PLC实习报告

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、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、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

一、通信技术

（一）变频器的通信方式

（1）通过MPI通信实现。

（2）通过Profibus-DP实现。

（二）PC机和PLC之间的通信方式

（1）本地的操作面板控制。

（2）远程的WinCC画面监控。

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,其外观如图2-2所示。

图2-2 SIMOVERT 变频器

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，也可采用矢量控制方式，具体的控制方式由参数P100进行设置。

图2-3 变频器的内部结构简图、输出电压、电流波形

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

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。

四、WinCC组态软件的使用

1、组态软件设计结构 

　　WinCC支持所有普通IBM/AT兼容的PC平台，项目可以使用的外部变量数是256个。按照各站连接设备及完成功能的不同，我们把监控界面按结构化思想进行了编排。各界面控制功能明确，可以清晰直观的反映现场情况，便于操作人员进行处理。　

2、组态过程

　　第一步:首先启动WinCC，建立一个新的WinCC项目，项目分为三种类型: 

　　(1) 单用户项目

(2) 多用户项目

(3) 多客户机项目

　  第二步:在组态完的S7-300下设置标签，每个标签有三个设置项，即标签名、数据类型、地址，其中最重要的是标签地址，它定义了此标签与S7-300中某一确定地址如某一输入位、输出位或中间位等一一对应的关系。设置标签地址很容易，可以直接利用在STEP7中配置的变量表，如设置标签地址为Q0.0，表示S7-300中输出地址Q0.0。用此方法，将S7-300与WinCC之间需要通信的数据—做成标签，即相当于完成了S7-300与WinCC之间的联接。

第三步:在图形编辑器(Graphics Editor)中，用基本元件或图形库中对象制作生产工艺流程监控画面，并将变量标签与每个对象连接，也就相当于画面中各个对象与现场设备相连，从而可在CRT画面上监视、控制现场设备。

第三部分 实习内容

图1 STEP7程序图

图2  STEP7程序图

一、正反转程序

二、控制电机

首先，我们学习了利用交流电机调速变频器控制电机转速。

变频器参数设置主要包括4个方面：9

a、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。

b、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。

c、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。

d、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：

（1）P60=7  读取/随意存取。

（2）P368=1 选择设定值和命令源为端子排上模拟量/数字量输入。

（3）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P0.1=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。

（4）P60=6 写入（转入“Download”状态）。

（5）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。

这样，我们就可以利用变频器来控制电机转速了。

三、界面

   用WinCC画面进行监控的主要步骤如下：

（1）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。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

（2）新建WinCC项目

（3）添加驱动程序和建立MPI连接

添加SIMATIC S7 Protocol Suit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。

（4）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。

（5）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1所示。

（a）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。

（b）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。

（c）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0-278（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：

（d）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278），转化成实际的频率值。具体的C动作程序如下图2所示。

（e）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。

（7）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。

四、PLC控制电机

1、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：

（1）新建项目。新建文件，取一个名称，选择路径。

（2）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。

（3）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：

（6）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Modify Value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278对应50Hz。修改变量，设置其频率给定为50Hz。

（7）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。

（8）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。