变频器技术实验指导书

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1、成绩变频器技术实验指导书/实验报告王振力、刘 洋、李 冰专业：班号：学号：姓名：哈尔滨工业大学华德应用技术学院应用电子与通信技术系- 1 - / 31变频器技术实验大纲一、 实验目的通过三个实验的实践，使学生进一步理解变频器的工作原理和使用方法，了解SIEMENS公司MM440变频器的硬件结构和内部资源，掌握变频调速系统的硬件接线和软件编程方法。通过实验的基本训练，使学生能达到以下要求：1. 学会设计变频调速系统主电路；2. 学会用基本操作面板（BOP）进行MM440变频器参数设置和运行操作；3. 掌握MM440变频器控制电路设计方法；4. 掌握PLC与MM440变频器配合工作的方法；5理解M

2、M440变频器通信方式的设计方法。二、 适应专业自动化、电气工程及其自动化三、实验内容及学时安排实验一 变频器的参数设置与操作（4学时）实验目的1. 了解变频器的类型2. 掌握变频器的接线方法3. 掌握使用操作面板修改变频器的参数4. 熟悉操作面板的使用实验内容1. MM440系列变频器硬件结构与接线设计；2. MM440系列变频器的常用参数设计； 3. 采用基本操作面板（BOP）进行MM440变频器参数设置和运行操作。实验二 变频器外部端子控制（4学时）实验目的1. 掌握变频器的外部端子电路设计2. 熟悉变频器的参数设置3. 掌握PLC与变频器外部端子电路设计4. 掌握PLC梯形图程序编程方

3、法实验内容1. 外部输入端子操作控制；2. 多段速度选择变频调速；3. PLC与变频器构成调速系统。实验三 变频器通信实验（4学时）实验目的1了解PC调试软件STARTER和DriveMonitor的使用方法2 / 312熟悉MM440变频器的USS通信参数设置3掌握S7-200与MM440变频器USS通信设计实验内容1. 调试软件介绍；2. MM440变频器的USS通信参数介绍； 3. S7-200与MM440变频器USS通信设计。3 / 31实验一 变频器的参数设置与操作一、实验目的1. 了解变频器的类型2. 掌握变频器的接线方法3. 掌握使用操作面板修改变频器的参数4. 熟悉操作面板的使

4、用二、实验设备及仪器1. SIEMENS MM440变频器2. 基本操作面板（BOP）3. 三相异步交流电机三、实验内容MicroMaster440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。创新的BiCo（内部功能互联）功能有无可比拟的灵活性。MM440主要技术参数如下： 电源电压：200V-240V 10%，单相输入，三相输出； 额定功率：0.12kW-0.75kW； 频率：输入4763Hz，输出0650Hz； 功率因数：0.98； 过载能力：150%，60s； 固定频率：15个；

5、数字输入：6个； 模拟输入：2个； 继电器输出：3个； 模拟输出：2个； 串行接口：RS-485；1电路设计MM440变频器的工作电路由两个部分组成：一部分是完成整流、逆变转换的主电路；另一部分是状态和控制信息的收集、转换和传输的控制电路。本次实验只要求掌握主电路设计方法，首先拆卸MM440变频器的盖板，如图1-2所示，接线端子如图1-3所示，按要求设计MM440变频器的主电路，如图1-4所示。4 / 31 2参数设计变频器的参数只能用基本操作面板（BOP），高级操作面板（AOP）或者通过串行通讯接口进行修改。用BOP 可以修改和设定系统参数，使变频器具有期望的特性，例如，斜坡时间，最小和最大

6、频率等。选择的参数号和设定的参数值在五位数字的LCD（可选件）上显示。􀂾 只读参数用 r xxxx 表示，Pxxxx 表示设置的参数。􀂾 P0010 起动“快速调试”，如果P0010 被访问以后没有设定为0，变频器将不运行。如果P39000，这一功能是自动完成的。􀂾 P0004 的作用是过滤参数，据此可以按照功能去访问不同的参数。如果试图修改一个参数，而在当前状态下此参数不能修改，例如，不能在运行时修改该参数或者该参数只能在快速调试时才能修改，那么将显示忙碌信息。变频器的参数有4 个用户访问级；即标准访问级，扩展访问级，专家访问级和维修级。

7、访问的等级由参数P0003 来选择。3运行操作利用基本操作面板（BOP）可以改变变频器的各个参数，安装基本操作面板（BOP）5 / 31如图1-5所示。基本操作面板（BOP）的功能键如图1-6所示。BOP具有7 段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及设定值和实际值。6 / 31操作面板上按钮说明如表1-1所示。显示/按钮功能功能的说明状态显示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。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；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。改变电动机的转动方向按此键可以改

8、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。电动机点动在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行。释放此键时，变频器停车。如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作用。增加数值按此键即可增加面板上显示的数值。减少数值按此键即可减少面板上显示的数值.功能键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（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P0

9、005 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。访问参数按此键即可访问参数。下面通过将参数P1000的第0组参数，即设置P10000=1的过程为例，介绍一下通过操作BOP面板修改一个参数的流程：注意“功能键”和“访问参数键”的使用方法。7 / 31实验1 MM440参数设置基本操作使用“BOP”改变参数和设置值，以下内容将介绍如何改变参数P1082

10、,按照同样的步骤可以利用“BOP”设置任意参数。步骤显示结果1）按下“访问参数” 2）按下“增减”直到显示P10823）按下“访问参数”显示P1082数值级 4）按下“功能”选择需要修改的数字位并按“增减”进行修改 5）按下“访问参数”存储并退出数值级6）按下“功能”返回到r0000 7）按下“访问参数”退出参数设置8 / 318）LCD 将交替显示实际频率和需要的频率设置值，此时已经存储了所需的最大频率。实验2 MM440参数复位操作参数复位，将变频器的参数恢复到出厂时的参数默认值。在变频器初次调试，或者参数设置混乱时，需要执行该操作，以便于将变频器的参数值恢复到一个确定的默认状态。1）将参

11、数“P0003”设置为1对于大多数应用对象，只要访问标准级（P0003 = 1）和扩展级（P0003=2）参数就足够了。2）将参数“P0010”设置为30本参数设定值能对于与调试相关的参数进行过滤，只筛选出那些与特定功能组有关的参数。3）将参数“P0970”设置为1本参数只有在快速调试参数P0010=1时才能改变，用于结束快速调试。将本参数设定为1，表示结束快速调试并按工厂设置使参数复位。实验3 利用操作面板上的启停按钮和增/减数值按钮控制电机的启停和转速在缺省设置时，用BOP 控制电动机的功能是被禁止的。如果要用BOP 进行控制，参数10 / 31P0700应设置为1，参数P1000 也应设

12、置为1。测试BOP是否有效，按下“RUN”按钮启动变频器，按下“增减”按钮修改运行频率。如果要停止变频器，按下“STOP”按钮。实验4 MM440快速调试快速调试指通过设置电机参数和变频器的命令源及频率给定源，从而达到简单快速运转电机的一种操作模式。操作步骤如下：10 / 3111主电路连接好并设置完MM440参数以后就可以调试运行了。三、实验报告11 / 311.MM440变频器属于什么类型的变频器？2.描述出MM440的主要性能及应用。3.画出MM440变频器主电路。4.描述出MM440变频器的常用参数，并列出表格。5.描述用BOP进行MM440变频器参数设定和操作的过程。实验二 变频器外

13、部端子控制一、实验目的1. 掌握变频器的外部端子电路设计2. 熟悉变频器的参数设置3. 掌握PLC与变频器外部端子电路设计4. 掌握PLC梯形图程序编程方法二、实验设备及仪器1. SIEMENS MM440变频器、基本操作面板（BOP）、三相异步交流电机2. 开关、电位器、导线3. S7-200 PLC三、实验内容MM440的输入输出电路图如下12 / 3113 / 31当使用端子进行调速时的缺省设置。 端子号参数的设定值缺省的操作数字量输入15P0701=1ON，正向运行数字量输入26P0702=12反向运行数字量输入37P0703=9故障确认数字量输入48P0704=15固定频率数字量输入

14、516P0705=15固定频率数字量输入617P0706=15固定频率数字量输入7经由AIN1P0707=0不激活数字量输入8经由AIN2P0708=0不激活选择命令源/P0700=2由端子排输入频率设定值/P1000=2模拟设定值斜坡上升时间/P1120=1斜坡下降时间/P1121=1MM440包含了六个数字开关量的输入端子，每个端子都有一个对应的参数用来设定该端子的功能。可以将变频器当前的状态以开关量的形式用继电器输出，方便用户通过输出继电器的状态来监控变频器的内部状态量。而且每个输出逻辑是可以进行取反操作，即通过操作P0748的每一位更改。14 / 31MM440变频器有两路模拟量输入，

15、相关参数以in000和in001区分，可以通过P0756分别设置每个通道属性，支持常见的210V和420mA这些模拟标定方式。对于电流输入，必须将相应通道的拨码开关拨至ON的位置，还要设置相关参数。MM440变频器有两路模拟量输出，相关参数以in000和in001区分，出厂值为020mA输出，可以标定为420mA输出（P07784），如果需要电压信号可以在相应端子并联一支500欧姆电阻，需要输出的物理量可以通过P0771设置。实验1 外部输入端子操作控制将参数P0701(数字输入1的功能)改为1，当开关1为On时，电动机启动；为Off时电动机停止。将参数P0702(数字输入2的功能)改为12，

16、当开关2为On时，电动机正转；为Off时电动机反转。将参数P0703(数字输入3的功能)改为9，当开关3为On时，可对变频器故障状态复位。将按钮接到8和9，将参数P0704(数字输入4的功能)改为10（正向点动），当按钮按下时，电动机实现点动。按图的端子连接模拟输入信号，通过电位器的滑动即可实现对电动机速度的控制。0-10V对应0-50Hz（默认频率上限）。需修改参数表参数功能设定值内容P0700=2命令源外部端子P0701=1数字输入1的功能正向运行/停止P0702=12数字输入2的功能反向P0703=9数字输入3的功能故障确认P0704=10数字输入4的功能正向点动P1000=2频率设定值

17、的选择外部模拟量输入设定实验2 多段速度选择变频调速在这种操作方式下，一个数字输入选择一个固定频率。如果有几个固定频率输入同时被激活，选定的频率是它们的总和。需修改参数表参数功能设定值内容P0700=2命令源外部端子P0701=16数字输入1的功能固定频率设定值（直接选择+ON命令）P0702=16数字输入2的功能固定频率设定值（直接选择+ON命令）P0703=16数字输入3的功能固定频率设定值（直接选择+ON命令）P1000=3频率设定值的选择固定频率P1001=10固定频率1固定频率1的设定值P1002=15固定频率2固定频率2的设定值P1003=25固定频率3固定频率3的设定值15 /

18、31说明：1）频率给定源P1000必须设置为 3。2）当多个选择同时激活时，选定的频率是它们的总和。实验3 PLC与变频器构成多段调速系统5Q0.06Q0.17Q0.28Q0.316Q0.491L变频器PLC1MI0.2SA3I0.0SA1I0.1SA2I0.4SA5I0.3SA4DC24V用PLC通过变频器控制电机是通过PLC的数字量输出信号作为变频器数字量输入信号，因而变频器的控制方式选为端子排控制。所需参数参数功能设定值内容P0700=2选择命令源由端子排输入P0701=1数字输入1的功能ON/OFF（接通正转 / 停车命令）P0702=12数字输入2的功能反转P0703=15数字输入3

19、的功能固定频率设定值（直接选择）P0704=15数字输入4的功能固定频率设定值（直接选择）P0705=15数字输入5的功能固定频率设定值（直接选择）P1000=3频率设定值的选择固定频率P1003=10固定频率1固定频率1的设定值P1004=15固定频率2固定频率2的设定值P1005=25固定频率3固定频率3的设定值按上图接好线后实验台上电开始实验。SA1为启/停控制开关；SA2为正/反转控制开关；SA3、4、5为频率设定开关。说明：1）开关量的输入逻辑可以通过P0725改变。2）开关量输入状态由参数r0722监控，开关闭合时相应笔划点亮。16 / 313）频率选择（SA3、4、5）必须与变频

20、器启动（SA1）配合使用。实验4 PLC与变频器构成无级调速系统1）变频器的设置用PLC通过变频器控制电机是通过PLC的输出信号作为变频器输入信号，因而变频器的控制方式选为端子排控制。所需参数端子号参数的设定值缺省的操作数字量输入15P0701=1ON，正向运行数字量输入26P0702=12反向运行数字量输入37P0703=9故障确认选择命令源/P0700=2由端子排输入频率设定值/P1000=2模拟设定值斜坡上升时间/P1120=1斜坡下降时间/P1121=12）S7-200 PLC I/O分配表符号变量地址I/O类型注释SA1I0.0数字输入SA2I0.1数字输入SA3I0.2数字输入DI

21、N1Q0.0数字输出ON，正向运行DIN2Q0.1数字输出反向运行DIN3Q0.2数字输出故障确认AIN1AQW0模拟输出频率设定值3）接线图5Q0.06Q0.17Q0.23V4M91L变频器PLC1MI0.2SA3I0.0SA1I0.1SA2DC24V4）PLC控制变频器开环调速17 / 31a）编写S7-200梯形图程序如图所示b）通过开关SA1来控制变频器的启停进行开环调速c）通过状态表监控功能修改MW0内数据值（032000范围内），如图所示。18 / 31四、实验报告1.MM440输入输出端子的作用及参数的意义。2.画出变频器输入输出端子的连接电路图。3.画出PLC与变频器连接的电路

22、图。19 / 31实验三 变频器通信实验一、实验目的1了解PC调试软件STARTER和DriveMonitor的使用方法2熟悉MM440变频器的USS通信参数设置3掌握S7-200与MM440变频器USS通信设计二、实验设备及仪器1. SIEMENS MM440变频器、基本操作面板（BOP）、三相异步交流电机2. S7-200 PLC 3. 开关、导线、通信线、RS232/RS485转接块4. 装有调试软件STARTER和DriveMonitor的PC机三、实验内容目前各个厂家的变频器都相继的开发出了支持连网的功能，比如，很多变频器都有了支持现场总线（如：DEVICENET、PROFIBUS、

23、AS_I）等的接口协议，可以很方便的与PLC进行数据通信。西门子公司MM440变频器的通讯协议采用USS通讯协议，用户可以通过S7-200或PC机和MM440变频器之间的通信，编程的工作量小，通讯网络由PLC和变频器内置的RS485通讯口和双绞线组成，一台S7-200最多可以和31台变频器进行通讯，这是一种费用低、使用方便的通讯方式。1. 调试软件介绍西门子公司部分传动设备现场调试时可以使用PC机调试软件，主要有STARTER和DriveMonitor两种。采用窗口可视化界面查看和修改传动设备内相关参数。主要操作步骤如下：1）硬件连接注意变频器通信接口物理层协议，如：RS-232、RS-485

24、、PROFIBUS、DeviceNet、AS-i等。2）通信参数设计注意变频器和PC的通信参数应设置正确，必要时进行通信测试。主要参数有：站点地址、通信速率、数据格式等。3）监控变频器参数可以在线连接变频器和PC机，查看、修改和备份变频器相关参数设定，必要时可以选择设定向导帮助完成参数设定。2. 变频器USS协议的参数设定MM 440的参数分为几个访问级别，以便于过滤不需要查看的部分。与 S7-200 连接时，需要设置的主要有21 / 31“控制源”和“设定源”两组参数。要设置此类参数，需要“专家”参数访问级别，即首先需要把 P0003 参数设置为 3。控制源参数设置控制命令控制驱动装置的启动

25、、停止、正/反转等功能。控制源参数设置决定了驱动装置从何种途径接受控制信号。控制源由参数 P0700 设置：表 1. 控制源参数 取值功能说明0工厂缺省设置1BOP（操作键盘）控制2由端子排输入控制信号4BOP Link 上的 USS 控制5COM Link （端子 USS 接口）上的 USS 控制6COM Link 上的 CB（通信接口板）控制设定源控制参数设定值控制驱动装置的转速/频率等功能。设定源参数决定了驱动装置从哪里接受设定值（即给定）。设定源由参数 P1000 设置：表 2. 设定源参数（部分）取值功能说明0无主设定1BOP 设定值2模拟量输入1设定值3固定频率4BOP Link

26、上的 USS 设定5COM Link 上的 USS 设定6COM Link 上的 CB 设定7模拟量输入 2 设定值USS 通信控制的参数设置控制源和设定源之间可以自由组合，根据工艺要求可以灵活选用。我们以控制源和设定源都来自 COM Link 上的 USS 通信为例，简介 USS 通信的参数设置。主要参数有：P0700： 设置 P07000 = 5，即控制源来自 COM Link 上的 USS 通信 P1000： 设置 P10000 = 5，即设定源来自 COM Link 上的 USS 通信 21 / 31P2009： 决定是否对 COM Link 上的 USS 通信设定值规格化，即设定值将

27、是运转频率的百分比形式，还是绝对频率值=0不规格化 USS 通信设定值，即设定为变频器中的频率设定范围的百分比形式。1对 USS 通信设定值进行规格化，即设定值为绝对的频率数值。P2010： 设置 COM Link 上的 USS 通信速率。根据 S7-200 通信口的限制，支持的通信波特率有：=42400 bit/s 54800 bit/s 69600 bit/s 719200 bit/s 838400 bit/s 957600 bit/s 12115200 bit/s P2011： 设置 P20110 = 0 至 31，即驱动装置 COM Link 上的 USS 通信口在网络上的从站地址。U

28、SS 网络上不能有任何两个从站的地址相同。P2012： 设置 P20120 = 2，即 USS PZD 区长度为 2 个字长。 P2013： 设置 P20130 = 127，即 USS PKW 区的长度可变。 P2014： 设置 P20140 = 0 至 65535，即 COM Link 上的 USS 通信控制信号中断超时时间，单位为 ms。如设置为 0，则不进行此端口上的超时检查。此通信控制信号中断，指的是接收到的对本装置有效通信报文之间的最大间隔。如果设定了超时时间，报文间隔超过此设定时间还没有接收到下一条信息，则会导致 F0072 错误，变频器将会停止运行。通信恢复后此故障才能被复位。根

29、据 USS 网络通信速率和站数的不同，此超时值会不同。如果要设定超时值，请参考相关表格，并选取一个适当的数值。 P0971： 设置 P0971 = 1，上述参数将保存入MM 440 的 EEPROM 中。3S7-200设置S7-200 CPU 上的 RS-485 通信口可以编程为工作在自由口模式下，支持 USS 通信协议。其通信口大多直接与驱动装置的 RS-485 通信接口连接。S7-200 CPU 与驱动装置进行 USS 通信时可以使用西门子提供的 USS 指令库，用户就不必自己配置复杂的 PKW/PZD 数据，或者计算校验字节。但是能通信的驱动装置有局限性。以下介绍通过西门子提供的 USS

30、 指令库与23 / 31 MM 440之间的串行通信控制。USS 通信是由 S7-200 和驱动装置配合，因此相关参数一定要配合设置。如通信速率设置不一样，当然无法通信。实验1 S7-200与MM440 USS通信1.硬件接线用通讯线连接S7-200主机的PORT0口和MM440的RS485口，分别将SA1SA5接到S7-200的I0.0I0.4上，如图所示。29PORT030变频器PLC1MI0.2SA3I0.0SA1I0.1SA2I0.4SA5I0.3SA4DC24V2.设置MM440变频器参数如下：P0003： 设置P030= 3；专家级参数设置状态P0700： 设置 P07000 =

31、5，即控制源来自 COM Link 上的 USS 通信 P1000： 设置 P10000 = 5，即设定源来自 COM Link 上的 USS 通信 P2009： 设置 P20090 = 0，即设定为变频器中的频率设定范围的百分比 P2010： 设置 P20100 = 6，即工作频率为9600 bit/sP2011： 设置 P20110 = 3，变频器作为从站地址，地址为3.P2012： 设置 P20120 = 2，即 USS PZD 区长度为 2 个字长。 P2013： 设置 P20130 = 127，即 USS PKW 区的长度可变。 P2014： 设置 P20140 = 0，不进行此端口

32、上的超时检查。如果设置后无效果，则为其他参数与设置参数有冲突，请初始化MM440变频器，然后重新设置参数，初始化方法如下：P0010： 设置 P200100 = 30，P0970： 设置 P09700 = 1，变频器BOP面板显示BUSY，等待3分钟，界面停止显示重新设置参数即可。3.PLC程序设计STEP 7-Micro/WIN指令库通过包括专门设计用于USS协议与电机驱动器通讯的预配置子程序和中断例行程序使控制MicroMaster 驱动器的作业更加简便。23 / 31设计者可以使用USS指令控制实际驱动器和读取写入驱动器参数。以在STEP 7-Micro/WIN指令树的“库”文件夹中找到

33、这些指令，当选择一条USS指令时，会自动增加一条或多个相关子程序。指令库可以在西门子官方网站（）下载。编写程序如下：下载调试：a）通过开关控制变频器启动、停止和正反转。b）通过状态表监控功能修改DV1000内数据值（0100对应变频器050Hz），如图所示。24 / 31实验2 变频器、PLC和触摸屏综合应用1硬件接线PLC和变频器通讯采用PORT0口，PLC和触摸屏通讯采用PORT1口，均采用双芯屏蔽电缆连接。2变频器设置P0003： 设置P030= 3；专家级参数设置状态P0700： 设置 P07000 = 5，即控制源来自 COM Link 上的 USS 通信 P1000： 设置 P10

34、000 = 5，即设定源来自 COM Link 上的 USS 通信 P2009： 设置 P20090 = 0，即设定为变频器中的频率设定范围的百分比 P2010： 设置 P20100 = 6，即工作频率为9600 bit/sP2011： 设置 P20110 = 3，变频器作为从站地址，地址为3.P2012： 设置 P20120 = 2，即 USS PZD 区长度为 2 个字长。 P2013： 设置 P20130 = 127，即 USS PKW 区的长度可变。 P2014： 设置 P20140 = 0，不进行此端口上的超时检查。3PLC设置程序设计25 / 314触摸屏设置1）变量连接变量名称连

35、接地址注释变量1M0.0 运行26 / 31变量2M0.1停止变量3M0.2立即停止变量4M0.3故障确认变量5M0.4反向变量6MD20频率设定百分比2）画面设计根据需要设计几个按钮控制变频器启动、停止和正反转等，添加一个I/O域实现频率值的设定，如图所示。5运行调试四、实验报告1采用通信方式控制变频器的优点有哪些？2列出MM440进行USS通信所用到的参数及参数作用。3画出变频器MM440与PLC进行USS通讯时的梯形图程序。27 / 31变频器技术实验总结实验分析与总结教师评语 注：合同范本有风险，使用需谨慎，法律是经验性极强的领域，范本无法思考和涵盖全面，最好找专业律师起草或审核后使用，谢谢您的关注！ 28 / 31