自动控制系统与PLC综合实习实习报告.docx
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自动控制系统与PLC综合实习实习报告
自动控制系统与PLC综合实习
一、实习目的：
1.掌握SIEMENS-300、400型号PLC的编程软件STEP7的使用方法
2.掌握组态软件WinCC的使用方法
3.以变频器为控制对象，能够应用SETP7软件编程通过控制面板控制电机的启停、转速和电机的正反转
4.以变频器为控制对象，能够通过WinCC组态软件界面结合SETP7软件编程控制电机的启停、转速和电机的正反转
二、实习任务：
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，停止，正反转切换，并监视电动机的故障和运行状态。
2．做WinCC画面，将WinCC和PLC相连，实现在WinCC上对变频器的监控。
除了控制电动机的起动，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。
三实习方法：
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）本地操作面板控制。
2）远程的WinCC画面监控。
四、变频器和PLC工作原理
（一）变频器的结构与原理
西门子的6SE70系列变频器，SIMOVERTMasterDrives,其外观如图1所示。
图1SIMOVERT变频器
SIMOVERT变频器属于交-直-交电压型的变频器，如图2所示。
整流器部分采用二极管不可控整流装置，中间直流环节采用大电容滤波，逆变器采用全控型电力电子器件IGBT构成的PWM逆变器。
输出电压波形是与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲，逆变器的输出供给三相交流异步电动机定子供电，流过电动机的电流近似为正弦波。
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。
图2变频器的内部结构简图、输出电压、电流波形
其中X101上的端子1为变频器的24V电源，2为变频器的地。
3，4，5，6端子为数字量输入/输出端子，7，8，9为数字量输入端子。
X102上的15和16为模拟量输入1，17和18模拟量输入2。
19和20为模拟量输出1，21和22为模拟量输出2。
PMU为变频器的操作面板。
X300对应USS串口。
23，24，25，26，27，28对应脉冲编码器的端子。
（二）PLC设备及编程软件STEP7
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。
五、实习内容：
（一）硬件接线：
1、控制电机启停，正转，反转。
将PLC输出对应的继电器的常开触电和变频器数字量输入的端子相连接。
此处选择的PLC输出为Q0.0，Q0.1，Q0.2，变频器此处选择的为7,8,9三个数字量输出端。
继电器常开触点的另一端接24V-，与变频器的电源端子1相连，已构成回路。
2、运行和故障状态的检测
端子3为0时表示故障，端子4为1时表示运行。
1对应变频器的24V电源，2为变频器的地。
变频器的数字量输出此处选择3和4。
3、变频器频率给定
将PLC输出的模拟量和变频器输入的模拟量端子相连接，进行频率给定。
PLC模拟量输出端此处选择AOV1和COM，变频器模拟量输入端此处选择15和16。
4、频率反馈给PLC
将变频器输出的模拟量和PLC输入的模拟量端子相连，检测电动机实际的频率。
变频器模拟量输出端此处选择19和20，PLC模拟量输入端选择AI1V和AI1C，
5、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，变频器输出连接交流电动机的定子，给交流电动机供电。
变频器插槽上有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上。
6、PC机和PLC之间的接线
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。
（二）变频器参数设置
变频器参数设置包括以下4个方面：
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的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。
变频器和PLC之间连接的参数设置。
1、工厂复位
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设计。
P970=0启动参数复位
参数设置完成后，先按变频器操作面板上的绿色启动键，在暗红色停止键，使其回到初始菜单。
恢复到正常的状态为009（开机准备）。
然后再按绿色启动键，再按向上的绿头设置频率50Hz。
电动机以频率50Hz进行旋转。
2、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（变频器）进线电压，单位V
（3）设置电动机的参数
P95=10输入电机类型，为异步/同步IEC（国际标准）
P100=3输入开闭环控制类型（由于编码器测量不准，所以选择无编码器的矢量控制方式）
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输入点击额定转速rpm
P114=0控制系统的工艺边界条件
P382=0确定电机的冷却方式为自冷。
（4）选定设定值和命令源
P368=0选择设定值和命令源为PMU控制版面进行操作。
（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。
按P366进行自动工厂设置。
随后自动化进行参数设置（P115=1）。
（6）结束简单应用的参数设置。
（7）用变频器面板控制电动机旋转。
3、专家应用的参数设置
P060=5选择“系统设置”菜单
P068=0输出滤波器（无滤波器）
P071=365装置输入电压V
P095=10输入电机型式为异步/同步IEC（国际标准）
P100=3输入开/闭环控制类型为不带编码器的矢量控制。
P101=380输入电机额定电压
P102=4.0输入电机额定电流
P103=0电机的额定励磁电流。
此参数在P115=2/3/4时确定为66.1（%）
P107=50电机额定频率
P108=940输入电机额定转速rpm
P113=15.3电机额定转矩（额定功率/额定转速）
P114=0控制系统的工艺边界条件
P115=1计算电机模型“自动参数设置”
P130=10表示无编码器
P383=0电机热时间常数
P384.2=0电机过载停机门槛值
P350=4.0电流的参考量
P351=380电压的参考量
P352=50频率的参考量
P353=1000转速的参考量
P354=15.3转矩的参考量
P060=1回到参数菜单
P115=2计算机模型“静止状态电机辨识”
注意：
设置完P115=2后，按下P键后，出现警告信号“A087”，变频器必须在20秒内启动，即在20秒内按下绿色启动键。
在停车的电机辨识期间，逆变器脉冲释放，转子进行对中。
P115=4计算机模型“空载测量”
注意：
逆变器释放，电机流过电流，且转子旋转。
再按下“P”键后，出现警告信号“A080”.变频器必须在20秒内启动。
P536=50输入转速控制回路的动态性能
P115=5计算机模型“调节器优化”
注意：
逆变器释放，电机流过电流，且转子旋转。
在按下“P”键后，出现警告信号“A080”。
变频器必须在20秒内启动。
4、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/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5（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X101的端子8）
P572.1=22为反转使能控制，选择数字量输入6（对应X101的端子9）
P640.1=148为模拟量输出，设置为n/f（act）【频率反馈】
P651=107为数字量输出1（对应X101的端子3），设置为无故障。
P652=104为数字量输出2（对应X101的端子4），设置为运行。
（4）P60=6写入（转入“Doenload”状态）。
然后显示'021。
（5）P60=1返回到参数菜单。
（三）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。
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。
SEP7程序的主要设计步骤：
（1）新建项目。
新建文件，取一个名称赵元元，选择路径E盘。
（2）硬件组态。
插入S7-300站点，然后进入硬件组态窗口，组态机架、电源和CPU等等。
（3）设置MPI连接。
设置CPU的连接属性为MPI连接，进行连接测试。
（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。
（5）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：
符号名
地址
数据类型
注释
start
Q0.0
BOOL
起动
forward
Q0.1
BOOL
正转
reverse
Q0.2
BOOL
反转
runIndicator
Q0.3
BOOL
运行指示灯
faultIndicator
Q0.4
BOOL
故障指示灯
setpoint
PQW752
WORD
输出频率给定
actual
PIW752
WORD
变频器频率反馈
startButton
I2.0
BOOL
起动按钮
forwardButton
I2.1
BOOL
正转按钮
reverseButton
I2.2
BOOL
反转按钮
stopButton
I2.7
BOOL
停止按钮
runState
I0.1
BOOL
变频器的运行状态
faultState
I0.0
BOOL
变频器的故障状态
表1PLC程序符号表
（6）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Monitor/Modify，点击Monitor监视复选框，将PQW752的值修改为最大值27648对应50Hz。
修改变量，设置其频率给定为50Hz。
（7）程序设计
由于做WinCC画面控制时将程序中部分值修改，但是只要把相应的地址变量名进行修改就可以进行本地操作面板对电动机的控制。
具体程序参见WinCC后面相关程序。
（8）将程序进行下载监控，实际对操作面板进行操作，控制电动机的起动，停止，正反转切换和频率给定等。
检测电动机的运行、故障以及其实际的频率值等。
注意：
在用SETP7程序进行本地操作面板对电动机进行控制时，其实遇到了很多问题，刚开始是接线有问题在老师的检查帮助下，终于好使了，我们调试程序，试了好多遍，刚开始没有设置反转到正转的功能，后来重设计，终于实现了电机启停，正反转转换的功能。
（四）通过WinCC画面实现监控
1）编写远程WinCC控制的SETP7程序
要实现用WinCC进行监控，可以通过中间变量M，也可以用DB块来实现，我们实习中用的是通过中间变量实现的。
在编写程序前首先要建立中间变量的符号表。
2）新建WinCC项目
（1）添加驱动程序和建立MPI连接
添加SIMATICS7ProtocolSuit驱动程序，在MPI下建立新的驱动程序的连接。
设置连接属性，将插槽号设置为2。
（2）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，根据我们组的设计方案。
在画面中主要使用按钮、圆、I/O域、静态文本。
根据设计方案，我们设计的WinCC画面如下图1所示。
（a）按钮用于起动、停止、正反转切换。
在按钮事件下：
按左键处选择直接连接对话框，在其中的源中点击常数，输入1，目标中选择起动变量srart。
类似地在释放左键处选择源中为常数0，目标中同样选择起动变量srart。
同样建立停止、正转和反转按钮。
（b）圆表示故障和运行指示灯。
在圆的背景颜色处，选择动态对话框，选择布尔型，在表达式/公式处选择故障状态变量fault_state。
在是/真处选择背景颜色红色。
同样，制作运行状态的指示灯，选择绿色背景色。
（c）I/O域用于频率给定。
建立浮点数IEEE754内部变量与频率给定的输入/输出域相关联。
在输入/输出域的键盘释放处建立C动作。
将输入0-50Hz范围内的频率给定值在（浮点数），对应内部变量，转化到0-27648（无符号16位数）范围的数，通过模拟量输出端子输出。
（d）I/O域用于频率反馈。
在用于频率反馈的I/O域的输出值动态处建立C动作，将接收到的有符号16位数（最大值27648），转化成实际的频率值。
具体的C动作程序如下图2所示。
（e）静态文本用于表示故障、运行、频率给定和频率反馈。
（3）设置窗口属性
主要设置启动画面，将WinCC组态软件打开后，点击其左侧浏览窗口中的计算机，用鼠标右击右侧出现计算机名称，选择属性，出现窗口属性设置对话框。
在窗口属性对话框中，在图形运行系统选项卡下，选择启动画面和设置窗口属性，在窗口属性中设置窗口属性，可设置为标题、最大化和最小化。
（4）运行
运行WinCC程序，出现如上图所示设计的WinCC画面，点击起动，频率上显示0.000。
在频率给定处输入频率值，电动机以该频率运行，在频率反馈处显示电动机的实际频率。
在运行过程中点击我们所设计的按钮，电动机就以与其对应的方式进行运转或停止。
正常运行时运行指示灯显示红色，当电动机故障时，故障指示灯显示红色。
（5）本地与远程的整合
在WinCC控制画面中添加两个按钮本地和远程，实现本地控制和远程控制的切换，需在STEP7的OB1中添加FC2块，并添加如下程序段。
六、实习注意事项
1、电动机很危险，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，因为变频器中间直流环节有大的电容放电。
3、PLC通过弱电控制强电，要注意区分弱电和强电。
接线时不要将导线接在220V或380V的强电上。
七、实习感受
通过两周的PLC实习，使我掌握了SIEMENS-300、400型号PLC的编程软件STEP7的使用方法、软件WinCC的使用方法，以及如何以变频器为控制对象，通过控制面板控制电机的启停、转速和电机的正反转。
两周的实习时间虽然很短，但是我们收获的却很多。
实习开始时，我们以小组为单位，一起讨论研究老师交给我们的任务，在这个过程中，不仅仅考验我们的动手能力，还考验团队合作精神。
在实验中我们也碰到了许多问题，比如像程序编的不够理想，参数设置有误，电动机正反转之间不能正常转换，指示灯不正常显示等。
刚做实验时，我们组编写的程序没有根据设备的实际情况来考虑，导致设备不能正常运行，其中一处就是停止按钮常开和常闭的问题，后来进过戴老师的点拨，把程序里面的常闭改成常开就和实际的连线相对应了。
在调试程序的时候，按下启动按钮电动机不能正常运转，后来经过我们小组共同讨论研究和实际验证，发现是连接变频器的17、18号端子与设计的参数不对应的原因，导致线路不能正常接通，总是在运行界面显示一个红色的STOP，还有就是在频率给定和频率反馈的转换过程中，也出现了选择模块错误，没有考虑到模块的参数值等，最后在老师的指导下，我们终于把问题解决了，我们才发现，对于基础知识的理解是非常重要的。
在这个过程中，我们每个组员都有了自己的收获，这些东西都是书本上学不到的东西，体现出了实习对于我们的意义。
对实习教学的意见和建议
望学院多给学生提供这样的实习机会，以及增加实习时间，尽可能地为学生提供实践的平台，发挥学院资源的利用价值。
考勤记录
迟到天
旷课天
实到天
成
绩
考
核
实习态度
实习纪律
业务能力与水平
实习日记
和报告撰写规范
总成绩
五级分制
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报告
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作业、思考题
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