电气控制与PLC应用（第5版）微课版 课件 项目8 综合控制系统

项目八

综合控制系统

项目导入一相关知识

二应用举例

三思维导图【技能目标】（1）能用S7-200SMARTPLC改造T68型卧式镗床、Z3050型摇臂钻床、X62W型万能铣床的硬件和软件。（2）能正确完成步进电动机、步进电动机驱动器和PLC之间的硬件连接。（3）能用S7-200SMARTPLC进行步进电动机的复位和定位编程控制。（4）能用S7-200SMARTPLC对柔性生产加工控制系统进行综合程序开发。（5）能用PLC与变频器综合实现电动机正反转控制和调速的软硬件设计。（6）能用PLC与变频器综合实现电动机多段速控制的软硬件设计。（7）能用PLC与变频器综合实现自动送料系统调速控制的软硬件设计（8）能用PLC与变频器综合实现桥式起重机小车电动机调速控制的软硬件设计。项目八综合控制系统

（一）使用西门子S7-200SMARTPLC对T68型卧式镗床进行改造1．改造方案的确定（1）原镗床的工艺加工方法不变。（2）在保留主电路的原有元件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法。（3）电气控制系统控制元件（包括按钮、行程开关、热继电器、接触器）作用与原电气线路相同。（4）主轴和进给启动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变。（5）改造原继电器控制中的硬件接线为PLC编程实现

2．硬件改造主电路3．输入输出分配I/O分配4.软件设计：梯形图梯形图Z3050摇臂钻床电气控制原理图（二）使用西门子S7-200SMARTPLC对Z3050型摇臂钻床进行改造1．硬件改造主电路保持不变，I/O信号与PLC地址编号的对照表如表所示输入信号输出信号名称功能地址编号名称功能地址编号SB1主轴停止按钮I0.0KM1主电动机旋转Q0.0SB2主轴启动按钮I0.1KM2摇臂上升Q0.1SB3摇臂上升按钮I0.2KM3摇臂下降Q0.2SB4摇臂下降按钮I0.3KM4主轴箱与立柱松开Q0.3SB5松开按钮I0.4KM5主轴箱与立柱夹紧Q0.4SB6夹紧按钮I0.5YV控制压力油进入油缸Q0.5FR1主轴电动机保护I0.6HL1松开指示灯Q0.7FR2液压泵电动机保护I0.7HL2夹紧指示灯Q1.0SQ1-1上升行程开关I1.0HL3旋转指示灯Q1.1SQ1-2下降行程开关I1.1

SQ2摇臂松开后压下I1.2

SQ3摇臂夹紧后压下I1.3

SQ4控制夹紧与松开指示灯I1.4

2．软件设计

3．系统调试

（1）主轴电动机的控制①启动。按下SB2按钮，I0.1置1，Q0.0置1（自锁），Q1.1置1，KM1得电，M1启动，带动钻头旋转，HL3亮。②停转。按下SB1按钮，I0.0置1，Q0.0置0（释放），Q1.1置0，KM1失电，M1停转，HL3熄灭。（2）摇臂升降电动机的控制①上升。按下SB3按钮，I0.2置1，M1.0、M1.1置1，Q0.3、Q0.7置1，KM4得电，M3正转，HL1亮；同时，Q0.5置1，YV得电，压力油进入摇臂松开油腔使摇臂松开，摇臂松开后压下SQ2，I1.2置1。此时，将有以下过程发生。a．M1.1、Q0.3、Q0.7置0，KM4失电，M3停转，HL1熄灭。b．Q0.1置1，KM2得电，M2正转，摇臂上升，当上升到所需位置时松开SB3，I0.2置0，M1.0、Q0.1置0，KM2失电，M2停转，摇臂不再上升，T37动作，延时3

s后，Q0.4置1，KM5得电，M3反转，反向供给压力油使摇臂夹紧，摇臂夹紧后压下SQ3，I1.3置1，KM5、YV失电，M3停转。②下降。按下SB4按钮，控制过程同摇臂上升时的相似，但方向相反。（3）主轴箱和立柱松开与夹紧的控制。①松开：夹紧行程开关SQ3释放→I1.3为1→按下“SB5”按钮→I0.4置1→Q0.3置1，Q0.5置0→KM4得电，YV失电→M3正转，压力油进入主轴箱和立柱的松开油缸，使其松开→此时SQ4不受压→I1.4为0→Q0.7置1→HL1亮→松开“SB5”按钮，M3停转，松开控制结束。②夹紧：松开行程开关SQ2释放→I1.2为1→按下SB6→I0.5置1→Q0.4置1→KM5得电→M3反转，压力油进入主轴箱和立柱的夹紧油缸，使其夹紧→此时压下SQ4→I1.4置1→Q1.0置1→HL2亮→松开“SB6”按钮，M3停转，夹紧控制结束。3．系统调试

（三）使用西门子S7-200SMARTPLC对X62W型万能铣床进行改造1．改造方案的确定（1）原铣床的工艺加工方法不变。（2）在保留主电路的原有元件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法。（3）电气控制系统控制元件（包括按钮、行程开关、热继电器、接触器）作用与原电气线路相同。（4）主轴和进给启动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变。（5）改造原继电器控制中的硬件接线为PLC编程实现1．硬件改造主电路保持不变，I/O信号与PLC地址编号的对照表如表所示输入信号输出信号名称功能地址编号名称功能地址编号SB1（SB2）主轴启动I0.0KM1主轴Q0.0SQ1主轴变速I0.1KM2工作台快速移动Q0.1SQ2进给变速I0.2KM3进给电动机正转Q0.2SQ3工作台向下（前）I0.3KM4进给电动机反转Q0.3SQ4工作台向上（后）I0.4YC1主轴制动Q0.4SQ5工作台向右I0.5YC2工作进给Q0.52．系统的设计

梯形图（四）PLC在步进电动机控制系统中的综合应用EAPS100柔性生产加工系统是深圳科莱德公司引进德国技术研制的新一代自动化生产线实训设备，是一套完全工业级的自动化生产制造系统，包括PLC、步进电动机、机械手、传感器、变频电动机、伺服电动机、同步电动机、气动、机械运输结构等主要元件。整个生产线能够实现工件上料、冲压、清洗、工件组装、工件存储等多种复杂功能。图9-6是EAPS100柔性生产加工系统外形图1．PLC在步进电动机中的综合应用（1）步进电动机驱动器（2）步进电动机与PLC接线

（3）PLC的输入/输出信号及其地址编号

输入信号输出信号功能编号功能编号SB1（复位）I0.0电动机脉冲Q0.0SB2（定位）I0.1电动机方向Q0.1SB3（步进电动机方向）I0.2复位指示灯Q1.7机械手前限位SQ1I0.3定位指示灯Q2.0机械手后限位SQ2I0.4（4）步进电动机的复位程序步进电动机的复位控制是自动线加工系统中每个单元运行开始都要进行的操作，比如上料单元在上料前要使机械手复位，复位到原位即机械手的后限位SQ1（I0.4）。利用中断指令和高速脉冲输出指令设计的步进电动机复位程序梯形图如图9-10所示。梯形图（5）步进电动机的定位程序步进电动机的定位控制是指高速脉冲输出一定数量的脉冲，就带动机械运行一定的距离，进行机械设备的定位控制。定位程序的步进电动机驱动器、驱动器和PLC接线及PLC编号与复位程序相同

梯形图2．EAPS100柔性生产加工系统上料单元的综合程序设计（1）上料单元工作过程

（2）系统的硬件设计

输入信号输出信号中间状态功能编号功能编号功能编号启动I0.0步进脉冲Q0.0复位状态V0.0（2）系统的硬件设计输入信号输出信号中间状态功能编号功能编号功能编号停止I0.1步进方向（置0时机械手前进）Q0.1复位完成标志V0.1传动臂前限位I0.3升降汽缸（置1时下降）Q0.2启动标志V0.2传动臂后限位I0.4上料一汽缸Q0.3一上料完成V0.3机械手上限位I0.5机械手（置1时夹紧）Q0.4二上料开始V0.4机械手下限位I0.6上料二前汽缸Q0.5二上料完成V0.5传感器一I1.1上料二后汽缸Q0.6抓紧工件开始V0.6传感器二I1.2小车定位汽缸Q0.7转移工件开始V0.7小车检测传感器I1.3定位汽缸Q1.0循环开始V1.0皮带线启停Q1.1转移完成V1.1（3）系统的软件设计

梯形图梯形图梯形图三、PLC与变频器的综合应用实例西门子SINAMICSV20变频器用于控制三相交流电动机的调速。它和其他变频器一样，主要由整流单元（用于将交流电转换为直流电）、滤波单元、逆变单元（将直流电变为交流电）、制动单元、驱动单元、检测单元以及微处理单元等组成。它靠内部IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电动机的实际需要来提供所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等。（一）PLC与变频器综合实现电动机的正反转控制和调速

1．控制要求①正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流、额定功率、额定转速等。②通过外部端子控制电动机的启动/停止和正转/反转。③通过操作面板改变电动机的运行频率及速度。2．主电路设计变频器的接线图如图所示，PLC与变频器综合实现电动机正反转控制和调速的主电路如图（3）设计PLC梯形图

（4）参数功能表。①设置参数前先将变频器参数复位为工厂的缺省设定值：P0010=30，P970=1。②设定P0003=2允许访问扩展参数。③设定电机参数时先设定P0010=1（快速调试），电机参数设置完成设定P0010=0（准备）。④设置参数序号变频器参数出厂值设定值功能说明1P0304230380电动机的额定电压（380V）2P03053.250.35电动机的额定电流（0.35A）3P03070.750.06电动机的额定功率（60W）4P031050.0050.00电动机的额定频率（50Hz）5P031101430电动机的额定转速（14301/min）6P070022选择命令源（由端子排输入）7P100021用操作面板（BOP）控制频率的升降8P108000电动机的最小频率（0Hz）9P10825050.00电动机的最大频率（50Hz）10P11201010斜坡上升时间（10S）11P11211010斜坡下降时间（10S）12P070111ON/OFF（接通正转/停车命令1）（DIN置1为正转13P07021212反转（DIN1/为反转14P070394（DIN3置1为停车命令）按斜坡函数曲线快速降速停车（5）系统调试运行①检查实训设备中器材是否齐全，按照变频器主电路图完成变频器的接线，认真检查，确保正确无误。②打开变频器电源开关，按照参数功能表正确设置变频器参数。③在电脑上编写PLC梯形图程序并下载至PLC中。④按下按钮“SB1”，电动机正转。按下操作面板按钮“”，增加变频器输出频率。⑤按下按钮“SB3”，等电机停止运转后，按下按钮“SB2”，电机反转。（二）PLC与变频器综合实现电动机的多段速控制（1）控制要求。①正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流、额定功率、额定转速。②通过PLC控制变频器的外部端子实现变频器对电机的三段调速，具体控制功能如下：按下启动按钮，变频器按图图10-20所示的时序图进行运行，变频器首先正转按1速（20Hz）运行6S,然后按2速（40Hz）运行10s，接着按3速（50Hz）运行12s，最后电机用时2s减速停止。（2）主电路

（3）设计PLC梯形图

（4）参数功能①设置参数前先将变频器参数复位为工厂的缺省设定值：P0010=30，P970=1。②设定P0003=2允许访问扩展参数。③设定电机参数时先设定P0010=1（快速调试），电机参数设置完成设定P0010=0（准备）。④功能参数如表（5）系统调试运行

①检查实训设备中器材是否齐全，按照变频器主电路图完成变频器的接线，认真检查，确保正确无误。②打开变频器电源开关，按照参数功能表正确设置变频器参数。③在电脑上编写PLC梯形图程序并下载至PLC中。④按下按钮“SB1”，变频器首先正转按1速（20Hz）运行6s，然后按2速（40Hz）运行10s，接着按3速（50Hz）运行12s，最后电机用时2s减速停止。⑤“SB2”是停止按钮，随时按下可使电机停止工作。变频器在使用时要特别注意：变频器的电源和负载千万不能接反，若将变频器接负载的端子误接了电源，则会将变频器烧坏（三）PLC与变频器综合实现自动送料系统的调速控制1．控制要求现代工厂中经常会用到送料小车。早期的自动送料系统通常采用继电器进行逻辑控制，但由于继电器的稳定性远远比不上PLC控制设备，因此PLC与变频器被广泛用于现代送料系统。某企业承接了一项PLC和变频器综合控制两站自动送料系统的装调任务，运行示意图如图8-22所示，具体要求：按下启动按钮，小车以45

Hz的频率左移，碰撞到行程开关SQ1后停下进行装料；2

min后，装料结束，小车以40

Hz的频率右移，碰撞到行程开关SQ2后停止右移，开始卸料；3

min后，卸料结束，小车以45

Hz左移……如此循环往复，直到停止按钮被按下结束操作。该系统所使用的电动机型号为Y-112M-4，额定功率为4

kW，额定电压为380

V，采用△接法，额定电流为8.8

A，额定转速为1440

r/min。试用PLC配合变频器设计其控制系统，并进行调试。2．主电路设计3．PLC梯形图设计４．参数功能①设置参数前，先将变频器的参数复位为默认设定值：P0010=30，P970=1。②设定P0003=2，表示允许访问扩展参数。③设定电动机参数时，先设定P0010=1，表示快速调试；电动机参数设置完成后，设定P0010=0，表示准备就绪。序号变频器参数出厂值设定值功能说明1P0304400380电动机的额定电压（380V）2P03051.868.8电动机的额定电流（8.8A）3P03070.754电动机的额定功率（4kW）4P031050.0050.00电动机的额定频率（50Hz）5P031113951440电动机的额定转速（1440r/min）6P100013固定频率设定7P108000电动机的最小频率（0Hz）8P10825050电动机的最大频率（50Hz）9P11201010斜坡上升时间（10s）10P11211010斜坡下降时间（10s）11P070012选择命令源（由端子排输入）12P070101ON/OFF（DI1接通时正转，DI1断开时停止）13P0702015固定频率设定（二进制编码选择+ON命令）14P0703916固定频率设定（二进制编码选择+ON命令）P07041517固定频率设定（二进制编码选择+ON命令）15P101611直接选择116P10011045固定频率1（45Hz）17P100215−40固定频率2（−40Hz）参数设置及功能说明1．控制要求①桥式起重机的电气传动系统包括两台大车电动机、一台用于32

t主钩提升的小车电动机以及两台用于5

t副钩提升的电动机，共计5台电动机。这5台电动机通过4台变频器进行控制，以实现重载启动和变频调速功能。起重机控制系统的框图如图8-25所示。本项目选用的PLC型号为S7-200SMART，变频器型号为V20。主电路如图8-26所示，其中输入部分：选择开关SA（1、2、3挡为小车左移，对应频率分别为20

Hz、40

Hz、50

Hz；4、5、6挡为小车右移，对应频率分别为25

Hz、45

Hz、50

Hz）、启动按钮SB1、停止按钮SB2、左移行程开关SQ1和右移行程开关SQ2。输出部分：Q0.0控制DI1，以实现起重机小车的启停；Q0.1、Q0.2、Q0.3则分别控制DI2、DI3、DI4，以实现小车的多段速运行。（四）PLC与变频器综合实现桥式起重机小车电动机的调速控制1．控制要求

2．硬件设计3．PLC梯形图设计4．参数功能①设置参数前，先将变频器的参数复位为默认设定值：P0010=30，P970=1。②设定P0003=2，表示允许访问扩展参数。③设定电动机参数时，先设定P0010=1，表示快速调试；电动机参数设置完成后，设定P0010=0，表示准备就绪。参数设置及功能说明序号变频器参数出厂值设定值功能说明1P0304400380电动机的额定电压（380V）2P03051.8611.75电动机的额定电流（11.75A）3P03070.755.8电动机的额定功率（5.8kW）4P031050.0050.00电动机的额定频率（50Hz）5P031113951430电动机的额定转速（1430r/min）6P100013固定频率设定7P108000电动机的最小频率（0Hz）8P10825050电动机的最大频率（50Hz）9P11201010斜坡上升时间（10s）10P1121101