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1、河北工业职业技术学院,第6章 PLC与变频器组成的调速系统运行项目,6.1 项目1-PLC与变频器的连接,项目内容 利用S7-200PLC和MM440变频器实现PLC对变频器的通信控制；S7-200PLC与站号为1的变频器通信控制电机的转速。 相关知识 一个PLC系统由三部分组成:中央单元、输入/输出模块和编程单元。在一个由PLC和变频器组成的调速系统中，PLC可提供控制信号 (如速度)和指令通断信号(启动、停止、反向)给变频器。,PLC与变频器的三种连接方法 1. 开关指令信号的输入 变频器的输入信号中包括对运行/停止、正转/反转、点动等运行状态进行操作的开关型指令信号 (数字输入信号)。P
2、LC通常利用继电器触点或具有继电器触点开关特性的元器件(如晶体管)与变频器连接，获取运行状态指令。 使用继电器触点进行连接时，常因接触不良而带来误动作；使用晶体管进行连接时，则需要考虑晶体管本身的电压、电流容量等因素，保证系统的可靠性。 在设计变频器的输入信号电路时还应该注意到，当输入信号电路连接不当时有时也会造成变频器的误动作。,2. 数值信号的输入 变频器中也存在一些数值型 (如频率、电压等)指令信号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种，数字输入多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来设定；模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常是通过010V(或5V)的电压信号或者0(或4)2OmA的电流
3、信号输入。由于接口电路因输入信号而异，故必须根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。,当变频器和PLC的电压信号范围不同时，例如，变频器的输入信号范围为0lOV而PLC的输出电压信号范围为05V时，或PLC一侧的输出信号电压范围为010V而变频器的输入信号电压范围为05V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，则需以串联电阻的分压，以保证进行开关时不超过PLC和变频器相应部分的容量。此外，在连线时还应该注意将布线分开，保证主电路一侧的噪声不传至控制电路。 通常变频器也通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号，电信号范围通常为05V(或1OV)及0(或4)2OmA电流信号。无论是哪
4、种情况，都必须注意PLC一侧输入阻抗的大小以保证电路中的电压和电流不超过电路的容许值，从而提高系统的可靠性和减少误差。此外，由于这些监测系统的组成都互不相同，当有不清楚的地方时最好向厂家咨询。,由于变频器在运行过程中会带来较强的电磁干扰，为了保证PLC不因变频器主电路的断路器及开关器件等产生的噪声而出现故障，在将变频器和PLC等上位机配合使用时还必须注意: （1) 对PLC本体按照规定的标准和接地条件进行接地。此时，应避免和变频器使用共同的接地线，并在接地时尽可能使两者分开。 （2) 当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块以及输入/输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪声用的变压器等。此外
5、，如有必要在变频器一侧也应采取相应措施。 （3) 当把变频器和PLC安装在同一操作柜中时，应尽可能使与变频器和PLC有关的电线分开。 （4) 通过使用屏蔽线和双绞线达到提高抗噪声水平的目的。,3PLC通过485通信接口控制变频器 这种控制方式的硬件接线简单，但需要增加通信用的接口模块。且要求熟悉通信模块的使用方法和设计通信程序。 二西门子通用变频器与PLC的通信 西门子通用变频器有两种通信协议：USS协议和通过RS485接口的Profibus-DP协议。如果使用Profibus-DP协议通信，必须使用Profibus-DP模块CB15；如果使用USS协议通信，可通过一个SUB-D插座连接，采用
6、两线制的RS485接口，以USS通信协议作为现场监控和调试协议，最多可连接31台通用变频器，最大数据传输速率为19.2kbit/s，然后可用一个主站，如工业计算机或PLC进行控制。USS总线上的每台通用变频器都有一个从站号 (在参数中设定)，各站点由唯一的标识码识别，主站依靠它来识别每一台通用变频器。,项目实施 一设备、工具和材料 MM440变频器，S7-200PLC，通信适配器，通信电缆，三相交流电动机，直流24V电源，接触器，空气断路器，接线端子，电工工具，万用表，按钮，导线。 二技能训练 1.按电路图接线 使用一根标准的Profibus电缆接在S7-2OOCPU通信口的1、3、8端上，电
7、缆另一端是无插头的，对应的三根线分别接到变频器的PE、29、30端子上，如图6-3所示。S7-200的CPU最多可以接31个变频器，每个变频器要有唯一的站址，通过变频器的参数进行设置。,2.操作步骤 （1）正确连接电路。 （2）确立通信方案 西门子自动化产品的小型变频器与S7-20O的PLC之间的通信只能采用USS方式。USS协议是传动产品 (变频器等)通讯的一种协议，为主-从总线结构。总线上的每个传动装置有一个从站号(在参数中设定)，主站(PC，西门子PLC)依靠它识别每个传动装置。S7-2OOPLC可以作为主站，用户使用指令可以方便地实现对变频器的控制。S7-2OOPLC提供的USS协议指
8、令为USS INIT和DRV_CTRL。见下表。,（3）参数组态及编程 1）设置变频器参数 2）定义USS内部变量 3) 编写程序 见下图。,6.2 项目2-PLC和变频器联机实现电动机的 正反转运行 项目内容 利用S7-300PLC和MM440变频器设计电动机正反转运行的控制电路。控制要求如下： 一通过PLC的正确编程、变频器参数的正确设置，实现电动机的正反转运行； 当电动机正向运行时，正向起动时间为8s，电动机正向运行转速为840r/min，对应频率30Hz。当电动机反向运行时，反向起动时间为8s，电动机反向运行转速为840 r/min，对应频率30Hz。当电动机停止时，发出停止指令8s内
9、电动机停止。 二通过PLC的正确编程、变频器参数的正确设置，实现电动机的正反向点动运行。电动机正向反向点动转速560r/min，对应频率20Hz。点动斜坡上升或下降时间为6s。,相关知识 一PLC与变频器接线图 通过S7-300系列PLC和MM440变频器联机，实现MM440控制端口开关操作，完成对电动机正反向运行、正反向点动运行的控制。PLC与MM440接线如图所示。,二PLC的变量约定 1. 数字输入端: I124.1电动机正转，SB1为正转按钮； I124.2电动机停止，SB2为停止按钮； I124.3电动机反转，SB3为反转按钮； I124.4电动机正向点动，SB4为正向点动按钮； I
10、124.5电动机反向点动，SB5为反向点动按钮。 2. 数字输出端: Q124.1电动机正转/停止，至MM440的“5”接口； Q124.2电动机反转/停止，至MM440的“6”接口； Q124.3电动机正向点动，至MM440的“7”接口； Q124.4电动机反向点动，至MM440的“8”接口。,三PLC程序设计,四变频器的参数设置,项目实施 S7-300和MM440联机实现MM440控制端口开关操作: 1）电动机正向运行。 当按下正转按钮SB1时，PLC输入继电器I124.1的常开触点闭合，输出继电器Ql24.1接通，MM440的端口“5”为 “ON”，电动机按Pll20所设置的8s斜坡上升
11、时间正向起动，同时Ql24.1常开触点闭合实现自保。 2）电动机反向运行。 操作运行情况与正向运行类似。 为了保证正转和反转不同时进行，在程序设计中利用输出继电器Q124.1和Q124.2的常闭触点实现互锁。 3）电动机停车。 无论电动机当前处于正向还是反向工作状态，当按下停止按钮SB2时，输入继电器I124.2常闭触点断开，使输出继电器Ql24.1(或Ql24.2)失电，MM440的端口“5” (或“6”)为“OFF”，电动机停车。,4）电动机正向点动运行。 当按下正向点动按钮SB4时，PLC输入继电器I124.4得电，其常开触点闭合，输出继电器Q124.3得电，使MM440的数字端口“7”
12、为“ON”，电动机按Pl060所设置的6s点动斜坡上升时间正向点动运行。 当放开正向点动按钮SB4时，PLC输入继电器I124.4失电，其常开触点断开，输出继电器Ql24.3失电，使MM440的数字端口“7”为“OFF”，电动机停车。 5）电动机反向点动运行。 操作运行情况与正向点动运行类似。,6.3 项目3-PLC和变频器联机实现电动机的延时控制 项目内容 利用S7-300PLC的正确编程和MM440变频器参数的正确设置，实现电动机延时运行。控制要求如下： 当按下正向起动按钮时，电动机延时10s开始正向起动，并且在7s内电动机的转速正向达到112Or/min，对应频率40Hz。当电动机停止时
13、，发出停止指令7s内电动机停止运行。当按下反向起动按钮时，电动机延时10s开始反向起动，并且在7s内电动机的转速反向达到1120r/min，对应频率40 Hz。当电动机停车时，发出停车指令7s内电动机停止运行。,相关知识 一PLC与变频器接线图 通过S7-300系列PLC和MM440变频器联机，完成对电动机正反向运行的延时控制。PLC与MM440接线如图所示。,二PLC的变量约定 1. 数字输入: I124.1电动机正转，SB1为正转按钮； I124.2电动机停止，SB2为停止按钮； I124.3电动机反转，SB3为反转按钮。 2. 数字输出: Q124.1电动机正转/停止，至MM440的“5
14、”端口； Q124.2电动机反转/停止，至MM440的“6”端口。,三.PLC程序设计,四变频器的参数设置,项目实施 1）电动机正向延时运行。 当按下正转按钮SB1时，PLC输入继电器I124.1得电，其常开触点闭合，位存储器MO.0得电，其常开触点闭合实现自锁，同时接通定时器T1并开始延时，当延时时间达到10s时，定时器T1的Q端输出逻辑 “1”，输出继电器Q124.1得电，使MM440的数字输入端口“5”为“ON”，电动机在发出正转信号延时1Os后正向起动。 2）电动机反向延时运行。 操作运行情况与正向延时运行类似。 为了保证运行安全，在程序设计中，利用位存储器M0.O和M0.1的常闭触头
15、实现互锁。 3）电动机停止。无论电动机当前处于正向还是反向工作状态，当按下停止按钮SB2时，输入继电器I124.2得电，其常闭触点断开，使M0.0(或M0.1)失电，其常开触点断开取消自锁，同时使定时器T1或(T2)断开，输出继电器Q124.1(或Q124.2失电，MM440端口“5”(或“6”)为“OFF”，电动机停止运行。,6.4 项目4-PLC和变频器联机实现电动机的 模拟信号连续控制 项目内容 利用S7-300PLC的正确编程和MM440变频器参数的正确设置，实现如下控制要求： 控制系统不但能够控制电动机的正反转、停止，而且能够平滑无级地调节电动机的转速大小。,相关知识 一PLC与变频
16、器接线图 通过S7-300系列PLC和MM440变频器联机，按控制要求完成对电动机的控制。PLC与MM440接线如图所示。,二PLC的变量约定 1. 数字输入: I124.1电动机正转，SB1为正转按钮； I124.2电动机停止，SB2为停止按钮； I124.3电动机反转，SB3为反转按钮。 2. 数字输出: Q125.1电动机正转/停止，至MM440的“5”端口； Q125.2电动机反转/停止，至MM440的“6”端口。 3. 模拟输入端: PIW256PLC模拟量输入地址，对应模拟量输入端子 “2”、“3”。 4. 模拟输出端: PQW256PLC模拟量输出地址，对应模拟量输出端子“14”、“15”。 三.PLC程序设计 四变频器的参数设置,项目实施 1）电动机正向运行。 当按下正转按钮SB1时，PLC输入继电器I124.1得电，其常开触点闭合。输出继电器Q125.1得电，一方面使MM440变频器的端口“5”为“ON”，允
