PLC课程设计自控系统及PLC综合设计.docx

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PLC课程设计自控系统及PLC综合设计

PLC课程设计报告

学院：

电子与信息工程学院

班级：

测控09-2

姓名：

xxx

学号：

xxxx

指导教师：

xxx

自控系统及PLC综合设计

一、设计目的

1、掌握可编程序空制器的操作方法。

2、熟悉基本指令与应用指令以及实习设备的使用方法。

3、掌握变频器主要参数设置。

4、掌握PC机、PLC和变频器之间的通信技术。

5、掌握WinCC组态软件的使用。

6、理论联系实际提高学生分析问题和解决问题的能力。

二、设计要求

1、认真阅读指导书，了解PLC系统组成和工作原理。

2、实习前清理好实习内容的思路以及所要使用的方法。

3、独立完成PLC和变频器之间的硬件接线。

4、测试通信连接正常。

5、学习可编程控制器STEP7编程软件及编程语言，试编辑简单的电动机控制应用程序。

6、通过调试来发现问题和解决问题。

7、验证程序的最终实现结果是否符合要求。

三、设计任务

1、将变频器和PLC通过导线进行连接。

通过变频器的控制面板进行参数设置。

根据I/O的定义，编写PLC程序，实现通过操作面板控制交流异步电动机起动，停止，正反转切换，并监视电动机的故障和运行状态。

2、做WinCC与PLC相连，实现在WinCC上对变频器的监控。

除了控制电动机起动，停止，正反转切换，监视电动机的故障和运行状态外，还要在WinCC画面上进行频率给定以及对实际频率的监视。

四、设计方法

1、通信方式有两种：

1）、通过MPI通信实现。

2）、通过Profibus-DP实现。

2、控制方式有两种：

1）、本地的操作面板控制。

2）、远程的WinCC画面监控。

五、实习内容的相关原理性知识

1、变频器工作原理

1）、变频器的作用

变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。

变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。

变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。

2）、变频器的组成

　　变频器通常分为4部分：

整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。

　　a、整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电。

　　b、高容量电容存储转换后的电能。

　　c、逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。

　　d、控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。

3）、变频器的控制方式

变频器的控制方式可采用恒压频比控制方式，也可采用矢量控制方式，具体的控制方式由参数P100进行设置。

a、恒压频比控制方式：

该控制方式，控制电路简单，成本较低，但系统性能不高，响应慢，尤其是低频时存在转矩低的问题，要适当提高定子电压以进行转矩补偿。

b、矢量控制方式：

该控制方式是经过坐标变换将定子电流进行电压分解，将直流电动机和交流电动机相等效，按照直流电动机的控制策略，再通过坐标反变换来控制异步电动机，具有较好的动态性能。

2、继电器工作原理

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

3、S7-300系列PLC工作原理

S7-300是一种通用型的PLC，其具有模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，这使得它能适应自动化工程中的各种应用场合，执行各种控制任务，因此其在实践中成为一种既经济又可靠的控制装置。

其主要模块为电源和CPU，我们本次实习所用的PLC为CPU314C-2DP，其中集成了数字量输入/输出和模拟量输入/输出。

CPU功能是：

执行用户程序；为S7-300背板总线提供5V电源；在MPI网络中，通过MPI与其他MPI网络节点进行通信。

数字量输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器。

数字量输入模块将从现场传来的的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。

输入电路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输入电流一般为数毫安。

数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机起动器等负载。

数字量输出模块将S7-300的内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平，同时有隔离和功率放大作用。

本实习中所使用的输入输出模块有两个。

六、实习内容及步骤

1、硬件接线

首先应该明白整个控制过程PLC—变频器—异步三相电动机，检测过程异步电动机—变频器—PLC。

1）、控制电动机的起停，正转，反转，速度给定，我们组设计方案如下表所示：

表1：

控制方式设计表

PLC（输出）

变频器（输入）

功能

Q0.0

数字量

7

数字量

起动

Q0.1

数字量

8

数字量

正转

Q0.2

数字量

9

数字量

反转

AO1V

模拟量

（1）

15

模拟量

（1）

频率给定

COM

公共端

16

公共端

2）、电动机运行和故障状态的检测以及其频率的反馈，我们组设计方案如下表所示：

表2：

检测方式设计表

变频器（输出）

PLC（输入）

功能

3

数字量

I0.0

数字量

运行状态

4

数字量

I0.1

数字量

故障状态

19

模拟量

（1）

AI1V

模拟量

（1）

频率反馈

20

AI1C

3）、变频器与PLC之间地和电源的接线

PLC的输入输出模块2的第1个管脚（电源）与变频器第1个管脚的

+24V相连，PLC的输入输出模块2的第20个管脚（地）与变频器的第1个管脚-24相连,由于要构成回路，继电器常开触点的另一端线号为24V-，与变频器的电源端子1相连（注意：

输入输出模块2右侧前八个数字量Q0.0—Q0.7输出经过了继电器隔离。

操作面板上的八个指示灯与这些继电器的一对常开触点相连，我们用的继电器是Q0.0—Q0.7所对应的，所以变频器的端子1一定要接到Q0.0—Q0.7中任意一个24V-对应的接口上，否则变频器与PLC之间无法接通）。

4）、变频器及电动机部分接线

电网来的三相交流电，首先经过断路器，然后连接变频器输入端，变频器输出端连接交流电动机的定子，给交流电动机供电。

变频器插槽上插有CUVC电子板以及CBP2通信板。

其中变频器的输入输出端子，引到接线柜的第一排黄色端子排上。

5）、PC机和PLC之间接线

PC机和PLC之间通过MPI电缆连接。

一端插在台式机的CP5611卡上，另一端插在PLC的MPI口上。

2、变频器参数设置

变频器参数设置主要包括4个方面：

a、参数恢复到工厂设置

工厂设置是装置所有参数被定义的初始状态，装置在这个设置下进行供货。

b、简单应用参数的设置

简单应用的参数设置常用于已准确了解了装置的应用条件且无需测试以及需要相关扩展参数进行补充的情况。

c、专家应用的参数设置

专家应用的参数设置经常用于事先不能确切了解装置的使用条件且具体的

参数调整必须在本机上完成的情况。

d、变频器和PLC之间连接的参数设置

在设置第四种参数之前我们对前三种参数也进行了一一设置，参考实习指导书了解了每个参数的意义。

如P100=3，P100表示输入开/闭环控制类型，其值为3表示选择的是无编码器的矢量控制方式。

若其P100=4，则表示有编码器的矢量控制方式，由于编码器测量不准，本次实习选择P100=3为变频器的控制方式。

还有如P368等重要的参数意义。

我们本次实习时根据自己的设计方案，对PLC和变频器之间的相关参数进行了如下设置：

1）、P60=7读取/随意存取

2）、P368=1选择设定值和命令源为端子排上模拟量/数字量输入

3）、选择具体的设定值、命令源

P554.1=18为ON/OFF1控制，选择数字量输入5（对应变频器X101的端子7）P443=11为速度给定，选择模拟量输入（对应变频器X102端子15、16）P571.1=20为正转使能控制，选择数字量输入6（对应变频器X101的端子8）P572.1=22为反转使能控制，选择数字量输入7（对应变频器X101的端子9）默认P640.1=148为模拟量输出，设置为n/f（act）[频率反馈]

P651=104为数字量输出1（对应X101的端子3），设置为运行

P652=107为数字量输出2（对应X101的端子4），设置为无故障

4）、P60=6写入（转入“Download”状态）

5）、P60=1返回到参数菜单

注意：

进行参数设置时一定要和自己的设计方案相对应，端子不一样，许多参数肯定不能一样，否则不能达到预期的效果。

还有在变频器面板上进行参数输入时一定要注意参数值和标号之间的区别与转换，以防出错。

3、通过本地操作面板实现监控

编写SETP7程序，使用本地的操作面板对电动机进行监控。

在编写程序之前一定要先弄清楚开关、指示灯与PLC之间输入输出关系，以达到预期的控制效果。

L1~L8对应PLC的Q0.0~Q0.7，通过8个隔离继电器进行隔离，用它们的常开触点开关进行控制。

SB1~SB8对应PLC的I2.0~I2.78个输入，这8个输入没有经过继电器隔离。

4、STEP7程序设计步骤：

1）、新建PLC项目。

新建文件，取一个名称，选择路径。

2）、在左边的浏览器窗口右击项目，选择插入对象，下面选择SIMATIC300Sation，插入S7-300站。

3）、硬件组态。

在硬件组态窗口中进行硬件组态。

在右侧的硬件目录窗口，单击SIMATIC300左边的+号，进行硬件组态。

选择机架RACK300下的Rail拖至左侧的硬件组态窗口。

4）、在槽1中组态电源：

PS3075A，在槽2中插入CPU，在CPU-300下选择CPU314-2DP，然后选择订货号6ES7314-6CF02-0AB0的CPU。

5）、在CPU314C-2DP上双击，打开属性对话框。

在接口框下点击属性（properties）按钮，选择MPI

（1），点击OK。

设置连接方式为MPI连接。

6）、地址的设置。

双击硬件组态窗口中DI24/DO16。

在地址选项卡下，去掉默认复选框，然后即可设置地址。

在此可设置起始地址为10。

7）、设置PG/PC接口。

在Step7软件的Option菜单下的"SetPG/PCInterface"中找到CP5611相关接口选项，进行连接属性的设置和诊断测试。

8）、建立符号表。

给变量起符号名，以便于理解和维护。

根据我们组的设计方案，建立的符号表如下表所示：

9）、下载与调试

将S7-300站下载到PLC中。

在硬件组态的DI24/DO16中，将Q0.0（起动）和Q0.1（正转）右侧的ModifyValue修改变量值按钮，使其强制修改变量的值生效。

使变频器启动。

右击硬件组态中的AI5/AO2，选择Monit