变频调速实训实训报告

《变频调速实训》
工作任务书
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《变频调速实训》专业能力考核配分评分标准
任务1 变频器的面板操作与运行
任务目的：
1. 熟悉变频器的面板操作方法。

2. 熟练变频器的功能参数设置。

3. 熟练掌握变频器的正反转、点动、频率调节方法。

任务引入：
变频器MM420系列（MicroMaster420）是德国西门子公司广泛应用与工业场合的多功能标准变频器。

它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。

对于变频器的应用，必须首先熟练对变频器的面板操作，以及根据实际应用，对变频器的各种功能参数进行设置。

相关知识点：
一．变频器面板的操作
利用变频器的操作面板和相关参数设置，即可实现对变频器的某些基本操作如正反转、点动等运行。

变频器面板的介绍及按键功能说明详见本书任务1.4变频器的调试，具体参数号和相应功能参照系统手册。

二．基本操作面板修改设置参数的方法
MM420在缺省设置时，用BOP控制电动机的功能是被禁止的。

如果要用BOP 进行控制，参数P0700应设置为1，参数P1000 也应设置为1。

用基本操作面板(BOP)可以修改任何一个参数。

修改参数的数值时，BOP有时会显示“busy”，表明变频器正忙于处理优先级更高的任务。

下面就以设置P1000=1的过程为例，来介绍通过基本操作面板(BOP)修改设置参数的流程，见表2-1。

键，访问参数
键，直到显示
键，直到显示
键，显示当前值
键，达到所要求的值
键，存储当前设置
键，显示
键，显示频率
任务训练 ：
一、训练内容
通过变频器操作面板对电动机的启动、正反转、点动、调速控制。

二、训练工具、材料和设备
西门子MM420变频器、小型三相异步电动机、电气控制柜、电工工具（1套）、连接导线若干等。

三、操作方法和步骤
1．按要求接线
系统接线如图2-1所示，检查电路正确无误后， 合上主电源开关QS 。

图2-1 变频调
速系统
电气图
2．参数设置
（1）设定P0010＝30和P0970＝1，按下P 键，开始复位，复位过程大约3min ，这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。

（2）设置电动机参数，为了使电动机与变频器相匹配，需要设置电动机参数。

电动机参数设置见表2-2。

电动机参数设定完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。

（3表2-3 面板基本操作控制参数
3．变频器运行操作
（1）变频器启动：在变频器的前操作面板上按运行键，变频器将驱动电动机升速，并运行在由P1040所设定的20Hz频率对应的560r∕min的转速上。

（2）正反转及加减速运行：电动机的转速（运行频率）及旋转方向可直接通过按前操作面板上的键∕减少键（▲/▼）来改变。

（3）点动运行：按下变频器前操作面板上的点动键，则变频器驱动电动机升速，并运行在由P1058所设置的正向点动10Hz频率值上。

当松开变频器前错做面板上的点动键，则变频器将驱动电动机降速至零。

这时，如果按下一变频器前操作面板上的换向键，在重复上述的点动运行操作，电动机可在变频器的驱动下反向点动运行。

（4）电动机停车：在变频器的前操作面板上按停止键，则变频器将驱动电动机降速至零。

四、成绩评价表
成绩评价见表2-4。

五、巩固练习
1. 怎样利用变频器操作面板对电动机进行预定时间的启动和停止？
2. 怎样设置变频器的最大和最小运行频率？
任务2 变频器的外部运行操作
任务目的：
1．掌握MM420变频器基本参数的输入方法。

2．掌握MM420变频器输入端子的操作控制方式。

3．熟练掌握MM420变频器的运行操作过程。

任务引入：
变频器在实际使用中，电动机经常要根据各类机械的某种状态而进行正转、反转、点动等运行，变频器的给定频率信号、电动机的起动信号等都是通过变频器控制端子给出，即变频器的外部运行操作，大大提高了生产过程的自动化程度。

下面就来学习变频器的外部运行操作相关知识。

相关知识点：
一．MM420变频器的数字输入端口
MM420变频器有3个数字输入端口，具体如图2-2所示。

图2-2 MM420变频器的数字输入端口
二．数字输入端口功能
MM420变频器的3个数字输入端口（DIN1~DIN3），即端口“5”、“6”、“7”，每一个数字输入端口功能很多，用户可根据需要进行设置。

参数号P0701~P0703为与端口数字输入1功能至数字输入3功能，每一个数字输入功能设置参数值范围均为0~99，出厂默认值均为1。

以下列出其中几个常用的参数值，各数值的具体含义见表2-5。

参数值功能说明
0 禁止数字输入
1 ON/OFF1（接通正转、停车命令1）
2 ON/OFF1(接通反转、停车命令1)
3 OFF2（停车命令2），按惯性自由停车
4 OFF3（停车命令3），按斜坡函数曲线快速降速
任务训练： 一、训练内容
用自锁按钮SB1和SB2，外部线路控制MM420变频器的运行，实现电动机正转和反转控制。

其中端口“5”（DIN1）设为正转控制，端口“6”（DIN1）设为反转控制。

对应的功能分别由P0701和P0702的参数值设置。

二、训练工具、材料和设备
西门子
MM420变频器一台、三相异步电动机一台、断路器一个、熔断器三个、自锁按钮二个、导线若干、通用电工工具一套等。

三、操作方法和步骤
1．按要求接线
变频器外部运行操作接线图如图2-2所示。

图2-2 外部运行操作接线图
2．参数设置
接通断路器QS ，在变频器在通电的情况下，完成相关参数设置，具体设置见表2-6。

3
（1）正向运行：当按下带锁按钮SB1时，变频器数字端口“5”为ON，电动机按P1120所设置的5S斜坡上升时间正向启动运行，经5S后稳定运行在560r/min的转速上，此转速与P1040所设置的20Hz对应。

放开按钮SB1，变频器数字端口“5”为OFF，电动机按P1121所设置的5S斜坡下降时间停止运行。

（2）反向运行：当按下带锁按钮SB2时，变频器数字端口“6”为ON，电动机按P1120所设置的5S斜坡上升时间正向启动运行，经5S后稳定运行在560r/min的转速上，此转速与P1040所设置的20Hz对应。

放开按钮SB2，变频器数字端口“6”为OFF，电动机按P1121所设置的5S斜坡下降时间停止运行。

（3）电动机的点动运行
正向点动运行：当按下带锁按钮SB3时，变频器数字端口“7”为ON，电动机按P1060所设置的5S点动斜坡上升时间正向启动运行，经5S后稳定运行在280r/min的转速上，此转速与P1058所设置的10Hz对应。

放开按钮SB3，变频器数字端口“7”为OFF，电动机按P1061所设置的5S点动斜坡下降时间停止运行。

（2）电动机的速度调节
分别更改P1040和P1058、P1059的值，按上步操作过程，就可以改变电动机正常运行速度和正、反向点动运行速度。

（5）电动机实际转速测定
电动机运行过程中，利用激光测速仪或者转速测试表，可以直接测量电动机实际运行速度，当电动机处在空载、轻载或者重载时，实际运行速度会根据负载的轻重略有变化。

四、成绩评价表
成绩评价见表2-7。

五、巩固练习
1．电动机正转运行控制，要求稳定运行频率为40Hz，DIN3端口设为在正转控制。

画出变频器外部接线图，并进行参数设置、操作调试。

2．利用变频器外部端子实现电动机正转、反转和点动的功能，电动机加减速时间为4s，点动频率为10Hz。

DIN5端口设为正转控制，DIN6端口设为反转控制，进行参数设置、操作调试。

任务3 变频器的模拟信号操作控制
任务目的：
1．掌握MM420变频器的模拟信号控制；
2．掌握MM420变频器基本参数的输入方法；
3．熟练掌握MM420变频器的运行操作过程。

任务引入：
MM420变频器可以通过3个数字输入端口对电动机进行正反转运行、正反转点动运行方向控制.可通过基本操作板,按频率调节按键可增加和减少输出频率,从而设置正反向转速的大小。

也可以由模拟输入端控制电动机转速的大小。

本任务的目的就是通过模拟输入端的模拟量控制电动机转速的大小。

相关知识点：
MM420变频器的“1”、“2”输出端为用户的给定单元提供了一个高精度的+10V直流稳压电源。

可利用转速调节电位器串联在电路中,调节电位器, 改变输入端口AIN1+给定的模拟输入电压,变频器的输入量将紧紧跟踪给定量的变化,从而平滑无极地调节电动机转速的大小。

MM420变频器为用户提供了模拟输入端口，即端口“3”、“4”，通过设置P0701的参数值，使数字输入“5”端口据有正转控制功能；通过设置P0702的参数值，使数字输入“6”端口具有反转控制功能；模拟输入“3”、“4”端口外接电位器，通过“3”端口输入大小可调的模拟电压信号，控制电动机转速的大小。

即由数字输入端控制电动机转速的方向，由模拟输入端控制转速的大小。

任务训练：
一、训练内容
用自锁按钮SB1控制实现电动机起停工能，由模拟输入端控制电动机转速的大小。

二、训练工具、材料和设备
西门子MM420变频器一台、三相异步电动机、电位器一个、断路器一个、熔断器三个、自锁按钮二个、通用电工工具一套、导线若干等。

三、操作方法和步骤
1．按要求接线
变频器模拟信号控制接线如图2-3所示。

检查电路正确无误后，合上主电源开关QS。

图2-3 MM420变频器模拟信号控制接线图
2. 参数设置
（1）恢复变频器工厂默认值，设定P0010=30和P0970=1，按下P键，开始复位。

（2）设置电动机参数，电动机参数设置见表2-7。

电动机参数设置完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。

3. 变频器运行操作
（1）电动机正转与调速
按下电动机正转自锁按钮SB1,数字输入端口DINI为”ON”,电动机正转运行,转速由外接电位器RP1来控制,模拟电压信号在0~10V之间变化，对应变频器的频率在0~50Hz之间变化，对应电动机的转速在0~1500 r∕min之间变化。

当松开带锁按钮SB1时，电动机停止运转。

（2）电动机反转与调速
按下电动机反转自锁按钮SB2，,数字输入端口DIN2为”ON”,电动机反转运行,与电动机正转相同，反转转速的大小仍由外接电位器来调节。

当松开带锁按钮SB2时，电动机停止运转。

四、成绩评价表
成绩评价见表2-9。

五、巩固练习
通过模拟输入端口“10”、“11”，利用外部接入的电位器，控制电动机转速的大小。

连接线路，设置端口功能参数值。

任务4 变频器的多段速运行操作
任务目的：
1．掌握变频器多段速频率控制方式。

2．熟练掌握变频器的多段速运行操作过程。

任务引入：
由于现场工艺上的要求，很多生产机械在不同的转速下运行。

为反方便这种负载，大多数变频器决提供了多挡频率控制功能。

用户可以通过几个开关的通、断组合来选择不同的运行频率，实现不同转速下运行的目的。

相关知识点：
MM420变频器的多段速控制功能及参数设置
多段速功能，也称作固定频率，就是设置参数P1000=3的条件下，用开关量端子选择固定频率的组合，实现电机多段速度运行。

可通过如下三种方法实现：
1. 直接选择（P0701 - P0703 = 15）
在这种操作方式下，一个数字输入选择一个固定频率，端子与参数设置对应见表2-10。

在这种操作方式下，数字量输入既选择固定频率（见表2-10），又具备起动功能。

3. 二进制编码选择 + ON 命令（P0701 - P0703 = 17）
MM420变频器的3个数字输入端口（DIN1~ DIN3），通过P0701~P0703设置实现多频段控制。

每一频段的频率分别由P1001~P1007参数设置，最多可实现7频段控制，各个固定频率的数值选择见表2-11。

在多频段控制中，电动机的转速方向是由P1001~P1007参数所设置的频率正负决定的。

3个数字输入端口，哪一个作为电动机运行、停止控制，哪些作为多段频率控制，是可以由用户任意确定的，一旦确定了某一数字输入端口的控制功能，其内部的参数设置值必须与端口的控制功能相对应。

任务训练：
一、训练内容
实现3段固定频率控制，连接线路，设置功能参数，操作三段固定速度运行。

二、训练工具、材料和设备
西门子MM420变频器一台、三相异步电动机一台、断路器一个、熔断器三个、自锁按钮四个、导线若干、通用电工工具一套等。

三、操作方法和步骤
1. 按要求接线
按图2-4连接电路，检查线路正确后，合上变频器电源空气开关QS。

220V
图2-4三段固定频率控制接线图
2．参数设置
（1）恢复变频器工厂缺省值，设定P0010=30，P0970=1。

按下“P”键,变频器开始复位到工厂缺省值。

（2）设置电动机参数，见表2-12。

电动机参数设置完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。

表2-13 变频器3段固定频率控制参数设置
当按下带按锁SB1时，数字输入端口“7”为“ON”，允许电动机运行。

（1）第1频段控制。

当SB1按钮开关接通、SB2按钮开关断开时，变频器数字输入端口“5”为“ON”，端口“6”为“OFF”，变频器工作在由P1001参数所设定的频率为20Hz 的第1频段上。

（2）第2频段控制。

当SB1按钮开关断开，SB2按钮开关接通时，变频器数字输入端口“5”为“OFF”，“6”为“ON”，变频器工作在由P1002参数所设定的频率为30Hz的第2频段上。

（3）第3频段控制。

当按钮SB1、SB2都接通时，变频器数字输入端口“5”、“6”均为“ON”，变频器工作在由P1003参数所设定的频率为50Hz的第3频段上。

（4）电动机停车。

当SB1、SB2按钮开关都断开时，变频器数字输入端口“5”、“6”均为“OFF”，电动机停止运行。

或在电动机正常运行的任何频段，将SB3断开使数字输入端口“7”为“OFF”，电动机也能停止运行。

注意的问题。

3个频段的频率值可根据用户要求P1001、P1002和P1003参数来修改。

当电动机需要反向运行时，只要将向对应频段的频率值设定为负就可以实现。

四、成绩评价表
成绩评价见表2-14。

五、巩固练习
用自锁按钮控制变频器实现电动机12段速频率运转。

10段速设置分别为：第1段输出频率为5Hz；第2段输出频率为10Hz；第3段输出频率为15Hz；第4段输出频率为-15Hz；第5段输出频率为-5Hz；第6段输出频率为-20Hz；第7段输出频率为25Hz；第8段输出频率为40Hz；第9段输出频率为50Hz；第10段输出频率为30Hz；第11段输出频率为-30Hz；第12段输出频率为60Hz。

画出变频器外部接线图，写出参数设置。

任务五PLC控制变频器外部电压调节
要求：要求：本次实验的重点是接线及参数设置。

对PLC的应用做一个基本的理解。

一、任务目的
了解PLC控制变频器外部电压调节的方式
二、接线图
三、操作要求：
1、在上节实验基础上改用模拟量输出代替电位器调节电位，从而改变输出频率值，程序下载到PLC后，自动运行，变频器以10HZ-20HZ-30HZ-40HZ-50HZ，循环运行，
2、关键参数设置；
P0700设置为1
P1000设置为2
3、按变频器面板上对应的启动键，启动变频器。

4、正确完成接线，根据样例程序编制梯形图并下载本实验程序到PLC中，下载完毕后切换到“RUN”位置。

思考题：如果不用面板操作，而改用按钮控制或PLC控制，在参数及程序中就如何修改。

任务六PLC控制变频器多级调速
一、任务目的
了解变频器与PLC之间使用USS协议通讯
二、接线图
正确完成接线，根据样例程序编制梯形图并下载本实验程序到PLC中，下载完毕后切换到“RUN”位置。

三、操作要求
1.正确完成接线，根据样例程序编制梯形图并下载本实验程序到PLC中，下载完毕后切换到“RUN”位置。

2. 由于此程序是在另一种编程模式编制的（IEC 1131-3）故在打开时会出现提示窗口，只有更改模式才能继续编程。

在“工具”菜单中选“选项”→“一般”在编程模式下选中IEC 1131-3，再点确定，然后退出，再重新打开就使用了。

在程序中，使用到了USS指令，该指令专用于PLC与MM系列变频器之间通讯使用，具体的设置方法参阅S7-200系统手册中USS章节内容。

3.参数不仅要对变频器P0700和P1000进行修改，还要对其站点号和波特率进行修改，其中P2011和P2010另外在程序段中，也要将波特率和站点号设置的与变频器设置相一致，在主程序MAIN的USS-INIT网络段中，Baud设置一定要和所要激活的变频器所设置的波特率一致都为9600，还有Active参数为所要激活的变频器的站点号，可以是单台也可以是多台，不超过32台范围，其中设置值可参看（系统手册中USS通讯章节）。

样例程序中所设变频器站为18号，波特率为9600，梯形图表示即为：
其中D0～D31代表有32台变频器，变频器站点号不能相同，如果激活哪台变频器就使该位为1，现在激活18号变频器，即为表二。

四位为一组，构成16进位数得出Active即为0004000
若同时有32台变频器须激活，则Altive为6＃FFFFFFFF，此外还有一条指令用到站点号，USS-CTRL中的Drive驱动站号不同于USS-INIT中的Active激活号，Active激活号指定哪几台变频器须要激活，而Drive驱动站号是指先激活后的哪台电机驱动，同此程序中可以有多个USS-CTRC指令。

变频器参数：
P0700=5,P1000=5,P2010=6,P2011=18
参数设置好后，将通信线连接，变频器将以10HZ—
20HZ-30HZ-40HZ-50HZ-40HZ-30HZ-20HZ-10HZ，如此循环运行。

四、预习要求
阅读并了解PLC编程中USS协议指令，对USS通讯中参数的设置了解
任务七多段速度选择变频调速
一、实验目的
了解PLC控制变频器做多段速度选择变频调速的方式
二、接线图
三、操作要求
1.正确完成接线，根据样例程序编制梯形图并下载本实验程序到PLC中，下载完毕后切换到“RUN”位置。

2、变频器设置步骤：
步骤号参数号出厂值设置值说明
1 P0003 1 1 设用户访问级为标准级
2 P00040 7 命令组为命令和数字I/O
3 P0700 2 2 命令源选择“由端子排输入”
4 P0003 1 2 设用户访问级为扩展级
5 P0701 1 1
6 DIN1功能设定为固定频率设定值（直接选择+ON）
6 P070212 16 DIN2功能设定为固定频率设定值（直接选择+ON）
7 P07039 12 DIN3功能设定为接通时反转
8 P00040 10 命令组为设定值通道和斜坡函数发生器
9 P1000 2 3 频率给定输入方式设定为固定频率设定值
10 P10010 25 固定频率1
11 P1002 5 15 固定频率2
设置上述参数后，
将实验导线连接好后，变频器先以正转25HZ频率运行—正转15HZ频率运行—正转40HZ 频率运行—反转25HZ频率运行—反转15HZ频率运行—反转40HZ频率运行，如此循环。

理解控制速度的核心设置参数。

任务八恒压供水模拟系统实训
一、任务目的
了解变频器、PLC在恒压供水系统中的工作原理及使用方法
二、工作原理
恒压供水泵站一般配置多台水泵电机，这比设单台水泵电机节能且可靠，如果仅配单台水泵电机，其功率必须足够大，但在用水量小时一台大电机会造成很大浪费。

如果水泵电机选小了，水量大时将会导致供水不足。

恒压供水的主要目标是保持管网水压恒定，水泵电机的转速随用水量变化而改变。

其基本思路是用水量大时，增加水泵数量或提高水泵的转速以保持管网中的水压不变，用水量小时则做出相反的调节。

要想维持供水网的压力不变，在管网系统的管道上安装了压力变送器作为反馈元件，为控制系统提供反馈信号，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压比较慢，故系统是一个大滞后系统，不宜直接采用PID调节器进行控制，而应采用PLC参与控制的方式来实现对控制系统调节作用。

这就要用变频器为水泵电机供电，有两种配置方案：一是为每台水泵电机配一台变频器，电机与变频器之间不需切换，供水时，但购变频器的费用较高；另一种方案是数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换，供水时，一台水泵电机变频运行，其余工频运行，以满足不同用水量的需求。

压力传感器用于检测管网中的水压，安装在泵站的出水口。

压力传感器将水压转变为0~5V间变化的电压信号并作为反馈值，系统正常工作时的恒压值作为给定值。

PLC接收了实测的水压反馈信号后，与给定值比较后得到给定值与实测值之差。

如实测值小于给定值，说明系统水压低于理想水压，要加大水泵电机转速；如实测值大于给定值，则水压高于理想水压，要降低水泵电机转速。

本控制系统是对现场恒压供水系统的模拟，控制核心单元PLC根据压力设定值与现场压力的反馈信号经过PLC的分析和计算，将控制信号送到PLC的输出端口，通过开关量切换继电器组，以此来协调投入工作电机的台数，并完成电机的起停、变频与工频的切换。

通过调整电机组中投入的电机的台数和控制电机组中每台电机的工作状态，使供水系统的工作压力稳定，进而达到恒压供水的目的。

三、接线方式
将变频器上的U、V、W端接到PV-12面板上的R、S、T端，将~220V接到面板上的L、N端。

U1、V1、W1接电动机1，U2、V2、W2接电动机2，U3、V3、W3接电动机3。

U/T1、V/T2、W/T3接三相380V电源。

手动方式接线
自动方式接线
四、工作方式：
本实训内容分为手动运行、自动运行和现场模拟三种工作方式。

手动调试：用于调试每个环节工作正常。

自动运行：手动调试完成自动运行检验工作的衔接性。

现场模拟：模拟实际供水系统工作。

1.手动调试：
a.根据手动方式接线完成本实验的接线。

b.将每一个控制按钮复位，切换工作方式到“手动”，把手动程序下载到PLC中，下载完毕后切换到“RUN”位置运行程序。

对每一个水泵进行调试，方法如下：
比如对一号泵的调试，按下它所对应的控制启停按钮，并旋转控制开关到变频状态（旋转开关转动到左边为工频状态。

转动到右边为变频状态），变频指示灯点亮，继电器切换电机到变频器供电，按下启停按纽，松开变频。

旋转控制开关到工频状态（旋转开关转动到左边为工频状态。

转动到右边为变频状态），工频指示灯点亮，继电器切换电机到380V供电，
按下启停按纽，松开工频。

注意：工变频转换的时候，必须先切断其工作状态（如现在是变频状态，要转换到工频时，必须先按下启停按纽，断开变频，变频指示灯灭。

在转换到工频状态，按下启停按钮启动工频）
注：对其他泵调试如上。

2.自动运行：
a.根据自动方式接线完成本实验的接线。

b.打开PV-12挂箱的电源开关，将自动运行程序下载到PLC中，下载完毕后切换到“RUN”位置。

切换工作方式到“自动”，运行程序即可。

c.自动运行开始，1号变频—3S—1号工频—3S—2号变频；1号工频—3S—1、2号工频—3S—3号变频；1、2号工频—3S—1、2、3号工频—3S—1、2、3频；辅助泵运行—3S —1、2、3号工频—3S—3号变频；1、2号工频—3S—1、2号工频—3S—2号变频；1号工频—3S——3S—1号工频—3S—1号变频已此循环
3.现场模拟：
a.给定压力信号采用程序内部设定，反馈压力信号通过外部调节旋钮给定范围0~+5V
电压信号。

b.现场模拟的接线与自动工作方式的接线基本一样，保持原先“自动”接线不变，只是将接到ZD的线去掉，同时将PV-12的“PT”和“-”接到PV-11面板上PLC的模拟量模块输入端子VIN1和COM1，
c.先将压力反馈旋钮拨到最小，然后将程序下载到PLC中，运行程序。

压力反馈信号和投入电机的台数及电机的工作状态的对应关系如下：
当压力反馈值小于等于2时压力严重不足，故4个泵都变为工频。

当压力反馈值小于等于2.5大于2时启动,1、2、3号泵为工频
当压力反馈值小于等于3大于2.5时启动,3号泵为变频； 1、2号为工频
当压力反馈值小于等于3.5大于3时启动, 1、2号泵为工频
当压力反馈值小于等于4大于3.5时启动, 2号泵为变频；1号泵为工频
当压力反馈值小于等于4.5大于4时启动, 1号泵为工频
当压力反馈值小于5大于4.5时启动, 1号泵为变频
当压力反馈值大于等于5，压力刚好或过压，故4个泵为停止状态。

通过手动调节压力反馈信号的值，来模拟水网水压的变化，同时观察水泵的工作情况。