机床电气控制技术.

图7—7特殊功能模块的编号
FX2N-4AD使用+5VDC电源(内部电源)30mA电 流，+24VDC电源(外部电源)55mA电流。通常转换速 度为15ms／通道，高速转换速度为6ms／通道。 2、FX2N-4AD4模拟量输入模块缓冲存储器 (BFM)的分配,FX2N-4AD4AD模块利用缓冲存储器(简 称“BFM”)的设置完成编程工作。模拟量输入模块共 有32个缓冲存储器，目前使用了以下21个BFM：
(1)BFM#0。用于通道选择。4个通道的模拟输入信 号范围用4位16进制数表示。 (2)BFM#1～#4。1～4通道的采样次数(设定范围为 l～4096)，默认值为8。 (3)BFM#5～#8。l～4通道的采样平均值。 (4)BFM#9～#12。1～4通道的采样当前值。 (5)BFM#15。选择A／D转换的速度。若设为0，则 为正常转换速度，即15ms／通道(默认值)；若设为1， 则选择高速转换，即6ms／通道。
图7—3电压型变频器和电流型变频器主电路基本结构 (a)电压型变频器主电路 (b)电流型变频器主电路
2变频器的分类及工作原理 通用变频器按工作方式分类： (1)u／f控制。即电压与频率成比例变化控制。U/f 控制忽略了电动机漏阻抗的作用，在低频段工作特性 不理想。因而实际变频器中常采用E／f控制。采用 u/f控制方式的变频器常被称为普通功能变频器。 (2)转差频率控制。转差频率控制是在E／f控制基 础上增加转差控制。以电动机的实际运行速度加上该 速度下电动机的转差频率确定变频器输出频率的控制 方式。在E／f=常数条件下，通过对转差频率的控制， 实现对电动机转矩的控制。采用转差频率控制的变频 器属多功能型变频器。
(3)外输入端子模拟量频率选择操作方式。为方便与 输出量为模拟电流或电压的调节器、控制器的连接，变 频器还设有模拟量输入端，如图9—5中的C1端为电流输 入端，11、12、13端为电压输入端，当接在这些端口上 的电流或电压量在一定范围内平滑变化时．变频器的输 出频率在一定范围内平滑变化。 (4)通信数字量操作方式。变频器设有网络接口，可 通过通信方式接收频率控制指令，生产厂家为自己的 变频器与PLC通信设计了专用的协议，如西门子公司的 uss协议即是西门子MM400系列变频器的专用通信协议。
图7—2 交-直-交变频器的基本结构
1.变频器的基本结构 变频器分为交～交和交～直～交两种形式。交～ 交变频器可将工频交流电直接变换成频率、电压均可 控制的交流电，称为直接式变频器。而交～直～交变 频器则是先把工频交流电通过整流变成直流电，然后 再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，又 称间接式变频器。市售通用变频器多是交～直～交变 频器，其基本结构图如图7-2所示，由主回路，包括整 流器、中间直流环节、逆变器和控制回路组成，现将 各部分的功能分述如下： (1)整流器。电网侧的变流器是整流器，它的作用 是把三相(也可以是单相)交流整流成直流。
变频器的输出频率控制有以下几种方式： (1)操作面板控制方式。通过操作面板上的按钮手 动设置输出频率。操作有两种方法:一按面板上频率上 升或频率下降的按钮调节输出频率;二通过直接设定频 率数值调节输出频率。 (2)外输入端子数字量频率选择操作方式。变频器 常设有多段频率选择功能。各段频率值通过功能码设 定。频率段的选择通过外部端子选择。变频器通常在 控制端子中设置一些控制端，如图8-5中的端子x1、x2、 x3，它们的7种组合可选定7种工作频率值。这些端子 的接通组合可通过机外设备，如PLC控制实现。
2、接收传感器送来的管网水压的实测值
管网实测水压回送到泵站控制装置称为反馈，调 节器是反馈的接收点。
3、根据给定值与实测值的综合，依一定的调节规律发 出系统调节信号 调节器接收水压的实测反馈信号后，将它与给定 值比较，得到给定值与实测值之差。如给定值大于实 测值，说明系统水压低于理想水压，要加大水泵电动 机的转速;如水压高于理想水压，要降低水泵电动机的 转速。这些都由调节器的输出信号控制。传统调节器 的调节规律多是PID调节器。调节器的调节参数可由使 用者设定，PID调节过程视调节器内部构成有数字式
(6)BFM#20。若将BFM#20设为1，则模块的所有设置 都复位成默认值。用它可以快速消除不希望的增益和 偏置值。BFM#20的默认值为0。 (7)BFM#2l。若BFM#2l的b1、b0分别置为(1，0)，则 禁止调整增益和偏置；若BFM#21的b1、b0分别置为 (0，1)(此为默认值)，则可改变增益和偏置。增益和 偏置的意义可由图8—8说明，图中偏置为横轴上的截 距，表示数字量输出为0时的模拟量输入值。增益为 输出曲线的斜率，为数字输出为+1000时的模拟量输 入值。
(3)矢量控制。将交流电动机的定子电流矢量分解， 算出定子电流的磁场分量及转矩分量，并分别控制， 提高了变频器对电动机转速及力矩控制的精度及性能。 采用矢量控制的变频器称高功能变频器。 普通功能型变频器适用于泵类负载及要求不高的 反抗性负载，高功能变颇器适用于位能性负载。 3变频器的操作方式及使用 变频器接入电路工作前，要据实际应用修定变 频器的功能码。修订是为了变频器性能与实际工作任 务更加匹配。变频器与外界交换信息的接口很多，有 主电路的输入与输出接线端、控制电路还设有许多输 入输出端子、通信接口及一个操作面板，功能码修订 一般通过操作面板完成。图8-4为操作面板图，图8-5 为变频器的接线端子图。
图7—1变频恒压供水系统的基本构成
图中压力传感器用于检测管网中的水压，装设在 泵站的出水口。用水量大时，水压降低;用水量小时， 水压升高。水压传感器将水压的变化转变为电流或电 压的变化送给调节器。调节器是一种电子装置，在系 统中完成以下功能：
1、设定水管压力的给定值。 恒压供水水压的高低依需要设定。供水距离越远， 用水地点越高，系统所需供水压力越大。给定值即是 系统正常工作时的恒压值。
任务描述
1、了解人机界面、触摸屏和组态软件等概 念 2、认识触摸屏TPC7062K 3、了解MCGS嵌入版组态软件系统 的主要 功能和组成 4、 嵌入版系统的体系结构 5、 TPC7062K与三菱PLC的接线 6、MCGS嵌入版组态软件安装与工程下载 7、MCGS嵌入版与三菱FX系列PLC连接的 组态过程
知识链接
7.1 恒压供水系统构成
7.1.1恒压供水系统的构成及各部分的作用
恒压供水泵站一般需设多台水泵及电动机，这比设 单台水泵及电动机节能可靠，恒压供水的主要目标是保 持管网水压恒定，水泵电动机的转速要跟随用水量而变 化，这就要用变频器为水泵电动机供电。方案是数台电 动机配一台变频器，变频器与电动机间可以切换，供水 运行时，一台水泵变频运行，其余水泵工频运行，以满 足不同用水量的需求。
(2)直流中间电路。其作用是对整流电路的输出进行 平滑处理，以保证逆变电路及控制电源得到质量较高 直流电源。 (3)逆变器。负载侧的变流器为逆变器。其作用是在 控制电路的控制下将输出电路的直流电源转换电为频 率压可调交流电源。逆变电路输出就是变频器输出。
（4）控制电路 . 包括主控制电路、信号检测电路、、了解恒压供水系统总体的结构框 架。 2、设计供水系统系统。
任务描述
• （1）掌握PLC与变频器的连接及使用方法 • （2）掌握利用PLC和变频器恒压供水的设 计使用。
• 分发任务书 • 布置工作任务： • 1、小组成员共同查阅资料，学习讨论恒压 供水的概念、系统组成、工作原理 • 2、小组制定软硬件系统总体的结构框架 • 3、每名成员安装调试恒压供水系统 • 4、根据每人完成的情况小组互评 • 5、任务评估填写项目考核记录单
3、变频器的驱动控制。恒压供水泵站中变频器常常 采用模拟量控制方式，这需采用具有模拟量输入输 出的PLC或采用PLC的模拟量扩展模块，水压传感器 送来的模拟信号输人到PLC或模拟量模块的模拟量 输入端，而输出端送出经给定值与反馈值比较并经 PID处理后得出的模拟量控制信号。并依此信号的变 化改变变频器的输出频率。 4、泵站的其他逻辑控制。除了泵组的运行管理工作 外，泵站还有许多逻辑控制工作．如手动、自动操 作转换，泵站的工作状态指示，泵站工作异常的报 警，系统的自检等，这些都可以在PLC的控制程序 中安排。
极驱动电路、外部接口电路及保护电路，完成对逆变 器的开关控制，对整流器的电压控制及完成各种保护 功能。三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成， 直流中间电路的储能元件在整流电路是电压源时为大 容量的电解电容，电流源时是大容量电感。为了电动 机制动的需要，中间电路中有时还包括制动电阻及辅 助电路。逆变电路最常见的结构形式是利用6个半导 体主开关器件组成的三桥式逆变电路。有规律的控制 逆变器中主开关的通与断．可得到任意频率的三相交 流输出。图7—3为电压型变频器和电流型变频器主电 路结构示意图。
图7-8 FX2N-4AD的偏置和增益
(8)BFM#22。BFM#22为增益与偏置调整的指定单元。 BFM#22的b0～b7由低到高两两为一组，分别用于通 道1～4的调整指定，当置1时调整，置0时不调整。两 位中低位指定偏置，高位指定增益。通道的偏置及增 益可分别调整。 (9)BFM#23、BFM#24。BFM#23、BFM#24为偏置 值与增益值存储单元，单位为mV或A。BFM#23(偏置) 的默认值为0，BFM#24(增益)的默认值为5000。当 BFM#22指定单元中的某些位置1时，偏置值及增益值 会送入相应通道的增益和偏置寄存器中。 (10)BFM#29中各位的状态是FX4AD错误状态信息。 其中，b0为ON，表示有错误；当b1为ON时，表示存 在偏置及增益错误；b2为ON时表示存在电源故障； b3为ON时．表示存在硬件错误等。
图7-4 通用变频器的操作面板
图7-5通用变频器的接线图
7.3
PLC在恒压供水泵站中的主要任务
7.3.1 PLC在恒压供水泵站中的主要任务 1、代替调节器实现水压给定值与反馈值的综合与 调节工作，实现数字式PID调节。一只传统调节器往 往只能实现一路PID设置，用PLC作调节器可同时实 现多路PID设置，在多功能供水泵站各类工况中PID参 数可能不一样，使用PLC作数字式调节器十分方便。 2、控制水泵的运行与切换。在多泵组恒压供水泵 站中，为了使设备均匀地磨损，水泵及电动机是轮换 工作的。在设单一变颇器的多泵组泵站中，如称和变 频器相连接的泵为变频泵，变频泵也是轮流担任的。 变频泵在运行且选到最高频率时，增加一台工频泵投 入运行。PLC则是泵组管理的执行设备。