电气控制综合实验报告

电⽓控制综合实验报告

电⽓控制综合实验报告

电⽓综合控制实验

院（系、部）：信息⼯程学院

姓名：肖楠赵俊杰

学号：112123 112112

班级：电G111

专业：电⽓⼯程及其⾃动化

指导教师：郭屹松2012年12⽉12⽇·北京

⽬录

⼀实验⽬的 (1)

⼆实验任务 (1)

三实验要求（⾸先完成基本任务） (1)

四实验器材 (2)

五实验步骤 (2)1.基本任务：模拟量模块的使⽤及信号的采集与处理 (2)

2.扩展任务：PLC与变频器的综合应⽤－ (7)

六、实验感想及体会 (12)

七参考⽂献 (13)

电⽓综合控制实验

⼀实验⽬的

通过实践培养学⽣熟悉可编程序控制器的⼯作原理、主要参数、硬件结构、模块特性、安装配置及指令系统、程序设计、调试⽅法。学习运⽤可编程控制器及相关控制设备的技术资料，训练学⽣分析、设计、安装、调试以可编程控制器为核⼼的⾃动控制系统的能⼒。实验内容涉及常⽤低压电器、电⽓控制线路；可编程序控制器的配置及硬件组态、外部连接；编程与调试环境STEP7的使⽤；项⽬的创建、软件规划、程序编辑及综合调试。

⼆实验任务

基本任务：模拟量模块的使⽤及信号的采集与处理

扩展任务：1、PLC与变频器的综合应⽤－1、⽤基本操作⾯板BOP对电动机进⾏基本

操作控制2、PLC控制变频器实现多段速控制

3、PLC加模拟量控制MM440变频器

4、PLC通过PROFIBUS控制变频器

2、PLC与触摸屏的综合应⽤

三实验要求（⾸先完成基本任务）根据实验任务要求，做必要的预习、准备。准备⼯作包括：熟悉实验所需的设备、模块及元器件，编程所需的软件环境和硬件条件。测量所需的信号源、仪表，以及⽤何种尽可能直观的⽅式检验实验结果是否正确，实验所必须的⼯具等内容。了解测量系统的速度和精度。

四实验器材

装有Step-7的计算机，S7-300 PLC（包括电源模块、CPU模块、通信模块、数字量模块和⾄少⼀个模拟量模块），数字万⽤表、PLC实验台及实验⽤导线若⼲，MM440变频器，三相异步电动机等。

五实验步骤1.基本任务：模拟量模块的使⽤及信号的采集与处理

1）原理：通过PLC模拟量模块采集0-10V模拟电压再输出的⽅式，验证其模拟量模块的转换速度及精度。模拟量输出框图：

图1 模拟量输出框图2）接线：

本实验除了PLC的电源模块、CPU模块和通信模块，输⼊/输出模块只⽤到模拟量模块SM334。模拟量I/O模块SM334有两种规格，⼀种是有4模⼊/2模出的模拟量模块，其输⼊、输出精度为8位，另⼀种也是有4模⼊/2模出的模拟量模块，其输⼊、输出精度为12位。

图2.SM334输⼊输出特性SM334模块输⼊测量范围为0～10 V或0～20 mA，输出范围为0～10 V或0～20 mA。它的I/O测量范围的选择是通过恰当的接线⽽不是通过组态软件编程设定的。与其它模拟量模块不同，SM334没有负的测量范围，且精度⽐较低。

本实验的I/O模块选⽤SM334AI4/AO2x12bit模拟量模块，输⼊信号为实验台提供的0-10V连续可调直流电源，SM334AI4/AO2x12bit模块的原理图如下：

图3 SM334 AI4/AO2x12bit⽰意图

接线⽅法：将模块的电位参考端和每个通道的电位参考端接地（或电源负极），将所选输⼊通道的输⼊端接到实验台0-10V直流电源的正极，并⽤数字万⽤表测量输⼊的模拟电压值和SM334 AI4/AO2x12bit模块模出⼝的电压值。3）硬件组态

STEP7编程环境要求对所需模块进⾏硬件组态，本实验组态如下：

图4 S7-300硬件组态图4）SM334AI4/AO2x12bit模块的参数设置

通⽤模拟量输⼊/输出模块SM334 AI4/AO2x12bit(6ES7 334-0KE00-0AB0)，该模块有4输⼊通道（默认地址：PIW304-PIW311）、2输出通道(默认地址：PQW304-PQW307)，测量范围：0～10V电压、0～10KΩ电阻或Pt 100），输出范围0～10V电压值或4～20mA电流值。

（1） Addresses：地址设置

输⼊/输出通道地址设为系统缺省值（System default）：

图5 SM334AI4/AO2x12bit地址设置

（2）Inputs：输⼊设置

测量信号类型（Measuring Type）：将所需通道设为E（电压），其他通道关闭。测量信号范围（Measuring Range）：SM334 AI4/AO2x12bit模块默认0～10V。

积分时间（Integration Time:）：设为20ms

图6 SM334AI4/AO2x12bit输⼊设置

（3）Outputs：输出设置

输出信号类型（Type of Outpus）：设为E（电压）

输出信号范围（Outpu Range）：系统默认0～10V

图7 SM334AI4/AO2x12bit输出设置5）程序梯形图

图8 程序梯形图6）实验结果及分析

本实验记录了11组模⼊/模出的输⼊电压和输出电压的值，结果如下：

表1 实验结果数据1、SM334 AI4/AO2x12bit模⼊/模出模块转换精度为12bit，分辨率为

。2、由上表可以看出，最⼤误差率:1.98%,最⼩误差率：0.00%。

3、与其它模拟量模块不同，SM334没有负的测量范围，且转换精度⽐较低，对于模拟量，误差在5%以下就是正常，⽽数字量的标准是0.5%。2.扩展任务：PLC与变频器的综合应⽤－

2.1 ⽤基本操作⾯板BOP对电动机进⾏基本操作控制

1）硬件接线

L2、L3三相与交流电源接⼝连接，然后通过导线将三相异步电

动机与变频器连接起来，即电动机的A、B、C三相分别与变频

器模块的U、V、W三相连接，实验所⽤电机应先把线圈连接起

来，星接。如右图所⽰2）变频器MM440参数设置

MM440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，如下表所⽰

按

按键，直到显⽰

按

按

按

按

按

表2 基本操作⾯板(BOP)修改设置参数流程3）具体设置参数

（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3。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3变频器MM440参数设置4）通过BOP⾯板对变频器进⾏启动、停⽌，正反转的操作，及频率的增加与降低控制，同时还可以对电动机的频率进⾏监控。

（1）变频器启动：在变频器的前操作⾯板上按运⾏键

（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，当松开变频器前⾯板上的点动键，则变频器将驱动电动机降速⾄零。

（4）机停车：在变频器的前操作⾯板上按停⽌键，则电动机降速⾄零。2.2、PLC控制变频器实现多段速控制

原理：通过变频器对电动机进⾏多段速控制，本实验进⾏的三段速控制，电动机在⾼速、中速及低速段采⽤变频器设定的固定值，并按主令控制器发出信号由PLC控制转速的切换。将PLC数字量输出的三个值Q4.0、 Q4.1及Q4.2的

状态量分别输⼊到变频器数字模块的DIN1、DIN2、DIN3三个输⼊端，并通过设置变频器的频率来控制⾼中低三段速。运⾏固定频率对应表如下所⽰：

表41）硬件接线图按照下图接线正确⽆误后，合上主电源开关。

图10接线图2）变频器参数设置

表5 3）添加硬件组态如图54）程序梯形图

图11 plc程序图5)下载完软件和硬件后运⾏，接通I4.0，电动机启动后以50HZ的频率运⾏20s后降低⾄20HZ，运⾏20s后降低⾄6HZ运⾏，6HZ运⾏20s后升⾄50HZ 运⾏，接通I4.1电动机停⽌，完成三段速的调控。2.3 PLC加模拟量控制MM440变频器（没有完成，写下⾃⼰的理解）原理：利⽤PLC的模拟块SM334输出⼀个0-10V 电压，利⽤基本实验中MOVE 指令调节输出电压的⼤⼩从⽽改变从输⼊端⼝AIN1给定的模拟输⼊电压的

⼤⼩，通过变频器改变频率，从⽽实现电动机的⽆极调速功能。1）硬件接线图接线图如下所⽰，按照此接线图接线正确⽆误后，合上主电源开关。

图12接线图2）变频器参数设置

表63)添加硬件组态如图5所⽰。

4）操作控制 I4.0，电动机以50HZ的速度启动，观察⾯板上的频率监控，调节SM334输⼊端变阻器的阻值，电压变化，变频器输⼊端电压发⽣变化，改变频率从⽽电动机转速发⽣变化，达到调速的⽬的。

六、实验感想及体会

通过本次实验，我对MM440变频器有了⼀定程度了解，在MM440中通过BOP ⾯板对参数进⾏设置就可以实现电动机变频调速，感觉很神奇，其⼯作原理是我想要深⼊了解的东西，⽽且对S7-300的模拟量模块SM334的结构和⼯作原理有了⼀定的认识，之前接触S7-300⽤到的都是数字量模块，这也算是⼀个收获吧。S7-300很强⼤，还需要下很⼤的功夫来研究。实验前的准备过程，我查阅了很多关于PLC模拟量采集及变频器MM440的资料，对此也有了⼤体的概念及了解。实验过程中，通过⾃⼰动⼿进⾏软硬件的结合进⼀步加强了对知识的理解和掌握，尤其是BOP⾯板参数的设置，必须要认真仔细的完成，否则电动机是不会转起来的。当然也遇到了很多的问题，⾃⼰的能⼒有限，没法独⽴完成，在⽼师的指导下有豁然开朗的感觉。实验后通过撰写实验报告，对知识有了进⼀步的加深和理解。这次实验激发了我对PLC的兴趣，在以后的学习和⼯作中⼀定会投⼊相当的精⼒。

七参考⽂献1、电⽓控制与可编程控制器的原理及应⽤陈⽴定主编机械⼯业出版社，2004

2、西门⼦S7-300/400PLC应⽤案例解析刘美俊编著电⼦⼯业出版社 2009.5

3、可编程控制器实验教程李国勇等编著电⼦⼯业出版社，2008.9

4、西门⼦S7-300PLC应⽤技术秦益霖主编电⼦⼯业出版社，2007.4

5、西门⼦PLC编程技术及⼯程应⽤柴瑞娟等编著机械⼯业出版社，2007.7

6、可编程控制器原理及应⽤胡学林主编电⼦⼯业出版社，2007

7、案例解说PLC、触摸屏及变频器综合应⽤陈浩编著中国电⼒出版社，2007.

8、PLC变频器快速⼊门与实践岂兴明主编⼈民邮电出版社，2011.

变频调速是改变电动机定⼦电源的频率，从⽽改变其同步转速的调速⽅法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两⼤类，⽬前国内⼤都使⽤交－直－交变频器。其特点：

效率⾼，调速过程中没有附加损耗；