基于SIEMENSPLC的PROFIBUSDP现场总线在涂装生产线自动控制系统中的应用

本科毕业设计（论文）通过答辩摘 要本文结合汽车保险杠结构件涂装生产线的建设，首先讨论了涂装生产线的工艺特点和自动控制系统的设计。开发了基于现场总线的涂装线自动控制系统。该系统主要由上位机、SIEMENS PLC S7-300/400 控制系统和现场智能监控仪表等组成，实现涂装线分布控制，集中管理。论述了 PROFIBUS 现场总线控制系统的整体构架。关键词：PROFIBUS-DP 涂装线 PLC 集中管理本科毕业设计（论文）通过答辩目录1引言 12PROFIBUS 现场总线概论121 PROFIBUS 现场总线 122 阐述 PROFIBUS 现场总线的各种特性及特点23涂装线电气控制流程及各阶段的控制要求 83.1 涂装线电气启动流程控制模式流程 93.1.1 手动操作模式流程 93.1.2 自动操作模式流程 243.1.3 过程自动操作模式流程 273.2 输送机控制系统 304. PROFIBUS 现场总线在涂装线工艺与的使用305. PLC 软件系统配置及网络组建 315.1 系统配置及网络组建 315.2 系统软件配置 325.3 变频器与西门子 PLC 通讯335.3.1 变频器的配线335.3.2 控制端子说明345.3.3 闭环反馈系统的调试 405.3.4 系统达到指标任务之前的调试425.3.5 故障对策 435.3.6 PLC 硬件组态与编程 446. 工控机监控系统 486.1 WINCC 开发 496.2 WINCC 在本设计中的应用图面介绍 507. 总结 57参考资料介绍58谢辞60本科毕业设计（论文）通过答辩1.引 言随着计算机、控制、通信和网络等技术的进步，现场总线在 20 世纪 80 年代中期逐渐发展起来。现场总线是应用在生产现场测量与控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多节点通信的底层控制网络。PROFIBUS 是过程现场总线(Process Field Bus)的缩写。它已成为应用广泛、技术成熟的国际标准现场总线之一，广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化等领域。本文介绍 PROFIBUS-DP 现场总线在涂装生产线自动控制系统的应用。2.PROFIBUS 现场总线概论现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/ 系统之间的一种串行数字式多点双向通信的数据总其中“ 生产过程”包括断续生产过程和连续生产过程两类或者现场总线是以单个分散的数字化智能化的测量和控制设备作为网络节点用总线相连接实现相互交换信息共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。2.1 PROFIBUS 现场总线PROFIBUS 符合 IEC 61158 和 EN 50170 标准，是一种国际化的标准协议。S7-300 通过通讯处理器，或通过集成在 CPU 上的 PROFIBUS-DP 接口连接到PROFIBUS-DP 网络上，带有 PROFIBUS-DP 主站、从站接口的 CPU 能够实现高速的用户方便的分布式自动化组态。从用户观点出发，通过 PROFIBUS-DP 的分布式 I/O 就像处理集中的 I/O 一样,具有相同的组态，地址和编程。目前世界各地已有 650 多家制造商能为现场区域提供门类广泛，有适当接口的各种兼容于 PROFIBUS 的产品。2.2 阐述 PROFIBUS 现场总线的各种特性及特点.PROFIBUS 网络通信透明，各物理通信区段明朗开放化可以直接有效地与现场实际设备进行信息交换，及时处理各设备反馈回来的各种信号。本科毕业设计（论文）通过答辩2PROFIBUS 网络主要有三部分，PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA.三种通信网络所通信和应用范围各不同。PROFIBUS-FMS 通用主要用于普通网络的通讯；PROFIBUS-DP 快速即插即用；PROFIBUS-PA 主要特点是安全，大多都使用在供电系统中。如下图是它们特点图化介绍：3PROFIBUS 是国际性的开放的现场总线标准。A.PROFIBUS 标准 EN 50170 是完整的开放的与制造商无关的已经生效的B.稳固的 PROFIBUS 标准保护世界范围的用户和制造商的投资.C. PROFIBUS 经实践证明并在世界范围内已安装使用的设备超过1,500,000 个截止于 1997 年四季度.本科毕业设计（论文）通过答辩4. PROFIBUS 给客户的好处.A.节省硬件和安装费用(如图 2 所示)减少硬件成份(I/O, 终端块隔离栅)更容易更快捷和低成本的安装 B. 节省工程费用、更容易组态(对所有设备只需一套工具)、更容易保养和维修C. 更容易和更快捷的系统起动 更大的制造灵活性; 改进功能; 减少故障时间; 准确可靠的诊断数据; 可靠的数字传输技术.图 25. PROFIBUS 提供了三种有效的传输介质，安全合理化。APROFIBUS 使用两端有终端的总线拓扑B在运行期间接入和断开一个或几个站不会影响其他站的工作即使在本质安全区也如此。本科毕业设计（论文）通过答辩6. PROFIBUS 的通讯协议具有通用性。 （如图 3）A. PROFIBUS 总线访问协议第二层对三种 PROFIBUS 版本(FMS/DP/PA)均相同B. 这使通信透明和 FMS/DP/PA 网络区域容易组合C. 因为 FMS/DP 使用相同的物理介质(RS-485/FO) 因此它们能组合在同一根电缆上图 37. PROFIBUS 的特点。A. 代替 PLC/PC 与 I/O 之间昂贵的电线B. 快速传输 1 千字节的输入数据和 1 千字节的输出数据所需时间 设定温度下一页 下一页风压检修冷却区循环风机二运行（RF03）风压检修外界温度穿感器模式检测冬季模式夏季模式本科毕业设计（论文）通过答辩冰水比例马达运行外界风管风阀打开清漆烤炉循环风机运行（RF03）15s 检测风压故障上一页 上一页 清漆烤炉控柜手动操作流程，清漆烤炉控柜控制范围是清漆烤炉及其冷却区。清漆烤炉手动操作流程： 加热箱 一YESNO送风温度 PID控制比例马达送风温度 PID控制风管风阀风压检修清漆烤炉比例马达运行（MD02）本科毕业设计（论文）通过答辩15s 检测风压故障15s 检测风压故障上一页YES加热箱 二YESNOYES清漆烤炉加热箱超温故障检测比例阀关闭冷却区循环风机一运行（RF01）风压检修冷却区循环风机二运行（RF02）风压检修本科毕业设计（论文）通过答辩15s 检测风压故障15s 检测风压故障NO 清漆烤炉冷区YESNOYES上一页清漆烤炉比例马达运行（MD01）清漆烤炉加热箱超温故障检测比例阀关闭冷却区循环风机一运行（RF04）风压检修冷却区循环风机二运行（RF05）风压检修本科毕业设计（论文）通过答辩冰水比例马达运行外界风管风阀打开设定温度 底漆喷房控柜手动操作流程，底漆喷房控柜控制范围是底漆喷房及其ASU。未到位开到位下一页外界温度穿感器模式检测冬季模式夏季模式送风温度 PID控制比例马达送风温度 PID控制风管风阀气动阀打开 风机不运行本科毕业设计（论文）通过答辩15s 检测风压故障15s 检测风压故障上一页YESNOYESNO未打开开到位底漆排气风机运行（EF01）风压检修擦拭室排气风机运行（EF02）风压检修ASU 风管阀门打开ASU 风机不运行本科毕业设计（论文）通过答辩20s 检测风压故障20s 检测水压故障下一页 上一页YESNO水位低水位满足YES底漆 ASU 循环风机运行（RF01）风压检修底漆 ASU 循环水泵运行（VF01）水压检修ASU 循环水泵液位检测（CL-01）（水泵不运行本科毕业设计（论文）通过答辩ASU 燃烧机运行NOYESNO热水电动阀打开冷水电动阀打开送风温度PID 控制电动阀运行（送风温度PID 控制电动阀运行（ASU 风管燃烧机风压检测燃烧机不运行ASU 风管超温开关检测超温ASU 风管温度传感器温度显示本科毕业设计（论文）通过答辩15s 检测风压故障 面漆喷房控柜手动操作流程，面漆喷房控柜控制范围是面漆喷房及其ASU。未到位开到位YESNO气动阀打开 风机不运行面漆排气风机运行（EF03）风压检修供漆室 2 轴流风机运行（EF01）供漆室 1 轴流风机运行（EF03）ASU 燃烧机停止供漆室 3 轴流风机运行（EF02）本科毕业设计（论文）通过答辩20s 检测风压故障20s 检测水压故障下一页上一页YESNOYESNO面漆 ASU 循环风机运行（RF01）风压检修面漆 ASU 循环水泵运行（VP01）水压检修ASU 循环水泵液位检测（CL-01）（水泵不运行本科毕业设计（论文）通过答辩ASU 燃烧机运行下一页上一页YESNOYES热水电动阀打开冷水电动阀打开送风温度PID 控制电动阀运行（送风温度PID 控制电动阀运行（ASU 风管燃烧机风压检测燃烧机不运行ASU 风管超温开关检测超温ASU 风管温度传感器温度显示ASU 燃烧机停止本科毕业设计（论文）通过答辩15s 检测风压故障20s 检测风压故障 清漆喷房控柜手动操作流程，清漆喷房控柜控制范围是清漆喷房及其ASU。未到位开到位YESNOYES 气动阀打开 风机不运行清漆排气风机运行（EF02）风压检修清漆 ASU 循环风机运行（RF01）风压检修本科毕业设计（论文）通过答辩20s 检测水压故障下一页上一页NOYESNO下一页清漆 ASU 循环水泵运行（VP01）水压检修ASU 循环水泵液位检测（CL-01）（水泵不运行热水电动阀打开冷水电动阀打开送风温度PID 控制电动阀运行（送风温度PID 控制电动阀运行（本科毕业设计（论文）通过答辩ASU 燃烧机运行15s 检测风压故障上一页YESNOYESASU 风管燃烧机风压检测燃烧机不运行ASU 风管超温开关检测超温ASU 燃烧机停止清漆打磨区风机运行（EF03）风压检修本科毕业设计（论文）通过答辩3.1.2 本地自动模式流程（即在单个系统控柜上自动启动设备）：120S120S120S120S360S下一页启动冰水机外围系统TAR 系统锅炉系统冰水机系统底漆烤炉系统清漆烤炉系统启动启动启动启动启动本科毕业设计（论文）通过答辩上一页60S60S停止设备顺序60S120S120S底漆喷房系统启动面漆喷房系统启动清漆喷房系统启动停止冰水机外围系统TAR 系统停止停止停止锅炉系统冰水机系统本科毕业设计（论文）通过答辩120S120S120S240S底漆烤炉系统清漆烤炉系统停止停止底漆喷房系统停止面漆喷房系统停止清漆喷房系统停止本科毕业设计（论文）通过答辩3.1.3 远程自动模式流程（即在触摸屏上启动 Process 全线设备）：60S60S当温度到达 60120S120S下一页启动冰水机外围系统TAR 系统锅炉系统冰水机系统底漆烤炉系统清漆烤炉系统本科毕业设计（论文）通过答辩上一页60S60S自动停止顺序60S120S60S底漆喷房系统面漆喷房系统清漆喷房系统停止冰水机外围系统TAR 系统锅炉系统冰水机系统本科毕业设计（论文）通过答辩上一页60S60S10M 或温度低于 30 度10M以上是系统制程设备的电气控制流程，其中流程中控制的时间均是暂定，以客户工艺为主。底漆烤炉系统清漆烤炉系统底漆喷房系统面漆喷房系统清漆喷房系统本科毕业设计（论文）通过答辩3.2 输送机控制系统输送系统链采用 SKID 滑撬式输送机，在各个工位设置 P+F 传感器来控制滑撬小车的行走，而传感器则是通过远程 ET200S 模块由主控制柜上的 PLC 进行控制，PLC 根据由各工位的占位及满位信号都是通过接近开关送给 PLC 的。在全长 620 米的工艺路线中，一共有 300 个传感和 138 台马达控制。其中使用到的 P+F 传感器是德国倍加福公司生产电感式接近开关，在本案中主要是使用它来检测铁件滑撬。它具有抗干扰强，防护等级高等优点，所以在本案中得到大量使用。4. PROFIBUS 现场总线在涂装线工艺与的使用根据上述的电气控制工艺过程，我们可以清楚的了解到涂装线是一个多系统且控制设备及电气元件较多的一个大系统。从上挂区到下料区总长约 700 米，各种接近开关，温度传感器，风压检测开关，水压检测开关，读写器，变频器，马达等电控元件分布在各个区域。若用常规的电气方法去做此项目困难相当大，所使用的成本也很大，工期也很长。为了解决涂装线的这种流程工艺较长，且信号较多等这也些特点我们引进了 PROFIBUS 现场总线来解决这些问题.利用 PROFIBUS 我们实现了全数字化通信，不同厂家产品互操作；实现了真正的分布式控制(分散式控制)：可以传送多个过程变量的同时可将仪表标识符和简单诊断信息一并传送，可以产生最先进的现场仪表，多变量变送器；提高了测试精度；增强了系统的自治性。5. PLC 软件系统配置及网络组建5.1 系统配置及网络组建本系统选用 CPU416-3F 模块化 PLC。它集成了 PROFIBUS-DP 现场总线接口装置，具有很强大的处理能力。PLC 程序在 PC 机 STEP7 中编制完成后下载到CPU416-3F 并存储，CPU 可自动运行该程序，根据程序内容读取总线上的所有I/O 模块的状态字，控制承载小车的运行以及相应的设备。本科毕业设计（论文）通过答辩选用 SIMATIC S7-300 与 ET200S 从站当 S7-300 或 S7-400 作 PROFIBUS-DP 网的主站时，可分别带从站 32 个，如加中继器，最多可达 127 个。根据现场的情况，整个控制系统分为 30 个从站，其中喷漆室、烘炉、空调、强冷室、打磨室以及废水处理共设三个从站，各从站均采用 SIEMENS 公司的 S7-200 系列 PLC，通过 EM277 模块和 PROFIBUS 总线相连。在 S7-300 种可以对各分站中 PLC 的输入输出进行读写操作。输送机部分根据各传感器、操作位和小车识别系统得位置分为 120 个从站，其中输送机控制用 80 个从站，每各从站采用 SIEMENS 公司的 ET200S 型分布式 I/O 模块；小车识别系统用 6 个从站，各分站均采用 P+F 公司的识别系统。分布式 I/O ET200M 控制系统 ET200M 是一种模块化的分布式 I/O 站，通过 IM-153 接口与PROFIBUS-DP 现场总线连接。对于 SIEMENS STEP7 开发平台，在 ET200M 上的分散 I/O 节点的地址排布与传统集中式的地址排布是一致的，所以在编程时就和编制集中式控制程序一样，而且分散 I/O 的模块地址可以根据用户需要而改变，以适应实际现场调试时的需要。关于详细的硬件配置图可参考附件二： 附件二 PLC 網絡示意圖.dwg5.2 系统软件配置本系统所使用的软件是 SIEMENS SIMATIC Manager v5.4+sp4.若 PC 机中已安装此软件，可以在“开始”菜单中启动本软件，如下图所示：然后再双击“Hardware”进入软件组态画面，如下图：本科毕业设计（论文）通过答辩进入硬件组态画面以后，可以根据产品自身所配带的 GSD 文件进行 GSD 文件导入工作，具体方法如下图所示：将 GSD 文件光盘或 USB 移动硬盘插入电脑，寻找 GSD 文件，找到文件，点击安装，就完成 GSD 文件导入工作。下面将详细以华纬 TD-2000 变频器为例说明变频器与西门子的通讯过程。5.3 变频器与西门子 PLC 通讯5.3.1 变频器的配线主回路输入输出端子，适用 TDTD2000-4T0022G/0075PTD2000-4T0075G/0110P功能描述本科毕业设计（论文）通过答辩端子名称 功能说明R，S，T 三相交流 380V 输入端子P，PB 外接制动电阴预留端子N 直流负母线输出端子U，V，W 三相交流输出端子G 接地端子适用机型：TD2000-4T0110G/0150PTD20004T0750G/0900P功能描述端子名称 功能说明R，S，T 三相交流 380V 输入端子P1，P 外接直流电抗器预留端子N 直流负母线输出端子U，V，W 三相交流输出端子G 接地端子5.3.2 控制端子说明1控制端子排序图X1 X2 X3 X4 X5 CO X6 X7 X8 Y2 Y1 P24VRF VCI GND CCI FM AM FWD COM REV TA TB TC2 端子说明端子记号 端子功能说明 规格X1-COMX2-COMX3COMX4COMX5COMX6COMX7COMX8-OM多功能输入选择 1多功能输入选择 2多功能输入选择 3多功能输入选择 4多功能输入选择 5多功能输入选择 6多功能输入选择 7 或测速输入 SM1多功能输入选择 8 或测速输入 SM2X1 至 X8 为多功能输入选择，可依次由功能码 119126 选择所需功能，各功能通用码的内容对应的功能见多功能输出输入选择功能表FWD-COMREV-COM运行控制（正转/停止）运行控制（反转/停止）本科毕业设计（论文）通过答辩Y1-COMY2-COM开路集电极输出 1开路集电极输出 2Y1，Y2 对应的功能码是128，129P24-COM 24V 电源 最大输出电流 100mAVRF-GND 外接频率设定用电源+10VDCVCI-GND 模拟电压频率设定输入 输入范围 0+10VCCI-GND 模拟电压频率设定输入 输入范围 020mA，此时，输入电阻为 500 欧姆端子记号 端子功能说明 规格FM-GND 输出频率显示 0+10V 或 01mAAM-GND 输出电流显示 0+10V 或 01mATA，TB，TC 变频器正常：TA-TB 闭合，TA-TC 断开变频器故障：TA-TC 闭合，TA-TB 断开接点额定值 250Vac-2A，30Vdc-1A多功能输入选择功能表内容 对应功能 内容 对应功能0 无功能 13 频率递减指令 DOWN1 多段频率端子 1 14 简易 PLC 暂停运行指令2 多段频率端子 2 15 加减速禁止指令3 多段频率端子 3 16 三线式运转控制4 加减速时间端子 1 17 外部中断常开触点输入5 加减速时间端子 2 18 外部中断常闭触点输入6 外部故障常开输入 19 停机直流制动输出入指令7 外部故障常闭入 20 测速清零信号输入8 外部复位输入 21 计数器清零信号输入9 外部正转点动运行控制输入 JOGF 22 计数器触发信号输入（仅对 X7输入有效）10 外部反转点动运行控制输入 JOGR 23 测速输入 SM1（仅对 X7 设定单项测速输入11 自由停车输入 24 测速输入 SM2（仅对 X8 设定）12 频率递增指令 UP开路集电极输出功能表（F128，F129）内容 对应功能 内容 对应功能0 变频器运行中信号 6 频率上限限制（FHL）1 频率到达信号（FAR） 7 频率下限限制（FLL）本科毕业设计（论文）通过答辩2 频率水平检测信号（FDT） 8 变频器零速运行中3 过载早期预警信号 9 简易 PLC 阶段运转完成指示4 欠压封锁停止中（LU） 10 设定计数值到达5 外部故障停机 11 指定计数值到达标准运行配线（1） 变频器的面板操作方式与基本配线；（2） 变频器的多功能端子控制方式及配线；（3） 变频顺的上位机控制方式及配线；（4） 利用变频器的远端和旋转编码器构成简单的闭环控制系统；（1） 用操作面板运行时，须按下列要求配线；A：取下盖板；B：将电源线接到主回路输入端子 R，S，T 上，如下图所示；C：将负载（电机）线连到变频器输出端子 U，V，W 上，如下图所示；D：将“G”点安全接地；E：将取下盖板重新安装好。（2） 用控制端子运行时，须按下列要求配线：在基本配线的基础上，还有以下几点补充：A：可以用电压（010V）或电流（020V）作为频率设定信号输入，但必须采用屏蔽电缆；B：控制端子 CCI 既可输入电压信号，又可以输入电流信号，必须根据输出入信号的类型，在主控板上 I/V 选择插座 CN10 应选择 V 侧；C：用控制端子运行时，一般要求通过 FWD 或 REV 与 COM 来控制。特别是在频繁起停的应用场合，如果采用变频器输入前端的接触器进行变频器的频繁起停或正反转控制，将会影响变频器的寿命。（3） 用串行通信口运行时，须按下列要求配线：在基本配线的基础上，还有以下几点补充：A：在主控板 RS232 输出口与变频器底部 RS232 口间安装好专用电缆；B：变频器底部的 RS232 口是标准的 DB9 母接口，可以直接连接标准接口的上位机；C：如果采用 RS2485/422 接口，必须另外选购华为公司提供的通信接口扩本科毕业设计（论文）通过答辩展板。注意：1 配线前，配电柜的开关必须在 OFF 位置；2 变频器内部的充电灯熄后再配线；3 禁止将电源线与 U，V，W 相连；4 接地线一般为直径 3。5 平方毫米以上铜线，接地电阻小于 10 欧。（4） 利用变频器的远端和旋转编码器构成简单的闭环控制系统；旋转编码器具有体积小，分辨率较高，并且成本较低，但是却有着高效率。具有绝对型和境量型两种，本次高计所用的编码器型号为 TRD-S3608 是属于增量型编码器。编码器由轴承，连接线路以及构成。旋转编码器有A，B，Z，三相输入，并且要接直流电源，A，B 之间幅值相同但是存在有相位差，Z 为零输入。其输出形态有集电极开路输出能电阻负荷输出两种形式。有关旋转编器的工作原理：根据放置编码器每旋转一周，A，B，Z 三相都输出脉冲，发送给所连接的元件，使其达到所需具有的功能。A，B，Z 三相输出的脉冲个数不同，是为了确保无论在脉冲上升或者下降都可以使其都保持一定的精确性。旋转编码器可以做为一个反馈系统也可以做为一个计数器来使用。旋转编码器在本次毕业设计中的应用：主要是与 TD2000 变频器，以及电机，构成一个可控的反馈系统。实现对电机以给定的频率（速度）恒速运行的控制。旋转编码器与电机同步运转，从而发出脉冲，反馈给变频器，然后调整后再发送给电机，直至电机的转速与变频器的面板给定转速保持一致。与高速计数模块相连接形成高速计数器。旋转编码器的安装：首先如果要用编码器作为一个反馈环节，就要使旋转编码器的转速与电机的转速保持一致。这样才可能来调节电机的转速，所以在安装时要使电机的转轴与旋转编码器的轴承一起转动。首先在电机的低座固定一块钢板（并且钢板有一个与电机转轴相垂直的平面，并且二者有一定的距离，我们做的设计二者有 15CM 的距离） ，在垂直于电机转轴的钢板一面上转孔，用来固定旋转编码器的轴承与电机的转轴相对并且在一条直线上，然后有弹性较高弹簧来连接两面三刀轴，这样就可以保证电机与旋转编码器的转速保持一致。而且旋转编码器相对与电机的位置不变，并本科毕业设计（论文）通过答辩随电机位置的改变而改变。第二步：在旋转编码器固定之后，便是其与变频器的线路连接问题，连线时要注意电气柜电源要断开，并且变频器的通电信号灯熄灭之后再连接线路。避免发生事故。并且连接线路要遵守编码器线路连接示意图不可以随便连接，否则会导致损坏编码器。本次使用的旋转编码器有五根线，分别是蓝色，代表零电压线；棕色线代表电源线（为 24V 直流电源） ；黑色线代表输出 A 相脉冲；白色线是输出 B 相脉冲。 （A，B 是双相正交脉冲）桔色线代表 Z 相输出脉冲；还有一屏蔽线要接地。在认识旋转编码器的线路之后要把它与变频器的功能端子相连。首先编码器的棕色线与变频器的 P24 功能端子相连，蓝色线即零伏电压线与变频器的 COM 端相连，组成一个直流 24V 的电压源；黑色线即输出 A 相与变频顺的 X7 端相连。白色线即输出 B 相与 X8 端子相连；桔色的线即输出 Z 相与 X6 端子相连，金色的屏蔽线与地相连。变频器（内置 PID 系统）与电机和旋转编码器组成的负反馈系统调节：在所有线路连接正确的情况下，负反馈系统的调节主要决定于变频器内部 PID系统的参数的设置。因为构成的闭环负反馈系统是通过变频面板给定，并由其提供一个电压，合电机转动，带动旋转编码器一起转动，编码顺输出脉冲，由变频器内部的 PID 系统接收，在发送给电机，再通过编码器取反，直到电机可以达到规定的要求稳定运行。5.3.3 闭环反馈系统的调试第一：变频器的功能参数的设置：F00 为 0。表示运行频率设定用 F01 码或者数字增减键来设定：F001：频率数字设定：设为 20HZ，表示电机最终达到稳定运行时频率为 20HZ。F100：闭环控制功能为 2 表示选择采用脉冲编码器 PG 的速度闭环控制。F101：给定量通道选择，选为 0 表示由操作面板数字给定：F102：给定数字设定，设定范围是：0-10V，主要是对用操作面板进行数字给定值进行定义。实验设定的数据是 6 伏。F104：是反馈偏置电压的设定，设定范围是 010V，主要是对 PID本科毕业设计（论文）通过答辩调节器中的参数 B 进行设定数值，实验中设定的数值是 5 伏。F105：是反馈偏置极性的设置，设定范围是 0，1，主要是对反馈偏置量 B 的极性定义，实验中设定为 0，表示其极性为正。F106：是反馈通道增益设定，设定范围是 0。0999。9，主要是对PID 调节器中的 K 值进行定义，实验中的设定值为 100。F107： 是反馈通道增益极性的设定：设定范围是：0，1，主要是对K 的极性进行设定，本实验中设定为 1，表示负极性，也就是说此闭环反馈系统为负反馈。F108: 是速度闭环给定：设定范围是 0-9999r/min,表示的是采用PG 反馈时操作板面的转速给定值。实验中设定的数值在700r/min 左右，这个值需要不断的调试才可使系统比较稳定。F109: 输入脉冲相数选择。设定范围是 0，1：0 表示单相输入，1 表示双相输入，如果需要同时检测转速和方向，应选择双相输入，如果只需要检测转速，采用单相输入即可，所以实验选择的是0，为单相输入。F110: 脉冲编码器每转脉冲数；设定范围是 1-9999，在设定数据时要根据选用脉冲编码器的特性参数来定义，因此，实验中设定的数值为 360。F111: 是比例增益 P,设定范围是 0-999.9%，比例增益越大，反馈量越大，电机误起动时间越短。F112: 表示积分时间 Ti，积分时间越大，表示系统趋于稳定所需时间越大，反之就越小，设定范围为 0.0-100.00s。F113: 表示采样周期 T,表示对反馈量的一次采样所需的时间。设定范围是 0。0-100。0s。F114：表示偏差极限；是系统输出值相对于闭环给定值勤的最大偏差率，主要对经过 PI 处理的输出量进行幅度限制，偏差极限取值越大，系统趋于稳定时的误差也就越小，设定范围是 0。0-20%5.3.4 系统达到指标任务之前的调试主要调节几个参数分别是 F105：是反馈偏置极性的设置，F100 是闭本科毕业设计（论文）通过答辩坏控制功能为 2 选择采用脉冲编码器 PG 的速度闭环控制。F108：是速度闭环经定，F01 为频率数字设定，设为 20HZ，二者存在一定的关系，每给一个运行频率的给定都有相对应的一个速度闭环给定。F111：是比例增益 P。F112：表示积分时间 Ti，二者之间也存在一个使系统达到指定稳定时最佳对应关系。面板给定频率速度闭环给定比例增益设定积分时间设定采样周期设定偏差极限设定系统稳定时的转速系统稳定时的频率20HZ 710r/min 520 06 05 20% 711r/min 2375HZ20HZ 710r/min 530 06 05 10% 712r/min 2265HZ20HZ 710r/min 5385 08 05 15% 709r/min 2394HZ20HZ 710r/min 540 10 05 20% 713r/min 2737HZ以上表格只是一部分数据，表明了一定的关系。但由于能力有限，无法确定闭环系统的传递函数，所以相应的存在一些误差，在整个过程中要注意的事项以及出现的问题：首先要绝对值注意连接线时的安全问题，不可带电连接线路，第二连接线路可遵守连线要求，不可错连，乱连，并且要进行复查。第三在调试的过程中要反复试验，争取得到最精确的结果。第四点：要注意在连接线路时，不可把旋转编码器的趋势直接连到变频器的端子上去，并且使与旋转编码直接连线处要优质线路的固定性。不可以来回的拆接。避免线路断线。第五点，要注意线路布局的合理性，美观性和简明性，不可随意的放置线路。出现的问题：第一点， 因为了解不全面导致有关 X6，X7，X8 的参数没有设置，电机不会转动；第二点， 在参数设置好之后，运行时，很久电机才转动，经了解是采样和积分时间过长造成反馈和起动时间过长；第三点， 在其之后，电机转速一直上升，不会下降到达指定的转速。在一系列的实验之后发现是因为反馈设置的是正反馈；第四点， 在运行的过程中电机事业电，经过反复查找发现，变频器，电机的接地点电压不为零，是因为天气过于干燥，于是，我本科毕业设计（论文）通过答辩们把电机和变频器的接地端正直接用导线连接到埋在地里的铁棒上，从而使电机不带电。第五点， 在运行蝗过程中电机的转速出现来回振荡现象，于是我们将允许偏差增大发现振荡现象减小，并且积分参数可以相应的增加。第六点， 注意在设置放置编码器的每转脉冲数时，不可以乱设要根据编码器本身的脉冲数设置，即设置成 360，否则会导致反馈系统的不可调节性。第七点， 在参数设置时不可超过参数规定的范围，对不要求设置的参数最好不要设置，对规定不可修改的参数也不要随意的改动，不然会对变频器造成损坏。在接线时，将变频器的 COM，与地端混淆，造成变频器提供的 24V 直流电源为零。同时也造成了闭环系统运行时，电机的转速一直上升，直到允许的最大频率为止，不会下降。5.3.5 故障对策现场总线适配器的前面板有三个状态指示灯，分别标有“RUN”, “RS485”,和“PROFIBUS”.RUN:当现场总线适配器上电正常运行后，该灯应处于长亮状态。如果指示灯灭，表示电源部分有问题，请检查接线及其外部 24V 电源的供电情况。如果该指示灯出现闪烁，表示现场总线适配器的程序运行不正常，请给现场总线适配器重新上电。RS485：该灯表示变频器与现场总线适配器之间的 RS485 串行通讯状态。正常运行期间，处于长亮状态。如果出现熄灭的情况，请检查现场总线适配器与变频器之间接线是否正确，同时查看变频器中有关参数配置是否正确。如果闪烁，表示 RS485 通讯有错误报文，但适配器能正常工作。PROFIBUS:该灯表示现场总线适配器与 PROFIBUS 主站之间的通讯状态。正常时，处于长亮状态。如果熄灭，表示 PROFIBUS 通讯异常，此时可查看接线及其PROFIBUS 主站的参数配置和变频器的通讯参数配置。具体情况可查看主站的相关手册。如果闪烁，请等待一到二分钟，再看通讯状况。本科毕业设计（论文）通过答辩5.3.6 PLC 硬件组态与编程先将 300 PLC 组态成如下：其中 300 的 PROFIBUS 网络地址为 2，且作为主站组态。选中上图中总线,按下列路径双击 TDS-PA01:PROFIBUS DPAddition Field DeviceGeneralTDS-PA01 (如果找不到,则安装TDS-PA01 的 GSD 文件即可)会出现下面对话框:(选择与从站相匹配的地址，单击 OK)本科毕业设计（论文）通过答辩选择相关站的 solt 0,在 HW Config 的右侧树型框内找到 TDS-PA01 打开，选择PPO 类型。这里选 PPO-01，双击。并按如此步骤配置完两个从站。保存、编译并下载到 300 PLC 的 CPU，看是否能检测到从站。若没有检测到从站，可能有以下原因：（1） 、组态可能有误。 （2） 、通讯端口设置可能不正确（3） 、S7300 的终端电阻没有置为 ON 或 OFF。 （4） 、变频器内部参数设置是否本科毕业设计（论文）通过答辩正确。 （参数设置可参考变频器使用手册）考虑到设计的需要，组织块 OB82、OB86，关于其作用可参考S7-300 系统功能手册是接着编辑相关变量的符号表然后输入 OB1 程序如下：本科毕业设计（论文）通过答辩在开发 WINCC 监控界面之前，可以先例用 STEP7 的监视和赋值软件（Monitor/Modify Variables）对变频器进行调试。6. 工控机监控系统本科毕业设计（论文）通过答辩监控系统在本案设计中也是一大亮点，因涂装系统生产线较长，现场实际管理很不方便。为了能对现场各设备及生产信息有一个明确而又准确的了解，监控系统那是必不可少的一部分。本设计中监控系统主要功能如下：1）工艺流程画面：显示当前运行状态信息，各停止器及占位开关的状态，各个烘干室的温度等。2）设备控制画面：可以在人机对设备进行操作。3）识别系统：在人机系统我们可以看到各个承载小车所挂的工件类型。4）实时报警处理：对系统实时采集的数据进行判断，发出报警信号，并按技术要求进行处理、自动进行相应设备控制。6.1 WINCC 开发首先在 WINCC 中建立工程 TDS-PA01，然后选择变量编辑器右键添加新的驱动程序（N）选择 SIMATIC S7 Protocol Suite.CHN选择 MPI 网络右键新建驱动程序连接，将名称改为 TDS，单击属性，添入300 CPU 的网络地址填入本科毕业设计（论文）通过答辩将要建立的变量和变量组建立在 TDS 的连接中。6.2 WINCC 在本设计中的应用图面介绍下面就各个功能用实际画面做一简述：如下图六画面是本设计的监控系统的开始画面，其功能可以来回切换于各个画面，以对各个区域的设备进行监控。本科毕业设计（论文）通过答辩图六下一画面（如图 7）是机器人与输送机之间的通讯界面。此画面的主要功能是监控输送机发给机器人的数据是否正确及机器人反馈给输送机数据信息。图 7本科毕业设计（论文）通过答辩接下来这的一个画面（如图 8）是反映输送机与制程设备之间的通讯状况，通过此画面可以看出输送机与过程设备之间的通讯是否正常。图 8如图 9，此画面主要监控各 PLC 之间的通讯状况，以及 WINCC 服务器的通讯状况。同时也可以在此画面上打开 SIMATIC Manager 对 PLC 内部程序进行监控。图 9本科毕业设计（论文）通过答辩如图 10，此画面是数据管理及生产管理计划输入。通过此画面我们可以根据自己的生产计划来安排我们的生产及相关管理。此画面所提供的信息是涂装生产线的核心内容，不能随意改动。图 10此画面是对各个设备的运行情况的一种监控，如图 11 所示本科毕业设计（论文）通过答辩图 11此画面是对各个阶段保险杠环境温湿度的监控，若温