天津天狮学院
可编程逻辑控制器 应用技术课程设计报告
天津天狮学院信息与自动化学院
2015 年3 月
目 录
一、课程设计题目 .................................................... 2 二、课程设计目的 .................................................... 2 三、所用仪器和设备 .................................................. 2 四、所需设备及软件介绍 .............................................. 2
1、西门子S7-200 PLC简介 ........................................ 2 2、松下VF0型变频器简介 ......................................... 3 3、组态王6.5软件简介 ........................................... 3 五、课程设计内容 .................................................... 3
1、控制要求 ..................................................... 3 2、变频器输出曲线的要求 ......................................... 4 3、总体设计思路 ................................................. 4 4、组态王设置步骤 ............................................... 5 5、梯形图程序及注释 ............................................ 10 6、变频器参数设置 .............................................. 11 7、成果展示 .................................................... 11 六、组内分工 ....................................................... 13 七、总结体会 ....................................................... 13 八、参考文献 ....................................................... 14 九、教师评语： ...................................................... 0
一、课程设计题目
基于PLC 及组态监控的变频器调速系统的设计 二、课程设计目的
熟悉西门子S7-200硬件结构及其实验装置的结构； 熟悉应用上位机实验程序设计及调试过程； 熟悉组态王软件的使用； 熟悉变频器的原理及使用；
编写PLC 程序，控制变频器输出信号，使得电动机按照给定曲线频率转动。 三、所用仪器和设备
⏹ 三相异步电动机 1台 ⏹ 变频器控制实验箱 1台 ⏹ 西门子S7-200PLC （CPU226） 1台 ⏹ 模拟量模块EM235 1块 ⏹ 计算机 1台 ⏹ 连接导线 若干 四、所需设备及软件介绍 1、西门子S7-200 PLC简介
SIMATICS7-200系列PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性价比。
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械。 S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块。
S7-200系列PLC 可提供4个不同的基本型号的8种CPU 供您使用。我们使用的是CPU226。
--集成的24V 负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU226输出400mA 。可用作负载电源。
--CPU226具有24个输入点和16个输出点。
--允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。
--CPU224/226具有6个高速计数器（30KHz ）
--CPU222/224/226可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。
--CPU226还具有脉冲输出2路高频率脉冲输出（最大20KHz ），用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。
--实时时钟，为信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。EEPROM 存储器模块（选件）。
--电池模块用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200。电池模块插在存储器模块的卡槽中。 2、松下VF0型变频器简介
松下VF0型变频器具有小巧、操作简单，可由PLC 直接调节频率的小型产品。 1>、小巧：为了满足各类机器小型化的需要，我们实现了同类产品中最小型化；体积仅是我公司过去产品的40％~56％；
2>、操作简单：采用了新设计的调频电位器，使调频操作简单轻松；而且用操作盘就可容易地操作正转/反转；
3>、可由PLC 直接调节频率：可直接接收PLC 的PWM 信号并可控制电动机频率；同时可与我公司PLC （FP0等）配套使用，无需模拟I/O单元；
4>、功能齐全的小型产品：8段速控制制动功能；再试功能；根据外部SW 调整频率增减和记忆功能；再生制动功能的充实；400V 系列型：内置制动电路；200V 系列型：内置0.4-1.5kW 电阻；0.2kW 电路没有制动电阻；0.4kW 是外部设置的同包装电阻；
3、组态王6.5软件简介
组态王6.5是运行于Microsoft Windows 98/2000/XP，中文平台的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、COM+组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠。
组态王6.5软件由工程浏览器、工程管理器和画面运行系统三部分组成。在工程浏览器中，您可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造、定义外部设备等工作；工程管理器内嵌画面管理系统用于新工程的创建和已有工程的管理。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统TOUCHMAK 和工程运行系统TOUCHVEW 来完成的。 五、课程设计内容 1、控制要求
⏹ 用PLC 进行程序设计，并使用EM235模拟块输出模拟信号； ⏹ 采用模拟量输入方式控制变频器，从而实现变频调速的目标； ⏹ 要求变频器的输出频率按照课程设计的要求曲线变化(每组一图) ；
⏹ 变频器的工作方式需手动设置（参数），其工作过程由PLC 进行控制； ⏹ 需用组态王监控变频器的工作过程。 2、变频器输出曲线的要求
图1 变频器输出曲线
3、总体设计思路
系统主要由三个部分构成，即可编程逻辑控制器件PLC 、变频器和电机。 首先，通过设置给定输入给PLC ，即通过PPI 将梯形图程序从电脑上下载到PLC 中，再通过PLC 的模拟量输出口控制变频器，（如下图中的M0、V0输入到变频器的2、3），PLC 的输出端Q0.0连接到变频器的5，控制电机的运行和停止，再经由变频器来控制电机，从而实现调速。
图2 整体外部接线电路图
4、组态王设置步骤 (1)进入组态王界面。
图3 进入组态王新建工程
（2）组态王界面设定完毕。
图4 新建完成，设置新建工程为主工程
（3）双击进入工程
图5 双击进入主工程
（4）选择西门子品牌，S7-200系列的PPI 接口
图6 设置配置向导，生产厂家、设备名称、通讯方式
（5）进行设备配置
图7 进行设置配置
（6）设置新的设备COM3
图8 设置COM3
（7）对新的设备COM3进行配置
图9 设置COM3的详细参数
（8）设置完成
图10 设置完成
（9）进入监控系统
图11 进入监控系统
、梯形图程序及注释
T38
T37
IN
TON 1
PT
100ms 时间间隔为0.1s 的闪烁电路
IN TON PT
100ms I0.1
M0.6
IN
TON 50
PT 100ms 将数据3250传送到vw16中，且执行5s
M0.6
T42
后断开EN ENO 3250
IN
OUT
VW16
M0.6VW16T42
6500断值是否大于6500，当值大于时断开
VW16
65IN1EN ADD-I END INI OUT
M0.6SM0.0
VW16
加法器EN ENO 使用传送指令将vw16中的数据输出到
VW16
IN
OUT
AQW16
模拟量输出映像寄存器M0.6
I0.
1
VW16T39>=1IN
TON 650050
PT
100ms
延时5s 后执行下一阶段曲线
M0.4
M0.6
T40
T39
T37
IN2
OUT
升，又逼近直线
M0.6
I0. T40
VW16>=1IN
TON 32500M0.5后执行下一阶段曲线
50
PT
100ms
延时5s M0.6
T40T41
VW16>1N EN ENO 变频器第三个输出曲线每隔0.1s 下降VW16IN1520
IN2
OUT
一个台阶，当频率降到10Hz 时停止下
降
M0.6T39
VW16T41
50
PT
100ms
M0.6
T41T37
VW16
SUB-I
END 变频器第四个输出曲线每隔0.1s 下降
VW16IN1OUT
一个台阶，当降到0Hz 时停止
44
IN2
M0.6
VW16T41M0.3
图7 PLC 程序图
5
6、变频器参数设置
7、成果展示 （1）实际接线图
图8 PLC外部接线图
图9 变频器接线图
图10 电机接线图
（2）设计结果与要求曲线对比图
图11变频器输出要求曲线
图12 实际曲线
六、组内分工
谷世达、严松煜：设计梯形程序图。
贺一伦、俎磊：编写实训报告，梯形图绘画。 七、总结体会
通过这次课程设计，让我们受益匪浅。在课程设计期间通过与同学们之间的交流和老师的指导，使我们学到了不少知识。除了学会了西门子S7-200的基本知识，并掌握了S7-200的工作原理和一些指令的功能以外，还掌握了变频器的使用方法，并且深化了对PLC 的理解。
在这次课程设计中，最重要的就是要有自学能力，因为这次实训中部分知识是我们之前没有接触过的，所以必须学会查找相关的资料。另外就是遇到实际问题的时候，要认真思考，运用所学的知识一步一步的解决遇到的问题。比如说，刚开始编写程序的时候，没有上升的这个过程，而是直接从0到了最后设定的值，后来经过组里的讨论，在添加的上升沿后就解决了这个问题。下降的时候也是同样的问题，在加了下降沿后问题也就迎刃而解了。还有就是在运用组态王调试的时候，曲线总是和要求曲线不符，最后发现时组态王这个软件的原因，当连续进行两次的时候，出来的图像就比较相近。
虽然我们做的东西不太难，但是在设计的过程中学到了我们书本上没有的知识。只有理论，没有结合实际是很难做出东西的。所以学好专业的基础下，很好的与实际结合起来才是真正的成功。 八、参考文献
[1] 王毓银. 数字电路逻辑设计（第2版）[M]. 北京：高等教育出版社.2006年1月.
[2] 翟亚东. 变频器监控技术分析[J]. 湖南农机出版社.2008年9月.
[3] 吴如权. 一种低成本的变频器网络化通信方案设计[J]. 制造业自动化.2008.30（6）. [4] 李世伟、郑萍. 基于PLC 的现代大综合实验系统的设计与实现. [J]中国现代教育装
备.2007（11）：75-77.
[5] 常斗男. 可编程序控制器. [M] .北京：机械工业出版社.1998.[4]
九、教师评语
天津天狮学院
可编程逻辑控制器 应用技术课程设计报告
天津天狮学院信息与自动化学院
2015 年3 月
目 录
一、课程设计题目 .................................................... 2 二、课程设计目的 .................................................... 2 三、所用仪器和设备 .................................................. 2 四、所需设备及软件介绍 .............................................. 2
1、西门子S7-200 PLC简介 ........................................ 2 2、松下VF0型变频器简介 ......................................... 3 3、组态王6.5软件简介 ........................................... 3 五、课程设计内容 .................................................... 3
1、控制要求 ..................................................... 3 2、变频器输出曲线的要求 ......................................... 4 3、总体设计思路 ................................................. 4 4、组态王设置步骤 ............................................... 5 5、梯形图程序及注释 ............................................ 10 6、变频器参数设置 .............................................. 11 7、成果展示 .................................................... 11 六、组内分工 ....................................................... 13 七、总结体会 ....................................................... 13 八、参考文献 ....................................................... 14 九、教师评语： ...................................................... 0
一、课程设计题目
基于PLC 及组态监控的变频器调速系统的设计 二、课程设计目的
熟悉西门子S7-200硬件结构及其实验装置的结构； 熟悉应用上位机实验程序设计及调试过程； 熟悉组态王软件的使用； 熟悉变频器的原理及使用；
编写PLC 程序，控制变频器输出信号，使得电动机按照给定曲线频率转动。 三、所用仪器和设备
⏹ 三相异步电动机 1台 ⏹ 变频器控制实验箱 1台 ⏹ 西门子S7-200PLC （CPU226） 1台 ⏹ 模拟量模块EM235 1块 ⏹ 计算机 1台 ⏹ 连接导线 若干 四、所需设备及软件介绍 1、西门子S7-200 PLC简介
SIMATICS7-200系列PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性价比。
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械。 S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块。
S7-200系列PLC 可提供4个不同的基本型号的8种CPU 供您使用。我们使用的是CPU226。
--集成的24V 负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU226输出400mA 。可用作负载电源。
--CPU226具有24个输入点和16个输出点。
--允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。
--CPU224/226具有6个高速计数器（30KHz ）
--CPU222/224/226可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。
--CPU226还具有脉冲输出2路高频率脉冲输出（最大20KHz ），用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。
--实时时钟，为信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。EEPROM 存储器模块（选件）。
--电池模块用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200。电池模块插在存储器模块的卡槽中。 2、松下VF0型变频器简介
松下VF0型变频器具有小巧、操作简单，可由PLC 直接调节频率的小型产品。 1>、小巧：为了满足各类机器小型化的需要，我们实现了同类产品中最小型化；体积仅是我公司过去产品的40％~56％；
2>、操作简单：采用了新设计的调频电位器，使调频操作简单轻松；而且用操作盘就可容易地操作正转/反转；
3>、可由PLC 直接调节频率：可直接接收PLC 的PWM 信号并可控制电动机频率；同时可与我公司PLC （FP0等）配套使用，无需模拟I/O单元；
4>、功能齐全的小型产品：8段速控制制动功能；再试功能；根据外部SW 调整频率增减和记忆功能；再生制动功能的充实；400V 系列型：内置制动电路；200V 系列型：内置0.4-1.5kW 电阻；0.2kW 电路没有制动电阻；0.4kW 是外部设置的同包装电阻；
3、组态王6.5软件简介
组态王6.5是运行于Microsoft Windows 98/2000/XP，中文平台的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、COM+组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠。
组态王6.5软件由工程浏览器、工程管理器和画面运行系统三部分组成。在工程浏览器中，您可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造、定义外部设备等工作；工程管理器内嵌画面管理系统用于新工程的创建和已有工程的管理。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统TOUCHMAK 和工程运行系统TOUCHVEW 来完成的。 五、课程设计内容 1、控制要求
⏹ 用PLC 进行程序设计，并使用EM235模拟块输出模拟信号； ⏹ 采用模拟量输入方式控制变频器，从而实现变频调速的目标； ⏹ 要求变频器的输出频率按照课程设计的要求曲线变化(每组一图) ；
⏹ 变频器的工作方式需手动设置（参数），其工作过程由PLC 进行控制； ⏹ 需用组态王监控变频器的工作过程。 2、变频器输出曲线的要求
图1 变频器输出曲线
3、总体设计思路
系统主要由三个部分构成，即可编程逻辑控制器件PLC 、变频器和电机。 首先，通过设置给定输入给PLC ，即通过PPI 将梯形图程序从电脑上下载到PLC 中，再通过PLC 的模拟量输出口控制变频器，（如下图中的M0、V0输入到变频器的2、3），PLC 的输出端Q0.0连接到变频器的5，控制电机的运行和停止，再经由变频器来控制电机，从而实现调速。
图2 整体外部接线电路图
4、组态王设置步骤 (1)进入组态王界面。
图3 进入组态王新建工程
（2）组态王界面设定完毕。
图4 新建完成，设置新建工程为主工程
（3）双击进入工程
图5 双击进入主工程
（4）选择西门子品牌，S7-200系列的PPI 接口
图6 设置配置向导，生产厂家、设备名称、通讯方式
（5）进行设备配置
图7 进行设置配置
（6）设置新的设备COM3
图8 设置COM3
（7）对新的设备COM3进行配置
图9 设置COM3的详细参数
（8）设置完成
图10 设置完成
（9）进入监控系统
图11 进入监控系统
、梯形图程序及注释
T38
T37
IN
TON 1
PT
100ms 时间间隔为0.1s 的闪烁电路
IN TON PT
100ms I0.1
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IN
TON 50
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M0.6
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后断开EN ENO 3250
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6500断值是否大于6500，当值大于时断开
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加法器EN ENO 使用传送指令将vw16中的数据输出到
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模拟量输出映像寄存器M0.6
I0.
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VW16T39>=1IN
TON 650050
PT
100ms
延时5s 后执行下一阶段曲线
M0.4
M0.6
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升，又逼近直线
M0.6
I0. T40
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TON 32500M0.5后执行下一阶段曲线
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延时5s M0.6
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VW16>1N EN ENO 变频器第三个输出曲线每隔0.1s 下降VW16IN1520
IN2
OUT
一个台阶，当频率降到10Hz 时停止下
降
M0.6T39
VW16T41
50
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100ms
M0.6
T41T37
VW16
SUB-I
END 变频器第四个输出曲线每隔0.1s 下降
VW16IN1OUT
一个台阶，当降到0Hz 时停止
44
IN2
M0.6
VW16T41M0.3
图7 PLC 程序图
5
6、变频器参数设置
7、成果展示 （1）实际接线图
图8 PLC外部接线图
图9 变频器接线图
图10 电机接线图
（2）设计结果与要求曲线对比图
图11变频器输出要求曲线
图12 实际曲线
六、组内分工
谷世达、严松煜：设计梯形程序图。
贺一伦、俎磊：编写实训报告，梯形图绘画。 七、总结体会
通过这次课程设计，让我们受益匪浅。在课程设计期间通过与同学们之间的交流和老师的指导，使我们学到了不少知识。除了学会了西门子S7-200的基本知识，并掌握了S7-200的工作原理和一些指令的功能以外，还掌握了变频器的使用方法，并且深化了对PLC 的理解。
在这次课程设计中，最重要的就是要有自学能力，因为这次实训中部分知识是我们之前没有接触过的，所以必须学会查找相关的资料。另外就是遇到实际问题的时候，要认真思考，运用所学的知识一步一步的解决遇到的问题。比如说，刚开始编写程序的时候，没有上升的这个过程，而是直接从0到了最后设定的值，后来经过组里的讨论，在添加的上升沿后就解决了这个问题。下降的时候也是同样的问题，在加了下降沿后问题也就迎刃而解了。还有就是在运用组态王调试的时候，曲线总是和要求曲线不符，最后发现时组态王这个软件的原因，当连续进行两次的时候，出来的图像就比较相近。
虽然我们做的东西不太难，但是在设计的过程中学到了我们书本上没有的知识。只有理论，没有结合实际是很难做出东西的。所以学好专业的基础下，很好的与实际结合起来才是真正的成功。 八、参考文献
[1] 王毓银. 数字电路逻辑设计（第2版）[M]. 北京：高等教育出版社.2006年1月.
[2] 翟亚东. 变频器监控技术分析[J]. 湖南农机出版社.2008年9月.
[3] 吴如权. 一种低成本的变频器网络化通信方案设计[J]. 制造业自动化.2008.30（6）. [4] 李世伟、郑萍. 基于PLC 的现代大综合实验系统的设计与实现. [J]中国现代教育装
备.2007（11）：75-77.
[5] 常斗男. 可编程序控制器. [M] .北京：机械工业出版社.1998.[4]
九、教师评语