第5章-PLC控制变频器闭环的电机运行

PLC控制变频器闭环的电机运行课题五PLC控制变频器闭环的电机运行第一节变频调速恒压供水控制系统第一节变频调速恒压供水控制系统一、能力目标1.熟练掌握变频与工频切换的外部接线。2.掌握变频与工频切换各参数的预置方法。3.能按要求正确操作变频与工频的切换。4.能理解压力变送器构成的负反馈的意义。5.能够正确分析、理解和进一步设计PLC控制程序。6.能够对运行过程中出现的问题正确分析、处理。第一节变频调速恒压供水控制系统二、使用材料及工具变频器、可编程序控制器、低压断路器、交流接触器、按钮、指示灯、导线、常用电工工具、万用表、低压配电盘、三相异步电动机及水泵、压力变送器等。三、项目要求1.控制要求（1）通过三位转换开关手动控制系统的变频与工频运行，转换开关左位工频状态运行，转换开关右位变频状态运行。（2）工频运行状态下，通过交流接触器实现电动机的工频运行，红灯指示工频运行。（3）在变频运行状态下，变频器的通、断电通过交流接触器实现，绿灯指示变频器通电。第一节变频调速恒压供水控制系统（4）在变频器通电的前提下，电动机的运行通过交流接触器实现，红灯指示变频器运行。（5）要求控制系统有完善的保护环节，系统通、断电顺序符合安全操作的要求。并且在变频运行状态下，当变频器出现故障时要求黄灯闪烁报警，变频器停止工作，系统自动切换为工频运行。（6）压力变送器构成的恒压负反馈能根据管网压力自动进行调节，达到恒压供水的目的。本项目的控制要求通过PLC实现，以森兰变频器BT12S和松下PLCFP1-C24为例进行。第一节变频调速恒压供水控制系统2.主电路及变频器端子系统主电路及变频器端子接线如图19-1所示。各接触器的功能是：KM1主触点用于将电网电源接至变频器的输入端（R、S、T）；KM2用于将变频器的输出端（U、V、W）接至水泵电动机；KM3用于将工频电源直接接至水泵电动机。当接触器KM1、KM2主触点接通而接触器KM3主触点断开时，水泵电动机可在“变频运行”状态工作；当接触器KM1、KM2主触点断开而接触器KM3主触点接通时，水泵电动机工作在“工频运行”状态。第一节变频调速恒压供水控制系统自动空气开关QF为供水控制系统总开关，同时具有短路、过压、过流等保护功能。接触器KM1、KM2、KM3等具有失压、欠压保护功能。在工频运行时，变频器不可能对水泵电动机的过载进行保护，所以接入热继电器FR，用于工频运行时水泵电动机的过载保护。变频器可外接可调电位器RP（5k）。由于电位器实际用处不大，故本系统未接电位器。变频器的安全接地端子PE必须可靠接地！注：RP--外接可调电位器（5k），可不接SP--压力传感器第一节变频调速恒压供水控制系统KASENLANINVERTERKM3U1V1W1黑红绿RSTKM2L1L2L3QFKM1M3～FRUVWPE5VVRFGND24VVPFRESETFWDCMPLCY7SPRPP30A30B30C图19-1变频调速恒压供水控制系统主电路及变频器端子接线第一节变频调速恒压供水控制系统3.I/O分配PLC的I/O分配如表19-1所示。地址外部信号备注功能X0SA1左位绿色手动选择工频运行X1SA1右位绿色手动选择变频运行X2SF1绿色工频运行起动/变频器通电控制按钮X3ST1红色工频运行停止/变频器断电控制按钮X4SF2绿色变频器运行起动控制按钮X5ST2红色变频器运行停止控制按钮X6SB绿色变频器故障后复位控制按钮X7FR常开触点工频过载保护XA30A-30B常开触点变频器故障端子Y0KM1线圈交流220V变频器通、断电接触器Y1KM2线圈交流220V变频器运行接触器Y2KM3线圈交流220V工频运行接触器Y3KA线圈交流220V变频器运行端子信号Y4HL2绿色变频器通电指示灯Y5HL3红色变频器变频运行指示灯Y6HL4黄色变频器故障指示灯Y7RESEYT变频器故障状态复位控制端表19-1变频调速恒压供水控制系统I/O分配第一节变频调速恒压供水控制系统4.元器件明细表系统所用设备、元器件如表19-2所示。序号名称数量备注1变频器1台2三相异步电动机1台3管道泵1台4PLC1套5自动空气开关1个6交流接触器3个7热继电器1个8中间继电器1个9三位旋钮开关1个10按钮5个绿色3个红色2个11指示灯4个红色2个黄、绿色各1个12压力变送器1个表19-2变频调速恒压供水控制系统元器件明细表第一节变频调速恒压供水控制系统因所选用的森兰变频器BT12S已经内置PI调节器，故未额外选用PID调节器。5.配电盘布置图如图19-2所示完成配电盘上各器件的布置和安装，并用万用表逐个检查元器件的好坏。图19-2变频调速恒压供水控制系统配电盘布置图第一节变频调速恒压供水控制系统6.控制/指示面板元器件布置图如图19-3所示完成控制/指示面板上各器件的布置和安装，并用万用表逐个检查元器件的好坏。SA（红）HL1（红）HL2（绿）HL3（红）HL4（黄）SB（绿）SF1（绿）ST1（红）SF2（绿）ST2（红）图19-3变频调速恒压供水控制系统控制/指示面板元器件布置图第一节变频调速恒压供水控制系统系统控制柜内端子排接线图如图19-4所示。图19-3、图19-4中HL1（红）为水泵电动机工频运行指示灯，其电路图如图19-5所示。GNDVPFHL1HL2HL3HL4L3NPEL3L2L1NU1V1W124-X0X1X2X3X4X5X65VVRF图19-4变频调速恒压供水控制系统控制柜内端子排接线图图19-5工频运行指示灯HL1电路图第一节变频调速恒压供水控制系统7.I/O接线如图19-6所示完成I/O的实际接线，并用万用表检查I/O接线的正确性。图19-6变频调速恒压供水控制系统I/O接线图第一节变频调速恒压供水控制系统8.PLC程序（1）松下PLCFP1是日本松下电工生产的整体式小型PLC产品，它集CPU、I/O、通信等诸多功能模块为一体，具有体积小、功能强、性能价格比高等特点。FP1-C24提供输入点16个和输出点8个，能满足本项目的I/O要求。FP1-C24内部寄存器存储区域分配如下：外部输入继电器编号为X0～XF，输入16点信号；外部输出继电器编号为Y0～Y7，可输出8点信号；内部继电器编号为R0～R62F，共63个字，每个字16位，一共可提供1008点信号；定时器编号为T0～T99，可提供100个定时器；计数器编号为C100～C143，可提供44个定时器。第一节变频调速恒压供水控制系统（2）程序按图19-7所示的梯形图输入程序，并连接下载到PLC。图19-7变频调速恒压供水控制系统梯形图第一节变频调速恒压供水控制系统（3）梯形图分析①工频运行段首先将三位旋钮选择开关SA向左旋至“工频运行”位，使输入继电器X0动作，为工频运行作好准备。按下工频运行起动按钮SFl，输入继电器X2动作，使输出继电器Y2动作并保持，从而使接触器KM3动作其主触点闭合，水泵电动机在工频电压下起动并运行。按下工频运行停止按钮STl，输入继电器X3动作，使输出继电器Y2“复位”，从而使接触器KM3失电其主触点断开，电动机停止运行。如果水泵电动机过载，热继电器FR常开触点闭合，输入继电器X7动作，输出继电器Y2、接触器KM3相继复位，电动机停止运行。第一节变频调速恒压供水控制系统②变频器通电段首先将三位旋钮选择开关SA向右旋至“变频运行”位，使输入继电器X1动作，为变频运行作好准备。按下变频器通电控制按钮SFl，输入继电器X2动作，使输出继电器Y1动作并保持。一方面使接触器KM2动作，将水泵电动机接至变频器的输出端。另一方面，又使输出继电器Y0动作，从而接触器KMl动作其主触点闭合，使变频器接通电源。按下变频器断电控制按钮STl，输入继电器X3动作，在Y3未动作或已经复位的前提下，使输出继电器Y1“复位”，接触器KM2复位，切断水泵电动机与变频器之间的联系。同时，输出继电器Y0与接触器KMl也相继复位，切断变频器的电源。第一节变频调速恒压供水控制系统③变频运行段按下变频运行起动控制按钮SF2，PLC输入继电器X4动作，在Y0已经动作的前提下，输出继电器Y3动作并保持，使继电器KA动作，变频器的FWD端（正转运行端）与CM端（公共端）被继电器KA常开触点接通，电动机开始升速并运行，进入变频运行阶段。同时，Y3的常闭触点使变频器断电控制按钮STl暂时不起作用，防止在电动机运行状态下直接切断变频器的电源。按下变频器运行停止控制按钮ST2，输入继电器X5动作，输出继电器Y3复位，继电器KA失电，变频器的FWD与CM端断开，水泵电动机开始降速并停止运行。第一节变频调速恒压供水控制系统④变频器跳闸段如果变频器因故障而跳闸，变频器的故障继电器输出端“30B-30A”闭合，则PLC的输入继电器XA动作，一方面使Y1和Y3复位，从而输出继电器Y0、接触器KM2和KMl、继电器KA也相继复位，变频器停止工作。另一方面，输出继电器Y6断续接通，变频器故障指示灯HL4闪烁，进行指示报警。同时，在Y1已经复位的情况下，PLC时间继电器T1开始计时，其常开触点延时2S后闭合，使输出继电器Y2动作并保持，接触器KM3动作，电动机进入工频运行状态。第一节变频调速恒压供水控制系统⑤故障处理段报警后，操作人员应立即将三位旋钮选择开关SA向左旋至“工频运行”位。这时，输入继电器X0动作，一方面使控制系统正式转入工频运行方式；另一方面，使PLC输出继电器Y6复位，停止指示灯报警。当变频器的故障处理完毕，重新通电后，须首先按下变频器故障后复位控制按钮SB，使X6动作，从而使PLC输出继电器Y7动作，变频器的故障复位控制端RESET接通，使变频器的故障状态复位。第一节变频调速恒压供水控制系统9.变频器参数预置（1）压力变送器信号的接入将压力变送器SP的反馈信号一端接入变频器控制端子的GND端，即模拟输入信号的公共端子；另一端接入变频器控制端子传感器信号输入的VPF端，即传感器反馈电压信号输入端。压力变送器提供DC4～20mA的标准电流信号，由于变频器内部模拟量输入电阻为250Ω，即将反馈信号自动转换为DC1～5V的电压信号。第一节变频调速恒压供水控制系统（2）参数预置按要求在变频器通电的状态下，如表19-3所示完成变频器参数的预置。参数用户设定出厂值参数用户设定出厂值F0050.00F4024F010或10F411.00F0210F4440F0300F4510F046050.00F470或10F055050.00F48根据实际情况设定50.0F06380380F5023F088.010.0F5100F098.010.0F52100100F1010F5300F1260.0060.00F575550.00F130.580.50F60600010F23100F61155.0F2432F6225.0表19-3变频调速恒压供水控制系统变频器参数设定值第一节变频调速恒压供水控制系统10.系统运行，记录数据将系统按要求运行，在变频调速恒压供水控制系统稳态运行时，将以下相关数据记录在表19-4中。F253.730.0F2600F3530F365.05.0F3710F3800F3900给定电压（V）SP反馈电压（V）变频器稳态运行频率（Hz）水箱压力（压力变送器指针百分比）（％）22.52.672.8表19-4变频调速恒压供水控制系统运行参数第一节变频调速恒压供水控制系统四、工艺要求1.系统的通、断电操作符合安全操作规程的要求。2.元器件画法符合IEC的有关标准。3.元器件布置和所有接线符合国标对低压配电盘的有关规定。4.按照电气制图的原则绘制图形。5.操作面板布置合理，便于操作。第一节变频调速恒压供水控制系统五、学习形式本项目的学习形式建议以小组的形式进行，为保证每名学生的动手能力每组以2-4人为宜。指导教师在讲解项目要求时可采用集体的形式进行，学生动手进行项目时，指导教师在各组巡视、辅导，并可对个别学生现场提问和重点辅导。通过本项目的训练，着重培养学生的团结协作能力、与人相处的能力和一定的语言表达能力，按照职业