如何快速学会用PLC控制变频器？经典案例安排上了

PLC与变频器一般有三种连接方法 >>

01

利用PLC的模拟量输出模块控制变频器PLC的模拟量输出模块输出0～5V电压信号或4～20mA电流信号，作为变频器的模拟量输入信号，控制变频器的输出频率。这种控制方式接线简单，但需要选择与变频器输入阻抗匹配的PLC输出模块，且PLC的模拟量输出模块价格较为昂贵，此外还需采取分压措施使变频器适应PLC的电压信号范围，在连接时注意将布线分开，保证主电路一侧的噪声不传至控制电路。

02

利用PLC的开关量输出控制变频器。PLC的开关输出量一般可以与变频器的开关量输入端直接相连。这种控制方式的接线简单，抗干扰能力强。利用PLC的开关量输出可以控制变频器的启动／停止、正／反转、点动、转速和加减时间等，能实现较为复杂的控制要求，但只能有级调速。使用继电器触点进行连接时，有时存在因接触不良而误操作现象。使用晶体管进行连接时，则需要考虑晶体管自身的电压、电流容量等因素，保证系统的可靠性。另外，在设计变频器的输入信号电路时，还应该注意到输入信号电路连接不当，有时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载，继电器开闭时，产生的浪涌电流带来的噪声有可能引起变频器的误动作，应尽量避免。

03

PLC与RS-485通信接口的连接。所有的标准西门子变频器都有一个RS-485串行接口（有的也提供RS-232接口），采用双线连接，其设计标准适用于工业环境的应用对象。单一的RS-485链路最多可以连接30台变频器，而且根据各变频器的地址或采用广播信息，都可以找到需要通信的变频器。链路中需要有一个主控制器（主站），而各个变频器则是从属地控制对象（从站）。

PLC与变频器通讯方式 >>

01

PLC的开关量信号控制变频器PLC（MR型或MT型）的输出点、COM点直接与变频器的STF（正转启动）、RH（高速）、RM（中速）、RL（低速）、输入端SG等端口分别相连。PLC可以通过程序控制变频器的启动、停止、复位；也可以控制变频器高速、中速、低速端子的不同组合实现多段速度运行。但是，因为它是采用开关量来实施控制的，其调速曲线不是一条连续平滑的曲线，也无法实现精细的速度调节。

02

PLC的模拟量信号控制变频器硬件：FX1N型、FX2N型PLC主机，配置1路简易型的FX1N-1DA-BD扩展模拟量输出板；或模拟量输入输出混合模块FX0N-3A；或两路输出的FX2N-2DA；或四路输出的FX2N-4DA模块等。

优点： PLC程序编制简单方便，调速曲线平滑连续、工作稳定。

缺点： 在大规模生产线中，控制电缆较长，尤其是DA模块采用电压信号输出时，线路有较大的电压降，影响了系统的稳定性和可靠性。

03

PLC采用RS-485通讯方法控制变频器这是使用得最为普遍的一种方法，PLC采用RS串行通讯指令编程。

优点： 硬件简单、造价最低，可控制32台变频器。

缺点： 编程工作量较大。

04

PLC采用RS-485的Modbus-RTU通讯方法控制变频器三菱新型F700系列变频器使用RS-485端子利用Modbus-RTU协议与PLC进行通讯。

优点： Modbus通讯方式的PLC编程比RS-485无协议方式要简单便捷。

缺点： PLC编程工作量仍然较大。

05

PLC采用现场总线方式控制变频器三菱变频器可内置各种类型的通讯选件，如用于CC-Link现场总线的FR-A5NC选件；用于Profibus DP现场总线的FR-A5AP（A）选件；用于DeviceNet现场总线的FR-A5ND选件等等。三菱FX系列PLC有对应的通讯接口模块与之对接。

优点： 速度快、距离远、效率高、工作稳定、编程简单、可连接变频器数量多。

缺点： 造价较高。

06

采用扩展存储器

优点： 造价低廉、易学易用、性能可靠

缺点： 只能用于不多于8台变频器的系统。

PLC和变频器通讯接线图 >>

看完上面的全部内容，大家明白PLC和变频器是如何进行通讯吗？

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操作指引如下！

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一、系统配线及控制原理：

彩钢瓦是一种建筑材料，出厂成型料长度是固定的（如15米），有些需要的却是长度不一的材料，如用人工裁切，每根长度都需测量，费时费力。用PLC、文本屏、变频器控制实施自动裁切，操作工只要将此三种裁切长度值和裁切数量值从文本屏画面输入，设备就会自动切出这三种长度规格的彩钢瓦来。

原设备是采用西门子变频器和触摸屏进行控制的，但因PLC和触摸屏严重损坏，不宜修复。应用户要求，现在用LS型PLC和YD20型文本屏，对其进行改造式修复。

原设备的控制线路的主电路，见图5-45彩钢瓦自动裁切设备主电路，可分为三部分：

油泵控制线路，为常规启、停电路，不受PLC控制，上班后由操作人员进行启/停控制，为气压阀提供压力源；

变频器控制线路，具有手动进、退和自动中的两段速运行控制，由手动和PLC自动控制，完成对彩钢瓦材料的输送；

刀具上行、下行的气压阀控制线路，对彩钢瓦进行裁切和控制刀具复位，由PLC自动控制。PLC的控制过程：裁切长度和数量由文本屏输入到PLC的程序中。由旋转编码器采集彩钢瓦的长度信号，经程序计算，控制变频器的启、停和气压阀的裁切动作。

彩钢瓦自动裁切设备主电路

整机控制电源由空气断路器QF1控制，再由380V/220V隔离变压器供给控制电路，以提高抗干扰性能和操作安全性，也避免了采用火、零二线220V供电时，零线接触不良时的供电不稳。设置SA0急停开关，在系统运行异常时，可快速停掉控制电源，无论手动或自动运行都被中止。

油泵的运行提供裁切刀具的工作压力，油泵的起/停由SB1、SB2按钮手动控制；刀具的上行（抬起归位）、下行（裁切）由PLC的输出接点驱动KA1、KA2两只继电器，再由继电器驱动KP1、KP2两只压力电磁阀；变频器的起/停、运转方向、运行速度均可以有手动/自动两种工作方式。手动裁切时用SB3、SB4按钮实现反转和运行控制，用SB5按钮控制手动下刀裁切。自动裁切时按设置好的两段速——高速和低速进行彩钢瓦输送、裁切前低速运行的控制，用继电器KA1、KA2控制刀具的下切和返回。

对变频器的参数设置。将P2端子设置为A段速运行控制端子，其运行频率为7Hz；将P3端子设置为B段速运行端子，将运行频率设置为35Hz；停车方式：自由停车；加、减速时间的设置，据现场运行要求设定。

彩钢瓦自动裁切设备PLC控制接线图

PLC控制接线图，因原机型为西门子型PLC，输出端子在上部，输入端子在下部，为对应原线路配置和操作工人读图习惯，也将PLC输出端子线路画于上部，将输入端子画于下部了，读图时需予注意。

图中SA1为手动自/动运行方式选择开关，闭合时为自动运行方式，SB4为自动运行暂停开关；P06、P07端子输入刀具下、下限位信号；P0、P1输入高速计数脉冲信号。YD20文本屏的工作电源，取自PLC的24V、24G电源供给端子。

与可调定长裁切装置不同，程序电路的重点，是对多种剪切数量和多种前剪切长度进行处理，按设置要求完成对设置根数和长度的裁切任务。本装置最多能完成8组长度和根数各不相同的裁切任务。当然，如果需要，可完成更多组数的裁切设置。

控制系统的裁切动作，是按屏面设置数据来进行的，因而制作文开屏画面，就成为编写程序的一个重要内容，而且程序电路要与画面内容有机地结合在一起。还是按照先编写程序电路，再依据程序电路的元件地址制作文本屏画面的步骤来进行。

二、PLC程序程序电路与对应画面：

以程序电路左侧的步号为序进行程序电路的讲解。0-9步电路，为一个计数电路、计数清零控制电路。C0为剪切张数计数器，输入信号为剪切动作信号，下刀剪切一次，即输入一次计数信号，计数设定值是来自寄存器D3530（屏）内的剪切张数设定值，此值由第二段程序电路所传送，可为1至8组设定值中的任意一组剪切张数设定值。

彩钢瓦自动裁切设备PLC程序电路第一段

C0当前计数值的清零：1）当计数值等于当前设定值时，对应位元件C0常开触点闭合，计数器复位电路接通，将当前计数值自行清零；2）当自动运行信号接通，M50产生一个扫描周期内的接通信号，“D M50”指令的作用，是将输入信号转变为（上升沿）脉冲输出，将C1计数器内的当前值清零。

在此段电路中，可看出脉冲信号的作用：当手动/自动开关打到自动位置时，P3触点处于常态的接通状态中，若直接用P3触点为C1复位，则因其在常态接通状态——C1复位电路一直在强制复位状态——下，会导致C1不能完成正常计数任务。在这里自动起动后的清零动作，只能是一个瞬态的脉冲信号！将常态信号转化为脉冲信号，大多是为了适应电路对瞬态信号需求的，并非要对其作无谓的转换。

9-15步电路。是完成组计数的功能，当各组的剪切任务都完成后，计数器C1的常闭触点开断，使自动运行停止，C1起到了自动停止的控制作用，见28-32步电路。

15-28步电路。为当前组数监控数据处理电路，将组计数C1中的数据传送至D3592。因监控显示为1-8，最低显示数为1，显示“0组”毫无意义。故采用ADD加法指令，将D3592（监控画面寄存器）之中数值预先加1，使之从数字1开始，显示1-8组数。

下图5-48，34-154步，是传送指令和条件比较指令的应用。对应长度数据为32位数据，传送指令为DMOV，在画面设置中，长度设定值采用的寄存器被定义为32位数据寄存器，以便与高速脉冲计数形成的32位数据相统一，而剪切数量则采用MOV，16位数据传送指令。在对传送指令应用时，要注意其数据形式。

彩钢瓦自动裁切设备PLC程序电路第二段

实际工作中，每一组的长度值和剪切数量（根数）都不一样，在进行长度值和剪切数量的设置时，是以组序为区别，进行设置的，每一组都有两个量需要处理：1）该组剪切数量（根数）；2）该组剪切长度。如第一组要求将彩钢瓦剪切长度为5米，剪切数量8根。第二组……。第三组……。那么程序电路是如何进行区别，按设置要求进行自动裁切的呢？

对每组剪切长度和剪切数量的区别，是通过条件比较指令来进行的。第一段程序电路中，剪切组计数器C1的计数输入信号，为剪切张数计数器C0的触点动作信号。当剪切张数与设定值相等时——某一组张数剪切完毕后，C0触点动作，向C1输入一个计数信号。利用计数器C1的当前数值和给定数字值比较，对现在剪切组别进行逻辑判断。

并将设置好的剪切数量传送至计数器C0中，做为其计数设定值；同时也将该组设定值传送到D3510，经第四段程序电路的算术处理，做为对应剪切长度的总脉冲数，与旋转编码器输入脉冲数进行比较，二者相等时，下刀剪切。

34-49步电路，为第一组的组别判断和第一组剪切长度传送电路、第一组剪切张数传送电路。其工作过程是这样的：系统启动时，计数器C1中计数值为0，34-49步数据传送电路的输入回路接通（以下传送电路均无输入回路接通条件而不工作），数据传送电路将第一组剪切长度数据D3560（来自屏设定画面）传送至D3510寄存器。

此时第四段程序电路中的170-220步电路，所计算得出的总脉冲数（对应剪切长度）即为34-49电路所传送的第一组剪切长度值；同时，34-49电路也将剪切数量的数据传送到D3530中，作为第一段程序电路中剪切数量计数器C0的设定值；当实际下刀次数（剪切数量）与第一组设定数量相等时，C0自清零，同时向C1（组计数）输入一个计数信号，使C1的当前计数值为1。

C1的当前计数值为1，从而使49-64步电路被激活，第二组剪切长度与剪切张数传送电路的输入回路接通，将第二组剪切长度数据传送至总脉冲数计算电路，同时也将第二组剪切张数的数据传送至C0，作为CO的计数设定值。也可以认为，D3510、D3530的内部数据同时被刷新为第二组的设定数据。以下各组剪切数据的工作传送方式依此类推，直至剪切完毕，系统自动停机。

每组剪切长度及剪切张数的设置画面如下：

采用文本屏型号为TD20，LS型PLC与电脑的通讯电缆和与文本屏的通讯电缆相同，不必另行更换电缆。第一步，是选择PLC类型，其通讯协议可以用默认配置，不须另设。然后进入画面编辑。按主画面、其它画面的次序逐一进行编辑，定义元件（寄存器），设置画面转换功能键等。其画面编辑方法同上述的YD204VL4文本屏，不予赘述了。

TD20文本屏剪切长度、数量设置画面一

第一组剪切长度：32位数据寄存器D3560，剪切张数：16位数据寄存器D3562；

第二组剪切长度：32位数据寄存器D3564，剪切张数：16位数据寄存器D3566；

第三组剪切长度：32位数据寄存器D3568，剪切张数：16位数据寄存器D3570；

第四组剪切长度：32位数据寄存器D3572，剪切张数：16位数据寄存器D3574。

注意：当指定D3560为32位寄存器时，D3561同时被占用（D3560储存低16位数据，D3561储存高16位数据），D3564（D3565）等数据寄存器，也都被指定为32位数据寄存器。

将SEC定义为隐形键，实现向画面1的转换；将下行箭头键定义为画面跳转功能键，按此键时转换到设置2画面。 因为一个画面只能处理和显示四行文字，须用两个画面才能完成对八组剪切数据的设置。

TD20文本屏剪切长度、数量设置画面二

第五组剪切长度：32位数据寄存器D3576，剪切张数：16位数据寄存器D3578；

第六组剪切长度：32位数据寄存器D3580，剪切张数：16位数据寄存器D3582；

第七组剪切长度：32位数据寄存器D3584，剪切张数：16位数据寄存器D3586；

第八组剪切长度：32位数据寄存器D3588，剪切张数：16位数据寄存器D3590。

将SEC定义为隐形键，实现向画面1的转换；将下行箭头键定义为画面跳转功能键，按此键时，转换到设置1画面。

彩钢瓦自动裁切设备PLC程序电路第三段

彩钢瓦自动裁切设备PLC程序电路第四段

170-220步（见图5-52），为长度脉冲数、减速距离脉冲数及长度监控值（将脉冲数转换为毫米值显示）的算术电路，与本章第三节的可调定长裁切装置的算术电路相同，请读者自行分析电路原理。另外，系统的起动/停止，和变频器高、低速的控制，及与控制相关的逻辑判断电路，也编写在该段程序中。

220-243步程序电路（见图5-53），为高速计数和计数清零电路。247-263步电路，为变频器低速和下刀信号处理电路，与第一节程序电路内容相近，不予赘述。247-277步程序电路，为自动/手动下刀裁切控制电路，下刀信号与上/下限位信号相配合，对下刀电磁阀进行控制。

此处，用SET置位指令“强制”了M10的接通（RST M10指令并没有成对出现），这是因为下刀裁切，只是一个瞬时过程，而抬起刀具，则为一个常态保持动作。在不明了实际的动作要求时，遇到这种不够规则的指令应用现象，就会感到不解。现场调试和程序修改，有点“头疼医头脚疼医脚”的意思，某种情势下，往往不是出于全面的周密的逻辑思考，而是考虑到先把问题解决了再说，因而某些指令用法的不规则和程序电路中偶尔出现的“凌乱”现象，就是在所难免的了。这是我们“读程序”时应该注意的方面了。同时在编程工作中，也要尽量养成一个“按规则编写程序电路”的好习惯。

文本屏的设置画面如下：

TD20文本屏的“机械设定”画面

该画面描述：机械设定画面，用于（主轴）轮周长、编码脉冲、减速长度三个量的设置。

轮周长设置：16位数据寄存器D3512；编码脉冲数/周设置：16位数据寄存器D3514；减速长度设置：16位数据寄存器D3500。

关于此次的PLC与文本屏、编码器、变频器程序案例就分享到这啦！

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