交流電機的運動控制 第4章 智能運動控制基礎(chǔ)課件

運動控制技術(shù)概述PLC運動控制器PLC的運動控制交流電機運動控制步進運動控制伺服運動控制目錄Contents運動控制技術(shù)概述PLC運動控制器PLC的運動控制交流電機運動控制步進運動控制伺服運動控制目錄Contents4.1交流電機的電氣控制第4章交流電機的運動控制本節(jié)教學(xué)目標1.了解三相異步交流電機的電氣連接方式。2.掌握三相異步交流電機的繼電器控制電氣回路。3.掌握三相異步交流電機的PLC控制的設(shè)計方法。三相交流異步電機交流電機是利用定子和轉(zhuǎn)子之間的電磁相互作用，將輸入的交流電能轉(zhuǎn)換成機械能輸出的電動機。異步電動機分為分單相交流電動機4.1.1三相交流異步電機繞組連接方式第4章交流電機的運動控制定子繞組1.電機內(nèi)部有三組繞組，六個接線端。2.定子繞組的連接方式：星型連接方式、三角形連接方式。3.工作電壓在380V以上常用三角形接法，工作電壓380V下的常用Y型運行。4.避免電機啟動瞬間的大電流，采用“星-三角”啟動方式，即電機先以Y型接法啟動，經(jīng)一定時間再轉(zhuǎn)換為三角形接法正常運行，目的就是減小啟動電流。4.1.2三相交流異步電機的接觸器控制第4章交流電機的運動控制點動控制自鎖控制電氣元件符號名稱作用U、V、W三相電源為系統(tǒng)供電三相220VFU1-FU2-FU3熔斷器主回路短路保護KM1接觸器閉合、斷開主回路SB1-SB2按鈕啟動/停止電動機FR1熱繼電器過載保護M三相異步電機帶動外部負載電氣元件4.1.2三相交流異步電機的接觸器控制第4章交流電機的運動控制點動+自鎖控制Y-Δ降壓起動控制4.1.2三相交流異步電機的接觸器控制第4章交流電機的運動控制正反轉(zhuǎn)互鎖控制電氣回路及功能分析4.1.3三相交流異步電機的PLC控制第4章交流電機的運動控制功能要求設(shè)計PLC的I/O配置表I/O點電氣元件符號電氣元件名稱功能作用初始狀態(tài)I0.0SB6按鈕手動程序-正轉(zhuǎn)/自動程序-系統(tǒng)啟動斷開I0.1SB7按鈕手動程序-反轉(zhuǎn)/自動程序-無斷開I0.2SB8按鈕手動程序-停止/自動程序-系統(tǒng)停止斷開I0.3FR1熱繼電器的常閉觸點電動機主回路過載保護閉合I0.4SA4-1多位開關(guān)的1位選擇手動子程序斷開I0.5SA4-2多位開關(guān)的2位選擇自動子程序斷開Q0.0KM11中間繼電器的KM11線圈控制主接觸器KM1接通或斷開不得電Q0.1KM21中間繼電器的KM21線圈控制主接觸器KM2接通或斷開不得電4.1.3三相交流異步電機的PLC控制第4章交流電機的運動控制電氣控制回路設(shè)計PLC的電氣連接設(shè)計4.1.3三相交流異步電機的PLC控制第4章交流電機的運動控制主程序-在線監(jiān)控手動控制子程序-在線監(jiān)控4.1.3三相交流異步電機的PLC控制第4章交流電機的運動控制自動控制子程序4.2變頻器的運動控制第4章交流電機的運動控制本節(jié)教學(xué)目標1.了解變頻器的基本原理與電氣連接方式。2.了解變頻器的控制方式及設(shè)置方法。變頻器1.變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。2.變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT（場效應(yīng)晶體管）的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的。3.變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。分為分4.2.1變頻器的電氣連接第4章交流電機的運動控制操作面板BOP變頻器的操作面板和蓋板一般都能簡易地拆裝。功率接線端子三相交流電源接入變頻器的L1、L2、L3端子；變頻器的U、V、W端子連接到電機的U、V、W，并連接好地線PE。4.2.1變頻器的電氣連接第4章交流電機的運動控制控制端子控制端子連接變頻器與PLC的輸入輸出端。數(shù)字輸入和模擬輸入默認設(shè)置MM420輸入端默認設(shè)置。4.2.2變頻器的控制方式第4章交流電機的運動控制設(shè)置變頻器參數(shù)的方法利用快速調(diào)試方式設(shè)置變頻器的參數(shù)，紅色框選定的參數(shù)即為本節(jié)案例所用設(shè)備的實際設(shè)置參數(shù)。4.2.2變頻器的控制方式第4章交流電機的運動控制控制方式1：通過BOP控制三相異步交流電機1.采用該控制方式時，變頻器設(shè)置參數(shù)P1000=1，由操作面板BOP控制變頻器，實現(xiàn)電機啟停、換向、調(diào)速等功能，其余參數(shù)根據(jù)電機的銘牌參數(shù)參照“快速調(diào)試方式“進行設(shè)置。2.通過BOP控制電機的運行，具體方法如下：a、按下綠色啟動按鈕，電機起動并保持停止?fàn)顟B(tài)。b、按下“數(shù)值增加”按鈕提高頻率，電機轉(zhuǎn)動，其速度逐漸增加到50Hz。c、當(dāng)變頻器的輸出頻率達到50Hz時，按下“數(shù)值減小”按鈕，電機的速度及其顯示值逐漸下降，直至降低到0Hz。d、按下“方向”按鈕，可以改變電機的轉(zhuǎn)動方向。e、按下紅色停止按鈕，電機停車。4.2.2變頻器的控制方式第4章交流電機的運動控制控制方式2：通過外部開關(guān)和電位器手動控制三相異步交流電機1.采用該控制方式的變頻器參數(shù)設(shè)置見右表，其中參數(shù)P1000=2，即輸出頻率由端子3、4之間輸入的模擬電壓（0-10V）設(shè)定。2.通過外部電位器（可調(diào)電阻）連接變頻器的模擬輸入端子AIN+、AIN-，輸入頻率設(shè)定值。3.通過外部的開關(guān)連接變頻器的數(shù)字輸入端子DIN1、DIN2，輸入控制命令。設(shè)置順序參數(shù)代號設(shè)置值說明1P001030調(diào)出出廠設(shè)置參數(shù)2P09701恢復(fù)出廠值3P00101快速調(diào)試4P01000選擇Kw單位，工頻50Hz5P0304380電機的額定電壓V6P03050.13電機的額定電流A7P03070.01電機的額定功率Kw8P031050電機的額定頻率Hz9P03111250電機的額定速度RPM10P07002選擇命令源（外部端子控制）11P10002選擇頻率設(shè)定值（模擬量）12P10800電機最小頻率Hz13P108250電機最大頻率Hz14P11202斜坡上升時間s15P11212斜坡下降時間s16P39001結(jié)束快速調(diào)試4.2.2變頻器的控制方式第4章交流電機的運動控制控制方式2：通過外部開關(guān)和電位器手動控制三相異步交流電機2.通過外部電位器（可調(diào)電阻）連接變頻器的模擬輸入端子AIN+、AIN-，輸入頻率設(shè)定值。3.通過外部的開關(guān)連接變頻器的數(shù)字輸入端子DIN1、DIN2，輸入控制命令。4.完成變頻器參數(shù)設(shè)置并連接好外部開關(guān)及電位器之后，閉合/斷開開關(guān)1啟動/停止變頻器；閉合/斷開開關(guān)2使電機換向運行；調(diào)節(jié)電位器旋鈕改變變頻器的頻率和電機的轉(zhuǎn)速。4.2.2變頻器的控制方式第4章交流電機的運動控制控制方式3：通過外部開關(guān)實現(xiàn)多段速控制三相異步交流電機1.設(shè)置變頻器的參數(shù)P1000=3，即輸出頻率由固定頻率設(shè)定。2.由P0701、P0702、P0703三個參數(shù)來設(shè)置數(shù)字輸入端子1、2、3的功能。數(shù)字輸入端子可以采用的設(shè)置值默認設(shè)置4.2.2變頻器的控制方式第4章交流電機的運動控制控制方式3：通過外部開關(guān)實現(xiàn)多段速控制三相異步交流電機固定頻率參數(shù)輸入端子組合方式頻率參數(shù)工作方式DIN1DIN2DIN3

OFF000P1001方式1001P1002方式2010P1003方式3011P1004方式4100P1005方式5101P1006方式6110P1007方式71113.采用該控制方式時，參數(shù)P0701、P0702、P0703的設(shè)定值應(yīng)設(shè)置為15/16/17，變頻器將以固定頻率的方式輸出頻率。4.3交流電機運動控制案例第4章交流電機的運動控制本節(jié)教學(xué)目標1.掌握變頻器的控制方式及設(shè)置方法。2.熟悉PLC-變頻器-交流電機控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計與程序設(shè)計。分為分4.3.1案例1：變頻器以開關(guān)直接選擇方式控制交流電機功能要求功能要求：利用3個開關(guān)和變頻器組成電氣控制系統(tǒng)，來控制一臺三相異步交流電機以35Hz頻率運行，同時具有啟停、反向功能。4.3.1案例1：變頻器以開關(guān)直接選擇方式控制交流電機第4章交流電機的運動控制項目設(shè)計參數(shù)設(shè)置如下表，變頻器的DIN1連接電機正轉(zhuǎn)開關(guān)，DIN2連接方向開關(guān)，DIN3連接頻率開關(guān)。當(dāng)DIN1和DIN3的開關(guān)接通時，電機以35Hz頻率轉(zhuǎn)動。設(shè)置順序參數(shù)代號設(shè)置值說明1P001030調(diào)出出廠設(shè)置參數(shù)2P09701恢復(fù)出廠值3P00032參數(shù)訪問級4P00101快速調(diào)試5P01000選擇Kw單位，工頻50Hz6P0304380電機的額定電壓V7P03050.13電機的額定電流A8P03070.01電機的額定功率Kw9P031050電機的額定頻率Hz10P03111250電機的額定速度RPM11P07002選擇命令源（外部端子控制）設(shè)置順序參數(shù)代號設(shè)置值說明12P07011數(shù)字端子1的功能（正向開關(guān)）13P070212數(shù)字端子2的功能（反向）14P070315數(shù)字端子3的功能（直接選擇）15P10003選擇頻率設(shè)定值（固定頻率）16P100335設(shè)定固定頻率3的數(shù)值（35Hz）17P10800電機最小頻率Hz18P108250電機最大頻率Hz19P11202斜坡上升時間s20P11212斜坡下降時間s21P39001結(jié)束快速調(diào)試4.3.2案例2：變頻器以開關(guān)直接選擇+ON方式控制交流電機第4章交流電機的運動控制項目設(shè)計1.功能要求：利用3個開關(guān)控制一臺三相異步交流電機分3段速運行，同時要求具有反向功能。2.項目設(shè)計：參數(shù)設(shè)置如下表，DIN1=1時電機以10Hz正轉(zhuǎn)，DIN3=1時電機以30Hz正轉(zhuǎn)，當(dāng)DIN1和DIN3都接通時，電機以40Hz正轉(zhuǎn)；DIN2接通時換向。設(shè)置順序參數(shù)代號設(shè)置值說明1P001030調(diào)出出廠設(shè)置參數(shù)2P09701恢復(fù)出廠值3P00032參數(shù)訪問級4P00101快速調(diào)試5P01000選擇Kw單位，工頻50Hz6P0304380電機的額定電壓V7P03050.13電機的額定電流A8P03070.01電機的額定功率Kw9P031050電機的額定頻率Hz10P03111250電機的額定速度RPM11P07002選擇命令源（外部端子控制）設(shè)置順序參數(shù)代號設(shè)置值說明12P070116數(shù)字端子1的功能（直接選擇+ON）13P070212數(shù)字端子2的功能（反向）14P070316數(shù)字端子3的功能（直接選擇+ON）15P10003選擇頻率設(shè)定值（固定頻率）16P100110設(shè)定固定頻率1的數(shù)值（10Hz）17P100330設(shè)定固定頻率3的數(shù)值（30Hz）18P10800電機最小頻率Hz19P108250電機最大頻率Hz20P11202斜坡上升時間s21P11212斜坡下降時間s22P39001結(jié)束快速調(diào)試4.3.3案例3：變頻器以BCD碼選擇+ON方式控制交流電機第4章交流電機的運動控制項目設(shè)計1.功能要求：利用3個開關(guān)控制一臺三相異步交流電機分7段速運行，同時要求具有反向功能。2.項目設(shè)計：參數(shù)設(shè)置如下表，電機按照數(shù)字輸入端子的組合方式以不同的固定頻率運行，當(dāng)模擬量輸入端子AIN+接通高電平時換向。設(shè)置順序參數(shù)代號設(shè)置值說明1P001030調(diào)出出廠設(shè)置參數(shù)2P09701恢復(fù)出廠值3P00032參數(shù)訪問級4P00101快速調(diào)試5P01000選擇Kw單位，工頻50Hz6P0304380電機的額定電壓V7P03050.13電機的額定電流A8P03070.01電機的額定功率Kw9P031050電機的額定頻率Hz10P03111250電機的額定速度RPM11P07002選擇命令源（外部端子控制）設(shè)置順序參數(shù)代號設(shè)置值說明12P070117數(shù)字端子1的功能（BCD選擇+ON）13P070217數(shù)字端子2的功能（BCD選擇+ON）14P070317數(shù)字端子3的功能（BCD選擇+ON）15P070412AIN+端子的功能（反轉(zhuǎn)）16P10003選擇頻率設(shè)定值（固定頻率）17P100110設(shè)定固定頻率1的數(shù)值（10Hz）18P100215設(shè)定固定頻率2的數(shù)值（15Hz）19P100320設(shè)定固定頻率3的數(shù)值（20Hz）20P100425設(shè)定固定頻率4的數(shù)值（25Hz）21P100530設(shè)定固定頻率5的數(shù)值（30Hz）22P100635設(shè)定固定頻率6的數(shù)值（35Hz）23P100740設(shè)定固定頻率7的數(shù)值（40Hz）24P10800電機最小頻率Hz25P108250電機最大頻率Hz26P11202斜坡上升時間s27P11212斜坡下降時間s28P39001結(jié)束快速調(diào)試4.3.4案例4：材料自動分揀裝置第4章交流電機的運動控制案例知識點1.變頻器、交流電機等設(shè)備的型號。2.光電、電感、電容式傳感器。3.變頻器與PLC的電氣連接。4.過程控制程序設(shè)計方法。案例用到的傳感器分為分4.3.4案例4：材料自動分揀裝置第4章交流電機的運動控制任務(wù)要求設(shè)計一條自動分揀裝置，用來區(qū)分材料類型不同的工件。功能要求：按下啟動按鈕后，當(dāng)傳感器檢測到工件時，啟動傳送帶，經(jīng)過傳感器判別工件的材料類型，并自動將兩種工件分揀到不同的物料存儲區(qū)域。技術(shù)要求（1）工件材質(zhì)：鋁、橡膠；（2）工件尺寸：圓柱體，直徑300mm，高200mm；（3）上料方式：手動上料，無需設(shè)計；（4）傳送方式：上料后自動開始高速傳送，在工件到達分揀工位之前自動轉(zhuǎn)為低速傳送，分揀完成后自動停止；（5）分揀方式：鋁質(zhì)工件存放至系統(tǒng)前置料倉A，橡膠工件存放至系統(tǒng)后置料倉B；（6）控制系統(tǒng)：采用PLC作為下位機，安裝組態(tài)軟件的工控機作為上位機；（7）控制模式：全自動啟?？刂疲蛏衔粰C遠程控制；4.3.4案例4：材料自動分揀裝置第4章交流電機的運動控制整體方案設(shè)計按照要求，本案例應(yīng)具有輸送帶啟停、調(diào)速控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)自動分揀橡膠工件/鋁工件的目的，因此選擇PLC、變頻器、交流減速電機和傳感器的控制系統(tǒng)組成，選擇皮帶線作為物料的輸送帶。系統(tǒng)方案組成如圖所示。4.3.4案例4：材料自動分揀裝置第4章交流電機的運動控制構(gòu)建組成部件及選型構(gòu)建系統(tǒng)各組成部分的功能并完成選型。序號設(shè)備名稱功能說明1交流減速電機用于驅(qū)動皮帶輸送單元2旋轉(zhuǎn)編碼器用于檢測皮帶的移動距離、電機轉(zhuǎn)速等3皮帶輸送機構(gòu)用于工件的輸送，同時完成工件的檢測分類4光電傳感器用于檢測工件有無。當(dāng)有工件時給PLC提供輸入信號。工件的檢測距離可由光電傳感器頭的旋鈕調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)檢測范圍1～30cm5電感傳感器用于檢測金屬工件，當(dāng)工件庫與物料臺上有物料時給PLC提供輸入信號。對非金屬物料的檢測距離為4mm6電容傳感器用于檢測非金屬工件，當(dāng)工件庫與物料臺上有物料時給PLC提供輸入信號。工件的檢測距離可由電容傳感器頭的旋鈕調(diào)節(jié)7旋轉(zhuǎn)電磁鐵用于完成工件的分類，將工件導(dǎo)入料倉A序號設(shè)備名稱設(shè)備型號及技術(shù)指標1控制電源直流24V/2A開關(guān)電源2PLC主機CPU224XPDC/DC/DC3變頻器西門子MM420,三相輸入，功率：0.75kW4交流減速電機21K10GN-S35旋轉(zhuǎn)編碼器ZSP3004-0001E-200B-5-24C6光電傳感器SB03-1K7電感傳感器LE4-1K8電容傳感器CLG5-1K9旋轉(zhuǎn)電磁鐵RSX50L65-24V/26Ω4.3.4案例4：材料自動分揀裝置第4章交流電機的運動控制設(shè)計PLC電氣控制電路-配置I/O序號I/O地址I/O類型說明1I0.0DI光電傳感器輸入信號2I0.1DI電容傳感器輸入信號3I0.2DI電感傳感器輸入信號4I0.3DI啟動按鈕5I0.4DI停止按鈕6Q0.0DO變頻器DIN1端子7Q0.1DO變頻器DIN2端子8Q0.2DO旋轉(zhuǎn)電磁鐵線圈4.3.4案例4：材料自動分揀裝置第4章交流電機的運動控制定義PLC程序變量及其符號4.3.4案例4：材料自