控制系统课程设计
项目名称：以西门子S7-200为核心的电机速度监控系
统
学生姓名 / 学号：
指导老师： 级 电气133
专业名称 电气工程及其自动化
提交日期 2016 年 12月 15 日 答辩日期 2016 年 12月 15日
一、 系统整体功能说明及软硬件选型
1、通过PLC控制变频器，实现远程方式控制控制鼠笼式异步电动机的正反转及速度。
2、将编码器中与转速相对应的输出电压采集到PLC中。
3、通过PLC编写PID控制程序，控制电机的转速。
4、应用触摸屏组态软件设计控制系统的界面，与PLC进行动态连接，可在界面中控制电机的转速，显示变频器的频率、电机的正反转状态、实际转速等。
5、设置电机的正常转速范围（上、下限），当电机转速超出正常范围时，停机并报警，并可复位报警信号。 6、软硬件选型说明表如下： 序号 1 2 3 4 5 6 7 名称 西门子PLC编程软件STEP7 MCGS组态软件 PLC 变频器 电机 下载电缆 通信电缆 数量 1台 1台 1台 1根 1根 备注 软件 软件 S7-200PLC 欧姆龙变频器3G3JV 鼠笼式电动机 PC/PPI+
二、 I/O点与输入输出设备对应关系表
PLC端口 Q0.0 Q0.1 1L V M PLC与变频器对应接线表
变频器端口 备注 S1 控制电机正转 S2 控制电机反转 SC 提供频率指令电源 FR V为PLC模拟电压输出端，FR为变频器模拟电压接收端（0--10V） FC 公共端互连
组态参数 正转按钮 反转按钮 电机转速输入
组态软件与PLC通信关系表 PLC各寄存器 备注 写M0.0 控制电机正转 写M0.1 控制电机反转 写 VD0 同步输入修改电机转速
电机频率 电机转速 读 VD2 读 VD4
实时显示电机频率 实时显示电机当前转速 另外，变频器U、V、W端口分别接电机A、B、C三相，如图：
三、 系统的原理图，包括主电路和控制电路。
四、 软硬件相关设置的说明
1、软件相关设置：MCGS组态软件与西门子s7-200PLC连接相关设置如下：
PC组态软件运行窗口 西门子S7-200PLC 欧姆龙变频器3G3JV 鼠笼式异步电动机 带有电压模拟输出的测速表
2、欧姆龙变频器参数设置：n01=08；n02=01；n03=02；n32=0.4
五、 程序功能的详细说明
1、MCGS组态设计，设计的界面以及功能如下：
（1）电机运转前必须先输入转速（例如800 r/min）然后点击正转或反转按钮，为了安全，在电机转向切换时，先按停止，待电机停下再进行转向变换。
（2）该组态设置了电机转速报警，大于上限值（例如 |1200| r/min）时停机报警。
（3）该组态可精准转换编码器转速对应频率。
（4）PID控制参数于PLC程序中编好，采用效果最好的一组。 （5）各参数设置详见上文第四硬件设置部分。
2、西门子s7-200PLC原程序详细说明如下：（见下页）
（1）主程序详解：
//调用子程序SBR_0，初始化PID模块
//控制电机正转
//控制电机反转
（2）子程序SBR_2详解
//将输入转速转化为0—1的大小，并保存至AC1
（3）子程序SBR_0详解（PID模块初始化）：
//过程变量值PVn=0.75
//比例项增益Kc=50.0
//采样周期Ts=0.1s
//积分时间常数
T1=10.0min
//微分时间常数 Td=0.0
//将SMB35定时器 设置为100ms
//使能、调用中断程序
（4）中断程序INIT_0详解：
//将模拟量输入值AIW0 转换为双整数
//将AC0双整数转换为 实数
//AC0/285.0=
//AC0/10.81=
//AC0/32000=
// -1 //
//
//
六、 调试过程：调试阶段的问题分析，解决措施，测试记录以
及结果分析。
实际频率 保存至VD2 实际转速 保存至VD4 “-1--1” 判断AC0＜0 若小于，则乘以，变正数 将AC0的值传送到VD100 过程变量值PVn处 调用子程序SBR_2 将AC1的值传送到VD104 给定值SPn处
1、使用变频器直接控制转速，测得的一组实验数据如下表：
转速V(r/min) 模拟电压输入U(v) VIW0（AD转换值） VIW0/V(倍数) 306 602 3 1190 1483 1728 1 2 3 4 5 5.83 3300 6500 9650 12860 16090 18730 10.78 10.79 10.80 10.81 10.84 10.84 分析数据可得：
（1） AD转换值与实际转速倍数大约在10.81； （2） 1728r/min为最大转速，对应VIW0为18730； （3） 输入转速V/最大转速Vmax->“0-1”； （4） “0-18730”*1.7084->“0-32000”。
2、由数据分析换算关系，可用于程序编写设计使用，使调速、速度监控更加准确。
七、 小组成员收获体会、系统存在的问题和进一步的改进意见
1、小组成员分工：
（1）卢泽涛主要负责PLC程序设计编写； （2）吴钟森主要负责MCGS组态界面设计； （3）夏杰东主要负责硬件接线，变频器参数设置；
（4）三人合作一起完成调试阶段，数据记录，问题分析，解决措施，改进
建议，报告撰写等。 2、系统存在的问题及进一步改进：
目前电机转速波动较大，在±50r/min左右。改进意见：可以在采样时进行滤波，即提高中断采样速度，每10才采样值相加，再去平均值，可较好的抑制波动。 3、成员收获体会： （1）卢泽涛：
本次课程设计我主要负责PLC程序编写，设计系统整体原理思路，撰写报告等。从本次控制系统的课程设计中，我对西门子s7-200的编程指令，功能模块（PID指令），系统原理设计等更加熟悉了，对变频器的基本参数设定、对MCGS组态界面设计，搭建与PLC的通信也有了一定的了解。基本掌握了使用组态—PLC—变频器的闭环PID系统控制。
总的来说，本次课程设计的编程技术，参数设定，通信技术以及报告的撰写我有学习到东西，收获颇丰！
（2）吴钟森：
随着老师验收结束，课程设计也告一段落。在课程设计过程中，我体会颇多、收获颇多。
这次控制系统课程设计内容是用西门子PLC做一个闭环调速的的电机控制系统，并使用组态软件实时操控电机。在确定课题后，当天晚上就翻查变频器说明书和PLC课本，自学PLC模拟量的使用以及组态软件的使用，确定大致的进度表，因为我觉得对待设计项目，必须树立一个严谨的态度，认真对待。次日先进行了变频器测试，直接用变频器控制鼠笼式电机，用旋钮调速。测试完就和组员讨论具体接线，我们之所以先确定接线，是为了方便同步进行组态软件的通信设置，这点细节也就成为了我们组进度较快的决定性因素。在完成基本编程任务后，我就主要负责组态搭建任务了。在自学组态的过程中，我遇到了很多困难，通信失败，实时数据库理解有误。于是我请教老师，在老师的解说下逐渐摸索到要领，最后担起演示控制系统的任务。
本次课设不仅巩固了了PLC的知识，还学习了组态的使用，掌握了欧姆龙变频器远程操作原理，提高了自身的学习能力，与组员共同解决问题的过程也感受到了喜悦。今后也将以严谨的态度对待各种挑战。 （3）夏杰东：
在这次课程设计中，我主要负责的是一些辅助性的工作，在贡献方面来说没有其他两位组员大，可是学到的东西同样很多，以前面试的时候提起PLC，专业人员都会说到触摸板，我当时连触摸板是什么概念都不太清楚。通过这次课程设计，让我学会了组态的使用，也了解触摸板对PLC的控制和使用，相信对我日后和工作和学习有很大的帮助。
