资源简介

(共57张PPT)
项目五
PLC功能指令应用和PLC、变频器的综合控制
任务四
PART FOUR
电动机正反转三段调速运行的PLC和变频器综合控制
（1）认知三菱FR-700系列变频器并能正确安装、操作变频器。
（2）了解三菱FR-700系列变频器的分类、结构及日常维护。
（3）熟悉三菱FR-700系列变频器的操作面板和外部端子组合控制的接线。
（4）能安全正确地使用变频器，学会变频器三段调速的参数设置。
（5）能根据控制要求具备电动机正反转三段调速运行PLC与变频器综合控制的程序编写、录入、调试及监控其运行的能力。
（6）通过积极动手—尝试体验—拓展延伸的过程，培养学生协作、沟通、自学、善思的良好工作习惯和品质，增强就业意识。
任务目标
（1）认知三菱FR-700系列变频器并借助多媒体了解各种型号的变频器。
（2）进行变频器安装接线，观察变频器结构，正确操作变频器面板。
（3）绘制电动机正反转三段调速运行的PLC和变频器综合控制接线图，并能正确对PLC和变频器进行硬线连接。
（4）独立在GX软件中应用功能指令，设计编写电动机正反转三段调速运行的PLC和变频器综合控制的梯形图，并录入、调试及监控其运行。经指导教师初检后，通电检验调试运行。
任务清单分析
变频调速技术是电力拖动控制系统的换代技术，它在提高产品产量和质量、节约电能、实现自动化及改善工作环境等方面可以发挥很大作用。20世纪90年代以来，变频调速器在我国的应用逐渐广泛，不仅在新设备、家电中，对老设备（如风机、水泵、轧钢机、造纸机、化纤机械及机床、电梯、起重机等）的技术改造中也大量使用变频调速器（见图5-41）。
任务提出
三菱FR-700系列变频器是三菱公司制造的变频器，产品采用以微处理器为核心的数字控制技术，在使用过程中能达到很好的响应能力，具有频率设定检测、负荷选择、电流输入等功能，共计100多个参数可供选择，还能对变频器过载、CPU故障、电机再生电压过大等多种故障进行监控。当设备发生故障时，该变频器可及时停止运行，防止事态恶化，并通过参数单元显示故障代码，提高查找故障的效率。
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一、变频器的分类
1.按变频器的原理分类
按变频器的原理分类如图5-42所示。
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1）交-交变频器
交?交变频器将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源，其主要优点是没有中间环节，变换率高。但其连续可调的频率范围较窄，主要用于容量较大的低速拖动系统中。
2）交-直-交变频器
交?直?交变频器先将频率固定的交流电整流后变成直流，再经过逆变电路，把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电较易控制，因此在频率的调节范围上就有明显优势。目前三菱的变频器大都为这个类型。
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（1)电压型：整流后靠电容来滤波，现在使用的大都为电压型。
（2)电流型：整流后靠电感来滤波。
（3)脉幅调制（PAM）：输出电压大小通过改变直流电压来实现。
（4)脉宽调制（PWM）：输出电压大小通过改变输出脉冲的占空比来实现。
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2.按变频器的用途分类
按变频器的用途分类如图5-43所示。
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1）专用变频器
专用变频器是针对某一种（类）特定的控制对象而设计的，如风机、水泵用变频器、电梯及起重机械用变频器、中频变频器等。
2）通用变频器
通用变频器是数量最多、应用最广泛的一种，也是我们讲解的主要品种。大容量变频器主要用于冶金工业的一些低速场合。
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（1）节能型变频器。由于节能型变频器的负载主要是风机、泵、二次方率负载，对调速性能的要求不高，因此控制方法比较单一，一般只有V/F控制，但价格相对便宜。
（2）通用型变频器。通用型变频器主要用在生产机械的调速上，对调速性能的要求（如调速范围，调速后的动、静态特性等）往往较高，价格也较贵，它的控制方法除了V/F控制，还有矢量控制。此外，高性能的变频器还配备了各种控制功能，如PID调节、PLC控制、PG闭环速度控制等。
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二、三菱变频器的型号介绍
1.三菱变频器型号命名
三菱变频器型号命名如图5-44所示。
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2.三菱 FR-700 系列变频器
三菱 FR-700 系列变频器如图5-45所示。
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1）高性能及先进的功能
（1）先进磁通矢量控制功能。
（2）低速时的转矩能力（0.3 Hz，200％）。
（3）扩展能力强，可同时选三个内置选件卡。
2）简单的操作及维护
（1）柔性PWM，实现更低噪声运行。
（2）内置RS-485通信口，可插扩展卡，符合全世界标准。
（3）PID等多种功能，适合各种应用场合。
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三、FR-700系列变频器的结构
1.FR-700系列变频器的基本构成
FR-700系列变频器的基本构成如图5-46所示。
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2.FR-700系列变频器的外观结构
FR-700系列变频器的外观结构如图5-47所示。
图5-47FR-700系列变频器的外观结构
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四、变频器的构成与工作原理
1.变频器回路的构成
通用变频器把工频电流（50 Hz或60 Hz）变换成各种频率的交流电流，以实现电机的变速运行。图5-48所示变频器由主回路和控制回路构成。主回路包括整流电路（工频电源的交流电变换成直流电且对直流电进行平滑滤波处理）和逆变电路（直流电变换成各种频率的交流电）两部分。控制回路完成对主电路的控制。
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2.变频器的工作原理
以交-直-交变频器为例介绍变频器的工作原理，如图5-49所示。
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（1）用可控整流器调压，逆变器变频。
（2）用直流斩波器调压，逆变器变频。
（3）用不可控整流器整流，PWM变压变频。PWM即脉冲宽度调制，在同一逆变器中既调压又变频，电路结构简单，可靠性高，调节速度快，输出电压电流波形较好，并且对电网功率因数较高，因而在实际工程中使用较多。
总之，变频器是一种利用电力半导体器件通断作用，将工频交流电变换成频率、电压连续可调的交流电的电能控制装置。
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五、变频器的安装与接线
1.变频器的安装
（1）在两台或两台以上变频器及通风扇安装在一个控制柜内时，变频器要并排放，通风扇上下放。
（2）变频器要用螺钉垂直且牢固地安装在安装板上。
（3）变频器安装时为了使热量易于散发，应在其周围留有足够的空间，左右与其他物体相隔10 mm以上，上下100 mm以上。
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2.变频器的接线
变频器接线图如图5-50所示。
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3.接线端子说明
1）主回路端子说明
（1）L1、L2、L3：电源输入。
（2）U、V、W：变频器输出。
（3）PR：连接制动电阻器。
（4）＋、—：连接制动单元。
（5）P1：连接改善功率因数DC电抗器。
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2）控制回路端子说明
（1）变频器控制回路输入端子说明见表5-11。
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注意：根据输入端子功能选择(Pr.180~Pr.183)来安排AU信号的端子；表中“*”表示通过漏型和源型的切换变为接点输入信号的公共端子。
（2）变频器控制回路输出端子说明见表5-12。
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*1： 低电平表示集电极开路输出用的晶体管处于ON(导通状态)，高电平为OFF (不导通状态)。
*2： 变频器复位中不被输出。
4.变频器安装与接线的注意事项
（1）电源及电机接线的接线端子应使用带有绝缘管的端子。
（2）电源一定不能接到变频器输出端上(U、V、W)，否则将损坏变频器。
（3）接线后，零碎线头必须清理干净，否则可能造成异常、失灵或故障。必须始终保持变频器的清洁，控制台上打孔时注意不要使碎片粉末等进入变频器。
（4）在端子＋、PR间不要连接除建议的制动电阻器选件以外的任何东西，且绝对不要短接。
（5）运行后，改变接线的操作，必须在电源切断10 min以上，用万用表检查电压后进行断电后一段时间内，因为电容上仍然有危险的高压电。
（6）由于在变频器内有漏电流，为了防止触电，变频器和电机必须接地。变频器接地用专用接地端子，不要用外壳、底盘等上面的螺钉代替。
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六、变频器的操作流程
1.变频器操作前的准备及基本操作
如图5-51所示，使用变频调速器之前，首先要熟悉它的面板显示和操作并按照使用现场的要求合理设置参数。
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变频器可采用外部操作模式、PU操作模式、外部/PU组合操作模式和通信操作模式。
（1）外部操作模式（出厂设定）。连接到端子板的外部操作信号（频率设定电位器、起动开关等）控制变频器的运行。接通电源，STF/STR置ON，则开始运行。
（2）PU操作模式。通过操作面板按键操作，不需要外接信号。
（3）外部/PU组合操作模式。Pr.79运行模式选择需设定。
（4）通信操作模式。通过RS?485通信电缆将PC连接PU接口进行通信操作。
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2.变频器面板的操作流程
1）MODE键操作流程
按MODE键，可以改变监视显示的模式，分别按图5-52所示顺序（监视模式—频率设定模式—参数设定模式—运行模式—帮助模式）依次循环显示。
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2）参数设定模式
按图5-53所示进行参数设定，参数设定时要在PU操作模式下，Pr.79设置为0或4。
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3）操作模式切换
在图5-54所示的操作流程中的“操作模式”状态下，可以通过上下键在外部操作、PU操作、PU点动操作之间直接切换，更改模式。除此之外，还可以通过Pr.79的设定更改，在操作模式下按PU/EXT键，可选择“外部操作”（利用外部信号控制变频器的运转，此时EXT灯亮）、“PU操作”（利用变频器操作单元的键盘直接控制变频器的运转，此时PU灯亮）或“JOG”（PU点动操作）等各种操作模式。 在监视模式下按SET键，可以选择显示电机的频率（Hz灯亮）、电压（V灯亮）或电流（A灯亮）等各种信息。在频率设定模式下可改变频率。
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3.外部操作模式
外部操作模式如图5-56所示。
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4.PU操作模式
PU操作模式如图5-57所示。
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（1）上电，确认操作模式中显示“PU”。
（2）在操作流程中的“频率设定模式”下设定运行频率。
（3）按操作面板上的 FWD或REV键，给定起动信号。
（4）电机起动,操作面板上自动变为监视模式，显示输出频率。
（5）按STOP/RESET键,停止。
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七、变频器的参数设置
FR-700系列变频器常用参数设置详见表5-13。
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（1）变频器参数设置时的注意事项。设置参数前先将变频器参数复位为初始值；设定P0003=2允许访问扩展参数；设定电机参数时先设定P0010=1(快速调试)，电机参数设置完成设定P0010=0(准备)。
（2）参数清除如图5-58所示。设定参数Pr.CL=“1”时会将参数清除，参数将恢复到初始值。但如果写入参数选择Pr.77=“1”时无法清除参数，需先将其设置为0。
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（3）Pr.1参数变更实例如图5-59所示。
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八、变频器运行
1.变频器的PU运行
变频器的PU运行即利用变频器面板操作单元直接控制变频器的运转。
1）PU点动运行
正式投入运行前应试运行。试运行可采用点动方式，此时电动机应旋转平稳，无不正常的振动和噪声。例如，要求频率为20 Hz，其操作步骤如下。
（1）按PU/EXT键至“PU运行模式”，确认PU灯亮。
（2）点动频率出厂值设为5 Hz，现改为20 Hz（Pr.15）。
（3）按PU/EXT键至显示窗口出现“JOG”（点动模式）。
（4）按住FWD或REV键电机旋转，松开则电机停转。
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2）PU连续运行
例如，要求将频率更改为45 Hz连续运行，操作步骤如下。
（1）按PU/EXT键至“PU运行模式”，确认PU灯亮。
（2）设定当前运行频率为45 Hz，方法是在频率监视器模式下旋转M旋钮至45 Hz，当显示器闪烁时按下SET键即可。
（3）按FWD或REV键电机正转或反转起动，显示器上相应指示灯亮。加速时间结束后，显示器显示运行频率应为45 Hz。
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2.变频器的外部运行
变频器的外部运行是利用外部的开关、电位器等元器件将外部操作信号输入变频器，控制变频器的运转。
若用复位的按钮开关，可按图5-60所示接线连续运行，这里的STOP起自保持作用，因为是外部运行，如果要停止,不能按面板上按钮，只能断开SD。
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3.变频器的组合运行
变频器的组合运行即面板PU操作和外部操作两种方式并用。
1）Pr.79=3组合运行方式一
用外部接线控制电动机的起动停止，而由PU调节频率。
2）Pr.79=4组合运行方式二
起动用PU控制，频率用电位器或其他外部信号调节。
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九、变频器日常维护
1.维护和检查时的注意事项
（1）变频器断开电源后不久，储能电容上仍然剩余有高压电。进行检查前，先断开电源，过10 min后用万用表测量，确认变频器主回路正负端子两端电压在直流几伏以下后再进行检查。
（2）用兆欧表测量变频器外部电路的绝缘电阻前，要拆下变频器所有端子上的电线，以防止测量高电压加到变频器上。控制回路的通断测试应使用万用表（高阻挡），不要使用兆欧表。
（3）不要对变频器进行耐压测试，如果测试不当，可能会使电子元器件损坏。
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2.日常检查项目
（1）变频器是否按设定参数运行，面板显示是否正常。
（2）安装场所的环境、温度、湿度是否符合要求。
（3）变频器的进风口和出风口有无积尘和堵塞。
（4）变频器是否有异常振动、噪声和气味。
（5）是否出现过热和变色。
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3.定期检查项目
（1）定期检查除尘。除尘前先切断电源，待变频器充分放电后打开机盖，用压缩空气或软毛刷对积尘进行清理。除尘时要格外小心，不要触及元器件和微动开关。
（2）定期检查变频器的主要运行参数是否在规定的范围。
（3）定期检查固定变频器的螺钉和螺栓是否由于振动、温度变化等原因松动，导线是否连接可靠，绝缘物质是否被腐蚀或破损。
（4）定期检查变频器的冷却风扇、滤波电容，当达到使用期限后应及时进行更换。
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通过PLC、变频器综合实训装置的实操演示，引导学生对电动机正反转三段调速运行的PLC和变频器综合控制有较全面的认识。
一、三相异步电动机正反转三段调速运行的变频器控制
控制要求：电动机分别在15 Hz、30 Hz、45 Hz的频率下运行。
（1）根据图5-61接线。
任务实施
（2）通电前检查。
（3）通电。
（4）根据任务要求进行参数设置。
（5）运行观察。
（6）巡回指导。
①根据任务要求安装接线。
②查阅表5-13进行参数设置。
③试车。
④学生实习操作，教师巡回指导。
⑤评分检测
任务实施
电动机正反转三段调速运行的PLC和变频器组合控制任务测评标准见表5-14。
能力测评
设计一个搅拌机的PLC、变频器综合控制系统程序。某搅拌机需要按照不同的搅拌速度进行搅拌作业，现要求利用PLC和变频器对该搅拌机进行控制。
1.控制要求
（1）按下起动按钮，搅拌机电机以f=30 Hz的频率起动搅拌。
（2）搅拌5 s后，自动转换为f=60 Hz的频率搅拌。
（3）快速搅拌8 s后又自动切换为f=20 Hz的频率搅拌。
（4）5 s后反转以f=30 Hz的频率搅拌。
（5）5 s后自动停止。
（6）当再次按下起动按钮时，重复上述动作。
巩固与练习
2.具体操作要求
（1）画出PLC、变频器控制搅拌机的I/O接线图。
（2）写出变频器需要设置的参数及其功能。
（3）按照设计的接线图接线，编程并对程序调试运行，实现设计功能。
巩固与练习
1.FX系列PLC功能指令的通用格式和具体说明是什么？
2.PLC软元件中，什么是位元件、字元件？什么是组合位元件？
3.K1Y0、K2X0、K4M0各表示什么含义？
4.功能指令符后面加P，其作用是什么？（如MOVP K10 D20）
5.功能指令符前面加D，其作用是什么？（如DMOV D15 D10）
6.FX2N的数据寄存器D的主要作用是什么？单个数据寄存器能存储几位二进制数据？
7.PLC编程中，K23代表什么数？H2代表什么数？
8.试设计以下程序：按下起动按钮，电动机2先起动，经过1.5 s后电动机1起动。按下停止按钮，电动机2先停止，1.5 s后电动机1停止。编写其梯形图和指令。
思考与习题
9.运用PLC的比较指令设计一密码锁控制程序。密码锁为8个按钮，若按H65（即01100101B），正确后经过2 s开启照明（Y1）；按H87（即10000111B），正确后经过3 s开启空调（Y2）；如果错误，则启动报警器（Y3），按下复位按钮X17，可以对报警器进行复位。试编写其梯形图和指令。
10.某广告牌共22盏灯，按下起动按钮X0，灯以正序、反序每0.1 s间隔轮流点亮；按下停止按钮X1则停止。请按以上控制要求绘制I/O功能表并设计其梯形图。
11.用PLC对自动售货机进行控制，根据如下工作要求设计梯形图。
（1）此售货机可投入1元、5元或10元纸币。
（2）当投入的纸币总值超过12元时，汽水按钮指示灯亮；当投入的纸币总值超过15元时，汽水及咖啡按钮指示灯都亮。
思考与习题
（3）当汽水按钮指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出7 s后自动停止，这段时间内汽水指示灯闪动。
（4）当咖啡按钮指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出7 s后自动停止，这段时间内咖啡指示灯闪动。
（5）若投入纸币总值超过按钮所需的钱数（汽水12元，咖啡15元）时，找钱指示灯亮，表示找钱动作，并退出多余的钱。
思考与习题
I/O分配如下。
输入输出
1元识别口：X0咖啡出口：Y10
5元识别口：X1汽水出口：Y11
10元识别口：X2咖啡按钮指示灯：Y12
咖啡按钮：X3汽水按钮指示灯：Y13
汽水按钮：X4找钱指示灯：Y14
记数手动复位：X5
思考与习题
12.交—直—交变频器分为哪几类？其定义分别是什么？
13.变频调速和变极调速分别有哪些特点？
14.简述变频器安装与接线的注意事项。
15.变频器日常维护维护和检查时的注意事项有哪些？
16.变频器日常检查项目有哪些？
17.变频器的Pr.1、Pr.2、Pr.18参数分别是什么设置功能？
18.写出改变参数P7设定值为4.0的操作步骤和每一步的显示结果。
19.写出改变参数P160的操作步骤和每一步的显示结果。
20.写出改变参数清零的操作步骤和每一步的显示结果。
21.应用变频器实现外部端子点动控制的操作步骤是什么？
思考与习题
22.依据控制要求实现变频器控制电动机的正反转，绘制变频器所设置的参数功能表及其接线图。控制要求如下。
（1）正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流、额定功率、额定转速。
（2）通过外部端子控制电动机起动/停止、正转/反转，按下按钮S1电动机正转，按下按钮S2电动机反转。
（3）运用操作面板改变电动机起动的点动运行频率和加减速时间。
23.依据控制要求实现PLC和变频器综合控制电动机正反转控制，绘制变频器所设置的参数功能表和PLC、变频器外部接线图。控制要求如下。
（1）正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流、额定功率、额定转速。
（2）通过外部端子控制电动机起动/停止、正转/反转，按下按钮S1电动机正转起动，按下按钮S3电动机停止，待电动机停止运转后，按下按钮S2电动机反转。
（3）运用操作面板改变电动机起动的点动运行频率和加减速时间。
思考与习题
24.依据变频器调速控制要求实现变频器的多段调速。控制要求如下。
（1）正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流、额定功率、额定转速。
（2）通过外部端子控制电动机多段速度运行，开关K2、K3、K4、K5按不同的方式组合，可选择15种不同的输出频率。
（3）运用操作面板设定电动机的运行频率、加减速时间。
思考与习题
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