项目二 化工厂泵与搅拌机变频控制 主编 李方园

1. 《变频器控制技术》 项目二 化工厂泵与搅拌机变频控制主编 李方园

2. 项目二 化工厂变频器控制 2.1 项目背景及要求 2.2 知识讲座（变频器I/O与V/f） 2.3 技能训练一（A700变频器I/O端子熟悉） 2.4 技能训练二（特殊负载参数设置与接线） 2.5 项目设计方案

3. 项目二 化工厂变频器控制 • 学习目标 知识目标：了解变频器的输入端子定义；熟悉多功能输入端子的内涵及接线方式；掌握V/f曲线的设置、不同的起动与停止方式和加减曲线设置。 技能目标：能对变频器进行多功能端子的输入与输出的接线；能熟练掌握不同负载下不同的V/f曲线设置；能进行变频器的源型和漏型接线，并正确设置跳线；能进行变频器的模拟量通道设置，并进行输入输出接线；能对变频器进行简单的故障判断。 职业素养目标：从工程实训的角度出发理解各行业对于变频器的不同需求，掌握需求分析是介于系统分析和工程设计阶段之间的桥梁。

4. 项目二 化工厂变频器控制 2.1.1 项目背景 在投料口B01投入粉末状的化工原料，经振动器均匀地分散后由计量式螺旋推进器M02送入料槽B02；通过M03清水泵来进行水量控制，同时保证液位始终稳定在相同的高度，经搅拌器M01的工作确保了化工原料与水的混合均匀，然后得到相对稳定浓度的溶液，并制成半成品从料槽的下端输出。 图2.1工艺流程

5. 项目二 化工厂变频器控制 2.1. 2 控制要求 1）对M01、M02和M01进行控制，其中M02和M03能在自动情况下跟随M01速度； 2）M02和M03能在手动情况下用电位器进行调速； 3）M01故障后，随即停止M02和M03； 4）三台电动机的功率为M01为3.7KW，M02和M03为2.2KW，且都必须安装热继电器； 5）对于M01来说，运行频率既能设定为2段速度，从低到高依次为25Hz、和50Hz，设定方式简单快捷；也能通过电位器简单设定速度。

6. 项目二 化工厂变频器控制 2.2 知识讲座：变频器I/O端子功能与V/f控制 2.2.1 变频器数字量输入端子介绍 1、基本概念 常见的数字量输入端子都采用光电耦合隔离方式，且应用了全桥整流电路，如图2.2所示，PL是多功能输入端子DI的公共端子，流经PL端子的电流可以是拉电流，也可以是灌电流 图2.2 数字量输入结构示意

7. 项目二 化工厂变频器控制 2、多功能输入定义 多段速度选择、多段加减速时间选择、频率给定方式切换、运转命令方式切换、复位和计数输入等 3、输入信号的防颤动功能 常见的数字量输入信号是继电器触点、按钮开关等，这些触点在闭合时容易发生颤动。又由于变频器内部接受信号的都是晶体管电路，反映速度极快。因此，输入触点的颤动有可能使变频器内部的接受电路反复接受信号而导致误动作。

8. 项目二 化工厂变频器控制 3.2.2 变频器数字量输出端子介绍 1、基本概念 数字量输出端子是用于输出变频器运行状态的信号。 2、数字量输出端子的电路结构类型： 1)继电器输出型 2)开路集电极输出型 ，如图2.3所示

9. 项目二 化工厂变频器控制 图 2.3 多功能输出端子接线

10. 项目二 化工厂变频器控制 3、多功能输出定义 多功能输出定义包括运行状态输出、运行特点输出、报警和故障信号输出等等。具体有以下主要参数： A、运行状态输出信号 （1）待机准备信号。 （2）运行中信号。 （3）故障信号。 （4）故障复位信号。 （5）过载检出信号。 （6）欠压封锁停止中。

11. 项目二 化工厂变频器控制 B、运行频率特点输出信号 （1）频率上限限制。如图2.4所示 。 图 2.4 上限下限频率示意 fH：频率上限 fL：频率下限 fb：基本运行频率 fmax：最大输出频率

12. 项目二 化工厂变频器控制 （2）频率下限限值。 （3）频率到达信号。如图2.5所示。 图 2.5 频率水平检测

13. 项目二 化工厂变频器控制 （4）频率水平检测信号。如图2.6所示 图2.6 频率到达示意

14. 项目二 化工厂变频器控制 （5）摆频上下限限制。 C、特定运行方式输出信号 （1）简易程序运转完成指示。简易程序当前阶段完成后，输出指示信号，如单个脉冲信号，宽度为500ms。 （2）设定或指定计数值到达。如图2.7所示 图2.7 设定计数值和指定计数值到达

15. 项目二 化工厂变频器控制 （3）设定长度到达指示。 （4）简易程序运转完成指示。 （5）设定运行时间到达。

16. 项目二 化工厂变频器控制 2.2.3 变频器模拟量输入端子介绍 一般对于模拟量输入端子的规格是这样定义的：输入电压范围为0～10V时，输入阻抗为100kΩ；输入电流范围为0（4）～20 mA时，输入阻抗为500Ω；分辨率为1/2000。 模拟量输入的接线相对简单，不再赘述。需注意的地方： （1）模拟量输入信号容易受外部干扰，配线时必须使用屏蔽线，并良好接地，配线长度应尽可能短。 （2）使用模拟输入时，可在输入端子和模拟地之间安装滤波电容或共模电感。 （3）有些模拟量输入端子，既可接受电流信号，也可接受电压，因此必须在硬件跳线或拨码开关进行设置，同时也在相关的参数进行电压或电流信号型号选择。

17. 项目二 化工厂变频器控制 2.2.4 变频器模拟量输出端子介绍 变频器模拟量输出信号类别主要电压信号和电流信号。电压信号包括0～1V、0～5V、0～10V、1～5V、2～10V、0～±10V等几种；电流信号包括0～1mA、0～20mA、4～20mA。模拟量的输出可以调整偏置和增益来实现校正，如图2.8所示。 图2.8 模拟量输出调整

18. 项目二 化工厂变频器控制 2.2.5 变频器高速脉冲输入输出端子介绍 1、高速脉冲输入 高速脉冲输入端子从本质来讲，也是多功能输入端子，也可以定义为以下内容： 1）脉冲频率输入。 2) 测速输入。 3) 长度脉冲输入信号。 计算长度＝计算脉冲数 ÷ 每转脉冲数 × 测量轴周长 并通过长度倍率和长度校正系数来对计算长度进行修正，得到实际长度。 实际长度＝计算长度 × 长度倍率 ÷ 长度校正系数

19. 项目二 化工厂变频器控制 2、高速脉冲输出 使用高速脉冲输出时，需要根据不同的负载阻抗来连接相关设备。如果负载条件不同，则有可能出现特性不满足或损坏脉冲输出端口的危险。其脉冲电压根据变频器不同定义也不同，通常为5～24V。 在使用共集电极输出时，输出电压和负载阻抗的关系如表2.1，接线见图2.9a。

20. 项目二 化工厂变频器控制 使用共发射极输入时，如使用外部电流为直流12V或15V的外部电源，共发射极的输入电流最大不超过16mA。如图2.9b所示。

21. 项目二 化工厂变频器控制 2.2.6 变频器V/f控制原理 1、基本概念 V/f控制的基本思想是U/f=C，因此定义在频率为fx时，Ux的表达式为Ux /fx=C，其中C为常数，就是“压频比系数”。图2.10是变频器的基本运行V/f曲线。 图2.10 基本运行V/f曲线

22. 项目二 化工厂变频器控制 2、预定义的V/f曲线和用户自定义V/f曲线 图2.11 预定义V/f曲线 a)艾默生EV2000 b) AB Powe Flex 400

23. 项目二 化工厂变频器控制 用户自定义V/F曲线是可以任意设定，但是一旦数值设定不当，就会造成意外故障。以三段折线设定为例（如图2.12） 图2.12 用户自定义V/f曲线

24. 项目二 化工厂变频器控制 3、V/f曲线转矩补偿 图2.13转矩补偿

25. 项目二 化工厂变频器控制 4、闭环V/f控制 图2.14 闭环V/f控制接线图

26. 项目二 化工厂变频器控制 2.2.7 变频器的起动制动 变频器的起动制动方式是指变频器从停机状态到运行状态的起动方式、从运行状态到停机状态的方式以及从某一运行频率到另一运行频率的加速或减速方式。 1、起动运行方式 （1）从起动频率起动。 起动频率是指变频器起动时的初始频率，如图2.15所示的fs，它不受变频器下限频率的限制；起动频率保持时间是指变频器在起动过程中，在起动频率下保持运行的时间，如图中的t1

27. 项目二 化工厂变频器控制 图2.15 起动频率与起动时间示意

28. 项目二 化工厂变频器控制 （2）先制动再起动。 本起动方式是指先对电动机实施直流制动，然后再按照方式（1）进行起动。如图2.16所示 图2.16 先制动再起动功能示意

29. 项目二 化工厂变频器控制 （3）转速跟踪再起动。在此方式下，变频器能自动跟踪电动机的转速和方向，对旋转中的电动机实施平滑无冲击起动，因此变频器的起动有一个相对缓慢的时间用于检测电动机的转速和方向，如图2.17所示。 图2.17 转速跟踪再起动功能示意

30. 项目二 化工厂变频器控制 2、加减速方式 （1）直线加减速。 图2.18 加减速方 a) 直线加减速 b) S型曲线加减速

31. 项目二 化工厂变频器控制 （3）半S形加减速方式。 它是S曲线加减速的衍生方式，即S曲线加减速在加速的起始段或结束段，按线性方式加速；而在结束段③或起始段①，按S形方式加速。因此，半S形加减速方式要么只有①，要么只有③，其余均为线性。 （4）其他还有如倒L形加减速方式、U型加减速方式等。

32. 项目二 化工厂变频器控制 3、加减速时间的切换 通过多功能输入端子的组合来实现加不同减速时间的选择（共计4种。）将多功能输入端子DI3、DI4定义为加减速时间端子1、加减速时间端子2就能按照表2.2中的逻辑组合实现4种不同加减速时间的切换，其外部接线图如图2.19所示。

33. 项目二 化工厂变频器控制 图2.19 加减速时间的切换

34. 项目二 化工厂变频器控制

35. 项目二 化工厂变频器控制 4、加减速时间的衔接功能 在拖动系统正在加速的过程中，又得到减速或停机的指令。这时，就出现了加速过程和减速过程的衔接问题。变频器对于在加速过程尚未结束的情况下，得到停机指令时减速方式的处理如图2.20所示。 曲线①是在运行指令时间较长情况下的Ｓ形加速曲线;曲线②和曲线③是在加速过程尚未完成，而运行指令已经结束时的减速曲线 图2.20 加减速的衔接功能

36. 项目二 化工厂变频器控制 5、加减速时间的最小极限功能 其基本含义是： A、最快加速方式 B、最快减速方式 C、最优加速方式 D、最优减速方式 其中C和D统称为自动加减速方式，它能根据负载状况，保持变频器的输出电流在自动限流水平之下或输出电压在自动限压水平之下，平稳地完成加减速过程。

37. 项目二 化工厂变频器控制 6、停机方式 通常有以下几种方式： （1）减速停机 （2）自由停车 （3）带时间限制的自由停车 （4）减速停机加上直流制动 图2.21所示。 图2.21 减速停车加直流制动

38. 项目二 化工厂变频器控制 • 2.2.8 外接负载的分类 • 机械负载种类繁多、包罗万象，但归纳起来，主要有以下三种：恒转矩负载、平方降转矩负载和恒功率负载。 • 1、恒转矩负载 其特性如图2.22a所示 图2.22转速－转矩特性 a）恒转矩负载 b）平方降转矩负载 c）恒功率负载

39. 项目二 化工厂变频器控制 • 2、平方降转矩负载 其特性如图2.22b所示。 • 3、恒功率负载 其特性如图2.22c所示。

40. 项目二 化工厂变频器控制 2.3 技能训练一：变频器A700 I/O端子的熟悉 2.3.1 A700变频器输入和输出端子的熟悉 1、接线原理 三菱A700变频器的多功能输入端子可以选择漏型逻辑和源型逻辑两种方式，在项目2中我们采用了缺省方式下的漏型逻辑，即信号端子接通时，电流是从相应的输入端子流出，此时A700变频器端子SD是触点输入信号的公共端端子，端子SE是集电极开路输出信号的公共端端子（如图2.23所示）。

41. 项目二 化工厂变频器控制 图2.23多功能输出接线（漏型逻辑）

42. 项目二 化工厂变频器控制 而源型逻辑模式指信号输入端子中有电流流入时信号为ON的逻辑模式，端子PC是触点输入信号的公共端端子，端子SE是集电极开路输出信号的公共端端子，如图2.24所示。 a)输入端子接线

43. 项目二 化工厂变频器控制 b)输出端子接线 图2.24 源型逻辑下的多功能端子接线

44. 项目二 化工厂变频器控制 2、漏型与源型逻辑的设置 设置步骤如下： 1）如图2.25所示，松开控制回路端子板底部的两个安装螺丝，注意螺丝不能被卸下，用双手把端子板从控制回路端子背面拉下。 图2.25 跳线设置步骤一

45. 项目二 化工厂变频器控制 2）如图2.26所示，将控制回路端子排里面的漏型逻辑（SINK）跳线接口切换为源型逻辑（SOURCE）来切换到源型逻辑模式。 图2. 26 跳线设置步骤二

46. 项目二 化工厂变频器控制 3）注意不要把控制电路上的跳线插针弄弯，将控制回路端子板重新安装上并用螺丝把它固定好（如图2.27所示）。 图2. 27 跳线设置步骤三

47. 项目二 化工厂变频器控制 2.4.2 A700变频器多段速接线与参数设置 通过开关发出3段速度的选择命令，启动与停止采用PU面板和端子命令两种方式进行。 1、先按图2.28进行接线。 图2.28 多段速选择一

48. 项目二 化工厂变频器控制 2、以低速开关为例进行面板起停。

49. 项目二 化工厂变频器控制 3、再按图2.29进行接线。 图2.29多段速选择二

50. 项目二 化工厂变频器控制 4、以低速开关为例进行面板起停。