电动机多段速控制：可编程控制器与变频器的任务

知识导读

变频器和PLC 进行配合时所需注意的事项

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、微动等运行状态进行操作的开关型指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件（如晶体管）与PLC 相连，得到运行状态指令。

在使用继电器接点时，常常因为接触不良而带来误动作；使用晶体管进行连接时，则需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。

当输入开关信号进入变频器时，有时会发生外部电源和变频器控制电源（DC 24 V）之间的串扰。正确的连接是利用PLC 电源，将外部晶体管的集电极经过二极管接到PLC。

2.数值信号的输入

当变频器和PLC 的电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10 V，而PLC 的输出电压信号范围为0～5 V 时，或PLC 一侧的输出信号电压范围为0～10 V，而变频器的输入电压信号范围为0～5 V 时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需用串联的方式接入限流电阻及分压方式，以保证进行开闭时不超过PLC 和变频器相应的容量。此外，在连线时还应注意将布线分开，保证主电路一侧的噪声不传到控制电路。

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。电信号的范围通常为0～10 V/0～5 V 及4～20 mA 电流信号。无论哪种情况，都应注意：PLC 一侧的输入阻抗的大小要保证电路中电压和电流不超过电路的允许值，以保证系统的可靠性和减少误差。

任务实施

一、准备阶段

工作环境：电气、消防、卫生等应符合实训安全要求的电工实训室，且具有投影仪等多媒体教学设备。

配套设备：电气安装与维修实训平台。

仪器仪表：每人配备电工常用工具一套（尖嘴钳一把，一字、十字螺丝刀各一把），万用表一块。

元器件及耗材：三菱PLC、三菱变频器FR-D700、三相异步电动机、相关电气元件及导线若干。

资料准备：三菱变频器的使用说明书。

着装要求：穿工作服、穿绝缘胶鞋、戴胸牌。

二、操作过程

1.任务要求描述

利用PLC 控制变频器，使电动机按图4.3.1 的运行曲线运行。

图4.3.1　PLC 控制变频器多段速控制要求

根据曲线图，按下启动按钮SB1，电动机以15 Hz 正转，7 s 后电动机以25 Hz 正转，6 s后电动机以45 Hz 正转，10 s 后电动机以18 Hz 正转，8 s 后电动机以50 Hz 反转，11 s 后电动机以25 Hz 反转，11 s 后电动机停止。由此得出，本任务用到6 段速，其RH、RM、RL的组合及频率的分配如表4.3.1 所示。

表4.3.1　变频器控制端子分配表

2.PLC 的I/O 口分配

根据任务要求，分配PLC 的输入端和输出端，具体分配如表4.3.2 所示。

表4.3.2　I/O 口分配表

3.PLC 与变频器接线示意图

根据I/O 口的分配表完成PLC 与变频器外部接线，其接线示意图如图4.3.2 所示。

图4.3.2　PLC 与变频器外部接线示意图

4.编写PLC 控制程序

根据控制要求编写PLC 控制程序，如图4.3.3 所示。

图4.3.3　PLC 控制程序

图4.3.3　PLC 控制程序（续）

图4.3.3　PLC 控制程序（续）

项目评价

完成实训项目，填写表4.3.3 所列考核评价表。

表4.3.3　可编程控制器与变频器对电动机多段速控制项目考核评价表

续表

拓展知识

1.FX0N-3A 概述

FX0N-3A 包含两路输入通道和一路输出通道。输入通道将外部输入的模拟信号转换成内部的数字信号（A/D 转换），输出通道将内部的数字信号转换成外部的模拟信号（D/A 转换）。根据接线不同，可以选择电压信号或电流信号的模拟输入或模拟输出，模拟输入通道或模拟输出通道的可接受范围为DC 0～10 V、DC 0～5 V 或DC 4～20 mA。FX0N-3A 可以连接到FX1N、FX2N 等系列的可编程控制器。所有的数据传输和参数设置均通过PLC 程序进行控制与调整。

2.模拟量输入规格(www.xing528.com)

模拟量输入规格，如表4.3.4 所示。

表4.3.4　模拟量输入规格表

输入模拟电压转换数字值：255 × 10 ÷ 10.2 = 250

输入模拟电流转换数字值：255 × (20-4) ÷ (20.32-4) = 250

3.模拟量输出规格

模拟量输出规格如表4.3.5 所示。

表4.3.5　模拟量输出规格表

输出数字值转换模拟电压值：255 × 10 ÷ 250 = 10.2

输出数字值转换模拟电流值：255 × (20-4) ÷ 250 + 4 = 20.32

4.缓冲存储器（BFM）分配

缓冲存储器分配如表4.3.6 所示。

表4.3.6　缓冲存储器分配表

注：表格留空部分为缓冲存储器存储保留区域。

（1） #0：输入通道1（CH1）与输入通道2（CH2）转换数据以二进制形式交替存储。

（2） #17 的含义如表4.3.7 所示。

表4.3.7　#17 功能含义

其中，b0 = 0 表示选择输入通道1；

b0 = 1 表示选择输入通道2；

b1 = 0→1 表示启动A/D 转换；

b1 = 1→0 表示复位A/D 转换；

b2 = 0→1 表示启动D/A 转换；

b2 = 1→0 表示复位D/A 转换；

模拟量连续输入输出条件：0→1→0。

5.A/D 输入程序

主机单元将数据读出或写入FX0N-3A 缓冲存储器（BFM），当X1 = ON 时，实现输入通道1 的A/D 转换，并将A/D 转换对应值存储于主机电源D01 中。当X2 = ON 时，实现输入通道2 的A/D 转换，并将A/D 转换对应值存储于主机单元D02 中，其PLC 程序如图4.3.4所示。

图4.3.4　A/D 输入程序

当X1 闭合时：

［TO K0 K17 H00 K1］→（H00）写入BMF#17，选择输入通道1 且复位A/D 转换；

［TO K0 K17 H02 K1］→（H02）写入BMF#17，保持输入通道1 的选择且启动A/D 转换；

［FROM K0 K0 D01 K1］→读取BFM#0，将输入通道1 当前A/D 转换对应值存储于主机单元D01 中。

当X2 闭合时：

［TO K0 K17 H01 K1］→（H01）写入BMF#17，选择输入通道2 且复位A/D 转换；

［TO K0 K17 H03 K1］→（H03）写入BMF#17，保持输入通道2 的选择且启动A/D 转换；

［FROM K0 K0 D02 K1］→读取BFM#0，将输入通道2 当前A/D 转换对应值存储于主机单元D02 中。

6.D/A 输出程序

当X0 = ON 时，实现输出通道的D/A 转换，D/A 转换对应值为主机单元D00。其PLC程序如图4.3.5 所示。

当X0 闭合时：

［TO K0 K16 D00 K1］→D/A 转换对应值（D00）写入BFM#16；

图4.3.5　D/A 输出程序

［TO K0 K17 H04 K1］→（H04）写入BFM#17，启动D/A 转换；

［TO K0 K17 H00 K1］→（H00）写入BFM#17，复位D/A 转换。