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PLC课程设计报告 变频调速和温度控制
姓 名： 学 号： 班 级： 学 院： 完成日期：
一．课程设计目的1．了解常用电气控制装置的设计方法、步骤及设计原则
2．学以致用，巩固书本知识。通过训练，使学生初步具有设计电气控制装置的能力。从而培养和提高学生独立工作的能力和创造能力。
3．进行一次工程技术设计的基本训练。培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力；上网查寻信息的能力；运用计算机进行工程绘图的能力；编制技术文件的能力等等。从而提高学生解决实际工程技术问题的能力。二．设计题目
一.PLC控制变频调速系统设计与调试
控制要求：
1．变频调速器受 0 ～ 10V 输入电压控制：（实验室有可能是4-20mA电流信号）0V 输出频率为 0HZ，对应同步转速为 0 r/min； 5V 输出频率为 50HZ，对应同步转速为 1500 r/min； 10V 输出频率为 100HZ，对应同步转速为 3000 r/min；
输入电压与输出频率按线性关系变化。
2．要求输出转速按下图（见附图）函数变化，请编写梯形图控制程序，并完成调试。
课题要求：
1．按题意要求，画出 PLC 端子接线图及控制梯形图。
2．完成 PLC 端子接线工作, 并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。3.完成课程设计说明书 二．温度控制 设计要求：
恒温控制实验模块，是一个简化的温控系统。其中，温度信号由Pt100传感器送致变送器的测温器提供为4~20mA的模拟量，送入PLC的EM235模拟量输入模块，经过控制程序处理后，以4～20mA的模拟量输出到晶体闸管调整器，晶闸管调整器控制电热丝的加热功率，使被加热的铝散热器温度控制再设定温度附近，组成一个恒温闭环控制系统。
1．要求用PLC内部PID调节功能设计恒温闭环控制系统的控制程序。
① 温度变送器出来的标准量范围是4～20mA，即输入值4mA对应0℃，20mA对应100℃。因此信号在使用之前必须将它划到对应的范围；
② PID调节功能直接使用PLC内部的PID回路指令；
③ 温度设定值为50℃，上限幅温度值为55℃，下限幅温度值为45℃；
④ 比例增益、采样时间、积分时间、微分时间、产生定时中断的间隔时间等参数值自行确定；
⑤ 由Q0.0到Q0.7输出8位BCD码（十进制两位）的温度值，到数码管上显示其0～99℃的温度值。
2.在设计梯形图程序之前，应画出流程图和I/O接线图（包括数码显示接线图）。
三．设计内容与过程
选题一：变频调速
PLC作为先进的、应用势头最强的工业控制器已风靡全球；变频器作为交流电动机的驱动器，广泛应用于现代的工业生产和民用生活中。通过本次设计掌握PLC控制系统、变频调速系统、电机拖动及测速显示系统的硬件的使用，电路、程序的综合设计方法及对编程软件的编辑及调试。
1． 实验设备
PLC控制电机变频调速系统由S7-200PLC、变频器、电机及电机测速系统、触摸屏等组成。需使用的实验设备有：上位计算机（PC机）一台；S7-200PLC一台、EM235模拟量扩展模块（4输入1输出）一块；PC/PPI编程电缆一根；模拟输入开关一套；JD-PLC变频调速实验模块一块；200VA自耦调压器一台；可加载/可测速的三相异步电动机系统一套。
2． 实验内容和步骤
AC220VKM变频器T1T2T3PCSTFSTRRHRMRLSD102SINK自耦调压器L三相电源1L2插座L3UVWP1+-ABCRUNSE1M涡流加载测速外部晶体管公共端DC24V电源接点输入公共（源型）正转启动反转启动高速中速低速接点输入公共3频率设定器(手动)2电机系统总成短路片FR-BEL端DC0.3～5V异常输出接PLC开关量输入运行运行状态输出集电极可接入PLC开开路输出关量输入端公共端(+)模拟信号输出（DC0～5V）(-)接PLCEM235SOURCE1电流输入(-)（来自PLC(+)EM235输出）（自动）5(公共端)AM54(DC4～20mA)RS-485接口主回路端子
图1 PLC控制电机变频调速实验总图
控制回路输入端子控制回路输出端子 三相控制电源模块AL1KMBL2CL3NNLSB1电源断变频调速实验模块变频器UU1VV1WW1NSB0电源通KMKML测速与加载M电机测速与加载实验台涡流制动电源输入端NLzL自偶调压器U2V2W2N
图2 PLC控制电机变频调速外部主电路接线图
控制过程：
0通过PLC控制变频器，使三相异步电动机按下图所示的曲线运行，电机运行可分为五个部分：第一部分要求电机起动后在25s内从0（r/min）线性增加到1168（r/min）；第二部分进入恒转速运行阶段，运行时间为10s，转速仍为1168（r/min）；第三部分进入减速阶段，电机转速要求在20s内降到584（r/min）；第四部分保持584（r/min）10s；第五部分要求电机转速从584（r/min）在20s内降至0（r/min）
10V6.4V3.2V02535556585
参数计算及说明：
在电机变频调速控制系统中，变频器的输入信号是4～20mA 电流信号，而PLC的模拟量输出值范围是 0～20mA。0～20mA 的模拟量对应的 PLC 内部数字量是 0～32000，所以需要进行数据转换。4mA 对应的数字量是 6400，变频器输出 0Hz对应的电流信号为 4mA。所以第一部分加速阶段,要将频率设定电流信号从 4mA 增加到 16.8mA。编程时可以在6400刻度值的基础上，均匀地间隔一定时间逐步加刻度值到26880(如果间隔时间为0.1 s, 则82×250 =20500)。判断转速是否增加到1 168 r/min 的比较值必须是转速测量电压信号刻度值。照此法,同理可得到第三阶段(将频率设定电流信号从16.8mA减少至10.4mA，间隔时间为0.1 s, 则52×200 =10400)和第五阶段(将频率设定电流信号从10.4mA减少至4mA，间隔时间为0.1 s, 则51×200 =10200)减速部分输出的控制方法。
启动按钮SB1输入信号停止按钮SB2变频器线圈I0.0I0.1输出信号Q0.0
图3 I/O端口地址分配表
KM1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.31MI0.0I0.1I0.2I0.3SB1SB2
图4 I/O端子接线图
图5 PLC控制电机变频调速顺序功能图
开始初始化，调用子程序0电机启动按钮按下？YN定时器启动延时，电机加速加速时间25S已到（T37=1）？YN定时器T38启动，减速运行保持时间10S已到（T38=1）？NY定时器T39启动，减速运行减速时间20S一道（T39=1）？NY定时器T40启动，恒转速运行恒转速保持时间10S已到YN定时器T41启动，电机再次减速结束
图6 PLC控制电机变频调速流程图
PLC控制电机变频调速梯形图程序：
选题二：温度控制
本设计目的在于熟悉模拟量输入处理的一般方法，熟悉PID控制及模拟量模块的输入/输出及进一步熟悉子程序、中断等。
1．实验设备
上位计算机（PC机）一台；S7-200 PLC一台；PC/PPI编程电缆一根；模拟输入开关一套；JD-PLC9温度闭环控制系统实验模块；以及PLC，增加了EM235 4模入/1模出的模拟量扩展模块一块。
2.设计原理与内容
在这个闭环控制系统设计中，系统完全是采用实际工程中使用的小型器件组成，完全再现了温控装置的控制的真实工况。程序结构可分为输入信号处理和PID调节输出两大部分，其中两大部均涉及子程序调用，后一部分还涉及中断，具体也可为一段主程序、两段子程序、一段中断程序，主程序OBI中可以包含读入反馈信号、调用子程序、显示的平均值计算、两位显示换算和BCD码转换；子程序SBR_0是将所有待用的变量寄存器初始化清零，俗称“开辟空间”；子程序SBR_1为设置PID回路参数和产生定时中断，其中产生定时中断的中断事件号可查表；中断INT0是执行PID运算及输入/输出量换算。
因为PID回路指令的使用在回路表中只要填入输入信息和组态信息即可进行PID运算。要填好这些信息，有的还需要应用“自控” 方面的知识，加热系统的热惯性较大的系统，参数选择容易满足要求。由设计者填写的只是给定值（SPn）、增益（Kc）、采样时间（Ts）、积分时间（TI）、微分时间（TD）5个参数以及产生定时中断的间隔时间。如采样时间（Ts）可根据系统的特点适当放长一些，并可与定时中断的间隔时间同步。增益（Kc）、积分时间（TI）、微分时间（TD）在设计时系统参数无法获得，只要粗放地填写即可（为防止超调，一般取值较“小”），PID的这些调节参数可在调试时修整。恒温控制的限幅环节，主要是为了防止超调和失控而采取的保护措施。只要在温度超过限幅值时，将模拟量输出端电流信号置到4mA（最小输出）即可。但应注意模拟量模块的输入/输出的值都是选取的国际电工组织规定标准信号范围4~20mA，而西门子S7—200的模拟量扩展模块各种输入/输出档均是从0开始的，温度值与PLC的单极性刻度值的对应关系如图2-1所示。如果按原始“座标”0.5的给定值不是50℃温度设定值，因此，只要将原座标0点沿45°上移，将（4mA, 6400）作为新“座标”的的0点，这时0.5的给定值就是50℃温度设定值（最终0.5005）。编程时，可在信号读入/输出时将刻度值减/加6400，变化量为25600，即温度信号输入先减去6400，除以25600最后就转化过程变量PV。反之，可知PID输出值的转化。
刻度值32000(100%)2560019200(50%)6400(0%)04mA(0℃)12mA(50℃)20mAI(mA)(100℃)
图2-1 温度值与PLC的单极性刻度值的对应关系
实验模块上的温度显示，是将经取平均处理过的温度信号刻度值，通过四则运算指令化为0～99范围的温度值，再将其化为BCD码，送到QB1上输出，再经过导线将输出位与七段码译码器的输入端子连接，数码管上就能显示0～99℃的温度值。
℃0V+5VCOM12L3L十个温度显示B2C2D2A2A1B1C1D1Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7S7-226开关量输出BCD码温度值
图2-2 数码管温度显示接线图
3．调试步骤
开机后，按预先设计好的恒温控制梯形图程序，键入程序编译下载（下位机需上电）后，运行该程序，调试时不断改变PID参数，使加热器总成的温度始终保持在50℃，达到设计要求，即完成实验。在运行该程序之前，应按图2-
2、图2-3和图2-4接线，特别应当注意数码管温度显示BCD码端接的是DC5V电源。当选择自动运行方式时，实验模块上的斜率调整电位器的接线端子R2和R3应短接
电流发送器RAMA+L+＋24V－A-RBMOB+VOB-„„IOEM235扩展模块接线端调功器信号端
图2-3 EM235接线图
EM235RAL0A+M0A-DC24V（＋）（－）变送器～220V（插座）加热器Pt100to加热器总成C2C1-晶闸管调功器
图2-4恒温控制系统示意图
4．恒温控制梯形图程序： 四．本次设计心得体会
为期一周的PLC课程设计结束了，通过本次课程设计，我对S7-200系列PLC的特点有了更深的理解。利用了S7-200系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出，模拟量输入/输出进行控制，主要实现了变频器在PLC控制作用下的变频调速。
在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器(PLC)的理论知识和动手技能。参阅了大量的电器控制及可编程控制器(PLC)系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，特别是PLC控制电机变频调速系统设计，使得课程设计的方案和数据更为翔实和准确，力求科学严谨，使本次以模拟量为主题的课程设计精益求精。
经历自己设计实验和查阅资料，让我了解了更多关于西门子S7-200和变频器方面的知识，让我了解了大概的选型和注意事项，并自己动手实验，参照一些编程试着去编一个看似很宏大的程序，资料上查到的是欧姆龙或者是三菱的编程语句，但是通过他们的编程思路，我们可以借鉴到自己的西门子S7-200程序设计中，编程序的过程中遇到了很多问题，通过不断的问同学，反复的思考，调试，终于编出了通过调用子程序和定时中断程序来达到控制的目的，此次课程设计让我收获颇多，在这个课程设计的过程中，既让我与同学加深了沟通，又让我学到关于西门子S7-200PLC的更多知识，对其他公司的PLC也有了一定的粗浅了解，我知道这知识仅是很少的一点，但我会在以后的学习中了解更多。而且通过本次综合性设计的实践和锻炼，我对PLC系统设计工作流程有了更深入的认识，也燃起了我努力把PLC学至精通的激情与信心。
最后我对于指导老师的不厌讲解和无私指导深表感谢！
参考文献
[1] 吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用[M]．北京：机械工业出版社，2003.
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