自控系统及PLC综合设计.docx

1、自控系统及PLC综合设计自控系统及PLC综合设计 专 业 班 级：学 生 姓 名：课 程 设 计 单 位：课程设计起止日期：指 导 老 师：工业自动控制中使用的可编程控制器种类很多，不同厂家的产品各有特点，他们虽有一定的区别，但作为工业标准的控制设备，可变程序控制器在结构组成、工作原理和编程方法等许多方面是基本组成的。本次课程设计主要学习PLC的应用及其编程。一、设计目的 1、掌握变频器主要参数设置。 2、熟悉基本指令与应用指令以及实习设备的使用方法。 3、掌握可编程序控制器的操作方法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

2、析问题和解决问题的能力。二、设计要求 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、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

3、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、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、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

4、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 设计预备知识一、通信技术 （一）变频器的通信方式 1、通过PMU操作面板通信。即通过操作面板对变频器和电动机进行参数设置。 2、通过端子通信。即通过数字量或模拟量输入/输出端子进行通信。 3、通过USS串口通信。PMU面板下面有串口，通过RS232或RS485串口线连接电脑的串口实现通信。 4、借助于CBP2 通信板，通过Profibus-DP通信。通过Profibus-DP总线连接PLC，PC和变频器。通信板如图2-1所示。通讯板上的三个LED指示灯(绿、黄、红)，用于显示变频器当前运行状态。按

5、照Profibus标准CBP通过9孔SUB D型插座连接到Profibus系统。（二）PC机和PLC之间的通信方式 1、借助于通信卡，通过MPI通信。一般台式机需要CP5611通信卡，笔记本需要CP5512通信卡。使用MPI电缆连接，一端插在电脑的CP5611(CP5512)上，另一端插在PLC的MPI口上。 2、借助于通信卡，通过Profibus-DP通信。同样需要CP5611或CP5512卡插在PC机上。使用Profibus-DP总线，一端插在PC机的通信卡上，另一端插在PLC的DP口上。 3、通过以太网进行通信，通过网线，借助于路由器或交换机，按照TCP/IP协议进行通信。 几种通信方式

6、的比较：MPI通信最简单。Profibus-DP通信的实时性好，而TCP/IP通信的信息量比较大。二、变频器结构和基本原理 （一）变频器的结构与原理 西门子的6SE70系列变频器，SIMOVERT Master Drives,其外SIMOVERT变频器属于交-直-交电压型的变频器，如图2-3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

7、控制方式，具体的控制方式由参数P100进行设置。（二）变频器的端子结构其中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。三、PLC设备及编程软件STEP7 （一）S7-300模块PLC使用西门子的S7-300，主要模块为电源和CPU，实验室的PLC为CPU 314C-2 DP，属于紧凑型，其中集

8、成了数字量输入/输出和模拟量输入/输出。 （二）输入/输出模块端子含义所示的X1为PLC的一个输入/输出模块。其中左侧对应模拟量输入/输出端子。共有5路模拟量输入端，2路模拟量输出端。模拟量输入/输出可以为电压信号，也可以为电流信号。其中线号末尾为V的表示电压，末尾为I的表示电流，末尾为C的表示公共端。X1右侧为8个数字量输入端。操作面板上的8个按钮连在PLC此处的8个数字量输入上。（三）STEP7编程软件的使用 1、新建PLC项目 （1）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2、硬件组态 在硬件组态窗口（图2-11）中进行硬件组态。在右侧的硬

9、件目录窗口，点击SIMATIC 300左边的+号，进行下面的硬件组态。 （1）选择机架RACK 300下的Rail拖至左侧的硬件组态窗口下。 （2）在槽1中组态电源：PS 307 5A。 （3）在槽2插入CPU，在CPU-300下选择CPU 314C-2 DP，然后选择订货号6ES7 314-6CF02-0AB0的CPU。3、其他设置 （1）在CPU 314C-2 DP上双击，打开属性对话框，如图2-12所示。在接口框下点击属性（properties）按钮，出现2-13所示的对话框，选择MPI(1)，点击OK。设置连接方式为MPI连接。（2）双击硬件组态窗口中DI24/DO16，出现图2-14

10、所示的对话框。在地址选项卡下，去掉系统默认复选框，然后即可设置起始地址。在此起始地址可设为0。（3）双击硬件组态窗口中AI5/AO2，出现图2-15所示的对话框。可修改模拟量输入输出的类型，范围。默认为V即电压类型，范围为+/-10V，参考频率50Hz。四、WinCC组态软件的使用 1、新建项目，起文件名，选择路径。 2、在浏览器中右击变量管理，如图2-16所示，选择添加新的驱动程序。出现2-17所示的对话框，选择SIMATIC S7 ProtocoSuite.chn文件即S7协议包驱动程序。3、在MPI下建立新的驱动程序的连接。如图2-18所示。点击连接中的属性，设置连接属性。4、在新建立的

11、连接下建立变量。可以为中间变量即M，也可以为DB块，此处的变量要和PLC中设置的相同。 5、在图形编辑器中新建画面。 6、窗口属性的设置。 点击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。如图2-20所示。在窗口属性设置对话框中，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。第三部分 设计内容一、通过MPI通信 （一）硬件接线 1、控制电机起停，正转，反转。将PLC输出对应的继电器的常开触点和变频器数字量输入的端子相连接。参考图3-1。此处选择的PLC输出为Q1.4，Q1.5，Q1.6，也

12、可选择其他的数字量输出端。变频器此处选择的为7，8，9三个数字量输入端，也可选择为3，4，5，6数字量输入端。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，以构成回路。2、运行和故障状态的检测其中端子3为0时表示故障，端子4为1时表示运行。此处选择默认设置。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端此处选择3和4，也可选择5和6，如果选择和6，则变频器参数要做相应的设置。 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，进行频率给定。如表3-1所示。PLC模拟量输出端此处选择AOV1和COM，也可选择AOV2和COM。变频器模拟量输入

13、端此处选择5和16，也可选择模拟量输入端17和18。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。如表3-2 所示。变频器模拟量输出端此处选择19和20，也可选择模拟量输入端21和22。PLC模拟量输入端此处选择AI1V和AI1C，也可选择AI2V和AI2C。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。 6、PC机和PLC之间的接线PC机和PLC之间

14、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 变频器参数设置主要包括下面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

15、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 参数设置完成后，先按变频器操作面板上的绿色启动键，再按红色停止键，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，再按向上的箭头设置频率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 输入电机额定转速rpm P114 = 0 控制系统的工艺边界条件（标准驱动） P383 = 0 确定电机冷却方式（无）（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