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1、第七章 PLC控制变频器及人机界面,第一节、PLC控制变频器的方法,变频器概述三菱 VS-616G5变频器外部接线图VS-616G5变频器多级调速的PLC控制VS-616G5变频器无级调速的PLC控制VS-616G5变频器、PLC在速度检测和位置控制时的接线,由电机拖动中交流调速的相关知识可知，变频调速的性能最好。变频调速电气传动调速范围大，静态稳定性好，运行效率高，是一种理想的调速系统。目前，交流调速系统的性能已经可以达到或超过直流调速系统。在不久的将来，交流变频调速电气传动将替代包括直流调速传动在内的其他调速电气传动。异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变电机的定子电压和频率，必须
2、通过变频装置获得电压和频率都可调的电源，实现所谓的VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）调速控制，这类能实现变频调速功能的变频调速装置称之为变频器。随着现代功率电子技术的发展，变频器的性能日新月异，有调速范围宽、调速精度高、动态响应快、运行效率高、功率因数高、操作方便并且便于同其他设备接口等一系列优点。,一、变频器概述,二、三菱 VS-616G5变频器外部接线图,VS-616G5变频器属于电压型变频器,它包括了4种控制方式：标准V/F控制、带PG反馈的V/F控制、无传感器的磁通矢量控制和带PG反馈的磁通矢量控制.,主电路电源端子R、S、T经交流接触器
3、和自动空气断路器与电源连接，无需考虑相序。变频器输出电源接到端子U、V、W上。变频器的保护功能动作时，相应的继电器吸合，其常闭触点断开变频器电源侧主电路接触器的线圈电路，从而切断变频器主电路的电源。请勿以主电路的通断来进行变频器的运行、停止操作，必须通过控制电路端子1或端子2来操作。DC电抗器连接端子+1和+2是连接改善功率因数用电抗器的端子。这两端子在出厂时接有短路片，对于30KW以上变频器需配置DC电抗器时，卸掉短路片后再连接。对小容量变频器，内设制动电阻接在B1和B2端子上。对较大容量变频器，需连接外部制动电阻时，接在端子B1、B2上。变频器必须可靠接地。,1、主电路的连接,2、控制电路
4、端子的功能说明,（1）输入信号：包括对运行/停止、正转/反转、点动等运行状态进行操作的数字操作信号。变频器通常利用继电器接点或者晶体管集电极开路形式得到这些运行信号，如PLC的继电器输出电路或PLC的晶体管输出电路。PLC的输出端口可以和变频器的上述信号端子直接相连接。（2）监测输出信号：包括故障检测信号、速度检测信号、频率信号和电流信号等。分为开关量检测信号和模拟量检测信号两种，用来和其他设备配合以组成控制系统。模拟量检测输出信号既可根据需要送给电流表或频率表，也可以送给PLC的模拟量输入模块。开关量检测信号，它们是通过继电器接点或晶体管集电极开路的形式输出，额定值均在24V/50mA之上，
5、完全符合FX系列PLC对输入信号的要求，所以可以将变频器的开关量检测信号和FX系列PLC的输入端直接相连接，从而实现信号的反馈控制。,控制电路端子的功能说明,三、VS-616G5变频器多级调速的PLC控制,可以利用PLC的开关量输入输出模块对变频器的多功能输入端进行控制，实现三相异步电动机的正反转、多速控制。,可以利用变频器的数字操作器对多功能输入、输出端子的功能重新进行设定（表7-1中为出厂时所设定）。用数字操作器对参数H1-01H1-06进行设定，可实现多达9段速运行。设定情况如下表所示。,多段速参数的设定,设定方法：,点动运转是一种与所设置的加减速时间无关的、单步的、以点动频率运转的驱动
6、功能。变频器的5、6、7端子经过功能设定后再通过通断组合，可控制8挡频率，连同端子8对应的点动频率，共可实现9段速的控制。每挡相应的频率可以通过数字操作器对参数d1-01d1-09的设置而定（范围0400Hz）。,多段频率的选择,图是利用FX1N-24MR型PLC和VS-616G5变频器实现9段速的硬件接线图。Y6、Y7、Y10和Y11全为OFF时，电机以频率指令1对应的频率运行（d1-01设定的值）；Y6为ON，而Y7、Y10和Y11全为OFF时，电机以频率指令2对应的频率运行（d1-02设定的值），依次类推。变频器的数字量检测信号直接和PLC的输入端相连。实际控制中9段速和所有检测信号未必
7、一定全部采用，需根据具体情况而定。,应用举例：,四、VS-616G5变频器无级调速的PLC控制,无级调速是指频率指令信号从变频器的模拟输入端子输入。变频器可以利用自身的频率设定电源来进行频率指令的设定，如VS-616G5变频器外部接线图所示。在生产实际中，频率指令信号一般来自于调节器或者PLC。PLC必须配置模拟量输出模块，将输出的0-10V或4-20mA模拟量信号送给变频器相应的电压或电流输入端。这种PLC控制变频器的调速方法，优点是硬件上接线简单，可实现无级调速，缺点是PLC的模拟量输出模块价格较高。系统设计时，须根据变频器的输入阻抗来选择PLC的模拟输出模块，选用的PLC模拟量输出模块的
8、信号范围和变频器的输入信号范围一致。,五、VS-616G5变频器、PLC在速度检测和位置控制时的接线,配置专用的高速计数模块和运动控制模块。选用特殊功能扩展模块，增加系统的硬件投资。将PLC基本单元内部的内置高速计数器和变频器的速度卡配合使用，节省硬件费用。,工业控制中，实现速度和位置的闭环控制方法：,与电机同轴相连的脉冲输出式旋转编码器PG会随着电机的转动而发出相位互差90的A、B两相脉冲，变频器速度卡PG-B2能够接收这两相脉冲，并将其转换为与实际转速相应的数字信号送给变频器，变频器将实际速度与内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率和电压。,编码器起着检测运行速度、运行位置和运行方
9、向的作用，它和VS-616G5变频器速度卡PG-B2之间用屏蔽电缆相连接，该电缆连接于PG-B2卡上的TA1端子上，TA2端子为两相脉冲的监视输出端子，屏蔽端接在卡上的TA3端子上。TA1端子的1、2分别为给编码器供电的正负电源+12V、0V。,如果程序中使用的是1相1计数计数器C235-C245中的一个计数器，则TA2端子中只使用一相输出即可，例如使用A相，则把TA2的2号端子和PLC的输入端COM连接，而TA2的1号端子则需要根据所使用的计数器查相关PLC手册来定，计数器的计数的方向由M8的状态来决定。如使用C237，1号端子就需和X2连接；如使用C243，1号端子就需和X4连接。,图为F
10、X2N-64MR、VS-616G5、PG-B2卡和旋转编码器PG在某系统中的硬件接线图。PG-B2卡的TA2输出端子的使用情况与PLC程序中所使用的高速计数器有关。,如果程序中使用的是1相2计数计数器C246-C250中的一个计数器，则TA2端子中也只使用一相输出，以使用A相为例，同样把TA2的2号端子和PLC的输入端COM连接，而TA2的1号端子则需要根据所使用的计数器的计数方向查手册来定，如C246的加计数时TA2的1号端子和X0连接，而C246的减计数时TA2的1号端子和X1连接；如C248的加计数时TA2的1号端子和X3连接，而C248的减计数时TA2的1号端子和X4连接。,如果程序中
11、使用的是2相2计数输入计数器C251-C255中的一个，则TA2端子的两相输出都需使用，TA2的2、4输出端子连在一起后与PLC的输入端COM相连接，1、3端子连接的PLC输入端口随计数器的不同而不同，如使用C251，则TA2的1、3端子连接PLC的X0、X1端口（如图所示）；如使用C255，则TA2的1、3端子连接PLC的X3、X4端口。,运行前，须由数字操作器设置变频器参数F1-05，以决定正转时A、B两相脉冲那一相超前。设定值“0”的场合，意味着正转时A相输入在接通期间B相输入由断开变为接通，A、B的这种相位关系使计数器加计数。通过上述设置，在电机正转时计数器自动加计数，反转时计数器自动
12、减计数。由M8的状态可以监视计数器的加减状态。,1)了解触摸屏相关知识，掌握触摸屏的简单应用。2)熟悉GTDesigner编程软件的使用，掌握图形、对象的操作和属性的设置。3)了解变频器的工作原理、基本结构和各基本功能参数的意义。4)熟悉变频器操作面板和外部端子组合控制的接线和参数设置。5)熟悉变频器多段调速的参数设置和外部端子的接线。6)能根据项目要求,熟练地使用三菱公司的GTDesigner编程软件编制触摸屏程序，并写入触摸屏与PLC进行联机调试运行。,第二节、PLC控制触摸屏的方法,教学目的与要求,7)掌握变频器的基本操作和外部端子的功能，能根据控制要求进行参数设置。8)能运用PLC、触
13、摸屏和变频器进行综合控制，解决实际工程问题。,一、项目任务,设计一抢答器，要求：1)儿童2人、学生1人、教授2人共3组抢答，竞赛者若要回答主持人所提出的问题时，需抢先按下桌上的按钮。2)为了给参赛儿童组一些优待，儿童2人中任一个人按下按钮时均可抢得，抢答指示灯HL1都亮。3)若在主持人按下开始按钮后10s内有人抢答，则幸运彩灯点亮表示庆贺，同时触摸屏右上角显示“抢答成功”，否则，10s后右上角显示“无人抢答”，再过3s后返回原显示界面。4)触摸屏可完成比赛开始、题目介绍、返回、清零、加分和抢答指示灯显示等功能，并可显示各组的总得分。,二、三菱触摸屏相关知识点,1.三菱F940GOT的性能及基本
14、工作模式（1）表示只有连接了FX2N系列PLC时有效。（2）绘制用户画面软件GTDesigner简介和使用（3）用户画面的制作,二、三菱触摸屏相关知识点,图7-1触摸屏的外观,2.三菱F940GOT的性能及基本工作模式,(1)F940GOT的基本功能三菱F940GOT的显示画面为5.7in，规格具有F940GOTBWDC(双色)、F940GOTLWDC(黑白)、F940GOTSWDC(彩色)3种型号，其双色为蓝白2色，黑白为黑白2色，彩色为8色，其他性能指标类似，屏幕硬件规格见表7-1。,(2)F940GOT的基本功能三菱F940GOT的显示画面为5.7in，规格具有F940GOTBWDC(双
15、色)、F940GOTLWDC(黑白)、F940GOTSWDC(彩色)3种型号，其双色为蓝白2色，黑白为黑白2色，彩色为8色，其他性能指标类似，屏幕硬件规格见表7-1。,表7-1三菱F940GOT屏幕硬件规格,表7-2F940GOT功能概要,3.触摸屏的主要功能,1)画面显示功能。2)画面操作功能。3)检测监视功能。4)数据采样功能。5)报警功能。6)其他功能。,1)画面显示功能。,图7-2系统主菜单画面状态,2)画面操作功能。,实际使用时，操作者可以通过触摸屏上设计的操作键来切换PLC的位元件，也可以通过设计的键盘输入及更改PLC数字元件的数据。在触摸屏处于HPP(手持式编程)状态时，还可以作
16、为编程器对与其连接的PLC进行程序的读写、编辑、软元件的监视，以及对软元件的设定值和当前值的显示及修改。,3)检测监视功能。,触摸屏可以进行用户画面显示，操作者可以通过画面监视PLC内位元件的状态及数据寄存器中数据的数值，并可对位元件执行强制ONOFF状态，可以对数据文件的数据进行编辑，也可以进行触摸键的测试和画面的切换等操作。,4)数据采样功能。,可以设定采样周期，记录指定的数据寄存器的当前值，通过设定采样的条件，将收集到的数据以清单或图表的形式显示或打印这些数值。,5)报警功能。,触摸屏可以指定PLC的位元件(可以是X、Y、M、S、T、C，但最多256个)与报警信息相对应，通过这些位元件的
17、ONOFF状态来给出报警信息，并可以记录最多1000个报警信息。,6)其他功能。,触摸屏具有设定时间开关、数据传送、打印输出、关键字、动作模式设定等功能，在动作模式设定中可以进行设定系统语言、连接PLC的类型、串行通信参数、标题画面、主菜单调用键、当前日期和时间等设定功能。,(2)触摸屏的基本工作模式及与计算机、PLC的连接作为PLC的图形操作终端，触摸屏必须与PLC联机使用，通过操作人员手指与触摸屏上的图形元件的接触发出PLC的操作指令或显示PLC运行中的各种信息。,图7-3计算机与触摸屏的连接,图7-4触摸屏与PLC的连接,(2)触摸屏的基本工作模式及与计算机、PLC的连接作为PLC的图形
18、操作终端，触摸屏必须与PLC联机使用，通过操作人员手指与触摸屏上的图形元件的接触发出PLC的操作指令或显示PLC运行中的各种信息。,图6-5触摸屏机箱上的通信接口1-RS422R接口2-RS232接口,2.绘制用户画面软件GTDesigner简介和使用,(1)软件的主界面GTDesigner软件安装完毕后，单击快捷方式图标即可进入软件的主界面，如图7-6所示，主界面由标题栏、菜单栏、工具栏及应用窗口等部分组成，如图。(2)图形、对象等主要功能的设置,(1)软件的主界面GTDesigner软件安装完毕后，单击快捷方式图标即可进入软件的主界面，如图7-6所示，主界面由标题栏、菜单栏、工具栏及应用窗
19、口等部分组成，如图。,图7-6GT Designer软件的主界面,(2)图形、对象等主要功能的设置,图6-7文本设置对话框,3.用户画面的制作,1)单击触摸屏上的“开始前进”按钮，小车开始前进运行(电动机正转)；单击“开始后退”按钮，小车开始后退运行(电动机反转)。2)小车前进运行、后退运行或停止时均有文字显示。3)具有小车的运行时间设置及运行时间显示功能。4)单击“停止”按钮或运行时间到，小车即停止运行。(1)软元件分配及系统接线图;(2)触摸屏画面设计，根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-9、图7-10所示;(3)PLC程序,PLC梯形图程序如图7-25所示;(4)
20、程序下载和系统调试。,(1)软元件分配及系统接线图,图7-8系统接线示意图,(1)软元件分配及系统接线图,图7-9触摸屏的画面1,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-10所示。,图7-10触摸屏的画面2,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-11所示。,图7-11“GOT/PLC型号”对话框,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-12所示。,图7-12“工程辅助设置”对话框,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-13所示。,图
21、7-13“文本设置”对话框,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-14所示。,图7-14“注释显示”对话框1,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如7-15所示。,图7-15“注释显示”对话框2,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-16所示。,图7-16触摸键的设置1,(2)触摸屏画面设计，根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-17所示。,图7-17“触摸键”对话框2,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-18
22、所示。,图7-18“触摸键”对话框3,(2)触摸屏画面设计，根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-19所示。,图7-19“触摸键”对话框4,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-20所示。,图7-20“数值输入”对话框1,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-21所示。,图7-21“数值输入”对话框2,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-22所示。,图7-22“数值显示”对话框,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的
23、画面如图7-23所示。,图7-23“新屏幕”对话框,(2)触摸屏画面设计根据系统的控制要求及触摸屏的软元件分配，触摸屏的画面如图7-24所示。,图7-24“触摸键”对话框“返回”的设置,(3)PLC程序PLC梯形图程序如图7-25所示。,图7-25PLC梯形图程序,(4)程序下载和系统调试,1)将PLC梯形图程序写入PLC。2)写入触摸屏画面程序。具体步骤是：将触摸屏RS232接口与计算机RS232接口用通信电缆连接好，选择“通信”“下载至GOT”“监控数据”，进行数据下载。弹出“监控数据下载”对话框，选择“所有数据”和“删除所有旧的监视数据”，核对“GOT类型”，单击对话框中“设置”按钮，弹
24、出“选项”对话框，进行“通讯”的设置，选择端口为“COM1”，波特率为“38400”。,(4)程序下载和系统调试,观察触摸屏画面显示是否与计算机画面一致。3)PLC程序和触摸屏画面写入后，将触摸屏RS422接口与PLC编程接口用通信电缆连接。4)进行模拟调试，PLC不接电动机。5)将PLC输出电路和电动机主电路连接好，再进行调试运行，直至系统按要求正常工作。6）记录程序调试的结果。,三、项目分析,1.PLC和触摸屏软元件分配及系统接线图2.系统接线示意图,1.PLC和触摸屏软元件分配及系统接线图,表7-3PLC和触摸屏软元件分配表,2.系统接线示意图,图6-26PLC、触摸屏系统接线示意图,四、项目实施,1.触摸屏画面设计2.PLC程序3.程序下载和系统调试,1.触摸屏画面设计,图7-27触摸屏画面,1.触摸屏画面设计,图-27(续),1.触摸屏画面设计,图-28“屏幕切换元件”对话框的设置,2.PLC程序,图7-29PLC梯形图,2.PLC程序,图7-29(续),3.程序下载和系统调试,1)在断电状态下，连接好PCPPI通信电缆，将PLC运行模式选择开关拨到STOP位置，将PLC梯形图程序写入PLC。2)写入触摸屏画面程序。3)按图6-26连接好触摸屏和PLC的外部电路，对程序进行调试运行，观察程序的运行情况。4)记录程序调试的结果。,谢谢!,
