可编程控制器应用技术课件 项目七 - 任务二 设计恒压供水系统

可编程控制器应用技术PLC的组态项目七PLC的组态项目导读

组态是“配置”“设置”等，指用户通过“搭积木”的方式完成软件功能，而不需要编写计算机程序。组态也叫“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。

在PLC控制系统中，常用组态软件完成控制系统或自动化设备的监视、控制和管理。组态王作为第一个国产工业组态软件，可方便地实现与S7-1200PLC之间的连接和通信。

本项目将介绍组态王软件的使用方法，并带领读者学习PLC处理模拟量的方法和变频器的使用方法。PLC的组态知识目标技能目标素质目标了解组态王的特点。了解PLC处理模拟量的方法。能够熟练掌握组态王的操作。能够用组态王模拟简单的PLC控制系统。通过了解国产组态软件，增强学生的民族认同感和自信心。通过PLC的组态设计，理解并敬重工匠精神，在学习中努力发扬工匠精神。项目七用组态王模拟液体混合装置任务一设计恒压供水系统任务二任务二：设计恒压供水系统任务描述图7-30恒压供水系统的逻辑框图

请设计恒压供水系统，系统用PLC控制变频器的运行频率，从而使水压恒定，其逻辑框图如图7-30所示。

恒压供水系统的控制要求如下：（1）当系统开始工作时，如果水压低于设定值，PLC启动一台水泵，并控制变频器的运行频率，使其逐渐上升，从而使水压上升。（2）当管网压力升至设定值时，水泵保持当前运行状态，保持水压恒定在设定值。（3）如果当前水泵运行频率上升到电网工频时，水压还未达到设定值时，系统自动将此水泵切换至工频运行，同时解除变频器运行信号。然后另一台水泵变频启动。任务二：设计恒压供水系统任务分析

(1)恒压供水系统中，通过比较实际水压与设定水压的值，控制两台水泵的工作状态，实际水压通常用压力传感器检测，该检测量通常为模拟量。

设启动按钮为SB1，停止按钮为SB2，一号泵的工频和变频分别为KM1和KM2，二号泵的工频和变频分别为KM3和KM4。恒压供水系统的工作过程如下：①

按下启动按钮SB1，一号泵KM2接通，泵的转速随变频器输出频率的上升而逐渐加快。②

当变频器的频率达到50Hz（电网工频）且检测到压力传感器的值未达到设定值时，启动定时器T0（定时时长为30s）。③

定时结束后，KM1和KM4接通，KM2断开，一号泵的转速不变，二号泵的转速随变频器输出频率的上升而逐渐升高，直至压力传感器检测到的值达到设定值。任务二：设计恒压供水系统任务分析（2）根据恒压供水系统的工作过程，填写I/O地址分配表（3）根据I/O地址分配表，完成硬件电路接线图的设计，并完成硬件接线（4）根据恒压供水的工作过程和I/O地址分配表，设计梯形图（5）按下启动按钮后，比较压力传感器的输入值和设定值，观察变频器的工作状态和电机的转速

本任务中，主要依据压力传感器给定的模拟量输入与设定值进行比较，确定水泵是由变频向工频切换还是由工频向变频切换一、PLC处理模拟量任务二：设计恒压供水系统预备知识

在自动化生产过程中，存在着大量的模拟量信号，如压力、温度、速度和液位等。为了实现自动控制，这些模拟量信号都需要PLC处理。S7-1200PLC处理模拟量时，需要先将模拟量输入值规范化为由0.0到1.0的实数（浮点）值，再按比例放到测量范围中，转为具有工程单位的量。一、PLC处理模拟量任务二：设计恒压供水系统1．NORM_X指令图7-31NORM_X指令NORM_X指令（标准化指令）的功能是将模拟量输入值转换为0.0～1.0的实数值，指令格式如图7-31所示。一、PLC处理模拟量任务二：设计恒压供水系统1．NORM_X指令图7-32ORM_X指令坐标示意图

在NORM_X指令中，使用参数MIN和MAX定义VALUE的范围值，将VALUE的值通过计算按一定的比例缩放，使得输出OUT中的值为[0.0，1.0]，计算公式如下：

任务二：设计恒压供水系统一、PLC处理模拟量2．SCALE_X指令图7-33SCALE_X指令

SCALE_X指令（缩放指令）通过将输入VALUE的值（0.0～1.0）映射到指定的值范围对其进行缩放，它是NORM_X指令的逆操作，其指令格式如图7-33所示。

当执行SCALE_X指令时，输入VALUE的浮点值会缩放到由参数MIN和MAX定义的值范围。缩放结果为整数，存储在输出OUT中。任务二：设计恒压供水系统二、PID控制指令PID_Compact（集成了调节功能的通用PID控制器）PID_3Step（集成了阀门调节功能的PID控制器）PID_Temp（温度PID控制器）用于通过模拟信号的输入和输出来控制工艺过程用于控制电机驱动的设备，如需要通过离散信号实现打开和关闭动作的阀门专为温度控制而设计的，提供了具有集成调节功能的连续PID控制任务二：设计恒压供水系统三、变频器图7-34变频器控制原理的示例框图

变频器（variable-frequencydrive，VFD），也称为变频驱动器或驱动控制器，是可调速驱动系统中的一种主要器件。变频器应用变频驱动技术改变交流电机工作电压的频率和幅度，用于控制交流电机的速度及转矩。

在工业控制中，常采用PLC与变频器对异步电机进行控制，变频器控制原理的示例框图如图7-34所示。

常见的西门子变频器有MicroMasterMM4系列和SINAMICSG120系列。其中，G120系列变频器因其简洁的操作面板、良好的控制性能、优化的集成保护和强大的通信功能而得到了广泛应用。任务二：设计恒压供水系统任务实施一、I/O地址分配输入输出元件I/O地址备注元件I/O地址备注SB1I0.0启动按钮KM1Q0.0一号泵变频SB2I0.1停止按钮KM2Q0.1一号泵工频压力传感器ID96模拟量输入KM3Q0.2二号泵变频

KM4Q0.3二号泵工频

PID输出QD96模拟量输出表7-2恒压供水系统的I/O地址分配表根据工作过程分析，恒压供水系统的I/O地址分配表如表7-2所示。任务二：设计恒压供水系统任务实施二、硬件接线图7-35PLC的硬件接线图根据表7-2绘制PLC的硬件接线图（见图7-35），并按照接线图完成接线。提示：模拟量输入、输出信号与模拟量输入、输出模块相连，变频器通过Profinet与PLC相连。

创建新项目后，在项目视图右侧的“硬件目录”中，选择“AI/AQ”→“6ES7234-4HE32-0XB0”选项，并拖拽至CPU右侧位置，如图7-36所示。任务二：设计恒压供水系统任务实施三、程序设计与调试1．添加模拟信号模块图7-36添加模拟信号模块PLC通过Profinet控制G120变频器，再由变频器实现对水泵的控制，PLC与变频器的连接步骤如下。任务二：设计恒压供水系统任务实施三、程序设计与调试2．连接PLC与变频器步骤1

在网络视图中，打开右侧的“硬件目录”，选择“其他现场设备”→“PROFINETIO”→“Drives”→“SIEMENSAG”→“SINAMICS”→“SINAMICSG120CU240E-2PN（-F）V4.6”添加变频器，并连接到PLC中，如图7-37所示。图7-37添加变频器任务二：设计恒压供水系统任务实施步骤2

单击“变频器”图标，在“属性”窗口区中，选择“常规”选项卡中的“PROFINET接口[X150]”→“以太网地址”选项，选中“在项目中设置IP地址”单选钮，在“IP地址”编辑框中输入“192.168.0.2”，如图7-38所示。图7-38设置变频器的IP地址任务二：设计恒压供水系统任务实施三、程序设计与调试3．添加PID工艺对象步骤1

在左侧的项目树中单击“工艺对象”，选择“新增对象”选项，双击打开“新增对象”对话框，如图7-39所示。图7-39添加“新增对象”任务二：设计恒压供水系统任务实施3．添加PID工艺对象步骤2

在“新增对象”对话框中，选择“PID”，在“PID”选择区左侧的“名称”选项卡中，选择“PID控制”→“CompactPID”→“PID_Compact”，此时在对话框的右侧会出现“类型”和“编号”默认选项。可以在此设置“类型”和“编号”。设置完成后，单击“确定”按钮，如图7-40所示图7-40新增“PID工艺对象”此编号为数据块（DB）的序号（如1），默认选中“自动”单选钮，也可选中“手动”单选钮，然后手动输入编号任务二：设计恒压供水系统任务实施3．添加PID工艺对象步骤3

在左侧的项目树中，选择“工艺对象”，此时会出现“组态”和“调试”两个选项。双击“组态”选项，则会出现图7-41所示的菜单，进行“基本设置”、“过程值设置”和“高级设置”，本任务选择默认值图7-41组态PID_Compact工艺对象PID指令要在定时循环中断块内调用，以确保PID的运算以固定的采样周期完成。其调用和编程步骤如下任务二：设计恒压供水系统任务实施4．PID指令调用与编程步骤1

在左侧的项目树中选择“程序块”→“添加新块”选项，在打开的“添加新块”对话框中选择“组织块”→“Cyclicinterrupt”（循环中断）选项，然后单击“确定”按钮，如图7-42所示.三、程序设计与调试图7-42添加组织块任务二：设计恒压供水系统任务实施4．PID指令调用与编程步骤2

在程序段中插入PID_Compact1指令（见图7-43），PID_Compact指令参数如表7-3所示.图7-43插入PID_Compact1指令参数名称数据类型说明默认值SetpointReal自动模式的控制器设定值0InputReal作为实际值（反馈值）来源的用户程序变量0Input_PERWord作为实际值来源的模拟量输入W#16#0OutputREALPID控制器的输出值（工程量）

Output_PERINTPID控制器的输出值（模拟量）

Output_PWMBOOLPID控制器的输出值（脉宽调制）

StateINTPID控制器的当前操作模式。

State=0：未激活

State=1：预调节

State=2：手动精确调节

State=3：自动模式

State=4：手动模式

表7-3PID_Compact指令参数任务二：设计恒压供水系统任务实施根据恒压供水系统的工作过程和表7-2（系统存储器字节MB10），设计梯形图程序如图7-44所示5．编写主程序三、程序设计与调试图7-44恒压供水系统的梯形图程序任务二：设计恒压供水系统任务实施图7-44恒压供水系统的梯形图程序(续)任务二：设计恒压供水系统任务实施恒压供水系统的程序设计与调试步骤如下。步骤1

完成项目创建和组态设备选择，将项目命名为“项目七任务二”步骤2

按照右图所示，设置PLC的变量步骤3

输入图7-44所示的梯形图程序步骤4

编译并下载程序步骤5

按下启动按钮SB1，输入MD20的值，输入ID96的值（ID96<MD20），观察电机的变化。项目实训一、实训题目用组态王模拟自动门控制系统。二、实训目的及要求掌握组态王软件的基本使用方法，能够运用该软件进行PLC控制系统仿真。三、实训器材（1）PLC实验台1台（含CPU1214CDC/DC/DC）。（2）上位机1台（已安装博途和组态王软件）。（3）导线若干。项目实训四、实训内容

自动门在商场、银行、酒店等公共建筑中应用极其广泛，其控制要求如下。（1）当有人由内到外（或由外到内）通过光电检测开关K1（或K2）时，开门执行机构KM1动作，电机正转，到达开门限位