维修电工技师论文PLC、变频器在工业中的应用


    维修电工技师文











    题 目 PLC变频器工业中应

    单 位

    专 业 维修电工技师

    姓 名




    二零五年X月


    PLC变频器工业中应
    前言
    着现代化工业加速进行适应更加精密动化控制流程 PLC三相异步电动机控制中应传统继电器控制相具控制速度快性高灵活性强功完善等优点种样动化控制设备提供非常控制应适合前工业企业动化控制需求
    文采PLC编程梯形图语言梯形图语言编程控制器中应广语言灵活指令逻辑关系清晰直观编程更容易适合绝数设备操作者编程惯思路实现功超传统继电器控制电路编程控制器种数字运算操作电子系统专恶劣工作环境动化控制应设计采编程序存储器部存储执行逻辑运算序控制定时计数算术等操作指令采数字式模拟式输入输出控制种机械生产程
    PLC种固态电子装置利已存入程序控制机器运行工艺工序PLC通输入输出(IO)装置发出控制信号接受输入信号PLC综合计算机动化技术容易完成逻辑序定时计数数字运算数处理等功通输入输出接口建立类生产机械数字量模拟量联系实现生产程动控制
    变频器作种源转换节设备电力电子器件关断化模块化交流电路开关模式高频化控制手段全数字化等促进变频装置型化功化灵活性适应性断增强应领域断扩

    关键词:PLC控制变频器节


    目录
    第章PLC工业生产中应
    PLC编程控制器简介
    1 PLC定义
    2 PLC工作原理
    3 PLC应分类
    二 PLC现代工业领域应
    1 PLC控制三相异步电动机减压起动
    2PLC控制三相异步电动机正反转
    3PLC控制三相异步电动机反接制动
    第二章变频器工业生产中应
    变频器简介
    1 变频调速基控制方式
    2变频器基构成
    3工作原理
    4变频调速优点
    二变频器应
    1变频器泵类负载中应
    2变频器风机应
    3变频器节
    第三章PLC变频器风机节控制系统中应
    1整改方案
    2方案实施
    3整改节效果分析

    参考文献

    第章PLC工业生产中应
    PLC编程控制器简介
    1 PLC定义
    PLC编程逻辑控制器种数字运算操作电子系统专工业环境应设计采类编程存储器部存储程序执行逻辑运算序控制定时计数较算术操作等面户指令通数字模拟式输入输出控制种类型机械生产程
    2 PLC工作原理
    PLC投入运行工作程般分三阶段输入采样户程序执行输出刷新三阶段完成述三阶段称作扫描周期整运行期间PLCCPU定扫描速度重复执行述三阶段
    ()输入采样阶段:输入采样阶段PLC扫描方式次读入输入状态数存入IO映象区中相应单元输入采样结束转入户程序执行输出刷新阶段两阶段中输入状态数发生变化IO映象区中相应单元状态数会改变果输入脉信号该脉信号宽度必须扫描周期保证情况该输入均读入
    (二) 户程序执行阶段:户程序执行阶段PLC总序次扫描户程序(梯形图)扫描条梯形图时总先扫描梯形图左边触点构成控制线路先左右先序触点构成控制线路进行逻辑运算然根逻辑运算结果刷新该逻辑线圈系统RAM存储区中应位状态者刷新该输出线圈IO映象区中应位状态者确定否执行该梯形图规定特殊功指令 户程序执行程中输入点IO映象区状态数会发生变化输出点软设备IO映象区系统RAM存储区状态数发生变化排面梯形图程序执行结果会排面线圈数梯形图起作相反排面梯形图刷新逻辑线圈状态数扫描周期排面程序起作程序执行程中果立IO指令直接存取IO点IO指令话输入程影寄存器值会更新程序直接IO模块取值输出程影寄存器会立更新立输入区
    (三)输出刷新阶段:扫描户程序结束PLC进入输出刷新阶段期间CPUIO映象区应状态数刷新输出锁存电路输出电路驱动相应外设时PLC真正输出
    3PLC应分类
    目前PLC国外已广泛应钢铁石油化工电力建材机械制造汽车轻纺交通运输环保文化娱乐等行业情况致纳类
    ()开关量逻辑控制:PLC基广泛应领域取代传统继电器电路实现逻辑控制序控制单台设备控制机群控动化流水线注塑机印刷机订书机械组合机床磨床包装生产线电镀流水线等
    (二)模拟量控制:工业生产程中许连续变化量温度压力流量液位速度等模拟量编程控制器处理模拟量必须实现模拟量(Analog)数字量(Digital)间AD转换DA转换PLC厂家生产配套ADDA转换模块编程控制器模拟量控制  
    (三)运动控制:PLC圆周运动直线运动控制控制机构配置说早期直接开关量IO模块连接位置传感器执行机构现般专运动控制模块驱动步进电机伺服电机单轴轴位置控制模块世界PLC厂家产品运动控制功广泛种机械机床机器电梯等场合  
    (四)程控制:程控制指温度压力流量等模拟量闭环控制作工业控制计算机PLC编制种样控制算法程序完成闭环控制PID调节般闭环控制系统中较调节方法中型PLCPID模块目前许型PLC具功模块PID处理般运行专PID子程序程控制冶金化工热处理锅炉控制等场合非常广泛应  
    (五)数处理:现代PLC具数学运算(含矩阵运算函数运算逻辑运算)数传送数转换排序查表位操作等功完成数采集分析处理数存储存储器中参考值较完成定控制操作利通信功传送智装置印制表数处理般型控制系统控制柔性制造系统程控制系统造纸冶金食品工业中型控制系统  
    (六)通信联网:PLC通信含PLC间通信PLC智设备间通信着计算机控制发展工厂动化网络发展快PLC厂商十分重视PLC通信功纷纷推出网络系统新生产PLC具通信接口通信非常方便
    二 PLC工业生产领域应
    1PLC控制三相异步电动机减压起动
    星形三角形减压起动定子绕组正常运行时接三角形电动机电动机起动时定子绕组接成星形实现减压起动正常运转时换接成三角形接法电工基础知识知星形连接时起动电流仅三角形连接时1√3相应起动转矩三角形连接时13
    星三角降压启动IO分配表
    输入
    输出
    备注
    SB1X0
    KM1Y0

    SB2X1
    KM2Y1

    FRX2
    KM3Y2



    根系统IO分配表画出该降压启动IO接线图图示:

    图11 三相异步电动机减压起动IO接线图
    完成前面工序需进行系统PLC进行程序编写该程序梯形图






    图12减压起动梯形图
    应指令表:
    表11 三相异步电动机ㄚ△减压起动指令语句表
    步序
    指令 数
    步序
    指令 数
    步序
    指令 数
    步序
    指令 数
    步序
    指令 数
    0
    LD X001
    4
    OUT Y000
    8
    ANI T0
    12
    LD T0
    16
    ANI X002
    1
    OR Y000
    5
    LD Y000
    9
    OUT Y002
    13
    OR Y001
    17
    OUT Y001
    2
    ANI X000
    6
    ANI Y001
    10
    MPP
    14
    ANI Y000
    18
    END
    3
    ANI X002
    7
    MPS
    11
    OUT T0 K50
    15
    ANI Y002


    编程方法种样里逐列举
    2PLC控制三相异步电动机正反转
    三相异步电动机转动方旋转磁场方决定旋转磁场转取决定子绕组中通入三相电流相序改变三相异步电动机转动方非常容易电动机三相供电电源中意两相调时接电动机定子绕组电流相序改变旋转磁场方改变电动机实现反转
    输入 输出
    SB1:X1 KM1:Y0
    SB2:X2 KM2:Y1
    SB3:X0
    FR:X3
    SB1正 SB2反
    KM1正转接触线圈
    KM2反转接触线圈


    图21 输入输出接线图


    图22梯形图
    PLC连编程器接通电源PLC电源指示灯亮编程器开关PROGRAM位置时PLC处编程状态编程器显示PASSWORD时次Cltr键Montr键直屏幕显示址号0000时输入程序
    输入程序前需清存储器中容控制梯形图程序指令控制程序写入PLC程序输入PLC指令表
    应指令表:
    表21 三相异步电动机正反转指令语句表
    步 序
    指 令 数
    步 序
    指 令 数
    0
    LD X001
    7
    OR Y002
    1
    OR Y001
    8
    ANI X000
    2
    ANI X000
    9
    ANI X003
    3
    ANI X003
    10
    ANI Y001
    4
    ANI Y002
    11
    OUT Y002
    5
    OUT Y001
    12
    END
    6
    LD X002


    3PLC控制三相异步电动机制动
    生产程中设备电动机断电惯性作停机时间拖长导致生产率降低会造成停机位置准确工作安全缩短辅助工作时间提高生产率获准确停机位置必须电动机采取效制动措施
    输入 输出
    SB1X0 KM1Y1
    SB2X1 KM2Y2
    FRX2
    KSX3

    图31输入输出接线图


    图32反接制动梯形图
    应指令表:
    表41 三相异步电动机反接制动指令语句表
    步 序
    指令 数
    步 序
    指令 数
    0
    LDI X000
    7
    LD X000
    1
    LD X001
    8
    OR Y002
    2
    OR Y001
    9
    ANI Y001
    3
    ANB
    10
    AND X003
    4
    ANI Y002
    11
    ANI X002
    5
    ANI X002
    12
    OUT Y002
    6
    OUT Y001
    13



    第二章 变频器工业生产中应
    变频器简介
    1变频调速基控制方式
    异步电动机步转速旋转磁场转速公式:
    n60f/P
    n——步转速r/min
    f——供电电源频率Hz
    p——电机磁极数
    公式知改变异步电动机供电频率改变步转速改变异步电动机轴转速实现调速运行
    2变频器基构成
    变频器分交交交直交两种方式工业中常通变频器交直交形式称间接式变频器先工频交流电通整流器变成直流电然直流电变换成频率控制交流电驱动电动机基构成图21示

    图21变频器基构成
    变频器电路(包括整流器中间直接环节逆变器)控制电路组成整流器三相交流电整流成直流电逆变器利半导体开关器件组成三相桥式逆变电路通规律控制逆变器中开关器件通断意频率三相交流电输出中间直流环节作储环节实现感性负载异步电动机交换功功率缓功量控制电路运算电路检测电路控制信号驱动电路构成实现逆变器开关控制项保护功
    3变频器工作原理
    控制系统变频器电路外部二次控制电路组成见变频器工作电路图31变频器接触器串接电源控三相异步电动机间变频器部整流器(整流模块)滤波器(滤波电容)逆变器(功率晶体模块)三部件单片机核心控制系统构成回路先工频交流电通整流器变成直流电滤波逆变器通定输入控制量直流电变成控频率电压交流电供三相交流异步电动机实现电动机调速运行

    图31变频器工作电路图
    4变频调速优点
    变频调速调速性具发展前途调速技术变频调速产品工业发达国家中三相异步电动机调速产品占90%左右优点:节效果高达55%调速范围宽调速达20:1启动制动性实现软启动动滑加减速快速制动保护功完善实现压欠压载流瞬间停电短路失速等种保护方式实现障判断显示易电子计算机系统中实现远距离控制
    二变频器应
    1变频器泵类负载中应
    变频调速技术通改变电动机定子电源频率改变电动机转速相应改变机泵转速工况流量扬程适应网介质流量变化某工厂装置负载波动调节阀节流严重机泵安装65台变频器总容量3600 kW中部分闭环控制系统现场次表变送器信号通屏蔽电缆送PID调节器调节通屏蔽电缆4mA~20mA直流信号送变频器盼设定口控制变频器输出余部分开环控制系统根控制目标通电位器定控制变频器输出电动机工作符合工艺求转速完全变频器输出控制电动机转速控制流量机泵出口阀达全开状态扬程网阻力特性曲线相吻合泵出口扬程幅度降电动机输出功功率明显降低获佳节效果变频器节电率达50%~70%提高工艺求实现生产程动化延长设备寿命提升产品质量时减轻工劳动强度提高生产效率取较济效益社会效益
    2变频器锅炉风机应
    通常工业生产产品加工制造业中风机设备锅炉燃烧系统烘干系统冷系统通风系统等场合根生产需炉膛压力风速风量温度等指标进行控制调节适应工艺求运行工况变频器出现解决根工况直接控制风量满足工况求变频器级调速变频器改造风机特点:1启动停止衡级调速调速范围2工作长期稳定运行3操作简便维护量4输出特性满足风机性求5节效果显著
    根离心泵特性风机流量变化转速成正压力变化转速成正功率变化转速变化立方成正风机转速降低时风量减少电机功率成立方降提高电动机工作效率节约电风机电动机安装调速装置安装调速装置风机电动机图21示

    图21安装调速装置风机电动机
    根工作情况调节调速器装置满足工作状况求外变频器风机进行改造必原始系统进行改动变频器改造工作时电动机高速运行已达求工作时电动机低速运转节约电控制系统总体构成图22示

    传感变动仪器
    显示器






    控制器
    工控机

    印机
    变频调速器


    图22控制系统总体构成
    75KW例改造前实测数:
    U380VI120Acos∮0887
    P1732UI cos∮1732*380*120*088770KW
    改造前年耗电量(年330天计算):70KW*24*330554400度
    改造实测数:
    U380VI120Acos∮1
    P1732*380*75*149KW
    改造年耗电量(年330天计算):49kw*24*330388080度
    年节省电量:554400388080166329度节电率:166320÷55440030年节约电费(06元度计):166320*0699792元
    3变频器节
    变频器初途速度控制目前国应较节国耗国源利率低源储备足统计国电网总负载中动力类占59%中90%异步电动机电动机耗电占整工业电60%~70%分析国带变动负载具节潜力电机少1.8亿kW国家力提倡节着重推荐变频调速技术应变频调速提高电机转速控制精度电机节转速运行风机水泵例根流体力学原理轴功率转速3次方成正需风量减少风机转速降低时功率转速3次方降果水泵效率定求调节流量降时转速成例降时轴输出功率成立方关系降水泵电机耗电功率转速似成立方关系
    例:台水泵电机功率55 kW转速降原转速4/5时耗电量28.16 kW省电48.8%转速降原转速1/2时耗电量6.875 kW省电87.5%采变频器精确调速调节流量风量节电效果非常观节电率20%~50%类似许变动负载电机般需求生产电动机容量设计容量偏实际运行中轻载运行时间占例非常高存马拉车现象效率低造成电量浪费采变频调速提高轻载运行时工作效率变动负载节潜力巨
    第三章PLC变频器风机节控制系统中应
    设计改造PLC变频器风机节系统PLC变频器工业动化控制中应进步说明板材切割车间5台切割设备台11KW风机进行吸尘作业造成源巨浪费 现场察利现资源该车间风机进行节改造
    1改造方案
    PLC接收投入工作设备台数进行判断根判断相应输出点动作控制变频器段速调速端子实现段速控制该车间五台切割设备采五段调速控制
    投入运行设备台数
    变频器输出频率
    备注
    1
    25
    频率根车间情况更改设定
    2
    33
    3
    40
    4
    45
    5
    50
    2 方案实施
    利切割设备接触器辅助常开触点控制中间继电器中间继电器组常开触点接入PLC输入点PLC提供设备投入信号常开触点控制电磁阀启动关闭设备风口阀门样完成PLC投入设备数量接收设备风口开闭
    接需变频器进行参数设置接线分配该车间台三菱FR540日产变频器根段速控制需风机运行特点设定参数表:
    参数号
    参数名称
    设定值
    PR4
    第段速
    25
    PR5
    第二段速
    33
    PR6
    第三段速
    40
    PR24
    第四段速
    45
    PR25
    第五段速
    50
    PR79
    操作模式
    2
    该变频器通段速端子RLRMRH三端子组合实现7段速调速控制里实现5段速调速控制面端子组合调速控制表
    速度段
    1速
    2速
    3速
    4速
    5速
    控制端子
    RL
    RM
    RH
    RLRM
    RLRMRH
    接绘制PLC输出端子变频器控制端子接线图
    图21 PLC变频器控制风机IO接线图
    接线图说明:1KM1—KM55台设备交流接触器辅助触点2SB1启动钮3SB2停止钮4X0—X6PLC输入点5Y0—Y3PLC输出端子6STF变频器正转控制端子7RLRMRH段速控制端子
    根改造设备输入输出点数需求选FX2N16MRPLC该PLC总20点输入12点输出8点进行程序编写前需制定PLC IO分配变PLCIO分配表
    输入
    输出
    X0设备输入信号
    X1设备二输入信号
    X2设备三输入信号
    X3设备四输入信号
    X4设备五输入信号
    Y0变频器正转信号
    Y1变频器RH端子信号
    Y2变频器RM端子信号
    Y3变频器RL端子信号
    X5启动钮信号

    X6停止钮信号

    COMCOM1 SD 公端子

    完成PLCIO分配接PLC程序编写程序里会指令系统通程序编写设计理念变成现实控制程编写程序:
    基PLC变频器吸尘风机节控制程序
    1启动停止程序

    2设备升信号检测程序

    3设备降信号检测程序

    4较程序

    5较结果输出程序


    该控制系统梯形图程序编写完成需程序进行调试三菱编程软件利带模拟仿真功电脑进行仿真调试程序调试完成载设备PLC进行现场运行调试程序现场调试该厂车间吸尘风机节实现动化尘起良作
    3整改节效果分析
    1实测耗
    变频器50Hz40Hz运行时变频器输出侧实测数:40Hz时电流122A电压250V50Hz时电流158A电压370V
    • P1=1732*250*122528kw
    • P21732*370*158A1013kw
    • 注:改造时耗节约485千瓦
    2节效果计算
    • 改造前年消耗电(天工作22时年工作250天计)
    • W11013*22*25055715Kwh
    • 改造年消耗电:
    • W2528*22*250Kwh29040Kwh
    • 年节约电WW1-W226675Kwh
    • 果度电05元计年节约电费133375元见节效果济效益相观

    文通PLC变频器功工业生产中典型应说明PLC变频器工业动化控制领域发挥着巨导作着PLC现代网络设备断联系应未工业动化控制领域必获更广阔发展空间现代化工业生产动化节控制提供强力技术支持
    参考文献
    [1] 电气控制编程序控制器 北京:机械工业出版社
    [2] 变频器调试控制原理应 机械工业出版社
    [3] 电工基础 北京:中国农业出版社
    [4] PLC原理应 清华学出版社
    [5] 变频调速应百例.北京:科学技术出版社

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    贡献于2023-10-10

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