变频调速与伺服驱动技术课件 4PLC和变频器的工业应用、5 变频控制系统的典型应用

1200PLC和变频器的工业应用知识目标：了解货物升降机的结构和工作原理了解PLC与变频器线路连接的方式掌握PLC控制货物升降机程序的设计能力目标：学会PLC与变频器线路数字量的连接能够正确完成PLC和变频器的程序设计调试能够根据控制要求完成变频器的参数设置任务描述：当货物升降机停于底层，按下上升按钮SB1时，货物升降机缓慢启动上升，变频器输出频率为20Hz；按下下降按钮SB2时，货物升降机进行缓慢启动下降，输出频率为20Hz；按下停止按钮SB3时，升降机减速停止；输出频率为20Hz；按下点动上升按钮SB4时，货物升降机点动上升运行；按下点动下降按钮SB5时，货物升降机点动下降运行。变频器斜坡上升/下降时间为10s，输出频率为20Hz，请设置参数完成上述功能要求并运行调试？

任务1PLC控制货物升降机的运行调试PLC不但具有体积小、程序编写简单、组装灵活多变，还有优越的抗干扰能力和较高的可靠性等优点。PLC控制变频器方式有三种：

数字量方式控制

模拟量方式控制

网络通信方式控制一、PLC与变频器连接方式1.利用PLC的数字量控制变频器PLC的数字量输出信号一般可以与变频器数字量输入端直接相连。AC/DC/Rly类型的PLC，输出端子直接与变频器数字量输入端子（5、6和7）相连。PLC公共端1L接变频器的端子8（24V）。连接外部DC24V后接变频器端子9（0V）。PNP型接线方式，电流流入变频器数字量输入端。内部DC24V电源

外部DC24V电源一、PLC与变频器连接方式DC/DC/DC类型的PLC公共端3L+接高电平，3M接低电平。电流流入变频器数字量输入端，组成PNP型接线方式。3L+接变频器端子8（24V），3M接变频器端子9（0V）；3L+接外部DC24V后与变频器端子9（0V）连接，3M接变频器端子9（0V）。内部DC24V电源

外部DC24V电源一、PLC与变频器连接方式2.利用PLC的模拟量控制变频器1200PLC模拟量模块提供0~10V电压信号和0~20mA电流信号，作为变频器的模拟量输入信号，控制变频器的输出频率。模拟量模块SM1232的0和0M端子将信号输送到变频器端子3和4中。一、PLC与变频器连接方式3.利用PLC的网络通信方式控制变频器所有的标准西门子MM4系列变频器都有一个RS-485串行接口，采用双线连接，其设计标准适用于工业环境的应用对象。链路中需要有一个主站，而各个变频器则是从站。优点：速度快、距离远、效率高、工作稳定、编程简单、可连接变频器数量多。缺点：造价较高。二、货物升降机的构成1.基本构成升降机的升降过程是利用电动机正反转卷绕钢丝绳带动吊笼上下运动来实现的。由1导向轮；2极限开关；3罐笼；4电动机；5电磁制动器；6升降机以及各种主令电器等组成，其基本结构如下图所示。2.工作过程起动时缓慢的升速，达到一定速度后快速运行，当接近终点时，先减速，再缓慢停车。给出启动信号，以S型平稳起动，运行到目的地，以较S型速停止。给出点动信号，货物升降机以点动方式运行。任务实施：PLC控制货物升降机的运行调试（1）电气元件和耗材1200PLC、MM420变频器、三相异步电动机（WDJ26）、电气控制板、常用电工工具、数字万用表、铜导线、按钮等。（2）线路连接1200PLC输入端子I0.1~I0.3分别接上升按钮、下降按钮、停止按钮，DC24V的正极接常开按钮的一端，DC24V的负极接1200PLC输入公共端1M。1200PLC输出端Q0.1和Q0.2接变频器端子5和6，公共端1L接变频器端子8。任务实施：PLC控制货物升降机的运行调试（3）输入输出分配表输入地址符号功能输出地址符号功能I0.1SB1上升按钮Q0.1端子5变频器正转I0.2SB2下降按钮Q0.2端子6变频器反转I0.3SB3停止按钮

I0.4SB4点动上升按钮

I0.5SB5点动下降按钮

任务实施：PLC控制货物升降机的运行调试（4）PLC梯形图程序设计程序段1为控制升降机上升和下降程序，考虑升降机无法安全控制，因此需要添加互锁控制。任务实施：PLC控制货物升降机的运行调试（4）PLC梯形图程序设计程序段2为连续运行控制与点动控制。任务实施：PLC控制货物升降机的运行调试（5）参数设置①恢复工厂缺省值，其设置操作流程参数如下表所示。参数号出厂值设定值说明P0010030进入工厂复位准备状态P097001参数复位②快速调试电动机参数，为了使电动机与变频器匹配，需要设置电动机参数，具体操作流程参数如下表所示。参数号出厂值设定值说明P001001开始快速调试P010000功率以KW表示，频率为50HzP0304230380电动机额定电压（V）P03053.250.35电动机额定电流（A）P03070.750.04电动机额定功率（KW）P03105050电动机额定频率（Hz）P031101430电动机额定转速（r/min）P390001结束快速调试任务实施：PLC控制货物升降机的运行调试③功能参数设置，货物升降机具体参数设置如下表所示。参数号出厂值设定值说明P000313设用户访问级为专家级P000400设定访问全部参数P070022命令源选择由端子排输入P070111ON接通正转，OFF1停止P0702122ON接通反转，OFF1停止P100021频率源由键盘（电动电位计）输入P1040520设定键盘控制的频率值（Hz）P11201010斜坡上升时间P11211010斜坡下降时间P113001斜坡上升曲线的起始圆弧时间P113101斜坡上升曲线的结束圆弧时间P113201斜坡下降曲线的起始圆弧时间P113301斜坡下降曲线的结束圆弧时间任务实施：PLC控制货物升降机的运行调试（6）运行调试

上升运行：按下SB1上升按钮I0.1时，PLC输出端Q0.1为ON，变频器端子5为ON，升降机缓慢上升运行，观察变频器是否输出20Hz。按下SB3停止按钮I0.3时，PLC输出端Q0.1为OFF，变频器端子5为OFF，升降机减速停止。（升降机停止运行状态下按下上升按钮才有效）

下降运行：按下SB2下降按钮I0.2时，PLC输出端Q0.2为ON，变频器端子6为ON，升降机缓慢下降运行，观察变频器是否输出20Hz。（升降机停止运行状态下按下下降按钮才有效）

点动上升：按下SB4点动上升按钮I0.4，升降机缓慢点动上升运行，变频器输出20Hz。松开SB4点动按钮I0.4，升降机减速停止。点动下降：按下SB5点动下降按钮I0.5，升降机缓慢点动下降运行，变频器输出20Hz。松开SB5点动按钮I0.5，升降机减速停止。任务2PLC模拟量控制风机的运行调试知识目标：了解模拟量与数字量信号含义和特点掌握PLC模拟量输出模块和输入模块量程的计算掌握PLC模拟量控制相关编程指令能力目标：学会PLC与变频器线路模拟量的连接能够正确完成PLC模拟量输出控制风机的程序设计和调试能够正确设置PLC模拟量输出控制风机的变频器的参数任务描述：矿井行业使用风机类负载是很多的，尤其是锅炉系统中的鼓引风机功率大、

耗电多，传统挡风板相比变频调速节能效果相差很远。基于PLC模拟量输出控制风机变频调速。按下SB1启动按钮，风机起动运行。按下停止按钮SB2，风机停止运行。按下SB1启动按钮1次，变频器输出频率为10Hz，按下SB1启动按钮2次，变频器输出频率为20Hz，以此类推，最大输出频率不大于50Hz。

任务2PLC模拟量控制风机的运行调试一、模拟量与数字量信号2.模拟量与数字量的转换模拟量转换为数字量分为双极性和单极性两种。双极性模拟量有-10V~10V、-5~5V等对应关系如图。最小值对应0，最大值对应27648最小值对应-27648，最大值对应27648，任务2PLC模拟量控制风机的运行调试一、模拟量与数字量信号1.模拟量与数字量信号含义模拟量是指一些连续变化的物理量，如电压、电流、压力、速度、流量等信号量，模拟信号是幅度随时间连续变化的信号，通常电压信号为0~10V，电流信号为4~20mA。数字量：又称开关量，只有0和1两种状态，其参数值不随时间作连续变化。任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块1200PLC不能直接处理模拟量信号，因此需要使用模拟量输入模块把模拟量信号转换成数字量信号，这种转换称为模数转换；同理1200PLC产生的数字量信号也需要转换成模拟量才能控制执行机构，这种转换是从数字量转换成模拟量，所以称为数模转换。1.模拟量模块分类1200PLC配套的模拟量模块有：SM1231模拟量输入模块SM1231热电偶和热电阻模拟量输入模块SM1232模拟量输出模块SM1232四路模拟量输入/两路模拟量输出模块任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块1.模拟量模块分类模拟量模块安装在PLC的右侧，且通过模块自带的针孔连接到PLC的扩展接口上。模拟量信号板必须安装在本体上，且通过模块自带的针孔连接到PLC的扩展接口上。模拟量模块安装位置任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块2.1200PLC模拟量输入模块1200PLC模拟量输入模块主要把外部的电流或者电压信号转换成数字量工程值。模拟量输入模块主要与各类模拟量传感器、变送器相连接。任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块2.1200PLC模拟量输入模块模拟量输入模块安装在PLC本体的右侧的插槽内，可以提供多个模拟量输入模块，模拟量信号通过SM1231模拟量输入模块传输到PLC的CPU中，模拟量输入模块参数如下表所示。模拟量输入模块参数模拟量模块SM1231AI4×13位SM1231AI4×16位SM1231AI8×13位通道数448输入类型电流或电压电流或电压电流或电压输入信号范围-2.5V~2.5V，-5V~5V，-10V~10V，0~20mA，4~20mA（-1.25V~1.25V，16位特有）满程值双极性：-27648~27648；单极性：0~27648任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块2.1200PLC模拟量输入模块添加模拟量输入模块模拟量地址自动排序，地址为一个字长，一般从偶数地址开始，例如：IW96、IW98、IW100和IW102等，也可以通过软件自行修改，如下图所示。任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块2.1200PLC模拟量输入模块模拟量输入模块SM1231，有4路和8路的模块，下图中SM1231有4路的AI模块，即有4个通道，每个通道有两个接线端子，比如0+，0-。

既可以接受0~20mA、4~20mA电流信号，也可以接受-2.5V~2.5V、-5V~5V和-10V~10V等电压信号。模拟量输入模块SM1231任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块2.1200PLC模拟量输入模块同时1200PLC本体系列自带2路模拟量输入通道。分别为通道0、通道1。自带模拟量输入端子只能接受0~10V电压信号，对应的数字量0~27648。例如输入电压为5V，PLC读入的数字量为13824。

任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块3.1200模拟量输出模块1200PLC模拟量输出模块主要把PLC程序数字量转换成模拟量（电流或者电压）信号输出，一般与变频器或者阀门相连接。

任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块3.1200模拟量输出模块SM1232模拟量输出模块安装在PLC本体的右侧的插槽内，参数如下表所示。

模拟量模块SM12322×14位SM12322×14位通道数24输

出类型电流或电压电流或电压输出信号范围-10V~10V，0~20mA，4~20mA-10V~10V，0~20mA，4~20mA满程值双极性：-27648~27648；单极性：0~27648任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块3.1200模拟量输出模块添加模拟量输出模块模拟量地址自动排序，地址为一个字长，一般从偶数地址开始，例如：QW96、QW98等，也可以通过软件自行修改，如下图所示。

任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块3.1200PLC模拟量输出模块SM1232AQ2×14位具有2路模拟量输出通道，输出类型为电压或电流，输出范围是±10V或0~20mA，对应的数字量-27648~27648和0~27648。

模拟量输出模块SM1232SM1232有2路的AQ模块，即有2个通道，每个通道有两个接线端子，比如0M，0。任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块4.模拟量量程计算（1）NORM_X标准化指令把一个通道的工程量，转换为0.0~1.0之间的数据。NORM_X指令的整数输入数值VALUE在下限和上限之间。NORM_X转换NORM_X指令参数梯形图参数数据类型说明

ENBOOL允许输入ENOBOOL允许输出MIN整数、浮点数取值范围的下限VALUE整数、浮点数要标准化的值MAX整数、浮点数取值范围的上限OUT浮点数标准化结果任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块4.模拟量量程计算（2）SCALE_X缩放指令将浮点数输入值线性转换为下限和上限定义数值范围之内的整数，一般是指将0.0~1.0之间的数据转换为所需要的范围。NORM_X转换SCALE_X指令参数

梯形图参数数据类型说明

ENBOOL允许输入ENOBOOL允许输出MIN整数、浮点数取值范围的下限VALUE整数、浮点数要标准化的值MAX整数、浮点数取值范围的上限OUT浮点数标准化结果任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块例如：基于1200PLC自带的模拟量输入模块，若外部模拟量输入电压在1~4V之间，指示灯HL1点亮，若外部模拟量输入电压在4~8V之间，指示灯HL2点亮，若外部模拟量输入电压在8~10V之间，指示灯HL3点亮。双击项目树中的设备组态，选中1200PLC本体→右键属性→常规→模拟量输入，可以发现1200PLC本体自带的模拟量输入通道地址为IW64（通道0），模拟量输入电压信号为0~10V。任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块梯形图中当外部输入电压为5.2528V，模拟量输入模块通道0地址IW64检测的数据为14523；NORM_X指令将模拟量输入通道的IW64的值标准化为MD20的0.52528，SCALE_X指令将（MD20）缩放为实际电压5.2528V。当前电压大于4.0V但是小于8.0V，因此Q0.2指示灯HL2点亮。任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块例如：基于SM1232模拟量输出模块，按下SB1按钮1次输出电压信号2V，按下SB1按钮2次输出电压信号4V，按下SB1按钮3次输出电压信号6V，按下SB1按钮4次输出电压信号8V，按下SB1按钮5次输出电压信号10V，通过外接电压表测量，长按5秒SB1按钮输出电压信号0V。双击项目树中的设备组态，选中1200PLC右侧模拟量输出模块SM1232，右键属性→常规→模拟量输出→I/O地址，可以发现模拟量输出模块通道分配的地址为QW96（通道0），模拟量输出电压范围0~10V。任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块程序段1中的CTU计数器指令对I0.1按钮SB1按下次数进行统计，并将数据储存在MW10中；程序段2若按下按钮SB1时间累计大于5秒时辅助继电器M1.0得电，说明5秒时间到，将CTU计数器复位；任务2PLC模拟量控制风机的运行调试二、1200PLC模拟量模块若按下SB1按钮2次，MW10的当前值为2，次数标定值MD20为0.4，模拟量输出值QW96为11059，实际输出电压为（11059÷27648）*10V=3.999V，说明按下SB1按钮2次，输出电压约为4V。程序段3中NORM_X指令将统计次数标定转化在0.0~1.0范围内标定值MD20，并通过SCALE_X指令缩放为模拟量输出值QW96。任务实施：PLC模拟量控制风机的调试基于PLC模拟量输出控制风机变频调速。按下SB1启动按钮，风机起动运行。按下SB2停止按钮，风机停止运行。按下SB1启动按钮1次，变频器输出频率为10Hz；按下SB1启动按钮2次，变频器输出频率为20Hz；以此类推，最大输出频率不大于50Hz。

分析：通过PLC程序来改变风机运行转速，这是PLC模拟量输出的典型应用。PLC模拟量输出模块输出0~10V电压控制变频器输出频率。（1）电气元件和耗材1200PLC、模拟量模块SM1232、MM420变频器、三相异步电动机（WDJ26）、电气控制板、常用电工工具、数字万用表、铜导线、按钮等。任务实施：PLC模拟量控制风机的调试（2）线路连接1200PLC输入端子I0.1、I0.2分别接启动按钮和停止按钮，DC24V的正极接常开按钮的一端，DC24V的负极接到1200PLC输入公共端1M。1200PLC输出端Q0.1接变频器数字量端子5，1200PLC输出公共端1L接到变频器端子8；模拟量输出模块SM1232的0和0M接变频器端子3和4。

任务实施：PLC模拟量控制风机的调试（3）输入输出分配表输入地址符号功能输出地址符号功能I0.1SB1启动按钮Q0.1端子5变频器启动I0.2SB2停止按钮QW112/模拟量输出任务实施：PLC模拟量控制风机的调试（4）PLC梯形图程序设计①硬件组态在设备组态中PLC本体右侧插槽添加模拟量输出模块SM1232AQ2×14位，右键属性→常规→模拟量输出→I/O地址，模拟量输出模块通道地址为QW112、QW114。模拟量输出地址任务实施：PLC模拟量控制风机的调试②梯形图程序段3将启动按钮按下次数MW5的数据乘以10转换为频率值MW10；程序段2为统计启动按钮按下次数程序，使用CTU计数器计数，并将计数结果存储在MW5中；程序段1为启动程序，按下启动按钮I0.1，线圈Q0.1得电，变频器启动；按下停止按钮I0.2，Q0.1失电，变频器停止；任务实施：PLC模拟量控制风机的调试②梯形图如按下启动按钮3次，次数MW5为3，频率值MW10为30，模拟量输出值QW112为16589，变频器模拟量输入（16589÷27648）×10V=6V，输出30Hz。程序段4使用NORM_X指令和SCALE_X指令，将频率值MW10转换为模拟量输出QW112。任务实施：PLC模拟量控制风机的调试（5）参数设置功能参数设置，模拟量输出控制风机具体参数设置如下表。参数号出厂值设定值说明P000313设用户访问级为专家级P000400设定访问全部参数P070022命令源选择由端子排输入P070111ON接通正转，OFF1停止P100022频率源由模拟量AIN给定任务实施：PLC模拟量控制风机的调试（6）运行调试风机启停：按下SB1启动按钮I0.1时，PLC输出端Q0.1为ON，变频器端子5为ON，观察风机是否缓慢运行；按下SB2停止按钮I0.2时，PLC输出端Q0.1为OFF，变频器端子5为OFF，观察风机是否减速停止。风机频率调整：按下SB1启动按钮1次观察变频器输出频率是否为10Hz，按下SB1启动按钮2次观察变频器输出频率是否为20Hz，直至按下SB1启动按钮5次。任务3PLC控制吸尘机的多段速调试知识目标：掌握变频器多段速控制功能掌握变频器多段速控制参数设置能力目标：学会1200PLC控制吸尘机多段速线路数字量的连接能够正确完成1200PLC控制吸尘机多段速的程序设计和调试能够独立设置1200PLC控制吸尘机多段速的参数任务描述：某公司有3台设备共用一台1kW的吸尘机，用来吸取电锯工作时产生的锯屑，不同的设备对风量需求区别不同。按下启/停按钮，吸尘机以10Hz作为开始工作频率，每间隔30秒，吸尘机工作频率叠加5Hz，直到输出工作频率到达40Hz；吸尘机工作频率在40Hz后再次按下启/停按钮吸尘机工作频率将下降5Hz，以后每间隔30秒吸尘机工作频率下降5Hz，直至输出频率为0Hz停止运行，按下急停按钮，吸尘机立即减速停止。一、PLC控制吸尘机三段速某公司有3台设备共用一台1kW的吸尘机，用来吸取电锯工作时产生的锯屑，3台设备不能同时运行。按下启/停按钮SB0启动运行。按下1#设备电锯工作按钮SB1，变频器输出10Hz工作频率；按下2#设备电锯工作按钮SB2，变频器输出30Hz工作频率；按下3#设备电锯工作按钮SB3，变频器输出50Hz工作频率。西门子MM420变频器共有七段固有频率，可以选择三段速。定义端子5（DIN1）、6（DIN2）为固有频率端子。三段固有频率状态表如下表。固有频率（端子6）（端子5）参数号频率（Hz）101P100110210P100230311P100350I0.0~I0.3分别接启/停按钮、1#设备按钮、2#设备按钮和3#设备按钮，DC24V的正极接常开按钮的一端，DC24V的负极接到1200PLC输入公共端1M。1200PLC输出端Q0.1和Q0.2接变频器数字量端子5和6，1200PLC输出公共端1L接到变频器端子8。一、PLC控制吸尘机三段速PLC梯形图程序设计程序段1为按下启/停控制程序，按下启/停按钮1次，CTU计数器的当前值MW10=1，按下启/停按钮2次，CTU计数器的当前值MW10=2。程序段2为1#设备控制程序，在CTU计数器的当前值MW10=1时，若按下1#设备按钮，置位Q0.1和复位Q0.2，变频器端子5接通输出频率10Hz。一、PLC控制吸尘机三段速（3）PLC梯形图程序设计程序段3为2#设备控制程序，在CTU计数器的当前值MW10=1时，若按下2#设备按钮，复位Q0.1和置位Q0.2，变频器端子6接通输出频率30Hz。程序段4为3#设备控制程序，在CTU计数器的当前值MW10=1时，若按下3#设备按钮，置位Q0.1、Q0.2端子，变频器端子5、6接通输出频率50Hz。一、PLC控制吸尘机三段速（3）PLC梯形图程序设计程序段5为停止程序，启/停按钮按下2次后，CTU计数器的当前值MW10=2时复位Q0.1、Q0.2，并触发停止信号M2.1。一、PLC控制吸尘机三段速PLC控制吸尘机的功能参数设置如下表。参数号出厂值设定值说明P000313设用户访问级为专家级P000400设定访问全部参数P070022命令源选择由端子排输入P0701117选择固定频率P0702117选择固定频率P100023频率源选择固定频率设定P1001010选择固定频率10（Hz）P1002530选择固定频率30（Hz）P10031050选择固定频率50（Hz）一、PLC控制吸尘机三段速任务实施：PLC控制吸尘机七段速的调试按下启/停按钮，吸尘机以10Hz作为开始工作频率，每间隔30秒，吸尘机工作频率叠加5Hz，直到输出工作频率到达40Hz；吸尘机工作频率在40Hz后再次按下启/停按钮吸尘机工作频率将下降5Hz，以后每间隔30秒吸尘机工作频率下降5Hz，直至输出频率为0Hz停止运行，按下急停按钮，吸尘机立即减速停止。（1）电气元件和耗材1200PLC、MM420变频器、三相异步电动机（WDJ26）、电气控制板、常用电工工具、数字万用表、铜导线、按钮等。（2）线路连接I0.0~I0.1分别接启/停按钮和急停按钮；Q0.0~Q0.2接变频器数字量端子5、6和7；输出公共端1L接到变频器的端子8。任务实施：PLC控制吸尘机七段速的调试（3）输入输出分配表输入地址符号功能输出地址符号功能I0.0SB0启/停按钮Q0.05（DIN1）固定频率I0.1SB1急停按钮Q0.16（DIN2）固定频率

Q0.27（DIN3）固定频率任务实施：PLC控制吸尘机七段速的调试（4）PLC梯形图程序设计程序段2为脉冲信号产生在MW10=1时，TON定时器T1每隔30秒，产生一个周期的脉冲信号M0.1；在MW10=2时，TON定时器T2每间隔30秒，产生一个周期的脉冲信号M0.2。程序段1为运行方式识别，通过CTU计数器对I0.0启/停按钮按下次数进行统计并保存在MW10，MW10=1累加频率模式，MW10=2逐减频率模式，其中I0.1急停按钮触发CTU计数器的R复位端。任务实施：PLC控制吸尘机七段速的调试（4）PLC梯形图程序设计程序段4为频率输出MW10=1，每隔30秒M0.1接通1次，通过ADD加法指令触发QB0加1，实现多段速固定频率自动运行至40Hz；MW10=2，每隔30秒M0.2接通1次，通过SUB减法指令触发QB0减1，实现多段速固定频率自动运行至0Hz。程序段3为启动程序，在QB0=0时，若按下I0.0启停按钮，将数据1传输给QB0，接通变频器端子5。任务实施：PLC控制吸尘机七段速的调试（4）PLC梯形图程序设计程序段5为急停控制，按下急停按钮I0.1，触发MOVE指令将数据0传输给QB0，实现变频器停止输出频率。任务实施：PLC控制吸尘机七段速的调试（5）参数设置PLC控制吸尘机七段速的功能参数设置如下表。参数号出厂值设定值说明P000313设用户访问级为专家级P000400设定访问全部参数P070022命令源选择由端子排输入P0701117二进制编码选择+ON命令P07021217二进制编码选择+ON命令P0703917二进制编码选择+ON命令P100023频率源选择固定频率P1001010固定频率1P1002515固定频率2P10031020固定频率2P10041525固定频率4P10052030固定频率5P10062535固定频率6P10073040固定频率7任务实施：PLC控制吸尘机七段速的调试（6）运行调试吸尘机累加频率模式：按下SB0启/停按钮I0.0时，MW10=1，当前为累加频率模式。变频器将控制吸尘机首先输出10Hz，观察间隔30秒变频器输出频率是否叠加5Hz，并依次输出频率为15Hz、20Hz、25Hz、30Hz、35Hz、40Hz。吸尘机逐减频率模式：再次按下SB0启/停按钮I0.0时，MW10=2，当前为逐减频率模式。变频器将控制吸尘机首先输出35Hz，观察间隔30秒变频器输出是否逐减5Hz，并依次输出频率为30Hz、25Hz、20Hz、15Hz、10Hz、0Hz。急停操作：在发生紧急情况时，按下SB1急停按钮I0.1时，观察变频器控制吸尘机是否立即减速停止运行。任务4USS协议智能产线的数字化改造知识目标：

了解USS协议原理和USS通信模块

熟悉PLC的USS协议指令的应用能力目标：

学会PLC与变频器USS协议线路的连接

能够设计和调试PLC和变频器的USS的程序

能够独立完成变频器的USS参数设置任务描述：现要求利用PLC的USS通信协议对设备数字化改造。按下SB1正转按钮，变频器驱动电动机正向启动运行；按下SB2反转按钮，变频器驱动电动机反向启动运行；按下停止按钮，变频器驱动电动机减速停止运行。变频器驱动电动机运行输出频率为10Hz，5秒后上升到20Hz，再过5秒上升到30Hz。USS协议是西门子公司推出的用于其PLC与变频器之间通信的协议。借助于RS485网络，USS协议可以满足低成本的简单驱动控制需求。1.USS协议的基本原理USS协议是一种主从通信协议，网络中最多有1个主站和31个从站。主站是PLC，从站是变频器。主站可以主动发送信息，从站只能被动的应答，从站之间不能进行通信。USS协议采用单双工的通信方式，可以进行发送或接收，但不能同时进行。一、USS协议的认识1.USS协议的基本原理USS协议每条报文都是以字符STX（=02hex）开始，接着是长度（LGE）和地址字节（ADR），然后是采用的数据字符（PkW和PZD）。报文以数据块的检验符（BCC）结束，USS协议报文帧见下表。一、USS协议的认识

USS协议的PkW和PZD报文STXLGEADRPkWPZDBCC02h长度从站地址PKEINDPWE1PZD1PZD2校验符USS报文帧中的净数据区包括PkW数据和PZD数据：PkW数据区：用来读取或修改变频器的参数，包括三个部分：①PKE：无符号整型，表示变频器参数代码；②IND：无符号整型，表示变频器的参数索引；③PWE：无符号整数，表示参数的值。PkW数据区的长度由变频器参数P2013确定。例如，当P2013=3时，则PkW总共有3个字（6个字节）长度；PkW=127表示数据长度可变；1.USS协议的基本原理PZD数据区：变频器的循环过程字，用来控制电机的启停及调速。一、USS协议的认识

USS协议的PkW和PZD报文STXLGEADRPkWPZDBCC02h长度从站地址PKEINDPWE1PZD1PZD2校验符USS报文帧中的净数据区包括PkW数据和PZD数据：PkW数据区：用来读取或修改变频器的参数，包括三个部分：①PKE：无符号整型，表示变频器参数代码；②IND：无符号整型，表示变频器的参数索引；③PWE：无符号整数，表示参数的值。PZD的长度由变频器的参数P2012确定。当P2012=2时，PZD包括PZD1和PZD2两个字。PZD1表示变频器的控制字/状态字，用来设置和监测变频器的工作状态，如运行/停止、方向控制和故障复位／故障指示等。PZD2表示速度的设定值/速度的反馈值。P2009=0，数值是以十六进制数的形式发送，即4000（hex）为P2000设定的频率P2009=1，数值是以绝对十进制数的形式发送为P2000设定的频率。2.USS通信模块1200PLC可以使用通信模块CM1241-RS485或者RS422/RS485接入到RS485网络中与变频器进行USS通信。每个1200PLCCPU最多可以连接3个CM1241和1个CB1241信号板，也就是总共4个RS485模块。每个RS485模块最多可以连接16个变频器，4个模块最多可以带动64个变频器。一、USS协议的认识CM1241均由CPU进行供电，不需要提供外部电源；可以通过LED查看通信的发送和接收,其含义如下：红闪：CPU没有找到CM模块，可能CPU还未上电；绿闪：CPU找到了CM模块，但尚未组态；绿常亮：CPU找到了CM模块，并且组态正确；

CM1241CB12412.USS通信模块CM1241RS422/485模块针脚的定义见下表，RS485通信模式下，我们需要用到的针脚为3、8。一、USS协议的认识针脚符号说明连接器针脚符号说明1/逻辑接地或通信接地

6PWR+5V与100欧姆电阻串联：输出2TxD+用于RS4227/接地3TxD+信号B（RxD/TxD+）：输入输出8TxD-信号A（RxD/TxD+）：输入输出4RTS请求发送（TTL电平）输出9TxD-用于RS4225GND逻辑接地或通信接地/SHELL机壳接地MM420变频器通过RS485线缆与PLC连接，使用标准的USS通信协议进行通信，通过USS通讯，PLC给变频器发送指令可对变频器进行启停调频的操作。1.USS的指令库（1）“USS通信”是目前最新的指令库，并且以后的更新也会基于这个指令库。（2）“USS”指令库下的指令只能用于1200PLC中央机架串口模块（CM1241或CB1241）。一般情况下，“USS”只是在老项目中使用。二、USS通信的指令CM1241CB12412.USS_Port_Scan指令用于PLC与USS网络进行通信的指令，用户程序执行USS_Port_Scan指令的次数必须足够多，以防止驱动器超时。通常从循环中断调用USS_Port_Scan指令。例如添加循环中断OB30，并设置循环中断时间。二、USS通信的指令PORT：指定通信模块，安装并组态串口模块之后.在硬件组态→CM1241→系统常数→看到硬件标识符号为269“Local~CM_1241_（RS422_485）_1”。BAUD：是指通信的波特率，与变频器参数P2010保持一致。2.USS_Port_Scan指令1200PLC与变频器的通信是与它本身的扫描周期不同步的，在完成一次与变频器的通信事件之前，1200PLC通常完成了多个扫描。二、USS通信的指令在建立循环中断OB块时，设置循环中断OB块的扫描时间，以满足通信的要求。在循环中断组织块中调用USS_Port_Scan指令时，通常进3次尝试来完成通信事件，那么1200PLC与MM420通信的时间就是USS_Port_Scan发生通信超时的时间间隔。2.USS_Port_Scan指令例如：如果通信波特率是9600，那么USS_Port_Scan与MM420通信的时间间隔应当大于最小的调用时间间隔，即大于116.3毫秒而小于349毫秒。建立循环中断程序块，并将循环时间设定为150ms，符合通信波特率为9600对应的要求。二、USS通信的指令调用周期时间表序号波特率最小调用周期（ms）变频器超时（ms）11200790273022400405121534800212.563849600116.334951920068.220563840044.113375760036.1109811520028.1853.USS_Drive_Control指令指令用来实现对变频器的启动、停止及调速等控制。每个变频器使用唯一的一个USS_Drive_Control指令。二、USS通信的指令在首次创建USS_Drive_Control指令时，系统会提示为其创建背景数据块，用来保存指令运行时所需要的静态变量。3.USS_Drive_Control指令将USS_Drive_Control指令OFF2和OFF3设置为ON，RUN和DIR使能为ON，SPEED_SP引脚为60%，变频器将输出30Hz频率。二、USS通信的指令

USS_Drive_Control指令参数功能表参数类型功能RUNBool变频器的控制位：如果此参数为TRUE，则输入允许以预设速度运行变频器。如果在变频器运行期间RUN变为FALSE，则电机滑行至静止。OFF2Bool变频器停止位：紧急停止，自由停车，该位为0时停车。OFF3Bool快速停止位：带制动停车，该位为0时停车。F_ACKBool故障确认位：设置该位以复位变频器上的故障位。清除故障后置位该位，以告知变频器不再需要指示前一个故障。DIRBool变频器方向控制：置位该位以指示方向为向前（对于正SPEED_SP）。DRIVEUSInt变频器地址：此输入是USS变频器的地址。有效范围是变频器1与变频器16之间，变频器参数P2011设置。PZD_LENUSInt字长度：这是PZD数据字数。有效值为2、4、6或8个字，变频器参数P2012设置。SPEED_SPReal速度设定值：这是以组态频率的百分比表示的变频器速度。某厂家考虑原先线路连接复杂，故障频繁。现利用PLC的USS通信协议对设备数字化改造。控制要求如下：按下SB1正转按钮，变频器驱动电机正向启动；按下SB2反转按钮，变频器驱动电机反向启动；按下SB3停止按钮，变频器驱动电机减速停止。变频器输出频率为10Hz，5秒后上升到20Hz，再过5秒上升到30Hz。（1）电气元件和耗材1200PLC、MM420变频器、CM1241通信模块、三相异步电动机（WDJ26）、电气控制板、常用电工工具、数字万用表、铜导线、按钮等。任务实施：USS协议数字化改造智能产线的调试（2）线路连接1200PLC输入端子I0.1~I0.3分别接正转按钮、反转按钮和停止按钮，DC24V的正极接按钮的公共端，DC24V的负极接1200PLC输入公共端1M。CM1241RS485通信模块的针脚3和8与变频器通信端子14和15连接。任务实施：USS协议数字化改造智能产线的调试（4）PLC输入输出分配表输入地址符号功能I0.1SB1正转按钮I0.2SB2反转按钮I0.3SB3停止按钮（4）PLC梯形图程序设计①硬件组态打开博途软件,双击添加新设备→选择的CPU型号和版本号→单击确定按钮。②CM1241的硬件组态a.点击通信模块→选择点对点→选择CM1241（RS422/485）→双击或拖拽此模块至CPU左侧的101插槽即可。任务实施：USS协议数字化改造智能产线的调试（4）PLC梯形图程序设计②CM1241的硬件组态b.选中101插槽中CM1241（RS422/485）模块→右键选择属性→RS422/485接口→端口组态，配置模块硬件接口参数。任务实施：USS协议数字化改造智能产线的调试参数配置为：波特率=9.6Kbps，奇偶校验=无，数据位=8位字符，停止位=1，其他保持默认设置。（4）PLC梯形图程序设计③通信参数设置在项目树中点击程序块→双击添加新块→选择OB30块，并将循环时间设定为150ms。USS_port_Scan其拖拽到循环中断程序中。任务实施：USS协议数字化改造智能产线的调试PORT参数为269，USS_DB参数选择为“USS_Drive_Control”.USS_DB，才可以配置。（4）PLC梯形图程序设计④主程序OB1任务实施：USS协议数字化改造智能产线的调试程序段1为驱动控制程序M0.3控制USS_Drive_Control指令的RUN参数实现变频器启动；M0.1控制USS_Drive_Control指令的DIR参数实现变频器方向的给定；MD30控制USS_Drive_Control指令的SPEED_SP参数实现频率百分比的给定。（4）PLC梯形图程序设计④主程序OB1任务实施：USS协议数字化改造智能产线的调试程序段2为正转控制程序程序段3为反转控制程序程序段4为启动控制程序（4）PLC梯形图程序设计④主程序OB1任务实施：USS协议数字化改造智能产线的调试程序段5频率给定控制程序变频器启动后每间隔5秒，将给定频率叠加10Hz，需要注意此时给定频率MD10数据类型为浮点数。（4）PLC梯形图程序设计④主程序OB1任务实施：USS协议数字化改造智能产线的调试程序段6为停止程序，停止信号触发后将数据0.0传输给MD10。程序段7为频率百分比转换程序，给定频率MD10先除以50.0，再乘以100.0。任务实施：USS协议数字化改造智能产线的调试（5）参数设置USS协议数字化改造具体参数设置见下表。参数号出厂值设定值说明P000313设用户访问级为专家级P000400设定访问全部参数P070025命令源选择USS通信P100025频率源选择USS通信P201066USS数据传输速率9600P201101USS从站地址为1P201222USSPZD长度为2P20131274USSPkW长度为4任务实施：USS协议数字化改造智能产线的调试（6）运行调试正转运行：按下SB1正转按钮I0.1时，PLC根据USS通信协议连接变频器，观察变频器输出频率是否为10Hz，5秒后输出频率为20Hz，再过5秒输出频率为30Hz，按下SB3停止按钮I0.3时，变频器减速停止运行。反转运行：按下SB2反转按钮I0.2时，PLC根据USS通信协议连接变频器，观察变频器输出频率是否为10Hz，5秒后输出频率为20Hz，再过5秒输出频率为30Hz，按下SB3停止按钮I0.3时，变频器减速停止运行。

初次启动，需先按下停止按钮I0.3后，再按下正转启动按钮I0.1或反转启动按钮I0.2。变频控制系统的典型应用任务1变频器正反转控制电路的调试任务2风机工频变频切换系统的调试

任务1变频器正反转控制电路的调试知识目标：了解变频器主电路配件的功能掌握变频器上电电路的工作原理和设计要点掌握变频器的正反转控制电路工作原理能力目标：能够需要需求选择适当的主电路配件能够根据电气原理安装调试变频器正反转电路学会检修变频器正反转电路，解决出现的问题任务描述：利用继电-接触器系统设计变频器的正反转控制，并安装调试。要求可实现电机正反转控制，变频器上电后，正反转控制电路才有触发。电机运行期间不能直接断开变频器电源，变频器发生故障时应该立即停止工作。。由于变频器输出电量不是标准的正弦波，包含较强的高次谐波成分，会对同一电网上的其它设备产生很强的干扰；或工作时对电网造成冲击，或电网自身出现的电压波动、浪涌对变频器也产生干扰，影响其正常工作，甚至变频器损坏。为了提高变频器的工作性能，实现变频器和电动机的保护，减少变频器和周围其他电气设备的相互影响。必须为变频器配置相应的保护器件，变频器主电路外围器件主要包括接触器、断路器和电抗器和滤波器等设备。一、变频器的选配器件1.断路器作用：接通和关断电源，以及当电路发生过载和短路等故障时将变频器电源切断。例如变频器内部发生故障时，变频器本身有时将不能自行切断输出电流，而必须由接在线路上的断路器来切断变频器与电源的连接。一、变频器的选配器件2.接触器作用：是可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；变频器发生故障时，可自动切断电源。考虑变频器时通过控制端子指令对异步电动机进行启动、停止等控制。一、变频器的选配器件3.电抗器作用：用于改善系统的功率因数和实现变频器与电源之间的匹配。分为进线电抗器和出线电抗器。

一、变频器的选配器件3.电抗器（1）输入电抗器减少变频器与电源间的相互低频干扰，既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流单元的谐波电流对电网的影响。（2）输出电抗器有助于改善变频器的过电流和过电压；可以补偿长线分布电容的影响，并能抑制变频器输出的谐波，减小变频器噪声，避免电动机绝缘过早老化和电动机损坏。一、变频器的选配器件4.滤波器（1）输入滤波器作用：有利于降低输入侧高频谐波电流，减少谐波对变频器的影响。在变频器工作环境中，如果高次谐波干扰源较多；或谐波强度较大，电磁噪声太强烈，最好使用输入滤波器。一、变频器的选配器件4.滤波器（2）输出滤波器作用：有利于降低变频器输出谐波造成的电动机运行噪声，减少噪声对其它电器的影响。如果变频器工作环境存在精密传感器或仪表等测量仪器，电动机运行噪声将导致它们运行异常，最好使用变频器输出滤波器。一、变频器的选配器件变频器的保护继电器输出端子10、11可以在变频器发生故障时断开变频器的电源，考虑变频器电容充放电，应避免频繁断开变频器的电源。二、变频器的外围电路1.变频器上电电路该电路由西门子MM420变频器、三相异步电动机M、塑料外壳式断路器QF、接触器KM、上电按钮SB2、断电按钮SB1、熔断器FU1等构成。KM用于变频器接通与断开电源。启动：按下变频器上电按钮SB2，回路经SB1→SB2→KM线圈→变频器输出端子10、11，接触器KM线圈得电，接触器KM主触点闭合，变频器控制面板LED指示灯点亮，变频器上电准备工作，接触器KM常开触点闭合自保持。停止：按下断电按钮SB1，控制回路断开，接触器KM线圈失电，接触器KM主触点断开，变频器断电停止工作，控制面板LED指示灯延迟几秒后熄灭。故障：若变频器内部发生故障，继电器输出端子10、11断开，控制回路断开，同时接触器KM主触点断开，变频器停止工作。二、变频器的外围电路2.变频器正反转控制电路接触器KM用于变频器接通与断开电源，中间继电器KA用于变频器正转与反转控制。当控制端子5和+24V短接时，变频器控制电动机正转；当控制端子6与+24V短接时，变频器控制电动机反转。二、变频器的外围电路2.变频器正反转控制电路（1）电路中各元器件的作用KA1继电器，正转控制。KA2继电器，反转控制。（2）电路设计要点①KM接触器仍只作为变频器的上、断电控制。断电按钮SB1由运行继电器KA1或KA2封锁，使运行时SB1不起作用。接触器KM的作用：通过接触器迅速切断电源；可以方便地实现自锁、互锁控制。二、变频器的外围电路2.变频器正反转控制电路②变频器故障报警时变频器端子10、11，KM断开而停机。③变频器的上、断电，电动机的正、反转运行控制均采用主令按钮。④正反转继电器KA1和KA2互锁，必须先停机再改变转向。⑤变频器继电器输出端子10和11交流负载范围不大于250VAC/2A，直流负载范围不大于30VDC/5A。二、变频器的外围电路2.变频器正反转控制电路（3）变频器的正反转控制工作原理①电机正转运行。当按下启动按钮SB2↑→KM线圈↑→KM主触头↑→变频器通电处于待机状态。这时如按下正转按钮SB4↑→KA1线圈↑→KA1常开触头↑→变频器的端子5↑→电动机正转→旋转RP→变频器输出频率。二、变频器的外围电路2.变频器正反转控制电路（3）变频器的正反转控制工作原理②电机反转运行。如果要使电动机反转，先按下电机停止按钮SB3使电动机停止。按下正转按钮SB5↑→KA2线圈↑→KA2常开触头↑→变频器的端子6↑→电动机反转→旋转RP→变频器输出频率。二、变频器的外围电路2.变频器正反转控制电路（3）变频器的正反转控制工作原理③电机停止运行。先按下停止按钮SB3↑→使KA1和KA2线圈↓→解除对SB1的旁路供电→方可按下断电按钮SB1↑→使变频器断电。④变频器异常保护。若变频器异常期间出现故障，变频器端子10、11↓→接触器KM线圈失电↓→切断变频器电源。二、变频器的外围电路任务实施：变频器正反转控制电路的调试利用继电-接触器系统设计变频器的正反转控制，并安装调试。要求可实现电机正反转控制，变频器上电后，正反转控制电路才有触发。电机运行期间不能直接断开变频器电源，变频器发生故障时应该立即停止工作。（1）电气元件和耗材MM420变频器、三相异步电动机（WDJ26）、接触器、继电器、电气控制板、常用电工工具、数字万用表、铜导线、按钮等。任务实施：变频器正反转控制电路的调试（2）线路连接KA1和KA2的常开触点的一端接端子5和6；KA1和KA2的常开触点另一端接端子8。任务实施：变频器正反转控制电路的调试使用万用表检查电路通断，手动按压模拟触点吸合状态。①检查主电路：首先断开断路器QF，使用万用表分别测量断路器QF下的接线端子之间电阻值，应为断开（R→无穷大）。若测量结果有阻值且不趋向于无穷大，说明短路，核查排除故障，并以此类推检查其他主电路。任务实施：变频器正反转控制电路的调试②检查控制电路：使用万用表分别测量熔断器FU1和变频器端子11，控制电路阻值应为无穷大，否则说明控制电路存在短路故障，核查排除故障，并以此类推检查其他电路。然后按下SB2按钮测量控制电路阻值，测量结果应为接触器KM线圈阻值，松开SB2按钮测量结果应为无穷大，否则核查排除故障，并按照上述方法检查电机正反转电路。任务实施：变频器正反转控制电路的调试（3）参数设置①恢复工厂缺省值，其设置操作流程参数如下表所示。参数号出厂值设定值说明P0010030进入工厂复位准备状态P097001参数复位②快速调试电动机参数，为了使电动机与变频器匹配，需要设置电动机参数。参数号出厂值设定值说明P001001开始快速调试P010000功率以KW表示，频率为50HzP0304230380电动机额定电压（V）P03053.250.35电动机额定电流（A）P03070.750.06电动机额定功率（KW）P03105050电动机额定频率（Hz）P031101430电动机额定转速（r/min）P390001结束快速调试任务实施：变频器正反转控制电路的调试③功能参数设置，具体参数设置如下表所示。参数号出厂值设定值说明P000313设用户访问级为专家级P000400设定访问全部参数P070022命令源选择由端子排输入P070111ON接通正转，OFF1停止P0702122ON接通反转，OFF1停止P100022频率源由模拟AIN设定任务实施：变频器正反转控制电路的调试（4）运行调试变频器上电：按下SB2上电按钮，接触器KM线圈吸合，观察变频器控制面板LED指示灯是否点亮。电机正转：在变频器上电及电机静止的前提，按下SB4电机正转按钮，继电器KA1线圈吸合，变频器端子5、8接通，通过调节电位器RP，观察电机是否正转启动运行。电机反转：在变频器上电及电机静止的前提，按下SB5电机反转按钮，继电器KA2线圈吸合，变频器端子6、8接通，通过调节电位器RP，观察电机是否反转启动运行。电机停止：在变频器上电及电机运行的前提，按下SB3电机停止按钮，继电器KA1和KA2线圈失电，观察电机是否减速运行。变频器断电：按下SB1断电按钮，接触器KM线圈失电，观察变频器控制面板LED指示灯是否熄灭。任务2风机工频变频切换系统的调试知识目标：了解工频变频切换的功能掌握SA开关实现工频变频手动切换的工作原理工频变频自动切换的工作原理能力目标：能够正确描述工频变频切换的工作原理能够利用PLC模拟量设计工频变频自动切换方案学会工频变频切换相关参数的设置任务描述：随着工业技术的发展，风机的应用越来越广泛，对于风机系统来说，不同工况对风机运行特性有不同的要求。为了更好地适应不同工况下的要求，必须采用变频调速技术。当风机在50Hz以下运行时，使用变频器控制风机的运行，模拟量AIN的端子3、4给定变频器的运行频率；当风机运行频率达到50Hz，则变频器停止，电路切换到工频运行，并可以工频单独启动运行。一、继电器系统实现风机工频变频切换

1.风机工频变频切换顾名思义就是变频器与工频电动机之间的切换。主要方式：一是采用继电-接触器工频变频切换系统；二是采用PLC的工频变频切换系统，由PLC对变频器进行控制。主要有两种类型：①故障报警时自动切换。当变频器发生故障时，利用变频器输出端子，改变外围电路的运行状态，将变频器从电网脱开，将负载电动机直接接入电网，适用于负载比较重要、不能停机的场合。②频率检测切换。广泛应用于高楼恒压供水场合。假设有三台供水泵，当供水压力要求较低时，第一台水泵变频运行，实行对水压的自动调节；当供水压力要求逐渐升高，频率已近50HZ时，第一台水泵转换为工频运行，第二台水泵变频运行；当供水压力要求继续升高，第二台水泵已接近50HZ时，第二台水泵转换为工频运行，第三台水泵变频运行；依此类推。如