項(xiàng)目七PLC與變頻器【項(xiàng)目導(dǎo)讀】三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速主要是利用變頻器來實(shí)現(xiàn)的。利用PLC對(duì)變頻器的控制即可實(shí)現(xiàn)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制，認(rèn)識(shí)變頻器及使用變頻器對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制也是PLC應(yīng)用的一個(gè)具體方面。本項(xiàng)目主要介紹變頻器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，以及如何使用變頻器對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】認(rèn)識(shí)和理解變頻器結(jié)構(gòu)及其工作原理。深刻理解變頻器的外部接口及接線方式。掌握變頻器的參數(shù)設(shè)置及編程控制。理解變頻器的多種控制方式。綜合應(yīng)用變頻器和PLC進(jìn)行鋼琴琴弦繞絲機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并完成調(diào)試?！舅刭|(zhì)目標(biāo)】培養(yǎng)辯證思維和大局觀。培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技能的主動(dòng)性和意識(shí)。培養(yǎng)工程意識(shí)（如安全生產(chǎn)意識(shí)、質(zhì)量意識(shí)、經(jīng)濟(jì)意識(shí)和環(huán)保意識(shí)等）。培養(yǎng)通過網(wǎng)絡(luò)搜集資料、獲取相關(guān)知識(shí)和信息的能力。培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和精益求精的工匠精神?！舅季S導(dǎo)圖】目錄01鋼琴琴弦繞絲機(jī)的電氣控制鋼琴琴弦繞絲機(jī)的電氣控制任務(wù)一任務(wù)分析某鋼琴琴弦繞絲機(jī)布局如圖所示。要求：當(dāng)機(jī)架處于起點(diǎn)位置且鋼絲被拉緊時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，繞絲機(jī)開始工作，機(jī)架向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)架運(yùn)動(dòng)到減速傳感器位置時(shí)，主軸減速；機(jī)架繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)架運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)位置時(shí)，主軸電動(dòng)機(jī)停止工作；主軸電動(dòng)機(jī)停止工作3s后，主軸電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)機(jī)架向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)架運(yùn)動(dòng)到起點(diǎn)位置時(shí)，主軸電動(dòng)機(jī)停止工作，機(jī)架停止于起點(diǎn)位置，準(zhǔn)備進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。相關(guān)知識(shí)—變頻器變頻器分為“交—交”和“交—直—交”兩種形式。“交—直—交”變頻器主要由主電路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成。變頻器的基本組成01整流器：將電網(wǎng)的交流電整流成直流電。逆變器：將直流電轉(zhuǎn)換成任意頻率的三相交流電。中間直流環(huán)節(jié)：儲(chǔ)能、濾波與穩(wěn)壓?？刂齐娐罚和瓿蓪?duì)逆變器的開關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及各種保護(hù)功能等。相關(guān)知識(shí)—變頻器三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為

n0——同步轉(zhuǎn)速； ?—電源頻率，單位為Hz； p—電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)； s—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。可見，改變電源頻率即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。變頻器的調(diào)速原理02相關(guān)知識(shí)—變頻器三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為

（n0——同步轉(zhuǎn)速；?—電源頻率，單位為Hz；p—電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；s—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率）可見，改變電源頻率即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律，同時(shí)改變其定子電壓和頻率，即必須通過變頻器獲得電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的動(dòng)力電源給到三相異步電動(dòng)機(jī)，以此來獲得優(yōu)異的轉(zhuǎn)矩和較小的能耗。變頻器的調(diào)速原理02相關(guān)知識(shí)—變頻器（1）輸入側(cè)的額定值主要是電壓、頻率和相數(shù)。在我國的中小容量變頻器中，輸入電壓及頻率的額定值有如下幾種：380V/50Hz（三相）、200～230V/50Hz（兩相）。（2）輸出側(cè)的額定值。①輸出電壓UN（V）：指輸出電壓中的最大值。在大多數(shù)情況下，變頻器輸出頻率等于電動(dòng)機(jī)額定頻率時(shí)，變頻器輸出電壓與電動(dòng)機(jī)額定電壓相等。②輸出電流IN（A）：允許長(zhǎng)時(shí)間輸出的最大電流，其是用戶在選擇變頻器時(shí)的主要依據(jù)。③輸出容量SN（kV·A）：SN與UN、IN的關(guān)系為SN＝UNIN。④配用電動(dòng)機(jī)容量PN（kW）：變頻器使用說明書中規(guī)定的配用電動(dòng)機(jī)容量，僅適用于長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)載。⑤過載能力：變頻器的過載能力是指輸出電流超過額定電流的允許范圍和時(shí)間。大多數(shù)變頻器都規(guī)定其為150%IN、60s，180%IN、0.5s。變頻器的額定值和頻率指標(biāo)03相關(guān)知識(shí)—變頻器（3）頻率指標(biāo)。①頻率范圍：變頻器能夠輸出的最高頻率?max和最低頻率?min。各種變頻器規(guī)定的頻率范圍不完全一致，通常最低工作頻率為0.1～1Hz，最高工作頻率為60～120Hz。②頻率精度：變頻器輸出頻率的準(zhǔn)確度。在變頻器使用說明書中規(guī)定的條件下，頻率精度由變頻器的實(shí)際輸出頻率和設(shè)定頻率之間的最大誤差與最高工作頻率之比的百分?jǐn)?shù)來表示。③頻率分辨率：輸出頻率的最小改變量，即每相鄰兩擋頻率之間的最小差值。一般分為模擬設(shè)定分辨率和數(shù)字設(shè)定分辨率兩種。變頻器的額定值和頻率指標(biāo)03相關(guān)知識(shí)—變頻器西門子G120C變頻器的主接線一般有8個(gè)端子：輸入端子R、S、T接三相電源線L1～L3，PE接地；輸出端子U、V、W、接三相電動(dòng)機(jī)和接地線，切記不能接反，否則將損壞變頻器。R1、R2接制動(dòng)電阻。變頻器的主接線04相關(guān)知識(shí)—變頻器①、②、③、⑩端子排；④操作面板接口；⑤存儲(chǔ)卡插槽；⑥AI0的開關(guān)，左側(cè)為電流輸，右側(cè)為電壓輸入；⑦總線地址開關(guān)；⑧PC的USB接口；⑨狀態(tài)指示燈；?總線終端開關(guān)；?現(xiàn)場(chǎng)總線接口。變頻器接口05相關(guān)知識(shí)—變頻器拆下變頻器的保護(hù)蓋，將BOP-2（即基本操作面板）下邊緣插入變頻器對(duì)應(yīng)的凹槽中，推入變頻器，直到聽到BOP-2在變頻器外殼上卡緊的聲音，表明成功插入了BOP-2。變頻器操作面板06相關(guān)知識(shí)—變頻器變頻器設(shè)置是通過變頻器中的參數(shù)值來修改的。變頻器只允許更改可寫參數(shù)，可寫參數(shù)以“P”開頭，如P45；只讀參數(shù)的值不允許被更改，只讀參數(shù)以“r”開頭，如r2。變頻器會(huì)斷電保持通過BOP-2所做的每次更改。參數(shù)修改07快速調(diào)試是通過設(shè)置電動(dòng)機(jī)參數(shù)、變頻器的命令源和速度設(shè)定源等基本參數(shù)，從而達(dá)到快速運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的一種基本模式?？焖僬{(diào)試08為了取得良好的控制效果，必須進(jìn)行電動(dòng)機(jī)參數(shù)的靜態(tài)識(shí)別，以構(gòu)建準(zhǔn)確的電動(dòng)機(jī)模型。靜態(tài)識(shí)別09任務(wù)實(shí)施根據(jù)控制要求，對(duì)電動(dòng)機(jī)基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置:（1）電動(dòng)機(jī)額定電壓：P304=380V。（2）電動(dòng)機(jī)額定電流：P305=0.39A。（3）電動(dòng)機(jī)額定功率：P307=0.06kW。（4）電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速：P311=1400r/min。（5）電動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速：P1080=150r/min。（6）電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速：P1082=1500r/min。（7）斜坡上升時(shí)間：P1120=3s。（8）斜坡下降時(shí)間：P1121=3s。設(shè)置參數(shù)和模式01模式選擇和多段速度設(shè)定等參數(shù)設(shè)置如下表所示：任務(wù)實(shí)施（1）I0.0：停止按鈕（SB1）（2）I0.1：?jiǎn)?dòng)按鈕（SB2）（3）I0.2：起點(diǎn)位置傳感器（SQ1）（4）I0.3：拉緊到位傳感器（SQ2）（5）I0.4：減速傳感器（SQ3）（6）I0.5：終點(diǎn)位置傳感器（SQ4）（7）Q0.0：DI0信號(hào)（8）Q0.1：DI1信號(hào)（9）Q0.2：DI2信號(hào)（10）Q0.3：DI3信號(hào)（11）Q0.4：DI4信號(hào)分配I/O地址，繪制I/O接線圖02任務(wù)實(shí)施本任務(wù)為典型的順序控制，首選步進(jìn)順控方式來設(shè)計(jì)系統(tǒng)的程序。編寫控制程序03任務(wù)實(shí)施按照系統(tǒng)接線圖接好電源線、通信線及信號(hào)線，輸入梯形圖程序，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，直至滿足控制要求。運(yùn)行調(diào)試03打開STEP7-Micro/WINSMART軟件，選擇“GSDMLManagement”，安裝需要進(jìn)行通信的G120C對(duì)應(yīng)版本的GSDML文件知識(shí)拓展——PLC與變頻器的通信安裝GSDML文件01（1）激活PROFINET（2）輸入PLC的IP地址和子網(wǎng)掩碼，添加需要控制的G120C設(shè)備（從站）的GSDML文件；對(duì)新添加的G120C設(shè)備輸入IP地址和名稱（3）選擇所需要的報(bào)文（4）設(shè)置當(dāng)前從站的通信參數(shù)知識(shí)拓展——PLC與變頻器的通信PROFINET配置02知識(shí)拓展