自控系统及PLC综合实习报告.docx

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自控系统及PLC综合实习报告

自动控制系统及PLC综合实习报告

一、实习内容

1、.将变频器和PLC通过导线进行连接。

2、通过变频器的控制面板进行参数设置。

3、根据I/O的定义，编写PLC程序，实现用PLC自动控制变频器，从而控制交流电动机。

4、做WINCC画面，将WINCC与PLC相连，实现在WINCC上对变频器的控制。

二、实习要求

1、将变频器和PLC通过导线进行连接。

2、通过变频器的控制面板进行参数设置。

3、学会使用PLC编程软件STEP7。

4、根据I/O的定义，针对硬件接线，定义符号表，进行PLC程序设计。

5、编写PLC程序。

6、PLC程序调试。

7、学会使用WINCC组态软件。

8、完成WINCC组态画面。

9、将WINCC与PLC相连。

10、在WINCC上实现对变频器的控制。

三、注意事项

（1）注意安全。

电动机很危险，要注意在电动机运行期间要远离电动机。

（2）在断电的情况下接线。

在变频器断电后也不能立即接线，要等3分钟后再接线，变频器中间直流环节有大的电容放电。

（3）尽量不要将不该拆的线拆掉。

（4）实习报告等到实习的内容完成后再写。

五、实习内容的原理性知识

（一）S7-300系列PLC的基本知识

概述

1、模块化中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用

2、大范围的各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务

3、由于简单实用的分散式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活

4、方便用户和简易的无风扇设计

5、当控制任务增加时，可自由扩展

6、由于大范围的集成功能使得它功能非常强劲

应用

1、S7-300是模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用。

2、模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。

3、多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。

4、当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。

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。

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。

数字量输入模块将现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。

输出电路中一般设有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、灯和电动机启动器等负载。

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。

（二）变频器的介绍

一、变频器的作用

变频器的直接作用：

通过改变电动机的电压和频率，使电机的速度可以无极调节。

软启动节能，功率因数补偿节能。

变频器的间接作用：

1.节能（节电）。

风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。

当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

降低电耗。

2.提高生产设备自动化程度。

当前有很多品牌的变频器，如：

杭州奥圣电气有限公司代理的日业变频器CM530系列在满足客户通用需求的前提下，通过扩展设计可以灵活地满足客户个性化要求、行业性要求满足各种复杂高精度传动的要求，同时为设备制造业客户提供高集成度的一体化解决方案。

二、变频器工作原理

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:

电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。

电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。

它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

1、整流器

最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。

也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。

2、平波回路

在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。

为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。

装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。

3、逆变器

同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。

以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。

4、控制电路

是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。

（1）运算电路：

将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。

（2）电压、电流检测电路：

与主回路电位隔离检测电压、电流等。

（3）驱动电路：

驱动主电路器件的电路。

它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。

（4）速度检测电路:

以装在异步电动机轴机上的速度检测器（tg、plg等）的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

（5）保护电路:

检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

六、实习内容

（一）变频器设置

参数设置步骤被分成三类：

♦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

♦简单应用的参数设置步骤

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。

♦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。

参数复位：

P053=6运行参数存取。

6表示允许通过PMU和串行接口SCom1变更参数。

P060=2选择“固定设置菜单”。

P366=0所希望的工厂设置的选择。

0表示具有PMU的标准设置，通过电动电位计MOP设定。

P970=0启动参数复位

快速参数化：

（1）菜单选择

P60=3菜单选择“简单应用的参数设置”

（2）选择变频器的进线电压

P71=365输入装置进线电压，单位V

（3）设置电动机的参数

P95=10输入电机类型

P100=3输入开/闭环控制类型（不带编码器的矢量控制，编码器的反馈值不接入速度环）（P100=4表示带编码器的矢量控制，编码器的反馈值接入速度环）

P101=380输入电机额定电压

P102=4.0输入电机额定电流

P107=50输入电机额定频率

P108=940输入电机额定转速rpm

P114=0控制系统的工艺边界条件

P383=0确定电机冷却方式

（4）选定设定值和命令源

P368=0选择设定值和命令源为PMU控制面板进行操作。

（5）启动简单应用的参数设置

P370=1根据选定的参数模块组合变化参数。

（6）用变频器面板控制电动机旋转

变频器和PLC之间连接的相关参数设置：

（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/OFF控制，选择数字量输入5

P443=11为速度给定，选择模拟量输入1

P571.1=20为正传使能控制，选择数字量输入6

P572.1=22为反转使能控制，选择数字量输入7

默认P640.1=148为模拟量输出，设置为n/f

默认P651=107为数字量输出1，设置为无故障。

默认P652=104为数字量输出2，设置为运行。

（4）P60=6写入。

然后显示  °021.

（5）P60=1返回参数菜单。

（二）使用STEP7编写程序

STEP7程序的主要设计步骤：

（1）新建项目。

新建文件，取名为dianji，选择存储路径。

（2）在左边的浏览器窗口右击项目，选择插入对象，下面选择SIMATIC300站点，插入S7-300站，如下图所示：

（2）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，点击SIMATIC300左边的+号，进行下面的硬件组态。

1）选择机架，右键单击空白处，然后选择SIMATIC300，在选择RACK300下的Rail。

如下图所示：

2）在槽1中组态电源：

PS3075A。

如下图所示：

3）在槽2插入CPU，在CPU－３００下选择CPU314C-2DP，然后选择订货号6ES7314-6CF02-0AB0deCPU。

如下图所示;

设置完如下图

（3）设置MPI连接。

设置CPU的连接属性为MPI连接，进行连接测试。

如下图所示：

（4）地址的设置。

组态后默认数字量输入输出的起始地址为124，可以将其修改为0，以便和实际地址相对应。

设置完如下：

（5）建立符号表。

给变量其符号名，以便与理解和维护。

根据实习的需要，建立如下符号表：

（6）编写程序如下：

启动和停止按钮控制电动机的启停程序

正转程序

反转程序

给定频率转换，然后通过ROUND模块，四舍五入到双精度整数。

取MD208的高位作为频率给定值

反馈频率的转换和输出

使用FC105模块将0~27648转换为0~50Hz，然后输出

（7）下载与调试

先S7-300站下载到PLC中，然后下载程序并进行调试。

（三）WINCC画面的设置

（1）新建WINCC项目

（2）添加驱动程序和建立MPI连接

添加SIMATIC　S７Pｒｏｔｏｃｏｌ　Sｕｉｔ驱动程序。

在MPI下建立新的驱动程序连接。

方法如下图所示：

然后弹出连接属性窗口，可以修改名称和计算机名字，如下图所示：

设置连接属性，将插槽号设置为２，如下图

（３）在MPI下建立变量

在WINCC中建立的变量地址要和STEP７中的变量地址相同，才能进行连接，我建立的变量如下：

（４）计算器属性设置如下

（５）在图形编辑器中新建画面

在画面中主要使用按钮，园，I／O域，静态文本。

根据设计的要求，我建立了如下ＷＩＮＣＣ画面：

画面中按钮的连接属性设置方法如下：

１右键单击按钮选择属性，进入属性设置画面

２本次操作使用鼠标左键控制，因此右键单击按左键选择直接动作，进入设置画面，设置结果如下图所示：

同样的方法设置释放左键，结果如下：

圆表示所对应的按钮处于被按下状态，圆的设置方法如下：

首先右键单击圆选择属性，在背景颜色处选择动态对话框，如下图所示

选择布尔型，在表达式／公式处选择要连接的变量名，在是／真处选择背景颜色绿色，其余指示灯设置方法一样。

设置结果如下：

I／O域用于频率的给定和反馈。

I／O域与变量的连接方法是，在I／O域属性的输出／输入属性中，右键单击输出值后的小灯，选择变量，如下图所示：

在建立的变量中添加所要显示的变量名，如下图：

在背景颜色处选择动态对话框可以设置动态效果，设置结果如下：

全部设置完成后点击运行，进入运行画面。

点击启动按钮，在点击正转，给定频率为２５Ｈｚ，运行画面如下：

反转运行画面如下：

（四）实习过程中遇到的问题

首先，由于对PLC实验设备接线不清楚，我开始设计方案中启动、正转、反转选择的是Q1.4-Q1.6，相应的启动回路作用的24V-也连接到了对应的端子上，但是下载程序后，运行时电机就是没有反应，后来在老师的帮助下才发现，原来实验设备连线时把电机的起停、正转、反转连接到了Q0.0-Q0.2上，经过改正后，点击能够正常的运转了。

其次，在把0-27648转换为0-50Hz的过程中，到最后始终遇到数据类型不一致的问题，还有在WINCC建立变量时变量类型选择的不对，导致显示的结果出错。

后来在老师的帮助下，用了好几种方法都实现了转换的过程，在这过程中学到了很多知识。

最后，就是在设置MPI属性中插槽号的时候遇到了问题，在开始的时候忘记了把插槽号设置为2，结果后来运行了总是连接不上，经过检查后发现没有设置插槽号，但是想修改时已经不能在该了，所以只能重新建立变量。

（五）实习总结

通过本次试验使我了解了PLC，PLC只在我的书本上学习过，其实对他的了解我还处在不懂得状态，但是在这次的试验后，我彻底的知道了他功能的强大，他很实用在很多的领域可以用到，学习PLC是一个很不出的途径，我们应该好好的学习和利用