PL应用基础技术 6

任务2PLC模拟量模块、变频器控制电动机三段调速2025.02.18目录CONTENTS任务目标概述任务实施步骤项目任务拓展任务知识链接任务要求分解任务目标概述01任务目标概述:知识目标详解1.掌握功能指令的基本格式功能指令是PLC编程中的重要组成部分，了解其基本格式对于编写高效、准确的程序至关重要。常用的功能指令包括FROM、TO、PID等，熟悉这些指令的梯形图表示、功能及其使用注意事项，能够帮助我们更好地进行PLC编程。2.熟悉FROM、TO等外部I/O指令的使用方法FROM和TO指令主要用于与外部设备进行数据交换，掌握这些指令的使用方法，可以简化复杂的控制流程，提高系统的响应速度和可靠性。3.掌握PID指令的功能及使用方法PID指令是实现精确控制的关键，通过学习PID指令的功能及使用方法，可以有效地进行过程控制，保证系统的稳定性和准确性。4.理解模拟量输入输出模块的技术指标、选型及数据处理方法模拟量输入输出模块是PLC与外部模拟量设备连接的桥梁，了解其技术指标、选型原则及数据处理方法，对于实现精准控制至关重要。通过实际操作，掌握如何利用编程软件编写和调试功能指令，提高编程技能和效率。能够通过PLC、模拟量模块、变频器控制电动机多段调速学习如何结合PLC、模拟量模块和变频器实现电动机的多段调速控制，这是自动化控制中的常见应用场景。具备PLC模拟量模块选型、安装接线、编程、数据处理的基本能力通过实践，掌握PLC模拟量模块的选型、安装接线、编程及数据处理的基本技能，为今后的工作打下坚实基础。学习变频器的基本原理和操作方法，掌握其参数设置、选型、安装、接线及日常维护技能，确保系统的正常运行。能够通过编程软件实现功能指令的编程具备变频器参数设置、选型、安装、接线维护的基本能力任务目标概述:能力目标详解任务目标概述:素质目标详解提升“节能、环保、安全”意识通过“变频器模拟量控制电动机调速”的实际操作，增强对节能、环保、安全重要性的认识，培养良好的职业素养。培养课程学习兴趣、自主学习能力通过综合应用PLC、模拟量模块、变频器，激发对自动化控制课程的兴趣，培养自主学习和解决问题的能力。培养“严谨、细致、一丝不苟、精益求精”的职业素养、工匠精神在任务实施过程中，注重每一个细节，追求卓越，培养严谨细致的工作态度和精益求精的职业精神。任务要求分解02任务要求分解:任务要求通过PLC、变频器实现三向异步电动机模拟量开环调速：按下起动按钮，工作方式如下：按下起动按钮，电动机先以10Hz频率正向运行，10s后以20Hz频率运行，10s后以30Hz频率运行，10s后以40Hz频率运行，10s后以50Hz频率运行，10s后又重新开始运行，循环两次后自动停止，运行过程中按下停止按钮电动机立即停止运行。任务实施步骤031.填写项目设备表项目设备表是任务实施的基础，列出所需的各种设备型号和数量，确保所有设备准备齐全，为后续的安装接线工作做好准备。2.输入/输出的点分配根据被控对象的功能要求和所需输入/输出的点数，选择合适的PLC型号，并合理分配输入/输出点，确保PLC系统能够满足控制需求。3.绘制PLC（I/O）接线图并完成接线根据所选PLC型号，绘制详细的PLC（I/O）接线图，并严格按照接线图完成接线工作，确保接线正确无误，为系统调试奠定基础。任务实施步骤:硬件设计输入/输出的点分配根据被控对象的功能要求和所需输入/输出的点数，选择合适的PLC型号，并合理分配输入/输出点，确保PLC系统能够满足控制需求。任务实施步骤:硬件设计输入（I）输出（O）元件功能信号地址元件功能信号地址按钮SB1起动X0STF电动机正转起动Y0按钮SB2停止X1

绘制PLC（I/O）接线图并完成接线绘制PLC（I/O）接线图，参考图如图5-2-1所示，并根据所选用的PLC型号，首先检查电源类型、电压等级是否与PLC的工作电源匹配。确认电源无误的情况下，断开电源，根据国家电气安装接线标准，根据电源类型及电压等级，按PLC（I/O）接线图完成完成PLC输入/输出接线。任务实施步骤:硬件设计任务实施步骤:程序设计设计梯形图根据被控对象的工艺条件和控制要求，设计合理的梯形图程序，确保程序逻辑清晰、功能完善，为系统调试做好准备。任务实施步骤:系统调试1.检查PLC接线是否正确在通电前，仔细检查PLC接线是否正确，特别是电源接线是否接错，检查电路是否有短路情况，确保系统安全可靠。2.观察PLC面板和计算机显示状态将PLC通电并置于非运行状态，观察PLC面板上的LED指示灯和计算机上显示的程序状态，确保系统正常工作。3.进行监控联合调试通过PLC编程软件进行监控联合调试，发现问题及时修改，直至系统完善，确保系统能够稳定运行。任务实施步骤:评价总结对整个项目任务进行全面回顾，思考自己完成的情况，记录各小组完成情况，找出需要完善和改进的地方。思考项目完成情况记录在项目实施过程中获得的知识和经验，总结自己的收获和体会，为今后的学习和工作积累宝贵的经验。记录收获和体会按照任务书的要求，填写考核表，与同学、教师共同完成项目的考核工作，整理项目实施过程中所编写的材料，完成项目训练报告。完成考核和项目训练报告010203任务拓展0416个彩灯控制1.彩灯正序点亮按下起动按钮后，彩灯HL1～HL16以正序（从左到右）每隔0.5s依次点亮，实现彩灯的顺序点亮效果。2.彩灯逆序点亮当第16盏彩灯HL16点亮后，彩灯再反向逆序（从右到左）每隔2s依次点亮，实现彩灯的逆序点亮效果。3.循环控制重复上述正序和逆序点亮的过程，实现彩灯的循环控制，直到按下停止按钮为止。五相步进电动机控制第一步循环通电控制第三步循环通电控制第二步循环通电控制FivephasesteppermotorcontrolIntelligentanimationwithoneclickexpressionIntelligentanimationwithoneclickexpression打开开关后，五相步进电动机的五个绕组依次自动实现A～B～C～D～E的循环通电控制，实现第一步的循环控制。继续增加控制的复杂度，实现AB～ABC～BC～BCD～CD～CDE～DE～DEA的循环通电控制，达到更高的控制精度。在第一步的基础上，进一步实现A～AB～BC～CD～DE～EA的循环通电控制，增加控制的复杂度。关闭开关停止控制Intelligentanimationwithoneclickexpression关上开关后，五相步进电动机停止工作，实现电动机的停止控制。任务知识05外部设备I/O指令ASCII码转换指令ASCII码转换指令可以将A～H八个字母数字转换为ASCII码，使用说明中提到，当M8161=OFF时，转换后的格式受ASCII码继电器M8161状态影响，当M8161=ON时，转换后的每个ASCII码存入数据寄存器的低8位，高8位为即占一个数据存储单元。外部设备I/O指令缓冲存储器（BFM）读出/写入指令（FROM/TO指令）FROM/TO指令具有将增设的特殊模块号中的缓冲存储器（BFM）的内容读到可编程控制器的功能，TO指令具有从可编程控制器对特殊模块缓冲存储器（BFM）写入数据的功能。注意事项包括传送点数n的意义和FROM／TO指令的执行受中断允许继电器M8028的约束。模拟输入模块中BFM读/写的编程VIEWMOREPID运算指令1.PID控制的特点PID控制具有不需要知道被控对象的数学模型、程序设计简单、参数调整方便、有较强的灵活性和适应性等特点，随着智能控制技术的发展，PID控制与模糊控制、神经网络控制等现代控制方法相结合，可以实现PID控制器的参数自整定，使PID控制器具有经久不衰的生命力。2.PLC实现PID控制的方法使用PID过程控制模块、使用PID功能指令、使用自编程序实现PID闭环控制是PLC实现PID控制的三种方法，每种方法都有其特点和适用场景。3.PID运算指令使用说明PID运算指令可进行PID回路控制的PID运算程序，在PID运算开始之前，应使用MOV指令将参数设定值预先写入对应的数据寄存器中，如果目标操作数[D]有断电保持功能，应使用初始化脉冲M8002的常开触点将其复位。4.PID参数的整定PID控制器有4个主要的参数Kp、TI、TD和TS需整定，无论哪一个参数选择得不合适都会影响控制效果，在整定参数时应把握住PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。VIEWMOREPID运算指令VIEWMOREPID运算指令PLC模拟量输入、输出模块010203开关量用来表示只有两种状态，如开关的导通和断开的状态，继电器的闭合和断开，电磁阀的通和断等。控制信号的大小是一个在一定范围内变化的连续数值，比如温度、压力、流量、液位和电动阀门开度等，这些量都是模拟量。模拟量和开关量的区别模拟量模块包括模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入输出混合模块，“AD”表示输入模块、“DA"表示输出模块、“A”表示模拟量混合模块、“R'表示热电阻、“T”表示热电偶。上述模块后面没有ADP的模块称特殊功能模块,安装在FX3U系列PLC基本单元的右侧，带有ADP的模块称特殊适配器,安装在FX3U系列PLC基本单元的左侧。模拟量模块的分类用FX系列PLC进行模拟量控制时，需要模拟量输入输出产品，有功能扩展板、特殊适配器和特殊功能模块三种。FX3U3AADP是2通道模拟量输入和1通道模拟量输出、分辨率12位二进制的模拟量输入输出适配器，性能指标包括电压输入(DC0～10V)、或输入电流(DC4～20mA)，模拟量输入范围、分辨率、A/D转换时间等。FX3U3AADP模块的安装接线包括电压输入和电流输入的接线图，编程方法包括A/D转换数据的获取和D/A转换数据的写入，以及特殊软元件的分配使用。FX3U4ADPTADP是获取4个通道的铂电阻温度的模拟量特殊适配器，测定单位可设定为摄氏或者华氏，技术指标包括模拟量输入信号、额定温度范围、数字输出、分辨率、整体精度、转换时间、电源、占用I/O点数、适用PLC等。FX3U4ADPTADP模块的安装接线包括端子排列的功能及说明，编程方法包括输入的模拟量数据被转换成数字值并被保存在FX3S、FX3G、FX3GC、FX3u、FX3uc可编程控制器的特殊软元件中，通过向特殊软元件写入数值，可以设定平均次数或者指定输入模式，以及特殊软元件的分配使用。模拟量控制的产品种类PLC模拟量输入、输出模块010203开关量用来表示只有两种状态，如开关的导通和断开的状态，继电器的闭合和断开，电磁阀的通和断等。控制信号的大小是一个在一定范围内变化的连续数值，比如温度、压力、流量、液位和电动阀门开度等，这些量都是模拟量。模拟量和开关量的区别模拟量模块包括模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入输出混合模块，“AD”表示输入模块、“DA"表示输出模块、“A”表示模拟量混合模块、“R'表示热电阻、“T”表示热电偶。上述模块后面没有ADP的模块称特殊功能模块,安装在FX3U系列PLC基本单元的右侧，带有ADP的模块称特殊适配器,安装在FX3U系列PLC基本单元的左侧。模拟量模块的分类用FX系列PLC进行模拟量控制时，需要模拟量输入输出产品，有功能扩展板、特殊适配器和特殊功能模块三种。FX3U3AADP是2通道模拟量输入和1通道模拟量输出、分辨率12位二进制的模拟量输入输出适配器，性能指标包括电压输入(DC0～10V)、或输入电流(DC4～20mA)，模拟量输入范围、分辨率、A/D转换时间等。FX3U3AADP模块的安装接线包括电压输入和电流输入的接线图，编程方法包括A/D转换数据的获取和D/A转换数据的写入，以及特殊软元件的分配使用。FX3U4ADPTADP是获取4个通道的铂电阻温度的模拟量特殊适配器，测定单位可设定为摄氏或者华氏，技术指标包括模拟量输入信号、额定温度范围、数字输出、分辨率、整体精度、转换时间、电源、占用I/O点数、适用PLC等。FX3U4ADPTADP模块的安装接线包括端子排列的功能及说明，编程方法包括输入的模拟量数据被转换成数字值并被保存在FX3S、FX3G、FX3GC、FX3u、FX3uc可编程控制器的特殊软元件中，通过向特殊软元件写入数值，可以设定平均次数或者指定输入模式，以及特殊软元件的分配使用。模拟量控制的产品种类特殊功能模块（一）特殊功能模块概述特殊功能模块是为了实现某种特殊功能，如模拟量输入（A/D）转换、模拟量输出（D/A）转换、高速输入、脉冲输出定位、通信等模块，带有其自身的CPU和特殊处理电路，只是和基本单元进行数据通信。特殊功能模块中都含有内存（缓冲存储器），用来存储外部写入获取的数据以及向外部输出的数据。每个缓冲存储器是由16个位组成的，类似于数据寄存器D。模拟量输入模块FX3U-4AD（四路输入）FX3UC-4AD（四路输入）FX3U-4AD-ADP（四路输入适配器）模拟量输出模块FX3U-4DA（四路输出）FX3U-4DA-ADP（四路输出）温度输入模块FX3U-4AD-PT-ADP（四路输入，铂电阻输入适配器）FX3U-4AD-TC-ADP（四路输入，热电偶温度传感器适配器）模拟量输入/输出模块FX3U-3A-ADP（两路输入，一路输出适配器）FX3U-4AD-PTW-ADP（四路输入，Pt100型温度传感器输入适配器）FX3U-4AD-PNK-ADP（四路输入，Pt1000型温度传感器输入适配器）FX3U系列PLC常用的模拟量输入输出模块模拟量特殊适配器分为模拟量输入适配器、模拟量输出适配器、模拟量输入/输出适配器三种。模拟量特殊适配器使用特殊软元件，与可编程序控制器进行数据交换。对于FX3U系列PLC特殊适配器连接在其左侧，连接特殊适配器时，需要功能扩展板，最多可以连接4台模拟量特殊适配器。使用高速输入输出特殊适配器时，请将模拟量特殊适配器连接在高速输入输出特殊适配器的后面。FX3U系列PLC与特殊适配器的链接如图4-1所示。图FX3U系列PLC与特殊适配器的连接（二）FX3U-3A-ADP型模拟量输入输出适配器FX3U-3A-ADP是2通道模拟量输入和1通道模拟量输出，分辨率12位二进制的模拟量输入输出适配器。电压输入(DC0～10V)、或输入电流(DC4～20mA)。模拟量输入范围:输入电压:DC0～10V(输入电阻198.7kΩ)，输入电流:DC4～20mA(输入电阻250Ω),分辨率:输入电压2.5mV(10V×1/4000)，输入电流:5μA(16mA×1/3200),A/D转换时间:FX3U、FX3UC连接时:80μs×使用输入通道数+40μs×使用输出通道数(更新数据是每运算周期)运算。对于FX3U、FX3UC可编程序控制器左侧最多可连接4台FX3U-3A-ADP(包括其它模拟量功能扩展板和模拟量特殊适配器)。

FX3U-3A-ADP型模拟量输入输出适配器的性能规格图FX3U-3A-ADP型模拟量输入输出适配器外形图

FX3U-3A-ADP型模拟量输入输出适配器端子排列规格电压输入电流输入电压输出电流输出输入输出点数2通道1通道模拟量输入输出范围DC0～10V（输入电阻：198.7kΩ）DC4～20mA（输入电阻：250kΩ）DC0～10V（外部负载：5kΩ～1MΩ）DC4～20mA（外部负载：500Ω以下）最大绝对输入-0.5V，+5V-2mA，+30mA——数字量输入输出12位二进制数分辨率2.5mV（10V×1/4000）5μA（16mA×1/3200）2.5mV（10V×1/4000）4μA（16mA×1/4000）综合准确度环境温度25℃±5℃针对满量程：10V±0.5%（±50mV）针对满量程：16mA±0.5%（±80μA）针对满量程：10V±0.5%（±50mV）针对满量程：16mA±0.5%（±80μA）环境温度0～55℃针对满量程：10V±1.0%（±100mV）针对满量程：16mA±1.0%（±160μA）针对满量程：10V±1.0%（±100mV）针对满量程：16mA±1.0%（±160μA）转换速度90μs×使用输入ch（通道）数+50μs×使用输出ch（通道）数（以运算周期为单位更新资料）隔离方式①模拟量输入输出部分和PLC之间，通过光电隔离②电源和模拟量输入之间，通过DC/DC转换器隔离③各ch（通道）间不隔离电源①DC5V，20mA（PLC内部供电）②DC24V，（-15～+20）%，90mA（外部供电）输入输出占用点数0点（与PLC的最大输入输出点数无关）输入输出特性表4-1FX3U-3A-ADP性能规格

接线图4-4FX3U-3A-ADP模拟量输入接线图图4-5FX3U-3A-ADP模拟量输出接线图

编程举例

转换数据的获取和写入图4-6FX3U-3A-ADP转换数据的获取/写入

A/D转换数据的获取输入的模拟量数据被转换成数字量，并被保存在FX3UPLC的特殊软元件中。

D/A转换数据的写入输入的数字值被转换成模拟量值，并输出。特殊软元件软元件编号内容属性第1台第2台第3台第4台特殊辅助继电器M8260M8270M8280M8290通道1输入模式切换读出/写入M8261M8271M8281M8291通道2输入模式切换读出/写入M8262M8272M8282M8292输出模式切换读出/写入M8263M8273M8283M8293未使用（请不要使用）—M8264M8274M8284M8294M8265M8275M8285M8295M8266M8276M8286M8296输出保持解除设定读出/写入M8267M8277M8287M8297设定输入通道1是否使用读出/写入M8268M8278M8288M8298设定输入通道2是否使用读出/写入M8269M8279M8289M8299设定输出通道是否使用读出/写入表

特殊软元件特殊辅助继电器D8260D8270D8280D8290通道1输出数据读出D8261D8271D8281D8291通道2输出数据读出D8262D8272D8282D8292输出设定数据读出/写入D8263D8273D8283D8293未使用（请不要使用）—D8264D8274D8284D8294通道1平均次数（设定范围1～4095）读出/写入D8265D8275D8285D8295通道2平均次数（设定范围1～4095）读出/写入D8266D8276D8286D8296未使用（请不要使用）—D8267D8277D8287D8297D8268D8278D8288D8298错误状态读出/写入D8269D8279D8289D8299机型代码=50读出

编程举例图4-7基本程序举例（一）任务目标三、任务实施◆熟练掌握FX3U-3A-ADP模拟量输入输出适配器接线和使用。◆会FX3U系列PLCI/O接线。◆根据控制要求编写梯形图程序。◆熟练使用三菱GXDeveloper编程软件，编制梯形图程序并写入PLC进行调试运行，查看运行结果。

表4-3

所需设备与器材（二）设备与器材序号名称符号型号规格数量备注1常用电工工具

十字起、一字起、尖嘴钳、剥线钳等1套表中所列设备、器材的型号规格仅供参考2计算机（安装GXDeveloper编程软件）

1台3PLC

三菱FX3U-48MR1台4模拟量输入输出适配器

FX3U-3A-ADP1台5变频器挂件（三菱FR-E740变频器）

1个6连接导线

若干

任务要求三相异步电动机的变频调速PLC控制要求，按下起动按钮，电动机先以10Hz频率