分布式控制系统课程设计教学内容.doc

分布式控制课程设计

设 计 题 目： 课题八：3台电动机的顺序控制
学 校： 上海工程技术大学
院 系： 机械工程学院

二 任务描述：
在现代工业生产中，电动机自动与手动正反转的设置得到了广泛的应用。设计三台电动机的顺序控制程序的原则是：
（1） 自动每隔离十分钟启动一台电机，中间可急停，到了八小时后都自动关闭。
（2） 手动顺序启动，手动反序停止。
设计四段程序，第一段是自动顺序启动三台电机，由SB1总起T0,T1延时触发。第二段程序是到点自动停止，每个电机配备一个定时器加计数器来实现。第三段程序是手动顺序启动由SB2总起，T5,T6延时触发。第四段程序是手动反序停止由中间继电器M1.0,M1.1,M1.2线圈触发，而在第三段程序的起停保电路中用它们的常闭触点来实现。
控制任务和要求：
（1） 启动操作：按启动按钮SB1，电动机M1启动，10s后电动机M2自动启动，又经过8s，电动机M3自动启动。
（2） 停车操作：按停止按钮SB2，电动机M3立即停车；5s后，电动机M2自动停车；又经过4s，电动机M1自动停车。
（3） 要求启动时，每隔10min依次启动1台，每台运行8h后自动停车。在运行中可用停止按钮将3台电动机同时停机。

三 电动机及其PLC控制器的介绍
1.系统设计功能
1）电路设计
本课题的三台电动机应满足以下要求
（1） 自动时，当第二台电动机延时启动时，不关闭第一台电动机。当第三台电动机延时启动时，不关闭第一，第二台电动机。且三者自各自启动就开始计数器计时，准备关闭。
（2） 用急停按钮使三台电动机同时停移，但时间必须在自动停止时间范围内。
（3） 手动时，当第二台中动机延时启动时，必须等三台电动机按顺序都启动后才可以按下手动反序停止按钮，使他们各自停止。
2）主电路设计
由三台电机组成，启动电路由自动开关QF0.，接触器KM0-KM3.热继电器FR1-FR3各台电动机的额定电压运行电路各自独立专用，如电动机Q0.0正常运行时由QF0，KM1与FR1组成的回路供电。

2 方案分析：
1. 因为本程序要分手动和自动两部分，所以为了考虑到出点之间与不同网络之间不相互产生影响，所以考虑调用子程序。但这样做在西门子300里面没有具体说明，不可行。
2. 把四个程序段合为两个程序段，即把手动的启动与停止放一块，自动的启动与停止再放一块。用起停保回路比较复杂，不如四个程序段来的简明易懂，条理清晰。而且定时器触点，计数器触点，与停止常闭触点不好布局，也会产生影响。
3. 设计四段程序，第一段是自动顺序启动三台电机，由SB1总起T0,T1延时触发。第二段程序是到点自动停止，每个电机配备一个定时器加计数器来实现。第三段程序是手动顺序启动由SB2总起，T5,T6延时触发。第四段程序是手动反序停止由中间继电器M1.0,M1.1,M1.2线圈触发，而在第三段程序的起停保电路中用它们的常闭触点来实现。用中间继电器效果明显好于调用子程序。因为程序简洁美观，运行仿真，条例明确。
3 控制器组成
（1） PLC外部接线圈
如图中SB1为三台电动机自动启动按钮，SB2为自动启动急停按钮。SB3为手动启动按钮，SB4为手动反序关闭按钮。

（2） 控制器电路设计
Network1-5 I0.0自动总起，T0启动第二台电机，T1启动第三台电机，I0.1窜入各等支路用于急停。在QO.O的线圈控制回路中窜接入MO.O常闭触电，用于Q0.0自动停止，同理在Q0.1回路加M0.1，Q0.2加M0.2。在Q0.1的线圈控制回路中，窜接入Q0.0常开触电，以及在Q0.2的线圈控制回路中窜接入Q0.1常开触电，从硬件上保证当Q0.0不启动Q0.1，Q0.2也不启动。Q0.1不启动，Q0.2也不启动。同理对T1线圈钱的T0常开触点。
NETWORK6-14：因为定时时间超过定时器的时间范围，所以用定时器窜入接计数器的方式，使用加法计数器，定时器设置为10分钟，作为计数器的基数时间，计数器的计数值设定为48个，计完数后，常开触点C0闭合，中间继电器线圈M0.0得点，在NETWORK1的支路中，M0.0长臂触点断开，实现Q0.0自动复位。
同理C1控制M0.1去复位Q0.1，C2控制从M0.2去复位Q0..2.。.
Network15-19,。I2.0为手动顺序总起，在Q0.0回路上窜接M1.2，在Q0.1回路上窜接M1.1，在0.2回路上窜接M1.0用于后面network120-24的手动反序停止。T5,T6常开触点用于启动Q0.1与Q0.2.在Q0.1回路中窜接Q0.0，Q0.2，回路中窜接Q0.1常开触点时为了使Q0.0没启动下，不会启动Q0.1，Q0.2，Q0.1没启动下，不会启动Q0.2，同理T6线圈前窜接T5常开触点。在Q0.2回路窜I3.0常闭触点用于反序停止的准备。
Network20-24，用中间继电器M1.0去复位Q0.2，用T7延时5秒，通M1.1线圈去复位Q0.1，用T8延时4秒通M1.2去复位Q0.1. M1.1回路窜M1.0，M1.2回路窜M1.1是为了使Q0.2没有停止之前Q0.1,Q0.0不会停止，Q0.1没有停止之前Q0.0不会停止，同理在T8线圈前窜T7常开触点。
（3）系统硬件配置状况

四 PLC在电动机控制中的应用
宜昌某单位有一台20m 的空压机，其主电动机为is127—8型，380V，130kW；起动自耦变压器为QBz一1 35型÷主接触器KM1为cJ12—400／3型；起动接触器KM0l为CJ12—250／3型；控制系统中PI，C栗用F一12MRE型．因扩大生产能力，现需要增加一台同容量的空压机．且主电动机的型号、容量与已有的空压机电动机相同．在订购该台电动机组时，没有订购控制柜．故本厂技术人员决定改装已有的控制柜，使其能够同时控制这两台同型号的空压机组．
改装后的主电路图可参考图l所示．取图中电动机的台数N=2即可．其中KM1和KM2型号为
q 12—400／3型；KM0、KM0l和KM02为cJl2—250／3型；T为QzB一135型；QF0、QF]和KF2采用DZ10—400／3型自动开头．
改装后的控制电路见图3所示．SB1l和SBl2分别为1号电动机的起动和停止按钮，FRl为1号电动机的热继电器常开触点．SB21和SB22分别为2号电动机的起动和停止按钮，FR2为2号电动机的热继电器常开触点．KM0l和KM02分别为l号和2号电动机的起动接触器，KM0为自耦变压器的控制接触器．KMl和KM2分别为1号和2号电动机的正常运行接触器．PI C的型号为F一12MRE型．相应的梯形图如图4所示．

五 分布式控制系统课程设计的内容
电动机控制系统方框图

七 输入输出点分配
I0.0
自动启动第一台电动机

I0.1

自动急停三台电动机

I2.0

手动启动第一台电动机

I3.0

手动急停第三台电动机

Q0.0

第一台电动机

Q0.1

第二台电动机

Q0.2

第三台电动机

其他I代表定时器与计数器置位复位

M中间继电器用于手动与自动的关闭。

八 软件设计
软件的调试
一 调试过程
1）输入程序，按前面介绍的程序输入方法，用手持式编程器(或计算机)正确输入程序。
2）静态调试，按系统接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟静态调试，并通过手持式编程器(或计算机)监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检查并修改、调试程序，直至指示正确。
3）动态调试，按系统接线图正确连接好输出设备，进行系统的动态调试，先调试手动程序，后调试自动程序，观察指示灯能否按控制要求动作，并通过手持式编程器(或计算机)监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检查线路或修改程序，直至指示灯能按控制要求动作。
4）在调试过程中，要注意各个输入信号，不能同时给好几个输入信号，否则会出错。
二 调试情况
• 先接通I0.0打勾，Q0.0,Q0.1,Q0.2过10秒依次勾上（代替10分钟）。各过40秒后依次自动勾去掉（代替8小时）。
• 在Q0.0,Q0.1,Q0.2各自接通后的0到40秒内按下I0.1，M0.0,M0.1,M0.2同时勾上， Q0.0,Q0.1,Q0.2三个勾同时去掉。
• 接通I2.0打勾,Q0.0立即勾上,过10秒Q0.1自动勾上，过8秒Q0.2自动勾上。
• 勾上I3.0，M1.0立即勾上，Q0.2立即勾去掉。过5秒M1.1立即勾上，Q0.1立即勾去掉.。过4秒M1.0立即勾上，Q0.0立即勾去掉。
SIMATIC WINCC 仿真
WinCC是SIMATIC PCS 7过程控制系统及其他西门子公司的控制系统中的人机界面组件。WinCC为垂直市场的解决方案提供了丰富的选件和附加件。众多的选件将使工厂认证更为容易，而这种认证更是对工业领域的各种要求做出了非常有说服力的全面相应。
为了集成到任何公司内的任何自动化解决方案中，WinCC提供了所有最重要的通信通道，用于连接到SIMATIC S5/S7/505控制器的通信，以及如ProfibusDP/FMS、DDE等非专用通道；亦能以选件的形式获得其他通信通道。由于所有的控制器制造商都为其硬件提供了相应的OPC服务器，因而事实上可以不受限制地将各种硬件连接到WinCC。
（1）创建新的驱动程序
如图17所示，在WinCC中创建新的驱动连接，并在TCP/IP中改变与STEP7中相同的以太网地址，使WinCC与STEP7运用以太网建立连接。
（2）建立变量表
在新建立的“NewConnection”中建立如图18所示的变量名称，及相应的变量类型和参数。并且该些变量必须与绘图编辑器产生连接，也要与STEP7中编写的变量一一对应。
（3）创建运行画面
使用WinCC软件创建运行画面，如图19所示。创建的运行画面既是现实的仿真画面，与现实情况相类似。并在画面中的按钮分别与（2）中建立的变量建立连接，以产生运行效果。最后将该画面“保存”后设为“启动画面”。

•
九 梯形图

十一 STEP7-300程序控制及仿真

第一台电机自动启动

第二台电机自动启动

第三台电机自动启动

三台电机自动急停

手动启动第一台电机

手动启动第二台电机

手动启动第三台电机

手动关闭第三台电机

手动关闭第二台电机

手动全关闭
十二 程序流程图

十三 界面设计

十四 优化分析

十五 设计小结
第一次小结：
本周我们小组先练习了一下简单的PLC控制线图-起停保电路的仿真，以及硬件组态的设置。以及起停保电路的创建仿真运行画面。根据老师的分析指导，我们了解到了还要做物理地址，用于系统I/O模块的设置。在初步分析了我们的任务与课题，要求手动加自动和顺序启动和反序停止。我认为这个也是起停保电路的基础上发展出来的。把定时器触点看做启动按钮来顺序启动，把断开延时触点看做总停按钮来反序停止。在做的过程中，我们也遇到许多问题，比如I/O数目的分配，仿真时需要设置变量类型及变量连接问题等都属于难点。我们在与别的小组讨论的情况下初步弄懂了大致道理。
任务安排：
在这一星期中，我们的任务是在设计好程序的梯形图中分配好常开常闭触点的I/O地址。这是相当关键的，关系到定时器的正确使用，同时要把常开常闭触点与线圈用图形编辑器对应的图案设计出来。既要考虑好图案的颜色与布局，这是仿真运行画面的关键。又要正确的计算所有I/O端口的总数，在建立图案与端口的真确连接，最后保证正确使用主机与总线的配置。还有就是把任务描述想一下再写下来。
第二次小结：在这星期的设计思考与实际上机操作的过程中，我遇到了不少问题，比如运行调试结果不对，还有梯形图的网络位置安排问题，以及我发现我们这个课题因为有手动和自动两个步骤。这就要考虑到调用子程序，中断程序或者中间继电器。还有定时器与计数器的合理应用问题。这些是我在失败以后自己总结，以及向同学请教而得到的。还要多思考思考改进改进，不能保证一定正确。但是要以最好的状态去面对，保证下一次上机最好一次性做对。
还有就是对network的命名问题，我也要仔细考虑。同时在看一下wincc的符号编辑器与图形编辑器等问题。下次上机多与别的同学讨论请教，争取在规定时间内完成。相信只要能顺利解决调试正确的问题，那么硬件符号表，I/O地址分配，任务叙述等问题在小组成员的帮助下都是很快能完成的。
十六 参考文献
1 王兆义，杨新志 . 小型可编程控制器实用技术 . 北京：机械工业出版社，2006.10
2 崔维群，孙启法 . S7—300/400可编程控制器原理与应用 . 北京：北京航空航天大学出版社，2008.12
3 西门子（中国）自动化与驱动集团编 . 深入浅出西门子S7—300 PLC . 北京：北京航空航天大学出版社，2004.8
4 梁绵鑫 . WinCC基础及应用开发指南 . 北京：机械工业出版社。