新疆大学课程设计PLC应用实践.docx
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新疆大学课程设计PLC应用实践
新疆大学
实训（实习）报告
实训（实习）名称：
电气控制与PLC应用实践
学院：
电气工程学院
专业、班级：
电气13-4班
指导教师：
努尔哈孜
报告人：
学号：
时间：
2017年7月3日--7月12日
实习主要内容：
1.通过两周的实训学会设计一些实际工程中需要的的简单控制电路。
2.学会使用FX2N系列和S7-200系列编程软件的使用。
3.根据实验要求和设计要求会连接实际控制电路。
4.通过实验程序的练习熟悉硬件连接，具体的程序编写与设计。
主要收获体会与存在的问题：
通过两周的课程设计参加课程设计，我对PLC有了更新的认识，通过和小组成员的配合，很好的完成了老师安排的设计任务，运用仿真程序，能运用PLC设计一些简单的程序。
还掌握了实际工程简单控制中的思维方法，掌握了实际控制的设计和具体的程序编写，熟练了S7-200系列编程软件的使用，熟练了PLC的输入，输出外部连线。
课程设计过程中也遇到了不少的问题。
主要是编程方面的问题，在编程时经常出现程序无法按要求运行，需要多次修改，有时会找不到问题需要找老师或同学解决，这主要还是对编程及软件不熟悉，应该多加练习减少出错。
在设计电路及方案时也会遇到有些问题无从下手需要向老师同学请教。
设计好的梯形图输到软件里调试时，有些指令不会输进去，考核实验中画输入、输出外接线图时不太会画，最终通过老师的指导下解决了问题。
指导教师意见：
指导教师签字：
2017年7月12日
备注
一、实验部分
1、天塔之光PLC控制实验
1.1实验目的：
图1-1天塔之光控制系统实验模板图
用PLC控制天塔之光的控制系统。
1.2实验设备
1）台式PLC实验装置一台。
2）天塔之光控制系统实验模板一块。
3）连接导线一套。
1.3实验内容
1）控制要求
启动开关X0接通后，首先L1点亮2s,接着L2、L3、L4、L5亮2s后灭，L6、L7、
L8、L9亮2s后所有灯亮。
如此循环下去。
2）I/O分配
表1：
I/O分配表
输入
输出
启动
I0.0
Q0.1:
L1灯
Q0.2:
L2灯
停止
I0.0
Q0.3:
L3灯
Q0.4:
L4灯
Q0.5:
L5灯
Q0.6:
L6灯
1.4实验梯形图
图1-4天塔之光的梯形图
1.5实验过程分析
当启动开关（I0.0）闭合时，L1灯亮（Q0.1动作并保持，计时T1开始计时），2s后，L1,L2,L3,L4,L5,同时亮2s后L2,L3,L4,L5同时灭而L6,L7,L8,L9灯亮动作并保持，T2开始计时），2s后L1--------L9同时亮。
然后L1亮，其他的都灭。
如此循环。
图1-5我们在做实验过程的图
1.6总结
在本次实验中，我们用到了顺序控制法。
并且我们在这次实验中用到了定时和计数，在实验室我们选用了定时器和计数器，用到了T1,T2,T3,T4和C0。
并且我们用了RST指令对计数器进行复位。
本次实验的重点就是对延时计时器的使用，对于与时序有关的逻辑控制问题。
计时器的熟练应用是解决这类问题的关键，最好的办法就是在设计程序前，先将各个信号之间的时序图准确的画出来，这样在编程时就能提供给自己一个清晰的思路。
2.通过PLC控制电机正反转电路
2.1实验目的
1）了解实验线路中各个设备和元器件的结构，工作原理及使用方法。
2）用PLC综合控制电机正反转系统和数码管显示系统。
3）熟悉线路故漳的分析及排除故障的方法。
2.2实验设备
1）FX2N系列可编程序控制器主机；
2）计算机一台；
3）编程软件SWOPC-FXGP;
4）电机正反转实验模板和数码管显示模板。
2.3设计要求
1）控制要求
利用ＰＬＣ控制电机正反转实现，“正－反－停”的控制。
2）模板上各灯及开关代表的意义
KM1：
电机正传接触器。
KM2：
电机反传接触器。
3）设计方法
考虑到电机的启动，实现正转和反转以及停止要求，只需利用输出继电器和输入继电器即可实现。
2.4设计思想
（1）要想实现三项异步电机的正反转只需改变其任意的两项。
可以用PLC通过对继电器的控制来控制电机的转向。
例如，当PLC使控制正转的继电器的线圈通电，使得其常开触点接通，从而使得电路中的正传线路与电机接触，实现正转。
在电路换向和电机连接方式转换过程中，有可能产生的两个接触器瞬间同时工作引起安全隐患的问题，所以需要考虑在转换电机运行状态时，需要加入一定的时间，来确保避免此类事件的发生。
（2）为实现电机启动，运行系统参照下例的梯形图：
图2.1梯形图
2.5硬件设计
1）通过对上述内容的分析，可以确定有4个输入，两个输出。
表2-1PLCI/O地址分配及定义：
输入
输出
信号名称
地址
说明
信号名称
地址
说明
正传按钮
I0.2
SB1
正转
Q0.1
KM1
停止按钮
I0.0
SB2
反转
Q0.2
KM2
反转按钮
I0.3
SB3
2）异步电机的主电路图
图2.2异步电机的主电路图
KM1是继电器1的常开触点，用来控制电机的正转；KM2是继电器2的常开触点，用来控制电机的反转。
2.6程序设计及仿真情况:
图1.4程序设计
状态：
正转
状态：
反转
状态：
停止
2.7实验接线图（正反转）
2.8总结
通过本次实验使我了解了实验线路中各个设备和元器件的结构，工作原理及使用方法同时掌握了用PLC综合控制电机正反转系统和数码管显示系统，在接线路的过程中熟悉了线路故障的分析及排除故障的方法。
电机的Y/Δ控制和数码管的显示在工业的各个领域中平凡的出现,采取PLC技术控制电机的正反转控制简单,可靠性高,价格低廉.这里编写的电机控制子程序，利用顺序编程法和经验设计法来实现要求，对于要求较多的控制，要考虑程序的全面性和可重复性，这样的程序实现就显得相对薄弱，可以设计一些更佳的程序来满足更高的要求。
3．彩灯的闪烁与循环的PLC控制
3.1实验目的
（1）用PLC控制自动送料装车系统的控制。
（2）通过实验了解
系列可编程序控制器使用的方法。
（3）掌握
系列可编程序控制器变成原理。
3.2实验设备
（1）台式PLC实验装置一台
（2）计算机一台
（3）连接导线一套。
3.3实验要求
1）设计要求
有两组彩灯，每组有8盏灯。
当按下启动按钮后，第1组8盏彩灯周期性闪烁，亮1s，灭1s，15s后该组彩灯全部熄灭后，第2组彩灯开始循环左移点亮，假设这组彩灯初始时为第1盏，第3盏灯亮（即初始值为00000101），循环周期为1s。
2）设计任务
1.根据系统的控制要求设计彩灯闪烁与循环控制原理图和硬件结构图。
2.完成电器设备的选用并编制元器件目录明细表。
3.根据工艺要求选择PLC型号并绘制I/O分配表，绘制系统I/O外接线图。
4.根据控制要求设计系统主电路和辅助电路。
5.绘制梯形图，编制用户程序语句并进行模拟调试。
6.编写设计说明书和设计总结并列出设计参考资料目录。
3）控制要求
（1）启动按钮I0.0（SB2），通过M0.0[1]控制系统的启动和停止。
（2）第一组彩灯HL1~HL8通过MOV-B[3,4]指令控制。
通过梯级[3]的MOV-B[3]指令，将16#FF送入QB0,即使QB0=11111111，即控制第1组彩灯HL1~HL8点亮。
通过梯级[4]的MOV-B[4]指令，将16#0送入QB0，即使QB0=00000000，即控制第1组彩灯熄灭。
MOV-B[3]指令由◎T37[3]控制，MOV-B[4]指令由◎T38[4]控制,而T37[2]，TT38[3]组成周期为2S，占空比50%的脉冲发生器，致使HL1~HL8亮1S，灭1S。
（3）第2组彩灯HL01~HL08通过字节循环左移指令ROL-B[8]控制。
通过梯级[6]的MOV-B[6]指令，将16#05送入QB1，使QB1=00000101，即控制第2组彩灯的HL03，HL01亮。
梯级[8]的ROL-B[8]指令使OB1循环右移1位。
QB1的初始值由MOV-B[6]指令提供，而MOV-B[6]指令由◎M0.1[6]启动，M0.1[7]又由◎T39[7]启动，T39[5]又由◎M0.0[5]启动，而M0.0[1]又由◎I0.0[1]，◎I0.1[1]控制。
3）梯形图
图4-1
4）仿真图
图4-2：
仿真图
3.4体会
通过本次实验，我们对顺序控制设计法进行了实际的操作和演练，对其使用方法有了更多的认识和并在实验程序设计中更加熟练的掌握设计要领。
我们学会了使用PLC可编程控制器对多种液体自动混合控制的编程控制方法。
二、设计性实验
4、恒压供水系统PLC
4.1硬件设计
从变频恒压供水的原理分析可知，该系统主要有压力传感器、压力变送器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。
系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软启动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。
根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，本次设计才用通用变频器+PLC（包括变频控制、调节器控制）+人机界面+压力传感器的构成方案。
4.2控制要求
图4.2控制原理框图
控制系统的工作原理如下:
根据系统用水量的变化，控制系统控制2台水泵按1—2—3—4—1的顺序运行，以保证正常供水。
开始工作时，系统用水量不多，只有1号泵在变频器控制下运行，2号泵处于停止状态，控制系统处于状态1。
当用水量增加，变频器输出频率增加，则1号泵电机的转速也增加，当变频器增加到最高输出频率时，表示只有1台水泵工作己不能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统，1号泵从变频器电源转换到普通的交流电源，而变频器电源启动2号泵电机，控制系统处于状态2。
当系统用水高峰过后，用水量减少时，变频器输出频率减少，若减至设定频率时，表示只有1台水泵工作已能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统，可将1号泵电机停运，2号泵电机仍由变频器电源供电，这时控制系统处于状态3。
当用水量再次增加，变频器输出频率增加，则2号泵电机的转速也增加，当变频器增加到最高输出频率时，表示只有1台水泵工作已不能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统的控制，2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源，而变频器电源启动1号泵电机，控制系统处于状态4。
当控制系统处于状态4时，用水量减少，变频器输出频率减少，若减至设定频率时，表示只有1台水泵工作已能满足系统供水的要求，此时，通过控制系统的控制，2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源，而变频器启动1号泵电机，控制系统处于状态4。
当控制系统处于状态4时，用水量又减少，变频器输出频率减少，若减至设定频率时，表示只有1台水泵工作已能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统的控制，可将2号泵电机停运，1号泵电机仍由变频器供电，这时，控制系统又回到了状态1。
如此循环往复的工作，以满足系统用水的需要。
4.3选择PLC型号
这是PLC应用设计中很重要的一步，目前，国内外生产的PLC种类很多，在选用PLC时应考虑以下几个方面[15]。
（1）规模要适当；
（2）功能要相当，结构要合理；
（3）输入，输出功能及负载能力的选择要正确；
（4）要考虑环境条件。
根据以上原则，这次设计选择西门子S7-200系列的CPU222AC/DC。
4.4变频器的选择
本系统中 ，采用MciorMaster430系列变频器，型号为HVAC（风机和水泵节能型）EC01—4500/3，额定电压为380V—500V，额定功率35kW。
MicroMaster430系列变频器是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专家，功率范围7.5kW至250Kw。
它按照专用要求设计，并使用内部功能互联（BiCo）技术，具有高度可靠性和灵活性，牢固的EMC（电磁兼容性）设计；控制软件可以实现专用功能：
多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等。
4.4.1MM430变频器介绍
MciorMaster430变频器的端子接口分布如图4.4所示。
图4.4MM430端子接口分布图
4.4.2压力传感器的选择
CYYB-120系列压力变送器为两线制4～20mA电流信号输出产品。
它采用CYYB-105系列压力传感器的压力敏感元件。
经后续电路给电桥供电，并对输出信号进行放大、温度补偿及非线性修正、V/I变换等处理，对供电电压要求宽松，具有4～20mA标准信号输出。
一对导线同时用于电源供电及信号传输，输出信号与环路导线电阻无关，抗干扰性强、便于电缆铺设及远距离传输，与数字显示仪表、A/D转换器及计算机数据采集系统连接方便。
CYYB-120系列压力变送器新增加了全密封结构带现场数字显示的隔爆型产品。
可广泛应用于航空航天、科学试验、石油化工、制冷设备、污水处理、工程机械等液压系统产品及所有压力测控领域[13]。
主要特点：
（1）高稳定性、高精度、宽的工作温度范围；
（2）抗冲击、耐震动、体积小、防水；
（3）标准信号输出、良好的互换性、抗干扰性强； （4）最具有竞争力的价格。
4.4.3水位传感器的选择
SL980-投入式液位变送器，广泛用于储水池、污水池、水井、水箱的水位测量，油池、油罐的油位测量，江河湖海的深度测量。
接受与液体深度成正比的液压信号，并将其转换为开关量输出，送给计算机、记录仪、调节仪或变频调节系统以实现液位的全自动控制。
主要特点是：
安装简单，精度高，可靠性高，性能稳定，能实现自身保护等。
4.5 I/O的分配表
根据功能要求和工艺流程，我们统一了I/O接点的分配，分配表如表4.5所示。
根据PLC口的分配，系统的控制要求以及合理利用I/O口的原则。
图4.5I/O分配表
4.6I/O接线图
图4.6I/O接线图
4.7系统硬件线路设计
供水系统主电路设计如图3.4所示，采用了一台变频器同时连接两台电动机，所以必须确保开关KM1和KM2电气连锁，连锁功能由软件和硬件实现。
在变频水泵出现问题或紧急情况下，可以起用备用水泵。
图4.7主电路图
4.8系统的控制线路图
图4.8控制线路图
4.9 PID参数的预置
由于SIEMENS MM430变频器自带了PID模块，我们不需要进行PID调节器的设计，只需进行简单的参数设置就可以了。
首先将设置模拟输入的DIP开关1拨到ON位置，选择为4～20mA输入，将DIP开关2拨到OFF位置选择电动机的频率，OFF位置为50Hz。
5.0设计的梯形图
图5.0：
主程序
5.1设计仿真
图5.1仿真图
5.2 总结
本课题主要研究的是某小区的恒压供水。
为此设计了一套具有高性能的变频器控制系统来代替原有的手动启动、阀门控制系统。
此系统重点是根据系统运行的需求，自动调节输出频率控制电动机的转速，从而保持系统工况压力的稳定。
根据供水的要求，此装置属于一拖二闭环调速系统，且变频器带动的电机可实现无级调速。
减少系统波动现象和对电源电网的冲击。
此装置在变频器出现故障时，可自动关闭电动阀门，系统退出变频式运行，以避免中断供水。
在工频方式运行下，系统带有降压启动装置，在工频启动时，由于启动电流过大，而避免对电网冲击的影响，并可延长电机的使用寿命。
装置启动时，电动机与电动阀门同时开启，停止时先关闭电动阀门，电动机延时停止，防止水锤现象，延长水泵使用寿命。
6.心得体会
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
通过这次设计，我们深刻的认识到了PLC对社会各项领域上的用处，而且每一个领域都离不开PLC。
面对题目根据老师课堂讲的内容很快就确定了设计的方向，并解决遇到的问题。
通过这次设计，我意识到了PLC编程技术在现实中的广泛应用，并了解到自己学习中的不足之处，看到了理论与实践的差距，通过三天的PLC设计实践。
我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。
能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
短短两周是课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用．想到这里，我真的心急了，老师却对我说，这说明课程设计确实使我你有收获了．老师的亲切鼓励了我的信心。
参考文献:
（1）金传伟，毛宗源．《变频调速技术在水泵控制系统中的应用》【M】2000
（2） 胡跃冰.《水泵电机变频调速的节能与计算节能技术》【M】2003
（3） 陆秀令.《几种常用的可编程控制器梯形图的设计方法》【M】2004
（4）陈怀忠. 《西门子PLC和WinCC SCADA 在变频恒压供水系统中的应用》【M】 2005
（5）于庆广《可编程控制器原理及系统设计》【M】北京：
清华大学出版社2004
（6）廖常初《PLC编程及应用》【M】北京：
机械工业出版社2003
（7） 中国工空信息网 [15] 西门子（中国）自动化网
附录：
课程设计任务书
一、题目恒压供水系统PLC
二、目的通过研究PLC来控制变频器实现恒压供水
三、实验任务
本课题主要通过研究PLC来控制变频器实现恒压供水，通过设计解并熟悉了PLC的工作原理，编程原理以及编程方法。
进行了控制系统的主电路设计、控制电路设计，系统的控制设备选用S7-200系列的PLC，变频器选用西门子泵类专用的变频器MM430。
进行了控制程序（梯形图）的设计。
在控制过程中，电控系统由S7-200完成，PID控制由变频器完成。
最后，对变频恒压供水系统进行调试，对该系统在供水中所取得的节约电耗、恒定压力、保护管网等进行了总结，指出变频技术在供水领域所取得的成果及局限性。
四、设计任务
1.根据系统的控制要求设计恒压供水控制原理图和硬件结构图。
2.完成电器设备的选用并编制元器件目录明细表。
3.根据工艺要求选择PLC型号并绘制I/O分配表，绘制系统I/O外接线图。
4.根据控制要求设计系统主电路和辅助电路。
5.绘制梯形图，编制用户程序语句并进行模拟调试。
6.编写设计说明书和设计总结并列出设计叁考资料目录。
五、设计要求
1．根据要求画出主电路和辅助电路。
2．采用西门子S7-200的CPU226作为专用恒压供水系统的控制核心。
3．根据控制要求分配PLC I/O地址，画出PLC与控制对象的接线图，设计控制流程，按照模块化的方式设计程序，既可以采用LAD编程，也可以采用STL编程，还可以采用组合方式编程。
4．编写的需要输入PLC，调试通过。
六、设计时间：
2017年7月3日-2017年7月12日
学生姓名：
班级：
指导老师：
努尔哈孜老师
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