PLC與變頻器從入門到精通

基礎(chǔ)篇

第 1章 可編程控制器概述 3

1.1 PLC的發(fā)展 3

1.1.1 PLC技術(shù)的產(chǎn)生 3

1.1.2 PLC技術(shù)的發(fā)展趨勢 4

1.2 PLC的功能、特點(diǎn)及分類 5

1.2.1 PLC的功能 5

1.2.2 PLC的特點(diǎn) 6

1.2.3 PLC的分類 8

1.3 PLC的工作原理與性能指標(biāo) 9

1.3.1 PLC的基本工作原理 9

1.3.2 PLC的掃描工作方式 10

1.3.3 PLC的輸入/輸出原則 11

1.3.4 PLC的性能指標(biāo) 11

1.4 PLC系統(tǒng)的基本組成 12

1.4.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu) 12

1.4.2 PLC的軟件系統(tǒng) 18

1.5 部分品牌PLC簡介 19

1.5.1 西門子S7-200系列PLC 19

1.5.2 西門子S7-300/400系列

PLC 20

1.5.3 西門子S7-1200系列PLC 20

1.5.4 三菱FX系列PLC 21

1.5.5 三菱Q系列PLC 22

1.5.6 歐姆龍CH1H系列PLC 23

1.5.7 歐姆龍C系列PLC 25

1.6 本章小結(jié) 26

第 2章 變頻器概述 27

2.1 變頻器的發(fā)展 27

2.1.1 變頻器的技術(shù)發(fā)展 28

2.1.2 變頻器的發(fā)展趨勢 30

2.2 變頻器的基本工作原理及

特點(diǎn) 31

2.2.1 變頻器的基本工作原理 31

2.2.2 變頻器的特點(diǎn) 32

2.3 變頻器的構(gòu)成與功能 33

2.3.1 整流電路 33

2.3.2 中間電路 34

2.3.3 逆變電路 35

2.3.4 控制電路 36

2.4 變頻器的分類 36

2.4.1 依據(jù)主電路結(jié)構(gòu)形式分類 36

2.4.2 依據(jù)主電路工作方式分類 38

2.4.3 依據(jù)控制方式分類 39

2.4.4 依據(jù)逆變器開關(guān)方式分類 40

2.4.5 依據(jù)用途分類 41

2.5 變頻器的配套設(shè)備 42

2.6 本章小結(jié) 46

第3章 交流調(diào)速基礎(chǔ) 47

3.1 電動(dòng)機(jī)調(diào)速的7種方法 48

3.2 變頻調(diào)速概述 50

3.2.1 變頻調(diào)速和PWM技術(shù)簡介 50

3.2.2 變頻調(diào)速控制技術(shù)的發(fā)展

趨勢 52

3.2.3 新型調(diào)速電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 54

3.3 PWM控制原理 55

3.3.1 PWM的調(diào)制模式 55

3.3.2 PWM的方法 57

3.3.3 正弦波脈寬調(diào)制 62

3.3.4 電壓空間矢量脈寬調(diào)制 68

3.3.5 特定諧波消除脈寬調(diào)制 71

3.3.6 SPWM與SVPWM兩種方法的

比較 78

3.4 本章小結(jié) 79

第4章 變頻器的運(yùn)行 81

4.1 變頻器常用運(yùn)行參數(shù)及設(shè)定 81

4.1.1 變頻器的常用運(yùn)行參數(shù) 81

4.1.2 變頻器的常用運(yùn)行參數(shù)設(shè)定 84

4.2 變頻器的運(yùn)行方式 88

4.2.1 點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行 88

4.2.2 并聯(lián)運(yùn)行 89

4.2.3 同步運(yùn)行 91

4.2.4 正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行 92

4.2.5 瞬停再啟動(dòng)運(yùn)行 94

4.2.6 正轉(zhuǎn)運(yùn)行 95

4.2.7 多段速運(yùn)行 95

4.2.8 PID運(yùn)行 98

4.2.9 工頻與變頻運(yùn)行 101

4.2.10 節(jié)能運(yùn)行 105

4.3 變頻器與PLC的連接方式 107

4.3.1 運(yùn)行信號的輸入 107

4.3.2 頻率指令信號的輸入 109

4.3.3 觸點(diǎn)輸出信號 111

4.3.4 連接注意事項(xiàng) 112

4.4 本章小結(jié) 113

第5章 變頻調(diào)速控制原理 114

5.1 異步電動(dòng)機(jī)基本工作原理 114

5.1.1 異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 114

5.1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)原理 116

5.2 U/f恒定控制 118

5.2.1 U/f控制基本原理 118

5.2.2 恒定控制方式 118

5.2.3 恒磁通控制方式 119

5.2.4 恒功率控制方式 120

5.2.5 電壓型U/f控制變頻器 121

5.3 轉(zhuǎn)差頻率控制 122

5.3.1 轉(zhuǎn)差頻率控制基本原理 122

5.3.2 轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律 122

5.3.3 轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器的系統(tǒng)

結(jié)構(gòu) 123

5.4 矢量控制 124

5.4.1 矢量控制基本原理 124

5.4.2 基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量

控制方式 124

5.4.3 無速度傳感器的矢量控制

方式 126

5.4.4 3種控制方式的特性比較 127

5.5 直接轉(zhuǎn)矩控制 128

5.5.1 直接轉(zhuǎn)矩控制基本原理 128

5.5.2 直接轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn) 128

5.5.3 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量

控制系統(tǒng)的比較 129

5.6 本章小結(jié) 129

提高篇

第6章 PLC的基本指令系統(tǒng) 133

6.1 基本邏輯指令 133

6.1.1 標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令 133

6.1.2 輸出指令 134

6.1.3 置位和復(fù)位指令 135

6.2 立即I/O指令 136

6.2.1 立即觸點(diǎn)指令 136

6.2.2 立即輸出指令 136

6.2.3 立即置位和立即復(fù)位

指令 137

6.3 電路塊串、并聯(lián)指令 138

6.4 多路輸出指令 138

6.5 計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器指令 139

6.5.1 計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器指令 139

6.5.2 計(jì)數(shù)器指令 142

6.6 正（負(fù)）跳變觸點(diǎn)指令 144

6.7 順序控制繼電器指令 145

6.8 比較觸點(diǎn)指令 148

6.9 部分變頻器相關(guān)功能指令 149

6.9.1 時(shí)鐘指令 150

6.9.2 脈沖輸出指令 150

6.10 本章小結(jié) 154

第7章 PLC功能指令及功能模塊 155

7.1 模擬量控制 155

7.1.1 概述 155

7.1.2 模擬量基本PID控制 156

7.1.3 用歐姆龍PLC PID指令

實(shí)現(xiàn)PID控制 158

7.1.4 用三菱PLC PID指令實(shí)現(xiàn)

PID控制 161

7.1.5 用西門子PLC PID指令、

函數(shù)塊實(shí)現(xiàn)PID控制 166

7.2 高速計(jì)數(shù)比較控制 171

7.2.1 高速計(jì)數(shù)比較控制概述 171

7.2.2 用羅克韋爾（A-B）PLC

內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器比較控制 171

7.2.3 用三菱PLC高速計(jì)數(shù)模塊

比較控制 174

7.3 PLC通信程序 175

7.3.1 概述 175

7.3.2 西門子S7-200系列 176

7.3.3 三菱FX系列PLC 179

7.3.4 PLC與智能裝置間的通信

程序設(shè)計(jì) 180

7.4 本章小結(jié) 181

第8章 變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 183

8.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程 183

8.1.1 PLC控制系統(tǒng)的基本原則 183

8.1.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 184

8.1.3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 185

8.1.4 硬件選型及系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 186

8.1.5 PLC控制程序設(shè)計(jì) 189

8.1.6 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與注意事項(xiàng) 192

8.2 變頻器的選擇和容量計(jì)算 194

8.2.1 負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性 194

8.2.2 變頻器容量計(jì)算 197

8.2.3 變頻器的選擇 200

8.3 變頻器的主要控制功能與參數(shù)

設(shè)定 203

8.3.1 變頻器的外部接口電路 204

8.3.2 變頻器的主要控制功能 205

8.3.3 變頻器的參數(shù)設(shè)定 210

8.4 變頻器周邊設(shè)備的選擇 212

8.4.1 電源協(xié)調(diào)用交流電抗器 212

8.4.2 改善功率因數(shù)直流電抗器 213

8.4.3 電源濾波器 214

8.4.4 制動(dòng)電阻與制動(dòng)單元 215

8.5 變頻器的安裝 217

8.5.1 安裝環(huán)境的要求 217

8.5.2 安裝方法 219

8.5.3 安裝柜設(shè)計(jì) 220

8.5.4 變頻器的接線 221

8.6 變頻器系統(tǒng)的調(diào)試 225

8.6.1 聯(lián)調(diào)試驗(yàn) 225

8.6.2 故障分析與排除 227

8.7 本章小結(jié) 229

第9章 部分品牌通用變頻器簡介 230

9.1 西門子通用變頻器 230

9.1.1 MM 440系列變頻器 232

9.1.2 MM 430系列變頻器 233

9.1.3 MM 420系列變頻器 234

9.1.4 G120C緊湊型變頻器 235

9.1.5 S120型變頻器 236

9.1.6 V20通用變頻器 236

9.2 三菱通用變頻器 237

9.2.1 FR-S500系列簡單易用型

變頻器 238

9.2.2 FR-D700系列緊湊型多功能

變頻器 238

9.2.3 FR-F700系列風(fēng)機(jī)、水泵型

變頻器 238

9.2.4 FR-F740系列風(fēng)機(jī)、水泵型

變頻器 239

9.2.5 FR-A700系列變頻器 239

9.2.6 FR-A500系列變頻器 240

9.2.7 FR-E500系列多功能經(jīng)濟(jì)型

變頻器 240

9.2.8 FR-E700系列變頻器 241

9.3 歐姆龍通用變頻器 243

9.3.1 3G3RX系列變頻器 243

9.3.2 3G3JZ系列變頻器 244

9.3.3 3G3RV-ZV1系列變頻器 244

9.3.4 3G3MZ-ZV2系列變頻器 244

9.4 臺達(dá)通用變頻器 245

9.4.1 MH300 / MS300系列

變頻器 246

9.4.2 C2000系列變頻器 247

9.4.3 CP2000系列變頻器 247

9.4.4 CT2000系列變頻器 248

9.4.5 C200系列變頻器 248

9.4.6 CH2000系列變頻器 248

9.4.7 ED系列變頻器 249

9.4.8 E/EL系列變頻器 249

9.4.9 VFD-L系列變頻器 250

9.4.10 B系列變頻器 252

9.5 本章小結(jié) 254

實(shí)踐篇

第 10章 歐姆龍PLC與變頻器工程

實(shí)例 257

10.1 開煉機(jī)變頻器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 257

10.1.1 開煉機(jī)控制系統(tǒng)概述 258

10.1.2 硬件選型及系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 260

10.1.3 PLC程序設(shè)計(jì) 267

10.2 PLC控制牽引機(jī)變頻器啟動(dòng)、

停止的實(shí)現(xiàn) 270

10.2.1 牽引機(jī)控制系統(tǒng)概述 270

10.2.2 硬件選型及系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 271

10.2.3 PLC程序設(shè)計(jì) 275

10.3 本章小結(jié) 282

第 11章 三菱PLC與變頻器工程

實(shí)例 283

11.1 自動(dòng)噴涂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 283

11.1.1 自動(dòng)噴涂控制系統(tǒng)概述 283

11.1.2 硬件選型及系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 284

11.1.3 PLC程序設(shè)計(jì) 288

11.2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 295

11.2.1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

概述 295

11.2.2 硬件選型及系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 301

11.2.3 PLC程序設(shè)計(jì) 308

11.3 基于PLC的復(fù)貼機(jī)電控張力

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 321

11.3.1 PLC復(fù)貼機(jī)電控張力控制

系統(tǒng)概述 321

11.3.2 電路設(shè)計(jì)及硬件選型 327

11.3.3 PLC程序設(shè)計(jì) 332

11.4 本章小結(jié) 345

第 12章 西門子PLC與變頻器工程

實(shí)例 346

12.1 擠出機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 346

12.1.1 擠出機(jī)系統(tǒng)概述 346

12.1.2 硬件選型及系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 353

12.1.3 PLC程序設(shè)計(jì) 366

12.2 基于現(xiàn)場總線的造紙機(jī)傳動(dòng)

調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 373

12.2.1 造紙機(jī)傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)概述 374

12.2.2 硬件選型及系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 379

12.2.3 PLC程序設(shè)計(jì) 386

12.3 本章小結(jié) 393

附錄1 MM440變頻器的故障信息及

排除 394

附錄2 MM440變頻器報(bào)警信息及

排除 398

附錄3 變頻器常用附件選型 401

附錄4 變頻器典型應(yīng)用電路 405

參考文獻(xiàn) 408

本書介紹了變頻器調(diào)速、控制等基礎(chǔ)知識，講解了PLC功能指令、模塊和變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合具體工程實(shí)例講解了PLC和變頻器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。 本書內(nèi)容全面、條理清晰、實(shí)例豐富，可供PLC自學(xué)者閱讀，也可作為大專院校相關(guān)專業(yè)的參考用書。本書有助于讀者快速掌握PLC和變頻器控制原理，完成高質(zhì)量的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

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本書由淺入深，依次介紹了可編程控制器（PLC）的基礎(chǔ)知識和編程知識。其中基礎(chǔ)知識主要講解了PLC的概述、PLC的基本結(jié)構(gòu)、組成及工作原理、進(jìn)制及其轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制運(yùn)算、PLC數(shù)據(jù)類型、脈沖信號、時(shí)序圖和編程軟元件等。編程知識部分以三菱FX系列PLC為例，介紹了PLC的編程語言、指令系統(tǒng)、編程軟件，并通過三個(gè)實(shí)例介紹了三菱系列PLC的應(yīng)用與開發(fā)方法。