自控系统及PLC综合实习报告

实用文档自控系统及PLC综合实习报告一、前绪从12月6日至12月17日我们进行了为期两周的校内实习，本次实习在电信楼一楼PLC实验室进行。其实我们学校的这些设备还是与生产线上的实际生产设备很接近，所以本次实习总体收获很大。二、实习目的1、掌握可编程序空制器的操作方法。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。三、实习要求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。（2）远程的WinCC画面监控。五、实习内容的相关原理性知识变频器工作原理变频器的作用变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。变频器的组成变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。a、整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电。b、高容量电容存储转换后的电能。c、逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。d、控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。变频器的控制方式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。恒压频比控制方式：该控制方式，控制电路简单，成本较低，但系统性能不高，响应慢，尤其是低频时存在转矩低的问题，要适当提高定子电压以进行转矩补偿。矢量控制方式：该控制方式是经过坐标变换将定子电流进行电压分解，将直流电动机和交流电动机相等效，按照直流电动机的控制策略，再通过坐标反变换来控制异步电动机，具有较好的动态性能。（二）继电器工作原理继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。（三）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。六、实习内容通过MPI通信硬件接线首先应该明白整个控制过程PLC—变频器—异步电动机，检测过程异步电动机—变频器—PLC（1）控制电动机的起停，正转，反转，速度给定，我们组设计方案如下表所示：表1控制方式设计表PLC（输出）变频器（输入）功能Q0.0数字量7数字量起动AO1V模拟量（1）15模拟量（1）频率给定COM16Q0.1数字量8数字量正转Q0.2数字量9数字量反转（2）电动机运行和故障状态的检测以及其频率的反馈，我们组设计方案如下表所示：表2检测方式设计表变频器（输出）PLC（输入）功能3数字量I0.0数字量运行状态4数字量I0.1数字量故障状态19模拟量（1）AI1V模拟量（1）频率反馈20AI1C（3）变频器与PLC之间地和电源的接线PLC的输入输出模块2的第1个管脚(电源)与变频器第1个管脚的+24V相连，PLC的输入输出模块2的第20个管脚(地)与变频器的第1个管脚-24相连,由于要构成回路，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（注意：输入输出模块2右侧前八个数字量Q0.0—Q0.7输出经过了继电器隔离。操作面板上的八个指示灯与这些继电器的一对常开触点相连，我们用的继电器是Q0.0—Q0.7所对应的，所以变频器的端子1一定要接到Q0.0—Q0.7中任意一个24V-对应的接口上，否则变频器与PLC之间无法接通）。（4）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，变频器输出端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。（5）PC机和PLC之间接线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。变频器参数设置变频器参数设置主要包括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。简单应用参数的设置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在设置第四种参数之前我们对前三种参数也进行了一一设置，参考实习指导书了解了每个参数的意义。如P100=3，P100表示输入开/闭环控制类型，其值为3表示选择的是无编码器的矢量控制方式。若其P100=4，则表示有编码器的矢量控制方式，由于编码器测量不准，本次实习选择P100=3为变频器的控制方式。还有如P368等重要的参数意义。我们本次实习时根据自己的设计方案，对PLC和变频器之间的相关参数进行了如下设置：P60=7读取/随意存取。P368=1选择设定值和命令源为端子排上模拟量/数字量输入。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（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（对应变频器X101的端子8）P572.1=22为反转使能控制，选择数字量输入7（对应变频器X101的端子9）默认P640.1=148为模拟量输出，设置为n/f（act）[频率反馈]P651=104为数字量输出1（对应X101的端子3），设置为运行。P652=107为数字量输出2（对应X101的端子4），设置为无故障。P60=6写入（转入“Download”状态）。P60=1返回到参数菜单注意：进行参数设置时一定要和自己的设计方案相对应，端子不一样，许多参数肯定不能一样，否则不能达到预期的效果。还有在变频器面板上进行参数输入时一定要注意参数值和标号之间的区别与转换，以防出错。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。在编写程序之前一定要先弄清楚开关、指示灯与PLC之间输入输出关系，以达到预期的控制效果。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：新建项目。新建文件，取一个名称，选择路径。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。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reverseQ0.2BOOL反转forwardQ0.1BOOL正转startQ0.0BOOL起动runIndicatorQ0.3BOOL运行指示灯faultIndicatorQ0.4BOOL故障指示灯setpointPQW752WORD输出频率给定actualPIW752WORD变频器频率反馈reverseButtonI2.2BOOL反转按钮stopButtonI2.1BOOL停止按钮startButtonI2.0BOOL起动按钮forwardButtonI2.3BOOL正转按钮runStateI0.0BOOL变频器的运行状态faultStateI0.1BOOL变频器的故障状态表3PLC程序符号表下载与调试将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。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。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，刚开始在PC机与PLC进行连接通信时，由于我们电脑的CP5611通信卡松了，无法连接，所以无法对电动机进行控制，重新安装了一遍才达到了效果。在进行程序下载时一定要从最外面300站点开始下载，否则就下载不到PLC中去。每一次对电动机进行过一次控制后，后来如果需再次对其进行控制操作，一定要对PLC进行复位后，重新下载程序，再进行操作。4、通过WinCC画面实现监控用WinCC画面进行监控的主要步骤如下：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，我们根据自己的设计方案建立的符号表如下图所示：相应的STEP7程序如下图所示：新建WinCC项目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。在MPI下建立变量在WinCC中建立的变量地址要和7中的变量地址相同，才能进行连接，根据我们组的设计方案，建立如下的变量 在图形编辑器中新建画面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画面如下图所示：画面中各个模块功能如下所述：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。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。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。建立的相应的内部变量如下图所示：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，具体的C动作程序如下图所示：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动作程序如下图所示：静态文本用于表示故障、运行、频率给定和频率反馈。（6）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。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绿色，当电动机故障时，故障指示灯显示红色。由于时间原因，运行画面没有截下来，但是总体达到了预期的效果。七、实习过程中遇到的问题首先，在接线过程中，由于刚开始我们的设计方案中起动、正转、反转选择的是Q1.0-Q1.2，相应的起回路作用的24V-也连接到了对应的端子上，但是到后来运行时没有反应，后来在老师指导下和我们组全体成员努力下检测出该输出口对应的继电器不好用，后来我们又重新调整方案，重新进行接线。在老师的指导下，我还明白了数字信号时接线只需要一根，而模拟信号时需要接两根线。其次，在程序设计过程中，由于刚开始把实习要求所要实现的目的理解的不是很清楚，结果在程序设计时费了挺大功夫。可后来在老师指引下，在同学的互相研究下，在自己查阅相关资料下，问题最终也得到了解决。如MOVE指令的用法等。特别是在实现正反转切换时，虽然我们最后也能够实现这个功能，但是是通过两个开关进行切换的，没有达到用以个开关进行切换的理想效果，由于能力有限，最终也只能是这个思路了。但是我想，以后考完研有时间了这个问题还很值得研究。接着，在用SETP7程序对电动机进行本地操作面板控制过程中。我