基于PLC微型加热器恒温控制实训报告课程设计.docx
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基于PLC微型加热器恒温控制实训报告课程设计
基于PLC微型加热器恒温控制实训报告
《PLC控制技术》实训任务书
题目：
微型加热器自动恒温控制系统设计
实训学生需要完成2个基础实训项目和1个综合型自主实训项目的训练。
一、基础实训项目一：
变频器对电机的运行控制
一）实训目的
1、进一步巩固掌握PLC基本指令功能的及其运用方法；
2、根据实训设备，熟练掌握PLC的外围I/O设备接线方法；
3、掌握异步电动机变频调速原理，熟悉变频器的用法。
二）实训设备
PLC主机单元模块、电位器、MM440（或MM420）变频器、个人计算机PC、PC/PPI编程电缆。
三）工艺控制要求
使用变频器实现异步电动机的可逆调速控制，即可以电动机可正反向运行、调速和点动功能。
速度控制有两种方式：
（1）由外接的电位器控制，
（2）由PLC的模拟量输出通道控制。
变频器参数设置见附表1。
四）实训步骤
1、进行PLC的I/O地址分配，并画出变频器对电机控制的PLC控制系统的接线图。
2、设计由PLC控制的梯形图程序。
3、输入自编程序，上机调试、运行直至符合动作要求。
二、基础实训项目二：
模拟量采集与数据处理的综合应用
一）实训目的
1、掌握PLC中模拟量输入、输出的基本工作原理；
2、掌握数据处理指令的运用方法；
3、熟悉触摸屏的基本用法。
二）实训设备
PLC主机单元模块、电位器、万用表、EVIEW5000触摸屏、个人计算机PC、PC/PPI编程电缆。
三）实训项目原理与要求
1、用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器，假设当温度是0℃时，对应电位器输出0V电压，假设当温度是100℃时，对应电位器输出电压10V电压。
用FX2N-2AD、2DA的模拟量输入通道采集电位器电压，进行标度变换，将转换后的温度值存储在变量存储器中，并在触摸屏上显示出具体温度。
2、用PLC模拟量输出通道控制电动执行器，执行器开度设置为0%时，输出电压为0V，执行器开度为100%时，输出电压10V。
执行器开度控制量的多少采用触摸屏输入，观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。
四）实训项目的步骤
1、根据项目要求拟定I/O地址分配表，画出外部接线图，并进行接线图线路连接。
2、设计梯形图程序，调试并记录数据。
输入FX2N-2AD
输出FX2N-2DA
电压
CH2
温度值
执行器开度
CH1
电压V
0V
0
4V
40%
6V
60%
8V
80%
10V
100%
三、综合型自主实训项目：
微型加热器自动恒温控制系统设计
一）实训项目工艺要求：
本课题要求设计微型加热器温度控制系统，具体要求是：
微型温控系统将1～5VDC的电压信号（或4～20mA的电流信号）经输入信号变换电路，控制PWM脉冲调宽电路，以开关方式改变电热元件的加热功率，从而改变电炉温度，该炉温被AD590型集成温度传感器检测后，给出与炉温（绝对温度）成比例的测量信号，此信号经放大后送到输出电路，变成4～20mA、1～5VDC的测量信号供用户自由选用。
该温度被控对象是一个一阶惯性环节加纯滞后的典型被控对象，该对象的纯滞后时间，约为15秒，该对象的惯性时间常数，约为180秒左右，
要求进行恒温控制，由触摸屏上输入设置温度值，控制的范围为室温至80℃，控制精度取±1℃（采样时间可适当调低以达到控温精度，若实在达不到，可以适当降低控温精度）,应采用PID指令作为控制算法，温度设定值SP及当前值PV应显示在触摸屏上。
加热器模块介绍：
1、电源加热器电源，接DC24直流电。
2、输入加热器的控制调节输入信号。
信号输入接线端子接PLC的模拟量输出AO端，只有1点AO。
（通过编程，限定AO端输出为0～5V。
）
3、输出加热器的温度输出信号。
信号输出接线端子可接PLC的模拟量输入AI端，有A、B端，2点AI。
（通过编程，转换为温度（单位℃），在触摸屏上进行显示）
4、输入指示由PLC模拟量输出AO指令输出到加热器上的输入电压，0～5V。
5、输初指示加热器输出的温度显示，0～100%（℃）。
6、“零位”调节旋钮使用前先进行调零，在输入端加1V电压，一边观察输出指示电表，一边调节“零位”旋钮，使得输出指示电表大约在25℃（室温）处。
7、“增益”调节旋钮进行满功率加热，即使得PLC的AO电压为+5V。
一边观察输出指示电表，观察温度的变化情况。
大约等待10分钟，这时观察输出指示电表是否在90℃（最高温度）处，若不在，可调节“增益”旋钮达到。
二）实训目的
通过本次实训使学生掌握：
1）Step7－Micro/Win32编程软件的使用方法和梯形图、SFC图编程语言的运用；2）实际程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。
从而提高学生对PLC控制系统的设计和调试能力。
三）实训内容与要求
1、通过基本实验熟悉与本设计相关的控制模块的应用；
2、微型加热器自动恒温控制系统设计；
3、硬件接线图；
4、采用顺序功能图（SFC图）进行设计或经验设计法，程序清单；
5、设计触摸屏上位机监控画面，能输入设置温度、显示当前温度等。
四、实训报告要求
报告应采用统一的报告纸书写，应包括评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献（并按此顺序装订）。
报告中提供如下内容：
1、目录
2、正文
（1）实训任务书；
（2）实训内容，三个任务分别写
a、每个实训任务的总体设计方案（应有PLC的选型及依据）
b、I/O分配表，PLC外部接线图，程序中使用的元件及功能表；
c、程序控制的SFC图、梯形图或指令表清单，注释说明；
d、调试、运行及其结果；
3、收获、体会
4、参考文献
（注意实训报告原则上手写，允许打印，但雷同者以零分处理）
五、实训进度安排
周次
工作日
工作内容
第
一
周
1
布置实训任务，查找相关资料，熟悉实验台。
2
完成两个基础实训项目。
3
根据综合型实训任务，完成总体设计方案（硬件选型、分配IO点等）
4
完成硬件接线，编写程序并调试
5
编写程序并调试
第
二
周
1
编写程序并调试
2
编写程序并调试
3
编写程序并调试及准备实训报告
4
完成报告，及时上交
5
答辩
本实训共需两周时间
六、实训考核办法
本实训满分为100分，其中实训平时表现（含2个基础实训项目完成情况）30%、综合型实训项目答辩50%，实训报告20%。
第一章基础实训项目一：
变频器对电机运动控制
1.1变频器的面板操作与运行
1.1.1任务目的：
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。
1.1.2任务引入：
变频器MM420系列（MicroMaster420）是德国西门子公司广泛应用与工业场合的多功能标准变频器。
它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。
对于变频器的应用，必须首先熟练对变频器的面板操作，以及根据实际应用，对变频器的各种功能参数进行设置。
1.1.3相关知识点：
1）.变频器面板的操作
利用变频器的操作面板和相关参数设置，即可实现对变频器的某些基本操作如正反转、点动等运行。
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，见表1-1。
表1-1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
1.1.4任务训练：
1）.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。
2）.操作方法和步骤
1．按要求接线
系统接线如图1-1所示，检查电路正确无误后，合上主电源开关QS。
图1-1变频调速系统电气图
2．参数设置
（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。
电动机参数设置见表1-2。
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。
表1-2电动机参数设置
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设定用户访问级为标准级
P0010
0
1
快速调试
P0100
0
0
功率以KW表示，频率为50Hz
P0304
230
380
电动机额定电压（V）
P0305
3.25
1.05
电动机额定电流（A）
P0307
0.75
0.37
电动机额定功率（KW）
P0310
50
50
电动机额定频率（Hz）
P0311
0
1400
电动机额定转速（r/min）
（3）设置面板操作控制参数，见表1-3。
表1-3面板基本操作控制参数
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0010
0
0
正确地进行运行命令的初始化
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0700
2
1
由键盘输入设定值（选择命令源）
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1000
2
1
由键盘（电动电位计）输入设定值
P1080
0
0
电动机运行的最低频率（Hz）
P1082
50
50
电动机运行的最高频率（Hz）
P0003
1
2
设用户访问级为扩展级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1040
5
20
设定键盘控制的频率值（Hz）
P1058
5
10
正向点动频率（Hz）
P1059
5
10
反向点动频率（Hz）
P1060
10
5
点动斜坡上升时间（s）
P1061
10
5
点动斜坡下降时间（s）
3．变频器运行操作
（1）变频器启动：
在变频器的前操作面板上按运行键
，变频器将驱动电动机升速，并运行在由P1040所设定的20Hz频率对应的560r∕min的转速上。
（2）正反转及加减速运行：
电动机的转速（运行频率）及旋转方向可直接通过按前操作面板上的键∕减少键（▲/▼）来改变。
（3）点动运行：
按下变频器前操作面板上的点动键
，则变频器驱动电动机升速，并运行在由P1058所设置的正向点动10Hz频率值上。
当松开变频器前错做面板上的点动键，则变频器将驱动电动机降速至零。
这时，如果按下一变频器前操作面板上的换向键，在重复上述的点动运行操作，电动机可在变频器的驱动下反向点动运行。
（4）电动机停车：
在变频器的前操作面板上按停止键
，则变频器将驱动电动机降速至零。
1.2变频器的外部运行操作
1.2.1任务目的：
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。
1.2.2任务引入：
变频器在实际使用中，电动机经常要根据各类机械的某种状态而进行正转、反转、点动等运行，变频器的给定频率信号、电动机的起动信号等都是通过变频器控制端子给出，即变频器的外部运行操作，大大提高了生产过程的自动化程度。
下面为变频器的外部运行操作相关知识。
1.2.3相关知识点：
一．MM420变频器的数字输入端口
MM420变频器有3个数字输入端口，具体如图2-1所示。
图2-1MM420变频器的数字输入端口
二．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，各数值的具体含义见表2-1。
表2-1MM420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
1.2.4任务训练：
一、训练内容
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。
二、操作方法和步骤
1．按要求接线
变频器外部运行操作接线图如图2-2所示。
图2-2外部运行操作接线图
2．参数设置
在变频器在通电的情况下，完成相关参数设置，具体设置见表2-2。
表2-2变频器参数设置
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0700
2
2
命令源选择“由端子排输入”
P0003
1
2
设用户访问级为扩展级
P0004
0
7
命令和数字I/O
*P0701
1
1
ON接通正转，OFF停止
*P0702
1
2
ON接通反转，OFF停止
*P0703
9
10
正向点动
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1000
2
1
由键盘（电动电位计）输入设定值
*P1080
0
0
电动机运行的最低频率（Hz）
*P1082
50
50
电动机运行的最高频率（Hz）
*P1120
10
5
斜坡上升时间（s）
*P1121
10
5
斜坡下降时间（s）
P0003
1
2
设用户访问级为扩展级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
*P1040
5
20
设定键盘控制的频率值
*P1058
5
10
正向点动频率（Hz）
*P1059
5
10
反向点动频率（Hz）
*P1060
10
5
点动斜坡上升时间（s）
*P1061
10
5
点动斜坡下降时间（s）
3．变频器运行操作
（1）正向运行：
当PLC输出使变频器数字端口“5”为ON，电动机按P1120所设置的5S斜坡上升时间正向启动运行，经5S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5S斜坡下降时间停止运行。
（2）反向运行：
当PLC输出使变频器数字端口“6”为ON，电动机按P1120所设置的5S斜坡上升时间正向启动运行，经5S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5S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PLC输出使变频器数字端口“7”为ON，电动机按P1060所设置的5S点动斜坡上升时间正向启动运行，经5S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5S点动斜坡下降时间停止运行。
（4）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。
1.3变频器的模拟信号操作控制
1.3.1任务目的：
1．掌握MM420变频器的模拟信号控制；
2．掌握MM420变频器基本参数的输入方法；
3．熟练掌握MM420变频器的运行操作过程。
1.3.2任务引入：
MM420变频器可以通过3个数字输入端口对电动机进行正反转运行、正反转点动运行方向控制.可通过基本操作板,按频率调节按键可增加和减少输出频率,从而设置正反向转速的大小。
也可以由模拟输入端控制电动机转速的大小。
本任务的目的就是通过模拟输入端的模拟量控制电动机转速的大小。
1.3.3相关知识点：
MM420变频器的“1”、“2”输出端为用户的给定单元提供了一个高精度的+10V直流稳压电源。
可利用转速调节电位器串联在电路中,调节电位器,改变输入端口AIN1+给定的模拟输入电压,变频器的输入量将紧紧跟踪给定量的变化,从而平滑无极地调节电动机转速的大小。
MM420变频器为用户提供了模拟输入端口，即端口“3”、“4”，通过设置P0701的参数值，使数字输入“5”端口据有正转控制功能；通过设置P0702的参数值，使数字输入“6”端口具有反转控制功能；模拟输入“3”、“4”端口外接电位器，通过“3”端口输入大小可调的模拟电压信号，控制电动机转速的大小。
即由数字输入端控制电动机转速的方向，由模拟输入端控制转速的大小。
1.3.4任务训练：
一、训练内容
用自锁按钮SB1控制实现电动机起停工能，由模拟输入端控制电动机转速的大小。
二、操作方法和步骤
1．按要求接线
变频器模拟信号控制接线如图3-1所示。
图3-1MM420变频器模拟信号控制接线图
2.参数设置
（1）恢复变频器工厂默认值，设定P0010=30和P0970=1，按下P键，开始复位。
（2）设置电动机参数，电动机参数设置见表3-1。
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。
表3-1电动机参数设置
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0010
0
1
快速调试
P0100
0
0
工作地区：
功率以KW表示，频率为50Hz
P0304
230
230
电动机额定电压（V）
P0305
3.25
0.9
电动机额定电流（A）
P0307
0.75
0.4
电动机额定功率（KW）
P0308
0
0.8
电动机额定功率（COS￠）
P0310
50
50
电动机额定频率（Hz）
P03111
0
1400
电动机额定转速（r/min）
（3）设置模拟信号操作控制参数，模拟信号操作控制参数设置见表3-2。
表3-2模拟信号操作控制参数
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0700
2
2
命令源选择由端子排输入
P0003
1
2
设用户访问级为扩展级
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0701
1
1
ON接通正转，OFF停止
P0702
1
2
ON接通反转，OFF停止
P0003
1
1
设用户访问级为标准级
P0004
0
10
设定值通道和斜坡函数发生器
P1000
2
2
频率设定值选择为模拟输入
P1080
0
0
电动机运行的最低频率（HZ）
P1082
50
50
电动机运行的最高频率（HZ）
3.变频器运行操作
（1）电动机正转与调速
按下电动机正转自锁按钮SB1,数字输入端口DINI为”ON”,电动机正转运行,转速由外接电位器RP1来控制,模拟电压信号在0~10V之间变化，对应变频器的频率在0~50Hz之间变化，对应电动机的转速在0~1500r∕min之间变化。
当松开带锁按钮SB1时，电动机停止运转。
（2）电动机反转与调速
按下电动机反转自锁按钮SB2，,数字输入端口DIN2为”ON”,电动机反转运行,与电动机正转相同，反转转速的大小仍由外接电位器来调节。
当松开带锁按钮SB2时，电动机停止运转。
第二章基础实训项目二：
模拟量采集与数据处理的综合应用
2.1实训目的
1、掌握PLC中模拟量输入、输出的基本工作原理；
2、掌握数据处理指令的运用方法；
3、熟悉触摸屏的基本用法。
2.2实训设备
PLC主机单元模块、电位器、万用表、EVIEW5000触摸屏、个人计算机PC、PC/PPI编程电缆。
2.3实训项目原理与要求
1、用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器，假设当温度是0℃时，对应电位器输出0V电压，假设当温度是100℃时，对应电位器输出电压10V电压。
用FX2N-2AD、2DA的模拟量输入通道采集电位器电压，进行标度变换，将转换后的温度值存储在变量存储器中，并在触摸屏上显示出具体温度。
2、用PLC模拟量输出通道控制电动执行器，执行器开度设置为0%时，输出电压为0V，执行器开度为100%时，输出电压10V。
执行器开度控制量的多少采用触摸屏输入，观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。
2.4实训项目的步骤
1、根据项目要求拟定I/O地址分配表，画出外部接线图，并进行接线图线路连接。
程序梯形图
2、设计梯形图程序，调试并记录数据。
输入FX2N-2AD
输出FX2N-2DA
电压
CH2
温度值℃
执行器开度
CH1
电压V
0V
0
0
0
0
-0.27
4V
1375
34
40%
1600
3.95
6V
2156
53
60%
2400
6.07
8V
2926
73
80%
3200
8.19
10V
3681
92
100%
4000
10.32
第三章综合型自主实训项目：
微型加热器自动恒温控制系统设计
3.1实训项目工艺要求
本课题要求设计微型加热器温度控制系统，具体要求是：
微型温控系统将1～5VDC的电压信号（或4～20mA的电流信号）经输入信号变换电路，控制PWM脉冲调宽电路，以开关方式改变电热元件的加热功率，从而改变电炉温度，该炉温被AD590型集成温度传感器检测后，给出与炉
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