基于PLC微型加热器恒温控制实训报告课程设计.docx
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基于PLC微型加热器恒温控制实训报告课程设计
基于PLC微型加热器恒温控制实训报告
《PLC控制技术》实训任务书
题目:
微型加热器自动恒温控制系统设计
实训学生需要完成2个基础实训项目和1个综合型自主实训项目的训练。
一、基础实训项目一:
变频器对电机的运行控制
一)实训目的
1、进一步巩固掌握PLC基本指令功能的及其运用方法;
2、根据实训设备,熟练掌握PLC的外围I/O设备接线方法;
3、掌握异步电动机变频调速原理,熟悉变频器的用法。
二)实训设备
PLC主机单元模块、电位器、MM440(或MM420)变频器、个人计算机PC、PC/PPI编程电缆。
三)工艺控制要求
使用变频器实现异步电动机的可逆调速控制,即可以电动机可正反向运行、调速和点动功能。
速度控制有两种方式:
(1)由外接的电位器控制,
(2)由PLC的模拟量输出通道控制。
变频器参数设置见附表1。
四)实训步骤
1、进行PLC的I/O地址分配,并画出变频器对电机控制的PLC控制系统的接线图。
2、设计由PLC控制的梯形图程序。
3、输入自编程序,上机调试、运行直至符合动作要求。
二、基础实训项目二:
模拟量采集与数据处理的综合应用
一)实训目的
1、掌握PLC中模拟量输入、输出的基本工作原理;
2、掌握数据处理指令的运用方法;
3、熟悉触摸屏的基本用法。
二)实训设备
PLC主机单元模块、电位器、万用表、EVIEW5000触摸屏、个人计算机PC、PC/PPI编程电缆。
三)实训项目原理与要求
1、用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器,假设当温度是0℃时,对应电位器输出0V电压,假设当温度是100℃时,对应电位器输出电压10V电压。
用FX2N-2AD、2DA的模拟量输入通道采集电位器电压,进行标度变换,将转换后的温度值存储在变量存储器中,并在触摸屏上显示出具体温度。
2、用PLC模拟量输出通道控制电动执行器,执行器开度设置为0%时,输出电压为0V,执行器开度为100%时,输出电压10V。
执行器开度控制量的多少采用触摸屏输入,观察模拟量输出的数值,并用万用表测量输出电压值。
四)实训项目的步骤
1、根据项目要求拟定I/O地址分配表,画出外部接线图,并进行接线图线路连接。
2、设计梯形图程序,调试并记录数据。
输入FX2N-2AD
输出FX2N-2DA
电压
CH2
温度值
执行器开度
CH1
电压V
0V
0
4V
40%
6V
60%
8V
80%
10V
100%
三、综合型自主实训项目:
微型加热器自动恒温控制系统设计
一)实训项目工艺要求:
本课题要求设计微型加热器温度控制系统,具体要求是:
微型温控系统将1~5VDC的电压信号(或4~20mA的电流信号)经输入信号变换电路,控制PWM脉冲调宽电路,以开关方式改变电热元件的加热功率,从而改变电炉温度,该炉温被AD590型集成温度传感器检测后,给出与炉温(绝对温度)成比例的测量信号,此信号经放大后送到输出电路,变成4~20mA、1~5VDC的测量信号供用户自由选用。
该温度被控对象是一个一阶惯性环节加纯滞后的典型被控对象,该对象的纯滞后时间,约为15秒,该对象的惯性时间常数,约为180秒左右,
要求进行恒温控制,由触摸屏上输入设置温度值,控制的范围为室温至80℃,控制精度取±1℃(采样时间可适当调低以达到控温精度,若实在达不到,可以适当降低控温精度),应采用PID指令作为控制算法,温度设定值SP及当前值PV应显示在触摸屏上。
加热器模块介绍:
1、电源加热器电源,接DC24直流电。
2、输入加热器的控制调节输入信号。
信号输入接线端子接PLC的模拟量输出AO端,只有1点AO。
(通过编程,限定AO端输出为0~5V。
)
3、输出加热器的温度输出信号。
信号输出接线端子可接PLC的模拟量输入AI端,有A、B端,2点AI。
(通过编程,转换为温度(单位℃),在触摸屏上进行显示)
4、输入指示由PLC模拟量输出AO指令输出到加热器上的输入电压,0~5V。
5、输初指示加热器输出的温度显示,0~100%(℃)。
6、“零位”调节旋钮使用前先进行调零,在输入端加1V电压,一边观察输出指示电表,一边调节“零位”旋钮,使得输出指示电表大约在25℃(室温)处。
7、“增益”调节旋钮进行满功率加热,即使得PLC的AO电压为+5V。
一边观察输出指示电表,观察温度的变化情况。
大约等待10分钟,这时观察输出指示电表是否在90℃(最高温度)处,若不在,可调节“增益”旋钮达到。
二)实训目的
通过本次实训使学生掌握:
1)Step7-Micro/Win32编程软件的使用方法和梯形图、SFC图编程语言的运用;2)实际程序的设计及实现方法;3)程序的调试和运行操作技术。
从而提高学生对PLC控制系统的设计和调试能力。
三)实训内容与要求
1、通过基本实验熟悉与本设计相关的控制模块的应用;
2、微型加热器自动恒温控制系统设计;
3、硬件接线图;
4、采用顺序功能图(SFC图)进行设计或经验设计法,程序清单;
5、设计触摸屏上位机监控画面,能输入设置温度、显示当前温度等。
四、实训报告要求
报告应采用统一的报告纸书写,应包括评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献(并按此顺序装订)。
报告中提供如下内容:
1、目录
2、正文
(1)实训任务书;
(2)实训内容,三个任务分别写
a、每个实训任务的总体设计方案(应有PLC的选型及依据)
b、I/O分配表,PLC外部接线图,程序中使用的元件及功能表;
c、程序控制的SFC图、梯形图或指令表清单,注释说明;
d、调试、运行及其结果;
3、收获、体会
4、参考文献
(注意实训报告原则上手写,允许打印,但雷同者以零分处理)
五、实训进度安排
周次
工作日
工作内容
第
一
周
1
布置实训任务,查找相关资料,熟悉实验台。
2
完成两个基础实训项目。
3
根据综合型实训任务,完成总体设计方案(硬件选型、分配IO点等)
4
完成硬件接线,编写程序并调试
5
编写程序并调试
第
二
周
1
编写程序并调试
2
编写程序并调试
3
编写程序并调试及准备实训报告
4
完成报告,及时上交
5
答辩
本实训共需两周时间
六、实训考核办法
本实训满分为100分,其中实训平时表现(含2个基础实训项目完成情况)30%、综合型实训项目答辩50%,实训报告20%。
第一章基础实训项目一:
变频器对电机运动控制
1.1变频器的面板操作与运行
1.1.1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。
1.1.2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。
1.1.3相关知识点:
1).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。
2).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1-1。
表1-1基本操作面板(BOP)修改设置参数流程
操作步骤
BOP显示结果
1
按
键,访问参数
2
按
键,直到显示P1000
3
按
键,直到显示in000,即P1000的第0组值
4
按
键,显示当前值2
5
按
键,达到所要求的值1
6
按
键,存储当前设置
7
按
键,显示r0000
8
按
键,显示频率
1.1.4任务训练:
1).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。
2).操作方法和步骤
1.按要求接线
系统接线如图1-1所示,检查电路正确无误后,合上主电源开关QS。
图1-1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1-2。
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。
表1-2电动机参数设置
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设定用户访问级为标准级
P0010
0
1
快速调试
P0100
0
0
功率以KW表示,频率为50Hz
P0304
230
380
电动机额定电压(V)
P0305
3.25
1.05
电动机额定电流(A)
P0307
0.75
0.37
电动机额定功率(KW)
P0310
50
50
电动机额定频率(Hz)
P0311
0
1400
电动机额定转速(r/min)
(3)设置面板操作控制参数,见表1-3。
表1-3面板基本操作控制参数
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0010
0
0
正确地进行运行命令的初始化
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0700
2
1
由键盘输入设定值(选择命令源)
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1000
2
1
由键盘(电动电位计)输入设定值
P1080
0
0
电动机运行的最低频率(Hz)
P1082
50
50
电动机运行的最高频率(Hz)
P0003
1
2
设用户访问级为扩展级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1040
5
20
设定键盘控制的频率值(Hz)
P1058
5
10
正向点动频率(Hz)
P1059
5
10
反向点动频率(Hz)
P1060
10
5
点动斜坡上升时间(s)
P1061
10
5
点动斜坡下降时间(s)
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。
1.2变频器的外部运行操作
1.2.1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。
1.2.2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。
下面为变频器的外部运行操作相关知识。
1.2.3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2-1所示。
图2-1MM420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2-1。
表2-1MM420数字输入端口功能设置表
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
9
故障确认
10
正向点动
11
反向点动
12
反转
13
MOP(电动电位计)升速(增加频率)
14
MOP降速(减少频率)
15
固定频率设定值(直接选择)
16
固定频率设定值(直接选择+ON命令)
17
固定频率设定值(二进制编码选择+ON命令)
25
直流注入制动
1.2.4任务训练:
一、训练内容
用PLC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、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
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2-2。
表2-2变频器参数设置
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0700
2
2
命令源选择“由端子排输入”
P0003
1
2
设用户访问级为扩展级
P0004
0
7
命令和数字I/O
*P0701
1
1
ON接通正转,OFF停止
*P0702
1
2
ON接通反转,OFF停止
*P0703
9
10
正向点动
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1000
2
1
由键盘(电动电位计)输入设定值
*P1080
0
0
电动机运行的最低频率(Hz)
*P1082
50
50
电动机运行的最高频率(Hz)
*P1120
10
5
斜坡上升时间(s)
*P1121
10
5
斜坡下降时间(s)
P0003
1
2
设用户访问级为扩展级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
*P1040
5
20
设定键盘控制的频率值
*P1058
5
10
正向点动频率(Hz)
*P1059
5
10
反向点动频率(Hz)
*P1060
10
5
点动斜坡上升时间(s)
*P1061
10
5
点动斜坡下降时间(s)
3.变频器运行操作
(1)正向运行:
当PLC输出使变频器数字端口“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PLC输出使变频器数字端口“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PLC输出使变频器数字端口“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。
(4)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。
1.3变频器的模拟信号操作控制
1.3.1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。
1.3.2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。
1.3.3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。
1.3.4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、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3-1所示。
图3-1MM420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3-1。
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3-1电动机参数设置
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0010
0
1
快速调试
P0100
0
0
工作地区:
功率以KW表示,频率为50Hz
P0304
230
230
电动机额定电压(V)
P0305
3.25
0.9
电动机额定电流(A)
P0307
0.75
0.4
电动机额定功率(KW)
P0308
0
0.8
电动机额定功率(COS¢)
P0310
50
50
电动机额定频率(Hz)
P03111
0
1400
电动机额定转速(r/min)
(3)设置模拟信号操作控制参数,模拟信号操作控制参数设置见表3-2。
表3-2模拟信号操作控制参数
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0700
2
2
命令源选择由端子排输入
P0003
1
2
设用户访问级为扩展级
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0701
1
1
ON接通正转,OFF停止
P0702
1
2
ON接通反转,OFF停止
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1000
2
2
频率设定值选择为模拟输入
P1080
0
0
电动机运行的最低频率(HZ)
P1082
50
50
电动机运行的最高频率(HZ)
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0~1500r∕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。
第二章基础实训项目二:
模拟量采集与数据处理的综合应用
2.1实训目的
1、掌握PLC中模拟量输入、输出的基本工作原理;
2、掌握数据处理指令的运用方法;
3、熟悉触摸屏的基本用法。
2.2实训设备
PLC主机单元模块、电位器、万用表、EVIEW5000触摸屏、个人计算机PC、PC/PPI编程电缆。
2.3实训项目原理与要求
1、用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器,假设当温度是0℃时,对应电位器输出0V电压,假设当温度是100℃时,对应电位器输出电压10V电压。
用FX2N-2AD、2DA的模拟量输入通道采集电位器电压,进行标度变换,将转换后的温度值存储在变量存储器中,并在触摸屏上显示出具体温度。
2、用PLC模拟量输出通道控制电动执行器,执行器开度设置为0%时,输出电压为0V,执行器开度为100%时,输出电压10V。
执行器开度控制量的多少采用触摸屏输入,观察模拟量输出的数值,并用万用表测量输出电压值。
2.4实训项目的步骤
1、根据项目要求拟定I/O地址分配表,画出外部接线图,并进行接线图线路连接。
程序梯形图
2、设计梯形图程序,调试并记录数据。
输入FX2N-2AD
输出FX2N-2DA
电压
CH2
温度值℃
执行器开度
CH1
电压V
0V
0
0
0
0
-0.27
4V
1375
34
40%
1600
3.95
6V
2156
53
60%
2400
6.07
8V
2926
73
80%
3200
8.19
10V
3681
92
100%
4000
10.32
第三章综合型自主实训项目:
微型加热器自动恒温控制系统设计
3.1实训项目工艺要求
本课题要求设计微型加热器温度控制系统,具体要求是:
微型温控系统将1~5VDC的电压信号(或4~20mA的电流信号)经输入信号变换电路,控制PWM脉冲调宽电路,以开关方式改变电热元件的加热功率,从而改变电炉温度,该炉温被AD590型集成温度传感器检测后,给出与炉温(绝对温度