交流电机的运动控制 第4章 智能运动控制基础课件

运动控制技术概述PLC运动控制器PLC的运动控制交流电机运动控制步进运动控制伺服运动控制目录Contents运动控制技术概述PLC运动控制器PLC的运动控制交流电机运动控制步进运动控制伺服运动控制目录Contents4.1交流电机的电气控制第4章交流电机的运动控制本节教学目标1.了解三相异步交流电机的电气连接方式。2.掌握三相异步交流电机的继电器控制电气回路。3.掌握三相异步交流电机的PLC控制的设计方法。三相交流异步电机交流电机是利用定子和转子之间的电磁相互作用，将输入的交流电能转换成机械能输出的电动机。异步电动机分为分单相交流电动机4.1.1三相交流异步电机绕组连接方式第4章交流电机的运动控制定子绕组1.电机内部有三组绕组，六个接线端。2.定子绕组的连接方式：星型连接方式、三角形连接方式。3.工作电压在380V以上常用三角形接法，工作电压380V下的常用Y型运行。4.避免电机启动瞬间的大电流，采用“星-三角”启动方式，即电机先以Y型接法启动，经一定时间再转换为三角形接法正常运行，目的就是减小启动电流。4.1.2三相交流异步电机的接触器控制第4章交流电机的运动控制点动控制自锁控制电气元件符号名称作用U、V、W三相电源为系统供电三相220VFU1-FU2-FU3熔断器主回路短路保护KM1接触器闭合、断开主回路SB1-SB2按钮启动/停止电动机FR1热继电器过载保护M三相异步电机带动外部负载电气元件4.1.2三相交流异步电机的接触器控制第4章交流电机的运动控制点动+自锁控制Y-Δ降压起动控制4.1.2三相交流异步电机的接触器控制第4章交流电机的运动控制正反转互锁控制电气回路及功能分析4.1.3三相交流异步电机的PLC控制第4章交流电机的运动控制功能要求设计PLC的I/O配置表I/O点电气元件符号电气元件名称功能作用初始状态I0.0SB6按钮手动程序-正转/自动程序-系统启动断开I0.1SB7按钮手动程序-反转/自动程序-无断开I0.2SB8按钮手动程序-停止/自动程序-系统停止断开I0.3FR1热继电器的常闭触点电动机主回路过载保护闭合I0.4SA4-1多位开关的1位选择手动子程序断开I0.5SA4-2多位开关的2位选择自动子程序断开Q0.0KM11中间继电器的KM11线圈控制主接触器KM1接通或断开不得电Q0.1KM21中间继电器的KM21线圈控制主接触器KM2接通或断开不得电4.1.3三相交流异步电机的PLC控制第4章交流电机的运动控制电气控制回路设计PLC的电气连接设计4.1.3三相交流异步电机的PLC控制第4章交流电机的运动控制主程序-在线监控手动控制子程序-在线监控4.1.3三相交流异步电机的PLC控制第4章交流电机的运动控制自动控制子程序4.2变频器的运动控制第4章交流电机的运动控制本节教学目标1.了解变频器的基本原理与电气连接方式。2.了解变频器的控制方式及设置方法。变频器1.变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。2.变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT（场效应晶体管）的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。3.变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。分为分4.2.1变频器的电气连接第4章交流电机的运动控制操作面板BOP变频器的操作面板和盖板一般都能简易地拆装。功率接线端子三相交流电源接入变频器的L1、L2、L3端子；变频器的U、V、W端子连接到电机的U、V、W，并连接好地线PE。4.2.1变频器的电气连接第4章交流电机的运动控制控制端子控制端子连接变频器与PLC的输入输出端。数字输入和模拟输入默认设置MM420输入端默认设置。4.2.2变频器的控制方式第4章交流电机的运动控制设置变频器参数的方法利用快速调试方式设置变频器的参数，红色框选定的参数即为本节案例所用设备的实际设置参数。4.2.2变频器的控制方式第4章交流电机的运动控制控制方式1：通过BOP控制三相异步交流电机1.采用该控制方式时，变频器设置参数P1000=1，由操作面板BOP控制变频器，实现电机启停、换向、调速等功能，其余参数根据电机的铭牌参数参照“快速调试方式“进行设置。2.通过BOP控制电机的运行，具体方法如下：a、按下绿色启动按钮，电机起动并保持停止状态。b、按下“数值增加”按钮提高频率，电机转动，其速度逐渐增加到50Hz。c、当变频器的输出频率达到50Hz时，按下“数值减小”按钮，电机的速度及其显示值逐渐下降，直至降低到0Hz。d、按下“方向”按钮，可以改变电机的转动方向。e、按下红色停止按钮，电机停车。4.2.2变频器的控制方式第4章交流电机的运动控制控制方式2：通过外部开关和电位器手动控制三相异步交流电机1.采用该控制方式的变频器参数设置见右表，其中参数P1000=2，即输出频率由端子3、4之间输入的模拟电压（0-10V）设定。2.通过外部电位器（可调电阻）连接变频器的模拟输入端子AIN+、AIN-，输入频率设定值。3.通过外部的开关连接变频器的数字输入端子DIN1、DIN2，输入控制命令。设置顺序参数代号设置值说明1P001030调出出厂设置参数2P09701恢复出厂值3P00101快速调试4P01000选择Kw单位，工频50Hz5P0304380电机的额定电压V6P03050.13电机的额定电流A7P03070.01电机的额定功率Kw8P031050电机的额定频率Hz9P03111250电机的额定速度RPM10P07002选择命令源（外部端子控制）11P10002选择频率设定值（模拟量）12P10800电机最小频率Hz13P108250电机最大频率Hz14P11202斜坡上升时间s15P11212斜坡下降时间s16P39001结束快速调试4.2.2变频器的控制方式第4章交流电机的运动控制控制方式2：通过外部开关和电位器手动控制三相异步交流电机2.通过外部电位器（可调电阻）连接变频器的模拟输入端子AIN+、AIN-，输入频率设定值。3.通过外部的开关连接变频器的数字输入端子DIN1、DIN2，输入控制命令。4.完成变频器参数设置并连接好外部开关及电位器之后，闭合/断开开关1启动/停止变频器；闭合/断开开关2使电机换向运行；调节电位器旋钮改变变频器的频率和电机的转速。4.2.2变频器的控制方式第4章交流电机的运动控制控制方式3：通过外部开关实现多段速控制三相异步交流电机1.设置变频器的参数P1000=3，即输出频率由固定频率设定。2.由P0701、P0702、P0703三个参数来设置数字输入端子1、2、3的功能。数字输入端子可以采用的设置值默认设置4.2.2变频器的控制方式第4章交流电机的运动控制控制方式3：通过外部开关实现多段速控制三相异步交流电机固定频率参数输入端子组合方式频率参数工作方式DIN1DIN2DIN3

OFF000P1001方式1001P1002方式2010P1003方式3011P1004方式4100P1005方式5101P1006方式6110P1007方式71113.采用该控制方式时，参数P0701、P0702、P0703的设定值应设置为15/16/17，变频器将以固定频率的方式输出频率。4.3交流电机运动控制案例第4章交流电机的运动控制本节教学目标1.掌握变频器的控制方式及设置方法。2.熟悉PLC-变频器-交流电机控制系统的电气设计与程序设计。分为分4.3.1案例1：变频器以开关直接选择方式控制交流电机功能要求功能要求：利用3个开关和变频器组成电气控制系统，来控制一台三相异步交流电机以35Hz频率运行，同时具有启停、反向功能。4.3.1案例1：变频器以开关直接选择方式控制交流电机第4章交流电机的运动控制项目设计参数设置如下表，变频器的DIN1连接电机正转开关，DIN2连接方向开关，DIN3连接频率开关。当DIN1和DIN3的开关接通时，电机以35Hz频率转动。设置顺序参数代号设置值说明1P001030调出出厂设置参数2P09701恢复出厂值3P00032参数访问级4P00101快速调试5P01000选择Kw单位，工频50Hz6P0304380电机的额定电压V7P03050.13电机的额定电流A8P03070.01电机的额定功率Kw9P031050电机的额定频率Hz10P03111250电机的额定速度RPM11P07002选择命令源（外部端子控制）设置顺序参数代号设置值说明12P07011数字端子1的功能（正向开关）13P070212数字端子2的功能（反向）14P070315数字端子3的功能（直接选择）15P10003选择频率设定值（固定频率）16P100335设定固定频率3的数值（35Hz）17P10800电机最小频率Hz18P108250电机最大频率Hz19P11202斜坡上升时间s20P11212斜坡下降时间s21P39001结束快速调试4.3.2案例2：变频器以开关直接选择+ON方式控制交流电机第4章交流电机的运动控制项目设计1.功能要求：利用3个开关控制一台三相异步交流电机分3段速运行，同时要求具有反向功能。2.项目设计：参数设置如下表，DIN1=1时电机以10Hz正转，DIN3=1时电机以30Hz正转，当DIN1和DIN3都接通时，电机以40Hz正转；DIN2接通时换向。设置顺序参数代号设置值说明1P001030调出出厂设置参数2P09701恢复出厂值3P00032参数访问级4P00101快速调试5P01000选择Kw单位，工频50Hz6P0304380电机的额定电压V7P03050.13电机的额定电流A8P03070.01电机的额定功率Kw9P031050电机的额定频率Hz10P03111250电机的额定速度RPM11P07002选择命令源（外部端子控制）设置顺序参数代号设置值说明12P070116数字端子1的功能（直接选择+ON）13P070212数字端子2的功能（反向）14P070316数字端子3的功能（直接选择+ON）15P10003选择频率设定值（固定频率）16P100110设定固定频率1的数值（10Hz）17P100330设定固定频率3的数值（30Hz）18P10800电机最小频率Hz19P108250电机最大频率Hz20P11202斜坡上升时间s21P11212斜坡下降时间s22P39001结束快速调试4.3.3案例3：变频器以BCD码选择+ON方式控制交流电机第4章交流电机的运动控制项目设计1.功能要求：利用3个开关控制一台三相异步交流电机分7段速运行，同时要求具有反向功能。2.项目设计：参数设置如下表，电机按照数字输入端子的组合方式以不同的固定频率运行，当模拟量输入端子AIN+接通高电平时换向。设置顺序参数代号设置值说明1P001030调出出厂设置参数2P09701恢复出厂值3P00032参数访问级4P00101快速调试5P01000选择Kw单位，工频50Hz6P0304380电机的额定电压V7P03050.13电机的额定电流A8P03070.01电机的额定功率Kw9P031050电机的额定频率Hz10P03111250电机的额定速度RPM11P07002选择命令源（外部端子控制）设置顺序参数代号设置值说明12P070117数字端子1的功能（BCD选择+ON）13P070217数字端子2的功能（BCD选择+ON）14P070317数字端子3的功能（BCD选择+ON）15P070412AIN+端子的功能（反转）16P10003选择频率设定值（固定频率）17P100110设定固定频率1的数值（10Hz）18P100215设定固定频率2的数值（15Hz）19P100320设定固定频率3的数值（20Hz）20P100425设定固定频率4的数值（25Hz）21P100530设定固定频率5的数值（30Hz）22P100635设定固定频率6的数值（35Hz）23P100740设定固定频率7的数值（40Hz）24P10800电机最小频率Hz25P108250电机最大频率Hz26P11202斜坡上升时间s27P11212斜坡下降时间s28P39001结束快速调试4.3.4案例4：材料自动分拣装置第4章交流电机的运动控制案例知识点1.变频器、交流电机等设备的型号。2.光电、电感、电容式传感器。3.变频器与PLC的电气连接。4.过程控制程序设计方法。案例用到的传感器分为分4.3.4案例4：材料自动分拣装置第4章交流电机的运动控制任务要求设计一条自动分拣装置，用来区分材料类型不同的工件。功能要求：按下启动按钮后，当传感器检测到工件时，启动传送带，经过传感器判别工件的材料类型，并自动将两种工件分拣到不同的物料存储区域。技术要求（1）工件材质：铝、橡胶；（2）工件尺寸：圆柱体，直径300mm，高200mm；（3）上料方式：手动上料，无需设计；（4）传送方式：上料后自动开始高速传送，在工件到达分拣工位之前自动转为低速传送，分拣完成后自动停止；（5）分拣方式：铝质工件存放至系统前置料仓A，橡胶工件存放至系统后置料仓B；（6）控制系统：采用PLC作为下位机，安装组态软件的工控机作为上位机；（7）控制模式：全自动启停控制，或上位机远程控制；4.3.4案例4：材料自动分拣装置第4章交流电机的运动控制整体方案设计按照要求，本案例应具有输送带启停、调速控制功能，能够实现自动分拣橡胶工件/铝工件的目的，因此选择PLC、变频器、交流减速电机和传感器的控制系统组成，选择皮带线作为物料的输送带。系统方案组成如图所示。4.3.4案例4：材料自动分拣装置第4章交流电机的运动控制构建组成部件及选型构建系统各组成部分的功能并完成选型。序号设备名称功能说明1交流减速电机用于驱动皮带输送单元2旋转编码器用于检测皮带的移动距离、电机转速等3皮带输送机构用于工件的输送，同时完成工件的检测分类4光电传感器用于检测工件有无。当有工件时给PLC提供输入信号。工件的检测距离可由光电传感器头的旋钮调节，调节检测范围1～30cm5电感传感器用于检测金属工件，当工件库与物料台上有物料时给PLC提供输入信号。对非金属物料的检测距离为4mm6电容传感器用于检测非金属工件，当工件库与物料台上有物料时给PLC提供输入信号。工件的检测距离可由电容传感器头的旋钮调节7旋转电磁铁用于完成工件的分类，将工件导入料仓A序号设备名称设备型号及技术指标1控制电源直流24V/2A开关电源2PLC主机CPU224XPDC/DC/DC3变频器西门子MM420,三相输入，功率：0.75kW4交流减速电机21K10GN-S35旋转编码器ZSP3004-0001E-200B-5-24C6光电传感器SB03-1K7电感传感器LE4-1K8电容传感器CLG5-1K9旋转电磁铁RSX50L65-24V/26Ω4.3.4案例4：材料自动分拣装置第4章交流电机的运动控制设计PLC电气控制电路-配置I/O序号I/O地址I/O类型说明1I0.0DI光电传感器输入信号2I0.1DI电容传感器输入信号3I0.2DI电感传感器输入信号4I0.3DI启动按钮5I0.4DI停止按钮6Q0.0DO变频器DIN1端子7Q0.1DO变频器DIN2端子8Q0.2DO旋转电磁铁线圈4.3.4案例4：材料自动分拣装置第4章交流电机的运动控制定义PLC程序变量及其符号4.3.4案例4：材料自