自控系统和PLC综合实习实习报告模板.docx

1、自控系统和PLC综合实习实习报告模板自控系统及PLC综合实习第一部分 实习相关说明一、实习目的1、掌握可编程序控制器的操作方法。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、实习要求1、认真阅读此指导书，了解PLC系统组成和工作原理。2、实习前理清好实习内容的思路以及所要使用的方法。3、能够独立完成PLC和变频器之间的硬件接线。4、测试通信连接正常。5、学习可编程序控制器的STEP7编程软件及编程语言，试编辑简单的电动机控制应用程

2、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。8、认真写实习报告。三、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画面，将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、实习方法1、通信方式：通过MPI通信实现。2、控制方式有两种：（1）本地的操作面板控制

3、。（2）远程的WinCC画面监控。五、实习地点校内PLC实习基地，即在电信学院一楼PLC实验室。六、安全注意事项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。第二部分 实习预备知识1、变频器结构和基本原理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

4、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”。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。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。逆变器同整流器相反，逆变器

5、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。 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

6、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。二、PLC设备及编程软件STEP7（一）S7-300模块S7-300 PLC 一、S7-300 系统硬件主要包括以下几个部分： 1、 信号处理模块； 2、 接口模块； 3、 功能模块； 4、 CPU 中央处理器； 5、 通讯处理器 6、 通讯网卡1信号处理模块 信号处

7、理模块主要分为四类：开关量输入DI、开关量输出DO、模拟量输入AI、模拟量输出AO 经常使用的开关量输入模块名称和性能 SM321 16点输入，24V DC；13-30V 为信号1；-305V为信号0； SM321 16点输入，120V/230V AC；79-264V 为信号1；040V为信号0； 经常使用的开关量输出模块名称和性能 SM322 16点输出，24V DC；信号1时输出L+-0.8V； 每通道的最大输出电流0.5A; 阻性负载的最高输出频率100HZ,感性为0.5HZ;带短路电子保护； SM322 8点输出，继电器接点；信号1时输出接点闭合；信号0时输出接点断开；接点容量8A（2

8、30V AC）或5A （24V DC）； 经常使用的模拟量输入模块名称和性能 SM331 8点模拟量输入；用于电阻测量时，为4点； 输入信号类型：电压 +-80毫伏; +-250毫伏;+-500毫 伏;+-1V;+-2.5V;+-5V;1-5V;+-10V; 电流 +-10毫安;+-20毫安;0-20毫安;4-20毫安; 电阻 150欧姆;300欧姆;600欧姆 热电偶 E,N,J,K型 热电阻 Pt100 标准,Ni100标准 分辨率:14位 经常使用的模拟量输出模块名称和性能 SM332 4点模拟量输出; 信号类型：电压输出0-10V；+-10V；1-5V； 电流输出4-20MA；+-20

9、MA；0-20MA 分辨率:12位2接口模块 接口模块主要用于连接多机架的PLC系统，即一个S7-300 PLC系统的信号模块如果超过8块，就必须配置接口模块进行扩展。 经常使用的接口模块名称和性能 IM360/IM361 接口模块是最为理想的扩展方案； IM360插入到CR（中央机架，CPU所在的机架）； IM361插入到ER（扩展机架，扩展信号模块所在的机架）； 使用IM360/IM361 接口模块最多可以扩展3个机架，既一个传统的PLC系统最多处理32个信号模块；3功能模块 计数器模块；可直接连接增量编码器，实现连续、单向和循环记数； 步进电机控制模块；和步进电机配套使用，实现设备的定位

10、任务； PID控制模块；实现温度、压力和流量等的闭环控制4 CPU 中央处理器 S7-300总共有8种不同的CPU； CPU312 IFM ，带集成的数字输入/输出的紧凑型CPU，用于带或不带模拟量的小系统，最多8个模块； CPU313用于有更多编程要求的小型设备； CPU314IFM，带有集成的数字和模拟输入/输出的紧凑型CPU； CPU 314 用于安装中等规模的程序以及中等指令执行速度的程序； CPU 315/315-2DP 用于要求中到大规模的程序和通过PROFIBUS-DP进行分布式配置的设备； CPU316 用于有大量编程要求的设备； CPU318-2 用于有要求极大规模的程序和通

11、过PROFIBUS-DP进行分布式配置的设备； CPU315-2DP 和CPU313 的重要性能参数比较： 序号 参数名称 CPU313 CPU315-2DP 1 工作存储器 12K字节/4K语句 64K 2 装载存储器 20K字节 96K内置 3 块数量 128FC/128FB/127DB 192FC/192FB/255DB 4 位存储器 2048 2048 5 记数器 C1-C64 C1-C64 6 定时器 T1-T128 T1-T128 7 数字I/O总数 256通道 8192 8 模拟I/O总数 64I/32O 512 9 支持的软件 STEP7 STEP7/SCL/CFC 10 PR

12、OFIBUS-DP口 无 有5通讯处理器 常用的通讯处理器包括：PROFIBUS-DP处理器、PROFIBUS-FMS处理器和工业以太网处理器; PROFIBUS-DP处理器名称：CP342-5; 用于连接SIEMENS S7-300和PROFIBUS-DP的主/从的接口模块; 通过PROFIBUS简单的进行配置和编程; 支持的通讯协议：PROFIBUS-DP、S7通讯功能、PGOP通讯; 传输率：9 .612 Mbit/s自由选择; 主要用于和ET200子站配合,组成分布式I/O系统; PROFIBUS-FMS处理器名称：CP343-5; 用于连接SIEMENS S7-300和PROFIBU

13、S-FMS的接口模块; 通过PROFIBUS简单的进行配置和编程; 支持的通讯协议：PROFIBUS-FMS、S7通讯功能、PGOP通讯; 传输率：9 .61.5Mbit/s自由选择; 主要用于和操作员站的连接; 工业以太网处理器名称：CP343-1; 用于连接SIEMENS S7-300和工业以太网接口模块;10/100M bit/s全双工,自动（2）STEP7编程软件的使用STEP7 编程软件的使用STEP 7 是 SIEMENS SIMATIC 工业软件中的一种， 它是用于对 SIMATIC PLC 进行组 态和编程的软件包。STEP 7 提供了几种不同版本以适应不同的应用和需求。 ?

14、STEP 7 Micro/DOS、STEP 7 Micro/WIN： 适用于 S7-200 系列 PLC 的编程、组态软件 包； ? STEP 7 Lite： 适用于 S7-300、C7 系列 PLC、ET200X 和 ET200S 系列分布式 I/O 的编 程、组态软件包； ? STEP 7 Basis：适用于 S7-300/S7-400、M7-300/M7-400 和 C7 系列的编程、组态标准软 件包； ? STEP 7 Professional：除包含了 STEP 7 Basis 版本中的标准组件外，还包含了 STEP 7 扩展软件包，如 SCL、GRAPH 和 PLCSIM。 到目前

15、为止，STEP 7 Basis 的最新版本是 2004 年 2 月发布的 STEP 7 Basis V5.3。本书后 面的介绍都基于这个版本。提供 LAD(梯形图)、STL(语句表)、FBD（功能块图）三种编程 语言。编程设备（可以是编程器 PG 或者 PC）通过编程电缆与 PLC 的 CPU 模块相连，用户 可以在 STEP 7 中编写程序和对硬件进行组态，并将用户程序和硬件组态信息（详细内容见 8.5 节的实例）下载到 CPU，或者从 CPU 上传到 PG 或 PC，当程序下载、调试完成后，PLC 系统就可以自动执行各种任务了。 6.2.1 S7-300/400 用户程序的模块化结构 在讲

16、述 STEP 7 编程软件的使用之前，先简要说明一下 S7-300/400 用户程序的模块化结 构。这是编写 S7-300/400 用户程序的基本知识，同时与 STEP 7 软件密切相关。 西门子公司 S5、S7 系列 PLC 采用的是“块式程序结构” ，用“块”的形式来管理用户 编写的程序及程序运行所需要的数据，组成完整的 PLC 应用程序系统（软件系统）“块” 。 分为数据块和逻辑块。 1 数据块 在生产控制过程中常常会遇到很多过程数据、基准值、预置值，有些经常要进行修改， 把它们分类放置在不同数据块中有利于进行数据管理； 其次， 数据块也是各逻辑块之间交换、 传递和共享数据的重要途径；数

17、据块有丰富的数据结构，有助于高效管理复杂的变量组合， 提高程序设计的灵活性。 用户可以在存储器中建立一个或多个数据块，每个数据块可大可小，但 CPU 对数据块 数量及数据总量有限制，如 CPU314，其数据块数量上限为 127 个，数据总量上限为 8KB （8192Byte） 。 对数据块必须遵循先建立（定义）后使用的原则，否则将造成系统错误。 1）数据块的类型 数据块可分为共享数据块 DB 和背景数据块 DI 两类，它们有不同的用途。 共享数据块 DB 又称为全局数据块，在用户程序中任何 FB、FC 或 OB 均可读取存放在 共享数据块中的数据。 在共享数据块中声明的变量是全局变量 （在全局

18、符号表中声明的变量 也是全局变量） ，全局变量可以被所有的块使用编程软件背景数据块 DI（Instance Data Block）是指定给某个功能块 FB 使用的数据块，它是 FB 运行时的工作存储区，存放 FB 的部分运行变量。调用 FB 时必须指定一个相关的背景数 据块。作为规则，只有 FB 才能访问存放在背景数据块中的数据。 一般情况下，一个 FB 都有一个对应的背景数据块，但一个 FB 可以根据需要使用不同 的背景数据块。 如果几个不同的控制设备，具有不同的预设参数，但控制任务相似，就可以只编写一 个功能块， 而将不同的预设参数分别存储在不同的背景数据块中， 这样可以减少编程工作量。

19、如果几个 FB 需要的背景数据完全相同，可只定义一个背景数据块，供它们分别使用。 此外，通过多重数据块，可将几个 FB 需要的不同的背景数据定义在一个背景数据块中，以 优化数据管理。 背景数据块与共享数据块在 CPU 的存储器中是没有区别的，只是因为打开方式不同， 才在打开时有背景数据块和共享数据块之分。 一般来说， 任何一个数据块都可以当作共享数 据块或背景数据块来使用，但实际上一个数据块 DB 当作背景数据块使用时，必须与 FB 的 要求格式相符。 2）定义数据块 在编程阶段和程序运行中都能定义（即生成、建立）数据块。大多数数据块在编程阶 段和其他块一样，在 SIMATIC 管理器或增量编

20、辑器中生成。用户可以选择创建共享数据块 或背景数据块，创建一个新的背景数据块时必须指定它所属的功能块 FB。 定义数据块的内容包括数据块号及块中的变量（如变量符号名、数据类型、初始值等） 。 定义完成后， 数据块中变量的顺序及类型决定了数据块的数据结构， 变量的多少决定数据块 的大小。数据块在使用前，必须作为用户程序的一部分下载到 CPU 中。 背景数据块直接附属于功能块，它的数据结构等是自动生成的，例如当编好的 FB 存盘 时， 背景数据块中所含数据为功能块的变量声明表中所存数据。 功能块的变量决定了其背景 数据块的结构。背景数据块数据结构的修改只能在相关的功能块中进行，不能独自修改。对 于

21、背景数据块来说，用户可以修改变量的实际值。为修改变量的实际值，用户必须工作在数 据块的数据浏览形式中。 共享数据块不附属于任何逻辑块，它可含有生产线或设备所需的各种数值。定义时， 用户按其栏目，可输入想存放在数据块中的各种变量3）访问数据块 在用户程序中可能定义了许多数据块， 而每个数据块中又有许多不同类型的数据。 因此， 访问（读/写）时需要明确打开的数据块号和数据块中的数据类型与位置。 只有打开的数据块才能被访问。由于只有两个数据块寄存器（DB 和 DI 寄存器） ，所以 最多可以同时打开两个数据块：一个作为共享数据块，共享数据块的块号存储在 DB 寄存器 中；一个作为背景数据块，背景数据

22、块的块号存储在 DI 寄存器中。没有专门的数据块关闭 指令，在打开一个数据块时，先打开的数据块自动关闭。 打开和访问数据块的方法有两种：传统访问方法（即先打开后访问） ，合成指令法（即完 整地址法） 。 2 逻辑块 设计者在编程时， 将其程序用不同的逻辑块进行结构化处理， 也就是将程序分解为自成 体系的多个部分（逻辑块） ，每个逻辑块为不同设备的控制程序或不同功能的控制程序。程 序分块后有以下优点： ? 规模大的程序更容易理解； ? 可以对单个的程序进行标准化； ? 程序组织简化； ? 程序修改更容易； ? 由于可以分别测试各个部分，查错更为简单； ? 系统调试更容易。 逻辑块包括功能块 FB

23、、FC，组织块 OB，系统功能块 SFB、SFC。下面分别介绍。 1） 功能块 功能块中编写的程序是用户程序的一部分，这些程序可以被反复调用。 功能块由两部分组成。在功能块显示窗口可见到，上半部分是每个功能块的“变量声明 表” ，下半部分是编写的该功能块的程序。声明表中定义的局部数据分为“参数”和“局部 变量”两类。参数是在调用块和被调用块之间传递的数据，所以可定义一个参数为块的输入 值或块的输出值，或块的输入/输出值，同时要声明参数类型为输入、输出和输入/输出。局 部变量包括静态变量和临时变量（暂态变量） ，是仅供功能块本身使用的数据。 一个用户程序可以由多部分（子程序）组成，这些部分即不同

24、的块，而通过块调用可组 成结构化程序。进行调用时，调用块可以是任何逻辑块，被调用块只能是功能块? 功能块（FB） 功能块 FB 属于用户自己编程的块，相当于“子程序” 。它带有一个附属的 背景数据块 DI。传递给 FB 的参数和静态变量存在背景数据块中，临时变量存在 L 数据堆栈中。DI 随 FB 的调用而打开，随 FB 执行结束而关闭，所以存在 DI 中的数据不会丢失，但保存在 L 堆 栈中的临时数据将丢失。 FB 可以使用全局数据块 DB? 功能块（FC） 功能 FC 也是属于用户自己编程的块，但它是“无存储区”的逻辑块。FC 的临时变量 存储在 L 堆栈中，在 FC 执行结束后，这些数据

25、丢失。要将有关数据存储，功能 FC 可以使 用全局数据块 DB。 由于 FC 没有它自己的存储区，所以必须为它内部的形式参数指定实际参数。另外，不 能为 FC 的局域数据分配初始值。 2）组织块 组织块 OB 是操作系统与用户程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。 各型的 S7 CPU 各有一套可编程的 OB 块，各有所不同。例如 S7 CPU314 共有 13 种组织块。 不同的 OB 块由不同的事件起动，执行不同的功能，且具有不同的优先级，可用于控制循环 执行或中断执行（包括故障中断）及 PLC 起动方式等。 组织块的类型包括：? 起动特性组织块OB100，OB101，OB102

26、。? 主程序循环块 OB1。? 定期的时间中断组织块OB10OB17（日时钟中断） ；OB20OB23(延时中断)； OB30OB37( 循 环 中 断 ) 。 ? 事 件 驱 动 的 中 断 组 织 块 OB40OB47 （ 硬 件 中 断 ） ； OB80OB87(异步错误中断)；OB121OB122（同步错误中断） 。 OB1 是主程序块，由操作系统不断循环调用，在编程时总是需要的。可将所有程序放 入 OB1 中，或部分放入 OB1 中，再在 OB1 中调用其他块来组织程序。OB1 在运行时，操 作系统可能调用其他 OB 块以响应确定事件，其他 OB 块的调用实际上就是“中断” 。 一个

27、 OB 的执行可以被另一个 OB 的调用而中断。一个 OB 是否可以中断另一个 OB 由 它的优先级决定。高优先级 OB 可以中断低优先级的 OB，OB1 的优先级最低。 组织块中包含一个变量声明表和一个常规的控制程序。控制程序可以各不相同，但对 变量声明表中“局部数据”的类型应先进行限定说明。 OB 中局部数据的类型是有限定的。任何 OB 都是由操作系统调用而不能由用户调用， 所以 OB 没有输入、输出和 I/O 参数。由于 OB 没有背景 DB,所以也不能为 OB 声明任何静 态变量。因此 OB 的变量声明表中只能定义临时变量，OB 的临时变量的数据类型可以是基 本的或复合的数据类型以及数

28、据类型 ANY。对 OB 变量声明表的这一限定，用户应当注意。 3） 系统功能块 S7 CPU 为用户提供了一些已经编好、 通过了测试的程序块， 这些块称为系统功能 （SFC） 和系统功能块（SFB） 。它们属于操作系统的一部分，不需将其作为用户程序下载到 PLC， 用户可以直接调用它为自己的应用程序服务，不占用用户程序空间。系统功能块 SFB 与功 能块 FB 相似，必须为 SFB 生成背景数据块，并将其下载到 CPU 中作为用户程序的一部分。 图 6.2.2 为块的调用关系块的调用关系 不同的 S7 CPU 提供不同的 SFC、SFB 功能3、WinCC组态软件的使用第三部分 实习内容1、硬件接线二、变频器参数设置1、工厂复位 2、快速参数化3、专家应用的参数设置4、变频器和PLC之间连接的相关参数设置三、通过本地操作面板实现监控编写STEP7程序，使用本地的操作面板对电动机进行监控。1、操作面板简图2、STEP7程序设计步骤四、通过WinCC画面实现监控步骤1、编写远程WinCC控制的STEP7程序2、新建WinCC项目3、添加驱动程序和建立MPI连接4、在MPI连接下建立变量5、在图形编辑器中新建画面6、设置窗口属性7、运行