机械滑台工艺流程控制系统设计(B)(40页).doc

电气与自动化工程学院实训评分表
课程名称： PLC控制技术实训
实训题目： 机械滑台工艺流程控制系统设计（B）
班 级： 学 号：姓 名：

项目
评分比例
得分
平 时 表 现
30%

综合型项目答辩
50%

实 训 报 告
20%

总 成 绩

指导老师：
2015年07月10日

常 熟 理 工 学 院

电气与自动化工程学院

《PLC控制技术》实训

题目： 机械滑台工艺流程控制系统设计（B）

姓 名：
学 号：
班 级：
指导教师：
起止日期： 2015.06.29 — 2015.07.10
目 录
一、任务书
二、基础实训项目一
2.1 由外接的电位器控制······················································05
2.2 由PLC的模拟量输出控制··················································07
三、基础实训项目二
3.1 整体方案································································10
3.2 流程图··································································10
3.3 程序····································································11
3.4 调试步骤与结果··························································11
四、综合型自主实训项目
4.1 整体方案································································12
4.2 系统变量定义及分配表····················································12
4.3 工艺流程································································13
4.4 流程图··································································14
4.5 变频器参数设置··························································14
4.6 PLC的选型······························································15
4.7 PLC的外部接线图·························································15
4.8 梯形图及组态王上位机监控画面···········································16
4.9 调试步骤与结果·························································35
五、收获、体会
六、参考文献

一、《PLC控制技术》实训任务书（五）
题目：机械滑台工艺流程控制系统设计（B）
实训学生需要完成2个基础实训项目和1个综合型自主实训项目的训练。
一、基础实训项目一：变频器对电机的运行控制
一）实训目的
1、进一步巩固掌握PLC基本指令功能的及其运用方法；
2、根据实训设备，熟练掌握PLC的外围I/O设备接线方法；
3、掌握异步电动机变频调速原理，熟悉变频器的用法。
二)实训设备
PLC主机单元模块、电位器、MM440(或MM420)变频器、个人计算机 PC、PC/PPI 编程电缆。
三)工艺控制要求
使用变频器实现异步电动机的可逆调速控制，即可以电动机可正反向运行、调速和点动功能。参考电气原理图见教材p85，速度控制有两种方式：（1）由外接的电位器控制，（2）由PLC的模拟量输出通道控制。
四)实训步骤
1、进行PLC的I/O地址分配，并画出变频器对电机控制的PLC控制系统的接线图。
2、设计由PLC 控制的梯形图程序。
3、输入自编程序，上机调试、运行直至符合动作要求。
二、基础实训项目二：模拟量采集与数据处理的综合应用
一）实训目的
1、掌握PLC中模拟量输入、输出的基本工作原理；
2、掌握数据处理指令的运用方法；
3、熟悉组态王与PLC的连接使用。
二）实训设备
PLC主机单元模块、电位器、万用表、个人计算机 PC、PC/PPI 编程电缆。
三）实训项目原理与要求
1、用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器，假设当温度是0℃时，对应电位器输出0V电压，假设当温度是100℃时，对应电位器输出电压10V。用CPU 224XP的模拟量输入通道采集电位器电压，进行标度变换，将转换后的温度值存储在变量存储器中，并在组态界面上显示出具体温度。
2、用PLC模拟量输出通道控制电动执行器，执行器开度设置为0%时，输出电压为0V，执行器开度为100%时，输出电压10V。执行器开度控制量的多少采用组态王软件输入，观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。
四）实训项目的步骤
1、根据项目要求拟定I/O地址分配表，画出外部接线图，并进行接线图线路连接。
2、设计梯形图程序，调试并记录数据。
输 入
输 出
电压
AIW
温度值（℃）
执行器开度
AQW
电压（V）
0V

0

4V

40%

6V

60%

8V

80%

10V

100%

三、综合型自主实训项目：机械滑台工艺流程控制系统设计
一）实训项目工艺要求：
本课题要求：采用S7-200系列PLC和圆工作台-旋转编码器实验模块完成控制任务。圆工作台模拟机械滑台，圆工作台运动由PLC通过控制变频器拖动三相异步电动机实现。工作台的工艺流程由任课老师指定。SQ1~SQ4为接近开关。
控制要求：圆工作台运行状态分为三种方式：手动、单步和自动循环三种控制方式。其中，运行方式由旋转开关SA选择。运行方式切换时，滑台应立即停止运行。PLC正常运行时用灯HLX指示其工作正常。
要启动滑台运行，必须先按启动按钮SB1，启动润滑泵运行（用灯HLS指示）。然后才能控制滑台运动。按急停按钮停止滑台的全部运行。
手动控制：（点动）手动控制指示灯亮，按住SBS，工作台前进（圆工作台顺时针转）；按住SBX，工作台后退（逆时针）。（松开按钮立即停止）
单步运行：单步运行指示灯亮，滑台位于初始原点，按下启动按钮SBQ，系统转换到下一步，完成该步的任务后，自动停止工作并停留在该步，再按一下启动按钮，又往前走一步。按停止按钮SB2，立即停止运行。（流程中出现的暂停也应算一步）
自动循环控制：自动循环灯亮，滑台位于初始原点，按动启动按钮SBQ，按工艺流程自动循环运行，运行一周后回到原点后暂停5秒后再接着运行，按停止按钮SB2，立即停止运行。
工艺流程中暂停延时需要用指示灯以1HZ的频率闪烁指示。
二）目的
通过本次实训使学生掌握：1）Step7－Micro/Win32编程软件的使用方法和梯形图、SFC图编程语言的运用；2）实际程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。从而提高学生对PLC控制系统的设计和调试能力。
三）内容与要求
1、通过基本简单实验熟悉与本设计相关的实验台模块；
2、机械滑台工艺流程控制系统设计；
3、硬件接线图、程序清单；
4、采用顺序功能图（SFC图）进行设计或经验设计法；
5、设计组态王上位机监控画面，对工作过程进行显示；
6、工艺流程为： （此处放置指导老师指定的工艺流程）
四、实训报告要求
报告应采用统一的报告纸书写，应包括评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献（并按此顺序装订）。报告中提供如下内容：
1、目录
2、正文
（1）实训任务书；
（2）实训内容，三个任务分别写
a、每个实训任务的总体设计方案（应有PLC的选型及依据）
b、I/O分配表，PLC外部接线图，程序中使用的元件及功能表；
c、程序控制的SFC图、梯形图或指令表清单，注释说明；
d、调试、运行及其结果；
3、收获、体会
4、参考文献
（注意实训报告原则上手写，允许打印，但雷同者的零分处理）
五、实训进度安排
周次
工作日
工作内容
第
一
周
1
布置实训任务，查找相关资料，熟悉实验台。
2
完成两个基础实训项目。
3
根据综合型实训任务，完成总体设计方案（硬件选型、分配IO点等）
4
完成硬件接线，编写程序并调试
5
编写程序并调试
第
二
周
1
编写程序并调试
2
编写程序并调试
3
编写程序并调试及准备实训报告
4
完成报告并于下午两点之前上交
5
答辩
本实训共需两周时间
六、实训考核办法
本实训满分为100分，其中实训平时表现（含2个基础实训项目完成情况）30%、综合型实训项目答辩50%，实训报告20%。
二、变频器对电机的运行控制
2.1 由外接的电位器控制
2.1.1 MM440变频器的数字输入端口
MM440变频器有3个数字输入端口，具体如图2-1所示：

图2-1 MM440变频器的数字输入端口

2.1.2 PLC与变频器的接线图，具体如图2-2所示：

图2-2 PLC与变频器的接线图
2.1.3 变频器的模拟量输入端口接线图，具体如图2-3所示：
图2-3变频器的模拟量输入端口接线图

2.1.4参数设置
（1）、设定P0010＝30和P0970＝1，按下P键，开始复位，复位过程大约3min，这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。
（2)、设置电动机参数，为了使电动机与变频器相匹配，需要设置电动机参数。电动机参数设置见下表。电动机参数设定完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设定用户访问级为标准级
P0010
0
1
快速调试
P0100
0
0
功率以KW表示，频率为50Hz
P0304
230
380
电动机额定电压（V）
P0305
3.25
1.05
电动机额定电流（A）
P0307
0.75
0.37
电动机额定功率（KW）
P0310
50
50
电动机额定频率（Hz）
P0311
0
1400
电动机额定转速（r/min）

2.1.5 设置面板操作控制参数
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0010
0
0
正确地进行运行命令的初始化
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0700
2
1
由键盘输入设定值（选择命令源）
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1000
2
1
由键盘（电动电位计）输入设定值
P1080
0
0
电动机运行的最低频率(Hz)
P1082
50
50
电动机运行的最高频率(Hz)
P0003
1
2
设用户访问级为扩展级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1040
5
20
设定键盘控制的频率值(Hz)
P1058
5
10
正向点动频率(Hz)
P1059
5
10
反向点动频率(Hz)
P1060
10
5
点动斜坡上升时间（s）
P1061
10
5
点动斜坡下降时间（s）

2.1.6 变频器运行操作
（1）变频器启动：在变频器的前操作面板上按运行键。
（2）正反转：电动机的转速（运行频率）及旋转方向可直接通过按前操作面板上的键∕减少键（▲/▼）来改变。
（3）速度调节：由外接的滑动变阻器控制。
（4）点动运行：由变频器前操作面板上的点动键控制。
（5）电动机停车：由变频器的前操作面板上按停止键控制。
2.2 由PLC的模拟量输出控制
MM440变频器的“1”、“2”输出端为用户的给定单元提供了一个高精度的+10V直流稳压电源。可利用转速调节电位器串联在电路中,调节电位器, 改变输入端口AIN1+给定的模拟输入电压,变频器的输入量将紧紧跟踪给定量的变化,从而平滑无极地调节电动机转速的大小。
MM440变频器为用户提供了模拟输入端口，即端口“3”、“4”，通过设置P0701的参数值，使数字输入“5”端口据有正转控制功能；通过设置P0702的参数值，使数字输入“6”端口具有反转控制功能；模拟输入“3”、“4”端口外接电位器，通过“3”端口输入大小可调的模拟电压信号，控制电动机转速的大小。即由数字输入端控制电动机转速的方向，由模拟输入端控制转速的大小。
2.2.1 变频器模拟信号控制接线图，具体如图2-4所示：

图2-4变频器模拟信号控制接线图
2.2.2 参数设置
设置模拟信号操作控制参数，模拟信号操作控制参数设置见下表：

参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0700
2
2
命令源选择由端子排输入
P0003
1
2
设用户访问级为扩展级
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0701
1
1
ON接通正转，OFF停止
P0702
1
2
ON接通反转，OFF停止
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1000
2
2
频率设定值选择为模拟输入
P1080
0
0
电动机运行的最低频率（HZ）
P1082
50
50
电动机运行的最高频率（HZ）

2.2.3 变频器速度由PLC的模拟量输出通道控制
将变频器上的AIN+、AIN- 端与PLC模拟量输出通道的V和AQM端相连，用MOVW指令将0~32000的数字量送入AQW0，相当于在AIN+、AIN- 之间所加的模拟电压信号在0~10V之间变化，从而控制变频器的频率在0~50Hz之间变化。
2.2.4 梯形图

三、模拟量采集与数据处理的综合应用
3.1 整体方案
（1）、用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器，假设当温度是0℃时，对应电位器输出0V电压，假设当温度是100℃时，对应电位器输出电压10V。用CPU 224XP的模拟量输入通道采集电位器电压，进行标度变换，将转换后的温度值存储在变量存储器中。
（2）、用PLC模拟量输出通道控制电动执行器，执行器开度设置为0%时，输出电压为0V，执行器开度为100%时，输出电压10V。观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。
3.2 流程图

3.3 程序图

3.4 调试步骤与结果
输 入
输 出
电压
AIW 0
温度值（℃）
执行器开度
AQW 0
电压（V）
0V
48
0
0
0
0
4V
12800
40
40%
12800
4
6V
19231
60
60%
19200
5.98
8V
25792
80
80%
25600
7.97
10V
31808
100
100%
32000
9.98

四、综合型自主实训项目
4.1 整体方案
采用S7-200系列PLC和圆工作台-旋转编码器实验模块完成控制任务。圆工作台模拟机械滑台，圆工作台运动由PLC通过控制变频器拖动三相异步电动机实现。
4.2 系统变量定义及分配表
4.2.1 系统变量定义
I为输入继电器，输入继电器位于PLC的输入过程映像寄存器区其外部有一对物理的输入端子与之对应，该触点用于接受并存储外部输入的开关信号（在此程序中有限位开关、按钮），当外部的开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。常开和常闭软触点可以在编程中任意使用，次数不受限制。
Q为输出继电器，输出继电器位于PLC的输处过程映像寄存器区其外部有一对物理的输出端子与之对应。它的作用是具有一常开触点用于向外部负载发送信号，每一输出继电器的常开硬触点与可编程控制器的一个输出点相连直接驱动负载，它也提供了无数的常开和常闭软触点用于编程。在此程序中转盘的正转、反转和手动、单步、循环等指示灯均由输出继电器控制。
M为通用辅助继电器（或中间继电器），它位于PLC存储器的位存储区，它是由软件来实现的，用于状态暂存，移位辅助运算及赋予特殊功能的一类编程元件，其作用类似于继电接触控制系统中的中间继电器，它在PLC中没有外部的输入端子或输出端子与之对应，因此不受外部信号的直接控制其触点也不能直接驱动外部负载。绝大多数的继电器线圈由用户程序驱动。
T为定时器，定时器是可编程序控制器中的重要的编程软件，是累计时间增量的内部器件。使用时要提前输入时间设定值，当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值按一定的时间单位从0开始增加，当定时器的当前值达到设定值则触点动作。利用定时器的触点就可以完成所需要的定时控制任务。
4.2.2 IO分配

输入设备
输出设备
序号
名称
代号
地址
序号
名称
代号
地址
1
启动开关
SB1
I1.0
1
电机正转
DIN1
Q0.3
2
停止开关
SB2
I1.1
2
电机反转
DIN2
Q0.4
3
单步模式开关
SA0
I0.0
3
手动指示灯
D0
Q0.5
4
手动模式开关
SA1
I0.1
4
单步指示灯
D1
Q0.6
5
循环模式开关
SA2
I0.2
5
循环指示灯
D2
Q0.7
6
限位开关1
SQ1
I0.3
6
暂停指示灯
D3
Q1.0
7
限位开关2
SQ2
I0.4

8
限位开关3
SQ3
I0.6

9
限位开关4
SQ4
I0.7

10
手动前进
PB0
I1.2

11
手动后退
PB1
I1.3

4.3 工艺流程

4.4 流程图

4.5 变频器参数设置
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0700
2
2
命令源选择由端子排输入
P0003
1
2
设用户访问级为扩展级
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0701
1
1
ON接通正转，OFF停止
P0702
1
2
ON接通反转，OFF停止
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1000
2
2
频率设定值选择为模拟输入
P1080
0
0
电动机运行的最低频率（HZ）
P1082
50
50
电动机运行的最高频率（HZ）
P1120
10
0
斜坡上升时间（s）
P1121
10
0
斜坡下降时间（s）

4.6 PLC的选型
在选择PLC机型，主要考虑以下几个方面：
（1）、功能的选择：I/O点数的确定，统计被控系统的开关量、模拟量的I/O点数，并考虑以后的扩充（一般加上10%-20%的备用量），从而选择PLC的I/O点数和输出规格。
（2）、内存的估算：存储容量=开关量输入点x10+开关量输出点x8+模拟通道x100+定时器/计数器数量x2+通信接口数x300+备用量，所用到输入点数10个，输出点数17个；在对上述系统功能进行综合分析后，考虑输入输出端子决定采用西门子S7-200并且采用CPU 224 XP便能满足要求。
4.7 PLC的外部接线图

模式0
I0.0 Q0.5
I0.1 Q0.6
I0.2 Q0.7
I0.3 Q1.0
I0.4
I0.6 Q0.3
I0.7 Q0.4
I1.0 Q0.0
I1.1 Q0.2
I1.2
I1.3 +24V

模式1

变频器
SQ1
模式2

PLC
S7-200

DIN1
DIN2
DIN3
DIN4

SQ2

SQ3

启动
SQ4

停止

点动正转

QL+
点动反转

4.8 梯形图及组态王上位机监控画面
4.8.1梯形图

4.8.2 单步运行

4.8.3 循环运行

4.9调试步骤与结果
（1）、按电路图接线，接通电源，下载PLC程序。
（2）、旋钮开关选择运行模式
（3）、按启动按钮SB1，按停止按钮SB2停止运行。
（4）、手动控制：选择手动模式，手动控制指示灯亮。按住PB0，工作台前进（圆工作台顺时针转）；按住PB1，工作台后退（逆时针），松开按钮立即停止。
（5）、单步运行：选择单步运行模式，按SB1圆台回起始位置，之后按一次PB0，系统转换到下一步。
（6）、循环控制：选择循环模式，按动启动按钮SBQ，按工艺流程自动循环运行，运行一周后回到原点后暂停5秒后再接着运行，按停止按钮SB2，立即停止运行。
（7）、关闭电源，结束调试。
五、收获、体会
实训总结
这个学期开设了电气控制与PLC实训的课程，跟以前所有开设的课程有很大的区别，这门课程的灵活性很强，充分发挥自己的潜力；其实学习的过程当中并不一定要学到多少东西，个人觉得开散思维怎样去学习，这才是最重要的，而这门课程恰好体现了这一点。
这次的实训从程序上面看起来很复杂，我们组进行了任务的分工，一下子就变得简单化了。原来以为自己负责编程序任务是最轻的，没有想到是最为复杂的，需要的资料很多。而给予我们的时间有限，不得不在其他的时间进行补充和修改。
实训让我了解了plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我更加了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。本次实训脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做实训项目的过程中要不停的讨论问题，这样，我们组员可以尽可能的统一思想，这样就不会使在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。
通过这次的实训，让我受益匪浅。认识了团队合作的力量，要完成一个项目不是一个人的事情，当中我们有过分歧但最终达成共识，不管结果怎样，至少我们曾经在一起努力过，体验其中的过程才是真正的收获。同时，我也认识到了自己的不足，更感觉到了自己与别人的差距。为了明年的毕业而做准备，从各方面充实自己，使自己适应这个社会。
六、参考文献
[1]廖常初. PLC编程集应用[M].北京：机械工业出版社，2008
[2明.电气控制与PLC应用[M].北京：电子工业出版社，2003
[3]李刀夫.可编程控制器原理、应用、实验[M]. 北京:中国轻工业出版社，2002
[4]刘美兰. PLC控制教学实验系统的设计[J]实验室研究与探索, 2004
[5]用ACCESS扩展组态王的功能[J].化工自动化及仪表，2002年04期
[6]于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2005