机械滑台工艺流程控制系统设计(B)

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 姓 名 学 号 班 级 指导教师 起止日期 2015 06 29 2015 07 10 目目 录录 一 任务书一 任务书 二 基础实训项目一二 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 体会五 收获 体会 六 参考文献六 参考文献 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 0 页 一 PLC PLC 控制技术控制技术 实训任务书 五 实训任务书 五 题目 机械滑台工艺流程控制系统设计 题目 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 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 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 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 1 页 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 0V0 4V40 6V60 8V80 10V100 三 综合型自主实训项目 机械滑台工艺流程控制系统设计三 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 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 2 页 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 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 3 页 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 实训进度安排五 实训进度安排 周次工作日工作内容 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 第 一 周 5 编写程序并调试 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 第 二 周 5 答辩 本实训共需两周时间 六 实训考核办法六 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 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 4 页 二 变频器对电机的运行控制二 变频器对电机的运行控制 2 12 1 由外接的电位器控制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 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 5 页 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 P000311 设定用户访问级为标准级 P001001 快速调试 P010000 功率以 KW 表示 频率为 50Hz P0304230380 电动机额定电压 V P03053 251 05 电动机额定电流 A P03070 750 37 电动机额定功率 KW P03105050 电动机额定频率 Hz P031101400 电动机额定转速 r min 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 6 页 2 1 5 设置面板操作控制参数 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 22 2 由由 PLCPLC 的模拟量输出控制的模拟量输出控制 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 参数号出厂值设置值说明 P000311 设用户访问级为标准级 P001000 正确地进行运行命令的初始化 P000407 命令和数字 I O P070021 由键盘输入设定值 选择命令源 P000311 设用户访问级为标准级 P0004010 设定值通道和斜坡函数发生器 P100021 由键盘 电动电位计 输入设定值 P108000 电动机运行的最低频率 Hz P10825050 电动机运行的最高频率 Hz P000312 设用户访问级为扩展级 P0004010 设定值通道和斜坡函数发生器 P1040520 设定键盘控制的频率值 Hz P1058510 正向点动频率 Hz P1059510 反向点动频率 Hz P1060105 点动斜坡上升时间 s P1061105 点动斜坡下降时间 s 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 7 页 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 P000311 设用户访问级为标准级 P000407 命令和数字 I O P070022 命令源选择由端子排输入 P000312 设用户访问级为扩展级 P000407 命令和数字 I O P070111 ON 接通正转 OFF 停止 P070212 ON 接通反转 OFF 停止 P000311 设用户访问级为标准级 P0004010 设定值通道和斜坡函数发生器 P100022 频率设定值选择为模拟输入 P108000 电动机运行的最低频率 HZ P10825050 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 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 8 页 2 2 4 梯形图 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 9 页 三 模拟量采集与数据处理的综合应用三 模拟量采集与数据处理的综合应用 3 13 1 整体方案整体方案 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 23 2 流程图流程图 AIW0 AQW0 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 10 页 3 33 3 程序程序图图 3 43 4 调试步骤与结果调试步骤与结果 输 入输 出 电压 AIW 0 温度值 执行器开度 AQW 0 电压 V 0V480000 4V128004040 128004 6V192316060 192005 98 8V257928080 256007 97 10V31808100100 320009 98 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 11 页 四 综合型自主实训项目四 综合型自主实训项目 4 14 1 整体方案整体方案 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 24 2 系统变量定义及分配表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 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 12 页 4 2 2 IO 分配 输入设备输入设备输出设备输出设备 序号名称代号地址序号名称代号地址 1启动开关SB1I1 01电机正转DIN1Q0 3 2停止开关SB2I1 12电机反转DIN2Q0 4 3单步模式开关SA0I0 03手动指示灯D0Q0 5 4手动模式开关SA1I0 14单步指示灯D1Q0 6 5循环模式开关SA2I0 25循环指示灯D2Q0 7 6限位开关 1SQ1I0 36暂停指示灯D3Q1 0 7限位开关 2SQ2I0 4 8限位开关 3SQ3I0 6 9限位开关 4SQ4I0 7 10手动前进PB0I1 2 11手动后退PB1I1 3 4 34 3 工艺流程工艺流程 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 13 页 4 44 4 流程图流程图 4 54 5 变频器参数设置变频器参数设置 参数号出厂值设置值说明 P000311设用户访问级为标准级 P000407命令和数字 I O P070022命令源选择由端子排输入 P000312设用户访问级为扩展级 P000407命令和数字 I O P070111ON 接通正转 OFF 停止 P070212ON 接通反转 OFF 停止 P000311设用户访问级为标准级 P0004010设定值通道和斜坡函数发生器 P100022频率设定值选择为模拟输入 P108000电动机运行的最低频率 HZ P10825050电动机运行的最高频率 HZ P1120100斜坡上升时间 s P1121100斜坡下降时间 s 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 14 页 4 64 6 PLCPLC 的选型的选型 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 74 7 PLCPLC 的外部接线图的外部接线图 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 0 模式 1 模式 2 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 启动 停止 点动正转 点动反转 DIN1 DIN2 DIN3 DIN4 QL S7 200 PLC 变频器 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 15 页 4 84 8 梯形图及组态王上位机监控画面梯形图及组态王上位机监控画面 4 8 1 梯形图 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 16 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 17 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 18 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 19 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 20 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 21 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 22 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 23 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 24 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 25 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 26 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 27 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 28 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 29 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 30 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 31 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 32 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 33 页 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 34 页 4 8 2 单步运行 4 8 3 循环运行 4 94 9 调试步骤与结果调试步骤与结果 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 机械滑台工艺流程控制系统设计 B 第 35 页 五 收