4.5多泵恒压供水控制系统任务导入（1）共有3台水泵，按设计要求2台运行，1台备用，运行与备用3天轮换一次，切换的方法如图4-37所示。②变频器用水高峰时，1台工频全速运行，1台变频运行，另一台处于待机状态，并每3天循环一次，既便于维护和检修作业，又不至于停止供水。用水低谷时，只需1台变频运行。③3台水泵分别由电动机M1、M2、M3拖动，而3台电动机又分别由变频接触器KMl、KM3、KM5和工频接触器KM2、KM4、KM6控制。④电动机的转速由变频器的5段调速来控制，5段速度与变频器的控制端子的对应关系如表4-8所示。⑤变频器的5段速度及变频与工频的切换由管网压力继电器的压力上限接点与下限接点控制。⑥水泵投入工频运行时，电动机的过载由热继电器保护，并有报警信号指示。表4-8 5段速度与变频器控制端子的对应关系RHRMRL输出频率值（Hz）参数10020Pr.401025Pr.500130Pr.601140Pr.2410150Pr.25——多泵恒压变频供水控制的实现方法

该系统为一台变频器依次控制3台水泵实现恒压控制。系统具有变频和工频两种运行状态，当变频泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还不能满足恒压值时，系统自动将当前变频泵状态切换为工频状态，并控制下一台泵为变频泵。接触器KM1、KM3、KM5分别控制Ml、M2、M3变频运行，KM2、KM4分别控制Ml、M2工频运行。相关知识供水系统组成结构图1）压力传感器-系统的控制输入量，能否准确采集该信号决定控制系统的精度及可靠性。2）PLC控制器-是整个控制系统的核心，通过对外界输入状态进行检测，输出控制量；对外界输入的数据进行运算处理后，输出相应的控制量。3）变频器-作为核心控制器的后续控制单元，对终端设备进行控制，最终达到控制要求。例如多段调速、变频器调速等。多泵恒压供水控制系统的构成

4）水泵-供水系统的执行机构，通过变频器控制电动机的转速，最后达到控制水泵流量大小。可以用以下4种方法：

（1）PLC（配PID控制程序）+模拟量输入/输出模块+变频器。缺点：需要给PLC配置模拟量输入/输出模块，并且需要编写PID控制程序，初期投资大，编程复杂

（2）PLC+PID调节器+变频器。

系统组成框图PID压力传感给定压力变频器I/OI/OI/OI/OI/OI/OPLC控制器I/OI/O变频/工频备用选择液位变换钟控允许自动/手动报警液位电极池底下限复位供水管网1#泵1#电机2#泵3#泵4#泵5#泵6#泵2#电机3#电机4#电机5#电机6#电机（PLC+PID调节器+变频器）具体构成图：

（3）PLC+变频器（具有内置PID功能）。该控制方法是利用变频器的内置PID功能完成水泵的PID调节，PLC只是根据压力信号的变化控制水泵的投放台数。这种方法是目前恒压变频供水中最为常用的方法。（4）水泵专用变频器。该控制方法是将PID调节器以及简易PLC的功能都集成到变频器内，可以控制多个水泵的接触器，实现了单台变频器的多泵控制恒压供水功能。西门子的MM430系列、三菱公司的F700系列、丹麦丹佛斯公司的VLT7000系列、施耐德公司的Altivar58泵切换卡、ABB公司的ACS600系列产品、SANKEN的IPS