变频器调速控制电路的设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第3章 变频器调速控制电路的设计,3.1 变频调速控制线路的控制方式及设计方法3.2 变频器正反转控制线路,3.3 变频器正反转自动循环控制线路,3.4 小车自动往返控制线路,3.5 变频器的多段速度控制线路,3.6 自动升降速控制线路,3.7 其它控制线路,3.8,多电机同步调速系统,3.9,用步进逻辑公式设计控制线路,第3章 变频器调速控制电路的设计,第3章 变频器调速控制电路的设计,3.1 变频调速控制线路的控制方式及设计方法,2线控制是变频器最常用的控制方式。,施耐德Altivar31变频器的端子控制方式分2线控制和3线控制，控制方式预先设定，反转端子也需要设定。而很多变频器正反转端子固定不变，不需要设定。一般是把逻辑输入端子经触点接公共端。下面所有电路均采用2线控制，不再重复。,3.1.1 变频调速控制线路的控制方式,我们在第二章中介绍的变频器的控制电路都是在逻辑输入端子上接按钮开关进行控制的，并且主要使用带自锁的按钮，这种按钮不能自动复位，在系统突然停电重新送电后，有的变频器会重新起动，很不安全，另一方面不能组成较复杂的自动控制线路。所以，大多数的变频调速控制线路不用按钮控制变频器，而是用以下方式控制：,1、用低压电器控制,在逻辑输入端子上接中间继电器的触点或交流接触器的触点，也可以接其它低压电器的触点。比较简单的控制电路常用这种方法。,2、直接用PLC控制,把PLC的输出端子直接接在变频器的逻辑输入端子上。这种方法线路简单，控制方便，但占用PLC较多的输出端子。变频器数量较少，且PLC输出点数够用时，可以采用这种方法。,直接用PLC控制变频器时，PLC的逻辑输出端子除了接变频器的输入端子外，还可能接信号灯及其它电器，它们的额定电压可能各不相同，由于PLC的多个输出有一个公用端，特别注意不能造成电源短路或者电源错接。,3、PLC加低压电器控制,这种方法是用PLC控制中间继电器或交流接触器的线圈，再用中间继电器或交流接触器的触点控制变频器。多数控制线路采用这种控制方式。,3.1.2 控制线路的设计方法,控制线路的常用设计方法有两种，一是功能添加法，二是步进逻辑公式法。较简单的控制线路一般采用功能添加法，如本章的第2节到第8节的线路，都可以用功能添加法设计。多个工作过程自动循环的复杂线路，常采用步进逻辑公式法，如本章的第9节，并且用步进逻辑公式对PLC编程非常方便。,3.1.3 功能添加法举例,有两台电动机，正转运行，要求第一台电机必须先开后停，正常停车为斜坡停车。如果任何一台电机过载时，两台电机同时快速停车。使用功能添加法设计控制电路。,1、设计两个能独立开停的控制线路，即基本电路，如图3.1.1所示。,图3.1.1 基本电路,1KA,1SB1,2KA,2KA,1SB2,2SB2,2SB1,24V,FU,1KA,L,N,变频器,U V W,R S,1QS,3,M,（a） 主电路,LI1,24,1KA,变频器,U V W,R S,2QS,3,M,LI1,24,2KA,（b） 控制电路,2、第一次添加功能第一台电机必须先开。将1KA的常开触点串接在2KA的线圈回路，主电路不变，控制电路如图3.1.2所示。,3、第二次添加功能第一台电机不能先停。将2KA的常开触点与停车按钮1SB1并联，控制电路如图3.1.3所示。,图3.1.3 第2次添加控制电路,1KA,2KA,1SB1,2KA,2KA,1SB2,2SB2,2SB1,1KA9,24V,FU,1KA,图3.1.2 第一次添加控制电路,1KA,1SB1,2KA,2KA,1SB2,2SB2,2SB1,1KA9,24V,FU,1KA,4、第三次添加功能加过载同时停车。,过载保护可以在Setttd参数设置电机热态阈值，然后用变频器的内部继电器R1（或R2）停车，即设置R1参数为I-Or1tSA（达到热态阈值）。由于正常停车与过载停车停车模式与停车时间均不相同，所以过载时应通过逻辑输入快速停车，设置FunStCFStLI5，即分配变频器的输入端子LI5为过载停车端子，功能添加后主电路如图3.1.4（a）所示，控制电路如图3.1.4（b）所示。,图3.1.4 第三次添加电路图,L,N,变频器,U V W,R S,1QS,3,M,（a） 主电路,LI1,LI5,24,1KA,变频器,U V W,R S,2QS,3,M,LI1,LI5,24,2KA,KA,KA,R1A,R1C,R1A,R1C,1,1,2,2,2,KA,1R1 2 R1,（b）控制电路,1KA,2KA,1SB1,2KA,2KA,1SB2,2SB2,2SB1,1KA9,24V,FU,1KA,1,5、第四次添加功能过载停车后，1KA、2KA线圈自动失电。,第三次添加功能后，虽然过载后两台电机能快速停车，但停车后1KA、2KA线圈仍处于吸合状态，无法重新起动，除非先按下按钮2SB1和1SB1，使1KA、2KA线圈失电，,图3.1.5 第四次添加控制电路,2,KA,1R1 2 R1,1KA,2KA,1SB1,2KA,2KA,1SB2,2SB2,2SB1,1KA9,24V,FU,1KA,1,KA,图3.1.6 第5次添加控制电路,2,KA,1R1 2 R1,1KA,2KA,1SB1,2KA,2KA,1SB2,2SB2,2SB1,1KA9,24V,FU,1KA,1,KA,2HL,1HL,很不方便。我们可以用KA的触点使1KA、2KA线圈自动失电，主电路不变，控制电路如图3.1.5所示。,6、第五次添加功能加运行指示灯。主电路不变，控制电路如图3.1.6所示。,根据需要，我们还可以添加过载显示或过载报警电路，读者自行完成，不再赘述。,3.2 变频器正反转控制线路,3.2.1 用低压电器控制,用低压电器控制的正反转原理图如图3.2.1所示。济南星科实验台用的变频器是单相输入，中间继电器、交流接触器为AC24V，信号灯可接AC24V，也可接DC24V。 以下所有电路变频器均画成单相输入，控制电路的电源均是AC24V，便于在实验台实验。但在实际使用中，变频器的输入一般为三相输入，控制电路为AC220V或AC380V，这只需使用三极开关接在变频器的R、S、T输入端，控制电路改为AC220V或AC380V即可。,线路没有使用热继电器，这是因为变频器本身有过载保护功能，只要设置SEtItH参数为希望保护的电流，并在FLtOLL参数中设置为希望的停车模式即可起到过载保护的功能。也可以设置SEtttd参数为希望保护的电流，使继电器R1动作，并将R1的常闭触点与停车按钮SB1串接即可。当然也可以使用R1、R2的常开触点停车，但线路应增加一个中间继电器，读者自行考虑控制线路的画法。以后的线路均与此相仿，不再赘述。,L N,RP,1,5,3,变频器,L1,U V W,10,AI1,R S,图3.2.1 变频器的正反转控制线路,QS,3,M,U1 V1 W1,LI1,LI2,24,KA1,KA21,7,9,11,KA1,KA1,SB1,KA2,HL1,KA2,KA2,KA1,HL2,SB2,SB3,21,23,25,27,29,31,33,24V,（a） 变频器,（b） 控制线路,FU,19,合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。控制线路的工作过程为：,按下正转起动按钮SB2，中间继电器KA1线圈通电，常开触点KA1（23，25）闭合自锁；常开触点KA1（7，11）闭合，变频器正转运行，电动机正转；常闭触点KA1（29，31）断开互锁，防止KA2意外吸合；信号灯HL1亮，做正转指示。按下停车按钮SB1，中间继电器KA1线圈失电，KA1的各触点复位，变频器停止运行。,按下反转起动按钮SB3，中间继电器KA2线圈通电，常开触点KA2（23，29）闭合自锁；常开触点KA1（9，11）闭合，变频器反转运行，电动机反转；常闭触点KA2（25，27）断开互锁，防止KA1意外吸合；信号灯HL2亮，做反转指示。按下停车按钮SB1，中间继电器KA2线圈失电，KA2的各触点复位，变频器停止运行。,3.2.2 直接用PLC控制,直接用PLC控制的正反转控制PLC的原理图如图3.2.2所示，参考梯形图如图3.2.3所示。工作过程为：,合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。按下按钮SB2，变频器正转运行，电动机正转；信号灯HL1亮，做正转指示。按下按钮SB1，变频器停止运行。,按下按钮SB3，变频器反转运行，电动机反转；信号灯HL2亮，做反转指示。按下按钮SB1，变频器停止运行。,图3.2.2 用PLC直接控制变频器的正反转运行线路,L N,25,17,15,19,变频器,L1,U V W,10,AI1,R S,QS,3,M,U1 V1 W1,LI1,LI2,24,29,SB1,RP,27,HL1,SB2,SB3,1,3,5,7,9,11,13,24V,I0,I1,I2,24,0V,0,P,L,C,Q2,Q3,2,Q6,Q7,3,HL2,21,23,%Q0.2,%I0.1,%Q0.2,%I0.0,%Q0.6,%Q0.3,%I0.2,%Q0.3,%I0.0,%Q0.7,图3.2.3 正反转控制线路梯形图,%Q0.2,%Q0.3,PLC的型号为施耐德TWDLCAA40DRF，以下所有梯形图均以该型号的PLC为准。,3.2.3 PLC加低压电器控制,用PLC加低压电器控制的正反转控制原理图如图3.2.4所示，PLC的参考梯形图如图3.2.5所示。工作过程为：,合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。按下按钮SB2，中间继电器KA1线圈通电，常开触点KA1（7，11）闭合，,变频器正转运行，电动机正转；常开触点 KA1（35，37）闭合，信号灯HL1亮，做正转指示。按下按钮SB1，中间继电器KA1线圈失电，KA1的各触点复位，变频器停止运行。按下按钮SB3，中间继电器KA2线圈通电；常开触点KA2（9，11）闭合，变频器反转运行，电动机反转；常开触点KA2（35，39）闭合，信号灯HL2亮，做反转指示。按下按钮SB1，中间继电器KA2线圈失电，KA2的各触点复位，变频器停止运行。,图3.2.4 用PLC、继电器控制变频器的正反转控制线路,L N,RP,1,5,3,变频器,L1,U V W,10,AI1,R S,QS,3,M,U1 V1 W1,LI1,LI2,24,KA1,KA21,7,9,11,KA1,SB1,KA2,KA1,HL1,SB2,SB3,21,23,25,27,29,31,33,24V,I0,I1,I2,24,0V,0,P,L,C,Q2,Q3,2,KA2,HL2,35,37,39,41,（a） 变频器,（b） PLC,%Q0.2,%I0.1,%Q0.2,%I0.0,%Q0.3,%I0.2,%Q0.3,%I0.0,图3.2.5 正反转控制线路梯形图,%Q0.2,%Q0.3,3.2.4 实训内容,1、用电气智能化实验平台和低压电器实验板完成图3.2.1所示的变频器控制电路。,2、用电气智能化实验平台完成图3.2.2所示的变频器控制电路。,3、用电气智能化实验平台和低压电器实验板完成图3.2.4所示的变频器控制电路。,3.3 变频器正反转自动循环控制线路,如果一个系统要求电机正转 停止 反转 停止 正转自动循环运行，例如要求正转30s，停止10s，反转20s，停止5s，然后从正转开始重新循环。,3.3.1 用低压电器控制,变频器的主电路如图3.2.4（a）所示，控制电路如图3.3.1所示。工作过程为：,合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。,按下按钮SB2 中间继电器KA1线圈通电,常开触点KA1（27，29）闭合自锁；,常开触点KA1（7，11）闭合，电动机正转，信号灯HL1亮，做正转指示；,常闭触点KA1（51，53）断开，KT4线圈断电（第一个循环没通电）；,常开触点KA1（25，33）闭合，KT1线圈通电,KT1（25，33）闭合自锁；,KT1（25，27）延时断开 KA1线圈断电 KA1（7，11）断开,电机停转，信号灯HL1灭；,KT1（25，37）延时闭合，KT2线圈通电,KT2（25，37）闭合自锁；,KT2（33，35）断开，KT1线圈断电；,KT2（41，43）延时闭合，KA2线圈通电,KA2（41，43）闭合自锁；,KA2（9，11）闭合，电动机反转，信号灯HL2亮，做反转指示；,KA2（37，39）断开，KT2线圈断电；,KA2（25，47）闭合，KT3线圈通电,KT3（25，47）闭合自锁；,KT3（25，41）延时断开 KA2线圈断电 KA2（9，11）断开,电机停转，信号灯HL2灭；,KT3（25，51）延时闭合，KT4线圈通电,KT4（25，51）闭合自锁；,KT4（47，49）断开，KT3线圈断电；,KT4（27，29）延时闭合,按下按钮SB1，各中间继电器、时间继电器线圈失电，触点复位，变频器停止运行，电机停转。,图3.3.1中KT1KT4均为通电延时型时间继电器，延时时间分别调节为30s、10s、20s和5s，并且使用含有瞬动触点的时间继电器。用瞬动触点增加了控制电路的动作可靠性。如果时间继电器没有瞬动触点，可以加中间继电器。读者自行考虑线路如何改动。,图3.3.1 变频器的循环正反转控制线路,KA1,KA1,SB1,KA2,HL1,KA2,KT1,KA1,SB2,KA2,23,31,25,35,55,24V,FU,21,KA2,39,KA1,HL2,KT3,45,KA2,33,KT2,KT1,KT2,KT3,KT1,KT4,KT3,KT4,KT4,KA1,KT1,KT2,KT3,KT4,KT2,53,29,41,51,27,37,47,43,49,3.3.2 直接用PLC控制,直接用PLC控制的正反转循环控制原理图如图3.3.2所示，图中没有画出PLC的输入电源（下同）。PLC的参考梯形图如图3.3.3所示。,控制电路的工作过程为：,合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。按下按钮SB2，PLC的内部定时器开始计时，每个计时周期为65s，达到65s后定时器自动复位从0重新计时。使用比较器编程，在030s，电机正转，在4060s电机反转。,按下按钮SB1，变频器停止运行。,图3.3.2 用PLC直接控制变频器的正反转循环运行,L N,25,17,15,19,变频器,L1,U V W,10,AI1,R S,QS,3,M,U1 V1 W1,LI1,LI2,24,29,SB1,RP,27,HL1,SB2,1,3,7,9,11,13,24V,I0,I1,24,0V,0,P,L,C,Q2,Q3,2,Q6,Q7,3,HL2,21,23,%M0,%I0.1,%M0,%I0.0,图3.3.3 正反转循环运行梯形图,%TM0.Q,%TM0,TYPE TON,TB 10ms,ADJ Y,TM0.P,6500,Q,%M0,IN,%M0,TM0.V3000,%Q0.6,%M0,TM0.V=4000,TM0.V6000,%Q0.3,%Q0.7,%Q0.2,3.3.3 PLC加低压电器控制,变频器的主电路如图3.2.4（a）所示，控制电路如图3.3.4所示，PLC的参考梯形图如图3.3.5所示。动作过程与用PLC直接控制基本相同，不再重复。,图3.3.4 用PLC、继电器控制变频器的正反转循环运行,KA1,SB1,KA2,KA1,HL1,SB2,21,23,27,29,31,33,24V,I0,I1,24,0V,0,P,L,C,Q2,Q3,2,KA2,HL2,35,37,39,41,%M0,%I0.1,%M0,%I0.0,图3.3.5 正反转循环运行梯形图,%TM0.Q,%TM0,TYPE TON,TB 10ms,ADJ Y,TM0.P,6500,Q,%M0,IN,%M0,TM0.V3000,%Q0.2,%M0,TM0.V=4000,TM0.V6000,%Q0.3,3.3.4 实训内容,1、如果一个系统要求电机正转30s，反转20s，然后循环。分别用低压电器控制和PLC直接控制，试设计控制电路，并用电气智能化实验平台和低压电器实验板进行实验。,2、如果一个系统要求电机正转20s，停5s，反转20s，停5s，正转30s，停10s，反转30s，停10s，然后循环。用PLC直接控制，试设计控制电路和PLC的控制程序，并用电气智能化实验平台进行实验。,3.4 小车自动往返控制线路,小车自动往返的示意图如图3.4.1所示。小车的工作要求为按下起动按钮SB2，电机正转，小车右行，碰到限位开关SQ2时，小车停止；电机自动改为反转，小车左行，碰到限位开关SQ1时，小车停止；电机自动改为正转，依次循环。 按下停车按钮，不管小车处在什么位置，都立即停止运行。,Altivar31变频器有限位开关功能，,但变频器的限位开关功能只能用于,停车，不能完成反转。,SQ1,SQ2,图3.4.1 小车自动往返示意图,正转,反转,3.4.1 用低压电器控制,用低压电器控制的小车自动往返控制线路主电路如图3.2.4（a）所示，其控制电路如图3.4.2所示。线路的工作过程为：,合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。,按下起动按钮SB2，中间继电器KA1线圈通电，常开触点KA1（25，27）闭合自锁，图3.2.4（a）中的常开触点KA1（7，11）闭合，变频器正转运行，小车向右移动；当小车移动到压下限位开关SQ2时，SQ2（27，29）断开，KA1线圈断电，常开触点KA1（7，11）断开，变频器停止运行；SQ2（25，33）闭合，中间继电器KA2线圈通电，常开触点KA2（25，33）闭合自锁，图3.2.4（a）中的常开触点KA2（9，11）闭合，变频器反转运行，小车向左移动；当小车移动到压下限位开关SQ1时，SQ1（33，35）断开，KA2线圈断电，常开触点KA2（9，11）断开，变频器停止运行；SQ1（25，27）闭合，中间继电器KA1线圈重新通电，重复上述过程。,按下停车按钮SB1，中间继电器KA1或KA2线圈失电，各触点复位，变频器停止运行。,在图3.4.2所示的电路中，若正好在小车压下限位开关时按下停车按钮，则松开停车按钮后小车会自动重新运行。如果在小车压下限位开关时突然停电，恢复供电时也会自动重新运行。如果不需要自动运行，必须按一下起动按钮才能运行，则控制线路修改为图3.4.3所示的电路,图3.4.2 小车自动往返控制线路,KA1,KA1,SB1,KA2,SB2,23,31,39,24V,FU,21,29,SQ2,27,25,35,SQ1,KA2,KA2,KA1,37,SQ1,33,SQ2,图3.4.3 小车自动往返控制线路,KA1,KA1,KA3,KA2,23,31,39,24V,FU,17,29,SQ2,27,25,35,SQ1,KA2,KA2,KA1,37,SQ1,33,SQ2,KA3,SB1,21,19,SB2,KA3,SB2,如果要求在小车压下限位开关后必须经过一段时间才能反向运行，则应在控制电路中增加时间继电器KT1和KT2，如图3.4.4所示。,如果要求按下停车按钮，不管小车处在什么位置，都必须在小车回到压下SQ1时再停车。主电路不变，图3.4.3所示的控制电路修改为图3.4.5所示电路。按下停车按钮SB1，中间继电器KA4线圈通电，常开触点KA4（25，39）闭合自锁，常开触点KA4（25，41）闭合，为中间继电器KA5线圈通电做准备；当小车移动到压下限位开关SQ1时， SQ1（41，43）闭合，KA5线圈通电，常闭触点KA5（19，21）断开，控制线路所有线圈断电，触点复位，变频器停止运行。,图3.4.4 小车自动往返控制线路,KA1,KA1,KA3,KA2,23,31,43,24V,FU,17,29,SQ2,27,25,35,KT1,KA2,KA2,KA1,37,SQ1,33,KT2,KA3,SB1,21,19,SB2,KA3,SB2,39,SQ2,KT2,KT1,41,SQ1,图3.4.5 小车自动往返控制线路,19,24V,FU,17,KA3,KA4,23,41,KA1,KA1,KA3,KA2,31,45,29,SQ2,27,35,SQ1,KA2,KA2,KA1,37,SQ1,33,SQ2,SB2,KA3,SB2,KA5,SQ1,21,39,KA4,SB1,25,KA5,43,KA4,%Q0.2,图3.4.7 小车自动往返梯形图,%I0.1,%M0,%I0.0,%M0,%I0.1,%I0.2,%I0.3,%Q0.3,%M0,%Q0.2,%Q0.3,%M0,%I0.3,%Q0.3,%I0.2,%Q0.2,图3.4.6 小车自动往返接线图,17,变频器,LI1,LI2,24,SB1,SB2,1,3,9,11,13,15,I0,I1,I2,I3,24,0V,0,P,L,C,Q2,Q3,2,SQ1,SQ2,5,7,3.4.2 用PLC直接控制,用PLC直接控制的接线图如图3.4.6所示，图中没画出变频器的主电路，也没画出给定方式。在实验室中，限位开关可以用按钮开关进行模拟实验。,PLC的输入输出分配见表3.4.1，参考梯形图如图3.4.7所示。,表3.4.1 PLC的输入输出分配,输入端子名称,外接器件,作 用,输出端子名称,外接器件,作 用,I0,按钮SB1,停车,Q2,变频器的LI1端子,正转,I1,按钮SB2,起动,Q3,变频器的LI2端子,反转,I2,限位开关SQ1,反转限位,I3,限位开关SQ2,正转限位,如果要求碰到限位开关时停5s再反转，主电路和控制电路的接线图不变，其参考梯形图如图3.4.8所示。,%Q0.2,图3.4.8 小车自动往返梯形图,%I0.1,%M0,%I0.0,%M0,%I0.1,%TM1.Q,%I0.3,%Q0.3,%M0,%Q0.2,%Q0.3,%M0,%TM0.Q,%Q0.3,%I0.2,%Q0.2,%M0,%TM0,TYPE TON,TB 10ms,ADJ Y,TM0.P,500,Q,%I0.3,IN,%M0,%TM1,TYPE TON,TB 10ms,ADJ Y,TM0.P,500,Q,%I0.2,IN,%Q0.2,图3.4.9 小车自动往返梯形图,%I0.1,%M0,%M2,%M0,%I0.1,%I0.2,%I0.3,%Q0.3,%M0,%Q0.2,%Q0.3,%M0,%I0.3,%Q0.3,%I0.2,%Q0.2,%M1,%M0,%I0.0,%M1,%M2,%M0,%I0.2,%M1,如果要求按下停车按钮，不管小车处在什么位置，都必须在小车回到压下SQ1时再停车。主电路和控制电路仍不变，其参考梯形图如图3.4.9所示。,3.4.3 实训内容,1、用电气智能化实验平台和低压电器实验板分别按3.4.2、3.4.3、3.4.4接线，进行模拟实验。,2、用电气智能化实验平台按3.4.6接线，用图3.4.7、3.4.8、 3.4.9所示的梯形图进行模拟实验，鼓励学生在功能要求不变的情况下，用不同的程序完成控制。,说明：电机正转，相当于小车右行，可以用一个信号灯HL1做右行指示；电机反转，相当于小车左行，可以用一个信号灯HL2做左行指示。限位开关用按钮模拟，手动压下相当于小车碰到限位开关。有时间继电器延时时，应按住按钮不松开，一直到电机反方向旋转时再松开。这是因为小车压下限位开关时，电机停转，限位开关一直处于压下状态，延时结束，小车反方向运行，限位开关自动复位。,3.5 变频器的多段速度控制线路,在第二章已经讲了多段速度控制，但要输出一个速度需要多个按钮的组合，很不方便。如果使用中间继电器或者PLC就很容易完成这一功能。例如：用按钮SB2、SB3、SB4分别对应10Hz、20Hz、30Hz速度，用按钮SB1停车，控制线路有如下几种。,3.5.1 用低压电器控制,变频器的主电路和控制电路如图3.5.1所示。工作过程为：合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。任意按下按钮SB1、SB2、SB3，变频器输出的频率分别为10Hz、20Hz、30Hz。按下按钮SB4，变频器停止运行，电机停转。,图3.5.1 变频器的3段速度控制线路,KA1,SB4,KA1,SB1,23,27,59,24V,FU,21,25,SB2,SB3,KA3,KA2,29,33,31,KA2,KA4,SB3,37,35,SB2,SB1,KA2,KA3,39,43,41,KA3,KA4,SB3,47,45,SB1,SB2,KA2,KA4,49,53,51,KA4,KA3,SB2,57,55,SB1,SB3,（a） 变频器电路 （b） 控制电路,7,变 频 器,LI1,LI3,LI4,24,KA21,KA1,1,3,KA4,KA4,KA3,5,L N,L1,U V W,R S,QS,3,M,U1 V1 W1,3.5.2 直接用PLC控制,直接用PLC控制的3段速度控制线路如图3.5.2所示，PLC输入输出端子功能分配表如表3.5.1所示。PLC的参考梯形图如图3.5.3所示。,图3.5.2 用PLC直接控制变频器的3段速度控制线路,变 频 器,LI1,LI3,LI4,24,SB4,SB1,SB2,9,11,13,17,19,1,3,I0,I1,I2,I3,24,0V,0,PLC,Q2,Q3,Q4,2,7,SB3,15,5,%Q0.2,%I0.1,%I0.0,%I0.2,%I0.3,%Q0.2,%I0.1,%I0.2,%I0.3,%I0.0,%M1,%M1,%I0.2,%I0.1,%I0.3,%I0.0,%M2,%M2,图3.5.3 3段速度控制梯形图,%I0.3,%I0.1,%I0.2,%I0.0,%M3,%M3,%Q0.3,%M1,%M3,%Q0.4,%M2,%M3,表3.5.1 PLC的输入输出分配,输入端子名称,外接器件,作 用,输出端子名称,外接器件,作 用,I0,按钮SB4,停车,Q2,变频器的LI1端子,正转,I1,按钮SB1,10Hz运行,Q3,变频器的LI3端子,2段速度控制,I2,按钮SB2,20Hz运行,Q4,变频器的LI4端子,4段速度控制,I3,按钮SB3,30Hz运行,完成同一功能可以用不同的梯形图完成，使用鼓形控制器的参考梯形图如图3.5.4所示，鼓形控制器的设置如图3.5.5所示。,图3.5.4 3段速度控制梯形图,%I0.1,%DR0,STEPS,4,F,%M0,R,%I0.0,U,DR0.S:1,%I0.2,DR0.S:2,%I0.3,DR0.S:3,%S13,%M0,图3.5.5 鼓形控制器的设置,3.5.3 PLC加低压电器控制,PLC加低压电器控制的变频器3段速度控制线路如图3.5.6所示，PLC输入输出端子功能分配表如表3.5.2所示。参考梯形图与图3.5.3或图3.5.4、图3.5.5完全相同。,表3.5.2 PLC的输入输出分配,输入端子名称,外接器件,作 用,输出端子名称,外接器件,作 用,I0,按钮SB4,停车,Q2,中间继电器KA1,变频器正转,I1,按钮SB1,10Hz运行,Q3,中间继电器KA2,2段速度控制,I2,按钮SB2,20Hz运行,Q4,中间继电器KA3,4段速度控制,I3,按钮SB3,30Hz运行,图3.5.6 用PLC、继电器控制变频器的3段速度控制线路,7,变 频 器,LI1,LI3,LI4,24,KA21,KA1,1,3,KA1,SB4,KA2,KA3,SB1,SB2,9,11,13,17,19,21,23,24V,I0,I1,I2,I3,24,0V,0,PLC,Q2,Q3,Q4,2,29,27,（a） 变频器,（b） PLC,SB3,15,25,KA3,5,3.5.4 操作练习,按下起动按钮SB2，变频器依次按10Hz、20Hz、25Hz、30Hz、35Hz、40Hz、45Hz、50Hz各运行10s，然后重新循环。按下停车按钮SB1，变频器停止运行。,使用PLC直接控制，操作步骤如下：,1、按图3.5.7接线。,2、打开电源开关QS，给变频器通电，完成参数设置。,1）drCFCSInI恢复出厂设置；,2）FLtOPLnO电机缺相不检测；,3）I-OtCC2C设置控制方式；,4）FUnPSSPS2LI3给2段速度控制分配端子；,5）FUnPSSPS4LI4给4段速度控制分配端子；,6）FUnPSSPS8LI5给8段速度控制分配端子；,7）FUnPSSPS16LI6给16段速度控制分配端子；,8）FUnPSSSP210设置第2个预置速度为10Hz；,9）FUnPSSSP320设置第3个预置速度为20Hz；,10）FUnPSSSP425设置第4个预置速度为25Hz；,11）FUnPSSSP530设置第5个预置速度为30Hz；,12）FUnPSSSP635设置第6个预置速度为35Hz；,13）FUnPSSSP740设置第7个预置速度为40Hz；,14）FUnPSSSP845设置第8个预置速度为45Hz；,15）FUnPSSSP950设置第9个预置速度为50Hz；,3、编写梯形图。,使用比较指令编程的PLC参考梯形图如图3.5.8所示。,4、按下起动按钮SB2，变频器依次按10Hz、20Hz、25Hz、30Hz、35Hz、40Hz、45Hz、50Hz各运行10s，然后重新循环。按下停车按钮，变频器停止运行。符合要求。,也可以使用鼓型控制器编写程序，若将鼓型控制器按图3.5.9设置，则PLC的参考梯形图如图3.5.10所示。其中，梯形图中的系统位S13用于突然停电后，重新恢复供电时复位。,还可以使用其它方式编程，例如定时器和计数器配合使用，就可以编制PLC的控制程序，读者可自行考虑。,由于该控制程序较长，在编写完梯形图后，必须上机进行调试。,图3.5.7 例3.5.1图,L N,15,变 频 器,L1,U V W,R S,QS,3,M,U1 V1 W1,LI1,LI3,LI4,LI5,LI6,24,SB1,SB2,1,3,7,9,11,13,I0,I1,24,0V,0,P,L,C,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,2,3,21,17,19,图3.5.8 例3.5.1梯形图,%Q0.2,%Q0.3,%M2,%M4,%M6,%M8,%Q0.2,%Q0.4,%M3,%M4,%M7,%M8,%Q0.2,%Q0.5,%M5,%M6,%M7,%M8,%Q0.2,%Q0.6,%M9,%Q0.2,%I0.1,%Q0.2,%I0.0,%TM0.Q,%TM0,TYPE TON,TB 10ms,ADJ Y,TM0.P,8000,Q,%Q0.2,IN,TM0.V1000,%M2,TM0.V=1000,TM0.V2000,%M3,TM0.V=2000,TM0.V3000,%M4,TM0.V=3000,TM0.V4000,%M5,TM0.V=4000,TM0.V5000,%M6,TM0.V=5000,TM0.V6000,%M7,TM0.V=6000,TM0.V7000,%M8,TM0.V=7000,TM0.V8000,%M9,图3.5.9 例3.5.1鼓形控制器设置,图3.5.10 例3.5.1由鼓形控制器组成的梯形图,%M0,%S13,%I0.0,%TM0.Q,%TM0,TYPE TON,TB 10ms,ADJ Y,TM0.P,8000,Q,%Q0.2,IN,TM0.V1000,TM0.V=1000,TM0.V2000,TM0.V=2000,TM0.V3000,TM0.V=3000,TM0.V4000,TM0.V=4000,TM0.V5000,TM0.V=5000,TM0.V6000,TM0.V=6000,TM0.V7000,TM0.V=7000,TM0.V8000,%DR0,STEPS,8,F,%M0,R,U,DR0.S: =1,DR0.S: =2,DR0.S: =3,DR0.S: =4,DR0.S: =5,DR0.S: =6,DR0.S: =7,%Q0.2,%Q0.6,%Q0.2,%I0.1,%Q0.2,%I0.0,TM0.V=7000,DR0.S: =0,3.5.5 实训内容,1、按下按钮SB2，变频器以30Hz的频率运行；按下按钮SB3，变频器以40Hz的频率运行；按下按钮SB1停车。试用低压电器设计控制线路，并完成操作。,2、按下起动按钮SB2，变频器依次按10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz各运行10s，每个频率运行完毕后停5s，然后重新循环。按下停车按钮SB1，变频器停止运行。试用电气智能化实验平台接线和设计程序，并完成操作。,3.6 自动升降速控制线路,在某些工业控制系统中，经常需要自动升降速运行。例如，按一下起动按钮SB2，变频器运行并自动升速到最低速（如10Hz）；按一下升速按钮SB3，变频器自动升速到一个常用速（如30Hz）；若要继续升速，应按住按钮SB3升速，松开按钮停止升速；在常用速以上，按一下降速按钮SB4，变频器自动降速到一个常用速（如30Hz）；若要继续降速，应按住按钮SB4降速，松开按钮停止降速。,最低速用变频器SEtLSP设置，常用速设置为频率阈值，让变频器的内部继电器动作。变频器的参数设置如下：,1）drCFCSInI恢复出厂设置；,2）FLtOPLnO电机缺相不检测；,3）I-OtCC2C设置控制方式；,4）CtLLACL2或L3功能访问等级；,5）CtLFr2UPdt设置给定方式；,6）CtLrFCFr2选择给定通道；,7）FUnUPdUSPLI5设置升速端子；,8）FUnUPddSPLI6设置降速端子；,9）SEtLSP10设置最低速为10Hz；,10）SEtFtA30设置频率阈值为30Hz；,11）I-Or1FtA设置内部继电器功能。,其它没有要求，使用变频器的默认设置或根据工艺要求设置。,3.6.1 用低压电器控制,用低压电器控制组成的变频器控制电路如图3.6.1所示。,R1A,R1B,R1C,R S,图3.6.1 变频器的正反转控制线路,QS,3,M,U1 V1 W1,LI1,LI5,LI6,24,KA1,KA21,1,3,5,KA1,KA1,SB1,R1,25,KA3,KA2,KA3,SB2,SB3,11,13,15,17,23,21,19,24V,（a） 变频器电路,（b） 控制线路,FU,9,KA3,7,27,SB4,KA2,KA2,KA3,线路的工作过程为：,打开电源开关QS，给变频器通电，完成参数设置。,按下起动按钮SB2，中间继电器KA1线圈通电，常开触点KA1（13，15）闭合自锁；常开触点KA1（1，7）闭合，变频器正转运行，并自动以默认的升速时间升到最低速10Hz，电动机正转。按下升速按钮SB3，中间继电器KA2线圈通电，常开触点KA2（17，19）闭合自锁；常开触点KA2（3，7）闭合，变频器升速；当频率达到阈值30Hz时，变频器内部继电器R1动作，常闭触点R1（13，17）断开，中间继电器KA2线圈失电，KA2的各触点复位，变频器停止升速。此后由于R1（13，17）断开，自锁触点KA2（17，19）失去作用，按下升速按钮SB3为点动升速。,在常用速以上，变频器内部继电器R1的常开触点R1（13，23）闭合，按下降速按钮SB4，中间继电器KA3线圈通电，常开触点KA3（23，25）闭合自锁；常开触点 KA3（5，7）闭合，变频器开始降速，当降到频率阈值30Hz以下时，变频器内部继电器R1动作，触点R1（13，23）断开，中间继电器KA3线圈失电，KA3的各触点复位，变频器停止降速。此后由于R1（13，23）已断开，自锁触点KA3（23，25）失去作用，按下降速按钮SB4为点动降速。,按下停车按钮SB1，变频器停止运行。,3.6.2 用PLC直接控制,用PLC直接控制的电路如图3.6.2所示。PLC输入、输出端子分配见表3.6.1。PLC的梯形图如图3.6.3所示。,表3.6.1 PLC输入输出端子分配表,输入端,子名称,外接器件,作 用,输出端,子名称,外接器件,作 用,I0,按钮SB1,停车,Q2,变频器的LI1端子,电机正转,I1,按钮SB2,起动,Q3,变频器的LI5端子,升速,I2,按钮SB3,升速,Q4,变频器的LI6端子,降速,I3,按钮SB4,降速,I4,变频器的R1常开触点,达到频率阈值动作,图3.6.2 用PLC直接控制变频器的自动升降速线路,L N,19,17,变频器,L1,U V W,R S,QS,3,M,U1 V1 W1,LI1,LI5,LI6,24,SB1,SB2,SB3,1,3,5,9,11,13,15,I0,I1,I2,I3,I4,24,0V,0,P,L,C,Q2,Q3,Q4 2,SB4,7,9,R1A,R1C,11,%Q0.2,%I0.1,%Q0.2,%Q0.4,%Q0.3,%Q0.2,%Q0.3,图3.6.3 自动升降速控制线路梯形图,%I0.0,%I0.2,%I0.4,%Q0.3,%Q0.4,%Q0.2,%Q0.4,%I0.3,%I0.4,如果要求按下起动按钮后自动升到常用速，其它要求同上，则线路图仍和图3.6.2相同，而参考梯形图如图3.6.4所示。,%M0,%I0.2,%M0,%Q0.4,%Q0.3,%Q0.2,%I0.4,图3.6.4 自动升降速控制线路梯形图,%I0.0,%I0.2,%M0,%Q0.3,%Q0.4,%Q0.2,%Q0.4,%I0.3,%I0.4,%Q0.2,%I0.1,%Q0.2,%I0.0,3.7 其它控制线路,如果要求多地点控制变频器的开停，只需停车按钮串联，起动按钮并联，如图3.7.1所示。图中变频器正向运行，没有画出变频器的给定方式。1SB11SBn为停车按钮，2SB12SBn为起动按钮，停车按钮与起动按钮既可以成对出现，也可以不成对出现，实际使用中，多地点停车用得较多，多地点起动用得较少。,L N,变频器,L1,U V W,R S,图3.7.1 变频器的多地点控制线路,QS,3,M,U1 V1 W1,LI1,24,KA,1,3,1SB1,KA,KA,9,2SB2,2SBn,7,21,23,11,25,24V,（a） 变频器,（b） 控制线路,FU,5,1SB2,1SBn,2SB1,3.7.2 顺序控制,有些工艺要求变频器必须按照一定的顺序要求开停，否则不能起动或停止。例如有两台变频器，工艺要求1#变频器必须先开后停，即1#变频器没运行时，2#变频器不能起动；2#变频器起动后，必须先停止2#变频器，否则1#变频器不能停止。,两台变频器都没有要求反转运行，,我们用中间继电器1KA的常开触点控,制1#变频器的开停，用中间继电器,2KA的常开触点控制2#变频器的开,停，两个中间继电器线圈的控制,电路如图3.7.2所示。,图3.7.2 变频器的顺序控制线路,1KA,2KA,1SB1,2KA,2KA,1SB2,2SB2,2SB1,1KA9,24V,FU,1KA,3.7.3 延时控制,在工艺要求变频器需要延时起动或停止的时候，可以使用时间继电器。例如有两台变频器，工艺要求1#变频器起动后，2#变频器延时自动运行，同上停止。我们用中间继电器1KA的常开触点控制1#变频器的开停，用中间继电器2KA的常开触点控制2#变频器的开停，继电器线圈的控制电路如图3.7.3所示。,若要求两台变频器同时起动，但按下停车按钮时1#变频器先停，2#变频器延时自动停止，控制电路如图3.7.4所示。,图3.7.3 变频器的延时控制线路,1KA,1SB,2KA,2SB,KT,24V,FU,1KA,KT,图3.7.4 变频器的延时控制线路,1KA,1SB,2KA,2SB,KT,24V,FU,1KA,KT,若要求1#变频器运行后，2#变频器延时自动运行；按下停车按钮后，2#变频器立即停止，但1#变频器延时自动停止。其控制电路如图3.7.5所示。,3.7.5 变频器的延时控制线路,1KA,2KA,2KA,1SB,1KT,2SB,24V,FU,1KA,1KT,2KT,3KA,3KA,2KT,1KA,2KA,3KA,3KA,3KA,图3.7.6 变频器的顺序控制线路,1KA,2KA,1SB1,2KA,2KA,1SB2,2SB2,2SB1,1KA9,24V,FU,1KA,2R1,1R1,图3.7.13.7.5都没有考虑变频器的过载保护。如果在变频器过载后，工艺允许各变频器单独停止，则可以直接设置变频器过载停车，如施耐德Altivar31变频器在SetItH设置最大热电流，在FLtOLL设置停车模式；也可以利用变频器的内部继电器R1的功能，Altivar31变频器在Setttd设置电机热态阈值，在I-Or1设置为tSA，将内部继电器R1的常闭触点R1（R1B，R1C）串接在中间继电器的线圈回路即可。例如，图3.7.2所示的电路可以修改成3.7.6所示的电路。,在通常情况下，变频器过载后，工艺不允许各变频器单独停止，必须将有关的变频器同时停止运行，这就必须使用变频器的内部继电器。例如，图3.7.5所示的电路可以分别设置两台变频器的Setttd参数，,并将两台变频器的I-Or1参数都设置为tSA，将内部继电器R1的常闭触点1R1（R1B，R1C）和2R1（R1B，R1C）串联后串接在控制电路的公共部分，如图3.7.7所示。,又如，有3台变频器，按下起动按钮1#变频器立即运行，2#变频器延时10s后自动运行，3#变频器再延时20s后自动运行；按下停车按钮后，3#变频器立即停止，但2#变频器需要延时20s自动停止，1#变频器需要再延时10s自动停止。,图3.7.7 变频器的顺序控制线路,1KA,2KA,2KA,1SB,1KT,2SB,24V,FU,1KA,1KT,2KT,3KA,3KA,2KT,1KA,2KA,3KA,3KA,3KA,1R1,2R1,我们用PLC直接控制变频器的运行，其输入输出端子分配表如表3.7.1所示，PLC的梯形图如图3.7.8所示。,表3.7.1 PLC输入输出端子分配表,输入端,子名称,外接器件,作 用,输出端,子名称,外接器件,作 用,I0,按钮SB1,停车,Q2,1,#,变频器的LI1端子,1,#,电机正转,I1,按钮SB2,起动,Q14,2,#,变频器的LI1端子,2,#,电机正转,Q15,3,#,变频器的LI1端子,3,#,电机正转,图3.7.8 变频器的顺序控制梯形图,%Q0.14,%Q0.14,%Q0.14,%Q0.15,%TM0,TYPE TON,TB 100ms,ADJ Y,TM0.P,300,Q,%Q0.2,IN,TM0.V100,%Q0.2,%Q0.2,%I0.1,%Q0.2,%TM1.Q,%M0,%M1,%Q0.15,%TM0.Q,%Q0.15,%M0,%TM1,TYPE TON,TB 100ms,ADJ Y,TM0.P,300,Q,%Q0.2,IN,%M0,%I0.0,%M0,%TM1.Q,%TM1.Q,%M1,TM1.V200,%M0,3.7.4 工频与变频的转换电路,在变频器拖动系统中，有些系统要求不能停止运行，一旦出现变频器故障，就要手动或自动切换到工频运行。即使变频器正常工作，有些系统也要求工频运行与变频运行相互切换。,变频器,U V W,LI1,24,3,M,R1A,R1B,R1C,KA,QS,1KM,5,L1 L2 L3,R S T,2KM,5,3KM,5,FR,图3.7.9 工频与变频转换电路,（a） 主电路,3KM,2SB,220V,FU,SA,工频,1SB,FR,2KM,3KM,变频,2KM,3KM,KA,KA,2KM,1KM,3SB,1KM,KA,4SB,（b） 控制电路,1、手动切换控制线路,图3.7.9为工频运行与变频运行手动切换控制线路。其中，图3.7.9（a）为主电路，图3.7.9（b）为控制电路。图中，1KM用于将电源接至变频器的输入端；2KM用于将变频器的输出端接至电动机，3KM用于将工频电源接至电动机。因为在工频运行时，变频器不可能对电动机进行过载保护，所以接入热继电器FR作为工频运行时的过载保护，我们把FR的常闭触点接在了变频与工频的公共端，所以在变频运行时热继电器也有过载保护功能。由于变频器的输出端子是绝对不允许与电源相接的，因此，2KM与3KM是绝对禁止同时导通的，相互之间加了可靠的互锁。,SA为变频运行与工频运行的切换开关。2SB既是工频运行的起动按钮，也是变频运行的电源接入按钮。1SB既是工频运行的停止按钮，也是变频运行的电源切断按钮，与1SB并联的KA的常开触点保证了变频器正在运行期间，不能切断变频器的电源。4SB为变频运行的起动按钮，3SB为变频运行的停止按钮。,当SA处于工频位置时，按下按钮2SB，电动机以工频运行，按下按钮1SB电动机停转。在工频运行期间，3SB和4SB不起作用。,当SA处于变频位置时，按下按钮2SB，接通变频器的电源，为变频器运行做准备，按下按钮1SB切断变频器电源，变频器不能运行。接通变频器的电源后，按下按钮4SB，变频器运行，按下按钮3SB，变频器停止运行。,在变频运行时，不能通过1SB停车，只能通过3SB以正常模式停车，与1SB并联的KA常开触点保证了这一要求。,图3.7.9没有使用变频器的故障检测功能，变