电气控制与PLC应用 第6章PLC与变频器综合应用

第第6章章 PLC与变频器综合应用与变频器综合应用6.1 高速计数与变频器多段调速控制高速计数与变频器多段调速控制 6.2 电位器、拨码开关与变频器直流制动电位器、拨码开关与变频器直流制动 6.1 高速计数与变频器多段调速控制高速计数与变频器多段调速控制 一般情况下一般情况下PLC的普通计数器只能接收频率为几十的普通计数器只能接收频率为几十Hz以下低频脉冲信以下低频脉冲信号，对于大多数控制系统来说，已能满足控制要求。只能接收低频（速）信号，对于大多数控制系统来说，已能满足控制要求。只能接收低频（速）信号的原因有两点，一是与号的原因有两点，一是与PLC输入端连接的按钮开关或继电器的簧片在接通输入端连接的按钮开关或继电器的簧片在接通或断开瞬间会产生连续脉冲的抖动信号，为了消除抖动信号的影响，或断开瞬间会产生连续脉冲的抖动信号，为了消除抖动信号的影响，PLC的的系统程序为输入端设置了系统程序为输入端设置了10ms的延迟时间；二是因为的延迟时间；二是因为PLC的周期性扫描工的周期性扫描工作方式的影响，作方式的影响，PLC只在输入采样阶段接收外部输入信号。一般只在输入采样阶段接收外部输入信号。一般PLC用户程用户程序的扫描周期在几十至数百序的扫描周期在几十至数百ms之间，小于扫描周期的信号不能有效地接收。之间，小于扫描周期的信号不能有效地接收。但有时在实际生产中，但有时在实际生产中，PLC可能要处理几可能要处理几kHz以上的高速信号。例如，以上的高速信号。例如，常见机械设备的主轴转速可高达上千常见机械设备的主轴转速可高达上千r/min，PLC对主轴转速进行测速、计对主轴转速进行测速、计数和调速控制。为此，数和调速控制。为此，FX系列系列PLC专门设置了专门设置了21个高速计数器。使用高速个高速计数器。使用高速计数器时相关输入端的延迟时间自动由计数器时相关输入端的延迟时间自动由10ms调整为调整为50s，同时为了不受，同时为了不受PLC周期性扫描工作方式的影响，高速计数程序采用中断处理方式（中断是周期性扫描工作方式的影响，高速计数程序采用中断处理方式（中断是指指PLC中止正常的程序扫描周期，优先处理高速信号）。中止正常的程序扫描周期，优先处理高速信号）。6.1.1 高速计数器高速计数器 高速计数器的地址编号为C235C255，都是32位断电保持型双向计数器，计数范围为2 147 483 6482 147 483 647。高速计数器分为单相单计数输入、单相双计数输入和双相双计数输入三类。1单相单计数输入的高速计数器（见表6.1）表6.1单相单计数输入的高速计数器注：U增计数 D减计数 R复位输入 S开始计数输入。高速计数器C235C255的说明：（1）高速计数器使用X0X7，但只有X0X5能用于计数脉冲输入端，并且不能重复地在高速计数器C235C255之间使用，因此，高速计数器最多只能使用6个。（2）使用某个高速计数器后，相应的输入端自动被占用。例如，使用C235后，X0被占用；使用C245后，X2、X3、X7被占用。（3）高速计数器在程序中必须先定义后使用，即高速计数器的线圈保持ON状态。高速计数器C235C245的说明。高速计数器C235C245的功能是增计数还是减计数由特殊辅助继电器M8235M8245的状态决定，M8235M8245状态ON是减计数，状态OFF或者程序中不出现M8235M8245是增计数。【例题6.1】接线图如图6.1（a）所示，分析图6.1（b）所示的程序。【解】在图6.1（b）所示的PLC程序中，M8000接通是定义使用高速计数器C235，达到设定值K100时，C235动作，输出Y0状态ON。系统自动分配X0为C235的计数信号输入端。X1断开是增计数，接通是减计数。X2接通C235复位。图6.1 使用高速计数器C235 【例题6.2】接线图如图6.2（a）所示，分析图6.2（b）所示的程序。【解】在图6.2（b）所示的PLC程序中，M8000接通是定义使用高速计数器C245，达到设定值K100时，C245动作，输出Y0状态ON。系统自动分配X2为C245的计数信号输入端，X3为C245复位端，X7为C245开始计数控制端。X1断开是增计数，接通是减计数。图6.2 使用高速计数器C245 2单相双计数输入的高速计数器 表6.2单相双计数输入的高速计数器计 数 输 入C246C247C248C249C250X0UUUX1DDDX2RRX3UUX4DDX5RRX6SX7S 高速计数器C246C250的说明。特殊辅助继电器M8246M8250的状态只表明其相应计数器是增计数状态或减计数状态，M8246M8250状态ON表明是减计数状态，状态OFF是增计数状态。【例题6.3】接线图如图6.3（a）所示，分析图6.3（b）所示的程序。【解】在图6.3（b）所示的PLC程序中，M8000接通是定义使用高速计数器C247，达到设定值K100时，C247动作，输出Y0状态ON。系统自动分配X0、X1为C247的增、减计数信号输入端，X2为C247的复位端。用M8247的状态表示增、减状态，当C247为增计数时，M8247不动作，其常闭接点闭合，Y1状态ON；当C247为减计数时，M8247动作，其常开接点闭合，Y2状态ON。图6.3 使用高速计数器C2473双相双计数输入的高速计数器 表6.3双相双计数输入的高速计数器计 数 输 入C251C252C253C254C255X0AAAX1BBBX2RRX3AAX4BBX5RRX6SX7S注：AA相输入 BB相输入 R复位输入 S开始计数输入。高速计数器C251C255的说明：（1）特殊辅助继电器M8251M8255的状态只表明其相应计数器是增计数状态或减计数状态。M8251M8255状态ON表明是减计数状态，状态OFF是增计数状态。（2）双相计数器的两个脉冲端子是同时工作的，增、减计数方式由两相脉冲间的相位所决定。如图6.4所示。在A相导通期间，B相从0变成1（即上升沿），此时高速计数器的功能是增计数；在A相导通期间，B相从1变成0（即下降沿），此时高速计数器的功能是减计数。图6.4 双相计数波形图 【例题6.4】接线图如图6.5（a）所示，分析图6.5（b）所示的程序。【解】在图6.5（b）所示的PLC程序中，M8000接通时，定义使用高速计数器C252，达到设定值K100时，C252动作，输出Y0状态ON。系统自动分配X0、X1为C252的A相、B相信号输入端，X2为C252的复位端。用M8252的状态指示增、减状态，当C252为增计数时，Y1状态ON；当C252为减计数时，Y2状态ON。图6.5 使用高速计数器C252 4高速计数器的响应频率 使用单个高速计数器的响应频率为：C235，C236，C246（单相）：最高60kHz；C251，（双相）：最高30kHz；C237C245，C247C250（单相）：最高10kHz；C252C255（双相）：最高5kHz。使用多个高速计数器时，综合频率不要超过60kHz；程序中使用高速指令FNC53、FNC54时，综合频率不要超过30kHz。双相信号的频率应乘以2。【例题6.5】在不使用高速指令FNC5355时，求使用C235输入30kHz，C237输入10kHz，C253输入5kHz时的综合频率。【解】综合频率为30+10+25=50kHz，小于60kHz，满足系统要求。6.1.2 高速计数与变频器多段调速程序的应用实例高速计数与变频器多段调速程序的应用实例1控制要求 某纺纱设备电气控制系统使用PLC和变频器，控制要求如下：（1）为了防止启动时断纱，要求启动过程平稳。（2）纱线到预定长度时停车。使用霍尔传感器将输出纱线机轴的旋转圈数转换成高速脉冲信号，送入PLC进行计数，达到定长值（16 000转）后自动停车。（3）在纺纱过程中，随着纱线在纱管上的卷绕，纱管直径逐步增粗。为了保证纱线张力均匀，卷绕电动机将逐步降速。（4）中途停车后再次开车，应保持停车前的速度状态。图6.6 霍尔传感器与输出纱线机轴的安装示意图2霍尔传感器与输出纱线机轴的安装示意图 霍尔传感器有三个端子，分别是正极（接PLC的24V+）、负极（接PLC的输入公共端COM）和信号端（接PLC的输入端X0）。当机轴旋转时，磁钢经过霍尔传感器时，产生脉冲信号送入X0，由于机轴转速高达上千r/min，所以使用高速计数器C235对X0的脉冲信号计数。3控制线路 图6.7 高速计数与变频调速控制线路表6.4 PLC输入/输出端口分配和控制变频器端子输 入输出控制变频器输入继电器输 入 元 件作 用输出继电器变 频 器X0BO输入传感器信号Y0RH、调速控制1X1SB1启动按钮Y1RM、调速控制2X2SB2停止按钮Y2RL、调速控制3Y4STF、正转控制表6.5变频器多段速的PLC控制工艺多段速1234567变频器设置的多段速1263547RL-Y20001111RM-Y10110011RH-Y01010101变频器输出频率Hz50494847464544注：表中“0”表示断开，“1”表示接通。变频器多段速运行曲线如图6.8所示 图6.8 变频器多段速运行曲线 4变频器的参数调节（1）恢复出厂设定值，有关出厂设定值如下：参数【1=120】，上限频率为120Hz；参数【2=0】，下限频率为0Hz；参数【3=50】，基准频率为50Hz；参数【4=50】，高速频率为50Hz；参数【5=30】，中速频率为30Hz；参数【6=10】，低速频率为10Hz；参数【7=10】，启动加速时间为10s（型号5.5K为10s）；参数【8=10】，停机减速时间为10s（型号5.5K为10s）；参数【78=0】，电动机可以正反转；参数【79=0】，外部操作模式，【EXT】显示点亮；参数【251=1】，输出欠相保护功能有效。（2）修改参数【79=1】，选择面板操作模式，【PU】灯点亮。（3）修改不符合控制要求的出厂设定值。参数【1=50】，上限频率改为50Hz，防止误操作后频率超过50Hz；参数【7=20】，启动加速时间改为20s，满足启动过程平稳要求；参数【9=10】，电子过电流保护10A，等于电动机额定电流；参数【4=50】，不修改，工艺1段频率为50Hz；参数【5=49】，工艺2段频率改为49Hz；参数【26=48】，工艺3段频率改为48Hz；参数【6=47】，工艺4段频率改为47Hz；参数【25=46】，工艺5段频率改为46Hz；参数【24=45】，工艺6段频率改为45Hz；参数【27=44】，工艺7段频率改为44Hz；参数【78=1】，电动机不可以反转。（4）修改参数【79=0】，外部操作模式，【EXT】显示点亮。5PLC控制程序梯形图 图6.9 高速计数、多段速运行的PLC控制程序工作原理如下：中途停车后，再次开车时为了保持停车前的速度状态，使用数据寄存器D0保存中途停车时的状态数据，并用D0控制输出位组件K1Y0。（1）步0步5程序，为D0设初值K1，即开机时Y0状态ON，变频器输出50Hz。（2）步6步11程序，定义使用高速计数器C235。程序运行时特殊辅助继电器M8000接点始终闭合，程序自动占用X0为增计数信号输入端，纱线机轴每旋转一圈，输入到X0一个脉冲信号，C235对高速脉冲信号计数。（3）步12步15程序，典型的自锁控制程序。X1接启动按钮，X2接停机按钮，Y4接变频器正转控制端STF。按下启动按钮时，STF接通，变频器按加速时间（20s）启动至50Hz的运转频率。（4）步16步29程序，计数控制程序。C235从0计数到设定值（2000）时，C235接点闭合，D0做加1运算，（D0）传送到K1Y0，使Y2、Y1、Y0分别控制变频器多段速控制端RL、RM、RH接通或断开，变频器按设定的多段输出频率控制电动机逐步降速运行。同时C235自复位，重新从0开始计数。（5）步30步46程序，满定长停机控制程序。当（D0）=8（总旋转圈数为2 0008=16 000转），Y4Y0复位断开，变频器（电动机）按减速时间（10s）停机，C235复位，D0设初值K1，为下次开机做好准备。6.1.3 实习操作：计数与变频多段调速控制程序实习操作：计数与变频多段调速控制程序图6.10 计数与多段速运行的PLC控制程序6.2 电位器、拨码开关与变频器直流制动电位器、拨码开关与变频器直流制动6.2.1 内置电位器内置电位器图6.11 使用模拟电位器定时 在PLC面板上，有两个模拟电位器VR1、VR2，两个电位器的模拟电压值变成数字信号分别存储于特殊数据寄存器D8030和D8031中，数值范围为0255。【例题6.6】设X0接通025s内Y0状态ON，延时时间用电位器VR1进行调节，编写相应的PLC程序。【解】PLC程序如图6.11所示，用数据寄存器D8030的值作为定时器T0的设定值。调节电位器VR1时，设定值变化范围为0255。所以T0的延时时间为025.5s。【例题6.7】要求X0接通120150s内Y0状态ON，延时时间用电位器VR1进行调节，编写相应的PLC程序。【解】定时时间为120150s，T0定时器的设定值应为12001500，计算公式为1200+（D8030）12/10 计算结果存储在D2中，作为T0的设定值。电位器逆时针旋转到底时，（D8030）=0，设定值为1200，定时时间为120s，监控程序如图6.12（a）所示。电位器顺时针旋转到底时，（D8030）=255，设定值为1506，定时时间为150.6s，监控程序如图6.12（b）所示。图6.12 扩大电位器调节范围6.2.2 模拟电位器板和电位器读取指令模拟电位器板和电位器读取指令VRRD、VRSC表6.6VRRD、VRSC指令电位器读取指令操 作 数数 值 范 围PFNC85 VRRD源操作数 S：K、H（07）目标操作数D：KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z0255PFNC86 VRSC010VRRD、VRSC指令的说明：（1）S为源操作数，07对应VR0VR7，D为存放二进制数据的目标数。（2）VRRD 指令读取数据的范围是0255。（3）VRSC 指令读取数据的范围是010。（4）VRRD、VRSC指令可以脉冲执行。图6.13 8个模拟电位器的功能扩展板 图6.14 VRRD、VRSC指令应用 在图6.14所示程序中，当X0接通时，第0个电位器的当前数值存储到D0中；当X1接通时，第1个电位器的当前刻度值存储到D10中。6.2.3 拨码开关与拨码开关与BIN指令指令 拨码开关的外形与接线如图6.15所示，图中两位拨码开关显示十进制数据53。按动拨码开关的按键可以向PLC输入十进制数码（09）。图6.15 两位拨码开关的接线图拨码开关产生的是BCD码，而在PLC程序中数据的存储和操作都是二进制形式。因此，在输入拨码开关产生的BCD码时要先使用BIN指令变换为二进制形式。表6.7 BIN指令BIN变换指令操 作 数DFNC19BINSKnX、KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、ZPD KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、ZBIN变换指令的说明：（1）S为要变换的源操作数，D为存放二进制数据的目标操作数。（2）BIN指令是将源操作数中的BCD码变换成二进制数据，存储在目标操作数中。（3）如果被转换的不是BCD码就会出错。图6.16 拨码开关的数据变换【例题6.8】（1）将图6.15所示的拨码开关数据经BIN变换后存储到数据寄存器D0中。（2）将图6.15所示的拨码开关数据不经BIN变换直接存储到数据寄存器D10中。【解】在图6.16所示的程序监控中可以看出，经BIN变换后数据寄存器D0中的数据“53”是正确的。而不经BIN变换，直接传送到数据寄存器D10中的数据“83”则是错误的。6.2.4 变频器直流制动与定位停车变频器直流制动与定位停车1控制要求 某纺纱设备电气控制系统使用PLC和变频器，生产工艺要求主轴能准确定位停车（停止在一定的角度）。定位信号由霍尔传感器检测，霍尔传感器与主轴的安装示意如图6.17所示，主轴每旋转一圈，霍尔传感器发出一个脉冲信号。图6.17 霍尔传感器与主轴的安装示意在PLC程序控制下，变频器的输出频率曲线如图6.18所示。图6.18 变频器的输出频率曲线 生产工艺要求T0定时时间在1015s之间，本例中使用内置模拟电位器VR1的数值作为T0的设定基础值，T0定时器的设定值应为100150，计算公式为100+（D8030）2/102控制线路控制线路 图6.19 变频器直流制动与定位停车控制线路3变频器的参数调节（1）恢复出厂设定值，有关出厂设定值如下：参数【1=120】，上限频率为120Hz；参数【3=50】，基准频率为50Hz；参数【4=50】，高速频率为50Hz；参数【6=10】，低速频率为10Hz；参数【7=10】，启动加速时间为10s；参数【8=10】，停机减速时间为10s；参数【10=3】，直流制动动作频率3Hz；参数【11=0.5】，直流制动动作时间为0.5s；参数【12=6%】，直流制动电压6%；参数【79=0】，外部操作模式，【EXT】显示点亮。（2）修改参数【79=1】，选择面板操作模式，【PU】灯点亮。（3）修改不符合控制要求的出厂设定值。参数【1=50】，上限频率改为50Hz，防止误操作后频率超过50Hz；参数【9=10】，电子过电流保护10A，等于电动机额定电流；参数【4=50】，不修改，高速频率为50Hz；参数【6=4】，低速频率改为4Hz。（4）修改参数【79=0】，外部操作模式，【EXT】显示点亮。4监控状态下的监控状态下的PLC控制程序梯形图控制程序梯形图 图6.20 直流制动与定位停车的PLC控制程序THE END