2023/2/5項目4變頻器與PLC在工程中的典型應用

三菱FR-D740變頻器1臺三菱FX2N-32MR學習目標1．掌握變頻器與PLC的連接方式。2．掌握變頻器在典型控制系統中的應用技能。3．掌握控制系統的工頻/變頻切換功能。4．能完成PLC與變頻器綜合應用的基本接線、參數設置和程序編制。5．學會根據不同負載選擇變頻器，能進行變頻調速系統的電氣安裝和系統調試。2023/2/5

任務4.1物料分揀輸送帶的正反轉變頻控制系統任務4.2工業攪拌機的多段速變頻控制系統任務4.3風機的變頻/工頻自動切換控制系統教學內容任務4.4驗布機的無級調速控制系統任務4.5多泵恒壓供水控制系統2023/2/52023/2/5任務4.1

物料分揀輸送帶的正反轉變頻控制系統任務導入物料分揀輸送帶采用三相鼠籠式異步電動機。物料分揀輸送帶如圖所示。（1）輸送帶能進行正反轉控制，且用操作臺上按鈕通過PLC進行控制，不用變頻器的操作面板。（2）通過PLC控制變頻器的外部端子進行電機啟動/停止、正轉/反轉運行。（3）速度設定用可調電位器RP給定。（4）變頻器一旦出現故障，系統會自動切斷變頻器的電源。通過外接按鈕變頻器能進行復位操作。兩者的互聯接線包括以下三種情況：（1）PLC的開關量輸出與變頻器的開關量輸入接口的互聯；（2）PLC的模擬量輸出與變頻器的模擬量輸入接口的互聯；（3）PLC與變頻器的通信聯接。相關知識

一個PLC變頻控制系統通常由3部分組成，即變頻器本體、PLC、變頻器與PLC的接口電路。PLC對變頻器進行控制，這必然牽涉到PLC與變頻器的互聯接線即接口電路問題。1．三菱繼電器輸出型PLC與變頻器的連接方式2023/2/5一、三菱PLC與變頻器的開關量連接方式圖4-2三菱繼電器輸出型PLC與變頻器的開關量接線方式西門子變頻器的參數P0725=1（PNP方式）采用三菱變頻器的默認輸入邏輯是SINK型。2、三菱晶體管輸出型PLC與變頻器的連接方式2023/2/5圖4-3三菱晶體管輸出型PLC與變頻器的開關量接線方式三菱晶體管輸出型的PLC為NPN方式，MM440變頻器的默認輸入為PNP方式（P0725=1），顯然電平是不匹配。只要將參數P0725=0（NPN方式），MM440變頻器就變成NPN輸入。三菱變頻器的默認輸入方式為SINK型輸入，與三菱晶體管輸出型的PLC（輸出為NPN）電平是兼容的。2023/2/5二、三菱PLC與變頻器的模擬量連接方式圖4-4三菱模擬量模塊與變頻器的連接方式2023/2/5三、三菱PLC與變頻器的RS-485通信連接方式圖4-5通信板在PLC中的安裝位置及通信板外形三菱PLC與三菱變頻器通信時需要配置FX2N-485-BD通信板

2023/2/5圖4-7PLC上的FX2N-485-BD與變頻器PU接口的接線2023/2/5任務實施【訓練工具、材料和設備】《三菱FR-D700通用變頻器使用手冊》通用電工工具一套三相異步電動機1臺電位器按鈕三菱FR-D740變頻器1臺三菱FX2N-32MR2023/2/51．硬件電路表4-1 物料輸送帶正反轉控制的I/O分配輸

入輸

出輸入繼電器輸入元件作

用輸出繼電器輸出元件作

用X000SB1變頻器上電Y010KM接通KMX001SB2變頻器失電Y001STF變頻器正轉X002SB3變頻器正轉啟動Y002STR變頻器反轉X003SB4變頻器反轉啟動Y004HL1正轉指示X004SB5變頻器停止Y005HL2反轉指示X005A、C故障信號Y006HL3報警指示33.物料輸送帶正反轉控制系統2023/2/5圖4-8物料輸送帶正反轉控制接線圖由于三組輸出所使用的電壓不同，所以不能將COM1、COM2和COM3連接在一起。2023/2/52．參數設置Pr.1=50Hz，上限頻率。Pr.2=0Hz，下限頻率。Pr.7=5s，加速時間。Pr.8=5s，減速時間。Pr.9=2.5A，電子過電流保護，一般設定為變頻器的額定電流。Pr.73=1，端子2輸入0～5V電壓信號。Pr.125=50Hz，端子2頻率設定增益頻率。Pr.178=60，端子STF設定為正轉端子。Pr.179=61，端子STR設定為反轉端子。Pr.182

=62，將RH端子功能變更為RES端子功能。Pr.192=99，將變頻器輸出端子A、B、C設置為異常輸出功能。Pr.79=2，選擇外部運行模式。2023/2/53．程序設計2023/2/54．運行操作（1）合上QF，給PLC上電，把圖4-9所示的程序下載到PLC中。（2）單擊GX編程軟件工具欄中的運行圖標，使PLC處于RUN狀態，PLC上的RUN指示燈點亮。此時按下SB1（X000），Y010為1，接觸器KM線圈得電，其3對主觸點閉合，變頻器上電。

（3）將變頻器進行參數復位，然后將上述參數寫入變頻器中。（4）正轉運行。按下按鈕SB3。（5）反轉運行。按下按鈕SB4。（6）如果變頻器發生故障，則輸入繼電器X005得電，其常開觸點閉合，Y006為“1”，報警指示燈HL3點亮；其常閉觸點斷開，輸出繼電器Y010為“0”，接觸器KM失電，切除變頻器電源。2023/2/5一、西門子繼電器輸出型PLC與變頻器的連接方式圖4-10西門子繼電器輸出型PLC與變頻器的開關量接線方式西門子變頻器的參數P0725=1（PNP方式）三菱變頻器的輸入邏輯是SINK型或者SOURCE型都可以知識拓展二、西門子晶體管輸出型PLC與變頻器的連接方式2023/2/5圖4-11西門子晶體管輸出型PLC與變頻器的開關量接線方式西門子晶體管輸出型的PLC，其輸出大多數為PNP方式，MM440變頻器的默認輸入為PNP方式（P0725=1），因此電平是可以兼容的。三菱D740變頻器的默認輸入方式為漏型輸入，與西門子PNP晶體管輸出型的PLC電平是不兼容的。需將三菱變頻器的輸入邏輯選擇的跳線改為源型輸入（即由SINK改為SOURCE）注意：PLC為晶體管輸出時，其1M（0V）必須與西門子變頻器的28端子（0V）（三菱變頻器為SD端子）短接，否則，PLC的輸出不能形成回路。2023/2/5三、西門子PLC的模擬量模塊與變頻器的連接方式圖4-12西門子EM235模擬量輸出模塊與變頻器模擬輸入端的連接方式接線時一定要把變頻器的2端子（模擬0V）和4、11短接，同時設置參數P0756[0]和P0756[1]選擇3、4端子為電壓輸入、10、11端子為電流輸入。2023/2/5任務4.2工業攪拌機的多段速變頻控制系統任務導入

按下啟動按鈕，電動機以15Hz運行，200s后以20Hz運行，以后每隔200s，增加5Hz，直到45Hz運行，其運行速度如圖4-14所示。按下停止按鈕，電動機停止運行。圖4-13工業攪拌機的結構示意圖

圖4-14工業攪拌機運行速度圖2023/2/5相關知識一、變頻調速系統設計原則1．滿足要求2．安全可靠3．經濟實用4．留有余量2023/2/5二、變頻調速系統設計步驟（1）了解生產工藝，根據生產工藝對電動機轉速變化的控制要求，分析影響轉速變化的因素，確定變頻控制系統的控制方案，繪制變頻控制系統的硬件原理圖。（2）了解生產工藝控制的操作過程，進行PLC的設計。（3）根據負載和工藝控制要求，進行變頻器的設計。（4）根據被控對象數學模型的情況，決定是選擇常規的PID調節器還是選擇智能調節器。2023/2/5任務實施【訓練工具、材料和設備】《三菱FR-D700通用變頻器使用手冊》通用電工工具一套三相異步電動機1臺按鈕三菱FR-D740變頻器1臺三菱FX2N-32MR接觸器2023/2/51．硬件電路表4-2 攪拌機多段速控制的I/O分配輸

入輸

出輸入繼電器輸入元件作

用輸出繼電器輸出元件作

用X000SB1變頻器上電Y000RH高速選擇X001SB2變頻器失電Y001RM中速選擇X002SB3啟動Y002RL低速選擇X003SB4停止Y004STF啟動X004A、C故障信號Y010KM接通KM34.工業攪拌機多段速控制系統2023/2/5Y000、Y001、Y002和Y003組成K1Y0的位組件，所以PLC的輸出Y003不能接任何負載

接觸器線圈KM接PLC的Y010輸出端子，其電壓是AC220V，因此需要與COM1和COM2分開。

2023/2/52．參數設置變頻器需要實現7段速運行，因此需要設置如下參數：Pr.1=50Hz，上限頻率。Pr.2=0Hz，下限頻率。Pr.7=2s，加速時間。Pr.8=2s，減速時間。Pr.160=0，擴張參數。Pr.178=60，正轉端子。Pr.179=62，將STR端子設置為變頻器復位功能RES。Pr.180=0，RL低速選擇。Pr.181=1，RM中速選擇。Pr.182=2，RH高速選擇。Pr.79=3，PU/組合模式1。各段速度：Pr.4=15Hz，Pr.5=20Hz，Pr.6=30Hz，Pr.24=40Hz，Pr.25=35Hz，Pr.26=25Hz，Pr.27=45Hz。2023/2/5表4-3 變頻器端子的不同組合與PLC傳送數據之間的關系3．程序設計傳送數據（十進制）Y003RL（Y002）RM（Y001）RH（Y000）對應頻率/Hz10001Pr.4（15）20010Pr.5（20）30011Pr.26（25）40100Pr.6（30）50101Pr.25（35）60110Pr.24（40）70111Pr.27（45）2023/2/5通過INCP加1指令讓K1Y000每隔20s（T0的常開觸點）加1，從而實現表4-3的對應關系。用定時器T0產生一個周期為20s的脈沖，保證變頻器每隔20s進行一次速度選擇。2023/2/54．運行操作（1）合上QF，給PLC上電，把圖4-16所示的程序下載到PLC中。（2）單擊GX編程軟件工具欄中的運行圖標，使PLC處于“RUN”狀態，PLC上的RUN指示燈點亮。此時按下SB1（X000），Y010為1，接觸器KM線圈得電，其3對主觸點閉合，變頻器上電。（3）將變頻器進行參數復位，然后將上述參數設置中的參數寫入變頻器中。（4）變頻器運行。（5）變頻器停止運行。按下停止按鈕SB4（X003）或變頻器發生故障A、C（X004），通過傳送指令MOV指令將數字0送到K1Y0，變頻器停止運行。2023/2/5知識拓展1．變頻器的通電和預置（1）熟悉鍵盤，即了解鍵盤上各鍵的功能，進行試操作，并觀察顯示的變化情況等。（2）按說明書要求進行“啟動”和“停止”等基本操作，觀察變頻器的工作情況是否正常，同時也要進一步熟悉鍵盤的操作。（3）進行功能預置：①確認電動機參數設定電動機的功率、電流、電壓、轉速、最大頻率。②變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉矩控制、PID或其他方式。③設定變頻器的啟動方式，一般變頻器在出廠時設定從外部啟動，用戶可以根據實際情況選擇啟動方式，設定升降速時間，可以用面板、外部端子、通信方式等幾種啟動方式。

（4）將外接輸入控制線接好，逐項檢查各外接控制功能的執行情況。

（5）檢查三相輸出電壓是否平衡。

2023/2/52．電動機的空載試驗變頻器的輸出端接上電動機，但電動機盡可能與負載脫開，進行通電試驗。其目的是觀察變頻器配上電動機后的工作情況，順便校準電動機的旋轉方向。其試驗步驟如下。（1）先將頻率設置于0位，合上電源后，微微增大工作頻率，觀察電動機的啟轉情況，及旋轉方向是否正確。如方向相反，則予以糾正。（2）將頻率上升至額定頻率，讓電動機運行一段時間。如一切正常，再選若干個常用的工作頻率，也使電動機運行一段時間。（3）將給定頻率信號突降至零（或按停止按鈕），觀察電動機的制動情況。2023/2/53．拖動系統的啟動和停機（1）啟轉試驗使工作頻率從0Hz開始微微增加，觀察拖動系統能否啟轉。（2）啟動試驗。將給定信號調至最大，按啟動鍵，觀察。①啟動電流的變化。②整個拖動系統在升速過程中，運行是否平穩。（3）停機試驗。將運行頻率調至最高工作頻率，按停止鍵，觀察拖動系統的停機過程。①停機過程中是否出現因過電壓或過電流而跳閘，如有，則應適當延長減速時間。②當輸出頻率為0Hz時，拖動系統是否有爬行現象，如有，則應適當加入直流制動。2023/2/54．拖動系統的負載試驗（1）fmax＞fN，則應進行最高頻率時的帶載能力試驗，也就是在正常負載下能不能帶得動。（2）在負載的最低工作頻率下，應考察電動機的發熱情況，使拖動系統工作在負載所要求的最低轉速下，施加該轉速下的最大負載，按負載所要求的連續運行時間進行低速連續運行，觀察電動機的發熱情況。（3）過載試驗可按負載可能出現的過載情況及持續時間進行試驗，觀察拖動系統能否繼續工作。2023/2/5任務4.3

風機的變頻/工頻自動切換控制系統任務導入

現有一臺風機，當要求在50Hz以下運行時，采用變頻器控制風機的運行，由模擬量輸入端子2、5控制變頻器的輸出頻率。當風機的運行頻率達到50Hz時，則變頻器停止運行，將風機自動切換到工頻運行。另外，當風機運行在工頻狀態時，如果工作環境要求它進行無級調速，此時必須將風機由工頻自動切換到變頻狀態運行。2023/2/5任務實施【訓練工具、材料和設備】《三菱FR-D700通用變頻器使用手冊》通用電工工具一套三相異步電動機1臺電位器按鈕三菱FR-D740變頻器1臺三菱FX2N-32MR接觸器2023/2/51．硬件電路表4-4 風機工頻/變頻自動切換控制的I/O分配輸

入輸

出輸入繼電器輸入元件作

用輸出繼電器輸出元件作

用X000SB1啟動Y000STF變頻器啟動X001SB2停止Y001HL1工頻運行指示X002SA工頻運行Y002HL2變頻運行指示X003SA變頻運行Y005KM1控制變頻器接電源X004A、C輸出頻率檢測Y006KM2控制電動機工頻運行X005FR電動機過載保護Y007KM3控制電動機變頻運行教材中此處錯誤，應該是STF2023/2/5圖4-18風機工頻/變頻自動切換電路圖KM2控制工頻運行KM1和KM3控制變頻運行工頻/變頻切換選擇2023/2/52．參數設置Pr.1=50Hz，上限頻率。Pr.2=0Hz，下限頻率。Pr.7=5s，加速時間。Pr.8=5s，減速時間。Pr.9=2.5A，電子過電流保護，一般設定為變頻器的額定電流。Pr.73=1，端子2輸入0～5V電壓信號。Pr.125=50Hz，端子2頻率設定增益頻率。Pr.178=60，端子STF設定為正轉端子。Pr.192=4，將變頻器輸出端子A、B、C設置為輸出頻率檢測功能FU。Pr.42=49.5Hz，輸出頻率檢測，使FU信號變為ON的頻率。Pr.79=2，選擇外部運行模式。2023/2/53．程序設計這里是T0的常閉觸點，教材此處錯誤這根線在這個位置，教材此處錯誤2023/2/54．運行操作（1）合上QF，給PLC上電，把圖4-19所示的程序下載到PLC中。（2）工頻運行。此時按下SB1（X000），Y006為“1”，接觸器KM2線圈得電，其3對主觸點閉合，電動機工頻運行。同時Y001為“1”，工頻指示燈點亮。（3）變頻運行。

將選擇開關SA置于變頻位置（即X003閉合），Y005、Y007同時為“1”，接觸器KM1和KM3得電，給變頻器上電；按下啟動按鈕SB1（X000），Y000為“1”，接通變頻器的STF端子，變頻器開始運行，同時Y002為“1”，變頻器運行指示燈HL2點亮。當變頻器的實際運行速度達到49.5Hz時，實際頻率與檢測頻率相等，變頻器的輸出端子A、C閉合（即X004為“1”），接觸器KM1和KM3失電，將變頻器從電動機上切除；同時接通定時器T0，延時5s后，其常開觸點閉合，Y006為“1”，將電動機切換為工頻運行。1.恒轉矩負載變頻器的選擇。

恒轉矩負載的特點：●轉矩特點

在調速過程中，TL＝常數●功率特點

●典型系統：位能性負載如：電梯、卷揚機、起重機、抽油機等。摩擦類負載如：傳送帶、攪拌機、擠壓成型機、造紙機等。

變頻器拖動恒轉矩性質的負載時，低速下的轉矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩速運行，應該考慮標準異步電動機的散熱能力，避免電動機的溫升過高。知識拓展一、變頻器類型的選擇控制要求：具有低頻轉矩提升能力和短時過流能力選擇方法：選通用變頻器，并將容量提高一檔，加大電動機的功率來提高低速轉矩；或選用具有轉矩控制功能的矢量控制式通用變頻器

2.恒功率負載變頻器的選擇

①特點：當負載的轉速發生變化時，其轉矩也隨著變化，而負載的功率始終為一恒定值。

②典型系統：車床,若工件的直徑大，則主軸的轉速低；若工件的直徑小，則主軸的轉速高，保持切削功率為一恒定值。卷繞機，開始卷繞時卷繞直徑小，轉矩小，則卷繞速度高；當卷繞直徑逐漸增大時，轉矩增大，則卷繞速度降低，保持卷繞功率為一恒定值。③恒功率負載的機械特性，其轉速與轉矩之間的關系如下圖所示。④選擇方法：一般選用于工業設備的通用變頻器。對于動態性能和精度要求較高的軋鋼、造紙等要選用精度高、響應快的矢量控制高性能通用變頻器。3.二次方率負載變頻器的選擇

①特點：負載轉矩與轉速的平方成正比，即：TL

=

kn2

負載功率與轉速的三次方成正比，即：P

=

k1n3

這類負載用變頻器調速具有很好的節能效果，節能可達30~40％。②典型系統：風機、泵類等流體機械。③二次方率負載的機械特性、功率特性曲線如下圖。為什么使用變頻器會節省能源？●風機、泵等需要控制流量（風量）的場合，采用變頻器控制或擋板控制，其消耗的電力和流量（風量）的關系如右圖。●流量（風量）小的場合，變頻器的節電的效果特別明顯。50%100%50%100%80%10%00節能效果61％91％76％22％變頻器控制擋板控制所需電力（％）風量［流量］（％）變頻器和擋板控制節能效果實例例：賓館等場所中央空調系統的運行流量：８５％：２０００小時、６０％：２０００小時。合計４０００小時／年、馬達：１５ｋＷ×１臺●采用擋板控制的場合所需的電力（15kW×91%×2000小時）＋（15kW×76%×2000小時）＝50,100kWh風量８５％風量６０％●使用變頻器來控制馬達轉速時，所消耗的電力（15kW×61%×2000小時）＋（15kW×22%×2000小時）＝24,900kWh風量８５％風量６０％●一年間所節省的能源50,100kWh－24,900kWh＝25,200kWh/年④選擇變頻器的要點★種類：風機、泵類負載是最普通的負載，普通U/f控制變頻器即可滿足要求。也可選用專用變頻器。★變頻器的容量選擇：等于電動機的容量即可。但空氣壓縮機、深水泵、泥沙泵、快速變化的音樂噴泉等負載，由于電動機工作時沖擊電流很大，所以選擇時應留有一定的裕量。★工頻-變頻切換。★設置瞬時停電再啟動功能。★設置合適的運行曲線：選擇平方律補償曲線或將變頻器設置為節能運行狀態。

4.大慣性負載變頻器的選擇。大慣性負載如離心泵、沖床、水泥廠的旋轉窯等，此類負載的慣性很大，啟動速度慢，啟動時可能會產生振蕩，電動機減速時有能量回饋。此類負載可選擇通用U/f控制變頻器，為提高啟動速度，可加大變頻器的容量，以避免振蕩；使用時要配備制動單元，并要選擇足夠容量的制動電阻。5.不均勻負載變頻器的選擇。不均勻負載：指系統工作時負載時輕時重，例如軋鋼機、粉碎機、攪拌機等。變頻器容量選擇：以負載最大時進行測算；如沒有特殊要求，可選擇通用U/f控制變頻器。軋鋼機除了工作時負載不均勻之外，對速度精度要求很高，因此采用高性能矢量控制變頻器。6.流水線用變頻器的選擇。特點：多臺電動機按同一速度（或按一定速度比）運行，且每臺電動機均為恒轉矩負載。選擇要求：一般選用U/f控制變頻器，但頻率分辨率要高，比例運行的速度精度要高，必要時可加速度反饋。2023/2/5控制方式U/F控制矢量控制直接轉矩控制比較項目開環閉環無速度傳感器帶速度傳感器速度控制范圍＜1：40＜1：401：1001：10001：100啟動轉矩3Hz時150%3Hz時150%1Hz時150%0Hz時150%0Hz時150%靜態速度精度±(2~3)%±0.03%±0.2%±0.2%±(0.1~0.5)%反饋裝置無速度傳感器無速度傳感器無零速度運行不可不可不可可可控制相應速度慢慢較快快快特點優點結構簡單、調節容易,可用于通用籠型異步電動機結構簡單、調速精度高,可用于通用籠型異步電動機不需要速度傳感器、力矩的響應好、速度控制范圍廣、結構較簡單力矩控制性能良好,力矩的響應好、調速精度高、速度控制范圍廣不需要速度傳感器、力矩的響應好、速度控制范圍廣、結構較簡單缺點低速力矩難保證,不能進行力矩控制,調速范圍小低速力矩難保證,不能力矩控制,調速范圍小,要增加速度傳感器需設定電動機的參數,需要有自動測試功能需設定電動機的參數,需要有自動測試功能,需有高精度速度傳感器需設定電動機的參數,需要有自動測試功能主要應用場合一般的風機、泵類節能調速或一臺變頻器帶多臺電動機場合用于保持壓力、溫度、流量、pH定值等過程控制場合一般工業設各、大多數調速場合要求精確控制力矩和速度的高動態性能應用場合要求精確控制力矩和速度的高動態性能應用場合,如起重機、電梯、軋機等控制方式的選擇

所選的變頻器容量應大于等于電動機容量。（變頻器容量≧電動機容量）所選的變頻器額定輸出電流應滿足電動機的額定電流。（變頻器額定輸出電流≧電動機額定電流）OK變頻器ｋＷ≧電動機ｋＷ要點變頻器容量的選擇變頻器ｋＷ＜電動機ｋＷ電源斷路器（QF）變頻器電機功率改善交流電抗器變頻器的容量是根據電動機容量和電動機的工作狀態估算的。確定變頻器容量步驟：電動機的額定電壓→根據電動機容量和工作狀態核算變頻器的輸出電流。二、變頻器容量的選擇1.一臺變頻器只供一臺電動機使用（即1拖1）

①恒定負載連續運行時變頻器容量的計算

低頻、低壓啟動時，要求變頻器的額定電流稍大于電動機的額定電流即可

ICN

≥

1.1IMN

式中，ICN

——變頻器輸出的額定電流，單位為A；

IMN——電動機的額定電流，單位為A。額定電壓、額定頻率直接啟動時，變頻器的額定電流為：

ICN

≥

IMst/KCg

式中，IMst

——電動機在額定電壓、額定頻率時的啟動電流

；

KCg——變頻器的允許過載倍數，

KCg

=

1.3～1.5

。②周期性變化負載連續運行時變頻器容量的計算

首先作出電動機負載電流圖n

=

g(t)及I

=

f(t)，然后求出平均負載電流Iav再預選變頻器的容量，關于ICN的計算采用如下公式

式中，I1、I2、I3

——各運行狀態下平均電流，單位為A；

t1、t2、t3

——

各運行狀態下的運行時間，單位為s；

K0——安全系數（加減速頻繁時取1.2，一般取1.1）。

③非周期性變化負載連續運行時變頻器容量的計算

可按電動機在輸出最大轉矩時的電流計算變頻器的額定電流，可用下式確定

ICN

≥Imax/KCg

式中，Imax——電動機在輸出最大轉矩時的電流。2.一臺變頻器同時供多臺電動機使用（即一拖多）。

①各臺電動機均由低頻、低壓啟動，在正常運行后不要求其中某臺因故障停機的電動機重新直接啟動，這時變頻器容量為 式中，IM(max)——為最大電動機的啟動電流；

——其余各臺電動機的額定電流之和。②一部分電動機直接啟動，另一部分電動機由低頻、低壓啟動。

變頻器的容量可按下式進行計算式中，——所有直接啟動電動機在額定電壓、額定頻率下的啟動電流之和；

——為全部電動機額定電流之和。問題1使用一臺變頻器控制多臺電機時，變頻器的容量應如何選擇？QFＭ１熱繼電器FR-1電機額定電流Ｉ１變頻器Ｍ２FR-2Ｉ２ＭnFR-nＩｎ?????電源◆選型要點變頻器的額定輸出電流＞電機額定電流的總和

∑Ｉｎ（＝Ｉ1＋Ｉ2＋??＋Ｉn）注）為了保護電機，請在各個電機前安裝熱繼電器問題2用1臺變頻器切替使用2臺以上電機時的注意事項是什么？QFＭ１熱繼電器FR-1電機變頻器Ｍ２FR-2電源KM1KM2電磁接觸器◆注意事項?應在變頻器和電機停止的狀態下，進行

電機切替。?請不要在變頻器運行中進行電磁接觸器的

ON/OFF操作。

注意：變頻器運行中接通電機，會產生電機額定電流的6~8倍的電流。

如一定要在變頻器運行中進行切換，應充分考慮由此產生的沖擊電流對變頻器和電機的影響，選擇容量更大的變頻器和電機。注意①電源（電源等級選擇）?相數：三相?電壓：３８０～４６０ＶＡＣ?頻率：５０／６０Ｈｚ?電源容量：應在變頻器額定電源容量以上注意?電源電壓的容許波動范圍為＋１０％、－１５％。?過高電壓的輸入會導致變頻器損壞。損壞！※上限値＝（230VAC＋10%）×√2高電圧！電源電壓波形上限値（※）選擇與供電電源和電動機的額定電壓兩者相匹配的電壓等級。

電源斷路器（QF）變頻器電機功率改善交流電抗器變頻器的選型要點①具體選擇變頻器容量時，既要充分利用變頻器的過載能力，又要不至于在負載運行時使裝置超溫。②選擇變頻器的容量要考慮負載性質。其中，二次方律負載所需的變頻器容量較恒轉矩負載的低；③在傳動慣量、啟動轉矩大，或電動機帶負載且要正、反轉運行的情況下，變頻器的功率應加大一級。④要根據使用環境條件、電網電壓等仔細考慮變頻器的選型。⑤使用場所不同須對變頻器的防護等級要做選擇，為防止鼠害、異物等進入，應作防護選擇，常見IP10、IP20、IP30、IP40等級分別能防止Ф50、Ф12、Ф2.5、Ф1固體物進入。⑥矢量控制方式只能對應一臺變頻器驅動一臺電動機。三、變頻器選型注意事項

1）充分了解控制對象性能要求。一般來講如對啟動轉矩、調速精度、調速范圍要求較高的場合則需考慮選用矢量變頻器，否則選用通用變頻器即可。

2）了解所用電機主要銘牌參數：額定電壓、額定電流。

3）確定負載可能出現的最大電流，以此電流作為待選變頻器的額定電流。如果該電流小于適配電機額定電流，則按適配電機選擇對應變頻器。以下情況要考慮容量放大一檔：

(1)長期高溫大負荷

(2)異常或故障停機會出現災難性后果的現場

(3)目標負載波動大

(4)現場電網長期偏低而負載接近額定

(5)繞線電機、同步電機或多極電機（6極以上）變頻器選擇原則小結2023/2/5任務4.4驗布機的無級調速控制系統任務導入

驗布機是服裝行業生產前對棉、毛、麻、絲綢、化纖等特大幅面、雙幅和單幅布進行瑕疵檢測的一套必備的專用設備。根據檢驗人員的熟練程度、布匹的種類不同，驗布機對速度的要求不同。（1）整個驗布機分為5個工作速度：1速為15Hz、2速為20Hz、3速為30Hz、4速為35Hz、5速為40Hz。（2）驗布機有加速和減速按鈕，每按一次按鈕，變頻器的速度就會增加或減少1Hz。位置控制模塊人機界面（即觸摸屏）模擬量輸入輸出模塊數據通信模塊高速計數模塊1、特殊功能模塊的分類相關知識一、三菱模擬量輸入/輸出擴展模塊的類型2023/2/52、

模擬量輸入模塊（A/D轉換）、模擬量輸出模塊（D/A轉換）的功能

模擬量輸入（A/D）模塊：將現場儀表輸出的（標準）模擬量信號4～

20mA、0～

5V、0～

10VDC等轉化為PLC可以處理的一定位數的數字信號。

模擬量輸出（D/A）模塊：將PLC處理后的數字信號轉化為現場儀表可以接收的標準信號4～

20mA、0～

5V、0～10VDC等。如：12位數字量（0-4000）→4-20mA2000對應的轉換結果：12mA3、常見模擬量輸入輸出模塊1．簡介（1）FX2N-2DA模擬量輸出模塊用于將12位的數字量轉換成2路模擬量信號輸出（電壓輸出或電流輸出）。并通過TO指令寫入PLC中。（2）提供12位高精度分辨率（212＝4096）。數字輸出范圍0～4096，一般調到0～

4000；（3）2通道電壓輸出（0～

10V或0～

5V）或電流輸出（4～

20mA）。（4）對每一通道，可以規定電壓或電流輸出。(5)由PLC的基本單元提供內部電源，不單獨使用電源。二、三菱模擬量輸出模塊FX2N-2DA35.模擬量輸出模塊FX2N-2DA2．布線對于電壓輸出，須將IOUT和COM進行短路。3．緩沖存儲器分配表4-5FX2N-2DA緩沖存儲器（BFM）分配

BFM編號b15～b8b7～b3b2b1b0#0～#15保留#16保留輸出數據的當前值（8位數據）#17保留D/A低8位數據保持通道1的D/A轉換開始通道2的D/A轉換開始#18或更大保留BFM#16：存放由BFM#17（數字值）指定通道的D/A轉換數據，D/A數據以二進制形式，并以低8位和高4位兩部分順序進行存放和轉換。BFM#17：b0——通過將1→0，通道2的D/A轉換開始；

b1——通過將1→0，通道1的D/A轉換開始；

b2——通過將1→0，D/A轉換的低8位數據保持。

4.輸入輸出特性電壓輸出時，對于10V的模擬輸出值，數字值調整到4

000。電流輸出時，對于20mA的模擬輸出值，數字值調整到4

000。5．程序實例當X000=ON時，CH1通道將D100中的數據轉換成模擬量；當X001=ON時，CH2通道將D101中的數據轉換成模擬量。至于需要電壓輸出或電流輸出，改變接線即可，和程序無關。01000000BFM中的#17的b2位由1→0，使#16中的數據保護起來，準備進行D/A轉換。00100000BFM中的#17的b1位由1→0，這樣CH1的D/A轉換開始，則把D100中的數字量轉換成模擬量。將D100中的數字量存到M100～M115中。CH1工作程序將D101中的數字量存到M200～M215中。01000000BFM中的#17的b2位由1→0，使#16中的數據保護起來，準備傳給D101的低8位。00100000BFM中的#17的b0位由1→0，這樣CH2的D/A轉換開始，則把D101中的數字量轉換成模擬量。CH2工作程序

在使用三菱特殊功能模塊時，CPU在模塊內存中為模塊分配了一塊數據緩沖區（BFM）作為和CPU通信之用。三菱有專門兩條指令實現對模塊緩沖區BFM的讀寫，即FROM指令和TO指令。

1．FROM指令FROM指令（FNC78）的功能是實現對特殊模塊緩沖區BFM指定位的讀取操作。三、特殊功能模塊的讀寫操作指令FROM和TO

X0：FROM指令執行的起動條件。起動指令可以是X、Y、內部繼電器M等。m1：特殊功能模塊號（范圍0～7）。特殊功能模塊通過扁平電纜連接在PLC右邊的擴展總線上，可以連接最多8塊特殊功能模塊，它們的編號從最靠近基本單元的那一個開始順次編為0～7號。

m2：特殊功能模塊緩沖存儲器（BFM）首元件編號（范圍0～31）。

[D]：指定存放數據的首元件號。n：傳送點數，用n指定傳送的字點數（n=1～32）

。#10D10#11D112．TO指令TO指令（FNC79）的功能是由PLC向特殊單元緩沖存儲器BFM寫入數據的指令。

當X0=ON時，將PLC中以D10開始的兩個數據寫入0號特殊功能模塊內以10號緩沖存儲器（BFM#10）開始的兩個緩沖存儲器中。

#11D11#10D10X0：TO指令執行的起動條件。起動指令可以是X、Y、內部繼電器M等。m1：特殊功能模塊號（范圍0～7）。m2：特殊功能模塊緩沖寄存器首地址（范圍0～31）。[S·]：指定被讀出數據的元件首地址。n：傳送點數，用n（范圍1～32）指定傳送的字點數。TO指令的說明：2023/2/5任務實施【訓練工具、材料和設備】《三菱FR-D700通用變頻器使用手冊》通用電工工具一套三相異步電動機1臺按鈕三菱FR-D740變頻器1臺三菱FX2N-32MR接觸器FX2N-2DA2023/2/51．硬件電路圖4-26驗布機的控制原理圖36.驗布機無級調速控制系統2023/2/5表4-6 驗布機控制的I/O分配輸

入輸

出輸入繼電器輸入元件作

用輸出繼電器輸出元件作

用X001～X005SA速度選擇開關Y001STF、SD變頻器啟動X000SB變頻器上電按鈕Y004KM接通KMX006SB6加速按鈕Y005HA警鈴X007SB7減速按鈕Y006HL報警指示X010SB1變頻器啟停按鈕X011A、C故障信號2023/2/5圖4-27驗布機的電路圖COM3應修改為COM2，因為COM1和COM2的電壓規格不一樣，所以這兩個公共端不能短接。2023/2/52．參數設置要想讓變頻器實現外部操作功能，必須給變頻器設置如下參數。Pr.1=50Hz，上限頻率。Pr.2=0Hz，下限頻率。Pr.7=5s，加速時間。Pr.8=5s，減速時間。Pr.9=2.5A，電子過電流保護，一般設定為變頻器的額定電流。Pr.73=1，端子2輸入0～5V電壓信號。Pr.125=50Hz，端子2頻率設定增益頻率。Pr.178=60，端子STF設定為正轉端子。Pr.192=99，將變頻器輸出端子A、B、C設置為異常輸出功能。Pr.79=2，選擇外部運行模式。

2023/2/53．程序設計表4-7 驗布機的模擬量信號與數字量信號之間的對應關系輸入X1X2X3X4X5D0數字量4008001

2001

6002

000模擬量1V2V3V4V5V對應的頻率10Hz20Hz30Hz40Hz50Hz2023/2/51Hz對應的數字量是40。步94～步118通過X001～X005分別將400、800、1

200、1

600、2

000送到PLC的數據寄存器D0中。教材此處錯誤，應修改為Y001的常閉觸點。2023/2/54．運行操作（1）合上QF，給PLC上電，把圖4-28所示的程序下載到PLC中。（2）單擊編程軟件工具欄中的運行圖標，使PLC處于“RUN”狀態，PLC上的RUN指示燈點亮。（3）變頻器運行。首先按X000，Y004為“1”，變頻器上電；然后按X010，Y001為“1”，變頻器運行。（4）變頻器停止。按下停止按鈕X010，Y001變為“0”，變頻器停止運行。（5）變頻器調速。在步1248或133中，按下加速按鈕X006或減速按鈕X007，執行加法指令或減法指令，每按一次按鈕，D11中的數字量值就會增加40（即1Hz）或減少40，從而控制變頻器按1Hz加速或減速。2023/2/5知識拓展一、變頻器主電路的接線1．基本接線接觸器控制變頻器的電源接通與否進線電抗器限制電網電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊，有效地保護變頻器和改善其功率因數輸入濾波器用于抑制變頻器在整流過程中產生的高次諧波，防止變頻器被干擾，有效緩解變頻器的輸入端三相電源不平衡帶來的危害。●輸入端子（

L1，L2，L3）接電源、

輸出端子（Ｕ，Ｖ，Ｗ）接電機。●主電路接線完畢，一定要確認連接是否牢固。

●請務必接上地線，以避免發生觸電及火災。●請確認商品的額定電壓與交流電源的電壓一致。以避免受傷·火災。●不要在輸出端子U、V、W上連接交流電源。以避免發生故障。

注意電源側L3L1L2變頻側WUV！危険【注意】嚴禁在通電的情況下，觸摸變頻器的內部和接線端子。接線、維護?檢查時，在輸入電源ＯＦＦ（關）后，過

5分鐘以上再進行。

運行中散熱器、制動電阻會產生高溫請不要觸摸。以避免燙傷。輸出端子（Ｕ?Ｖ?Ｗ）請不要連接交流電源。以避免受傷·火災及機器的損壞。

施工前請再一次確認產品使用說明書上有關“安全注意”方面的事項。2023/2/5（2）圖4-30的主電路上，還必須接制動電阻。圖4-30變頻器主電路的接線端子R2023/2/5（3）變頻器會產生漏電流，其整機的漏電流大于3.5mA，為保證安全，變頻器和電動機必須接地，接地電阻應小于10Ω。圖4-31變頻器的接地方法

變頻器的接地柜內要有接地銅排；接地線粗，截面要大；所有設備地線要接到銅排上。2023/2/5（4）變頻器的控制電纜、電源電纜和與電動機的連接電纜的走線必須相互隔離，不要把它們放在同一個電纜線槽中或電纜架上。（1）即使變頻器不處于運行狀態，其電源輸入線、直流回路端子和電動機端子上仍然可能帶有危險電壓。因此，斷開開關以后還必須等待5min，保證變頻器放電完畢，再開始安裝工作。（2）變頻器必須可靠接地。如果不把變頻器可靠地接地，裝置內可能出現導致人身傷害的潛在危險。（3）連接同步電動機或并聯連接幾臺電動機時，變頻器必須在U/f控制特性下運行。2．電源控制開關及導線線徑選擇

電源控制開關及導線線徑的選擇與同容量的普通電動機選擇方法相同，按變頻器的容量選擇即可。因輸入側功率因數較低，應本著宜大不宜小的原則選擇線徑。3．變頻器輸出線徑選擇

變頻器工作時頻率下降，輸出電壓也下降。在輸出電流相等的條件下，若輸出導線較長（l＞20m），低壓輸出時線路的電壓降ΔU在輸出電壓中所占比例將上升,加到電動機上的電壓將減小,因此低速時可能引起電動機發熱。所以決定輸出導線線徑時主要是ΔU影響,一般要求為：ΔU≤（2~3）％UXΔU的計算為：UX

—電動機的最高工作電壓，單位為V；

IN—電動機的額定電流，單位為A；

R0—單位長度導線電阻，單位為mΩ∕m；

l—導線長度，單位為m

。例4-1已知電動機參數為：P

N=30kW，U

N=380V，I

N=57.6A，f

N=50Hz，nN=1460r/min。變頻器與電動機之間距離30m，最高工作頻率為40Hz。要求變頻器在工作頻段范圍內線路電壓降不超過2%，請選擇導線線徑。解：已知U

N=380V，則：

U

X=UN×=380×＝304（V）則應：

ΔU≤304×2%=6.08（V）

解得：R

0≤2.03

查電工手冊，應選截面積為10.0mm2的導線●

控制信號線請使用屏蔽線，并與動力線或強電電路分離布線。（20cm以上）

＊防止電氣干擾造成誤動作。●控制信號線的接線長度應在30m以下。

＊防止電氣干擾造成誤動作。●控制端子請連接無電壓接點信號或開路集電極信號。

＊如果對這些端子施加電壓會損壞內部電路，導致故障。●用開路集電極輸出（三菱變頻器）驅動感性負載時，請一定要連接續流二極管。控制電路接線時的注意點

二、變頻器控制電路的接線1．控制電路導線線徑選擇一般選用0.75mm2及以下的屏蔽線或絞合在一起的聚乙烯線。接觸器、按鈕開關等控制電路導線線徑可取1mm2的獨股或多股聚乙烯銅導線。2．控制電路輸入端的連接（1）觸點或集電極開路輸入端（與變頻器內部線路隔離）接線。

數字信號應采用獨立的屏蔽電纜，同一信號的2根線必須互相絞在一起（2）模擬信號輸入端（與變頻器內部線路隔離）接線。

避免信號線與動力線平行布線或捆扎成束布線（3）正確連接頻率設定電位器。

3．控制電路輸出端的連接

（1）繼電器輸出端的接線如圖所示（2）模擬信號輸出（DC0～20mA）端的接法如圖4-36所示。圖4-36模擬信號輸出端的接法2023/2/5任務4.5多泵恒壓供水控制系統任務導入（1）共有3臺水泵，按設計要求2臺運行，1臺備用，運行與備用3天輪換一次，切換的方法如圖4-37所示。②變頻器用水高峰時，1臺工頻全速運行，1臺變頻運行，另一臺處于待機狀態，并每3天循環一次，既便于維護和檢修作業，又不至于停止供水。用水低谷時，只需1臺變頻運行。③3臺水泵分別由電動機M1、M2、M3拖動，而3臺電動機又分別由變頻接觸器KMl、KM3、KM5和工頻接觸器KM2、KM4、KM6控制。④電動機的轉速由變頻器的5段調速來控制，5段速度與變頻器的控制端子的對應關系如表4-8所示。⑤變頻器的5段速度及變頻與工頻的切換由管網壓力繼電器的壓力上限接點與下限接點控制。⑥水泵投入工頻運行時，電動機的過載由熱繼電器保護，并有報警信號指示。表4-8 5段速度與變頻器控制端子的對應關系RHRMRL輸出頻率值（Hz）參數10020Pr.401025Pr.500130Pr.601140Pr.2410150Pr.25——多泵恒壓變頻供水控制的實現方法

該系統為一臺變頻器依次控制3臺水泵實現恒壓控制。系統具有變頻和工頻兩種運行狀態，當變頻泵達到水泵額定轉速后，如水壓在所設定的判斷時間內還不能滿足恒壓值時，系統自動將當前變頻泵狀態切換為工頻狀態，并控制下一臺泵為變頻泵。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制Ml、M2、M3變頻運行，KM2、KM4分別控制Ml、M2工頻運行。相關知識供水系統組成結構圖1）壓力傳感器-系統的控制輸入量，能否準確采集該信號決定控制系統的精度及可靠性。2）PLC控制器-是整個控制系統的核心，通過對外界輸入狀態進行檢測，輸出控制量；對外界輸入的數據進行運算處理后，輸出相應的控制量。3）變頻器-作為核心控制器的后續控制單元，對終端設備進行控制，最終達到控制要求。例如多段調速、變頻器調速等。多泵恒壓供水控制系統的構成

4）水泵-供水系統的執行機構，通過變頻器控制電動機的轉速，最后達到控制水泵流量大小。可以用以下4種方法：

（1）PLC（配PID控制程序）+模擬量輸入/輸出模塊+變頻器。缺點：需要給PLC配置模擬量輸入/輸出模塊，并且需要編寫PID控制程序，初期投資大，編程復雜

（2）PLC+PID調節器+變頻器。

系統組成框圖PID壓力傳感給定壓力變頻器I/OI/OI/OI/OI/OI/OPLC控制器I/OI/O變頻/工頻備用選擇液位變換鐘控允許自動/手動報警液位電極池底下限復位供水管網1#泵1#電機2#泵3#泵4#泵5#泵6#泵2#電機3#電機4#電機5#電機6#電機（PLC+PID調節器+變頻器）具體構成圖：

（3）PLC+變頻器（具有內置PID功能）。該控制方法是利用變頻器的內置PID功能完成水泵的PID調節，PLC只是根據壓力信號的變化控制水泵的投放臺數。這種方法是目前恒壓變頻供水中最為常用的方法。（4）水泵專用變頻器。該控制方法是將PID調節器以及簡易PLC的功能都集成到變頻器內，可以控制多個水泵的接觸器，實現了單臺變頻器的多泵控制恒壓供水功能。西門子的MM430系列、三菱公司的F700系列、丹麥丹佛斯公司的VLT7000系列、施耐德公司的Altivar58泵切換卡、ABB公司的ACS600系列產品、SANKEN的IPS