【正文】 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 附錄 系統(tǒng)硬件總體連接圖 0 . 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 71 . 01 . 11 . 21 . 31 . 41 . 51 . 61 . 7D OD I0 . 00 . 10 . 20。 最后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。 然后要感謝西門子技術(shù)論壇里的熱心網(wǎng)友們，是你們在我遇到各種難題疑問的時候給了我熱心的分析，傳授你們多年的實踐經(jīng)驗，這無疑是對我一筆巨大的財富。 其次要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計的張鵬磊同學(xué)。他平日里工作繁忙，但在我做畢業(yè)設(shè)計的 每個階段，從資料查閱，到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 參考文獻 [1].柴瑞娟等．西門子 PLC高級培訓(xùn)教程．北京：人民郵電出版社， 2021. [2].馬寧等． S7300 PLC和 MM440變頻器的原理與應(yīng)用．北京：機械工業(yè)出版社， 2021. [3].張廣明等．機電系統(tǒng) PLC控制技術(shù)．北京：國防工業(yè)出版社， 2021. [4].吉順平等．西門子現(xiàn)場總線通信原理與應(yīng)用．機械工業(yè)出版社， （ 1） . [5].西門子 PLC通訊技術(shù)規(guī)范．西門子公司技術(shù)支持文檔， 2021. [6].STEP7通訊基礎(chǔ)．西門子公司技術(shù)支持文檔， 2021. [7].WinCC應(yīng)用培訓(xùn)指南．西門子公司技術(shù)支持文檔， 2021. [8].S7300編程手冊 . 西門子公司技術(shù)支持文檔， 2021. [9].MM440操作手冊 . 西門子公司技術(shù)支持文檔， 2021. 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Begain and Technique Discussion and Future Development， 2021 5th international power electronics and motion control conference. 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 34 致 謝 經(jīng)過整個學(xué)期的不斷學(xué)習(xí)和實踐調(diào)試，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于知識儲備不足，經(jīng)驗匱乏，在實踐調(diào)試環(huán)節(jié)中如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的鼓勵與支持，論壇里熱心網(wǎng)友們的不懈賜教，想要完成這個設(shè)計是很困難的。由于知識儲備不足，實際搭建網(wǎng)絡(luò)通信比較困難等，預(yù)計的擴展主從網(wǎng)絡(luò) PROFIBUS 通信沒有實現(xiàn)，最終完成的硬件系統(tǒng)里只用到了一臺PLC,與上位機構(gòu)成簡單的網(wǎng)絡(luò)，不過指定的要求仍能完成。 本文已經(jīng)全部完成任務(wù)書中的要求，采用 PROFIBUS 協(xié)議通信，達到在上位機中操作電機的運行狀態(tài)且能無級調(diào)速，同樣可以采集變頻器的參數(shù)和上位機里實時顯示參數(shù)。當(dāng)電機運行后， PLC 會采集變頻器的數(shù)據(jù)，運算出電機的運行數(shù)據(jù)后送上位機顯示。本次的電力傳動裝置用一個實驗室的三相異步電動機來代替，滿足任務(wù)書要求。以 PLC 控制變頻器 MM440， MM440 作為現(xiàn)場電機的直接上層控制器，需要在開機后進行參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)置在 BOP板中進行。 圖 51 WinCC系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 6 結(jié)論 經(jīng)過調(diào)試運行，本次設(shè)計圓滿完成任務(wù)書中指定的要求。變頻器得電，對變頻器按照上一節(jié)的步驟進行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置好參數(shù)后，變頻器 MM440 進入準(zhǔn)備運行狀態(tài)。把 PLC 的開關(guān)檔從 STOP 打到 RUN， PLC 進入運行狀態(tài)，在上位機操作界面中點擊通信測試 ,，通信測試的燈亮起來，證明通信成功。打開 WinCC 操作界面，設(shè)置連接驅(qū) 動中系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置下的通信單元，把通信單元選項中的邏輯單位名稱改為 CP5611(PROFIBUS)，確保參數(shù)一致性。連接成功后，把 STEP7 里編好的程序下載到 MMC 卡里，注意一定要先下載硬件組態(tài)。保證設(shè)置的參數(shù)和硬件組態(tài)里設(shè)置的參數(shù)一至才能連接成功。在軟件設(shè)計部分里編輯好了 LAD 程序和操作界面并經(jīng)過 PLCSIM 仿真調(diào)試成功，還必須要在硬件系統(tǒng)上實際調(diào)試才行。 到此，所有硬件連接已經(jīng)完成，在下一節(jié)將對整個系統(tǒng)調(diào)試運行。當(dāng)其它程序運轉(zhuǎn)時，電機轉(zhuǎn)動。從站 PLC 的 X12 的 即I/O端口 24接到接觸器的接線端子 14，接觸器 的接線端子 13 引回 PLC 的公共負(fù)端 M，即 30 號端口。從三相四線中引 A相經(jīng)過繼電器的接線端子 5，再從接線端子 9到引到接觸器的A1接線端子，接觸器的接線端子 A2引回三相四線的地線 N。如附錄所南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 示，從三相四線引 ABC三相經(jīng)過具有保護作用的空氣開關(guān)，再經(jīng)過在上位機里可控通斷的交流接觸器，再到到變頻器 MM440。為了獲得 010V的電壓輸出，需要在模擬通道 2的兩個接線端子間接入一個 500Ω的電阻，把電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。變頻器經(jīng)過參數(shù)設(shè)置，把運行頻率和輸出電壓轉(zhuǎn)換為 010V的模擬量信號輸出到模擬量輸出通道 2和通道 1，系統(tǒng)運行時， PLC 的模擬量輸入通道讀取模擬量經(jīng)過系統(tǒng)功能塊 FC105 把 010V 的模擬量轉(zhuǎn)換為 0380V 和 050Hz的數(shù)字量，并經(jīng)由 PROFIBUS電纜送上位機監(jiān)控界面顯示。經(jīng)過變頻器參數(shù)設(shè)置后確定通道 1 輸出變頻器輸出電壓模擬量，通道 2輸出變頻器運行頻率模擬量。 PLC 主站和變頻器連接 主站作為監(jiān)控站，負(fù)責(zé)讀取變頻器的運行頻率和輸出電壓。電機轉(zhuǎn)速由從站輸入的模擬量控制，當(dāng)電機的轉(zhuǎn)動允許后，上位 機給定速度（ 700r/min）在從站里經(jīng)過系統(tǒng)功能塊 FC106 把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量（ 5V）送模擬量輸出通道 0輸入變頻器的模擬量通道 1，經(jīng)過內(nèi)部轉(zhuǎn)換為運行頻率（ 25Hz）驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。 PLC 模擬量輸出通道 1（ AO0）連接變頻器的 4端子，即 PLC 的 X11 的 16端子連接變頻器 3號端子（模擬量輸入正端），即 PLC 的 X11 的 20（參考電位）端子連接變頻器 4號端子（模擬量輸入負(fù)端）。 MM440 的 8端子為數(shù)字量輸入端子，模擬量輸入通道 1南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 端子為 4。由于 MM440 沒有配置集成 DP 口，由端子排輸入給定 010V模擬量作為控制信號?？焖僬{(diào)試參數(shù)設(shè)置如參數(shù)表 42 所示： 表 42 MM440快速調(diào)試參數(shù) 參數(shù)號 出廠值 設(shè)置值 說明 P0003 1 1 設(shè)置用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級 P0010 0 1 快速調(diào)試 P0100 0 0 功率以 kW表示，頻率為 50Hz P0304 230 380 電動機額定電壓（ V） P0305 電動機額定電流（ A） P0307 電動機額定功率（ kW） P0310 50 50 電動機額定頻率（ Hz） P0311 0 1400 電動機額定轉(zhuǎn)速（ r/min） 功能參數(shù)設(shè)置 變頻器為了完成預(yù)想的功能，需要對多項參數(shù)進行修改。本次系統(tǒng)設(shè)計用來代替?zhèn)鲃友b置的是一臺三相異步電動機，電動機型號為 Y90L4，電動機銘牌參數(shù)如前面表 24所 示。 表 41 恢復(fù)工廠默認(rèn)參數(shù)設(shè)置 參數(shù)號 出廠值 設(shè)置值 說明 P0010 0 30 工廠的設(shè)定值 P0970 0 1 參數(shù)復(fù)位 快速調(diào)試 為了使變頻器與驅(qū)動的電動機相匹配，需設(shè)置電動機參數(shù)，稱為快速調(diào)試。對 MM440 的參數(shù)設(shè)置包括三個步驟：恢復(fù)出廠默認(rèn)、快速調(diào)試以及功能參數(shù)設(shè)置。 通過對控制目標(biāo)和任務(wù)的分析最終完成控制系統(tǒng)的設(shè)計，控制系統(tǒng)的總體接線圖如附錄所示?？梢园纯刂频男再|(zhì)把本設(shè)計的控制任務(wù)分為兩大部分： 第一部分是從站通過輸出數(shù)字量 /模擬量控制 接觸器開合和 MM440 數(shù)字輸入端子，以實現(xiàn)電機的啟動、停機、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、無級調(diào)速和正反向點動。 控制任務(wù)是實現(xiàn)兩臺 S7300 建立 PROFIBUSDP 通信，操作 MM440，實現(xiàn)對電機的啟動、停機、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、無級調(diào)速和正反向點動操作，并通過讀取變頻器當(dāng)前的輸出電壓、頻率值，轉(zhuǎn)換為 010V 模擬量送 PLC 運算處理。硬件系統(tǒng)設(shè)計中三相交流電源是從變頻器引至電動機的，電機采用 Y型接線方式。電力傳動裝置用三相異步電動機代替， MM440 直接受 PLC控制驅(qū)動電機，變頻器能夠按預(yù)期的目的對電機進行控制。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 4 硬件系統(tǒng)設(shè)計 本次設(shè)計基于 PROFIBUSDP電力傳動控制系統(tǒng)，用兩臺 PLC 作為控制中樞，主站用于監(jiān)控，從站用 于控制。在硬件組態(tài)窗口中點擊查看組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，如下圖 313 所示： 圖 313 查看網(wǎng)絡(luò) 點擊查看網(wǎng)絡(luò)會得到已經(jīng)組態(tài)完成的網(wǎng)絡(luò)，從圖 314中可以看到組態(tài)的網(wǎng)絡(luò)上掛有兩個 300站點，一個是主站 master，另一個是從站 slave，主站的 DP 站地址為2,從站的站地址為 3。此時可以看到主站 MPI/DP復(fù)用端口伸出的 PROFIBUS 電纜上懸掛了一個從站，這個從站就是之前已經(jīng)組態(tài)好的從站。點連接，把組態(tài)好的從站掛到主站延伸的 PROFIBUS 線上。 主站的 DP 地址設(shè)置為 2，工作模式選擇主站模式，這時在組態(tài)框會延伸出一條PROFIBUS 電纜，如下圖 310 所示： 圖 310 主站硬件信息配置 主站通信 映射 區(qū)組態(tài) 在組態(tài)的目錄窗口中，找到 PROFIBUSDPConfigured StationsCPU 31X。在主站硬件組態(tài)配置信息的時候會調(diào)用到已經(jīng)編譯好的從站信息。至此，從站的所有硬件信息組態(tài)完成，保存編譯。現(xiàn)在映射區(qū)中還缺少 PROFIBUSDP伙伴地址，即現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)上并不存在多個 PLC 站點，只有一個編號為“ 3”的從站站點。具體是通過主站的 QD12 送給從站的 ID13。比如主站送給從站的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)為 1400 轉(zhuǎn)每分。一個字節(jié)占 8位，一個字兩個字節(jié)， 2個字剛好占32個位。 ID13 的長度選擇“ 2”，單位選擇“字 ”。 BOOL 型數(shù)據(jù)剛好占 1個字節(jié)，所以這樣主從站點之間可以交換開關(guān)量數(shù)據(jù)，但是不能交換其它類型的數(shù)據(jù)。把輸入輸出區(qū)分別定義為 IB11 和 QB11，用于和主站將要建立的 QB10 和 IB10 進行數(shù)據(jù)交換。使用 PROFIBUS 主從通信需要建立通信映射區(qū)，通信映射區(qū)用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，主從站點間的數(shù)據(jù)交換通過硬件組態(tài)的映射區(qū)來完成。 圖 36 組態(tài) PROFIBUSDP通信方式 工作模式選擇 因為現(xiàn)在要配置的是 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)上的一個從站，在第一層的“工作模式”選項卡內(nèi)，選擇 “ DP 從站（ S）”模式 ,這樣才能保證站地址的一致性，確定了從站的站地址為 3，工作方式為從站，在硬件配置窗口并不會如主站一樣延伸出一條 PROFIBUS南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 電纜。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置屬性對話框中選擇傳輸速率為 Mbps，模式選擇為 DP行規(guī)，這樣組態(tài)成 PROFIBUSDP模式。 圖 35 修改 DI/DO地址 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 組態(tài) PROFIBUSDP通信方式 接下來組態(tài)從站的 PROFIBUSDP通信方式。輸入 DI 模塊地址不用修改，因為本次不會用到實際的外部輸入，如下 35所示。如下圖 33所示： 圖 33 從站硬件組態(tài) 從站硬件配置 在硬件組態(tài)窗口中，首先插入 RACK300 導(dǎo)軌（ Rail） ,導(dǎo)軌機架是用來確定 PLC各種模塊的 插槽號的，所以必須要。所 以需在硬件配置里面配置同樣數(shù)目的 PLC站點。首先進入 STEP7，新建項目 畢業(yè)設(shè)計，存儲路徑可以修改，本次保存在 S7 工程文件夾里。同時還可以編輯程序，可以用 PLCSIM 模塊調(diào)試仿真運行，可以和 WinCC 通信，同樣可以監(jiān)控實際 PLC的運行狀態(tài)和修改運行參數(shù)等。 STEP7 的應(yīng)用在這里只闡述硬件組態(tài)的部分，程序和其它詳細設(shè)計在會在軟件部分里詳細地描述。同時，硬件所使用 PROFIBUSDP 通信，必須要在硬件組態(tài)時表現(xiàn)出來。 圖 213 繼電器電路南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 3 控制系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài) 在整個電力傳動控制系統(tǒng)中，用到了兩個西門子 PLC。線圈電壓 24V， PLC