自控系統(tǒng)及PLC綜合實習報告

實用文檔自控系統(tǒng)及PLC綜合實習報告一、前緒從12月6日至12月17日我們進行了為期兩周的校內(nèi)實習，本次實習在電信樓一樓PLC實驗室進行。其實我們學校的這些設(shè)備還是與生產(chǎn)線上的實際生產(chǎn)設(shè)備很接近，所以本次實習總體收獲很大。二、實習目的1、掌握可編程序空制器的操作方法。2、熟悉基本指令與應用指令以及實習設(shè)備的使用方法。3、掌握變頻器主要參數(shù)設(shè)置。4、掌握PC機、PLC和變頻器之間的通信技術(shù)。5、掌握WinCC組態(tài)軟件的使用。6、理論聯(lián)系實際提高學生分析問題和解決問題的能力。三、實習要求1、將變頻器和PLC通過導線進行連接。通過變頻器的控制面板進行參數(shù)設(shè)置。根據(jù)I/O的定義，編寫PLC程序，實現(xiàn)通過操作面板控制交流異步電動機起動，停止，正反轉(zhuǎn)切換，并監(jiān)視電動機的故障和運行狀態(tài)。2、做WinCC與PLC相連，實現(xiàn)在WinCC上對變頻器的監(jiān)控。除了控制電動機起動，停止，正反轉(zhuǎn)切換，監(jiān)視電動機的故障和運行狀態(tài)外，還要在WinCC畫面上進行頻率給定以及對實際頻率的監(jiān)視。四、實習方法1、通信方式：通過MPI通信實現(xiàn)。2、控制方式有兩種：（1）本地的操作面板控制。（2）遠程的WinCC畫面監(jiān)控。五、實習內(nèi)容的相關(guān)原理性知識變頻器工作原理變頻器的作用變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)，得到廣泛應用。變頻器的作用是改變交流電機供電的頻率和幅值，因而改變其運動磁場的周期，達到平滑控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。變頻器的出現(xiàn)，使得復雜的調(diào)速控制簡單化，用變頻器+交流鼠籠式感應電動機組合替代了大部分原先只能用直流電機完成的工作，縮小了體積，降低了維修率，使傳動技術(shù)發(fā)展到新階段。變頻器的組成變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。a、整流單元將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。b、高容量電容存儲轉(zhuǎn)換后的電能。c、逆變器由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波。d、控制器按設(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅(qū)動交流電動機。變頻器的控制方式變頻器的控制方式可采用恒壓頻比控制方式，也可采用矢量控制方式，具體的控制方式由參數(shù)P100進行設(shè)置。恒壓頻比控制方式：該控制方式，控制電路簡單，成本較低，但系統(tǒng)性能不高，響應慢，尤其是低頻時存在轉(zhuǎn)矩低的問題，要適當提高定子電壓以進行轉(zhuǎn)矩補償。矢量控制方式：該控制方式是經(jīng)過坐標變換將定子電流進行電壓分解，將直流電動機和交流電動機相等效，按照直流電動機的控制策略，再通過坐標反變換來控制異步電動機，具有較好的動態(tài)性能。（二）繼電器工作原理繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。（三）S7-300系列PLC工作原理S7-300是一種通用型的PLC，其具有模塊化、無風扇結(jié)構(gòu)、易于實現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點，這使得它能適應自動化工程中的各種應用場合，執(zhí)行各種控制任務(wù)，因此其在實踐中成為一種既經(jīng)濟又可靠的控制裝置。其主要模塊為電源和CPU，我們本次實習所用的PLC為CPU314C-2DP，其中集成了數(shù)字量輸入/輸出和模擬量輸入/輸出。CPU功能是：執(zhí)行用戶程序；為S7-300背板總線提供5V電源；在MPI網(wǎng)絡(luò)中，通過MPI與其他MPI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行通信。數(shù)字量輸入模塊用于連接外部的機械觸點和電子數(shù)字式傳感器。數(shù)字量輸入模塊將從現(xiàn)場傳來的的外部數(shù)字信號的電平轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的信號電平。輸入電路中一般設(shè)有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤輸入信號，輸入電流一般為數(shù)毫安。數(shù)字量輸出模塊用于驅(qū)動電磁閥、接觸器、小功率電動機、燈和電動機起動器等負載。數(shù)字量輸出模塊將S7-300的內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號電平，同時有隔離和功率放大作用。本實習中所使用的輸入輸出模塊有兩個。六、實習內(nèi)容通過MPI通信硬件接線首先應該明白整個控制過程PLC—變頻器—異步電動機，檢測過程異步電動機—變頻器—PLC（1）控制電動機的起停，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，速度給定，我們組設(shè)計方案如下表所示：表1控制方式設(shè)計表PLC（輸出）變頻器（輸入）功能Q0.0數(shù)字量7數(shù)字量起動AO1V模擬量（1）15模擬量（1）頻率給定COM16Q0.1數(shù)字量8數(shù)字量正轉(zhuǎn)Q0.2數(shù)字量9數(shù)字量反轉(zhuǎn)（2）電動機運行和故障狀態(tài)的檢測以及其頻率的反饋，我們組設(shè)計方案如下表所示：表2檢測方式設(shè)計表變頻器（輸出）PLC（輸入）功能3數(shù)字量I0.0數(shù)字量運行狀態(tài)4數(shù)字量I0.1數(shù)字量故障狀態(tài)19模擬量（1）AI1V模擬量（1）頻率反饋20AI1C（3）變頻器與PLC之間地和電源的接線PLC的輸入輸出模塊2的第1個管腳(電源)與變頻器第1個管腳的+24V相連，PLC的輸入輸出模塊2的第20個管腳(地)與變頻器的第1個管腳-24相連,由于要構(gòu)成回路，繼電器常開觸點的另一端線號為24V-，與變頻器的電源端子1相連（注意：輸入輸出模塊2右側(cè)前八個數(shù)字量Q0.0—Q0.7輸出經(jīng)過了繼電器隔離。操作面板上的八個指示燈與這些繼電器的一對常開觸點相連，我們用的繼電器是Q0.0—Q0.7所對應的，所以變頻器的端子1一定要接到Q0.0—Q0.7中任意一個24V-對應的接口上，否則變頻器與PLC之間無法接通）。（4）變頻器及電動機部分接線電網(wǎng)來的三相交流電，首先經(jīng)過斷路器，然后連接變頻器輸入端，變頻器輸出端連接交流電動機的定子，給交流電動機供電。變頻器插槽上插有CUVC電子板以及CBP2通信板。其中變頻器的輸入輸出端子，引到接線柜的第一排黃色端子排上。（5）PC機和PLC之間接線PC機和PLC之間通過MPI電纜連接。一端插在臺式機的CP5611卡上，另一端插在PLC的MPI口上。變頻器參數(shù)設(shè)置變頻器參數(shù)設(shè)置主要包括4個方面：參數(shù)恢復到工廠設(shè)置工廠設(shè)置是裝置所有參數(shù)被定義的初始狀態(tài)，裝置在這個設(shè)置下進行供貨。簡單應用參數(shù)的設(shè)置簡單應用的參數(shù)設(shè)置常用于已準確了解了裝置的應用條件且無需測試以及需要相關(guān)擴展參數(shù)進行補充的情況。專家應用的參數(shù)設(shè)置專家應用的參數(shù)設(shè)置經(jīng)常用于事先不能確切了解裝置的使用條件且具體的參數(shù)調(diào)整必須在本機上完成的情況。變頻器和PLC之間連接的參數(shù)設(shè)置在設(shè)置第四種參數(shù)之前我們對前三種參數(shù)也進行了一一設(shè)置，參考實習指導書了解了每個參數(shù)的意義。如P100=3，P100表示輸入開/閉環(huán)控制類型，其值為3表示選擇的是無編碼器的矢量控制方式。若其P100=4，則表示有編碼器的矢量控制方式，由于編碼器測量不準，本次實習選擇P100=3為變頻器的控制方式。還有如P368等重要的參數(shù)意義。我們本次實習時根據(jù)自己的設(shè)計方案，對PLC和變頻器之間的相關(guān)參數(shù)進行了如下設(shè)置：P60=7讀取/隨意存取。P368=1選擇設(shè)定值和命令源為端子排上模擬量/數(shù)字量輸入。選擇具體的設(shè)定值、命令源P554.1=18為ON/OFF1控制，選擇數(shù)字量輸入5（對應變頻器X101的端子7）P443=11為速度給定，選擇模擬量輸入（對應變頻器X102端子15、16）P571.1=20為正轉(zhuǎn)使能控制，選擇數(shù)字量輸入6（對應變頻器X101的端子8）P572.1=22為反轉(zhuǎn)使能控制，選擇數(shù)字量輸入7（對應變頻器X101的端子9）默認P640.1=148為模擬量輸出，設(shè)置為n/f（act）[頻率反饋]P651=104為數(shù)字量輸出1（對應X101的端子3），設(shè)置為運行。P652=107為數(shù)字量輸出2（對應X101的端子4），設(shè)置為無故障。P60=6寫入（轉(zhuǎn)入“Download”狀態(tài)）。P60=1返回到參數(shù)菜單注意：進行參數(shù)設(shè)置時一定要和自己的設(shè)計方案相對應，端子不一樣，許多參數(shù)肯定不能一樣，否則不能達到預期的效果。還有在變頻器面板上進行參數(shù)輸入時一定要注意參數(shù)值和標號之間的區(qū)別與轉(zhuǎn)換，以防出錯。通過本地操作面板實現(xiàn)監(jiān)控編寫SETP7程序，使用本地的操作面板對電動機進行監(jiān)控。在編寫程序之前一定要先弄清楚開關(guān)、指示燈與PLC之間輸入輸出關(guān)系，以達到預期的控制效果。L1~L8對應PLC的Q0.0~Q0.7，通過8個隔離繼電器進行隔離，用它們的常開觸點開關(guān)進行控制。SB1~SB8對應PLC的I2.0~I2.78個輸入，這8個輸入沒有經(jīng)過繼電器隔離。SEP7程序的主要設(shè)計步驟：新建項目。新建文件，取一個名稱，選擇路徑。硬件組態(tài)。插入S7-300站點，然后進入硬件組態(tài)窗口，組態(tài)機架、電源和CPU等等。設(shè)置MPI連接。設(shè)置CPU的連接屬性為MPI連接，進行連接測試。（4）地址的設(shè)置。組態(tài)后默認數(shù)字量輸入/輸出的起始地址為124，可以將其修改為0，以便和實際地址相對應。（5）建立符號表。給變量起符號名，以便于理解和維護。根據(jù)我們組的設(shè)計方案，建立的符號表如下表所示：符號名地址數(shù)據(jù)類型注釋reverseQ0.2BOOL反轉(zhuǎn)forwardQ0.1BOOL正轉(zhuǎn)startQ0.0BOOL起動runIndicatorQ0.3BOOL運行指示燈faultIndicatorQ0.4BOOL故障指示燈setpointPQW752WORD輸出頻率給定actualPIW752WORD變頻器頻率反饋reverseButtonI2.2BOOL反轉(zhuǎn)按鈕stopButtonI2.1BOOL停止按鈕startButtonI2.0BOOL起動按鈕forwardButtonI2.3BOOL正轉(zhuǎn)按鈕runStateI0.0BOOL變頻器的運行狀態(tài)faultStateI0.1BOOL變頻器的故障狀態(tài)表3PLC程序符號表下載與調(diào)試將S7-300站下載到PLC中。在硬件組態(tài)的DI24/DO16中，將Q0.0（起動）和Q0.1（正轉(zhuǎn)）右側(cè)的ModifyValue修改變量值按鈕，使其強制修改變量的值生效。使變頻器啟動。右擊硬件組態(tài)中的AI5/AO2，選擇Monitor/Modify，點擊Monitor監(jiān)視復選框，將PQW752的值修改為最大值27648對應50Hz。修改變量，設(shè)置其頻率給定為50Hz。程序設(shè)計由于做WinCC畫面控制時將程序中部分值修改，但是只要把相應的地址變量名進行修改就可以進行本地操作面板對電動機的控制。具體程序參見WinCC后面相關(guān)程序。將程序進行下載監(jiān)控，實際對操作面板進行操作，控制電動機的起動，停止，正反轉(zhuǎn)切換和頻率給定等。檢測電動機的運行、故障以及其實際的頻率值等。注意：在用SETP7程序進行本地操作面板對電動機進行控制時，其實遇到了很多問題，剛開始在PC機與PLC進行連接通信時，由于我們電腦的CP5611通信卡松了，無法連接，所以無法對電動機進行控制，重新安裝了一遍才達到了效果。在進行程序下載時一定要從最外面300站點開始下載，否則就下載不到PLC中去。每一次對電動機進行過一次控制后，后來如果需再次對其進行控制操作，一定要對PLC進行復位后，重新下載程序，再進行操作。4、通過WinCC畫面實現(xiàn)監(jiān)控用WinCC畫面進行監(jiān)控的主要步驟如下：編寫遠程WinCC控制的SETP7程序要實現(xiàn)用WinCC進行監(jiān)控，可以通過中間變量M，也可以用DB塊來實現(xiàn)，我們實習中用的是通過中間變量實現(xiàn)的。在編寫程序前首先要建立中間變量的符號表，我們根據(jù)自己的設(shè)計方案建立的符號表如下圖所示：相應的STEP7程序如下圖所示：新建WinCC項目添加驅(qū)動程序和建立MPI連接添加SIMATICS7ProtocolSuit驅(qū)動程序，在MPI下建立新的驅(qū)動程序的連接。設(shè)置連接屬性，將插槽號設(shè)置為2。在MPI下建立變量在WinCC中建立的變量地址要和7中的變量地址相同，才能進行連接，根據(jù)我們組的設(shè)計方案，建立如下的變量 在圖形編輯器中新建畫面在畫面中主要使用按鈕、圓、I/O域、靜態(tài)文本。根據(jù)設(shè)計方案，我們設(shè)計的WinCC畫面如下圖所示：畫面中各個模塊功能如下所述：按鈕用于起動、停止、正反轉(zhuǎn)切換。在按鈕事件下：按左鍵處選擇直接連接對話框，在其中的源中點擊常數(shù)，輸入1，目標中選擇起動變量srart。類似地在釋放左鍵處選擇源中為常數(shù)0，目標中同樣選擇起動變量srart。同樣建立停止、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)按鈕。圓表示故障和運行指示燈。在圓的背景顏色處，選擇動態(tài)對話框，選擇布爾型，在表達式/公式處選擇故障狀態(tài)變量fault_state。在是/真處選擇背景顏色紅色。同樣，制作運行狀態(tài)的指示燈，選擇綠色背景色。I/O域用于頻率給定。建立浮點數(shù)IEEE754內(nèi)部變量與頻率給定的輸入/輸出域相關(guān)聯(lián)。建立的相應的內(nèi)部變量如下圖所示：在輸入/輸出域的鍵盤釋放處建立C動作。將輸入0-50Hz范圍內(nèi)的頻率給定值在（浮點數(shù)），對應內(nèi)部變量，轉(zhuǎn)化到0-27648（無符號16位數(shù)）范圍的數(shù)，通過模擬量輸出端子輸出，具體的C動作程序如下圖所示：I/O域用于頻率反饋。在用于頻率反饋的I/O域的輸出值動態(tài)處建立C動作，將接收到的有符號16位數(shù)（最大值27648），轉(zhuǎn)化成實際的頻率值。具體的C動作程序如下圖所示：靜態(tài)文本用于表示故障、運行、頻率給定和頻率反饋。（6）設(shè)置窗口屬性主要設(shè)置啟動畫面，將WinCC組態(tài)軟件打開后，點擊其左側(cè)瀏覽窗口中的計算機，用鼠標右擊右側(cè)出現(xiàn)計算機名稱，選擇屬性，出現(xiàn)窗口屬性設(shè)置對話框。在窗口屬性對話框中，在圖形運行系統(tǒng)選項卡下，選擇啟動畫面和設(shè)置窗口屬性，在窗口屬性中設(shè)置窗口屬性，可設(shè)置為標題、最大化和最小化。運行運行WinCC程序，出現(xiàn)如上圖所示設(shè)計的WinCC畫面，點擊起動，頻率上顯示0.000。在頻率給定處輸入頻率值，電動機以該頻率運行，在頻率反饋處顯示電動機的實際頻率。在運行過程中點擊我們所設(shè)計的按鈕，電動機就以與其對應的方式進行運轉(zhuǎn)或停止。正常運行時運行指示燈顯示綠色，當電動機故障時，故障指示燈顯示紅色。由于時間原因，運行畫面沒有截下來，但是總體達到了預期的效果。七、實習過程中遇到的問題首先，在接線過程中，由于剛開始我們的設(shè)計方案中起動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)選擇的是Q1.0-Q1.2，相應的起回路作用的24V-也連接到了對應的端子上，但是到后來運行時沒有反應，后來在老師指導下和我們組全體成員努力下檢測出該輸出口對應的繼電器不好用，后來我們又重新調(diào)整方案，重新進行接線。在老師的指導下，我還明白了數(shù)字信號時接線只需要一根，而模擬信號時需要接兩根線。其次，在程序設(shè)計過程中，由于剛開始把實習要求所要實現(xiàn)的目的理解的不是很清楚，結(jié)果在程序設(shè)計時費了挺大功夫。可后來在老師指引下，在同學的互相研究下，在自己查閱相關(guān)資料下，問題最終也得到了解決。如MOVE指令的用法等。特別是在實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切換時，雖然我們最后也能夠?qū)崿F(xiàn)這個功能，但是是通過兩個開關(guān)進行切換的，沒有達到用以個開關(guān)進行切換的理想效果，由于能力有限，最終也只能是這個思路了。但是我想，以后考完研有時間了這個問題還很值得研究。接著，在用SETP7程序?qū)﹄妱訖C進行本地操作面板控制過程中。我