模块3 PLC变频控制系统的应用

模块3PLC变频控制系统的应用项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试01项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试02项目3.3

G120变频器的通信03学习目标学习目标●掌握PLC与变频器的数字量、模拟量、通信连接方式●理解变频器输出端子转速到达功能●了解S7-1200PLC模拟量模块的特点及接线●了解G120变频器通信接口的特点及接线●掌握G120变频器的报文类型及结构●知道变频调速系统的组成，掌握变频调速系统的硬件电路和软件编程学习目标知识目标学习目标学习目标●能根据任务书，完成变频调速系统的程序编写并进行软件调试●能根据任务书，按照不同的应用场景，独立配置变频调速系统并进行硬件电路的安装和调试●学会S7-1200PLC与G120变频器的PROFINET通信系统的构建和调试学习目标技能目标学习目标学习目标●养成6S管理的职业素养●树立节能意识，践行绿色发展观●养成规则意识、培养契约精神●培养严谨认真、注重细节的工匠精神学习目标素质目标项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试两者的互联接线包括以下三种情况：（1）PLC的数字量输出与变频器的数字量输入接口的互联；（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。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。项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试

继电器输出型PLC与变频器的数字量接线方式1．PLC与变频器数字量输入端子的连接方式（1）继电器输出型PLC与变频器的连接方式项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试

晶体管输出型PLC与变频器的数字量接线方式1．PLC与变频器数字量输入端子的连接方式（1）晶体管输出型PLC与变频器的连接方式注意：PLC为晶体管输出时，其4M（0V）必须与西门子变频器的28（0V）、34、69端子短接，否则，PLC的输出不能形成回路。项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试

西门子模拟量输出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。2．PLC与变频器模拟量输入端子的连接方式项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试

西门子S7-1200PLC与变频器的PROFINET通信连接方式3．PLC与变频器通信连接方式项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试

需要将变频器的3个数字量输出端（对应的参数分别为p0730、p0731、p0732）中的任一个预置为53.4（实际转速大于转速阈值p2155）或53.5（实际转速小于或等于转速阈值p2155），p2155用来设定转速阈值，p2140设置转速回差H（带宽），则当变频器的实际输出转速到达转速阈值p2155时，就会驱动变频器相应的输出触点动作。转速到达阈值时输出继电器的动作情况项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试一、任务导入二、任务实施【设备和工具】

控制单元CU240E-2PN-F1个、功率模块PM240-2（400V，0.55kW）1个、BOP-2操作面板1个、西门子CPU1215CAC/DC/RLY的PLC1台、三相异步电机1台、安装有TIAPortalV15和StartdriveV15软件的计算机1台、网线1根、接触器1个、开关/按钮若干、《SINAMICSG120低压变频器操作说明》、通用电工工具1套。CU240E-2PN-FPM240-2S7-1200PLC三相异步电动机安装有博途和Startdrive软件的电脑项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试1.硬件电路输

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I0.0SB1变频器上电Q0.05速度选择1I0.1SB2变频器失电Q0.16速度选择2I0.2SB3启动Q0.27速度选择3I0.3SB4停止Q0.38启停I0.419、20故障信号Q1.0KM接通KM离心机多段速控制的I/O分配项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试离心机7段速控制电路图由于两组所使用的电压不同，所以不能将1L和2L连接在一起。1.硬件电路项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试2.参数设置离心机参数设置一览表项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试3.程序设计时间ON/OFF1选择的8端子状态（Q0.3）p1022选择的7端子状态（Q0.2）p1021选择的6端子状态（Q0.1）p1020选择的5端子状态（Q0.0）对应转速参数对应速度T1＜20s1001p1001500r/min20s≤T1＜40s1010p1002550r/min40s≤T1＜60s1011p1003600r/min60s≤T1＜80s1100p1004650r/min80s≤T1＜100s1101p1005700r/min100s≤T1＜120s1110p1006750r/min120s≤T1≤140s1111p1007800r/min不同时间段对应的变频器端子状态以及转速项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试3.程序设计程序设计及调试运行的参考视频链接：/web/shareVideo/index.action?id=1180608&ajax=1具体程序请参考教材或人邮教育社区教材配套资源下载源程序一、任务导入风机是二次方律负载。T=KTn2P=KPn3风机示意图项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试二、任务实施【设备和工具】

控制单元CU240E-2PN-F1个、功率模块PM240-2（400V，0.55kW）1个、BOP-2操作面板1个、西门子CPU1215CAC/DC/RLY的PLC1台、三相异步电机1台、安装有TIAPortalV15和StartdriveV15软件的计算机1台、网线1根、接触器1个、开关/按钮若干、《SINAMICSG120低压变频器操作说明》、通用电工工具1套。CU240E-2PN-FPM240-2S7-1200PLC三相异步电动机安装有博途和Startdrive软件的电脑项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试1.硬件电路风机工频/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I0.0SB1启动Q0.05变频器启动I0.1SB2停止Q0.1HL1工频运行指示I0.2SA工频Q0.2HL2变频运行指示I0.3SA变频Q0.5KM1控制变频器接电源I0.419、20转速到达Q0.6KM2控制电动机工频运行I0.5FR电动机过载保护Q0.7KM3控制电动机变频运行项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试风机工频/变频自动切换电路图1.硬件电路项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试2.参数设置风机的工频/变频自动切换参数设置项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试3.程序设计程序设计及调试运行的参考视频链接：/web/shareVideo/index.action?id=1180609&ajax=1具体程序请参考教材或人邮教育社区教材配套资源下载源程序项目3.1数字量变频控制系统的安装与调试项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试1.课堂导入SM1234模拟量输入/输出模块是S7-1200PLC最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和2路模拟量输出功能。SM1234的模拟量输入和输出端子是如何接线和组态的呢？SM1234的外形项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试2.SM1234的接线图

SM1234的外形DIAG指示灯I/OChannel指示灯指示灯含义项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试

SM1234的外观总线连接器

SM1234的安装位置2.SM1234的接线图项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试

SM1234的接线图4路模拟量输入端可以接受电压信号或电流信号。电压包括：+/-10V、+/-5V、+/-2.5V三种信号；电流包括：0-20mA、4-20mA两种信号；满量程数据范围：-27648～27648或0～27648。2路模拟量输出可以输出电压或电流信号；电压信号范围：±10V；电流信号范围：0～20mA或4～20mA。满量程数据范围：-27648～27648或0～27648。工作电源DC24V2.SM1234的接线图项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试使用模拟量模块时，需要注意以下问题：1）模拟量模块有专用的插针接头与CPU通信，并通过此电缆由CPU向模拟量模块提供5VDC电源。此外，模拟量模块必须外接24VDC电源。2）对于模拟量输入，传感器电缆应尽可能短，而且使用屏蔽双绞线，导线应避免弯成锐角。靠近信号源屏蔽线的屏蔽层应单端接地。3）一般电压信号比电流信号容易受干扰，应优先选用电流信号。4）模拟量输入/输出模块的电源地和传感器的信号地必须连接（工作接地），否则将会产生一个很高的上下震动的共模电压，影响模拟量输入值。2.SM1234的接线图项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试应将未使用的电压输入通道短路。使用导线短接通道的正负两个端子。应将未使用的电流输入通道设置在0至20mA范围。2.SM1234的接线图项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试3.SM1234模块的组态SM1234模块的组态可以在博途软件上边讲边演示，其组态过程的参考视频链接：/web/shareVideo/index.action?id=1180610&ajax=1项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试（1）SM1234是4路模拟量输入和2路模拟量输出的混合模块。（2）SM1234通过总线连接器安装到PLC本体的右侧。（3）SM1234模拟量输入/输出模块能同时输入/输出电压或电流信号，但需要通过博途编程软件对其进行组态。注意：通道0和通道1的输入信号必须组态为同一种类型，通道2和通道3的输入信号必须组态为同一种类型。4.课堂小结项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试一、任务导入搅拌机示意图项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试二、任务实施【设备和工具】CU240E-2PN-FPM240-2三相异步电动机安装有博途和Startdrive软件的电脑

控制单元CU240E-2PN-F1个、功率模块PM240-2（400V，0.55kW）1个、BOP-2操作面板1个、西门子CPU1215CAC/DC/RLY的PLC1台、SM1234模拟量输入/输出模块1块、三相异步电机1台、安装有TIAPortalV15和StartdriveV15软件的计算机1台、网线1根、接触器1个、开关/按钮若干、《SINAMICSG120低压变频器操作说明》、通用电工工具1套。带有SM1234模块的S7-1200PLC项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试1.硬件电路搅拌机远程控制的I/O分配输入

输出输入继电器输入元件/端子作用输出继电器输出元件/端子作用I0.1SA1速度选择1Q0.05变频器启动I0.2速度选择2Q0.5HL1变频器运行指示I0.3速度选择3Q0.6HL2变频器故障指示Q0.7KM变频器上电I0.4SB1启动0、0M（QW96）3、4远程速度信号I0.5SB2停止

I1.019、20故障信号

0+、0−（IW96）12、13变频器转速测量

项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试搅拌机远程控制电路图1.硬件电路项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试2.参数设置项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试3.程序设计

搅拌机的3种速度与模拟量信号及数字量信号之间的对应关系速度给定值/（r/min）4208401

120模拟电压/V368数字量（QW96）8

29416

58922

118程序可以在博途软件上边讲边演示，其程序及调试过程的参考视频链接：/web/shareVideo/index.action?id=1180830&ajax=1项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试具体程序请参考教材或人邮教育社区教材配套资源下载源程序项目3.2模拟量变频控制系统的安装与调试项目3.3G120变频器的通信项目3.3G120变频器的通信1．现场总线作为设定值源现场总线作为设定值源

将现场总线设为设定值源时，必须将变频器连接到上位控制器上，通过标准报文将接收字PZD与主设定值互联。项目3.3G120变频器的通信2．PROFIdrive通信PROFIdrive是PI国际组织（PROFIBUSandPROFINETInternational）推出的一种标准驱动控制协议，也称为“行规”，用于控制器与驱动器之间的数据交换。其底层可以使用PROFIBUS总线或者PROFINET网络。PROFIdrive主要由以下3部分组成。（1）控制器（Controller），包括一类PROFIBUS主站与PROFINETI/O控制器，例如S7-1200PLC可以作为一类主站。（2）监控器（Supervisor），包括二类PROFIBUS主站与PROFINETI/O管理器，例如触摸屏为二类主站。（3）执行器（DriveUnit），包括PROFIBUS从站与PROFINETI/O装置，例如变频器。项目3.3G120变频器的通信3．接收数据和发送数据

变频器从上级控制器（PLC）中接收循环数据，再将循环数据反馈给控制器，如图所示。变频器和控制器各自在报文中打包数据。项目3.3G120变频器的通信4．报文类型及结构SINAMICS系列产品报文有标准报文和西门子报文。标准报文是PROFIdrive协议中定义的报文；西门子报文是西门子特有的报文。PZD-X/Y：表明I/O数据长度（过程数据数量）。X：上级控制器向SINAMICSG120变频器发送控制字的数据，单位为字。Y：SINAMICSG120变频器向上级控制器反馈状态字的数据，单位为字。项目3.3G120变频器的通信4．报文类型及结构项目3.3G120变频器的通信5．过程值通道—PZD通道PZD通道用于控制变频器启停、调速、读取实际值及状态信息等。主站通过PZD通信方式将控制字（STW）和主设定值（NSOLL_A）周期性地发送至变频器，变频器将状态字（ZSW）和转速实际值（NIST_A）送回到主站。（1）控制字（STW）项目3.3G120变频器的通信基于通信的常用的控制字如下：

①启动：047FHex2#0000010001111111

②停车

OFF1：047EHex

OFF2：047CHex

OFF3：047AHex

③反转：0C7FHex

④故障复位：04FEHex（1）控制字（STW）项目3.3G120变频器的通信常用控制字

控制字位

含义停止16#047E启动16#047F反转16#0C7F

E0

F1

F10ON/OFF11111OFF2停车1112OFF3停车1113脉冲使能

71

71

714使能斜坡函数发生器1115继续斜坡函数发生器1116使能转速设定值0007故障应答

40

40

C08预留0009预留11110通过PLC控制00111反向

00

00

0012未使用00013电动电位计升速00014电动电位计降速00015CDS位0控制字：启动：047F；OFF1停车：047E；反转：0C7F；

复位：04FE（1）控制字（STW）项目3.3G120变频器的通信（2）状态字（ZSW）r0052.0...15CO/BO状态字1每位的含义及对应参数常用的表示变频器故障位：状态字第3位，r52.3；

常用的表示变频器报警位：状态字第7位，r52.7；

常用的表示变频器运行位：状态字第1位，r52.1；项目3.3G120变频器的通信（3）主设定值NSOLL_A

主设定值用十进制有符号整数16

384（或16#4000H）表示，它对应于100%的变频器转速。变频器能接收的最大速度为32

767（200%），参数p2000中设置100%对应的参考速度。

当变频器通信时，需要对转速设定值进行标准化。主设定值M与实际值N之间的关系为：N=p2000×M/16

384。例如参考速度p2000=1

500r/min，如果想达到转速N为750r/min，那么需要主设定值为M=750×16

384/1

500=8

192。（4）实际转速NIST_A

实际转速也是一个字，用十进制有符号整数16

384表示，需要经过标准化显示实际转速，方法同主设定值。项目3.3G120变频器的通信一、任务导入二、任务实施【设备和工具】

控制单元CU240E-2PN-F1个、功率模块PM240-2（400V，0.55kW）1个、BOP-2操作面板1个、西门子CPU1215CDC/DC/DC的PLC1台、三相异步电机1台、安装有TIAPortalV15和StartdriveV15软件的计算机1台、网线2根、接触器1个、开关/按钮若干、《SINAMICSG120、G120P、G120C、G120D、G110M现场总线功能手册》、通用电工工具1套。CU240E-2PN-FPM240-2S7-1200PLC三相异步电动机安装有博途和Startdrive软件的电脑项目3.3G120变频器的通信项目3.3G120变频器的通信1．连接硬件电路项目3.3G120变频器的通信2．硬件组态硬件组态步骤：（1）添加S7-1200PLC并组态设备名称和分配IP地址；（2）添加G120变频器并组态设备名称和分配IP地址；（3）构建G120变频器和PLC的PN网络；（4）组态G1