PLC控制的变频器运行课件

PLC控制的变频器运行

第一节PLC控制变频调速单方向运行 一、能力目标 1.熟练掌握单方向运行的外部接线。 2.掌握变频器单方向运行各参数的预置方法。 3.能够根据电路图、PLC控制程序，完成整个系统的连接与调试。 二、使用材料及工具变频器、可编程序控制器、低压断路器、交流接触器、按钮、转换开关、指示灯、导线、常用电工工具、万用表、低压配电盘等。第一节PLC控制变频调速单方向运行 三、项目要求 1.控制要求变频器的通、断电通过交流接触器实现，用旋转开关实现电机的单方向运行，要求有完善的保护措施。黄灯指示变频器通电，绿灯指示变频器运行，红灯显示故障报警。本项目的实现以富士变频器5000G11和欧姆龙CJ1MPLC为例进行。 2.主电路主电路的接线图如图15-1所示。图中QF为整个控制系统的断路器，QF合闸则PLC通电。接触器KM仅仅控制变频器的通电与断电，由起动和停止按钮来控制。电动机的起动与停止则由转换开关来控制。所有的控制要求均通过PLC程序来实现。由于变频器本身具备过热保护功能,因此不必再用FR对电机作过载保护。变频器必须进行可靠接地。第一节PLC控制变频调速单方向运行图15-1PLC控制单方向运行主回路第一节PLC控制变频调速单方向运行 3.I/O分配 PLC的I/O分配如表15-1所示。地址外部信号备注功能0.00SB1绿色变频器通电控制按钮0.01SB2红色变频器断电控制按钮0.02SB3绿色变频器故障后复位控制按钮0.03SA绿色单方向转换开关0.0430A-30C常开触点变频器故障端子2.00KM线圈交流220V变频器通、断电接触器2.01FWD-CM

变频器运行端子2.02HL1黄色变频器通电指示灯2.03HL2绿色变频器运行指示灯2.04HL3红色变频器故障指示灯2.05X9-CM

变频器故障复位控制端表15-1PLC控制单方向运行I/O分配第一节PLC控制变频调速单方向运行 4.元器件明细表系统所用设备、元器件如表15-2所示。序号名称数量备注1变频器1

2PLC1

3三相异步电动机1

4自动空气开关1

5交流接触器1

6转换开关1绿色7按钮3绿色2个,红色1个8指示灯3黄、绿、红色各1个表15-2PLC控制单方向运行元器件明细表第一节PLC控制变频调速单方向运行 5.配电盘布置图如图15-2所示完成配电盘上各器件的布置和安装，并用万用表逐个检查元器件的好坏。图15-2PLC控制单方向运行配电盘布置图第一节PLC控制变频调速单方向运行 6.控制/指示面板元器件布置图如图15-3所示完成控制/指示面板上各器件的布置和安装，并用万用表逐个检查元器件的好坏。图15-3PLC控制单方向运行控制/指示面板元件布置图第一节PLC控制变频调速单方向运行 7.I/O接线如图15-4所示完成I/O的实际接线，并用万用表检查I/O接线的正确性。说明：变频器的正转输入端子FWD和多功能输入端子X9接线时不能接入PLC输出模块的220V交流电源，否则会烧毁端子。图15-4PLC控制单方向运行I/O接线图第一节PLC控制变频调速单方向运行 8.PLC程序按图15-5所示的梯形图输入程序，并连接下载到PLC。图15-5PLC控制单方向运行梯形图第一节PLC控制变频调速单方向运行 9.变频器参数预置在变频器通电的情况下，按以下要求完成变频器参数的预置。 （1）预置变频器的运行操作方式F02--预置为“1”，即由外部端子[FWD]、[REV]输入运行命令 （2）预置变频器的运行频率F01--预置为“0”，即由键盘面版（∧∨键）设定 （3）预置变频器的加、减速时间F03--预置为“60”，即变频器输出的最高频率值F07--预置为“18”，即变频器输出频率从0HZ到达最高频率（F03设定值）所需的加速时间F08--预置为“12”，即变频器输出频率从最高频率（F03设定值）到达0HZ所需的减速时间第一节PLC控制变频调速单方向运行 （4）预置变频器的报警复位E09--预置为“9”，即变频器的X9输入端子设定为报警后复位功能 10.系统运行，记录数据将系统按要求连接和运行，观察变频器输出不同频率的各项参数，并将数值记录在表15-3中。 四、工艺要求 1.系统的通、断电操作符合安全操作规程的要求。 2.元器件画法符合IEC的有关标准。 3.元器件布置和所有接线符合国标对低压配电盘的有关规定。 4.按照电气制图的原则绘制图形。第一节PLC控制变频调速单方向运行频率值（Hz）电流（A）电压（V）转速（r/min）加速时间（s）减速时间（s）20

25

30

35

40

45

50

60

表15-3变频器单方向运行参数第一节PLC控制变频调速单方向运行 五、学习形式

本项目的学习形式建议以小组的形式进行，为保证每名学生的动手能力每组以2～4人为宜。指导教师在讲解项目要求时可采用集体的形式进行，学生动手进行项目时，指导教师在各组巡视、辅导，并可对个别学生现场提问。通过本项目的训练，着重培养学生的团结协作能力、与人相处的能力和一定的语言表达能力，按照职业规范要求进行操作的能力。第一节PLC控制变频调速单方向运行 六、检测标准 1.通、断电操作顺序按要求正确操作。 2.正确、合理使用工具和仪表。 3.主回路接线规范，I/O接线合理、排列有序，用万用表检查接线的方法正确。 4.PLC的程序输入正确，会连接和下载程序。 5.正确预置变频器的有关功能参数。 6.变频器按要求工作，加、减速时间符合设定要求。 7.正确分析和处理通电运行中出现的具体问题。第一节PLC控制变频调速单方向运行 七、原理说明

1.OMRONPLCCJ1M是日本OMRON公司生产的模块式PLC产品，它依次由电源模块PA202、CPU模块CPU12、输入模块ID211、输出模块OC211组成，如图15-6所示。图15-6OMRONCJ1M模块组成第一节PLC控制变频调速单方向运行CJ1M的I/O地址分配不是固定的，而是根据输入、输出模块在机架上的安装位置，以字为单位分配存储器，即遵循机架+槽号的原则。CPU机架上的I/O单元地址字从左到右（从最靠近CPU的单元开始）开始分配，1～16点I/O的单元分配第1个字（16位，为第一个通道），17～32点的单元分配第2个字（16位，为第二个通道），以此类推。本课题采用两个ID211，一个OC211，可提供输入点32个和输出点16个，即第一个ID211的地址是0通道，第二个ID211的地址是1通道，第三个OC211的地址是2通道，完全满足本项目的需求。第一节PLC控制变频调速单方向运行CJ1MPLC的输入模块ID211为直流24V16点开关量输入，端子排列及接线如图15-7所示。图15-7CJ1MID211端子排列第一节PLC控制变频调速单方向运行CJ1MPLC的输出模块OC211为直流24V或交流220V16点开关量输出，端子排列及接线如图15-8所示，本项目输出用于驱动交流接触器220V线圈和交流220V指示灯，故OC211模块采用接入交流220V电源。图15-8CJ1MOC211端子排列第一节PLC控制变频调速单方向运行 2.外接正转（或反转）控制对于变频器外部端子输入运行命令的控制方式，要使变频器进入运行状态，必须首先使控制端子中的“FWD”和“CM”（正转）端子或“REV”和“CM”（反转）端子之间接通。在变频器通电状态下，如接通变频器输入端子“FWD”和“CM”，则变频器开始运行，其输出频率将按预置的升速时间上升至与给定信号对应的数值。在运行状态下，如果断开“FWD”和“CM”，则变频器停止运行，其输出频率将按预置的降速时间下降为0HZ。

所谓外接正转（或反转）控制电路，就是利用变频器的这一特点，用外部的开关来控制变频器调速系统的运行与停止的电路。第一节PLC控制变频调速单方向运行 3.转换开关控制电路实现上述控制的简单的方法便是在“FWD”和“CM”之间接入一个旋钮开关SA，如图15-9所示。图15-9变频器单方向接线示意图第一节PLC控制变频调速单方向运行此电路的优点是简单明了；变频器通、断电顺序必须通过PLC程序实现，保证变频器工作的可靠性。如果没有以上要求，即在KM与SA之间无互锁环节，难以防止先合上SA、再接通KM，或在SA尚未断开、电动机未停机的情况下通过KM切断电源的误操作。这种误操作的缺点是： （1）变频器内部控制电路的电源与尚未充电至正常电压之前，其工作状况有可能出现絮乱，其准确性和可靠性难以得到充分的保证。第一节PLC控制变频调速单方向运行（2）通过触器KM切断电源后，变频器已经不工作了，电动机将处于自由制动状态，不能按预置的降速时间来停机。（3）变频器在刚接通电源的瞬间，充电电流是很大的。因此频繁地接通变频器，会构成对供电电网的干扰。因此通过PLC的程序满足变频器正确的通、断电控制要求，从而从软件上保证控制系统工作的可靠性。第一节PLC控制变频调速单方向运行 4.PLC梯形图分析在变频器控制中，如果控制电路逻辑功能比较复杂，用PLC控制是最适合、方便的控制方法。变频器与PLC通过软件来改变控制过程，具有编程简单、灵敏度高、可靠性高、体积小等特点，因此被广泛应用于制造业、冶金、矿业、轻工等各个领域，已成为工业控制的标准设备。一般来说，单独的正转（或反转）控制电路是没有必要通过PLC来控制的，但作为复杂控制电路的一个基本单元，则应用较为广泛。第一节PLC控制变频调速单方向运行 （1）PLC的输入信号0.00和0.01接受按钮SB1和SB2的信号，用于控制变频器接通与切断电源；0.03接受转换开关SA的信号，用于决定电动机的运行或停止；0.04接受变频器的跳闸信号，使变频器切断电源；0.02为变频器排除故障后的手动复位按钮。 （2）PLC的输出侧2.00与接触器KM的线圈相接，其动作接受0.00（SB1）和0.01（SB2）的控制；2.02、2.03、2.04与指示灯HL1、HL2、HL3相接，分别指示变频器通电、运行及变频器故障；2.01与变频器的正转端子FWD相接，其动作接受0.03（SA）的控制；2.05与变频器的多功能输入端子X9相接，用于变频器故障后的复位，其动作接受0.02（复位按钮）的控制。第一节PLC控制变频调速单方向运行 （3）梯形图在分析PLC的梯形图时,我们约定：继电器动作的含义包括:“线圈”得电、动合（常开）触点闭合、动断（常闭）触点断开；继电器“复位”的含义相反。梯形图如前面图12-5所示，分段说明如下： ①变频器通电段按下SB1→0.00动作→2.00动作并自锁→KM1得电并自锁→变频器接通电源→2.02动作并自锁→HL1指示灯亮。停止按钮SB2（0.01）在正转（2.01,FWD和CM）失电的情况下才起作用,保证变频器停止的可靠性。第一节PLC控制变频调速单方向运行 ②变频器运行段在变频器通电情况下（2.00得电），保证变频器工作的可靠性→接通SA→0.03动作→2.01动作并自锁→变频器的FWD和CM之间接通→系统开始升速并运行→2.03动作并自锁→HL2指示灯亮。断开SA→0.03动作→2.01释放→变频器的FWD和CM之间断开→系统开始降速并停止。 ③故障处理段如变频器发生故障，变频器的故障输出端30A和30C之间接通→0.04动作→2.01,2.00释放→接触器KM1失电,变频器的FWD和CM之间断开→变频器停止运行并切断电源。与此同时，2.04动作→HL3指示灯亮进行报警。当故障排除后，按下SB3→0.02动作→2.04动作→变频器的X9与CM之间接通→变频器复位。第二节PLC控制变频调速双方向运行 一、能力目标 1.熟练掌握双方向运行的外部接线。 2.进一步巩固双方向运行各参数的预置方法。 3.能够根据电路图、PLC控制程序，完成整个系统的连接与调试。 二、使用材料及工具变频器、可编程序控制器、低压断路器、交流接触器、按钮、转换开关、指示灯、导线、常用电工工具、万用表、低压配电盘、三相异步电动机等。第二节PLC控制变频调速双方向运行 三、项目要求 1.控制要求：变频器的通、断电通过交流接触器实现，用旋转开关实现电机的双方向运行，要求有完善的保护措施。黄灯指示变频器通电，绿灯指示变频器正转运行，黄灯指示变频器反转运行，红灯指示变频器故障报警。本项目的控制要求通过PLC完成，以富士变频器5000G11和欧姆龙PLCCJ1M为例进行。第二节PLC控制变频调速双方向运行 2.主电路主电路和项目15相同，即按照图15-1所示完成主电路的接线。图中QF为整个控制系统的断路器，QF合闸则PLC通。接触器KM控制变频器的通电与断电，由起动和停止按钮来控制。只是电动机的正、反转由三位转换开关来控制。所有的控制要求均通过PLC程序来实现。由于变频器本身具备过热保护功能,因此不必再用FR对电机作过载保护。变频器必须进行可靠接地。查阅变频器操作说明书，主回路应使用截面积不小于2mm2的独股绝缘铜线，接线时要求盘面走线，横平竖直。第二节PLC控制变频调速双方向运行 3.I/O分配PLC的I/O分配如表16-1所示。地址外部信号备注功能0.00SB1绿色变频器通电控制按钮0.01SB2红色变频器断电控制按钮0.02SB3绿色变频器故障后复位控制按钮0.03SA绿色双方向转换开关左位0.0430A-30C常开触点变频器故障端子0.05SA绿色双方向转换开关右位2.00KM线圈交流220V变频器通、断电接触器2.01FWD-CM

变频器正转运行端子2.02HL1黄色变频器通电指示灯2.03HL2绿色变频器正转运行指示灯2.04HL3红色变频器故障指示灯2.05X9-CM

变频器故障复位控制端2.06REV-CM

变频器正转运行端子2.07HL4黄变频器反转运行指示灯表16-1PLC控制双方向运行I/O分配第二节PLC控制变频调速双方向运行 4.元器件明细表系统所用设备、元器件如表16-2所示。序号名称数量备注1变频器1

2PLC1

3三相异步电动机1

4自动空气开关1

5交流接触器1

6转换开关1绿色7按钮3绿色2个，红色1个8指示灯4绿、红色各1个，黄色2个表16-2PLC控制双方向运行元器件明细表第二节PLC控制变频调速双方向运行 5.配电盘布置图配电盘布置图和项目15相同，即如图15-2所示完成配电盘上各器件的布置和安装，并用万用表逐个检查元器件的好坏。 6.控制/指示面板元器件布置图如图16-1所示完成控制/指示面板上各器件的布置和安装，并用万用表逐个检查元器件的好坏。图16-1PLC控制双方向运行控制/指示面板元件布置图第二节PLC控制变频调速双方向运行 7.I/O接线如图16-2所示完成I/O的实际接线，并用万用表检查I/O接线的正确性。说明：变频器的正、反转输入端子FWD、REV和多功能输入端子X9接线时不能接入PLC输出模块的220V交流电源，否则会烧毁端子。图16-2PLC控制双方向运行I/O接线图第二节PLC控制变频调速双方向运行 8.PLC程序将图16-3所示的梯形图输入程序，并连接下载到PLC。图16-3PLC控制双方向运行梯形图第二节PLC控制变频调速双方向运行 9.变频器参数预置在变频器通电的情况下，按以下要求完成变频器参数的预置。 （1）预置变频器的运行操作方式F02--预置为“1”，即由外部端子[FWD]、[REV]输入运行命令。 （2）预置变频器的运行频率F01--预置为“0”，即由键盘面版（∧∨键）设定运行频率。 （3）预置变频器的加、减速时间F03--预置为“55”，即变频器输出的最高频率值。F07--预置为“11”，即变频器输出频率从0HZ到达最高频率（F03设定值）所需的加速时间。

第二节PLC控制变频调速双方向运行F08--预置为“5”，即变频器输出频率从最高频率（F03设定值）到达0HZ所需的减速时间。 （4）预置变频器的报警复位E09--预置为“9”，即变频器的X9输入端子设定为报警后复位功能。 10.系统运行，记录数据将系统按要求连接和运行，观察变频器输出不同频率的各项参数，并将数值记录在表16-3中。第二节PLC控制变频调速双方向运行频率值（Hz）电流（A）电压（V）转速（r/min）加速时间（s）减速时间（s）正转20

反转25

正转30

反转35

正转40

反转45

正转50

反转60

表16-3变频器双方向运行参数第二节PLC控制变频调速双方向运行 四、工艺要求 1.系统的通、断电操作符合安全操作规程的要求。 2.元器件画法符合IEC的有关标准。 3.元器件布置和所有接线符合国标对低压配电盘的有关规定。 4.按照电气制图的原则绘制图形。第二节PLC控制变频调速双方向运行 五、学习形式

本项目的学习形式建议以小组的形式进行，为保证每名学生的动手能力每组以2～4人为宜。指导教师在讲解项目要求时可采用集体的形式进行，并注重对比前一个项目进行启发式教学。学生动手进行项目时，指导教师在各组巡视、辅导，并可对个别学生现场提问。通过本项目的训练，着重培养学生的团结协作能力、与人相处的能力和一定的语言表达能力，按照职业规范要求进行操作的能力。第二节PLC控制变频调速双方向运行 六、检测标准 1.通、断电操作顺序按要求正确操作。 2.正确、合理使用工具和仪表。 3.主回路接线规范，I/O接线合理、排列有序，用万用表检查接线的方法正确。 4.PLC的程序输入正确，会连接和下载程序。 5.正确预置变频器的有关功能参数。 6.变频器按要求能正、反转工作，加、减速时间符合设定要求。 7.正确分析和处理通电运行中出现的具体问题。第二节PLC控制变频调速双方向运行 七、原理说明

1.外接正反转控制根据生产现场的要求三相异步电动机往往需要两个方向的运行，变频器调速时，异步电动机的旋转方向不必通过交换电动机的相序来实现。因此，其正反转控制与工频运行时相比，要简单得多。通常，在变频器的键盘上有“正转”和“反转”的按键，可以直接控制；还可以通过功能预置来更改旋转方向。在许多场合，需要和生产机械的其他部分联合控制，具体方法就是利用外接端子来进行正反转控制，即在“FWD”、“REV”和“CM”之间接入一个三位转换开关SA，如图16-4所示。第二节PLC控制变频调速双方向运行图16-4变频器双方向接线示意图第二节PLC控制变频调速双方向运行 2.三位转换开关控制与旋扭开关单方向控制完全类似，只是把旋扭开关改为三位转换开关了，即：“正转”、“停止”、“反转”三个位置。电路的工作要点为SB1、SB2用于控制接触器KM的吸合和释放，从而控制变频器的通电和断电；SA控制电动机的正转运行、反转运行和停止，变频器的输出频率由变频器控制面板决定。此方案的特点也和旋扭开关单方向控制电路相同，必须通过PLC的程序满足变频器正确的通、断电控制要求，从而从软件上保证控制系统工作的可靠性。第二节PLC控制变频调速双方向运行在变频器通电状态下，三位转换开关转向左位，接通变频器输入端子“FWD”和“CM”，则变频器开始正转运行，其输出频率将按预置的升速时间上升至与给定信号对应的数值。同样在变频器通电状态下，三位转换开关转向右位，接通变频器输入端子“REV”和“CM”，则变频器开始反转运行，其输出频率将按预置的升速时间上升至与给定信号对应的数值。在运行状态下，如果断开“FWD”和“CM”或“REV”和“CM”，则变频器停止运行，其输出频率将按预置的降速时间下降为0HZ。第二节PLC控制变频调速双方向运行 3.PLC梯形图分析 （1）PLC的输入信号0.00和0.01接受按钮SB1和SB2的信号，用于控制变频器接通与切断电源；0.03和0.05接受三位转换开关SA的信号，用于决定电动机的正、反转运行或停止；0.04接受变频器的跳闸信号，使变频器切断电源；0.02为变频器排除故障后的手动复位按钮。第二节PLC控制变频调速双方向运行 2.PLC的输出侧2.00与接触器KM的线圈相接，其动作接受0.00（起动按钮SB1）和0.01（停止按钮SB2）的控制；2.02、2.03、2.04、2.07与指示灯HL1、HL2、HL3、HL4相接，分别指示变频器通电、正转运行、反转运行及变频器故障；2.01与变频器的正转端子FWD相接，其动作接受0.03（SA左位）的控制，2.06与变频器的反转端子REV相接，其动作接受0.05（SA右位）的控制；2.05与变频器的多功能输入端子X9相接，用于变频器故障后的复位，其动作接受0.02（复位按钮）的控制。第二节PLC控制变频调速双方向运行 3.梯形图梯形图如前面图16-3所示，分段说明如下： （1）变频器通电段按下SB1→0.00动作→2.00动作并自锁→KM1得电并自锁→变频器接通电源→2.02动作并自锁→HL1指示灯亮。停止按钮SB2（0.01）在正转（2.01,FWD和CM）或反转（2.06,REV和CM）失电的情况下才起作用,保证变频器停止的可靠性。第二节PLC控制变频调速双方向运行 （2）变频器运行段正转：在变频器通电情况下（2.00得电），保证变频器工作的可靠性→接通SA左位→0.03动作→2.01动作并自锁→变频器的FWD和CM之间接通→系统开始正转升速并运行→2.03动作并自锁→HL2指示灯亮。断开SA→0.03动作→2.01释放→变频器的FWD和CM之间断开→系统开始降速并停止。反转：在变频器通电情况下（2.00得电），保证变频器工作的可靠性→接通SA右位→0.05动作→2.06动作并自锁→变频器的REV和CM之间接通→系统开始反转升速并运行→2.07动作并自锁→HL4指示灯亮。断开SA→0.05动作→2.06释放→变频器的REV和CM之间断开→系统开始降速并停止。第二节PLC控制变频调速双方向运行 （3）故障处理段如变频器发生故障，变频器的故障输出端30A和30C之间接通→0.04动作→2.01、2.00释放→接触器KM1失电,变频器的FWD和CM之间断开→变频器停止运行并切断电源。与此同时，2.04动作→HL3指示灯亮进行报警。故障排除后，按下SB3→0.02动作→2.05动作→变频器的X9与CM之间接通→变频器复位。第三节PLC控制变频调速多挡运行 一、能力目标

1.熟练掌握多挡转速的外部接线。 2.掌握多挡转速各参数的预置方法。 3.能按要求正确操作多挡转速。 4.能够正确分析、理解和进一步设计PLC控制程序。 二、使用材料及工具变频器、可编程序控制器、低压断路器、交流接触器、按钮、指示灯、导线、常用电工工具、万用表、低压配电盘、三相异步电动机等。第三节PLC控制变频调速多挡运行 三、项目要求 1.控制要求变频器的通、断电通过交流接触器实现，7个选择按钮实现三相异步电动机的7挡转速，依次分别为20Hz、25Hz、30Hz、35Hz、40Hz、45Hz、50Hz，并有指示灯指示系统的工作状态，即黄灯指示变频器通电，绿灯指示变频器运行，红灯显示故障报警有完善的保护环节。本项目的控制要求通过PLC完成，以富士变频器5000G11和欧姆龙PLCCJ1M为例进行。第三节PLC控制变频调速多挡运行 2.主电路按图17-1所示完成主电路的接线。图中QF为整个控制系统的断路器，QF合闸则PLC通电。接触器KM1控制变频器输入端的通电，接触器KM2控制变频器输出端的通电，即控制变频器的运行。为保证变频器的安全运行，只有当KM1通电后，KM2才能通电，只有当KM2断电后，KM1才能断电，通、断电的联锁控制要求由PLC程序实现。由于变频器本身具备过热保护功能,因此不必再用FR对电机作过载保护。变频器必须进行可靠接地。查阅变频器操作说明书，主回路应使用截面积不小于2mm2的独股绝缘铜线，接线时要求盘面走线，横平竖直。第三节PLC控制变频调速多挡运行图17-1PLC控制多挡运行主回路第三节PLC控制变频调速多挡运行 3.I/O分配PLC的I/O分配如表17-1所示。地址外部信号备注功能0.00SB1绿色变频器通电控制按钮0.01SB2绿色变频器运行启动控制按钮0.02SB3绿色变频器故障后复位控制按钮0.03SB4红色变频器断电控制按钮0.04SB5红色变频器运行停止控制按钮0.05SB6绿色变频器多挡转速1控制按钮0.06SB7绿色变频器多挡转速2控制按钮0.07SB8绿色变频器多挡转速3控制按钮0.08SB9绿色变频器多挡转速4控制按钮0.09SB10绿色变频器多挡转速5控制按钮0.10SB11绿色变频器多挡转速6控制按钮表17-1PLC控制多挡运行I/O分配第三节PLC控制变频调速多挡运行0.11SB12绿色变频器多挡转速7控制按钮0.1230A-30C常开触点变频器故障端子2.00KM1线圈交流220V变频器通、断电接触器2.01KM2线圈交流220V变频器运行接触器2.02FWD-CM

变频器运行端子2.03X1-CM

变频器多挡信号端12.05X2-CM

变频器多挡信号端22.06X3-CM

变频器多挡信号端32.07X4-CM

变频器故障复位控制端2.08HL1黄色变频器通电指示灯2.09HL2绿色变频器运行指示灯2.10HL3红色变频器故障指示灯第三节PLC控制变频调速多挡运行 4.元器件明细表系统所用设备、元器件如表17-2所示。序号名称数量备注1变频器1台

2PLC1套

3三相异步电动机1台

4自动空气开关1个

5交流接触器2个

6按钮12个绿色10个，红色2个7指示灯3个黄、绿、红色各1个表17-2PLC控制多挡运行元器件明细表第三节PLC控制变频调速多挡运行 5.配电盘布置图如图17-2所示完成配电盘上各器件的布置和安装，并用万用表逐个检查元器件的好坏。图17-2PLC控制多挡运行配电盘布置图第三节PLC控制变频调速多挡运行 6.控制/指示面板元器件布置图如图17-3所示完成控制/指示面板上各器件的布置和安装，并用万用表逐个检查元器件的好坏。图17-3PLC控制多挡运行控制/指示面板元件布置图第三节PLC控制变频调速多挡运行 7.I/O接线如图17-4所示完成I/O的实际接线，并用万用表检查I/O接线的正确性。

说明：变频器的正转输入端子FWD和多功能输入端子X1、X2、X3、X4接线时不能接入PLC输出模块的220V交流电源，否则会烧毁端子。图17-4PLC控制多挡运行I/O接线图第三节PLC控制变频调速多挡运行 8.PLC程序按图17-5所示的梯形图输入程序，并连接下载到PLC。

第三节PLC控制变频调速多挡运行图17-5PLC控制多挡运行梯形图第三节PLC控制变频调速多挡运行 9.变频器参数预置在变频器通电的情况下，按以下要求完成变频器参数的预置。 （1）预置变频器的运行操作方式

F02--预置为“1”，即由外部端子[FWD]、[REV]输入运行命令。 （2）预置输入端子X1、X2、X3、X4的功能E01-----预置为“1”，使X1端子具有多挡频率选择1功能。E02-----预置为“2”，使X2端子具有多挡频率选择2功能。E03-----预置为“3”，使X3端子具有多挡频率选择3功能。E04-----预置为“8”，使X4端子具有外部报警复位功能。第三节PLC控制变频调速多挡运行 （3）预置与各挡转速对应的频率 C05----第1挡工作频率：F1=20HZ C06----第2挡工作频率：F2=25HZ C07----第3挡工作频率：F3=30HZ C08----第4挡工作频率：F4=35HZ C09----第5挡工作频率：F5=40HZ C10----第6挡工作频率：F6=45Hz C11----第7挡工作频率：F7=50HZ第三节PLC控制变频调速多挡运行 10.系统运行，记录数据将系统按要求运行，观察变频器输出不同频率的各项参数，并将数值记录在表17-3中。频率值（Hz）电流（A）电压（V）转速（r/min）线速度（m/min）输入功率（KW）20

25

30

35

40

45

50

表17-3PLC控制多挡运行参数第三节PLC控制变频调速多挡运行 四、工艺要求 1.系统的通、断电操作符合安全操作规程的要求。 2.元器件画法符合IEC的有关标准。 3.元器件布置和所有接线符合国标对低压配电盘的有关规定。 4.按照电气制图的原则绘制图形。第三节PLC控制变频调速多挡运行 五、学习形式

本项目的学习形式建议以小组的形式进行，为保证每名学生的动手能力每组以2～4人为宜。指导教师在讲解项目要求时可采用集体的形式进行，学生动手进行项目时，指导教师在各组巡视、辅导，并可对个别学生现场提问和重点辅导。通过本项目的训练，着重培养学生的团结协作能力、与人相处的能力和一定的语言表达能力，按照职业规范要求进行操作的能力。第三节PLC控制变频调速多挡运行 六、检测标准 1.通、断电顺序按要求正确操作。 2.正确、合理使用工具和仪表。 3.主回路接线规范，I/O接线合理、排列有序，正确使用万用表检查PLC的I/O接线。 4.PLC的程序输入正确，会连接和下载程序。 5.正确预置变频器的有关功能参数。 6.控制系统按要求能工作在7挡不同的转速。 7.对通电运行中出现的问题能够正确分析和处理。第三节PLC控制变频调速多挡运行 七、原理说明

1.变频器输入控制端的“多挡转速”功能几乎所有的变频器都设有多挡转速的控制功能，其转速挡的转换是由外接的开关器件改变输入端的状态和组合来实现的。以富士5000G11S变频器为例，指定9个多功能输入端子中的任意4个相应设定其功能数据为0、1、2、3，即可由它们的ON/OFF组合选择多步频率，最多可提供16挡不同频率的运行速度。特别是与可编程序控制器联合起来控制更方便，在需要经常改变速度的生产机械上得到了广泛应用。第三节PLC控制变频调速多挡运行以富士5000G11S变频器为例，首先进行如下的功能预置：E01（端子X1的功能代码）

预置为“0”

E02（端子X2的功能代码）

预置为“1”

E03（端子X3的功能代码）

预置为“2”

E04（端子X4的功能代码）

预置为“3”

则端子X1、X2、X3、X4为多挡转速的四个信号输入端。通过继电器KA1、KA2、KA3、KA4（为PLC的继电器输出，无实际硬接线）的不同组合，最多可输入16挡转速的信号。本项目因某生产机械有7挡转速，故用3个信号输入端即X1、X2、X3即可实现控制要求，如图17-6所示。第三节PLC控制变频调速多挡运行图17-6变频器的多挡转速控制端第三节PLC控制变频调速多挡运行各挡转速与各输入端状态之间的关系见项目13。其中，每挡的工作频率（转速）究竟为多大，则根据生产机械中加工过程的需要，通过预置功能C05（第1挡工作频率）～C11（第7挡工作频率）来决定。若生产机械需要8挡以上的转速则需要用到四个多挡转速的信号输入端，即X1、X2、X3、X4，各挡转速与各输入端状态之间的关系如表17-4所示。其各挡对应频率值由C05～C19预置，F01预置的频率值为4个转换开关均为OFF状态时对应的频率值。第三节PLC控制变频调速多挡运行设定接点输入信号组合选择的频率X4X3

X2X1OFFOFFOFFOFF在F01上选择的频率OFFOFFOFFONC05多挡频率1OFFOFFONOFFC06多挡频率2OFFOFFONONC07多挡频率3OFFONOFFOFFC08多挡频率4OFFONOFFONC09多挡频率5OFFONONOFFC10多挡频率6OFFONONONC11多挡频率7ONOFFOFFOFFC12多挡频率8ONOFFOFFONC13多挡频率9ONOFFONOFFC14多挡频率10ONOFFONONC15多挡频率11ONONOFFOFFC16多挡频率12ONONOFFONC17多挡频率13ONONONOFFC18多挡频率14ONONONONC19多挡频率15表17-4各挡转速与各输入端状态的关系（16挡）第三节PLC控制变频调速多挡运行 2.PLC梯形图分析 （1）PLC的输入信号0.00和0.03接受按钮SB1和SB4的信号，用于控制变频器接通与切断电源；0.01和0.04接受按钮SB2和SB5的信号，用于变频器和电动机的接通和断开；0.12接受变频器的跳闸信号，使变频器切断电源；0.02接受按钮SB3的信号为变频器排除故障后的手动复位；，0.05～0.11接受按钮SB6～SB12的信号，用于变频器7挡转速的选择。第三节PLC控制变频调速多挡运行 （2）PLC的输出侧2.00与接触器KM1的线圈相接，其动作接受0.00（SB1）和0.03（SB4）的控制；2.01与接触器KM2的线圈相接，其动作接受0.01（SB2）和0.04（SB5）的控制；2.08、2.09、2.10与指示灯HL1、HL2、HL3相接，分别指示变频器通电、运行及变频器故障；2.02与变频器的正转端子FWD相接，其动作接受0.01（SB2）的控制；2.07与变频器的多功能输入端子X4相接，用于变频器故障后的复位，其动作接受0.02（SB3）的控制；2.03、2.05、2.06与变频器的多功能输入端子X1、X2、X3相接，为变频器多挡转速运行的3个信号输入端，其动作受0.05～0.11（SB6～SB12）的组合状态的控制。第三节PLC控制变频调速多挡运行 （3）梯形图梯形图如前面图17-5所示，分段说明如下： ①变频器通电段按下SB1→0.00动作→2.00动作并自锁→KM1得电并自锁→变频器接通电源→2.08动作并自锁→HL1指示灯亮。按下SB4→0.03动作→在变频器的FWD和CM之间未接通的前提下→KM1失电→变频器切断电源。 ②变频器运行段在变频器通电情况下→按下SB2 →0.01动作→2.01动作并自锁→KM2得电并自锁→变频器接通电机→2.02动作并自锁→变频器的FWD和CM之间接通→系统开始升速并运行→2.09动作并自锁→HL2指示灯亮。第三节PLC控制变频调速多挡运行按下SB5→0.04动作→2.02释放→KM2失电→系统开始降速并停止。 ③故障处理段如变频器发生故障，变频器的故障输出端30A和30C之间接通→0.12动作→2.00和2.01释放→接触器KM1、KM2失电→变频器切断电源。与此同时，2.10动作→HL3指示灯亮进行报警。当故障排除后，按下SB3→0.02动作→2.07动作→变频器的X4与CM之间接通→变频器复位。第三节PLC控制变频调速多挡运行 ④多挡频率运行段按下SB6-SB12中任何一个按钮时→3.00-3.06动作并自锁，将按钮的信号保持住→再根据各挡转速与各输入端状态之间的组合关系去控制2.03、2.05、2.06的动作由此输出不同的频率。现以用户选择第三挡转速（F3=30Hz）为例，说明工作情况如下：按下SB3→0.07动作→3.02动作，同时如果在此之前其他挡频率有处于动作状态的话，则释放→2.03、2.05动作→变频器的X1、X2端子接通，变频器将在第三挡转速下运行。第四节PLC控制的变频与工频切换运行 一、能力目标

1.熟练掌握变频与工频切换的外部接线。 2.掌握变频与工频切换各参数的预置方法。 3.能按要求正确操作变频与工频的切换。 4.能够正确分析、理解和进一步设计PLC控制程序。 5.能够对运行过程中出现的问题正确分析、处理。 二、使用材料及工具变频器、可编程序控制器、低压断路器、交流接触器、按钮、指示灯、导线、常用电工工具、万用表、低压配电盘、三相异步电动机等。第四节PLC控制的变频与工频切换运行 三、项目要求

1.控制要求 （1）通过三位转换开关手动控制系统的变频与工频运行，转换开关左位工频状态运行，转换开关右位变频状态运行。 （2）在工频运行状态下，通过交流接触器实现电动机的工频运行，绿灯指示工频运行。 （3）在变频运行状态下，变频器的通、断电通过交流接触器实现，黄灯指示变频器通电。第四节PLC控制的变频与工频切换运行 （4）在变频器通电的前提下，电动机的运行通过交流接触器实现，绿灯指示变频器运行。 （5）要求控制系统有完善的保护环节，系统通、断电顺序符合安全操作的要求。并且在变频运行状态下，当变频器出现故障时要求红灯报警，变频器停止工作，系统自动切换为工频运行。本项目的控制要求通过PLC完成，以富士变频器5000G11和欧姆龙PLCCJ1M为例进行。第四节PLC控制的变频与工频切换运行 2.主电路主电路的接线图如图18-1所示。图中QF为整个控制系统的断路器，QF合闸则PLC通电。接触器KM2控制系统的工频运行；接触器KM1控制系统变频状态下变频器的通、断电；接触器KM3控制变频器的运行。在变频状态下，为保证变频器的安全运行，只有当KM1通电后，KM3才能通电；只有当KM3断电后，KM1才能断电，通、断电的联锁控制要求由PLC程序实现。由于变频器的输入端是绝对不允许与电源相接的，因此，接触器KM2和KM3绝对不允许同时接通，互相间必须有非常可靠的互锁。此外，在工频运行时变频器将不可能对电动机的过载进行保护，所以，有必要接入热继电器FR，用于作为工频运行时的过载保护。变频器必须进行可靠接地。查阅变频器操作说明书，主回路应使用截面积不小于2mm2的独股绝缘铜线，接线时要求盘面走线，横平竖直。第四节PLC控制的变频与工频切换运行图18-1PLC控制变频与工频运行主回路第四节PLC控制的变频与工频切换运行 3.I/O分配 PLC的I/O分配如表18-1所示。序号名称数量备注1变频器1台

2三相异步电动机1台

3PLC1套

4自动空气开关1个

5交流接触器3个

6热继电器1个

7三位转换开关1个

8按钮5个绿色3个红色2个9指示灯4个绿色2个黄、红色各1个表18-2PLC控制变频与工频运行元器件明细表第四节PLC控制的变频与工频切换运行 4.元器件明细表 系统所用设备、元器件如表18-2所示。序号名称数量备注1变频器1台

2三相异步电动机1台

3PLC1套

4自动空气开关1个

5交流接触器3个

6热继电器1个

7三位转换开关1个

8按钮5个绿色3个红色2个9指示灯4个绿色2个黄、红色各1个表18-2PLC控制变频与工频运行元器件明细表第四节PLC控制的变频与工频切换运行 5.配电盘布置图如图18-2所示完成配电盘上各器件的布置和安装，并用万用表逐个检查元器件的好坏。图18-2PLC控制变频与工频运行配电盘布置图第四节PLC控制的变频与工频切换运行 6.控制/指示面板元器件布置图如图18-3所示完成控制/指示面板上各器件的布置和安装，并用万用表逐个检查元器件的好坏。图18-3PLC控制变频与工频运行控制/指示面板元件布置图第四节PLC控制的变频与工频切换运行 7.I/O接线如图18-4所示完成I/O的实际接线，并用万用表检查I/O接线的正确性。说明：变频器的正转输入端子FWD和多功能输入端子X1接线时不能接入PLC输出模块的220V交流电源，否则会烧毁端子。

接触器KM2和KM3的线圈之间要加硬线互锁，防止变频器的输入端直接与电源相接。图18-4PLC控制变频与工频运行I/O接线图第四节PLC控制的变频与工频切换运行 8.PLC程序按图18-5所示的梯形图输入程序，并连接下载到PLC。图18-5PLC控制变频与工频运行梯形图第四节PLC控制的变频与工频切换运行 9.变频器参数预置在变频器通电的情况下，按以下要求完成变频器参数的预置。 （1）预置变频器的运行操作方式F02--预置为“1”，即由外部端子[FWD]、[REV]输入运行命令。 （2）预置变频器的运行频率F01--预置为“0”，即由键盘面版（∧∨键）设定运行频率。 （3）预置变频器的加、减速时间F03--预置为“60”，即变频器输出的最高频率值。第四节PLC控制的变频与工频切换运行F07--预置为“18”，即变频器输出频率从0HZ到达最高频率（F03设定值）所需的加速时间。F08--预置为“12”，即变频器输出频率从最高频率（F03设定值）到达0HZ所需的减速时间。 （4）预置输入端子X1的功能E01-----预置为“8”，使X4端子具有外部报警复位功能。 10.系统运行，记录数据将系统按要求运行，观察系统工频和变频的运行情况及各指示灯的状态是否正常。第四节PLC控制的变频与工频切换运行 四、工艺要求 1.系统的通、断电操作符合安全操作规程的要求。 2.元器件画法符合IEC的有关标准。 3.元器件布置和所有接线符合国标对低压配电盘的有关规定。 4.按照电气制图的原则绘制图形。 5.操作面板布置合理，便于操作。第四节PLC控制的变频与工频切换运行 五、学习形式

本项目的学习形式建议以小组的形式进行，为保证每名学生的动手能力每组以2～4人为宜。指导教师在讲解项目要求时可采用集体的形式进行，学生动手进行项目时，指导教师在各组巡视、辅导，并可对个别学生现场提问和重点辅导。通过本项目的训练，着重培养学生的团结协作能力、与人相处的能力和一定的语言表达能力，按照职业规范要求进行操作的能力。第四节PLC控制的变频与工频切换运行 六、检测标准 1.通、断电顺序按要求正确操作。 2.正确、合理使用工具和仪表。 3.主回路接线规范，I/O接线合理、排列有序，正确使用万用表检查PLC的I/O接线。 4.PLC的程序输入正确，会连接和下载程序。 5.正确预置变频器的有关功能参数。 6.控制系统按要求工频和变频能手动选择和变频故障自动切换。 7.对通电运行中出现的问题能够正确分析和处理。第四节PLC控制的变频与工频切换运行 七、原理说明

1.切换控制的提出有的用户在采用变频器调速拖动系统时，常常提出了如下的要求：1、可根据工作需要选择“工频运行”或“变频运行”；2、在“变频运行”时可自动切换为“工频运行”方式，同时进行声光报警。因此，变频和工频之间进行切换的控制是十分重要和必要的。 2.PLC控制的切换电路

PLC控制的切换电路运行方式由三位开关SA进行选择。当SA合至左位“工频运行”方式时，按下启动按钮SB1，接触器KM2线圈得电并动作，电动机进入“工频运行”状态，按下停止按钮SB2，接触器KM2断电，电动机停止运行。第四节PLC控制的变频与工频切换运行当SA合至右位“变频运行”方式时，按下启动按钮SB1，接触器KM1线圈得电并动作，将工频电源接至变频器的输入端，并允许电动机起动。此后按下启动按钮SB3，接触器KM3线圈得电并动作，将电动机接至变频器的输出端，同时变频器的FWD与CM接通，电动机开始升速，进入“变频运行”状态。KM3动作后，停止按钮SB1将失去作用，以防直接通过切断变频器电源使电动机停机。在变频运行过程中，如果变频器因故障跳闸，则：“30A--30C”常闭断开，