变频器实训完整版.docx

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变频器实训完整版

变频器应用实训

班级

学号

姓名

指导教师

时间2009学年第一学期13周

2009年月日

第一章可编程控制器的概述

可编程序控制器，英文称ProgrammableLogicalController，简称PLC。

它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

一、可编程控制器的基本结构

可编程控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成（如下图所示）。

1、CPU模块

CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微处理器（CPU）和存储器组成。

它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。

PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。

2、I/O模块

I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。

输入模块用来接收和采集输入信号。

输入信号有两类：

一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟输入信号。

可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，

可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。

3、电源

可编程序控制器一般使用220V交流电源。

可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。

4、编程器

编程器是PLC的外部编程设备，用户可通过编程器输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。

也可以通过专用的编程电缆线将PLC与电脑联接起来，并利用编程软件进行电脑编程和监控。

5、输入/输出扩展单元

I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。

6、外部设备接口

此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。

本实验装置选用的主机型号为S7-200系列的主机。

二、可编程控制器的工作原理

可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。

在运行状态，可编程序控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。

为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。

除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段（如图所示）

在内部处理阶段，可编程序控制器检查CPU，模块内部

的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内

部工作。

在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的

智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。

在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的

接通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。

在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。

在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的通/断状态传送到输出锁存器。

三、可编程控制器的内存区域的分布及I/O配置

S7-200CPU224、CPU226部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示

元件名称

代表字母

编号范围

功能说明

输入寄存器

I0.0～I1.5共14点

接受外部输入设备的信号

输出寄存器

Q0.0～Q1.1共10点

输出程序执行结果并驱动外部设备

位存储器

M0.0～M31.7

在程序内部使用，不能提供外部输出

定时器

256（T0～t255）

T0,T64

保持型通电延时1ms

T1～T4,T65～T68

保持型通电延时10ms

T5～T31,T69～T95

保持型通电延时100ms

T32,T96

ON/OFF延时,1ms

T33～T36,T97～T100

ON/OFF延时,10ms

T37～T63,T101～T255

ON/OFF延时,100ms

计数器

C0～C255

加法计数器，触点在程序内部使用

高速计数器

HC0～HC5

用来累计比CPU扫描速率更快的事件

顺序控制继电器

S0.0～S31.7

提供控制程序的逻辑分段

变量存储器

VB0.0～VB5119.7

数据处理用的数值存储元件

局部存储器

LB0.0～LB63.7

使用临时的寄存器，作为暂时存储器

特殊存储器

SM0.0～SM549.7

CPU与用户之间交换信息

特殊存储器

SM（只读）

SM0.0～SM29.7

接受外部信号

累加寄存器

AC0～AC3

用来存放计算的中间值

四、可编程控制器的编程语言概述

现代的可编程控制器一般备有多种编程语言，供用户使用。

IEC1131-3—可编程序控制器编程语言的国际标准详细的说明了下述可编程控制器编程语言：

顺序功能图

梯形图

功能块图

指令表

结构文本

其中梯形图是使用得最多的可编程控制器图形编程语言。

梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制，主要特点如下：

1）可编程控制器梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器（即硬件继电器），而是在软件中使用的编程元件。

每一编程元件与可编程序控制器存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应。

2）梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线（BUSbar）。

在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路的分析方法，可以想象左右两侧母线之间有一个左正右负的直流电源电压，当图中的触点接通时，有一个假想的“概念电流”或“能流（Powerflow）从左到右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的。

3）根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。

逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。

4）梯形图中的线圈和其他输出指令应放在最右边。

5）梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。

五、可编程控制器的编程步骤

（1）确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。

（2）分配输入输出设备，即确定哪些外围设备是送信号到PLC，哪些是外围设备是接收来自PLC信号的。

并将PLC的输入、输出口与之对应进行分配。

（3）设计PLC程序画出梯形图。

梯形图体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系。

（4）实现用计算机对PLC的梯形图直接编程。

（5）对程序进行调试（模拟和现场）。

（6）保存已完成的程序。

显然，在建立一个PLC控制系统时，必须首先把系统的需要的输入、输出数量确定下来，然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间的相互关系。

确定控制上的相互关系之后，就可进行编程的第二步──分配输入输出设备，在分配了PLC的输入输出点、内部辅助继电器、定时器、计数器之后，就可以设计PLC程序画出梯形图。

在画梯形图时要注意每个从左边母线开始的逻辑行必须终止于一个继电器线圈或定时器、计数器，与实际的电路图不一样。

梯形图画好后，使用编程软件直接把梯形图输入计算机并下载到PLC进行模拟调试，修改→下载直至符合控制要求。

这便是程序设计的整个过程。

第二章可编程控制器基本指令简介

S7-200的SIMATIC基本指令简表：

LDN

装载（开始的常开触点）

取反后装载（开始的常闭触点）

与（串联的常开触点）

取反后与（串联的常闭触点）

或（并联的常开触点）

取反后或（并联的常闭触点）

NOT

栈顶值取反

上升沿检测

下降沿检测

二

赋值

S_BIT,N

置位一个区域

复位一个区域

SHRB

DATA,S_BIT,N

移位寄存器

SRB

SLB

OUT,N

字节右移N位

字节左移N位

RRB

RLB

OUT,N

字节循环右移N位

字节循环左移N位

TON

TOF

Txxx,TP

通电延时定时器

断电延时定时器

CTU

CTD

Cxxx,PV

加计数器

减计数器

END

程序的条件结束

STOP

切换到STOP模式

WDR

看门狗复位300ms

JMP

跳到指定的标号

CALL

N（N1,N2……）

调用子程序，可以优16个可选参数

CRET

从子程序条件返回

FOR/NEXT

INDX,INIT,FINAL

For/Next循环

ALD

OLD

电路块串联

电路块并联

NETR

NETW

TABLE,PORT

网络读

网络写

SLCR

SLCT

SLCE

顺控继电器段的启动

顺控继电器段的转换

顺控继电器段的结束

第三章STEP7-Micro/WIN软件的使用及编程规则

一、STEP7-Micro/WIN软件的使用方法

STEP7-Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑和控制自己的应用程序提供了良好的编程环境。

为了能快捷高效地开发你的应用程序，STEP7-MicroWIN软件提供了三种程序编辑器。

STEP7-Micro/WIN软件提供了在线帮助系统，以便获取所需要的信息。

本实验装置使用的编程软件是STEP7-Micro/WINV4.0版本，在做实验前，首先将该软件根据软件安装的提示安装到计算机上，然后用编程线将计算机和实验装置连接到一起。

（一）系统需求

STEP7-MicroWIN既可以在PC机上运行，也可以在Siemens公司的编程器上运行。

PC机或编程器的最小配置如下：

Windows95、Windows98、Windows2000、WindowsMe或者WindowsNT4.0以上。

（二）软件的使用

1、打开STEP7-Micro/WINV4.0，在中选择PC/PPI协议。

2、点击更改通信端口和通信速率。

3、在通讯菜单里双击刷新，STEP7-Micro/WINV4.0开始搜索PPI网络中的S7-200CPU。

搜索完成后会出现网络中所有PLC的列表，选择要操作的PLC即可对所选PLC进行操作了。

4、编辑梯形图。

5、点击将程序下载到PLC中，点击可以对程序运行状态进行监控，点击可以将PLC置于运行的状态。

二、编程规则

1、外部输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的接点可多次重复使用，无需用复杂的程序结构来减少接点的使用次数。

2、梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在右边。

接点不能放在线圈的右边，在继电器控制的原理图中，热继电器的接点可以加在线圈的右边，而PLC的梯形图是不允许的。

3、线圈不能直接与左母线相连。

如果需要，可以通过一个没有使用的内部继电器的常闭接点或者特殊内部继电器的常开接点来连接。

4、同一编号的线圈在一个程序中使用两次称为双线圈输出。

双线圈输出容易引起误操作，应尽量避免线圈重复使用。

5、梯形图程序必须符合顺序执行的原则，即从左到右，从上到下地执行，如不符合顺序执行的电路就不能直接编程。

6、在梯形图中串联接点使用的次数是没有限制，可无限次地使用。

7、两个或两个以上的线圈可以并联输出。

第四章变频器功能参数设置与操作

一、基本操作面板的认知与操作

二、基本操作面板（BOP）功能说明

显示/按钮

功能

功能说明

状态显示

LCD显示变频器当前的设定值

起动变频器

按此键起动变频器。

缺省值运行时此键是被封锁的。

为了使此键的操作有效，应设定P0700=1

停止变频器

OFF1：

按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车.缺省值运行时此键被封锁；为了允许此键操作，应设定P0700=1

OFF2：

按此键两次（或一次，但时间较长）电动机将在惯性作用下自由停车。

此功能总是“使能”的。

改变电动

机的转动方向

按此键可以改变电动机的转动方向。

电动机的反向用负号（－）表示或用闪烁的小数点表示。

缺省值运行时此键是被封锁的，为了使此键的操作有效，应设定P0700=1

电动机点动

在变频器无输出的情况下按此键，将使电机起动，并按预设定的点动频率运行。

释放此键时，变频器停车。

如果电动机正在运行，按此键将不起作用。

功能

此键用于浏览辅助信息。

变频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2秒钟，将显示以下参数值（在变频器运行中，从任何一个参数开始）：

1.直流回路电压（用d表示–单位：

V）

2.输出电流（A）

3.输出频率（Hz）

4.输出电压（用o表示–单位：

V）。

5.由P0005选定的数值（如果P0005选择显示上述参数中的任何一个（3，4或5），这里将不再显示）。

连续多次按下此键，将轮流显示以上参数。

跳转功能

在显示任何一个参数（rXXXX或PXXXX）时短时间按下此键，将立即跳转到r0000,如果需要的话，您可以接着修改其它的参数。

跳转到r0000后，按此键将返回原来的显示点。

故障确认

在出现故障或报警的情况下，按下此键可以对故障或报警进行确认

访问参数

按此键即可访问参数。

增加数值

按此键即可增加面板上显示的参数数值。

减少数值

按此键即可减少面板上显示的参数数值.

三、用基本操作面板更改参数的数值

1.改变参数P0004

操作步骤

显示的结果

按访问参数

按直到显示出P0004

按进入参数数值访问级

按或达到所需要的数值

按确认并存储参数的数值

按直到显示出r000

按返回标准的变频器显示（有用户定义）

2.改变下标参数P0719

操作步骤

显示的结果

按访问参数

按直到显示出P0719

按进入参数数值访问级

按显示当前的设定值

按或选择运行所需要的最大频率

按确认并存储P0719的设定值

按直到显示出r000

按返回标准的变频器显示（有用户定义）

说明：

忙碌信息

修改参数的数值时，BOP有时会显示：

表明变频器正忙于处理优先级更高的任务。

3.改变参数数值的一个数

为了快速修改参数的数值，可以一个个地单独修改显示出的每个数字，操作步骤如下：

1.按（功能键），最右边的一个数字闪烁。

2.按/，修改这位数字的数值。

3.再按（功能键），相邻的下一个数字闪烁。

4.执行2至4步，直到显示出所要求的数值

按，退出参数数值的访问级。

4.变频器快速调试

P0010的参数过滤功能和P0003选择用户访问级别的功能在调试时是十分重要的。

由此可以选定一组允许进行快速调试的参数。

电动机的设定参数和斜坡函数的设定参数都包括在内。

在快速调试的各个步骤都完成以后，应选定P3900，如果它置为1，将执行必要的电动机计算，并使其他所有的参数（P0010=1不包括在内）恢复为缺省设置值。

只有在快速调试方式下才进行这一操作

5.快速调试的流程

五、变频器复位为工厂的缺省设定值

为了把变频器的全部参数复位为工厂的缺省设定值，应该按照下面的数值设定参数：

1.设定P0010=30

2.设定P0970=1

完成复位过程至少要3分钟。

六、实验总结

1.总结变频器操作面板（BOP）的功能。

2.总结变频器操作面板（BOP）的使用方法。

3.总结利用操作面板（BOP）改变变频器参数的步骤。

4.总结利用操作面板（BOP）快速调试的方法。

第五章实训内容基于PLC控制方式的多段速变频调速实训

一、实训目的

了解变频器外部控制端子的功能，掌握外部运行模式下变频器的操作方法，熟悉PLC的编程。

二、控制要求

1.正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流、额定功率、额定转速。

2.通过PLC控制变频器外部端子。

打开开关“K1”变频器每过一段时间自动变换一种输出频率，关闭开关“K1”电机停止运用操作面板改变电机启动的点动运行频率和加减速时间。

三、参数功能表及接线图

1.参数功能表

序号

变频器参数

出厂值

设定值

功能说明

P0304

230

380

电动机的额定电压（380V）

P0305

3.25

0.35

电动机的额定电流（0.35A）

P0307

0.75

0.06

电动机的额定功率（60W）

P0310

50.00

电动机的额定频率（50Hz）

P0311

1430

电动机的额定转速（1430r/min）

P1000

固定频率设定

P1080

电动机的最小频率（0Hz）

P1082

50.00

电动机的最大频率（50Hz）

P1120

斜坡上升时间（10S）

P1121

斜坡下降时间（10S）

P0700

选择命令源（由端子排输入）

P0701

固定频率设值（二进制编码选择+ON命令）

P0702

固定频率设值（二进制编码选择+ON命令）

P0703

固定频率设值（二进制编码选择+ON命令）

P1001

0.00

5.00

固定频率1

P1002

5.00

10.00

固定频率2

P1003

10.00

20.00

固定频率3

P1004

15.00

25.00

固定频率4

P1005

20.00

30.0

固定频率5

P1006

25.00

40.00

固定频率6

P1007

30.00

50.00

固定频率7

注:

（1）设置参数前先将变频器参数复位为工厂的缺省设定值

（2）设定P0003=2允许访问扩展参数

（3）设定电机参数时先设定P0010=1（快速调试）,电机参数设置完成设定P0010=0（准备）

变频器外部接线图

四、操作步骤

1.检查实训设备中器材是否齐全。

2.按照变频器外部接线图完成变频器的接线，认真检查，确保正确无误。

3.打开电源开关，按照参数功能表正确设置变频器参数（具体步骤参照变频器实训七）。

4.用户自己编写控制程序，进行编译，有错误时根据提示信息修改，直至无误，用PC/PPI通讯编程电缆连接计算机串口与PLC通讯口，打开PLC主机电源开关，下载程序至PLC中，下载完毕后将PLC的“RUN/STOP”开关拨至“RUN”状态。

5.打开开关“K1”，观察并记录电机的运转情况，绘制电机频率曲线

五、实训总结与思考

1.总结使用变频器外部端子控制电机点动运行的操作方法。

2.记录变频器与电机控制线路的接线方法及注意事项。

3．要求产生如下速度曲线，如何实现

附录：

梯形图及语句

LDT40

SHRBM0.0,M20.0,+7

实现左移7位功能

M20.6

M20.5

M20.4

M20.3

M20.2

M20.1

M20.0

M0.0

LDM20.7

ONI0.0

RM20.0,7

实现的功能：

I0.0=0或M20.7=1时，把M20.0~M20.6清0。

LDM20.6

ONI0.0

RM0.1,1

LDM20.0

SM0.1,1

LDI0.0

ANM0.1

=M0.0

实现的功能为：

M0.0的数据为（当I0.0=1,M0.1=0→M0.0=1，只要M20.6≠1→M0.1=1→M0.0=0）

LDI0.0

ANT41

TONT40,20

LDT40

TONT41,20

实现的功能为：

LDM20.0

OM20.2

OM20.4

OM20.6

=Q0.0

LDM20.1

OM20.2

OM20.5

OM20.6

=Q0.1

LDM20.3

OM20.4

OM20.5

OM20.6

=Q0.2

实现的功能为：

M20.6

M20.5

M20.4

M20.3

M20.2

M20.1

M20.0

Q0.2

Q0.1

Q0.0

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