具體描述
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中等職業學校電氣技術應用專業教學用書 內容簡介
《PLC與變頻器技術項目實訓》是中等職業教育國傢規劃教材配套教學用書,是根據相關專業教學基本要求並參照國傢職業技能標準編寫而成。
《PLC與變頻器技術項目實訓》主要內容包括FX係列PLC的應用、FR係列變頻器的原理與操作、數據通信三個模塊,以及相關實訓。
《PLC與變頻器技術項目實訓》可作為職業院校電氣技術應用專業教材,亦可供機電類工程人員在維修電工中高級工和技師培訓及考證訓練時使用,也可作為生産一綫工程技術人員解決問題的參考指南。 目錄
模塊1 FX係列PLC的應用
1.1 PLC的基本知識
1.1.1 PLC的性能指標
1.1.2 PLC的組成
1.1.3 FX係列PLC的特點與規格
1.1.4 FX2N係列PLC的軟元件
實訓一 認識FX係列可編程序控製器
任務1認識FX係列PLC的輸入/輸齣接點及公共端口(COM)
任務2熟悉FX係列PLC的編程界麵
習題1
1.2 FX2N係列PLC基本指令
1.2.1 基本指令概述
1.2.2 基本指令編程
實訓二 FX係列PLC基本指令編程實訓
任務3電動機運行控製
任務4燈光閃爍控製
習題2
1.3 步進控製指令及狀態編程方法
1.3.1 FX2N係列PLC步進指令
1.3.2 多流程步進指令
實訓三步進指令編程實訓1(單流程控製)
任務5指示燈順序控製
任務6彩燈控製
任務7工業用洗衣機控製
實訓四步進指令編程實訓2(多流程控製)
任務8十字路口交通燈控製
任務9多個指示燈順序(並行分支)控製
任務10多個指示燈順序(選擇分支)控製
習題3
1.4 FX2N功能指令編程及應用
1.4.1 勸能指令概述
1.4.2 與數據通信有關的功能指令
習題4
模塊2 FR係列變頻器的原理與操作
2.1 變頻器簡單工作原理
2.1.1 概述
2.1.2 變頻調速的控製方式
2.1.3 變頻器的基本組成
2.1.4 變頻器的分類
2.1.5 變頻器的額定參數介紹
2.1.6 變頻器的主要功能
實訓五 FR-S500和FR-E700係
列變頻器接綫及簡單操作實訓
任務11 FR-S500係列變頻器接綫及簡單操作
任務12 FR-E700係列變頻器接綫及簡單操作
任務13 異步電動機的變頻調速鏇鈕操作
習題5
2.2 變頻器的運行操作模式
2.2.1 變頻器的運行操作模式
2.2.2 變頻器基本參數
實訓六 變頻器控製電動機3速運行操作實訓
任務14 變頻器控製電動機單嚮3速運行
任務15 變頻器控製電動機正反嚮3速運行
習題6
2.3 變頻器的其他功能設置
2.3.1 跳變頻率參數
2.3.2 瞬時停電再啓動參數
2.3.3 多段速度運行
2.3.4 變頻器在空調製冷係統中的應用
實訓七 變頻器的其他信號及控製電
動機多速運行操作實訓
任務16 頻率跳變設定及運行
任務17 瞬時停電再啓動參數設定及運行
任務18 變頻器控製電動機正反嚮七速運行
任務19 變頻器控製電動機正反嚮十五速運行
實訓八 PLC(步進指令)與變頻器綜閤應用實訓
任務20 通過PLC與變頻器控製電動機單嚮多段速運行
任務21通過PLC與變頻器控製電動機正反嚮多段速運行
任務22通過PLC與變頻器控製洗衣機運行
習題7
模塊3 數據通信
3.1 數據通信的基礎概念
3.1.1 數據通信的係統組成
3.1.2 數據通信方式
3.1.3 串行通信接口
3.1.4 FX泵列設備通信連接方式
習題8
3.2 FX係列PLC通信接口模塊
3.2.1 FX2N-232BD通信接口模塊
3.2.2 FX2N-485BD通信接口模塊
3.2.3 FX2N係列PLC之間通信
示例
習題9
3.3 FX係列PLC與變頻器的通信
3.3.1 FX係列PLC與三菱係列變頻器RS485的串行通信協議
3.3.2 PLC通信格式
3.3.3 FX係列PLC與變頻器通信的相關參數
3.3.4 變頻器PU接口通過RS485的通信格式
3.3.5 PLC與變頻器之間通信示例習題10
3.4 MT5000係列觸摸屏的通信
3.4.1 MT5000係列觸摸屏的基本操作
3.4.2 MT5000係列觸摸屏操作舉例
實訓九 通信應用實訓
任務23 PLC控製打印機
任務24 觸摸屏、PLC與變頻器的通信控製
習題11
附錄
附錄A FXZN係列PLC應用指令覽錶
附錄B FXZN係列PLC特殊輔助繼電器功能
附錄C FR-S500變頻器功能覽錶
附錄D FR-E700變頻器功能覽錶
參考文獻
《自動化控製係統設計與應用》 前言 在當今工業生産日益精細化、智能化和自動化的浪潮中,對先進自動化控製技術的掌握已成為企業核心競爭力的關鍵。從大型生産綫的協同運作,到單機設備的精準調控,自動化控製係統無處不在,深刻地影響著生産效率、産品質量、能源消耗乃至安全生産的方方麵麵。本書旨在為廣大工程技術人員、高校學生及自動化技術愛好者提供一個全麵、係統、深入的理論知識與實踐技能相結閤的學習平颱。我們將從自動化控製係統的基本原理齣發,逐步深入到工業現場實際應用的各個層麵,涵蓋常用控製元器件的選擇與應用、PLC(可編程邏輯控製器)在工業自動化中的角色、變頻器在電機調速控製中的關鍵作用,以及這些核心技術如何融閤成完整的自動化解決方案。 本書的編寫力求理論嚴謹與實踐貼閤,不僅講解“是什麼”,更強調“為什麼”和“怎麼做”。我們不僅會介紹各種技術概念,還會通過豐富的案例分析和實操指導,幫助讀者理解技術在實際工程中的應用邏輯和方法。通過閱讀本書,讀者將能夠: 理解工業自動化控製係統的基本架構、組成部分及工作原理。 掌握PLC的編程基礎、指令係統、硬件配置及在實際項目中的應用技巧。 深入瞭解變頻器的選型、安裝、接綫、參數設置及故障診斷與排除。 學習如何將PLC與變頻器有機結閤,實現復雜的運動控製、過程控製及多軸聯動等高級應用。 掌握自動化係統設計的基本流程,包括需求分析、方案設計、元器件選型、程序開發、係統調試及維護。 提升解決實際工程問題的能力,培養獨立完成小型自動化項目設計與實施的能力。 本書的內容編排循序漸進,從基礎理論到高級應用,從原理講解到案例實戰,力求使讀者在掌握核心技術的同時,也能建立起完整的自動化係統設計思維。無論您是初涉自動化領域的學生,還是希望提升技能的在職工程師,亦或是對工業自動化充滿好奇的技術愛好者,本書都將是您寶貴的參考與學習資源。 第一章 工業自動化控製係統的基本概念與發展 本章將為讀者構建一個關於工業自動化控製係統的宏觀認識。我們將從工業自動化的起源和發展曆程齣發,闡述其在現代工業生産中的地位和重要性。隨後,深入探討自動化控製係統的基本組成,包括檢測部分(傳感器)、決策部分(控製器,如PLC)和執行部分(執行器,如電機、閥門等)。我們將詳細講解不同類型的控製係統,如開環控製與閉環控製的原理、區彆與應用場景,以及連續控製與離散控製的特點。此外,本章還將介紹自動化控製係統的信息化、智能化發展趨勢,如MES(製造執行係統)、SCADA(數據采集與監視控製係統)等,為讀者理解PLC和變頻器在更廣泛的係統中所扮演的角色奠定基礎。 第二章 傳感器與執行器的原理及應用 在任何自動化控製係統中,傳感器是感知外界環境和設備狀態的“眼睛”,而執行器則是根據控製器指令進行動作的“手腳”。本章將詳細介紹各類常用工業傳感器的工作原理、技術特性、選型原則及典型應用。涵蓋的傳感器類型包括: 位移傳感器:接觸式、非接觸式,如限位開關、接近開關、光電傳感器、編碼器等,用於檢測物體的位置、位移和行程。 速度傳感器:用於檢測鏇轉或直綫運動的速度,如測速發電機、霍爾傳感器等。 壓力傳感器:測量液體或氣體的壓力。 溫度傳感器:測量環境或介質的溫度,如熱電偶、熱電阻、紅外測溫儀等。 液位傳感器:檢測容器內液體的存量。 力傳感器:測量施加在物體上的力。 同時,本章也將深入講解各類執行器的原理、選型要點和應用方式,包括: 電機驅動器:電動機(交流、直流)、步進電機、伺服電機等,以及它們驅動方式的概述。 氣動執行器:氣缸、氣動閥門等,及其在自動化控製中的應用。 液壓執行器:液壓缸、液壓馬達等。 電磁閥與繼電器:作為低功率控製信號與高功率執行器之間的接口。 通過本章的學習,讀者將能夠根據具體應用需求,正確選擇和配置閤適的傳感器與執行器,為後續的係統設計打下堅實的基礎。 第三章 可編程邏輯控製器(PLC)基礎理論與指令係統 PLC是現代工業自動化控製的核心。本章將係統地介紹PLC的基本概念、硬件組成、工作原理以及核心的編程技術。 PLC的基本概念與發展:介紹PLC的定義、優勢、發展曆程及其在工業控製中的地位。 PLC的硬件組成:詳細講解CPU模塊、輸入模塊、輸齣模塊、通信模塊、電源模塊、特殊功能模塊(如模擬量、高速計數、定位等)的功能和作用。 PLC的工作原理:深入分析PLC的掃描周期(讀取輸入、執行程序、刷新輸齣)、CPU的工作流程、內存組織結構等。 PLC的編程語言:重點介紹IEC 61131-3國際標準定義的幾種PLC編程語言,包括: 梯形圖(LD):這是最常用、最直觀的編程語言,我們將在後續章節通過大量實例深入講解。 指令錶(IL):一種低級語言,類似於匯編。 結構化文本(ST):一種高級文本語言,類似於Pascal。 功能塊圖(FBD):一種圖形化語言,適閤描述信號流。 順序功能圖(SFC):一種圖形化語言,適閤描述順序控製。 PLC的指令係統:詳細介紹PLC常用的基本指令,如邏輯運算指令(AND, OR, XOR, NOT)、位操作指令(SET, RESET, OUT)、定時器指令(TON, TOF, TP)、計數器指令(CTU, CTD, CTUD)、比較指令(<, >, =, <=, >=, <>)、傳送指令(MOV, SWAP)以及一些常用功能指令。 PLC的編程軟件與調試:介紹主流PLC廠商的編程軟件界麵、常用功能(如在綫監控、強製輸入/輸齣、變量錶等)以及程序調試的基本方法。 第四章 PLC的梯形圖編程實例分析與應用 梯形圖作為PLC最廣泛使用的編程語言,其易讀性和直觀性使其成為電氣工程師的首選。本章將通過大量典型的工業控製實例,詳細講解如何運用梯形圖實現各種控製功能。 基本邏輯控製:自鎖、互鎖、延時啓動、延時停止、單穩態觸發等。 計數與分度控製:實現産品計數、批次生産、分度定位等。 定時與周期控製:實現設備定時啓停、周期性動作、報警延時等。 順序控製:例如,一個簡單的物料輸送係統,通過PLC控製皮帶輸送機、氣缸的啓停,實現物料的自動搬運。 多機聯鎖與協調控製:例如,多颱泵組的切換控製、流水綫生産中的設備協同工作。 報警與故障處理:通過PLC程序實現對設備異常狀態的監測和報警提示。 簡單數據處理與傳送:例如,數據的讀取、存儲與比較。 每一個實例都將包含:明確的控製需求、硬件配置示意圖、詳細的梯形圖程序解析、程序執行流程分析以及可能的調試注意事項。通過這些實例,讀者將能夠掌握將實際控製需求轉化為PLC梯形圖程序的方法。 第五章 變頻器的原理、選型與基本應用 變頻器是實現交流電機調速控製的關鍵設備。本章將深入剖析變頻器的核心技術,指導讀者如何正確選擇和使用變頻器。 變頻器的基本工作原理:介紹變頻器的結構(整流、中間直流環節、逆變)以及VVVF(電壓/頻率恒定比)調速、矢量控製、轉矩控製等調速方式的原理。 變頻器的主要技術參數:電壓等級、功率等級、額定電流、過載能力、啓停轉矩、調速範圍、效率、保護功能等,以及這些參數對選型的重要性。 變頻器的選型原則: 根據負載特性選型:恒轉矩負載、風機/水泵負載、恒功率負載等。 根據電機參數選型:額定功率、額定電壓、額定電流。 根據供電環境和安裝條件選型:電源波動、環境溫度、濕度、防護等級(IP等級)。 根據控製要求選型:簡單的啓停控製、多段速控製、PID調節、通信控製等。 變頻器的安裝與接綫:詳細講解變頻器的安裝注意事項(散熱、電磁乾擾)、電源側接綫、電機側接綫、控製信號接綫(模擬量、數字量、通信接口)、接地要求等。 變頻器的基本參數設置:講解常用參數的意義和設置方法,如: 電機參數設置:額定電壓、額定頻率、額定電流、極數、功率等。 運行參數設置:加減速時間、最高/最低頻率、基準頻率、多段速設置。 控製方式設置:V/F控製、矢量控製、PWM模式。 保護參數設置:過載保護、欠壓/過壓保護、過溫保護。 運行指令選擇:端子控製、麵闆控製、通信控製。 變頻器的基本應用實例: 風機水泵的恒壓/恒流量控製:利用變頻器內置PID功能實現節能控製。 皮帶輸送機的速度調節:根據生産需要調整輸送速度。 捲繞設備的張力控製:實現恒張力捲繞。 第六章 PLC與變頻器的集成應用與項目實戰 本章是本書的核心,將重點講解如何將PLC和變頻器這兩大核心技術有機結閤,實現更復雜的自動化控製係統。 PLC控製變頻器的方式: 數字量控製:通過PLC的數字輸齣點控製變頻器的啓停、正反轉、多段速選擇等。 模擬量控製:通過PLC的模擬輸齣(如0-10V,4-20mA)嚮變頻器輸齣頻率指令,實現平滑的無級調速。 通信控製:通過PLC的通信接口(如RS485、RS232、Ethernet)與變頻器進行通信,實現參數設置、狀態監控、頻率指令等高級功能。重點介紹Modbus RTU/TCP等常用通信協議。 典型集成應用項目解析: 項目一:多層包裝機的同步控製 需求分析:一颱PLC控製多颱變頻器,分彆驅動不同區域的輸送帶和包裝機構,要求各部分協調工作,實現精確的包裝位置控製。 方案設計:PLC作為主控製器,通過通信方式與各變頻器建立聯係,PLC根據包裝需求生成同步指令,發送給變頻器。 硬件選型與接綫。 PLC程序設計:包括主程序、通信子程序、多段速控製邏輯、位置反饋處理等。 變頻器參數設置:設置通信參數、本地控製參數、速度參數等。 係統調試與優化。 項目二:恒壓供水係統設計 需求分析:根據用戶用水量自動調節水泵轉速,維持供水管網壓力恒定。 方案設計:PLC接收壓力傳感器的反饋信號,進行PID運算,輸齣模擬量信號給變頻器,變頻器根據指令調節水泵電機轉速。 硬件選型與接綫(壓力傳感器、PLC模擬量模塊、變頻器)。 PLC程序設計:PID算法實現、模擬量輸入/輸齣處理、泵的啓停邏輯。 變頻器參數設置:PID參數、加減速參數、低速保護等。 係統調試與性能評估。 項目三:數控送料機控製係統 需求分析:根據設定的長度要求, PLC控製變頻器驅動送料電機,實現物料的精確送料。 方案設計:PLC接收上位機指令或通過麵闆輸入送料長度,結閤編碼器反饋,控製變頻器輸齣精確的轉速和運行時間,實現精確送料。 硬件選型與接綫(編碼器、PLC高速計數模塊、變頻器)。 PLC程序設計:高速計數器使用、送料邏輯、定位控製。 變頻器參數設置:用於定位的轉速和加減速控製。 係統調試與精度驗證。 自動化係統集成中的常見問題與解決方案:電磁兼容性(EMC)問題、接地問題、通信中斷問題、參數不匹配問題、安全保護設計等。 第七章 自動化係統調試、維護與故障診斷 係統的成功運行離不開細緻的調試和有效的維護。本章將指導讀者如何係統地對自動化控製係統進行調試,並掌握日常維護和故障診斷的基本技能。 係統調試流程: 靜態調試:檢查接綫、電氣連接、元器件安裝等。 單模塊調試:分彆對傳感器、執行器、PLC模塊、變頻器等進行獨立功能測試。 聯調與聯動測試:按照程序邏輯,逐步測試各功能模塊的協同工作。 參數調試與優化:對PLC程序和變頻器參數進行精細調整,以達到最佳的運行效果。 壓力測試與穩定性評估:在不同工況下運行係統,觀察其穩定性和可靠性。 係統維護與保養: 定期檢查:電氣連接、綫纜、元器件外觀、通風散熱等。 清潔與除塵:保持控製櫃和元器件的清潔。 軟件備份與更新:定期備份PLC程序和變頻器參數,及時進行必要的更新。 操作記錄與文檔管理:建立詳細的運行和維護記錄。 常見故障的診斷與排除: PLC相關故障:程序運行異常、輸入/輸齣信號丟失、通信錯誤、硬件故障等。 變頻器相關故障:過載報警、過壓/欠壓報警、過溫報警、輸齣缺相、通信故障等。 傳感器/執行器故障:信號異常、動作不正常、損壞等。 綜閤故障分析:結閤係統工作流程,分析故障可能的原因,並提齣相應的排除方法。 利用診斷工具:PLC編程軟件的診斷功能、變頻器的故障代碼顯示、萬用錶的使用等。 附錄 常用電子元器件符號與標識。 PLC常用指令助記符速查錶。 變頻器常用參數設置參考錶。 工業通信協議簡介(如Modbus)。 結語 本書的編寫是一次將理論知識與工程實踐相結閤的嘗試。我們希望通過對PLC和變頻器技術的深入講解和項目實戰的詳細剖析,能夠幫助讀者真正掌握自動化控製的核心技術,並將其靈活應用於實際的工程項目中。工業自動化的道路充滿挑戰,但也充滿機遇。掌握先進的自動化技術,就是掌握瞭驅動生産力發展的關鍵。願本書成為您在自動化領域探索與實踐的得力助手,祝您在自動化控製技術的學習與應用之路上取得豐碩的成果!