PLC与变频器工程应用

PLC与变频器工程应用

实例一： 用PLC控制变频

用PLC控制一台变频器单向运行

动作步骤和要求：

• 1、 按SB1， KM动作， 接通电源； 并指示；

• 2、 合开关SA2， 变频器起动、 运转； 指示；

• 3、 关开关SA2， 变频器停止；

• 4、 按SB2， 关断电源；

• 5、 故障时， 关断电源， 发出故障指示。

1、    三菱PLC实现

1） 地址分配

输入点（4个） ：

SB1、 SB2： X0， X1

SA2： X2 故障报警点： X3

输出 点（5个） ：

变频器电源： Y0

变频器电源指示： Y1

变频器运行： Y2、 Y4

变频器报警： Y3

2） 硬件连接：

3） PLC编程—梯形图

2、 用S7-200PLC实现

1） 地址分配

输入点（4个）

SB1、 SB2： I0.0， I0.1

SA2： I0.2

故障报警点： I0.3

输出 点（4个）

变频器电 源： Q0.0

变频器运行： Q0.1 Q0.3

变频器报警： Q0.2

2）硬件连接：

3） PLC编程—梯形图

3、 不改变梯形图——移植法

PLC编程—梯形图

实例二： 用PLC控制变频到工频自动切换

动作过程和要求：

• 1、 工频时， 按SF1， KM3动作， 工频起动。按ST1， 工频停止； 有过载保护。

• 2、 变频时， 按SF1， KM1、 KM2动作， 变频器接通电源与负载；

按SF2， KA动作， 发出变频器运行信号；按ST2变频器停止；

• 3、 变频故障时， 发出故障报警， 停止变频， 延时20秒后， 切换到工频上运行。

方法一

用继电器接触器控制实现

方法二、 用PLC实现

1） 地址分配

输入点（7个） ：

工频变频切换开关： SA2            X0、 X1

工频启动停止按钮： SF1、 ST1  X2、 X3

变频器运行停止： SF2、 ST2     X4、 X5

工频过载停止： KR X6

输出 点（6个） ：

工频启动停止： Y2

变频器电 源： Y0、 Y1

变频器运行： Y3

变频器报警： Y4、 Y5

2、 硬件连接线图

3） PLC编程

小 结：

目 前使用 PLC与变频器工程应用 特点

1、 控制方法： PLC只是控制变频器启动、 停止、 指示

2、 给定方法： 手动调速或面板输入

问题: PLC与变频器工程应用就是一控一情况?

实例三： 采油注水恒压变频控制

现场运行工作情况

• 1、 有功率为110KW 水泵3台

• 2、 每一台都有变频/工频运行；

• 3、 工频与变频运行选择由操作人员选定；

• 4、 要求出水口总管压力为30兆帕

控制要求：

• 1、 要求管网出口压力为30兆帕； 压力设定在面板上操作与显示；

• 2、 每一台泵都有变频/工频运行；

• 3、 工频与变频运行选择由操作人员选定；

• 4、 控制柜有电源电压、 电动机电流指示；

• 5、 控制柜有电动机运行状态指示；

• 6、 电动机在变频运行状态下， 有启动、 运行、 停止指示；

• 7、 电动机工频运行时， 采用自耦降压起动；

• 8、 有工频、 变频互锁； 工频过载保护；

• 9、 故障报警

外置PID控制法

门板布置

1、 地址分配

输入点（至少12个）

1#： I0.0， I0.1

2#： I0.2; I0.3

3#： I0.4; I0.5

1#： 工频过载I1.1

2#：工频过载I1.2

3#：工频过载I1.3

变频器启动： I0.6

变频器停止： I0.7

变频器报警： I1.0

输出 点（10个）

1#工频:Q0.0/KM1

2#工频:Q0.1/KM3

3#工频:Q0.2/KM5

1#变频:Q0.3/KM2

2#变频:Q0.4/KM4

3#变频:Q0.5/KM6

变频输出:Q0.6/KM8

变频运行:Q1.0

变频报警:Q1.1

自耦降压:Q0.7/KM7

小 结：

这种工程应用 特点:

1、 控制方法： PLC只是控制变频器启动、 停止、 指示

2、调速方法：自动调速

3、 使用 效果： 变频器特点未利用

问题: 变频与工频的切换是人工的!!自动化程度低!!!!!

实例四： 双恒压无塔供水系统设计——复杂系统应用

1、 工艺过程：

利用压力传感器信号及有关电气控制信号，根据供水管道的压力值控制水泵电机转速， 将压力维持在所需的压力值上， 将平时不必消耗的能量节省下来， 从而达到节电的目的。

电气控制系统主电路原理图

当压力稳定时

压力不足时增泵

压力超过设定时减泵

2、 系统控制要求：

1、 生活用水时，应低恒压值运行，消防供水时应在高恒压值运行；

2、 三台 泵采取“先开先停”的原则接入和退出；

3、 一台 泵运行3小时，则切换到下一台泵“倒泵功能”；

4、 三台 泵在启动时要有软启动功能；

5、 有完善的报警功能；

6、 对泵有手动控制功能；

面板布置图

1、 开关控制 手动/自动指示

2、 状态指示 泵的工频 变频指示

3、 水位上限下限报警指示

3、 I/O点及地址分配：

输入地址分配 ： （有6个开关量输入、 1个模拟量输入）

名称 代码 地址编号

手动、 自动消防 SA1 I0.0

水位下限信号 SLl I0.1

水位上限信号 SLh I0.2

变频报警信号 Su I0.3

消铃信号（ 报警消除 ） SB9 I0.4

试灯按钮（测试） SB10 I0.5

远程模拟信号 Up AIW0

输出地址分配 ： （12个开关量、 1个模拟量）

1#泵工频运行与指示 KM1、 HL1 Q0.0

1#泵变频运行与指示 KM2、 HL2 Q0.1

2#泵工频运行与指示 KM3、 HL3 Q0.2

2#泵变频运行与指示 KM4、 HL4 Q0.3

3#泵工频运行与指示 KM5、 HL5 Q0.4

3#泵变频运行与指示 KM6、 HL6 Q0.5

生活/消防转换电磁阀 YV2 Q1.0

水位下限报警指示 HL7 Q1.1

变频器故障报警指示 HL8 Q1.2

火灾报警指示 HL9 Q1.3

报警电铃 HA Q1.4

变频器复位控制 KA Q1.5

频率控制信号 Vf AQW0

4、 PLC选型

主机单元

CPU222

AC/DC继电器

扩展单元

EM222

8点继电器输出

模拟单元

EM235

4AI/1AO

8输入/6输出

8路出 4路入/1路出

5、 线路连接原理图：

6、 PLC编程要考虑的问题：

1、 生活用水时， 应低恒压值运行， 消防供水时应在高恒压值运行； ---设定值如何输入?

2、 数据采集问题；

3、 PID运算问题；

4、 三台 泵采取“先开先停”的原则接入和退出； 一台泵运行3小时， 则切换到下一台泵“倒泵功能”； ------泵切换问题

5、 程序运行问题；

1） 设定值输入问题

根据要求:生活用水时， 应低恒压值(0.7倍)运行； 消防供水时,应在高恒压值(0.9倍)运行；

2） 数据采集应用

问题提出: 如何将模拟输入端的模拟量变换成数字量?----如何滤波问题!!

1、 将采样计数器、 采样当前值、 采样和、 采样平均值清零， 并预置采样次数为128次；

2、 判断是否到预置的采样次数， 采样次数到达预置值， 则采用移位法求平均值。

3、 重新初始化参数

3）PID回路指令

TBL: 回路的起始地址

LOOP: 回路号0～ ７

使用PID运算步骤:

1、 将工程实际值16位整数转化为实数值（32位孚点数） ；

2、 将实数格式的工程实际值转化为[0.0—1.0]之间的无量纲相对值;

3、 回路输出转换为按工程量标定的整数值

问题提出: 如何将模拟输入端的模拟量进行采集并处理后, 与期望值进行运算后, 以模拟量的形式控制控制对象?

PID回路参数VB100

VD100 VD104 VD108 WD112 VD116 VD120 VD124 VD128 VD132

变量当前 设定值 输出值 增益 采样时间 积分时间 微分时间 积分项前值 变量前值

4）泵切换问题----判断

工频泵启动原理

1#工频泵启动运行的条件:

(1) 2#泵为变频泵, 无工频泵时;

(2) 3#泵为变频泵, 2#已经工频运行

2#工频泵启动运行的条件:

3#工频泵启动运行的条件:

(1) 3#泵为变频泵, 无工频泵时;

(2) 1#泵为变频泵, 3#已经工频运行

(1) 1#泵为变频泵, 无工频泵时;

(2) 2#泵为变频泵, 1#已经工频运行

变频泵启动原理

1#变频泵启动运行的条件:

变频泵号VB300=1时

2#变频泵启动运行的条件:

3#变频泵启动运行的条件:

变频泵号VB300=2时

变频泵号VB300=3时

5）减工频泵判断原理

如何理解滤波的含义?

6） 变频泵定时倒泵原理

有工频泵时, 不能倒泵?

7） 报警电铃及消除

使用 PLC与变频器应用 特点:

1、 控制方法： 一控多 台变频器的切换

2、 控制方法： PLC控制变频器启动、停止、 指示; 并多 台变频器的切换

3、 调速方法： 完全自 动调速

问题: 这是不是PLC与变频器工程应用 最好的使用 方法?

实例五： 供水专用变频器应用

变频器选用： 森兰或三垦或华为专用供水变频器,并对功能参数进行预置

手动控制参见说明书

变频器电气接线原理图

供水任选模式的选择（CD1 60= ？ ）

特点： 不需要设计,只需要根据参数设置就可以完成工艺要求,使用方便,可靠

实例六： S7—200与变频器

通信——通信技术应用

问题提出: 当一台PLC要控制多 台变频器时, 如果还要前面的办法, 就会增加硬件的成本。

解决办法: PLC通过RS485/422通信, 通信口 为PORT0控制变频器的启动、 停止、 加速、 减速。

条件: s7-200CPU226西门子网络接头装有STEP7 V4. 0的个人电脑

1、 利用 通信技术要考虑的问题?

1） 对变频器参数设置

（ 1） 选择运转指令

（ 2） 选择运转频率

（ 3） 选择串行通信功能

（ 4） 变频器编号

（ 5） 通信速率

（ 6） 奇偶校验

（ 7） 停止位

（ 8） 终止码

（ 9） cd142=1 

（ 10） cd144=0

Cd001=3 串行通信

Cd002=14

Cd146=1 非连续模式

Cd147=4

Cd148=4 9600bps

Cd149=0 无

Cd150=1 1位

Cd151=1 CR, LF

2、 PLC网络通信技术

1） 数据通信方式

1 数据传输方式

2 数据传输方向

3 传送介质

4 串行通信接口

并行与串行通信

同步与异步传送

单工通信方式

半双工通信方式

全双工通信方式

双交线 同轴电缆

光缆

RS---232接口

RS---485接口

RS---422接口

2) S7-200网络通信协议

1 PPI协议

PPI协议是专门为S7-200开发的通信协议

西门子S7-200系列PLC是一种小型整体结构形式的PLC,内 部集成的PPI接口 为用 户 提供了强大的通信功能,其PPI接口 (即编程口 0的物理

特性为RS485,根据不同的协议通过接口 与不同的设备进行通信或组成网络

2 MPI协议

S7-200可以通过通信接口 连接到MPI网上。用 于S7—300/400与S7—200通信网络。 通信距离50m,最多 连接32个节点.通信支持的波特率为19.2KB/S 或187.5KB/S

3 Profibus协议

用于实现分布式I/O设备的高速通信通过EM277 Profibus—DP扩展模块连接到Profibus—DP协议支持的网络中,通信支持的波特率为9600KB/S 或12MB/S

4 用 户 自 定义协议(自 由口 通信协议)

1) 使用 RS---485(双交线) 或232(PC电缆)接口 , 波特率在1. 2～ 115. 2KB/S

2) 通过设定特殊存储字节SM30(端口 0)或SM130(端口 1) 允许自 由口 模式自 由通信口 模式是S7-200PLC的一个很有特色的功能.

用 户 可以通过程序对通信口 进行操作

5 USB协议

是西门子传动产品(变频器)通信的一种协议

3） S7-200网络通信指令

网络读/网络写指令---PPI协议

（ 1） 网络读NETR （ 2）网络写NETW

将发送缓冲区（ TBL） 中的数据通过指令指定的通信端口 （ PORT）发送出处， 发送完时， 将产生一个中断事件， 数据缓冲区的第一个数据指明了 要发送的字节数

通过指令指定通信端口 （ PORT）接收信息并存储于接收数据缓冲区（ TBL） 中， 接收完也将产生一个中断事件， 第一个数据指明了 要接收的字节数

4） 用户自定义协议(自由口通信协议)

（1） 端口初始化

P P D B B B M M

SMB30

校验选择 位数 波特率 协议选择

00 10 01 11

（2） 发送一帧数据格式

字节数 开始符 变频器号 命令 频率值 结束

5） S7-200通信参数设置

传送一帧信号内容

VB100 VB101 VB102 VB103 VB104 VB105

字节数 开始符 变频器号 命令 频率值 结束

6） 启动命令

传送一帧信号内容

VB100 VB101 VB102 VB103 VB104

4 40 04 50 30

7） 停止命令

传送一帧信号内容

VB100 VB101 VB102 VB103 VB104

4 40 04 52 30

8） 加速命令

VB100 VB101 VB102 VB103 VB104 VB105 VB106