5.3 相关知识点
5.3.1 旋转编码器概述
旋转编码器是通过光电转换，将输出至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字信号的传感器，主要用于速度或位置（角度）的检测。典型的旋转编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形狭缝。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图5-7所示；通过计算每秒旋转编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
图5-7 旋转编码器原理示意图
一般来说，根据旋转编码器产生脉冲的方式的不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类。自动线上常采用的是增量式旋转编码器。
增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90，用于辩向：当A相脉冲超前B相时为正转方向，而当B相脉冲超前A相时则为反转方向。Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。如图5-8所示。
图5-8 增量式编码器输出的三组方波脉冲
YL-335B分拣单元使用了这种具有A、B两相90º相位差的通用型旋转编码器，用于计算工件在传送带上的位置。编码器直接连接到传送带主动轴上。该旋转编码器的三相脉冲采用NPN型集电极开路输出，分辨率500线，工作电源DC12～24V。本工作单元没有使用Z相脉冲，A、B两相输出端直接连接到PLC（FX3U-32MR）的高速计数器输入端。
计算工件在传送带上的位置时，需确定每两个脉冲之间的距离即脉冲当量。分拣单元主动轴的直径为d=43 mm,则减速电机每旋转一周，皮带上工件移动距离L=π•d =3.14×43=136.35 mm。故脉冲当量μ为μ=L/500≈0.273 mm。按如图5-8所示的安装尺寸，当工件从下料口中心线移至传感器中心时，旋转编码器约发出430个脉冲；移至第一个推杆中心点时，约发出614个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出963个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出1284个脉冲。
图5-9 传送带位置计算用图
应该指出的是，上述脉冲当量的计算只是理论上的。实际上各种误差因素不可避免，例如传送带主动轴直径（包括皮带厚度）的测量误差，传送带的安装偏差、张紧度，分拣单元整体在工作台面上定位偏差等等，都将影响理论计算值。因此理论计算值只能作为估算值。脉冲当量的误差所引起的累积误差会随着工件在传送带上运动距离的增大而迅速增加，甚至达到不可容忍的地步。因而在分拣单元安装调试时，除了要仔细调整尽量减少安装偏差外，尚须现场测试脉冲当量值。
现场测试脉冲当量的方法，如何对输入到PLC的脉冲进行高速计数，以计算工件在传送带上的位置，将结合本项目的工作任务，在PLC编程思路中介绍。
5.3.2 三菱 FR-E740变频器简介
5.3.2.1 FR-E740变频器的安装和接线
在使用三菱PLC的YL-335B设备中，变频器选用三菱FR-E700系列变频器中的FR-E740-0.75K-CHT型变频器，该变频器额定电压等级为三相400V，适用电机容量0.75kW及以下的电动机。FR-E700系列变频器的外观和型号的定义如图5-10所示。
FR-E700系列变频器是FR-E500系列变频器的升级产品，是一种小型、高性能变频器。在YL—335B设备上进行的实训，所涉及的是使用通用变频器所必须的基本知识和技能，着重于变频器的接线、常用参数的设置等方面。
图5-10 FR-E700系列变频器
FR-E740系列变频器主电路的通用接线如图5-11所示。
图5-11 FR-E740系列变频器主电路的通用接线
图中有关说明如下：
①端子P1、P/+之间用以连接直流电抗器，不须连接时，两端子间短路。
②P/+与PR之间用以连接制动电阻器，P/+与N/-之间用以连接制动单元选件。YL-335B设备均未使用，故用虚线画出。
③交流接触器MC用作变频器安全保护的目的，注意不要通过此交流接触器来启动或停止变频器，否则可能降低变频器寿命。在YL-335B系统中，没有使用这个交流接触器。
④进行主电路接线时，应确保输入、输出端不能接错，即电源线必须连接至R/L1、S/L2、T/L3，绝对不能接U、V、W，否则会损坏变频器。
FR-E740系列变频器控制电路的接线如图5-12所示。
图5-12 FR-E700变频器控制电路接线图
图中，控制电路端子分为控制输入、频率设定（模拟量输入）、继电器输出（异常输出）、集电极开路输出（状态检测）和模拟电压输出等5部分区域，各端子的功能可通过调整相关参数的值进行变更，在出厂初始值的情况下，各控制电路端子的功能说明如表5-1、5-2和表5-3所示。
表5-1 控制电路输入端子的功能说明
| 种 类 | 端子 编号 | 端子名称 | 端子功能说明 | |
| 接 点 输 入 | STF | 正转启动 | STF信号ON时为正转、OFF时为停 | STF、STR信号同时ON时变成停止指令。 |
| STR | 反转启动 | STR信号ON时为反转、OFF时为停止指令。 | ||
| RH RM RL | 多段速度选择 | 用RH、RM和RL信号的组合可以选择多段速度 | ||
| MRS | 输出停止 | MRS信号ON （20ms或以上）时，变频器输出停止。 用电磁制动器停止电机时用于断开变频器的输出。 | ||
| RES | 复位 | 用于解除保护电路动作时的报警输出。请使RES信号处于ON状态0.1秒或以上，然后断开。 初始设定为始终可进行复位。但进行了Pr.75 的设定后，仅在变频器报警发生时可进行复位。复位时间约为1秒。 | ||
| SD | 接点输入公共端（漏型）（初始设定） | 接点输入端子（漏型逻辑）的公共端子。 | ||
| 外部晶体管公共端（源型） | 源型逻辑时当连接晶体管输出（即集电极开路输出）、例如可编程控制器（PLC）时，将晶体管输出用的外部电源公共端接到该端子时，可以防止因漏电引起的误动作。 | |||
| DC24V电源公共端 | DC24V 0.1A电源（端子PC）的公共输出端子。 与端子5及端子SE绝缘。 | |||
| PC | 外部晶体管公共端（漏型）（初始设定） | 漏型逻辑时当连接晶体管输出（即集电极开路输出）、例如可编程控制器（PLC）时，将晶体管输出用的外部电源公共端接到该端子时，可以防止因漏电引起的误动作。 | ||
| 接点输入公共端（源型） | 接点输入端子（源型逻辑）的公共端子。 | |||
| DC24V电源 | 可作为DC24V、0.1A的电源使用。 | |||
| 频 率 设 定 | 10 | 频率设定用电源 | 作为外接频率设定（速度设定）用电位器时的电源使用。（按照Pr.73 模拟量输入选择） | |
| 2 | 频率设定（电压） | 如果输入DC0～5V （或0～10V），在5V （10V）时为最大输出频率，输入输出成正比。通过Pr.73 进行DC0～5V（初始设定）和DC0～10V输入的切换操作。 | ||
| 4 | 频率设定（电流） | 若输入DC4～20mA （或0～5V，0～10V），在20mA时为最大输出频率，输入输出成正比。只有AU信号为ON时端子4的输入信号才会有效（端子2的输入将无效）。通过Pr.267 进行4～20mA（初始设定）和DC0～5V、DC0～10V输入的切换操作。 电压输入（0～5V/0～10V）时，请将电压／电流输入切换开 关切换至“V” 。 | ||
| 5 | 频率设定公共端 | 频率设定信号（端子2或4）及端子AM的公共端子。请勿接大地。 | ||
表5-2 控制电路接点输出端子的功能说明
| 种类 | 端子 记号 | 端子名称 | 端子功能说明 | |
| 继 电 器 | A、B、C | 继电器输出（异常输出） | 指示变频器因保护功能动作时输出停止的1c接点输出。异常时：B-C间不导通（A-C间导通），正常时：B-C间导通（A-C间不导通）。 | |
| 集 电 极 开 路 | RUN | 变频器正在运行 | 变频器输出频率大于或等于启动频率（初始值0.5Hz） 时为低电平，已停止或正在直流制动时为高电平。 | |
| FU | 频率检测 | 输出频率大于或等于任意设定的检测频率时为低电平，未达到时为高电平。 | ||
| SE | 集电极开路输出公共端 | 端子RUN、FU的公共端子。 | ||
| 模 拟 | AM | 模拟电压输出 | 可以从多种监示项目中选一种作为输出。变频器复位中不被输出。输出信号与监示项目的大小成比例。 | 输出项目： 输出频率（初始设定） |
表5-3 控制电路网络接口的功能说明
| 种类 | 端子记号 | 端子名称 | 端子功能说明 |
| RS- 485 | —— | PU接口 | 通过PU接口，可进行RS-485通迅。 •标准规格：EIA-485 （RS-485） •传输方式：多站点通讯 •通讯速率：4800～38400bps •总长距离：500m |
| USB | —— | USB接口 | 与个人电脑通过USB连接后，可以实现FR Configurator的操作。 •接口：USB1.1标准 •传输速度：12Mbps •连接器：USB 迷你-B连接器（插座：迷你-B型） |
如果分拣单元的机械部分已经装配好，在完成主电路接线后，就可以用变频器驱动电动机试运行。若变频器的运行模式参数Pr.79为出厂设置值，把调速电位器的三个引出端①、②、③端分别连接到变频器的端子⑩、②、⑤，并向左旋动电位器到底；接通电源后，拨通STF端子左边的钮子开关，慢慢向右旋动电位器，可以看到电动机正向转动，变频器输出频率逐渐增大，电动机转速逐渐升高。
在分拣单元的机械部分装配完成后，进行电动机试运行是必要的，这可以检查机械装配的质量，以便作进一步的调整。
5.3.2.2 变频器的操作面板的操作训练
1、FR-E700系列的操作面板
使用变频器之前，首先要熟悉它的面板显示和键盘操作单元（或称控制单元），并且按使用现场的要求合理设置参数。FR-E700系列变频器的参数设置，通常利用固定在其上的操作面板（不能拆下）实现，也可以使用连接到变频器PU接口的参数单元（FR-PU07）实现。使用操作面板可以进行运行方式、频率的设定，运行指令监视，参数设定、错误表示等。操作面板如图5-13所示，其上半部为面板显示器，下半部为M旋钮和各种按键。它们的具体功能分别如表5-4 和表5-5所示。
图5-13 FR-E700的操作面板
表5-4 旋钮、按键功能
| 旋钮和按键 | 功能 |
| M旋钮（三菱变频器旋钮） | 旋动该旋钮用于变更频率设定、参数的设定值。按下该旋钮可显示以下内容。 ·监视模式时的设定频率 ·校正时的当前设定值 ·报警历史模式时的顺序 |
| 模式切换键MODE | 用于切换各设定模式。和运行模式切换键同时按下也可以用来切换运行模式。长按此键（2秒）可以锁定操作。 |
| 设定确定键SET | 各设定的确定 此外，当运行中按此键则监视器出现以下显示：
|
| 运行模式切换键 PU/EXT | 用于切换PU／外部运行模式。 使用外部运行模式（通过另接的频率设定电位器和启动信号启动的运行）时请按此键，使表示运行模式的EXT处于亮灯状态。 切换至组合模式时，可同时按MODE键 0.5秒，或者变更参数Pr.79。 |
| 启动指令键 RUN | 在PU模式下，按此键启动运行。 通过Pr.40 的设定，可以选择旋转方向。 |
| 停止运行键 STOP/RESET | 在PU模式下，按此键停止运转。 保护功能（严重故障）生效时，也可以进行报警复位。 |
表5-5 运行状态显示
| 显示 | 功能 |
| 运行模式显示 | PU：PU运行模式时亮灯； EXT：外部运行模式时亮灯； NET：网络运行模式时亮灯 |
| 监视器（4位LED） | 显示频率、参数编号等 |
| 监视数据单位显示 | Hz：显示频率时亮灯；A：显示电流时亮灯。 （显示电压时熄灯，显示设定频率监视时闪烁。） |
| 运行状态显示RUN | 当变频器动作中亮灯或者闪烁；其中： 亮灯——正转运行中； 缓慢闪烁（1.4秒循环）——反转运行中； 下列情况下出现快速闪烁（0.2秒循环）： • 按键或输入启动指令都无法运行时 • 有启动指令，但频率指令在启动频率以下时 • 输入了MRS信号时 |
| 参数设定模式显示PRM | 参数设定模式时亮灯 |
| 监视器显示MON | 监视模式时亮灯 |
2、变频器的运行模式
由表5-4和表5-5可见，在变频器不同的运行模式下，各种按键、M旋钮的功能各异。所谓运行模式是指对输入到变频器的启动指令和设定频率的命令来源的指定。
一般来说，使用控制电路端子、在外部设置电位器和开关来进行操作的是“外部运行模式”，使用操作面板或参数单元输入启动指令、设定频率的是“PU运行模式”，通过PU接口进行RS-485通讯或使用通讯选件的是“网络运行模式（NET运行模式）”。在进行变频器操作以前，必须了解其各种运行模式，才能进行各项操作。
FR-E700系列变频器通过参数Pr.79的值来指定变频器的运行模式，设定值范围为0，1，2，3，4，6，7；这7种运行模式的内容以及相关LED指示灯的状态如表5-6所示。
表5-6 运行模式选择（Pr.79）
| 设定值 | 内 容 | LED显示状态（ | |
| 0 | 外部/PU切换模式，通过PU/EXT键可切换PU与外部运行模式。 注意：接通电源时为外部运行模式 | 外部运行模式： PU运行模式： | |
| 1 | 固定为PU运行模式 |
| |
| 2 | 固定为外部运行模式 可以在外部、网络运行模式间切换运行 | 外部运行模式：
网络运行模式：
| |
| 3 | 外部／PU组合运行模式1 |
| |
| 频率指令 | 启动指令 | ||
| 用操作面板设定 或用参数单元设定， 或外部信号输入（多段速设定，端子4-5 间（AU信号ON时有效）） | 外部信号输入 (端子STF、STR) | ||
| 4 | 外部／PU组合运行模式2 | ||
| 频率指令 | 启动指令 | ||
| 外部信号输入 （端子2、4、JOG、多段速选择等） | 通过操作面板的RUN键、或通过参数单元 的FWD、REV键来输入 | ||
| 6 | 切换模式 可以在保持运行状态的同时，进行PU运行、外部运行、网络运行的切换 | PU运行模式：
| |
| 7 | 外部运行模式（PU运行互锁） X12信号ON时，可切换到PU运行模式 （外部运行中输出停止） X12信号OFF时，禁止切换到PU运行模式 | PU运行模式：
外部运行模式：
| |
变频器出厂时，参数Pr.79设定值为0。当停止运行时用户可以根据实际需要修改其设定值。
修改Pr.79设定值的一种方法是：按MODE键使变频器进入参数设定模式；旋动M旋钮，选择参数Pr.79,用SET键确定之；然后再旋动M旋钮选择合适的设定值，用SET键确定之；两次按MODE键后，变频器的运行模式将变更为设定的模式。
图5-14是设定参数Pr.79的一个例子。该例子把变频器从固定外部运行模式变更为组合运行模式1。
图5-14 变频器的运行模式变更例子
3、参数的设定
变频器参数的出厂设定值被设置为完成简单的变速运行。如需按照负载和操作要求设定参数，则应进入参数设定模式，先选定参数号，然后设置其参数值。设定参数分两种情况，一种是停机STOP方式下重新设定参数，这时可设定所有参数；另一种是在运行时设定，这时只允许设定部分参数，但是可以核对所有参数号及参数。图5-15是参数设定过程的一个例子，所完成的操作是把参数Pr.1（上限频率）从出厂设定值120.0Hz变更为50.0Hz，假定当前运行模式为外部/PU切换模式（Pr.79=0）。
图5-15 变更参数的设定值示例
上图的参数设定过程，需要先切换到PU模式下，再进入参数设定模式，与图5-15的方法有所不同。实际上，在任一运行模式下，按MODE键，都可以进入参数设定，如图5-15那样，但只能设定部分参数。
5.3.2.3 常用参数设置训练
FR-E700变频器有几百个参数，实际使用时，只需根据使用现场的要求设定部分参数，其余按出厂设定即可。一些常用参数，则是应该熟悉的。
下面根据分拣单元工艺过程对变频器的要求，介绍一些常用参数的设定。关于参数设定更详细的说明请参阅FR-E700使用手册。
1、输出频率的限制（Pr.1、Pr.2、Pr.18）
为了限制电机的速度，应对变频器的输出频率加以限制。用Pr.1“上限频率”和Pr.2“下限频率”来设定，可将输出频率的上、下限位。
当在120Hz以上运行时，用参数Pr.18“高速上限频率”设定高速输出频率的上限。
Pr.1与Pr.2出厂设定范围为0～120Hz,出厂设定值分别为120Hz和0Hz。Pr.18出厂设定范围为120～400Hz。输出频率和设定值的关系如图5-16所示。
图5-16 输出频率与设定频率关系
2、加减速时间（Pr.7、Pr.8、Pr.20、Pr.21）
各参数的意义及设定范围如表5-7所示。
表5-7 加减速时间相关参数的意义及设定范围
| 参数号 | 参数意义 | 出厂设定 | 设定范围 | 备 注 |
| Pr.7 | 加速时间 | 5s | 0～3600/360s | 根据Pr.21 加减速时间单位的设定值进行设定。初始值的设定范围为“0～3600秒”、设定单位为“0.1秒” |
| Pr.8 | 减速时间 | 5s | 0～3600/360s | |
| Pr.20 | 加/减速基准频率 | 50Hz | 1～400Hz | |
| Pr.21 | 加/减速时间单位 | 0 | 0/1 | 0: 0～3600s;单位：0.1s 1: 0～360s; 单位：0.01s |
设定说明：
①用Pr.20为加/减速的基准频率，在我国就选为50Hz。
② Pr.7加速时间用于设定从停止到Pr.20 加减速基准频率的加速时间。
③ Pr.8减速时间用于设定从Pr.20 加减速基准频率到停止的减速时间。
3、多段速运行模式的操作
变频器在外部操作模式或组合操作模式2下, 变频器可以通过外接的开关器件的组合通断改变输入端子的状态来实现。这种控制频率的方式称为多段速控制功能。
FR-E740变频器的速度控制端子是RH、RM和RL。通过这些开关的组合可以实现3段、7段的控制。
转速的切换：由于转速的档次是按二进制的顺序排列的，故三个输入端可以组合成3档至7档（0状态不计）转速。其中，3段速由RH、RM、RL单个通断来实现。7段速由RH、RM、RL通断的组合来实现。
7段速的各自运行频率则由参数Pr.4 - Pr.6（设置前3段速的频率）、Pr.24- Pr.27（设置第4段速至第7段速的频率）。对应的控制端状态及参数关系见图5-17。
图5-17 多段速控制对应的控制端状态及参数关系
多段速度设定在PU运行和外部运行中都可以设定。运行期间参数值也能被改变。
3速设定的场合（Pr.24～Pr.27设定为9999），2速以上同时被选择时，低速信号的设定频率优先。
最后指出，如果把参数Pr.183设置为8，将RMS端子的功能转换成多速段控制端REX，就可以用RH、RM、RL和REX（由）通断的组合来实现15段速。详细的说明请参阅FR-E700使用手册。
4、通过模拟量输入（端子2、4）设定频率
分拣单元变频器的频率设定，除了用PLC输出端子控制多段速度设定外，也有连续设定频率的需求。例如在变频器安装和接线完成进行运行试验时，常常用调速电位器连接到变频器的模拟量输入信号端，进行连续调速试验。此外，在触摸屏上指定变频器的频率，则此频率也应该是连续可调的。需要注意的是，如果要用模拟量输入（端子2、4）设定频率，则RH、RM、RL端子应断开，否则多段速度设定优先。
⑴ 模拟量输入信号端子的选择
FR-E700系列变频器提供2个模拟量输入信号端子（端子2、4）用作连续变化的频率设定。在出厂设定情况下，只能使用端子2，端子4无效。
要使端子4有效，需要在各接点输入端子STF、STR、…RES之中选择一个，将其功能定义为AU信号输入。则当这个端子与SD端短接时，AU信号为ON，端子4变为有效，端子2变为无效。
例：选择RES端子用作AU信号输入，则设置参数Pr.184 =“4”，在RES端子与SD端之间连接一个开关，当此开关断开时，AU信号为OFF,端子2有效；反之，当此开关接通时，AU信号为ON,端子4有效。
⑵ 模拟量信号的输入规格
如果使用端子2，模拟量信号可为0～5V或0～10V的电压信号，用参数Pr.73指定，其出厂设定值为1，指定为0～5V的输入规格，并且不能可逆运行。参数Pr.73参数的取值范围为0，1，10，11，具体内容见表5-8。
如果使用的端子4，模拟量信号可为电压输入（0～5V、0～10V）或电流输入（4～20mA 初始值），用参数Pr.267和电压／电流输入切换开关设定，并且要输入与设定相符的模拟量信号。Pr.267取值范围为0，1，2，具体内容见表5-8。
必须注意的是，若发生切换开关与输入信号不匹配的错误（例如开关设定为电流输入I，但端子输入却为电压信号；或反之）时，会导致外部输入设备或变频器故障。
对于频率设定信号（DC0～5V、0～10V或4～20mA）的相应输出频率的大小可用参数Pr.125(对端子2)或Pr.126(对端子4)设定，用于确定输入增益（最大）的频率。它们的出厂设定值均为50Hz，设定范围为0～400Hz。
表5-8 模拟量输入选择（Pr.73、Pr.267）
| 参数编号 | 名称 | 初始值 | 设定范围 | 内容 | |
| 73 | 模拟量输入选择 | 1 | 0 | 端子2输入0～10V | 无可逆运行 |
| 1 | 端子2输入0～5V | ||||
| 10 | 端子2输入0～10V | 有可逆运行 | |||
| 11 | 端子2输入0～5V | ||||
| 267 | 端子4输入选择 | 0 | 0 | 电压／电流输入 切换开关 | 内容 |
|
| 端子4输入4～20mA | ||||
| 1 |
| 端子4输入0～5V | |||
| 2 | 端子4输入0～10V | ||||
注：电压输入时：输入电阻10kΩ±1kΩ、最大容许电压DC20V
电流输入时：输入电阻233Ω±5Ω、最大容许电流30mA
5、参数清除
如果用户在参数调试过程中遇到问题，并且希望重新开始调试，可用参数清除操作方法实现。即，在PU运行模式下，设定Pr.CL参数清除、ALLC参数全部清除均为 “1”，可使参数恢复为初始值。（但如果设定Pr.77参数写入选择＝“1”，则无法清除。）
参数清除操作，需要在参数设定模式下，用M旋钮选择参数编号为Pr.CL和ALLC，把它们的值均置为1，操作步骤如图5-18所示。
图5-18 参数全部清除的操作示意
