運動控制技術概述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教學目標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控制的設計方法。三相交流異步電機交流電機是利用定子和轉子之間的電磁相互作用，將輸入的交流電能轉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，經一定時間再轉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I0.0SB6按鈕手動程序-正轉/自動程序-系統啟動斷開I0.1SB7按鈕手動程序-反轉/自動程序-無斷開I0.2SB8按鈕手動程序-停止/自動程序-系統停止斷開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多位開關的1位選擇手動子程序斷開I0.5SA4-2多位開關的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計PLC的電氣連接設計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-在線監控手動控制子程序-在線監控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教學目標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置方法。變頻器1.變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，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、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT（場效應晶體管）的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的。3.變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。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。數字輸入和模擬輸入默認設置MM420輸入端默認設置。4.2.2變頻器的控制方式第4章交流電機的運動控制設置變頻器參數的方法利用快速調試方式設置變頻器的參數，紅色框選定的參數即為本節案例所用設備的實際設置參數。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，變頻器設置參數P1000=1，由操作面板BOP控制變頻器，實現電機啟停、換向、調速等功能，其余參數根據電機的銘牌參數參照“快速調試方式“進行設置。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狀態。b、按下“數值增加”按鈕提高頻率，電機轉動，其速度逐漸增加到50Hz。c、當變頻器的輸出頻率達到50Hz時，按下“數值減小”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設置見右表，其中參數P1000=2，即輸出頻率由端子3、4之間輸入的模擬電壓（0-10V）設定。2.通過外部電位器（可調電阻）連接變頻器的模擬輸入端子AIN+、AIN-，輸入頻率設定值。3.通過外部的開關連接變頻器的數字輸入端子DIN1、DIN2，輸入控制命令。設置順序參數代號設置值說明1P001030調出出廠設置參數2P09701恢復出廠值3P00101快速調試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結束快速調試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（可調電阻）連接變頻器的模擬輸入端子AIN+、AIN-，輸入頻率設定值。3.通過外部的開關連接變頻器的數字輸入端子DIN1、DIN2，輸入控制命令。4.完成變頻器參數設置并連接好外部開關及電位器之后，閉合/斷開開關1啟動/停止變頻器；閉合/斷開開關2使電機換向運行；調節電位器旋鈕改變變頻器的頻率和電機的轉速。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：通過外部開關實現多段速控制三相異步交流電機1.設置變頻器的參數P1000=3，即輸出頻率由固定頻率設定。2.由P0701、P0702、P0703三個參數來設置數字輸入端子1、2、3的功能。數字輸入端子可以采用的設置值默認設置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：通過外部開關實現多段速控制三相異步交流電機固定頻率參數輸入端子組合方式頻率參數工作方式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P0701、P0702、P0703的設定值應設置為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教學目標1.掌握變頻器的控制方式及設置方法。2.熟悉PLC-變頻器-交流電機控制系統的電氣設計與程序設計。分為分4.3.1案例1：變頻器以開關直接選擇方式控制交流電機功能要求功能要求：利用3個開關和變頻器組成電氣控制系統，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計參數設置如下表，變頻器的DIN1連接電機正轉開關，DIN2連接方向開關，DIN3連接頻率開關。當DIN1和DIN3的開關接通時，電機以35Hz頻率轉動。設置順序參數代號設置值說明1P001030調出出廠設置參數2P09701恢復出廠值3P00032參數訪問級4P00101快速調試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）設置順序參數代號設置值說明12P07011數字端子1的功能（正向開關）13P070212數字端子2的功能（反向）14P070315數字端子3的功能（直接選擇）15P10003選擇頻率設定值（固定頻率）16P100335設定固定頻率3的數值（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結束快速調試4.3.2案例2：變頻器以開關直接選擇+ON方式控制交流電機第4章交流電機的運動控制項目設計1.功能要求：利用3個開關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.項目設計：參數設置如下表，DIN1=1時電機以10Hz正轉，DIN3=1時電機以30Hz正轉，當DIN1和DIN3都接通時，電機以40Hz正轉；DIN2接通時換向。設置順序參數代號設置值說明1P001030調出出廠設置參數2P09701恢復出廠值3P00032參數訪問級4P00101快速調試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）設置順序參數代號設置值說明12P070116數字端子1的功能（直接選擇+ON）13P070212數字端子2的功能（反向）14P070316數字端子3的功能（直接選擇+ON）15P10003選擇頻率設定值（固定頻率）16P100110設定固定頻率1的數值（10Hz）17P100330設定固定頻率3的數值（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結束快速調試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計1.功能要求：利用3個開關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.項目設計：參數設置如下表，電機按照數字輸入端子的組合方式以不同的固定頻率運行，當模擬量輸入端子AIN+接通高電平時換向。設置順序參數代號設置值說明1P001030調出出廠設置參數2P09701恢復出廠值3P00032參數訪問級4P00101快速調試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）設置順序參數代號設置值說明12P070117數字端子1的功能（BCD選擇+ON）13P070217數字端子2的功能（BCD選擇+ON）14P070317數字端子3的功能（BCD選擇+ON）15P070412AIN+端子的功能（反轉）16P10003選擇頻率設定值（固定頻率）17P100110設定固定頻率1的數值（10Hz）18P100215設定固定頻率2的數值（15Hz）19P100320設定固定頻率3的數值（20Hz）20P100425設定固定頻率4的數值（25Hz）21P100530設定固定頻率5的數值（30Hz）22P100635設定固定頻率6的數值（35Hz）23P100740設定固定頻率7的數值（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結束快速調試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要求設計一條自動分揀裝置，用來區分材料類型不同的工件。功能要求：按下啟動按鈕后，當傳感器檢測到工件時，啟動傳送帶，經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域。技術要求（1）工件材質：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為低速傳送，分揀完成后自動停止；（5）分揀方式：鋁質工件存放至系統前置料倉A，橡膠工件存放至系統后置料倉B；（6）控制系統：采用PLC作為下位機，安裝組態軟件的工控機作為上位機；（7）控制模式：全自動啟停控制，或上位機遠程控制；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計按照要求，本案例應具有輸送帶啟停、調速控制功能，能夠實現自動分揀橡膠工件/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組成，選擇皮帶線作為物料的輸送帶。系統方案組成如圖所示。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建組成部件及選型構建系統各組成部分的功能并完成選型。序號設備名稱功能說明1交流減速電機用于驅動皮帶輸送單元2旋轉編碼器用于檢測皮帶的移動距離、電機轉速等3皮帶輸送機構用于工件的輸送，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節，調節檢測范圍1～30cm5電感傳感器用于檢測金屬工件，當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節7旋轉電磁鐵用于完成工件的分類，將工件導入料倉A序號設備名稱設備型號及技術指標1控制電源直流24V/2A開關電源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