PLC课程设计-自控系统及PLC综合设计

PLC课程设计报告

学院：电子与信息工程学院

班级：测控 09-2

姓名：xxx

学号：xxxx

指导教师：xxx

自控系统及PLC综合设计

一、设计目的

1、掌握可编程序空制器的操作方法。

2、熟悉基本指令与应用指令以及实习设备的使用方法。

3、掌握变频器主要参数设置。

4、掌握 PC机、 PLC和变频器之间的通信技术。

5、掌握 WinCC组态软件的使用。

6、理论联系实际提高学生分析问题和解决问题的能力。

二、设计要求

1 、认真阅读指导书，了解PLC系统组成和工作原理。

2、实习前清理好实习内容的思路以及所要使用的方法。

3、独立完成 PLC和变频器之间的硬件接线。

4、测试通信连接正常。

5、学习可编程控制器 STEP7编程软件及编程语言，试编辑简单的电动机控制

应用程序。

6、通过调试来发现问题和解决问题。

7、验证程序的最终实现结果是否符合要求。

三、设计任务

1、将变频器和 PLC通过导线进行连接。通过变频器的控制面板进行参数设置。根据 I/O 的定义，编写 PLC程序，实现通过操作面板控制交流异步电动机起动，停止，正反转切换，并监视电动机的故障和运行状态。

2、做 WinCC与 PLC相连，实现在 WinCC上对变频器的监控。除了控制电动机起动，停止，正反转切换，监视电动机的故障和运行状态外，还要在WinCC

画面上进行频率给定以及对实际频率的监视。

四、设计方法

1、通信方式有两种：

1)、通过 MPI 通信实现。

2 ）、通过 Profibus-DP实现。

2、控制方式有两种：

1）、本地的操作面板控制。

2）、远程的 WinCC画面监控。

五、实习内容的相关原理性知识

1、变频器工作原理

1)、变频器的作用

变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的

周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速

控制简单化，用变频器 +交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能

用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到

新阶段。

2)、变频器的组成

变频器通常分为 4 部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。

a、整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电。

b、高容量电容存储转换后的电能。

c、逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不

同频率、宽度、幅度的方波。

d、控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为

近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。

3）、变频器的控制方式

变频器的控制方式可采用恒压频比控制方式，也可采用矢量控制方式，具体的控制方式由参数P100 进行设置。

a、恒压频比控制方式：该控制方式，控制电路简单，成本较低，但系统性能

不高，响应慢，尤其是低频时存在转矩低的问题，要适当提高定子电压以进行转

矩补偿。

b、矢量控制方式：该控制方式是经过坐标变换将定子电流进行电压分解，

将直流电动机和交流电动机相等效，按照直流电动机的控制策略，再通过坐标反

变换来控制异步电动机，具有较好的动态性能。

2、继电器工作原理

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制

系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流

去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转

换电路等作用。

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效

应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而

带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸

力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与

原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中

的导通、切断的目的。

3 、S7-300 系列 PLC工作原理

S7-300 是一种通用型的 PLC，其具有模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，这使得它能适应自动化工程中的各种应用场合，执行各种控制任务，因此其在实践中成为一种既经济又可靠的控制装置。

其主要模块为电源和 CPU，我们本次实习所用的 PLC为 CPU314C-2DP，其中集成了数字量输入 / 输出和模拟量输入 / 输出。

CPU功能是：执行用户程序；为S7-300 背板总线提供 5V 电源；在 MPI 网络中，通过 MPI 与其他 MPI 网络节点进行通信。

数字量输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器。数字量输

入模块将从现场传来的的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。输入电路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的

错误输入信号，输入电流一般为数毫安。

数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机起

动器等负载。数字量输出模块将S7-300 的内部信号电平转化为控制过程所需的

外部信号电平，同时有隔离和功率放大作用。

本实习中所使用的输入输出模块有两个。