基于PPI通信的远程启动启动控制系统设计.docx
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基于PPI通信的远程启动启动控制系统设计
辽宁工业大学
PLC技术及应用课程设计（论文）
题目：
基于PPI通信的远程启动启动控制系统
院（系）：
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
起止时间：
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
教研室：
学号
学生姓名
专业班级
课程设计（论文）题目
基于PPI通信的远程启动启动控制系统设计
课程设计（论文）任务
课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数
实现功能
设计一个两台PLC构成的单主站网络系统。
1、A机作主站，B机作从站，组成单主站网络系统；
2、A机控制B机电动机星角启动；
3、星接5s以后断开星接接触器，延迟1s以后转换为角接控制。
设计任务及要求
1、进行系统选择和网络连接；
2、进行整个系统的硬件电路连接；
3、进行系统的通信初始化程序、通信程序；
4、上机调试、完善程序；
5、用MCGS组态界面实现监控；
6、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。
技术参数
电动机的相关参数为：
额定功率1Kw，额定电压380V，额定转速1450rpm。
进度计划
1、布置任务，查阅资料，确定系统的组成（1天）
2、设计电机主电路（1天）
3、建立I/O分配，完成外部接线设计（1天）
4、按系统的控制要求，完成梯形图设计（2天）
5、上机调试、修改程序（2天）
6、撰写、打印设计说明书（2天）
7、答辩（1天）
指导教师评语及成绩
平时：
论文质量：
答辩：
总成绩：
指导教师签字：
年月日
注：
成绩：
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
在工业控制自动化领域控制设备中，计算机之间与控制设备之间联网已经成为不可缺少的组成不分。
PLC作为工业控制装置，特别是作为现场级工业控制，PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其它智能设备之间的通信。
PLC系统与计算机可以直接或经过通信处理单元、通信转接器相连成网络。
S7-200支持多种协议，包括PPI协议、MPI协议等，其中PPI网络配置主要有单主站单从站PPI、多主站单从站的PPI等，单主站单从站是计算机通过PC/PPI电缆或者通信卡与S7-200PLC组成单主站单从站PPI网络。
星脚启动在生活中应用非常广泛，在三相异步电动机启动电路中，星-三角形换接启动可以防止过大的起动电流引起电源电压的波动。
我们可以用S7-200PLC单主站单从站的方式控制星角的换接启动。
关键字:
S7-200；星-角启动；PPI主从通信；
目录
第1章绪论1
第2章设计方案3
2.1系统功能分析3
2.1系统组成整体结构3
第3章硬件设计4
3.1电机星脚启动的电路设计4
3.2PLC的I/O编址与外部接线5
第4章软件设计8
4.1系统流程图8
4.2系统梯形图8
4.3MCGS仿真13
第5章系统模拟调试或仿真15
第6章总结17
参考文献18
第1章绪论
目前，工业中原动力主要由电动机提供，电动机可分为直流和交流电机。
由于直流电机和交流电机的特点又决定了机械设备的动力大多由交流异步电机提供，尤其以鼠笼式电机居多。
根据统计，在电网的总负载中，动力负载约占59%，而异步电机则占总动力负载中的85%，由此可见异步电动机在工农业中的重要性，异步电机的应用范围是非常广的，容量从几十瓦一直到几千瓦，应用在各种行业，例如，在工业方面，中小型的轧钢设备都采用异步电机，它也被广泛地用在各种机床上和在各种轻工业中作为一般的动力装备。
在矿山上，它常用来拖动卷扬机和鼓风机等。
在农业方面，它被用来拖动水泵和其它副产品加工机械。
此外，它在人民日常生活中也越来越占重要地位，例如电扇，冷冻机，和各种医疗机械钟也都采用异步电机。
总之，异步电动机应用范围广，需要量大，而且随着电气化自动化的发展，它在工农业生产和人民生活中的重要性也将逐步增大。
中小型异步电动机可采用直接启动方式。
启动时将电动机的定子绕组直接接到额定电压的交流电源上。
对较大功率的电动机，当其容量超出供电变压器容量的一定比例时，应采用降压启动方式，以防止过大的起动电流引起电源电压波动。
三相异步电动机定子侧降压启动常用的方法有：
定子串联电阻、定子串联自耦变压器、星-三角形降压启动、延边三角形降压启动等。
线绕式转子异步电动机可以采用转子串电阻启动。
星-三角形换接降压启动仅用于正常运转是绕组为三角形接法，绕组线电压为380V的电动机。
启动时将定子绕组接成星形，加在电动机每项绕组上的电压为线路电压的1/3，为降压启动。
星形连接经一定延时，当转速上升到接近额定转速时，再将绕组换接成三角形，接入全电压。
S7-200是德国西门子公司生产的小型PLC，它的功能经过改善之后已经成为当代社会的主流产品，它有以下优点：
（1）可靠性高，抗干扰能力强；高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
（2）配套齐全，功能完善，适用性强；近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎；PLC作为通用工业控制计算机，它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
（5）体积小，重量轻，能耗低；以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，
是实现机电一体化的理想控制设备。
第2章设计方案
2.1系统功能分析
S7-200PLC提供的网络读/写指令，适用于S7-200PLC之间的联网通信，网络读/写指令只能由主站的PLC执行，从站PLC只需准备通信的数据，当某个S7-200PLC被定义为PPI主站模式时，该S7-200PLC就可以应用网络读/写指令对另外的S7-200PLC进行读/写操作。
编程用计算机的站地址为0两台S7-200PLCA机、B机的站地址分别为2、3在RUN模式下实现PPI通信；2号站作主站，3号站作从站；主站用启动按钮SB1和停止按钮SB2控制从站三相笼行异步电动机的星-角启动和停止；A机作主站，B机作从站，组成单主站网络系统；A机控制B机电动机星角启动；星接5s以后断开星接接触器，延迟1s以后转换为角接控制。
2.1系统组成整体结构
本系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。
硬件设计部分包括系统总框图、元器件的选择、外部接线图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。
软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计后，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的软件进行梯形图设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。
对本系统的控制特点进行分析：
通过两台PLC进行控制，分为主站和从站，通过PPI协议进行通信。
先进行星形起动10S后结束星形起动，延迟1S防止短路，然后进行三角形起动。
在电动机星形-三角形减压起动控制中，输入信号有停止按钮SB1、起动按钮SB2,热继电器触点FR,输出信号有主接触器KM、星形接触器KMY、三角形接触器KM△。
图2-2结构框图
第3章硬件设计
3.1电机星脚启动的电路设计
Y-△降压启动也称为星三角降压启动，简称星三角降压启动，如图3-1所示。
可以看到主电路中有三组主触点，其中接触器KM2和KM0主触点一定不能同时闭合，意味着电源将被短路。
所以，控制线路的设计必须保证一个接触器吸和时，另一个接触器不能吸和，这就叫做互锁。
也就是说KM2和KM0两个接触器需要互锁。
通常的方法是在控制线路中解除其KM2与KM0线圈的支路里分别串联对方的一个动断辅助触电。
这样，每个接触器线圈能否被接通，将取决于另一个接触器是否处于释放状态，如解除其KM2已接通，它的常闭触点把KM3线圈的电路断开，从而保证KM2和KM0两个接触器不会同时吸合。
这一对常闭触点叫做互锁触点。
图3-1星形-三角形气动控制电路
Y-Δ降压启动控制线路的工作原理如下：
合上电源开关QS，按下启动按钮SB2，这时，接触器KM1、KM2时间继电器KT线圈通电，接触器KM1主触点和自锁触点均闭合。
电动机按Y形接法启动，经过所整定延时时间后，时间继电器KT的常开触点闭合和常闭触点断开，使接触器KM2线圈断电，接触器KM2主触点断开，电动机暂时断电，同时接触器KM2互锁触点闭合，使得接触器KM0线圈通电，接触器KM0主触点和自锁触点闭合，电动机改为三角形连接，然后进入稳定运行，同时接触器KM0互锁触点断开，使时间继电器KT线圈断电。
Y接法的启动的电流仅为Δ接法的三分之一，从而限制了启动电流，但是Y接法的启动转矩为Δ接法的三分之一，所以Y-Δ启动只适用空载或轻载启动。
这种方法适用在正常运行时绕组是三角接法的电机。
电机定子的六个线头都引出来，接到换接开关上。
在启动时先将定子接成星型，这时加在每相绕组上的电压将为额定电压的倍，待启动完成后再改接到三角接法，加上额定电压。
三相异步电动机Y－△降压控制接线安装注意事项：
1、Y－△降压启动电路，只适用于△形接线，380V的鼠笼异步电动机。
不可用于Y形接线的电动机应为启动时已是Y形接线，电动机全压启动，当转入△形运行时，电动机绕组会应电压过高而烧毁。
2、接线时应先将电动机接线盒的连接片拆除。
3、接线时应特别注意电动机的首尾端接线相序不可有错，如果接线有错，在通电运行会出现启动时电动机左转，运行时电动机右转，应为电动机突然反转电流剧增烧毁电动机或造成掉闸事故。
4、如果需要调换电动机旋转方向，应在电源开关负荷侧调电源线为好，这样操作不容易造成电动机首尾端接线错误。
5、电路中装电流表的目的，是监视电动机起动、运行电流的，电流表的量程应按电动机额定电流的3倍选择。
3.2PLC的I/O编址与外部接线
在电动机星形-三角形减压启动控制中，输入信号有停止按钮SB1、启动按钮SB2,热继电器FR,输出信号有主接触器KM、星形接触器KMY、三角形接触器KM△，其I/O地址分配表如表3-3所示。
表3-1CPU224可用的I/O点数
输入
输出
I0.0
I1.0
Q0.0
Q1.1
I0.1
I1.1
Q0.1
Q1.2
I0.2
I1.2
Q0.2
I0.3
I1.3
Q0.3
I0.4
I1.4
Q0.4
I0.5
I1.5
Q0.5
I0.6
Q0.6
I0.7
Q0.7
表3-2输入/输出信号及I/O分配表
主站
从站
起动按钮SB1接I0.0
控制从站电动机Y/△起动
Q0.0:
控制从站电动机主接触器线圈KM0
停止按钮SB2接I0.1;停止从站电动机运行
Q0.1：
控制从站电动机Y联结接触器线圈KM1
Q0.0：
从站电动机Y联结起动的指示灯
Q0.2控制从站电动机△联结接触器线圈KM2
Q0.1:
从站电动机△联结正常运行的指示灯
KM1辅助常开触点接I0.0：
监视从站是否Y联8结起动
KM2辅助常开触点接I0.1：
监视从站是否△联结运行
表3-3I/O地址分配表
输入
输出
名称
地址编号
符号
名称
地址编号
符号
启动按钮
I0.0
SB1
主接触器
Q0.0
KM
停止按钮
I0.1
SB2
星形接触器
Q0.1
KMY
热继电器触点
I0.2
FR
三角形接触器
Q0.2
KM△
在电动机星形-三角形减压起动控制中，系统的输入/输出信号较少，选用S7-200CPU224即经济且可以满足要求。
根据输入/输出信号及地址分配，进行PLC与输入/输出信号的外部连线如图3-2所示。
图3-2电动机星形-三角形起动PLC外部接线图
在图3-2中，PLC输出端KMY和KM△两个接触器之间仍然采用硬互锁需要注意的是，今后在使用PLC进行电动机控制时，为了避免发生电源相间短路故障，应该同时使用软互锁和硬互锁，以提高系统的安全性。
第4章软件设计
4.1系统流程图
利用S7-200PLC的PPI通信协议的网络读/写功能实现主站控制从站完成主从通信。
网络读NETR指令功能：
通过指定的通信端口，读取远程设备的数据，并存储在数据表中。
网络写NETW指令功能：
通过指定的通信端口，向远程设备写入数据表中的数据。
图4-1系统结构流程图
4.2系统梯形图
主站通信程序主要由初始化程序和控制程序组成，初始化程序完成通信协议选择、接受数据表和发送数据表参数的初始化设置；控制程序则循环执行网络读指令和网络谢指令、根据读取的数据控制指示灯、根据起动按钮和停止按钮组成控制从站星形-三角形起动和停止的命令字。
设置主站的接收数据表和发送数据表如表4-2。
表4-2主站接收数据表和发送数据表
接收数据表
发送数据表
VB100
网络指令执行状态
VB110
网络指令执行状态
VB101
3，从站地址
VB111
3，从站地址
VD102
&MB20,从站呗访问的数据首地址
VD112
&QB,从站被写入数据的数据区的首地址
VB106
1，读取字节数
VB116
1，发送的字节数
VB107
接收的从站数据
VB117
MB10，主站发送给从站的数据
主站程序：
从站程序：
4.3MCGS仿真
MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，通用监控系统）是一套基于Microsoft的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系统。
MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。
组态软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。
它基于MicrosoftWindowsXP/NT/2000操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。
采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。
它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。
4-2星三角启动人机界面
4-3按下启动按钮后的人机界面
4-4电机三角形运转
第5章系统模拟调试或仿真
主从站连线图
图5-1主从站连线图
主站接线图
图5-2主站连线图
从站电机接线图
图5-3从站接线图
第6章总结
设计主要研究的是远程站的的动机启动。
电机启动已经成为一个很普遍的问题，现在的点击启动手段也有很多种，如全压起动、定子串电阻或电抗减压起动、星形-三角形减压起动、自耦变压器减压起动等，对不同的环境要求采用不同的启动方式。
而控制器如今最为广泛的就是单片机与PLC。
其中单片机适用于中小型系统，其稳定性低，实时性高，经济适用，很适合人们日常生活中的温度检测。
PLC适用于大型系统，其稳定性好，实时性较高，使用方便，其不足在于成本较高不适宜家庭使用。
本设计要完成的目的是控制电动机的星形-三角形起动，电动机起动时，定子绕组接成星形联结，每相绕组的电压由额定380V降为220V，起动电流降为三角形联结起动电流的1/3.待机升速高到额定转速时改为三角形联结，直到稳定运行。
本设计是以德国西门子公司生产的S7-200型系列CPU224作为主要核心控制器件，设计中主要包括硬件电路的设计和软件程序的设计。
硬件电路的设计包括主电路的接线图和PLC与输入输出信号的外部端子接线图。
软件部分主要包括从站程序设计、主站程序设计。
通过硬件的设计，软件的调试，实现了基于PPI通信的远程站电机星形-三角形起动控制。
最后，通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。
明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己的综合素质。
参考文献
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