PLC控制的变频器运行课件

PLC控制的變頻器運行

第一節PLC控制變頻調速單方向運行 一、能力目標 1.熟練掌握單方向運行的外部接線。 2.掌握變頻器單方向運行各參數的預置方法。 3.能夠根據電路圖、PLC控制程式，完成整個系統的連接與調試。 二、使用材料及工具變頻器、可編程序控制器、低壓斷路器、交流接觸器、按鈕、轉換開關、指示燈、導線、常用電工工具、萬用表、低壓配電盤等。第一節PLC控制變頻調速單方向運行 三、專案要求 1.控制要求變頻器的通、斷電通過交流接觸器實現，用旋轉開關實現電機的單方向運行，要求有完善的保護措施。黃燈指示變頻器通電，綠燈指示變頻器運行，紅燈顯示故障報警。本項目的實現以富士變頻器5000G11和歐姆龍CJ1MPLC為例進行。 2.主電路主電路的接線圖如圖15-1所示。圖中QF為整個控制系統的斷路器，QF合閘則PLC通電。接觸器KM僅僅控制變頻器的通電與斷電，由起動和停止按鈕來控制。電動機的起動與停止則由轉換開關來控制。所有的控制要求均通過PLC程式來實現。由於變頻器本身具備過熱保護功能,因此不必再用FR對電機作超載保護。變頻器必須進行可靠接地。第一節PLC控制變頻調速單方向運行圖15-1PLC控制單方向運行主回路第一節PLC控制變頻調速單方向運行 3.I/O分配 PLC的I/O分配如表15-1所示。地址外部信號備註功能0.00SB1綠色變頻器通電控制按鈕0.01SB2紅色變頻器斷電控制按鈕0.02SB3綠色變頻器故障後複位控制按鈕0.03SA綠色單方向轉換開關0.0430A-30C常開觸點變頻器故障端子2.00KM線圈交流220V變頻器通、斷電接觸器2.01FWD-CM

變頻器運行端子2.02HL1黃色變頻器通電指示燈2.03HL2綠色變頻器運行指示燈2.04HL3紅色變頻器故障指示燈2.05X9-CM

變頻器故障複位控制端表15-1PLC控制單方向運行I/O分配第一節PLC控制變頻調速單方向運行 4.元器件明細表系統所用設備、元器件如表15-2所示。序號名稱數量備註1變頻器1

2PLC1

3三相非同步電動機1

4自動空氣開關1

5交流接觸器1

6轉換開關1綠色7按鈕3綠色2個,紅色1個8指示燈3黃、綠、紅色各1個表15-2PLC控制單方向運行元器件明細表第一節PLC控制變頻調速單方向運行 5.配電盤佈置圖如圖15-2所示完成配電盤上各器件的佈置和安裝，並用萬用表逐個檢查元器件的好壞。圖15-2PLC控制單方向運行配電盤佈置圖第一節PLC控制變頻調速單方向運行 6.控制/指示面板元器件佈置圖如圖15-3所示完成控制/指示面板上各器件的佈置和安裝，並用萬用表逐個檢查元器件的好壞。圖15-3PLC控制單方向運行控制/指示面板元件佈置圖第一節PLC控制變頻調速單方向運行 7.I/O接線如圖15-4所示完成I/O的實際接線，並用萬用表檢查I/O接線的正確性。說明：變頻器的正轉輸入端子FWD和多功能輸入端子X9接線時不能接入PLC輸出模組的220V交流電源，否則會燒毀端子。圖15-4PLC控制單方向運行I/O接線圖第一節PLC控制變頻調速單方向運行 8.PLC程式按圖15-5所示的梯形圖輸入程式，並連接下載到PLC。圖15-5PLC控制單方向運行梯形圖第一節PLC控制變頻調速單方向運行 9.變頻器參數預置在變頻器通電的情況下，按以下要求完成變頻器參數的預置。 （1）預置變頻器的運行操作方式F02--預置為“1”，即由外部端子[FWD]、[REV]輸入運行命令 （2）預置變頻器的運行頻率F01--預置為“0”，即由鍵盤面版（∧∨鍵）設定 （3）預置變頻器的加、減速時間F03--預置為“60”，即變頻器輸出的最高頻率值F07--預置為“18”，即變頻器輸出頻率從0HZ到達最高頻率（F03設定值）所需的加速時間F08--預置為“12”，即變頻器輸出頻率從最高頻率（F03設定值）到達0HZ所需的減速時間第一節PLC控制變頻調速單方向運行 （4）預置變頻器的報警複位E09--預置為“9”，即變頻器的X9輸入端子設定為報警後複位功能 10.系統運行，記錄數據將系統按要求連接和運行，觀察變頻器輸出不同頻率的各項參數，並將數值記錄在表15-3中。 四、工藝要求 1.系統的通、斷電操作符合安全操作規程的要求。 2.元器件畫法符合IEC的有關標準。 3.元器件佈置和所有接線符合國標對低壓配電盤的有關規定。 4.按照電氣製圖的原則繪製圖形。第一節PLC控制變頻調速單方向運行頻率值（Hz）電流（A）電壓（V）轉速（r/min）加速時間（s）減速時間（s）20

25

30

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50

60

表15-3變頻器單方向運行參數第一節PLC控制變頻調速單方向運行 五、學習形式

本項目的學習形式建議以小組的形式進行，為保證每名學生的動手能力每組以2～4人為宜。指導教師在講解專案要求時可採用集體的形式進行，學生動手進行專案時，指導教師在各組巡視、輔導，並可對個別學生現場提問。通過本項目的訓練，著重培養學生的團結協作能力、與人相處的能力和一定的語言表達能力，按照職業規範要求進行操作的能力。第一節PLC控制變頻調速單方向運行 六、檢測標準 1.通、斷電操作順序按要求正確操作。 2.正確、合理使用工具和儀錶。 3.主回路接線規範，I/O接線合理、排列有序，用萬用表檢查接線的方法正確。 4.PLC的程式輸入正確，會連接和下載程式。 5.正確預置變頻器的有關功能參數。 6.變頻器按要求工作，加、減速時間符合設定要求。 7.正確分析和處理通電運行中出現的具體問題。第一節PLC控制變頻調速單方向運行 七、原理說明

1.OMRONPLCCJ1M是日本OMRON公司生產的模組式PLC產品，它依次由電源模組PA202、CPU模組CPU12、輸入模組ID211、輸出模組OC211組成，如圖15-6所示。圖15-6OMRONCJ1M模組組成第一節PLC控制變頻調速單方向運行CJ1M的I/O地址分配不是固定的，而是根據輸入、輸出模組在機架上的安裝位置，以字為單位分配記憶體，即遵循機架+槽號的原則。CPU機架上的I/O單元地址字從左到右（從最靠近CPU的單元開始）開始分配，1～16點I/O的單元分配第1個字（16位，為第一個通道），17～32點的單元分配第2個字（16位，為第二個通道），以此類推。本課題採用兩個ID211，一個OC211，可提供輸入點32個和輸出點16個，即第一個ID211的地址是0通道，第二個ID211的地址是1通道，第三個OC211的地址是2通道，完全滿足本項目的需求。第一節PLC控制變頻調速單方向運行CJ1MPLC的輸入模組ID211為直流24V16點開關量輸入，端子排列及接線如圖15-7所示。圖15-7CJ1MID211端子排列第一節PLC控制變頻調速單方向運行CJ1MPLC的輸出模組OC211為直流24V或交流220V16點開關量輸出，端子排列及接線如圖15-8所示，本項目輸出用於驅動交流接觸器220V線圈和交流220V指示燈，故OC211模組採用接入交流220V電源。圖15-8CJ1MOC211端子排列第一節PLC控制變頻調速單方向運行 2.外接正轉（或反轉）控制對於變頻器外部端子輸入運行命令的控制方式，要使變頻器進入運行狀態，必須首先使控制端子中的“FWD”和“CM”（正轉）端子或“REV”和“CM”（反轉）端子之間接通。在變頻器通電狀態下，如接通變頻器輸入端子“FWD”和“CM”，則變頻器開始運行，其輸出頻率將按預置的升速時間上升至與給定信號對應的數值。在運行狀態下，如果斷開“FWD”和“CM”，則變頻器停止運行，其輸出頻率將按預置的降速時間下降為0HZ。

所謂外接正轉（或反轉）控制電路，就是利用變頻器的這一特點，用外部的開關來控制變頻器調速系統的運行與停止的電路。第一節PLC控制變頻調速單方向運行 3.轉換開關控制電路實現上述控制的簡單的方法便是在“FWD”和“CM”之間接入一個旋鈕開關SA，如圖15-9所示。圖15-9變頻器單方向接線示意圖第一節PLC控制變頻調速單方向運行此電路的優點是簡單明瞭；變頻器通、斷電順序必須通過PLC程式實現，保證變頻器工作的可靠性。如果沒有以上要求，即在KM與SA之間無互鎖環節，難以防止先合上SA、再接通KM，或在SA尚未斷開、電動機未停機的情況下通過KM切斷電源的誤操作。這種誤操作的缺點是： （1）變頻器內部控制電路的電源與尚未充電至正常電壓之前，其工作狀況有可能出現絮亂，其準確性和可靠性難以得到充分的保證。第一節PLC控制變頻調速單方向運行（2）通過觸器KM切斷電源後，變頻器已經不工作了，電動機將處於自由制動狀態，不能按預置的降速時間來停機。（3）變頻器在剛接通電源的瞬間，充電電流是很大的。因此頻繁地接通變頻器，會構成對供電電網的干擾。因此通過PLC的程式滿足變頻器正確的通、斷電控制要求，從而從軟體上保證控制系統工作的可靠性。第一節PLC控制變頻調速單方向運行 4.PLC梯形圖分析在變頻器控制中，如果控制電路邏輯功能比較複雜，用PLC控制是最適合、方便的控制方法。變頻器與PLC通過軟體來改變控制過程，具有編程簡單、靈敏度高、可靠性高、體積小等特點，因此被廣泛應用於製造業、冶金、礦業、輕工等各個領域，已成為工業控制的標準設備。一般來說，單獨的正轉（或反轉）控制電路是沒有必要通過PLC來控制的，但作為複雜控制電路的一個基本單元，則應用較為廣泛。第一節PLC控制變頻調速單方向運行 （1）PLC的輸入信號0.00和0.01接受按鈕SB1和SB2的信號，用於控制變頻器接通與切斷電源；0.03接受轉換開關SA的信號，用於決定電動機的運行或停止；0.04接受變頻器的跳閘信號，使變頻器切斷電源；0.02為變頻器排除故障後的手動複位按鈕。 （2）PLC的輸出側2.00與接觸器KM的線圈相接，其動作接受0.00（SB1）和0.01（SB2）的控制；2.02、2.03、2.04與指示燈HL1、HL2、HL3相接，分別指示變頻器通電、運行及變頻器故障；2.01與變頻器的正轉端子FWD相接，其動作接受0.03（SA）的控制；2.05與變頻器的多功能輸入端子X9相接，用於變頻器故障後的複位，其動作接受0.02（複位按鈕）的控制。第一節PLC控制變頻調速單方向運行 （3）梯形圖在分析PLC的梯形圖時,我們約定：繼電器動作的含義包括:“線圈”得電、動合（常開）觸點閉合、動斷（常閉）觸點斷開；繼電器“複位”的含義相反。梯形圖如前面圖12-5所示，分段說明如下： ①變頻器通電段按下SB1→0.00動作→2.00動作並自鎖→KM1得電並自鎖→變頻器接通電源→2.02動作並自鎖→HL1指示燈亮。停止按鈕SB2（0.01）在正轉（2.01,FWD和CM）失電的情況下才起作用,保證變頻器停止的可靠性。第一節PLC控制變頻調速單方向運行 ②變頻器運行段在變頻器通電情況下（2.00得電），保證變頻器工作的可靠性→接通SA→0.03動作→2.01動作並自鎖→變頻器的FWD和CM之間接通→系統開始升速並運行→2.03動作並自鎖→HL2指示燈亮。斷開SA→0.03動作→2.01釋放→變頻器的FWD和CM之間斷開→系統開始降速並停止。 ③故障處理段如變頻器發生故障，變頻器的故障輸出端30A和30C之間接通→0.04動作→2.01,2.00釋放→接觸器KM1失電,變頻器的FWD和CM之間斷開→變頻器停止運行並切斷電源。與此同時，2.04動作→HL3指示燈亮進行報警。當故障排除後，按下SB3→0.02動作→2.04動作→變頻器的X9與CM之間接通→變頻器複位。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 一、能力目標 1.熟練掌握雙方向運行的外部接線。 2.進一步鞏固雙方向運行各參數的預置方法。 3.能夠根據電路圖、PLC控制程式，完成整個系統的連接與調試。 二、使用材料及工具變頻器、可編程序控制器、低壓斷路器、交流接觸器、按鈕、轉換開關、指示燈、導線、常用電工工具、萬用表、低壓配電盤、三相非同步電動機等。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 三、專案要求 1.控制要求：變頻器的通、斷電通過交流接觸器實現，用旋轉開關實現電機的雙方向運行，要求有完善的保護措施。黃燈指示變頻器通電，綠燈指示變頻器正轉運行，黃燈指示變頻器反轉運行，紅燈指示變頻器故障報警。本項目的控制要求通過PLC完成，以富士變頻器5000G11和歐姆龍PLCCJ1M為例進行。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 2.主電路主電路和專案15相同，即按照圖15-1所示完成主電路的接線。圖中QF為整個控制系統的斷路器，QF合閘則PLC通。接觸器KM控制變頻器的通電與斷電，由起動和停止按鈕來控制。只是電動機的正、反轉由三位轉換開關來控制。所有的控制要求均通過PLC程式來實現。由於變頻器本身具備過熱保護功能,因此不必再用FR對電機作超載保護。變頻器必須進行可靠接地。查閱變頻器操作說明書，主回路應使用截面積不小於2mm2的獨股絕緣銅線，接線時要求盤面走線，橫平豎直。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 3.I/O分配PLC的I/O分配如表16-1所示。地址外部信號備註功能0.00SB1綠色變頻器通電控制按鈕0.01SB2紅色變頻器斷電控制按鈕0.02SB3綠色變頻器故障後複位控制按鈕0.03SA綠色雙方向轉換開關左位0.0430A-30C常開觸點變頻器故障端子0.05SA綠色雙方向轉換開關右位2.00KM線圈交流220V變頻器通、斷電接觸器2.01FWD-CM

變頻器正轉運行端子2.02HL1黃色變頻器通電指示燈2.03HL2綠色變頻器正轉運行指示燈2.04HL3紅色變頻器故障指示燈2.05X9-CM

變頻器故障複位控制端2.06REV-CM

變頻器正轉運行端子2.07HL4黃變頻器反轉運行指示燈表16-1PLC控制雙方向運行I/O分配第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 4.元器件明細表系統所用設備、元器件如表16-2所示。序號名稱數量備註1變頻器1

2PLC1

3三相非同步電動機1

4自動空氣開關1

5交流接觸器1

6轉換開關1綠色7按鈕3綠色2個，紅色1個8指示燈4綠、紅色各1個，黃色2個表16-2PLC控制雙方向運行元器件明細表第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 5.配電盤佈置圖配電盤佈置圖和專案15相同，即如圖15-2所示完成配電盤上各器件的佈置和安裝，並用萬用表逐個檢查元器件的好壞。 6.控制/指示面板元器件佈置圖如圖16-1所示完成控制/指示面板上各器件的佈置和安裝，並用萬用表逐個檢查元器件的好壞。圖16-1PLC控制雙方向運行控制/指示面板元件佈置圖第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 7.I/O接線如圖16-2所示完成I/O的實際接線，並用萬用表檢查I/O接線的正確性。說明：變頻器的正、反轉輸入端子FWD、REV和多功能輸入端子X9接線時不能接入PLC輸出模組的220V交流電源，否則會燒毀端子。圖16-2PLC控制雙方向運行I/O接線圖第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 8.PLC程式將圖16-3所示的梯形圖輸入程式，並連接下載到PLC。圖16-3PLC控制雙方向運行梯形圖第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 9.變頻器參數預置在變頻器通電的情況下，按以下要求完成變頻器參數的預置。 （1）預置變頻器的運行操作方式F02--預置為“1”，即由外部端子[FWD]、[REV]輸入運行命令。 （2）預置變頻器的運行頻率F01--預置為“0”，即由鍵盤面版（∧∨鍵）設定運行頻率。 （3）預置變頻器的加、減速時間F03--預置為“55”，即變頻器輸出的最高頻率值。F07--預置為“11”，即變頻器輸出頻率從0HZ到達最高頻率（F03設定值）所需的加速時間。

第二節PLC控制變頻調速雙方向運行F08--預置為“5”，即變頻器輸出頻率從最高頻率（F03設定值）到達0HZ所需的減速時間。 （4）預置變頻器的報警複位E09--預置為“9”，即變頻器的X9輸入端子設定為報警後複位功能。 10.系統運行，記錄數據將系統按要求連接和運行，觀察變頻器輸出不同頻率的各項參數，並將數值記錄在表16-3中。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行頻率值（Hz）電流（A）電壓（V）轉速（r/min）加速時間（s）減速時間（s）正轉20

反轉25

正轉30

反轉35

正轉40

反轉45

正轉50

反轉60

表16-3變頻器雙方向運行參數第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 四、工藝要求 1.系統的通、斷電操作符合安全操作規程的要求。 2.元器件畫法符合IEC的有關標準。 3.元器件佈置和所有接線符合國標對低壓配電盤的有關規定。 4.按照電氣製圖的原則繪製圖形。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 五、學習形式

本項目的學習形式建議以小組的形式進行，為保證每名學生的動手能力每組以2～4人為宜。指導教師在講解專案要求時可採用集體的形式進行，並注重對比前一個專案進行啟發式教學。學生動手進行專案時，指導教師在各組巡視、輔導，並可對個別學生現場提問。通過本項目的訓練，著重培養學生的團結協作能力、與人相處的能力和一定的語言表達能力，按照職業規範要求進行操作的能力。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 六、檢測標準 1.通、斷電操作順序按要求正確操作。 2.正確、合理使用工具和儀錶。 3.主回路接線規範，I/O接線合理、排列有序，用萬用表檢查接線的方法正確。 4.PLC的程式輸入正確，會連接和下載程式。 5.正確預置變頻器的有關功能參數。 6.變頻器按要求能正、反轉工作，加、減速時間符合設定要求。 7.正確分析和處理通電運行中出現的具體問題。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 七、原理說明

1.外接正反轉控制根據生產現場的要求三相非同步電動機往往需要兩個方向的運行，變頻器調速時，非同步電動機的旋轉方向不必通過交換電動機的相序來實現。因此，其正反轉控制與工頻運行時相比，要簡單得多。通常，在變頻器的鍵盤上有“正轉”和“反轉”的按鍵，可以直接控制；還可以通過功能預置來更改旋轉方向。在許多場合，需要和生產機械的其他部分聯合控制，具體方法就是利用外接端子來進行正反轉控制，即在“FWD”、“REV”和“CM”之間接入一個三位轉換開關SA，如圖16-4所示。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行圖16-4變頻器雙方向接線示意圖第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 2.三位轉換開關控制與旋扭開關單方向控制完全類似，只是把旋扭開關改為三位轉換開關了，即：“正轉”、“停止”、“反轉”三個位置。電路的工作要點為SB1、SB2用於控制接觸器KM的吸合和釋放，從而控制變頻器的通電和斷電；SA控制電動機的正轉運行、反轉運行和停止，變頻器的輸出頻率由變頻器控制面板決定。此方案的特點也和旋扭開關單方向控制電路相同，必須通過PLC的程式滿足變頻器正確的通、斷電控制要求，從而從軟體上保證控制系統工作的可靠性。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行在變頻器通電狀態下，三位轉換開關轉向左位，接通變頻器輸入端子“FWD”和“CM”，則變頻器開始正轉運行，其輸出頻率將按預置的升速時間上升至與給定信號對應的數值。同樣在變頻器通電狀態下，三位轉換開關轉向右位，接通變頻器輸入端子“REV”和“CM”，則變頻器開始反轉運行，其輸出頻率將按預置的升速時間上升至與給定信號對應的數值。在運行狀態下，如果斷開“FWD”和“CM”或“REV”和“CM”，則變頻器停止運行，其輸出頻率將按預置的降速時間下降為0HZ。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 3.PLC梯形圖分析 （1）PLC的輸入信號0.00和0.01接受按鈕SB1和SB2的信號，用於控制變頻器接通與切斷電源；0.03和0.05接受三位轉換開關SA的信號，用於決定電動機的正、反轉運行或停止；0.04接受變頻器的跳閘信號，使變頻器切斷電源；0.02為變頻器排除故障後的手動複位按鈕。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 2.PLC的輸出側2.00與接觸器KM的線圈相接，其動作接受0.00（起動按鈕SB1）和0.01（停止按鈕SB2）的控制；2.02、2.03、2.04、2.07與指示燈HL1、HL2、HL3、HL4相接，分別指示變頻器通電、正轉運行、反轉運行及變頻器故障；2.01與變頻器的正轉端子FWD相接，其動作接受0.03（SA左位）的控制，2.06與變頻器的反轉端子REV相接，其動作接受0.05（SA右位）的控制；2.05與變頻器的多功能輸入端子X9相接，用於變頻器故障後的複位，其動作接受0.02（複位按鈕）的控制。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 3.梯形圖梯形圖如前面圖16-3所示，分段說明如下： （1）變頻器通電段按下SB1→0.00動作→2.00動作並自鎖→KM1得電並自鎖→變頻器接通電源→2.02動作並自鎖→HL1指示燈亮。停止按鈕SB2（0.01）在正轉（2.01,FWD和CM）或反轉（2.06,REV和CM）失電的情況下才起作用,保證變頻器停止的可靠性。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 （2）變頻器運行段正轉：在變頻器通電情況下（2.00得電），保證變頻器工作的可靠性→接通SA左位→0.03動作→2.01動作並自鎖→變頻器的FWD和CM之間接通→系統開始正轉升速並運行→2.03動作並自鎖→HL2指示燈亮。斷開SA→0.03動作→2.01釋放→變頻器的FWD和CM之間斷開→系統開始降速並停止。反轉：在變頻器通電情況下（2.00得電），保證變頻器工作的可靠性→接通SA右位→0.05動作→2.06動作並自鎖→變頻器的REV和CM之間接通→系統開始反轉升速並運行→2.07動作並自鎖→HL4指示燈亮。斷開SA→0.05動作→2.06釋放→變頻器的REV和CM之間斷開→系統開始降速並停止。第二節PLC控制變頻調速雙方向運行 （3）故障處理段如變頻器發生故障，變頻器的故障輸出端30A和30C之間接通→0.04動作→2.01、2.00釋放→接觸器KM1失電,變頻器的FWD和CM之間斷開→變頻器停止運行並切斷電源。與此同時，2.04動作→HL3指示燈亮進行報警。故障排除後，按下SB3→0.02動作→2.05動作→變頻器的X9與CM之間接通→變頻器複位。第三節PLC控制變頻調速多擋運行 一、能力目標

1.熟練掌握多擋轉速的外部接線。 2.掌握多擋轉速各參數的預置方法。 3.能按要求正確操作多擋轉速。 4.能夠正確分析、理解和進一步設計PLC控制程式。 二、使用材料及工具變頻器、可編程序控制器、低壓斷路器、交流接觸器、按鈕、指示燈、導線、常用電工工具、萬用表、低壓配電盤、三相非同步電動機等。第三節PLC控制變頻調速多擋運行 三、專案要求 1.控制要求變頻器的通、斷電通過交流接觸器實現，7個選擇按鈕實現三相非同步電動機的7擋轉速，依次分別為20Hz、25Hz、30Hz、35Hz、40Hz、45Hz、50Hz，並有指示燈指示系統的工作狀態，即黃燈指示變頻器通電，綠燈指示變頻器運行，紅燈顯示故障報警有完善的保護環節。本項目的控制要求通過PLC完成，以富士變頻器5000G11和歐姆龍PLCCJ1M為例進行。第三節PLC控制變頻調速多擋運行 2.主電路按圖17-1所示完成主電路的接線。圖中QF為整個控制系統的斷路器，QF合閘則PLC通電。接觸器KM1控制變頻器輸入端的通電，接觸器KM2控制變頻器輸出端的通電，即控制變頻器的運行。為保證變頻器的安全運行，只有當KM1通電後，KM2才能通電，只有當KM2斷電後，KM1才能斷電，通、斷電的聯鎖控制要求由PLC程式實現。由於變頻器本身具備過熱保護功能,因此不必再用FR對電機作超載保護。變頻器必須進行可靠接地。查閱變頻器操作說明書，主回路應使用截面積不小於2mm2的獨股絕緣銅線，接線時要求盤面走線，橫平豎直。第三節PLC控制變頻調速多擋運行圖17-1PLC控制多擋運行主回路第三節PLC控制變頻調速多擋運行 3.I/O分配PLC的I/O分配如表17-1所示。地址外部信號備註功能0.00SB1綠色變頻器通電控制按鈕0.01SB2綠色變頻器運行啟動控制按鈕0.02SB3綠色變頻器故障後複位控制按鈕0.03SB4紅色變頻器斷電控制按鈕0.04SB5紅色變頻器運行停止控制按鈕0.05SB6綠色變頻器多擋轉速1控制按鈕0.06SB7綠色變頻器多擋轉速2控制按鈕0.07SB8綠色變頻器多擋轉速3控制按鈕0.08SB9綠色變頻器多擋轉速4控制按鈕0.09SB10綠色變頻器多擋轉速5控制按鈕0.10SB11綠色變頻器多擋轉速6控制按鈕表17-1PLC控制多擋運行I/O分配第三節PLC控制變頻調速多擋運行0.11SB12綠色變頻器多擋轉速7控制按鈕0.1230A-30C常開觸點變頻器故障端子2.00KM1線圈交流220V變頻器通、斷電接觸器2.01KM2線圈交流220V變頻器運行接觸器2.02FWD-CM

變頻器運行端子2.03X1-CM

變頻器多擋信號端12.05X2-CM

變頻器多擋信號端22.06X3-CM

變頻器多擋信號端32.07X4-CM

變頻器故障複位控制端2.08HL1黃色變頻器通電指示燈2.09HL2綠色變頻器運行指示燈2.10HL3紅色變頻器故障指示燈第三節PLC控制變頻調速多擋運行 4.元器件明細表系統所用設備、元器件如表17-2所示。序號名稱數量備註1變頻器1臺

2PLC1套

3三相非同步電動機1臺

4自動空氣開關1個

5交流接觸器2個

6按鈕12個綠色10個，紅色2個7指示燈3個黃、綠、紅色各1個表17-2PLC控制多擋運行元器件明細表第三節PLC控制變頻調速多擋運行 5.配電盤佈置圖如圖17-2所示完成配電盤上各器件的佈置和安裝，並用萬用表逐個檢查元器件的好壞。圖17-2PLC控制多擋運行配電盤佈置圖第三節PLC控制變頻調速多擋運行 6.控制/指示面板元器件佈置圖如圖17-3所示完成控制/指示面板上各器件的佈置和安裝，並用萬用表逐個檢查元器件的好壞。圖17-3PLC控制多擋運行控制/指示面板元件佈置圖第三節PLC控制變頻調速多擋運行 7.I/O接線如圖17-4所示完成I/O的實際接線，並用萬用表檢查I/O接線的正確性。

說明：變頻器的正轉輸入端子FWD和多功能輸入端子X1、X2、X3、X4接線時不能接入PLC輸出模組的220V交流電源，否則會燒毀端子。圖17-4PLC控制多擋運行I/O接線圖第三節PLC控制變頻調速多擋運行 8.PLC程式按圖17-5所示的梯形圖輸入程式，並連接下載到PLC。

第三節PLC控制變頻調速多擋運行圖17-5PLC控制多擋運行梯形圖第三節PLC控制變頻調速多擋運行 9.變頻器參數預置在變頻器通電的情況下，按以下要求完成變頻器參數的預置。 （1）預置變頻器的運行操作方式

F02--預置為“1”，即由外部端子[FWD]、[REV]輸入運行命令。 （2）預置輸入端子X1、X2、X3、X4的功能E01-----預置為“1”，使X1端子具有多擋頻率選擇1功能。E02-----預置為“2”，使X2端子具有多擋頻率選擇2功能。E03-----預置為“3”，使X3端子具有多擋頻率選擇3功能。E04-----預置為“8”，使X4端子具有外部報警複位功能。第三節PLC控制變頻調速多擋運行 （3）預置與各擋轉速對應的頻率 C05----第1擋工作頻率：F1=20HZ C06----第2擋工作頻率：F2=25HZ C07----第3擋工作頻率：F3=30HZ C08----第4擋工作頻率：F4=35HZ C09----第5擋工作頻率：F5=40HZ C10----第6擋工作頻率：F6=45Hz C11----第7擋工作頻率：F7=50HZ第三節PLC控制變頻調速多擋運行 10.系統運行，記錄數據將系統按要求運行，觀察變頻器輸出不同頻率的各項參數，並將數值記錄在表17-3中。頻率值（Hz）電流（A）電壓（V）轉速（r/min）線速度（m/min）輸入功率（KW）20

25

30

35

40

45

50

表17-3PLC控制多擋運行參數第三節PLC控制變頻調速多擋運行 四、工藝要求 1.系統的通、斷電操作符合安全操作規程的要求。 2.元器件畫法符合IEC的有關標準。 3.元器件佈置和所有接線符合國標對低壓配電盤的有關規定。 4.按照電氣製圖的原則繪製圖形。第三節PLC控制變頻調速多擋運行 五、學習形式

本項目的學習形式建議以小組的形式進行，為保證每名學生的動手能力每組以2～4人為宜。指導教師在講解專案要求時可採用集體的形式進行，學生動手進行專案時，指導教師在各組巡視、輔導，並可對個別學生現場提問和重點輔導。通過本項目的訓練，著重培養學生的團結協作能力、與人相處的能力和一定的語言表達能力，按照職業規範要求進行操作的能力。第三節PLC控制變頻調速多擋運行 六、檢測標準 1.通、斷電順序按要求正確操作。 2.正確、合理使用工具和儀錶。 3.主回路接線規範，I/O接線合理、排列有序，正確使用萬用表檢查PLC的I/O接線。 4.PLC的程式輸入正確，會連接和下載程式。 5.正確預置變頻器的有關功能參數。 6.控制系統按要求能工作在7擋不同的轉速。 7.對通電運行中出現的問題能夠正確分析和處理。第三節PLC控制變頻調速多擋運行 七、原理說明

1.變頻器輸入控制端的“多擋轉速”功能幾乎所有的變頻器都設有多擋轉速的控制功能，其轉速擋的轉換是由外接的開關器件改變輸入端的狀態和組合來實現的。以富士5000G11S變頻器為例，指定9個多功能輸入端子中的任意4個相應設定其功能數據為0、1、2、3，即可由它們的ON/OFF組合選擇多步頻率，最多可提供16擋不同頻率的運行速度。特別是與可編程序控制器聯合起來控制更方便，在需要經常改變速度的生產機械上得到了廣泛應用。第三節PLC控制變頻調速多擋運行以富士5000G11S變頻器為例，首先進行如下的功能預置：E01（端子X1的功能代碼）

預置為“0”

E02（端子X2的功能代碼）

預置為“1”

E03（端子X3的功能代碼）

預置為“2”

E04（端子X4的功能代碼）

預置為“3”

則端子X1、X2、X3、X4為多擋轉速的四個信號輸入端。通過繼電器KA1、KA2、KA3、KA4（為PLC的繼電器輸出，無實際硬接線）的不同組合，最多可輸入16擋轉速的信號。本項目因某生產機械有7擋轉速，故用3個信號輸入端即X1、X2、X3即可實現控制要求，如圖17-6所示。第三節PLC控制變頻調速多擋運行圖17-6變頻器的多擋轉速控制端第三節PLC控制變頻調速多擋運行各擋轉速與各輸入端狀態之間的關係見專案13。其中，每擋的工作頻率（轉速）究竟為多大，則根據生產機械中加工過程的需要，通過預置功能C05（第1擋工作頻率）～C11（第7擋工作頻率）來決定。若生產機械需要8擋以上的轉速則需要用到四個多擋轉速的信號輸入端，即X1、X2、X3、X4，各擋轉速與各輸入端狀態之間的關係如表17-4所示。其各擋對應頻率值由C05～C19預置，F01預置的頻率值為4個轉換開關均為OFF狀態時對應的頻率值。第三節PLC控制變頻調速多擋運行設定接點輸入信號組合選擇的頻率X4X3

X2X1OFFOFFOFFOFF在F01上選擇的頻率OFFOFFOFFONC05多擋頻率1OFFOFFONOFFC06多擋頻率2OFFOFFONONC07多擋頻率3OFFONOFFOFFC08多擋頻率4OFFONOFFONC09多擋頻率5OFFONONOFFC10多擋頻率6OFFONONONC11多擋頻率7ONOFFOFFOFFC12多擋頻率8ONOFFOFFONC13多擋頻率9ONOFFONOFFC14多擋頻率10ONOFFONONC15多擋頻率11ONONOFFOFFC16多擋頻率12ONONOFFONC17多擋頻率13ONONONOFFC18多擋頻率14ONONONONC19多擋頻率15表17-4各擋轉速與各輸入端狀態的關係（16擋）第三節PLC控制變頻調速多擋運行 2.PLC梯形圖分析 （1）PLC的輸入信號0.00和0.03接受按鈕SB1和SB4的信號，用於控制變頻器接通與切斷電源；0.01和0.04接受按鈕SB2和SB5的信號，用於變頻器和電動機的接通和斷開；0.12接受變頻器的跳閘信號，使變頻器切斷電源；0.02接受按鈕SB3的信號為變頻器排除故障後的手動複位；，0.05～0.11接受按鈕SB6～SB12的信號，用於變頻器7擋轉速的選擇。第三節PLC控制變頻調速多擋運行 （2）PLC的輸出側2.00與接觸器KM1的線圈相接，其動作接受0.00（SB1）和0.03（SB4）的控制；2.01與接觸器KM2的線圈相接，其動作接受0.01（SB2）和0.04（SB5）的控制；2.08、2.09、2.10與指示燈HL1、HL2、HL3相接，分別指示變頻器通電、運行及變頻器故障；2.02與變頻器的正轉端子FWD相接，其動作接受0.01（SB2）的控制；2.07與變頻器的多功能輸入端子X4相接，用於變頻器故障後的複位，其動作接受0.02（SB3）的控制；2.03、2.05、2.06與變頻器的多功能輸入端子X1、X2、X3相接，為變頻器多擋轉速運行的3個信號輸入端，其動作受0.05～0.11（SB6～SB12）的組合狀態的控制。第三節PLC控制變頻調速多擋運行 （3）梯形圖梯形圖如前面圖17-5所示，分段說明如下： ①變頻器通電段按下SB1→0.00動作→2.00動作並自鎖→KM1得電並自鎖→變頻器接通電源→2.08動作並自鎖→HL1指示燈亮。按下SB4→0.03動作→在變頻器的FWD和CM之間未接通的前提下→KM1失電→變頻器切斷電源。 ②變頻器運行段在變頻器通電情況下→按下SB2 →0.01動作→2.01動作並自鎖→KM2得電並自鎖→變頻器接通電機→2.02動作並自鎖→變頻器的FWD和CM之間接通→系統開始升速並運行→2.09動作並自鎖→HL2指示燈亮。第三節PLC控制變頻調速多擋運行按下SB5→0.04動作→2.02釋放→KM2失電→系統開始降速並停止。 ③故障處理段如變頻器發生故障，變頻器的故障輸出端30A和30C之間接通→0.12動作→2.00和2.01釋放→接觸器KM1、KM2失電→變頻器切斷電源。與此同時，2.10動作→HL3指示燈亮進行報警。當故障排除後，按下SB3→0.02動作→2.07動作→變頻器的X4與CM之間接通→變頻器複位。第三節PLC控制變頻調速多擋運行 ④多擋頻率運行段按下SB6-SB12中任何一個按鈕時→3.00-3.06動作並自鎖，將按鈕的信號保持住→再根據各擋轉速與各輸入端狀態之間的組合關係去控制2.03、2.05、2.06的動作由此輸出不同的頻率。現以用戶選擇第三擋轉速（F3=30Hz）為例，說明工作情況如下：按下SB3→0.07動作→3.02動作，同時如果在此之前其他擋頻率有處於動作狀態的話，則釋放→2.03、2.05動作→變頻器的X1、X2端子接通，變頻器將在第三擋轉速下運行。第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 一、能力目標

1.熟練掌握變頻與工頻切換的外部接線。 2.掌握變頻與工頻切換各參數的預置方法。 3.能按要求正確操作變頻與工頻的切換。 4.能夠正確分析、理解和進一步設計PLC控制程式。 5.能夠對運行過程中出現的問題正確分析、處理。 二、使用材料及工具變頻器、可編程序控制器、低壓斷路器、交流接觸器、按鈕、指示燈、導線、常用電工工具、萬用表、低壓配電盤、三相非同步電動機等。第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 三、專案要求

1.控制要求 （1）通過三位轉換開關手動控制系統的變頻與工頻運行，轉換開關左位工頻狀態運行，轉換開關右位變頻狀態運行。 （2）在工頻運行狀態下，通過交流接觸器實現電動機的工頻運行，綠燈指示工頻運行。 （3）在變頻運行狀態下，變頻器的通、斷電通過交流接觸器實現，黃燈指示變頻器通電。第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 （4）在變頻器通電的前提下，電動機的運行通過交流接觸器實現，綠燈指示變頻器運行。 （5）要求控制系統有完善的保護環節，系統通、斷電順序符合安全操作的要求。並且在變頻運行狀態下，當變頻器出現故障時要求紅燈報警，變頻器停止工作，系統自動切換為工頻運行。本項目的控制要求通過PLC完成，以富士變頻器5000G11和歐姆龍PLCCJ1M為例進行。第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 2.主電路主電路的接線圖如圖18-1所示。圖中QF為整個控制系統的斷路器，QF合閘則PLC通電。接觸器KM2控制系統的工頻運行；接觸器KM1控制系統變頻狀態下變頻器的通、斷電；接觸器KM3控制變頻器的運行。在變頻狀態下，為保證變頻器的安全運行，只有當KM1通電後，KM3才能通電；只有當KM3斷電後，KM1才能斷電，通、斷電的聯鎖控制要求由PLC程式實現。由於變頻器的輸入端是絕對不允許與電源相接的，因此，接觸器KM2和KM3絕對不允許同時接通，互相間必須有非常可靠的互鎖。此外，在工頻運行時變頻器將不可能對電動機的超載進行保護，所以，有必要接入熱繼電器FR，用於作為工頻運行時的超載保護。變頻器必須進行可靠接地。查閱變頻器操作說明書，主回路應使用截面積不小於2mm2的獨股絕緣銅線，接線時要求盤面走線，橫平豎直。第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行圖18-1PLC控制變頻與工頻運行主回路第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 3.I/O分配 PLC的I/O分配如表18-1所示。序號名稱數量備註1變頻器1臺

2三相非同步電動機1臺

3PLC1套

4自動空氣開關1個

5交流接觸器3個

6熱繼電器1個

7三位轉換開關1個

8按鈕5個綠色3個紅色2個9指示燈4個綠色2個黃、紅色各1個表18-2PLC控制變頻與工頻運行元器件明細表第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 4.元器件明細表 系統所用設備、元器件如表18-2所示。序號名稱數量備註1變頻器1臺

2三相非同步電動機1臺

3PLC1套

4自動空氣開關1個

5交流接觸器3個

6熱繼電器1個

7三位轉換開關1個

8按鈕5個綠色3個紅色2個9指示燈4個綠色2個黃、紅色各1個表18-2PLC控制變頻與工頻運行元器件明細表第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 5.配電盤佈置圖如圖18-2所示完成配電盤上各器件的佈置和安裝，並用萬用表逐個檢查元器件的好壞。圖18-2PLC控制變頻與工頻運行配電盤佈置圖第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 6.控制/指示面板元器件佈置圖如圖18-3所示完成控制/指示面板上各器件的佈置和安裝，並用萬用表逐個檢查元器件的好壞。圖18-3PLC控制變頻與工頻運行控制/指示面板元件佈置圖第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 7.I/O接線如圖18-4所示完成I/O的實際接線，並用萬用表檢查I/O接線的正確性。說明：變頻器的正轉輸入端子FWD和多功能輸入端子X1接線時不能接入PLC輸出模組的220V交流電源，否則會燒毀端子。

接觸器KM2和KM3的線圈之間要加硬線互鎖，防止變頻器的輸入端直接與電源相接。圖18-4PLC控制變頻與工頻運行I/O接線圖第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 8.PLC程式按圖18-5所示的梯形圖輸入程式，並連接下載到PLC。圖18-5PLC控制變頻與工頻運行梯形圖第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 9.變頻器參數預置在變頻器通電的情況下，按以下要求完成變頻器參數的預置。 （1）預置變頻器的運行操作方式F02--預置為“1”，即由外部端子[FWD]、[REV]輸入運行命令。 （2）預置變頻器的運行頻率F01--預置為“0”，即由鍵盤面版（∧∨鍵）設定運行頻率。 （3）預置變頻器的加、減速時間F03--預置為“60”，即變頻器輸出的最高頻率值。第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行F07--預置為“18”，即變頻器輸出頻率從0HZ到達最高頻率（F03設定值）所需的加速時間。F08--預置為“12”，即變頻器輸出頻率從最高頻率（F03設定值）到達0HZ所需的減速時間。 （4）預置輸入端子X1的功能E01-----預置為“8”，使X4端子具有外部報警複位功能。 10.系統運行，記錄數據將系統按要求運行，觀察系統工頻和變頻的運行情況及各指示燈的狀態是否正常。第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 四、工藝要求 1.系統的通、斷電操作符合安全操作規程的要求。 2.元器件畫法符合IEC的有關標準。 3.元器件佈置和所有接線符合國標對低壓配電盤的有關規定。 4.按照電氣製圖的原則繪製圖形。 5.操作面板佈置合理，便於操作。第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 五、學習形式

本項目的學習形式建議以小組的形式進行，為保證每名學生的動手能力每組以2～4人為宜。指導教師在講解專案要求時可採用集體的形式進行，學生動手進行專案時，指導教師在各組巡視、輔導，並可對個別學生現場提問和重點輔導。通過本項目的訓練，著重培養學生的團結協作能力、與人相處的能力和一定的語言表達能力，按照職業規範要求進行操作的能力。第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 六、檢測標準 1.通、斷電順序按要求正確操作。 2.正確、合理使用工具和儀錶。 3.主回路接線規範，I/O接線合理、排列有序，正確使用萬用表檢查PLC的I/O接線。 4.PLC的程式輸入正確，會連接和下載程式。 5.正確預置變頻器的有關功能參數。 6.控制系統按要求工頻和變頻能手動選擇和變頻故障自動切換。 7.對通電運行中出現的問題能夠正確分析和處理。第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行 七、原理說明

1.切換控制的提出有的用戶在採用變頻器調速拖動系統時，常常提出了如下的要求：1、可根據工作需要選擇“工頻運行”或“變頻運行”；2、在“變頻運行”時可自動切換為“工頻運行”方式，同時進行聲光報警。因此，變頻和工頻之間進行切換的控制是十分重要和必要的。 2.PLC控制的切換電路

PLC控制的切換電路運行方式由三位開關SA進行選擇。當SA合至左位“工頻運行”方式時，按下啟動按鈕SB1，接觸器KM2線圈得電並動作，電動機進入“工頻運行”狀態，按下停止按鈕SB2，接觸器KM2斷電，電動機停止運行。第四節PLC控制的變頻與工頻切換運行當SA合至右位“變頻運行”方式時，按下啟動按鈕SB1，接觸器KM1線圈得電並動作，將工頻電源接至變頻器的輸入端，並允許電動機起動。此後按下啟動按鈕SB3，接觸器KM3線圈得電並動作，將電動機接至變頻器的輸出端，同時變頻器的FWD與CM接通，電動機開始升速，進入“變頻運行”狀態。KM3動作後，停止按鈕SB1將失去作用，以防直接通過切斷變頻器電源使電動機停機。在變頻運行過程中，如果變頻器因故障跳閘，則：“30A--30C”常閉斷開