西安科技大学变频器与PLC综合课程实验大纲205.docx
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西安科技大学变频器与PLC综合课程实验大纲205
自动化专业2010级“变频器与PLC”综合设计实验大纲
将实际生产中得到广泛应用的变频器与所学的电机拖动课程相结合,得以了解交流电动机的变频调速性能,可使学生将所学过知识通过理论与实际联系起来，从动手接线,实验过程中的调试,与发现解决问题等这一完整的实验过程，培养学生正确的设计思想，使学生充分发挥主观能动性，去独立解决实际问题，以达到提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用，从而培养和提高学生的独立工作能力及解决实际问题的能力。
本实验加深对三相异步电动机的认识,并熟悉变频器接线与工作原理。
通过本课程设计不仅仅是要求学生完成所规定的题目要求，同时还要培养学生养成良好的科学态度和严谨的设计习惯。
建议学生在完成课程设计时，同时完成如下文档资料：
1.设计思想和设计说明；
2.硬件原理框图；
3.硬件原理图与其软件配合介绍；
4.程序流程图及源程序清单等。
一、性质与任务
1．性质：
通过“PLC+变频器”综合设计实验，培养自动化专业学生的基本技能。
2．任务：
了解“三相异步电动机变频调速系统设计与调试”的工作原理；培养解决实际工程技术问题的能力；培养综合应用所学知识的能力、独立工作能力和团结协作能力；掌握根据工艺要求设计较复杂的、现代化的电气控制系统的方法，并学会调试与操作。
二、学习目标
1.预期知识目标：
变频器的基本结构及主要技术参数；变频器的端子接线图；变频器的常用功能解析；可编程控制器的编程等。
2.预期能力目标：
在操作面板上能以点动频率、固定频率进行运行；会进行变频器各种运行操作模式的接线，并查找接线故障；会利用加减速时间设定方法设定变频器加速、减速运行的时间；能实现多段速运行；能进行单组程序和多组程序运行。
并可以通过PLC对工业对象的控制。
三、主要仪器设备
西门子MM420变频器、三相异步电动机、西门子可编程控制器S7-226XP、触摸屏、KNT恒压供水实验装置、六层电梯实验装置、万用表、导线、工具等。
四、考核方式
专业知识考核：
回答项目相关知识；
方法能力考核：
制定设计方案、查阅参考资料的能力；
技能考核：
项目调试结果、电路制作能调试结果；
团队精神考核：
实验项目实施、实验演示汇报。
五、评分办法
本综合实验采用三级计分制，考核应以学生在实验过程中的表现和实际技能相结合，报告为辅助的方式。
1.平时表现（20%）；
2.电路调试及实际完成情况（60%）；
3.综合设计实验的报告（20%）。
参考文献：
1.西门子MICROMASTER420通用型变频器说明书
2.变频器控制技术入门与应用实例姚锡禄主编中国电力出版社2009年
3.西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程吴志敏编著中国电力出版社2009年
4.组态软件的使用
附：
综合设计实验题目及目的要求
一、变频器的面板操作与运行
1.学习目的：
1.熟悉变频器的面板操作方法。
2.熟练变频器的功能参数设置。
3.熟练掌握变频器的正反转、点动、频率调节方法。
2基本操作面板修改设置参数的方法
MM420在缺省设置时，用BOP控制电动机的功能是被禁止的。
如果要用BOP进行控制，参数P0700应设置为1，参数P1000也应设置为1。
用基本操作面板（BOP）可以修改任何一个参数。
修改参数的数值时，BOP有时会显示“busy”，表明变频器正忙于处理优先级更高的任务。
下面就以设置P1000=1的过程为例，来介绍通过基本操作面板（BOP）修改设置参数的流程。
基本操作面板（BOP）修改设置参数流程
操作步骤
BOP显示结果
1
按
键，访问参数
2
按
键，直到显示P1000
3
按
键，直到显示in000，即P1000的第0组值
4
按
键，显示当前值2
5
按
键，达到所要求的值1
6
按
键，存储当前设置
7
按
键，显示r0000
8
按
键，显示频率
3训练内容
通过变频器操作面板对电动机的启动、正反转、点动、调速控制。
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。
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。
电动机参数设置
参数号
出厂值
说明
P0003
1
设定用户访问级为标准级
P0010
0
快速调试
P0100
0
功率以KW表示，频率为50Hz
P0304
230
电动机额定电压（V）
P0305
3.25
电动机额定电流（A）
P0307
0.75
电动机额定功率（KW）
P0310
50
电动机额定频率（Hz）
P0311
0
电动机额定转速（r/min）
（3）设置面板操作控制参数
面板基本操作控制参数
参数号
出厂值
说明
P0003
1
设用户访问级为标准级
P0010
0
正确地进行运行命令的初始化
P0004
0
命令和数字I/O
P0700
2
由键盘输入设定值（选择命令源）
P0003
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
设定值通道和斜坡函数发生器
P1000
2
由键盘（电动电位计）输入设定值
P1080
0
电动机运行的最低频率（Hz）
P1082
50
电动机运行的最高频率（Hz）
P0003
1
设用户访问级为扩展级
P0004
0
设定值通道和斜坡函数发生器
P1040
5
设定键盘控制的频率值（Hz）
P1058
5
正向点动频率（Hz）
P1059
5
反向点动频率（Hz）
P1060
10
点动斜坡上升时间（s）
P1061
10
点动斜坡下降时间（s）
二、变频器的多段速运行操作
1.学习目的：
1．掌握变频器多段速频率控制方式。
2．熟练掌握变频器的多段速运行操作过程。
2.MM420变频器的多段速控制功能及参数设置
多段速功能，也称作固定频率，就是设置参数P1000=3的条件下，用开关量端子选择固定频率的组合，实现电机多段速度运行。
可通过如下三种方法实现：
1.直接选择（P0701-P0703=15）
在这种操作方式下，一个数字输入选择一个固定频率，端子与参数设置对应见表2-10。
端子与参数设置对应表
端子编号
对应参数
对应频率设置值
说明
5
P0701
P1001
1.频率给定源P1000必须设置为3。
2.当多个选择同时激活时，选定的频率是它们的总和。
6
P0702
P1002
7
P0703
P1003
2.直接选择+ON命令（P0701-P0703=16）
在这种操作方式下，数字量输入既选择固定频率（见表2-10），又具备起动功能。
3.二进制编码选择+ON命令（P0701-P0703=17）
MM420变频器的3个数字输入端口（DIN1~DIN3），通过P0701~P0703设置实现多频段控制。
每一频段的频率分别由P1001~P1007参数设置，最多可实现7频段控制，各个固定频率的数值选择见表。
在多频段控制中，电动机的转速方向是由P1001~P1007参数所设置的频率正负决定的。
3个数字输入端口，哪一个作为电动机运行、停止控制，哪些作为多段频率控制，是可以由用户任意确定的，一旦确定了某一数字输入端口的控制功能，其内部的参数设置值必须与端口的控制功能相对应。
固定频率选择对应表
频率设定
DIN3
DIN2
DIN1
P1OO1
0
0
1
P1OO2
0
1
0
P1OO3
0
1
1
P1OO4
1
0
0
P1OO5
1
0
1
P1OO6
1
1
0
P1OO7
1
1
1
3.实验内容
实现3段固定频率控制，连接线路，设置功能参数，操作三段固定速度运行。
4．参数设置
（1）恢复变频器工厂缺省值，设定P0010=30，P0970=1。
按下“P”键,变频器开始复位到工厂缺省值。
（2）设置电动机参数，见表。
电动机参数设置完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。
电动机参数设置
参数号
出厂值
说明
P0003
1
设用户访问级为标准级
P0010
0
快速调试
P0100
0
工作地区：
功率以KW表示，频率为50Hz
P0304
230
电动机额定电压（V）
P0305
3.25
电动机额定电流（A）
P0307
0.75
电动机额定功率（KW）
P0308
0
电动机额定功率（COS￠）
P0310
50
电动机额定频率（Hz）
P03111
0
电动机额定转速（r/min）
（3）设置变频器3段固定频率控制参数，见表。
变频器3段固定频率控制参数设置
参数号
出厂值
说明
P0003
1
设用户访问级为标准级
P0004
7
命令和数字L/O
P0700
2
命令源选择由端子排输入
P0003
2
设用户访问级为拓展级
P0004
7
命令和数字L/O
P0701
15
选择固定频率
P0702
15
选择固定频率
P0703
1
ON接通正转，OFF停止
P0003
1
设用户访问级为标准级
P0004
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1000
3
选择固定频率设定值
P0003
2
设用户访问级为拓展级
P0004
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1001
15
选择固定频率1（Hz）
P1002
20
选择固定频率2（Hz）
P1003
35
选择固定频率3（Hz）
3．变频器运行操作
当按下按钮SB1时，数字输入端口“7”为“ON”，允许电动机运行。
（1）第1频段控制。
当SB1按钮开关接通、SB2按钮开关断开时，变频器数字输入端口“5”为“ON”，端口“6”为“OFF”，变频器工作在由P1001参数所设定的频率为15Hz的第1频段上。
（2）第2频段控制。
当SB1按钮开关断开，SB2按钮开关接通时，变频器数字输入端口“5”为“OFF”，“6”为“ON”，变频器工作在由P1002参数所设定的频率为20Hz的第2频段上。
（3）第3频段控制。
当按钮SB1、SB2都接通时，变频器数字输入端口“5”、“6”均为“ON”，变频器工作在由P1003参数所设定的频率为35Hz的第3频段上。
（4）电动机停车。
当SB1、SB2按钮开关都断开时，变频器数字输入端口“5”、“6”均为“OFF”，电动机停止运行。
或在电动机正常运行的任何频段，将SB3断开使数字输入端口“7”为“OFF”，电动机也能停止运行。
注意的问题。
3个频段的频率值可根据用户要求P1001、P1002和P1003参数来修改。
当电动机需要反向运行时，只要将向对应频段的频率值设定为负就可以实现。
三、变频器的外部运行操作
1.学习目的：
1．掌握MM420变频器基本参数的输入方法。
2．掌握MM420变频器输入端子的操作控制方式。
3．熟练掌握MM420变频器的运行操作过程。
2.数字输入端口功能
MM420变频器的3个数字输入端口（DIN1~DIN3），即端口“5”、“6”、“7”，每一个数字输入端口功能很多，用户可根据需要进行设置。
参数号P0701~P0703为与端口数字输入1功能至数字输入3功能，每一个数字输入功能设置参数值范围均为0~99，出厂默认值均为1。
以下列出其中几个常用的参数值：
MM420数字输入端口功能设置表
参数值
功能说明
0
禁止数字输入
1
ON/OFF1（接通正转、停车命令1）
2
ON/OFF1（接通反转、停车命令1）
3
OFF2（停车命令2），按惯性自由停车
4
OFF3（停车命令3），按斜坡函数曲线快速降速
9
故障确认
10
正向点动
11
反向点动
12
反转
13
MOP（电动电位计）升速（增加频率）
14
MOP降速（减少频率）
15
固定频率设定值（直接选择）
16
固定频率设定值（直接选择+ON命令）
17
固定频率设定值（二进制编码选择+ON命令）
25
直流注入制动
用PLC控制MM420变频器的运行，实现电动机正转和反转控制。
其中端口“5”（DIN1）设为正转控制，端口“6”（DIN1）设为反转控制。
对应的功能分别由P0701和P0702的参数值设置。
3．变频器运行操作
（1）正向运行：
当按下带锁按钮SB1时，变频器数字端口“5”为ON，电动机按P1120所设置的2S斜坡上升时间正向启动运行，经2S后稳定运行在560r/min的转速上，此转速与P1040所设置的20Hz对应。
放开按钮SB1，变频器数字端口“5”为OFF，电动机按P1121所设置的2S斜坡下降时间停止运行。
（2）反向运行：
当按下带锁按钮SB2时，变频器数字端口“6”为ON，电动机按P1120所设置的2S斜坡上升时间正向启动运行，经2S后稳定运行在560r/min的转速上，此转速与P1040所设置的20Hz对应。
放开按钮SB2，变频器数字端口“6”为OFF，电动机按P1121所设置的2S斜坡下降时间停止运行。
（3）电动机的点动运行
正向点动运行：
当按下带锁按钮SB3时，变频器数字端口“7”为ON，电动机按P1060所设置的2S点动斜坡上升时间正向启动运行，经2S后稳定运行在280r/min的转速上，此转速与P1058所设置的10Hz对应。
放开按钮SB3，变频器数字端口“7”为OFF，电动机按P1061所设置的2S点动斜坡下降时间停止运行。
（2）电动机的速度调节
分别更改P1040和P1058、P1059的值，按上步操作过程，就可以改变电动机正常运行速度和正、反向点动运行速度。
四、用触摸屏实现对恒压供水系统的操作
1.学习目的：
1）熟悉EasyBuilder8000编程环境，掌握如何在线监控程序运行状态。
2）熟悉PLC装置及触摸屏的外部接线方法。
3）学会使用触摸屏的软件组态及与下位机连接调试的方法。
2.设备、工具和材料：
准备西门子S7-224XP控制模块，触摸屏实验模块各1个、通讯线1条、导线若干。
3.学习内容：
使用组态软件编写可手动控制变频器，实现对水泵的控制。
五、用PLC实现电梯控制系统
1.学习目的：
1）熟悉PLC编程环境，掌握如何在线监控程序运行状态。
2）熟悉PLC装置及可编程控制器的外部接线方法。
2.学习内容：
编写两层电梯控制程序，并使用组态软件对电梯做远程控制，电梯运行要求与实际生活所用电梯的功能相同。
3.设备、工具和材料：
准备西门子S7-224XP控制面板一块，多层电梯控制实验模块以及导线若干。
4.操作步骤：
1）根据实验要求确定I/O点数，画出控制流程图，列出I/O分配表。
2）根据实验控制要求编写程序。
3）在接线无误的情况下打开主机电源并将编好的程序下载到主机中，运行程序。
注意：
1.学生分组进行综合实验（每组4~5人），每组学生在本班级内自由组合，一到三题目必做内容，实验四和实验五任选一题做。
2.在同一小组内，可以提供多种方案完成设计内容。
附录1：
恒压供水系统I/O地址分配表
过程控制I/O接口
INPUT
OUTPUT
I0.0
启动按钮
Q0.0
启动按钮指示灯
I0.1
停止按钮
Q0.1
停止按钮指示灯
I0.2
压力/液位选择
Q0.2
变频器供电
I0.3
急停
Q0.3
回水阀控制
I0.4
上水箱浮球开关（有水ON）
Q0.5
变频器启动
I0.5
下水箱浮球开关（有水ON）
Q0.6
变频器方向
模拟量输入端
模拟量输出端
扩展模块通道1（EM235）
液位测量值（AIW0）
扩展模块通道1（EM235）
变频器控制（AQW0）
扩展模块通道2（EM235）
压力测量值（AIW2）
附录2：
六层电梯系统I/O地址分配表
INPUT
OUTPUT
输入端
变量名称
备注
输出端
变量名称
备注
I0.0
备用
I0.1
备用
I0.2
InsideCallBtn_1
内呼1层按钮
Q0.0
InsideCallLamp_1
内呼1层指示灯
I0.3
InsideCallBtn_2
内呼2层按钮
Q0.1
InsideCallLamp_2
内呼2层指示灯
I0.4
InsideCallBtn_3
内呼3层按钮
Q0.2
InsideCallLamp_3
内呼3层指示灯
I0.5
InsideCallBtn_4
内呼4层按钮
Q0.3
InsideCallLamp_4
内呼4层指示灯
I0.6
InsideCallBtn_5
内呼5层按钮
Q0.4
InsideCallLamp_5
内呼5层指示灯
I0.7
InsideCallBtn_6
内呼6层按钮
Q0.5
InsideCallLamp_6
内呼6层指示灯
I1.0
DoorOpenBtn
开门内呼按钮
Q0.6
DoorOpenLamp
开门内呼指示灯
I1.1
DoorCloseBtn
关门内呼按钮
Q0.7
DoorCloseLamp
关门内呼指示灯
I1.2
OutsideCallBtn_1UP
1层外呼上按钮
Q1.0
OutsideCallLamp_1UP
1层上呼指示灯
I1.3
OutsideCallBtn_2DN
2层外呼下按钮
Q1.1
OutsideCallLamp_2DN
2层下呼指示灯
I1.4
OutsideCallBtn_2UP
2层外呼上按钮
Q1.2
OutsideCallLamp_2UP
2层上呼指示灯
I1.5
OutsideCallBtn_3DN
3层外呼下按钮
Q1.3
OutsideCallLamp_3DN
3层下呼指示灯
I1.6
OutsideCallBtn_3UP
3层外呼上按钮
Q1.4
OutsideCallLamp_3UP
3层上呼指示灯
I1.7
OutsideCallBtn_4DN
4层外呼下按钮
Q1.5
OutsideCallLamp_4DN
4层下呼指示灯
I2.0
OutsideCallBtn_4UP
4层外呼上按钮
Q1.6
OutsideCallLamp_4UP
4层上呼指示灯
I2.1
OutsideCallBtn_5DN
5层外呼下按钮
Q1.7
OutsideCallLamp_5DN
5层下呼指示灯
I2.2
OutsideCallBtn_5UP
5层外呼上按钮
Q2.0
OutsideCallLamp_5UP
5层上呼指示灯
I2.3
OutsideCallBtn_6DN
6层外呼下按钮
Q2.1
OutsideCallLamp_6DN
6层下呼指示灯
I2.4
LimitSwitch_1DN
1层下限位开关
Q2.2
FreqRun
变频器正转（电梯上行）
I2.5
LimitSwitch_1UP
1层上限位开关
Q2.3
FreqRunReverse
变频器反转（电梯下行）
I2.6
LimitSwitch_2DN
2层下限位开关
Q2.4
SlowSpeed
变频器低速
I2.7
LimitSwitch_2UP
2层上限位开关
Q2.5
DoorOpenControl
轿箱开门控制
I3.0
LimitSwitch_3DN
3层下限位开关
Q2.6
DoorCloseControl
轿箱关门控制
I3.1
LimitSwitch_3UP
3层上限位开关
Q2.7
LampAndFan
箱箱内照明控制
I3.2
LimitSwitch_4DN
4层下限位开关
Q3.0
DisplayS1
楼层指示S1
I3.3
LimitSwitch_4UP
4层上限位开关
Q3.1
DisplayS2
楼层指示S2
I3.4
LimitSwitch_5DN
5层下限位开关
Q3.2
DisplayS3
楼层指示S3
I3.5
LimitSwitch_5UP
5层上限位开关
Q3.3
DisplayUP
楼层指示UP
I3.6
LimitSwitch_6DN
6层下限位开关
Q3.4
DisplayDN
楼层指示DN
I3.7
LimitSwitch_6UP
6层上限位开关
Q3.5
I4.0
LimitSwitch_L
轿箱底层限位
Q3.6
I4.1
LimitSwitch_H
轿箱顶层限位
Q3.7
备用
I4.2
DoorOpenOnPos
轿箱开门到位
Q4.0
BZQ_BCD1
报站器楼层BCD码1
I4.3
DoorCloseOnPos
轿箱关门到位
Q4.1
BZQ_BCD2
报站器楼层BCD码2
I4.4
DoorCloseProtect
电梯关门防夹
Q4.2
BZQ_BCD4
报站器楼层BCD码4
I4.5
备用
Q4.3
I4.6
备用
Q4.4
I4.7
备用
Q4.5
BZQ_BZ
报到站信号
Q4.6
BZQ_SX
报向上运行
Q4.7
BZQ_XX
报向下运行
附录3：
西安科技大学
综合设计实验报告
2013—2014学年第2学期
题目
院（系、部）
专业及班级
姓名
学号
完成日期：
20年月日
目 录
绪论----------------------------------------------------
综合设计实验内容---------------------------------------
一．设计要求---------------------------------------------
二.设计任务和目的--------------------------------------
三.课题要求--------------------------------------------
四.控制要求---------------------------------------------
五.总体设计方案------------------------------------------
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