基于PLC的轧钢机控制系统设计.doc

江江 西西 理理 工工 大大 学学 本本 科科 毕毕 业业 设设 计 论文 计 论文 题题 目 基于目 基于 PLCPLC 的轧钢机控制系统设计的轧钢机控制系统设计 专题题目 专题题目 PLCPLC 软件设计软件设计 学学 院 电气工程与自动化学院院 电气工程与自动化学院 专专 业 电气工程及其自动化业 电气工程及其自动化 班班 级 班级 班 学学 号 号 学学 生 生 指导教师 指导教师 职称 职称 时间 时间 年年 月月 日日 江江 西西 理理 工工 大大 学学 本本 科科 毕毕 业业 设设 计 论文 任计 论文 任 务务 书书 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院 电气专业电气专业 级 级 届 班届 班 学号学号 学生学生 题题 目 基于目 基于 PLCPLC 的轧钢机控制系统设计的轧钢机控制系统设计 专题题目专题题目 若无专题则不填 PLC 软件设计软件设计 原始依据原始依据 包括设计 论文 的工作基础 研究条件 应用环境 工作目的等 工作基础 目前 我国基于 PLC 轧钢机系统已经不同程度得到了推广应用 PLC 轧钢机控制技术的发展主要经历了三个阶段 继电器控制阶段 微机控 制阶段 现场总线控制阶段 现阶段轧钢机控制系统设计使用可编程控制器 PLC 其功能特点是变化灵活 编程简单 故障少 噪音低 维修保养方便 节能省工 抗干扰能力强 除此之外 PLC 还有其他强大功能 它可以进行逻辑控制 运动控 制 通信等操作 并具有稳定性高 可移植性强等优点 因此受到广大电气工程 控制技术人员的青睐 研究条件及应用环境 本课题是基于 PLC 的控制系统的研究课题 工业自动化是国家经济发展的基 础 用于实现自动化控制设备主要集中为单片机和 PLC 单片机由于控制能力有 限 编程复杂等缺点 现在正逐步退出控制舞台 PLC 则因为其功能强大 编程 简单等优点 得到迅速发展及运用 PLC 的功能强大 可以进行逻辑控制 运动 控制 通信等操作 并具有稳定性高 可移植性强等优点 因此 PLC 是工业控 制领域中不可或缺的一部分 工作目的 轧钢机如控制和使用得当 不仅能提高效率 节约成本 还可大大延长使用 寿命 对轧钢机控制系统的性能和要求进行分析研究设计了一套低成本高性能的 控制方案 可最大限度发挥轧钢机加工潜力 提高可靠性 降低运行成本 对提 高机械设备的自动化程度 缩短与国际同类产品的差距 都有着重要的意义 主要内容和要求 主要内容和要求 包括设计 研究 内容 主要指标与技术参数 并根据课题 性质对学生提出具体要求 1 当整个机器系统的电源打开时 电机 M1 和 M2 旋转 以待传送工件 2 工件通过轨道从右边输送进入轧制系统 3 感应器 S1 感应到有工件输送来时 输出高电位 驱动上轧辊按预定下压 一定的距离 实现轧制厚度的调节 同时电机 M3 开始逆时针旋转 并带 动复位挡板也逆时针转动 感应器 S1 复位 4 随着轧制的进行 工件不断地向左移动 当感应器 S2 感应到有工件移动 过来时 说明工件的要求轧制长度已经完成 此时感应器 S2 输出高电位 驱动控制电机 M3 的电磁阀作用 使电机 M3 顺时针转动 5 在电机 M3 顺时针转动下 挡板顺时针转动 推动工进向右移动 当工件 移动到感应器 S1 感应到时 S1 有输出高电位 使电机 M3 逆时针转动 同时驱动上轧辊调节好第二个下压量 进入第二次压制的过程 6 再次重复上述的工作 直到上轧辊完成 3 次下压量的作用 工件才加工 完毕 7 系统延时等待加工完毕的工件退出轨道 此时即可进入下一个工件的加 工过程 日程安排 日程安排 11 年 3 月 21 日至 3 月 25 日 老师给出课题及课题要求 11 年 3 月 26 日至 3 月 31 日 查找相关文献资料 撰写开题报告 11 年 4 月 1 日至 4 月 5 日 总体方案设计 11 年 4 月 6 日至 4 月 10 日 熟悉 PLC 编程软件 11 年 4 月 11 日至 4 月 15 日 系统主程序程序设计与调试 11 年 4 月 16 日至 4 月 20 日 温度监控系统程序设计与调试 11 年 4 月 21 日至 4 月 25 日 压力监控系统程序设计与调试 11 年 4 月 26 日至 5 月 5 日 熟悉组态软件及变频器的调速 11 年 4 月 26 日至 5 月 5 日 熟悉 PROFIBUS DP 通信 11 年 5 月 6 日至 5 月 10 日 开始构思论文框架并撰写论文初稿 11 年 5 月 11 日至 5 月 20 日 修改并完善论文后交给老师审定 11 年 5 月 21 日至 6 月 3 日 进一步修改完善 准备答辩 主要参考文献和书目 主要参考文献和书目 1 廖常初 S7 200PLC 编程及应用 M 北京 机械工业出版社 2007 2 陈章平 PLC 控制系统设计与应用 M 北京 清华大学出版社 2009 3 廖常初 S7 300 400 PLC 应用技术 M 北京 机械工业出版社 2008 4 夏彤 大型轧钢机交交变频同步电动机调速系统研究 D 重庆大学工程硕 士学位论文 2006 3 6 5 汪志锋 可编程序控制器原理与应用 M 西安 西安电子科技大学出版 社 2004 6 马宁 孔红 S7 300 PLC 和 MM440 变频器的原理与应用 M 机械工业出版 社 2008 7 郑萍 现代电气控制技术 M 重庆 重庆大学出版社 2009 指指导导教教师师 签字 2020 年年 月月 日日 注 本表可自主延伸 各专业根据需要调整 江江 西西 理理 工工 大大 学学 本本 科科 毕毕 业业 设设 计 论文 开计 论文 开 题题 报报 告告 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院 电气专业电气专业 级 级 届 班届 班 学号学号 学生学生 题题 目 基于目 基于 PLCPLC 的轧钢机控制系统设计的轧钢机控制系统设计 专题题目专题题目 若无专题则不填 PLCPLC 软件设计软件设计 本课题来源及研究现状 本课题来源及研究现状 近年来 PLC 发展很快 新产品 新技术不读涌现 特别是西门子公司退出了 S7 300 系列 PLC 由于功能强 性价比高 而深受国内用户的欢迎 PLC 控制系统是依托于 PLC 来实现对现场设备进行控制的要求 可编程控制 器及其有关设备 都应按易于与工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能的 原则设计 它具有丰富的输入 输出接口 并且具有较强的驱动能力 但可编程 控制器并不针对某一具体工业应用 在实际应用时 其硬件应根据具体需要进行 选配 软件则根据实际的控制要求或生产工艺流程进行设计 具有编程简单 使 用方便 通用性强 可靠性高 体积小 易于维护等优点 在自动控制领域应用 得十分广泛 目前已从小规模的单机顺序控制发展到过程控制 运动控制等诸多 领域 而且它可靠性高 能够适应工业现场的恶劣环境 具有进行各种算术运算 PID 调节 过程监视 网络通信 远程 I O 和高速数据处理能力 PLC 除了具有 CPU 和存储器以外 还有丰富的 I O 接口模块 对于工业现场的不同信号 PLC 都有相应的 I O 模块与工业现场的器件或设备直接连接 PLC 系统与其他系统相 比无论从软件方面还是从实际投入的硬件设备讲 投入都较少 质优价廉 性价 比高 因此 无论是老设备的技术改造还是新系统的开发 大多数设计人员都倾 向于采用它来进行设计 课题研究目标 内容 方法和手段 课题研究目标 内容 方法和手段 研究目标 本课题是基于 PLC 的轧钢机控制系统设计 该课题研究的目的是通过设计来 达到最终控制要求并实现最佳的控制效果 设计前要熟悉 S7 300 软件的基本功 能 设计语言 仿真环境 对控制过程进行顺序功能图的设计 根据顺序功能图 编写梯形图 在 S7 PLCSIM 仿真环境中进行仿真 研究内容 1 普通轧钢机的结构和工作原理 2 各路检测信号到 PLC 的输入 包括传感器的的原理 信号的种类 引入到 PLC 中的编址 3 轧钢机的种类和工作原理图 I O 分配 4 以可编程控制器为基础 利用 PLCSIM 软件对其所应用的程序进行模拟仿 真 5 软件实现方法的研究 用 PLC 程序开发实现了设计 调试 等功能 6 CPU 和变频器参数的设置 设计 论文 提纲及进度安排 设计 论文 提纲及进度安排 论文提纲 第一章 绪论 1 1 课题研究背景 1 2 课题研究的来源 1 3 课题研究的意义 第二章 硬件系统设计 2 1 控制系统总体方案设计 2 2 控制系统 I O 地址分配 2 3 电气系统控制原理图 第三章 软件系统设计 3 1 主程序设计 3 2 监控程序设计 第四章 软件调试 第五章 PROFIBUS DP 通讯 进度安排 11 年 3 月 21 日至 3 月 25 日 老师给出课题及课题要求 11 年 3 月 26 日至 3 月 31 日 查找相关文献资料 撰写开题报告 11 年 4 月 1 日至 4 月 5 日 总体方案设计 11 年 4 月 6 日至 4 月 10 日 熟悉 PLC 编程软件 11 年 4 月 11 日至 4 月 15 日 系统主程序程序设计与调试 11 年 4 月 16 日至 4 月 20 日 温度监控系统程序设计与调试 11 年 4 月 21 日至 4 月 25 日 压力监控系统程序设计与调试 11 年 4 月 26 日至 5 月 5 日 熟悉组态软件及变频器的调速 11 年 4 月 26 日至 5 月 5 日 熟悉 PROFIBUS DP 通信 11 年 5 月 6 日至 5 月 10 日 开始构思论文框架并撰写论文初稿 11 年 5 月 11 日至 5 月 20 日 修改并完善论文后交给老师审定 11 年 5 月 21 日至 6 月 3 日 进一步修改完善 准备答辩 主要参考文献和书目 主要参考文献和书目 1 廖常初 S7 200PLC 编程及应用 M 北京 机械工业出版社 2007 2 陈章平 PLC 控制系统设计与应用 M 北京 清华大学出版社 2009 3 廖常初 S7 300 400 PLC 应用技术 M 北京 机械工业出版社 2008 4 夏彤 大型轧钢机交交变频同步电动机调速系统研究 D 重庆大学工程硕 士学位论文 2006 3 6 5 汪志锋 可编程序控制器原理与应用 M 西安 西安电子科技大学出版 社 2004 6 马宁 孔红 S7 300 PLC 和 MM440 变频器的原理与应用 M 机械工业出版 社 2008 7 郑萍 现代电气控制技术 M 重庆 重庆大学出版社 2009 指导教师审核意见 指导教师审核意见 指导教师 指导教师 签字 年年 月月 日日 注 本表可自主延伸 摘 要 对轧钢机采用计算机控制 不仅能提高其效率 节约成本 还可大大延长其 使用寿命 本文阐述了可编程控制器 PLC 在轧钢机控制系统中的应用 介绍了轧钢 机的结构和工作原理 提出了轧钢机的 PLC 控制系统的总体设计方案及设计过程 给出了系统的 I O 分配 并利用 PLCSIM 软件对编写的程序进行模拟仿真 同时 用 PLC 程序开发实现了设计 调试等功能 根据轧钢机控制系统的控制要求和特 点 对 PLC 硬件进行了组态 编写了轧钢机系统的主程序 温度监控程序以及压 力监控程序等程序 在系统设计完成后 对其进行了简单的调试 最后的模拟调试结果表明 基 于 PLC 的轧钢机控制系统运行效率高 系统安全可靠性强 并且系统构造简单易 于实现 满足了对轧钢机控制系统系统期望的要求 关关键键词词 轧钢机 PLC 组态 PLC编程 I O分配 ABSTRACT The rolling machine which is controlled by computer not only can improve its efficiency and save its cost but also greatly extend its life Paper describes a programmable controller PLC controlled system used in rolling mill applications introduces the structure and working principle of Rolling mills proposes the plan and process of PLC control system of rolling mill elaborates the I O allocation of the system and use of the PLCSIM software to simulate the program applied in it At the same time the development of PLC program the design debugging and other functions have been achieved According to the control requirements and characteristics of Rolling mill control system the PLC hardware is configuratted In the design of this system there is the main program of rolling mill systems temperature monitoring program and pressure monitoring program When the system design is completed its a simple debugging The final result of the simulation shows that the rolling mill based on PLC control system has high efficiency system security and reliability simple structure easy to implement and the system has meet the requirements of rolling mill for the desired control system requirements Keywords Rolling mill PLC Configuration PLC Programming I O allocation 目 录 第一章 绪 论 1 1 1 课题研究的背景及意义 1 1 2 课题主要研究的内容 2 第二章 系统总体方案设计 3 2 1 系统控制要求 3 2 2 系统总体方案设计图 4 2 3 控制系统 I O 地址分配 4 2 4 电气控制系统原理图 6 2 5 硬件组态与参数设置 7 第三章 变频器参数设置 10 第四章 软件系统设计 18 4 1 主程序设计 19 4 2 轧机系统运行参数监控和成品统计 24 第五章 软件调试 32 第六章 Profibus DP 通信 36 6 1 基于 Profibus DP 的变频器的通讯 36 6 2 PLC 与触摸屏的通信 37 附录一 源程序 39 附录二 Profibus DP 通讯程序 43 参考文献 47 外文资料 48 中文翻译 53 致 谢 57 第一章 绪 论 1 1 课题研究的背景及意义 1 1 1 课题研究的背景 工业自动化是国家经济发展的基础 用于实现自动化控制的设备主要集中 为单片机和 PLC 单片机由于控制能力有限 编程复杂等缺点 现在正逐步退 出控制舞台 PLC 则因为其功能强大 编程简单等优点 得到迅速发展及运用 PLC 的功能强大 可以进行逻辑控制 运动控制 通信等操作 并具有稳定性 高 可移植性强等优点 因此受到广大电气工程控制技术人员的青睐 PLC 是 工业控制领域中不可或缺的一部分 近年来 PLC 发展很快 新产品 新技术不读涌现 特别是西门子公司推出 了 S7 300 系列 PLC 由于功能强 性价比高 而深受国内用户的欢迎 PLC 控制系统是依托于 PLC 来实现对现场设备进行控制的要求 可编程控 制器及其有关设备 都应按易于与工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功 能的原则设计 它具有丰富的输入 输出接口 并且具有较强的驱动能力 但可 编程控制器并不针对某一具体工业应用 在实际应用时 其硬件应根据具体需 要进行选配 软件则根据实际的控制要求或生产工艺流程进行设计 目前 PLC 已从小规模的单机顺序控制发展到过程控制 运动控制等诸多领 域 而且它可靠性高 能够适应工业现场的恶劣环境 具有进行各种算术运算 PID 调节 过程监视 网络通信 远程 I O 和高速数据处理能力 PLC 除了具有 CPU 和存储器以外 还有丰富的 I O 接口模块 对于工业现场的不同信号 PLC 都有相应的 I O 模块与工业现场的器件或设备直接连接 PLC 系统与其他系统 相比无论从软件方面还是从实际投入的硬件设备讲 投入都较少 质优价廉 性价比高 因此 无论是老设备的技术改造还是新系统的开发 大多数设计人 员都倾向于采用它来进行设计 1 1 2 课题研究来源 本课题来自于江西理工学院电气工程与自动化 07 级毕业设计 通过设计使 我们大学时期所学专业课程得到充分融合 以使我们用所学知识应用到实际工 作中去 为步入社会做好最后的准备 1 1 3 课题研究的意义 轧钢机如控制和使用得当 不仅能提高效率 节约成本 还可大大延长使 用寿命 对轧钢机控制系统的性能和要求进行分析研究设计了一套低成本高性 能的控制方案 可最大限度发挥轧钢机加工潜力 提高可靠性 降低运行成本 对提高机械设备的自动化程度 缩短与国际同类产品的差距 都有着重要的意 义 1 2 课题主要研究的内容 1 普通轧钢机的结构和工作原理 2 各路检测信号到 PLC 的输入 包括传感器的的原理 信号的种类 引入 到 PLC 中的编址 3 轧钢机的种类和工作原理图 I O 分配 4 以可编程控制器为基础 利用 S7 PLCSIM 软件对其所应用的程序进行模 拟仿真 5 软件实现方法的研究 用 PLC 程序开发实现了设计 调试 等功能 6 CPU 和变频器参数的设置 第二章 系统总体方案设计 一个系统顺利 稳定 高效的按照我们在软件中编制的方案完成既定的任 务是我们每个设计人员最强烈的希望 但是 要达成这个希望首先便需要良好 的系统总体方案的支持 一个良好的系统总体方案给以后的软件与硬件设计工 作会带来很多方便 在本部分内容中主要介绍了系统总体方案设计中的过程 首先我对系统控 制要求和工艺流程进行了分析和研究 设计好系统总体方案 然后针对分析和 研究的结果对系统的 I O 点进行了统计 最后对 PLC 的 CPU 的型号 PLC 的扩 展模块的型号以及压力温度等传感器型号进行了选择 对于其他诸如电源 导 线 继电器 电动机机等设备由于文章篇幅所致 没有一一进行说明 2 1 系统控制要求 以下给出系统控制要求和轧钢机系统模拟图如图 2 1 所示 1 当整个机器系统的电源打开时 电机 M1 和 M2 旋转 以待传送工件 2 工件通过轨道从右边输送进入轧制系统 3 感应器 S1 感应到有工件输送来时 输出高电位 驱动上轧辊按预定下 压一定的距离 实现轧制厚度的调节 同时电机 M3 开始逆时针旋转 并带动复位挡板也逆时针转动 感应器 S1 复位 4 随着轧制的进行 工件不断地向左移动 当感应器 S2 感应到有工件移 动过来时 说明工件的要求轧制长度已经完成 此时感应器 S2 输出高 电位 驱动控制电机 M3 的电磁阀作用 使电机 M3 顺时针转动 5 在电机 M3 顺时针转动下 挡板顺时针转动 推动工进向右移动 当工 件移动到感应器 S1 感应到时 S1 有输出高电位 使电机 M3 逆时针转 动 同时驱动上轧辊调节好第二个下压量 进入第二次压制的过程 6 再次重复上述的工作 直到上轧辊完成 3 次下压量的作用 工件才加工 完毕 7 系统延时等待加 工完毕的工件退 出轨道 此时即 可进入下一个工 件的加工过程 图 2 1 模拟图 2 2 系统总体方案设计图 根据以上控制系统和生产工艺要求 系统总体方案设计图如图 2 2 所示 SIMATIC PANEL TOUCH PC 适配 器 压力 张力 温度传感 器及厚度测厚仪信号 西门子 S7300 图 2 2 系统总体方案设计图 2 3 控制系统 I O 地址分配 在本课题硬件设计中我们首先要解决的问题就是 计算好整个系统中对各 类 I O 点的需求 地址标识符 I 表示输入 O 表示输出 因为 I O 在 PLC 接线 端子上的地址分配是进行 PLC 控制系统设计的基础 对软件设计来说 I O 地 址分配以后才可以进行编程 对控制柜及 PLC 外围接线来说 只有 I O 地址确 定以后 才可以绘制电气接线图 装配图 才可以根据线路图和安装图安装控 制柜 再者只有明确了 I O 分配 才能把系统设计的高效 合理 性价比较高 因此根据控制系统的要求 这里共有 6 个输入 8 个输出 控制系统应具备的 输入 输出点数 名称 代码及地址编号如表 1 所示 从表格我们可以看出每一个开关要一个数字量输入 电机正转 反转 报 警灯七个数字量输出 每个传感器有一个模拟量输入这样计算下来系统需要数 字量输入 4 点 数字量输出 7 点 模拟量输入 2 点因此我们需要选择合适的模 块来包容这些输入 输出点 I O 地址分配表如表 1 所示 表 1 I O 地址分配表 序号输入点输入地址序号输出点输出地址 1I0 0 启动开关 SB1 1Q0 0 电机 M1 运转 KM1 2I0 1 右限位开关 S1 2Q0 1 电机 M2 运转 KM2 3I0 2 左限位开关 S2 3Q0 2 电机 M3 正转 KM3 4I0 3 停止开关 SB2 4Q0 3 电机 M3 反转 KM4 5 模拟通道 1温度传感器 5Q0 4 压力给定 6 模拟通道 2压力传感器 6Q0 5 温度报警灯 77Q0 6 压力报警灯 88Q0 7 钢板压制完成指示灯 根据以上分析和 I O 地址分配表 我选用的是西门子的 PLC 系统 为了能 达到在可靠够用的前提下尽量实现经济高效 我选用了 SM323 模块 16DI 16DO SM334 模块 4AI 2AO CPU 选用 315 2DP S7 300 模块图如图 2 3 所示 图 2 3 S7 300 PLC PLC 外围硬件接线图 如图 2 4 所示 图 2 4 PLC 的外部接线图 2 4 电气控制系统原理图 根据以上总体设计方案图 PLC 的外部接线图画出系统电气控制电路图如图 2 5 所示 共有三台电机 其中主轧电动机两台 传送电动机一台 图 2 5 电气控制电路图 2 5 硬件组态与参数设置 2 5 1 硬件组态的步骤 1 生成站 如图 2 6 双击 硬件 图标 进入硬件组态窗口 图 2 6 硬件组态窗口 2 生成机架 从硬件目录窗口中选择一个机架 S7 300 应选择硬件目录窗 口文件夹 SIMATIC300 RACK 300 中的导轨 Rail 如图 2 7 所示 图 2 7 S7 300 的硬件组态窗口 3 在硬件目录中选择需要的模块 将它们安排在机架中指定的槽位上 中 央机架的电源模块占用 1 号槽 CPU 模块占用 2 号槽 3 号槽用于接口模块 或 不用 4 11 号槽用于其他模块 首先选中 1 号槽 然后在硬件目录窗口中选 择文件夹 SIMATIC300 PS300 目录窗口下面会出现选中的电源模块的订货号和 详细的信息 用鼠标双击目录窗口中的 PS 307 5A 该电源窗口中指定的行 然后放开鼠标左键 该模块就被配置到指定的槽了 同样的方法 在文件夹 SIMATIC300 CPU 300 中选择 CPU 315 2DP 模块 并将后者配置在倒 2 号槽了 因为没有接口模块 3 号槽空置 在 4 号槽中配置 16 点 DC24V 数字量数输入 输出模块 DI DO 在 5 号槽配置 4 点模拟量输入 输出模块 AI AO 模块 图 2 8 左上部的窗口是一个组态见表 他下面的窗口列出了个模块详细的 信息 例如订货号 MPI 地址和 I O 地址等 右边是硬件目录窗口 可以利用 命令 View Catalog 打开或关闭它 左下角的窗口中向左和向右的箭头 来切换机架 图 2 8 S7 300 的硬件组态窗口 4 双击模块 在打开的对话框中设置模块的参数 包括模块的属性和 DP 主站和从站的参数 5 保存硬件设置 并将它下载到 PLC 中去 图 2 8 左上部的窗口是一个组态见表 他下面的窗口列出了个模块详细的信息 例如订货号 MPI 地址和 I O 地址等 右边是硬件目录窗口 可以利用命令 View Catalog 打开或关闭它 左下角的窗口中向左和向右的箭头来切 换机架 2 5 2 CPU 及模拟量模块参数设置 1 CPU 参数设置 在硬件配置中选定 CPU 模块后 系统会自动对 CPU 模块的一些参数属 性进行设置 双击机架上的 CPU 进入 CPU 属性设置选项卡窗口 如图 2 9 所示 图 2 9 CPU 属性设置选项卡 点击 CPU 属性设置选项卡中的各个选项分别对 时刻中断 周期性中断 诊 断 时钟 常规 启动 等选项卡进行设置 2 模拟量输入模块参数设置 在机架上选中需要设置的 I O 模块 双击该模块 进入 I O 模块的属性设 置窗口 如图 2 10 模拟量模块属性设置窗口 图 2 10 模拟量模块属性设置窗口 第三章 变频器参数设置 本次设计用到的变频器的型号为6SE70 下面为变频器参数设置的步骤 首先用USS专用通讯线将计算机的串口1和变频器面板上的通讯口连接 打 开控制屏上的钥匙开关 此时停止的 红灯 亮 按下启动按钮 红灯 灭 绿灯 亮 变频器得电 打开SIMOVIS 软件 选择点击对应的设备 进入参 数设置界面 如图3 1所示 图 3 1 变频器参数设置 1 此时我将进行变频器参数的设置 以用来进行软件SIMOVIS的电机调速 进 入参数设置界面 首先将变频器进行复位回到工厂设置状态 P060是变频器参数设置中的固定设置菜单 将设置为2时是表示参数将恢复 到缺省 这样后就可以进行复位设置 如图3 2所示 图3 2 变频器参数设置2 将参数P060设置为2后 然后将参数P970设为0 如图3 3所示 图3 3 变频器参数设置3 此时变频器的LED就会循环显示 经过几秒或几十秒的时间后复位完成 由 于系统所有数据器内的数据均被清除 变频器不允许立刻重新开始工作 否则 必定会损坏电机 再将参数P060固定设置设置为3 表示简单应用 如图3 4所示 这样的话 就可以进行主要参数的设置 现在将进线电压P071设置为380 这就是装置输入 电压 图3 4 变频器参数设置4 SIMOVERT MASTERDRIVES一贯地共同遵守相同的设计原则 在所有功率范围 中的装置 变频器 逆变器 和系统元件 整流单元 制动单元 都有一个统一的 设计和相同的接线系统 它们能以任何方式组合并能并列安以满足传动系统各 种要求 此次设计 我们使用的是DJ16 2 三相鼠笼式异步电动机进行轧钢机的电机 使用 所以参数设置驱动电机类型P095 10 如图3 5所示 表示同步或者异步 电动机 这是国际标准 图3 5 变频器参数设置5 由于我们使用的是6SE70变频器而此变频器的工作方式P100设置为1 如图 3 6所示 这是表示此变频器是V F控制 图3 6 变频器参数设置6 此时将开始设置电机的参数 我们使用的是DJ16 2三相鼠笼式异步电动机 电机 所以将此电机的额定电压P101 380 如图3 7所示 图3 7 变频器参数设置7 而同样的我们使用了三相鼠笼式异步电动机电机后 此处的电机电流参数 设置为额定电流P102 1 1 同样根据电机的参数选择将此处的三相鼠笼式异步电动机的电机功率P104 设置为0 8 表示电机额定功率因数是0 8 此处电机的额定频率如同前面一样因为使用的是三相鼠笼式异步电动机所 以此P107表示电机的额定频率是50HZ 然后将此进行电机的转速设置 同理因为是三相鼠笼式异步电动机所以此 处将设置为P108 1400 这里表示电机转速是1400转 最后我们在回到最前面的P060进行固定菜单的设置 而此处却是将P060重 新设置为1 如图3 8所示 这和之前是不同的 因为这里表示的是回到参数菜 单 而不合理的参数设置会导致故障 图3 8 变频器参数设置8 接下来将进行USS的设置 变频器6SE70系列 我们此次使用的控制方式是 USS通讯所以在设置参数时将设置为USS 所以在这里设定控制方式P368 4 如 图3 9所示 表示控制方式是USS 图3 9 变频器参数设置9 接下来将进行USS的设置 变频器6SE70系列 我们此次使用的控制方式是 USS通讯所以在设置参数时将设置为USS 所以在这里设定控制方式P368 4 表 示控制方式是USS 然后进行P554即ON OFF的源 所以此处将P554设置为B2100 表示USS接受 到字1的第0位 这里设置P707 1的值 这里表示USS报文PZD区的第1个字而此处将设置为 K32 表示PZD1的传送内容为控制字1 设置P707 2的值 这里表示USS报文PZD区的第2个字而此处将设置为 KK148 表示PZD2的传送内容为实际的速度 这里P555是选择OFF2指令的源 将P555设置为B2101表示USS接收到的字1的 第1位 然后设置P565是失败确认选择源 而这里将设置为B2107表示此处USS接收 到的字1的第7位 设置P568的值 这里P568是点动选择源 这里将P568设置为B2108表示的是 USS 接收到的字1的第8位 然后将设置正反转参数来控制电机的正反转 这里将P571设置为B2111 如 图3 10所示 表示电机的正转方向选择源 图3 10 变频器参数设置10 同样的在这里设置电机的正反转 将P572设置为B2112 此处表示电机反转 方向上的源 最后在这里设置P443即主给定选择源 并且将P443设置为K2002 如图3 11所示 这里表示状态字2 图3 11 变频器参数设置11 参数设置完毕后就可以用计算机来控制实验了 第四章 软件系统设计 根据 PLC 硬件结构和生产工艺要求 软件设计过程如图所示 制定运行方案 画顺序功能图 编制 IO 分配表 程序元件编号 编写程序 程序输入 PLC 固化程序 否 是 开始 测试正常流程正确 修改程序 结束 图 4 1 软件设计过程 4 1 主程序设计 4 1 1 轧钢机工艺流程 首先 当整个机器系统的电源打开时 电机 M1 和 M2 旋转 以待传送工件 然后 工件通过轨道从右边输送进入轧制系统 感应器 S1 感应到有工件输送 来时 输出高电位 驱动上轧辊按预定下压一定的距离 实现轧制厚度的调节 同时电机 M3 开始逆时针旋转 并带动复位挡板也逆时针转动 感应器 S1 复位 随着轧制的进行 工件不断地向左移动 当感应器 S2 感应到有工件移动过来时 说明工件的要求轧制长度已经完成 此时感应器 S2 输出高电位 驱动控制电机 M3 的电磁阀作用 使电机 M3 逆时针转动 同时驱动上轧辊调节好第二个下压 量 进入第二次轧制的过程 在电机 M3 顺时针转动下 挡板顺时针转动 推动 工进向右移动 当工件移动到感应器 S1 感应到时 S1 有输出高电位 使电机 M3 逆时针转动 同时驱动上轧辊调节好第二个下压量 进入第二次压制的过程 再次重复上述的工作 知道上轧辊完成 3 次下压量的作用 工件才加工完毕 系统延时等待加工完毕的工件退出轨道 此时即可进入下一个工件的加工过程 4 1 2 主程序顺序功能图 根据系统的要求画出主程序顺序功能图如图 4 2 所示 图 4 2 主程序顺序功能图 4 1 3 主程序梯形图编写 用经验法设计梯形图 根据主程序顺序功能图系统梯形图的设计如下 M1 带动传送带转动的电动机 M2 带动为带动轧辊转动的电动机 S1 右限位开关 只要钢板到碰到右限位开关 S1 就输出高电平 以上程序段 1 程序段 6 的总体功能 首先按下启动开关 整个机器系统 的电源打开 电机 M1 和 M2 旋转 以等待工件 当工件从右边输送进入轧钢机 系统时 右限位开关 S1 输出高电平 S1 闭合 此时电动机 M3 顺时针转动 接 着 S2 复位 同时轧辊按预定下压量轧制工件 随着轧制的进行 工件不断地向 左移动 当钢板碰到左限位开关 S2 时 S2 输出高电平 同时驱动控制电机电 机 M3 的电磁阀作用 是电机 M3 逆时针转动 接着右限位 S1 开关复位 在电机 M3 逆时针转动的作用下 工件不断向右移动 当工件移动到限位开关 S1 限位 开关处 S1 有输出高电平 使电机 M3 顺时针转动 同时调节好第二个下压量 进入第二次压制过程 于此同时计数器计数 再次重复上述过程的工作 直至 轧制 3 次 工件加工完成 系统演示等待加工完毕的工件退出 此时即可进入 下一个工件的加工 在上述过程中若按下停止按钮或温度压力超出上限 整个 系统将停止工作 4 2 轧机系统运行参数监控和成品统计 在本系统中监控的参数输入量是模拟量 如轧钢机的温度 润滑系统和冷 却系统的压力 必须将它们转换为表转量程的电流或电压 例如 DC4 20mA 1 5V 0 10V PLC 用 A D 转换器将它们转换成数字量 带正负号的电流或电压在 A D 转换后用二进制补码表示 D A 转换器将 PLC 的数字输出量转换为模拟电 压或电流 再去控制执行机构 模拟量 I O 模块的主要任务就是实现 A D 转换 和 D A 转换 在此监控系统软件设计中运用到 FC105 模块下面介绍下其功能 以下是 FC105 参数表 表 2 FC105 参数表 参数说明数据类型存储区描述 EN 输入 BOOL I Q M D L使能输入端 信号状态 为 1 时激活该功能 ENO 输入 BOOL I Q M D L如果该功能的执行无误 输出端信号为 1 IN 输入 INT I Q M D L常数 欲转换为工程单位 表示的实型值 HI LIM 输入 REAL I Q M D L P常数 以工程单位便是的 上限值 LO LIM 输入 REAL I Q M D L P常数 以工程单位便是的 下限值 BIPOLAR 输入 BOOL I Q M D L信号状态为 1 输入值为 双极性 为 1 表示输入 值单极性 OUT 输出 REAL I Q M D L P转换结果 RET VAL 输出 WORD I Q M D L P如果指令的执行没有错 误 返回值为 W 16 0000 FC105 功能 SCALE 功能接受一个整型值 IN 并将其转换为以工程单位表示的介 于 下限和上限 LO LIM 和 HI LIM 之间的实型值 将结果写入 OUT SCALE 功 能使用以下等式 OUT FLOAT IN K1 K2 1 HI LIM O LIM LO LIM 常数 K1 和 K2 根据输入值是 BIPOLAR 还是 UNIPOLAR 设置 BIPOLAR 假定输入整型值介于 7648 与 27648 之间 因此 K1 7648 0 K2 27648 0 UNIPOLAR 假定输入整型值介于 0 和 27648 之间 因此 K1 0 0 K2 27648 0 如果输入整型值大于 K2 输出 OUT 将钳位于 HI LIM 并返回一个错 误 如果输入整型值小于 K1 输出将钳位于 LO LIM 并返回一个错误 通过设 置 LO LIM HI LIM 可获得反向标定 使用反向转换时 输出值将随输入值的 增加而减小 4 2 1 温度参数监控软件设计 系统启动后 监控系统根据由 PLC 所收集并处理的数据 判别温度的高低 当轧钢机的温度大于设定的温度上限值时 监控系统报警灯亮 同时轧钢机完 成一次压制后停机 采集温度模拟量通道对应的存储单元为 PIW256 以下是监控系统的程序梯形图 以上程序段 1 程序段 7 的总体功能 按下启动按钮后 系统开始对温度 采集 把采集到的温度对应的无量纲数据经过 FC105 转换后 可得到的实际温 度对应的电压值 把它与温度上限对应的电压比较 当大于上限时 并且工件 完成一次压制后 温度报警灯亮 4 2 2 润滑系统和冷却系统的压力监控软件设计 系统启动后 监控系统根据由 PLC 所收集并处理的数据 判别压力大小 当多监控的压力大于设定的温度上限值时 监控系统报警灯亮 同时轧钢机完 成一次压制后停机 采集温度模拟量通道对应的存储单元为 PIW258 以下是监控系统的程序梯形图 以上程序段 1 程序段 7 的总体功能 按下启动按钮后 系统开始对压力 采集 把采集到的压力对应的无量纲数据经过 FC105 转换后 可得到的实际压 力对应的电压值 把它与压力上限对应的电压比较 当大于上限时 并且工件 完成一次压制后 压力报警灯亮 4 2 3 钢板成品计数及统计软件设计 轧钢机当轧制完成一定数量钢板后 轧钢机将会有一个指示灯通知操作人 员 第五章 软件调试 在 STEP7 编程软件中生成项目步骤 本设计软件调试用 S7 PLCSIM 调试 首先双击 windows 桌面上的 SIMATIC Manager 图标 打开 STEP7 管理界面 默认自动向导如图 5 1 所 示 在图 5 1 点击 完成 图 5 1 管理器向导 选择创建项目的途径 直接以预览框显示的项目生成 然后选择 CPU 型号 由于本设计选用的 CPU 型号是 CPU 315 所以选择 CPU 315 MPI 地址的默认设置为 2 点击 下 一个 进入下一个向导设置画面 如图 5 2 所示 图 5 2 管理器向导 选择程序块 在图 5 2 向导中 选择组织块 OB1 OB1 代表最高的变成层次 他负责组 织 S7 程序中的其他块 一个程序中必须要有 OB1 选择合适的编程语言 梯 形图这里选 LAD 单击 下一个 确认设置 进入下一个向导设置画面 在 项目名称栏中输入名称然后点 完成 完成一个新项目的创建 出现 SIMATIC 管理器项目结构窗口 然后双击 图标将出现梯形图编辑器 如 图 5 3 所示 图 5 3 梯形图编辑器 把以上编写好的程序的梯形图输入梯形图编辑器中 点击 STEP7 的 SIMATIC 管理器工具条中的 SIMATIC on off 按钮 或执行菜单命令 Options 打 开 S7 PLCSIM 窗口如图 5 4 所示 窗口自动出现 CPU 试图对象 与此同时 自动 建 立了 STEP7 与仿真 CPU 的连接 图 5 4 S7 PLCSIM 仿真窗口 1 在 S7 PLCSIM 窗口中用菜单命令 Excuticve Continuous scan 或点击 Continuous scan 按钮 令仿真 PLC 的扫描方式为连续扫描 如图 5 5 所示 图 5 5 S7 PLCSIM 仿真窗口 2 5 在 SIMATIC 管理器中打开要仿真的用户项目 选中 块 对象 点击工具 条中下载按钮 或执行菜单命令 PLC 下载 将块对象下载到仿真 PLC 中 如图 5 6 所示 图 5 6 S7 PLCSIM 仿真窗口 3 6 点击 S7 PLCSIM 工具条中标有 I 的按钮 或执行菜单命令 Insert Input Variable 创建输入 IB 字节的试图对象 用类似的方法生成输出字 节 QB 位存储器 M 定时器 T 和计数器 C 的试图对象 7 设置完这些输入输出节点后 进行仿真模拟 打开编写有主程序的块 OB1 然后选择 调试 监视 命令 程序即处于仿真模拟状态 如图 5 7 所示 图 5 7 S7 PLCSIM 仿真窗口 4 8 将图 5 8 中单选框的 stop 模式打到 run 模式 如图 5 8 所示 图 5 8 S7 PLCSIM 仿真窗口 5 9 根据 I O 点的分配和控制要求 仿真图如图 5 9 所示 图 5 9 S7 PLCSIM 仿真窗口 6 第六章 Profibus DP 通信 6 1 基于 Profibus DP 的变频器的通讯 在 PROFIBUS 现场总线中 PROFIBUS DP 的应用最为广泛 本次系统设计就 是用 PROFIBUS DP 实现变频器与 PLC 通讯的 带有 DP 口的 S7 300 400 PLC 也 可以通过 CPU 上的 DP 口来实现 采用 RS485 接口及支持 9 6kbps 12Mbps 波特 率数据传输 其中数据的报文头尾主要是来规定数据的功能码 传输长度 奇 偶校验 发送应答等内容 主从站之间的数据读写的过程核心的部分是参数接 口和过程数据 PKW 和 PZD 共有五种结构形式即 PP01 PP02 PP03 PP04 PP05 其传输的字节长度及结构形式各不相同 在 PLC 和变频器通讯方式配置时要对 PP0 进行选择 1 硬件组态变频器 在 STEP 7 软件中创建一个项目 再硬件组态该项目 并建一个 Profibus DP 网络 6SE70 系列变频器在 PROIBUS DP SIMOVERT 文件夹里进行组态 并设 定好通讯的地址范围 2 建立通讯 DB 块 一般地 读写数据都做在一个 DB 块中 且最好与硬件组态设定的 I O 地址 范围大小划分相同大小的区域 便于建立对应关系和管理 读变频器的数据的 12 个字节在 DB0 DB11 中 写给变频器的 12 个字节数据放在 DB12 DB23 中 接下来还可以存放诸如通讯的错误代码和与变频器有关的其它计算数据 3 写通讯程序 通讯程序可以调用 STEP 7 编程软件的 SFC14 DPRD DAT 读取 DP 标准从 站的连续数据 SFC15 DPWR DAT 向 DP 标准从站写入连续数据 来实现 从 DP 上读取数据 OPN DB 5 CALL DPRD DAT LADDR W 16 108 RET VAL MW32 RECORD P DB5 DBX0 0 BYTE 8 从 DP 上写入数据 OPN DB 6 CALL DPWR DAT LADDR W 16 108 RECORD P DB6 DBX0 0 BYTE 8 RET VAL MW30 对于写变频器的数据是与变频器的 k3001 k3016 建立对应关系 读变频 器的数据则是与变频器的参数 P734 建立对应关系 DB15 DBW12 DB15 DBW22 对应 P734 的 W01 W06 B15 DBW0 DB15 DBW11 对应 k3001 k3012 PLC 读取 变频器的数据可以通过设置参数 P734 的值来实现 PLC 写给变频器的数据存放 在变频器数据 k3001 k3012 中 在变频器的参数设置里可以进行调用 从而建 立了彼此的对应关系 详细程序见附录二 这样 变频器