基于 plc 、触摸屏、变频器的小车运料系统控制应用实例

—— 《西门子 PLC 技术应用》

电气运行与控制专业精品课程资源——《西门子 PLC 技术应用》

设计者：杨宏学校：福建省高级技工学校

基于 PLC 、触摸屏、变频器的小车运料系统控制应用实例


一、学习目的– 1 、学习目地

（ 1 ）使用 USS 协议实现 S7-200 与 G110 变频器之间的通讯；（ 2 ）熟练使用 WinCC Flexible 软件进行人机界面的组态（ 3 ）利用人机界面各种控制命令，通过 PLC 实现对变频器的控制以及读 / 写参数。

– 2 、实训器材S7-200PLC 一台， G110 变频器一台，人机界面 TP177B ，三相异步电动机一台，编程电脑， PROFIBUS-DP 连接头及电缆等。


二、工作任务– 有一产品加工场，如图 06-33 所示，运料小车控制要求如下：

图 06-33 产品加工场示意图


– （ 1 ）按下起动按钮（ HMI 上），运料小车在原料仓装料， 30

秒后向加工仓运行，碰到行程开关 SQ4 ，自然停下进行 30 秒中卸料，然后进行 1 分钟的原料加工；

– （ 2 ）如果加工结果是成品（通过 HMI 设定），则进行 20 秒装料，然后前往成品仓，碰到 SQ5 ，运料小车自然停下进行卸料，20 秒后卸料完成，返回原料仓，碰到 SQ3 ，运料小车自然停下自动进行下一周期工作；


– （ 3 ）如果加工结果是废料（通过 HMI 设定），则进行 10 秒装料，然后前往废料仓，碰到 SQ1 ，运料小车自然停下进行卸料，10 秒后卸料完成，返回原料仓，碰到 SQ2 ，运料小车自然停下自动进行下一周期工作；

– （ 4 ）按下停止按钮（ HMI 上），完成一个周期的工作后才能停止；

– （ 5 ）运料小车的每一个运行区段都能通过人机界面设定不同的运行频率和加速时间、减速时间。人机界面参考画面如图 06-34

所示。


（ 1 ）（ 2 ）


（ 3 ）（ 4 ）


（ 5 ）（ 6 ）


（ 7 ）图 06-34 人机界面参考画面


三、项目实施1 、实训步骤

（ 1 ）通过 PROFIBUS 连接头、连接电缆连接 PLC 与 G110 变频器、 PLC 与 TP177B 人机界面。（ 2 ）设置变频器参数使之能和 PLC 配合工作。（ 3 ）使用编程计算机编写 PLC 程序并下载到 CPU 中。（ 4 ）使用编程计算机组态人机界面并下载到人机界面中。（ 5 ）通过调试完成人机界面通过 PLC 控制变频器，从而实现对电动机的控制。


2 、项目实施过程步骤一：

– PLC 、变频器 I/O 接线图如图 06-35 所示。按照 I/O

接线图，通过 PROFIBUS

连接头、连接电缆连接 PLC 与 G110 变频器， PLC 与人机界面TP177B ，同时连接好其他相关实训设备，如图 06-36

所示。图 06-35 I/O接线图


步骤二：– 设定好西门子变频器 G110 的内部参数。

步骤三：– 使用编程计算机编写 PLC 程序并下载到 CPU 中。– 第一步：利用置位复位指令根据控制要求编写顺序控制部分程序，

如图 06-37 所示。


图 06-37 顺序控制部分程序


– 第二步：因为运料小车的每一个运行区段都能通过人机界面设定不同的运行频率和加速时间、减速时间。所以考虑设置子程序进行参数值的写入。如图 06-38 所示，然后在主程序中调用子程序，如图 06-39 所示。


（ 1 ）


图 06-38 子程序


图 06-39 主程序中调用子程序


– 第三步：因为在整个工作过程中，变频器并不是都在运行，就是在运行的每个阶段，运行方向也可能不同，因此对运行状态和运行方向要进行程序设计，如图 06-40 所示


图 06-40 运行状态和运行方向部分的程序


– 第四步：补充完善程序及数据存储区设置，如图 06-41 所示。


图 06-41 剩余的部分程序


步骤四：– 使用编程计算机组态人机界面并下载到人机界面中。– 第一步：创建新项目“运料小车”，选择正确的设备，打开组态

画面，如图 06-42 、 06-43 所示。

图 06-42 创建新项目“运料小车”

—— 《西门子 PLC 技术应用》图 06-43 新项目“运料小车”组态界面


– 第二步：建立连接。点击右边“项目视图”中的“连接”选项，然后在右边弹出的“连接”界面上，输入连接名称，建立新的连接；接着选择正确的“通讯驱动程序”；对人机界面的波特率，地址等等进行进一步的设置；最后完善网络设置。如图 06-44 所示。

图 06-44 建立连接


– 第三步：建立变量表。点击右边“项目视图”中的“变量”选项，然后在右边弹出的“变量”界面上，输入变量名称、所属的连接、数据类型、绝对地址、采集周期等等内容；同时可以在属性界面里进行更为详细的设置。如图 06-45 所示，

图 06-45 建立变量表


– 第四步：组态画面。– 在项目视图中，双击“添加画面”选项，建立所有的画面并且命

名，如图 06-46 所示；

图 06-46 添加画面


（ 1 ）工作主页面– 点击右边“工具”中的文本域并拖入画面，在常规项中输入文本字体，并在“属性”和“动画”选项中进行正确的设置，如图 06-

47 所示；

图 06-47 文本域输入设定


– 点击右边“工具”中的按钮并拖入画面，在常规项中输入文本字体等，并在“属性”和“动画”选项中进行正确的设置，同时由于按下“参数设定”按钮，必须跳转到“设定主界面”画面，所以必须在“事件选项”中设定跳转画面：点击“单击”选项，在右边添加系统函数（在“画面”选项中点击“ Activatescreen”函数，画面名可以在下拉的选项中选择或创建。如图 06-48 所示；

—— 《西门子 PLC 技术应用》图 06-48 画面切换


– 点击右边“工具”中的按钮并拖入画面，在常规项中输入文本字体，并在“属性”和“动画”选项中进行正确的设置，同时在“事件”中不仅要设定动作功能，而且还要设定跳转画面，如图06-49 所示；

图 06-49 起动按钮设置


（ 2 ）设定主界面– 画面中的文本域、画面切换和位数值的置位设定与工作主页面方法相同。（ 3 ）运送原料过程、运送成品过程、运送废料过程和返回原料仓过程

– 点击右边“工具”中的 I/O域并拖入画面，在常规项中输入类型模式、过程变量、数据格式和样式，并在“属性”、“动画”和“事件”选项中进行相应的设置，如图 06-50 所示；

—— 《西门子 PLC 技术应用》图 06-50 I/O域设置


（ 4 ）工作流程图– 工作流程图画面如图 06-51 所示，除了“停止按钮”、“返回”、

“成品”和“废料”四个属于按钮系列外，其余的都是文本域；除去标题的文本域外，其他文本域要进行可见性设置，点击属性视图中的“动画”选择项，再选择“可见性”选择项，填入相关联的变量参数，并且激活启用，如图 06-52 所示。


图 06-51 工作流程图画面

—— 《西门子 PLC 技术应用》图 06-52 可见性设置


– “ 返回”、“成品”和“废料”两个按钮不仅要实现按钮的相应功能，也要进行可见性设置。（ 5 ）将组态画面编译后下载到人机界面中去。步骤五：

– 通过调试完成人机界面通过 PLC 控制变频器，从而实现对电动机的控制。


四、项目测评– 有 1 台三相异步电动机型号为： Y-112M-4 ，额定功率为：

4KW ，额定电压为： 380V ，额定电流为： 8.8A ，接法为：Δ ，转速为： 1440r/min ，根据以下控制要求，设计利用触摸屏、可编程控制器通过变频器控制三相异步电动机自动变速电路，并进行电气线路的安装与调试。三相异步电动机具有短路保护、过载保护、零压保护和欠压保护。

– （ 1 ）本题分值： 100 分– （ 2 ）考核时间： 200 分钟– （ 3 ）考核形式：现场操作


– （ 4 ）具体考核要求：a ）根据给定任务的要求，按国家电器绘图规范及标准，绘制

成 PLC 和变频器的电路图。b ）元件在配电板上布置要合理，安装要紧固、美观。c ）按照被控制设备的要求，进行正确的调试。

– 参考电路图如图 06-53 所示，参考界面如图 06-54 所示，参考程序如图 06-55 所示。


图 06-53 项目测评参考电路图


图 06-54 项目测评参考界面


图 06-55项目测评参考程序


五、项目评估– 项目评估标准详见表 06-02 所示


序号主要内容考核要求评分标准配分

扣分

得分

1 电路设计根据提出的电气控制要求，正确绘出电路图电路设计错误，每一项功能不能实现扣 5 分 30

2 元件安装

1 、按图纸的要求，正确利用根据工具和仪表，熟练地安装电气元器件2 、元件在配电板上布置要合理，安装要准确、紧固3. 按钮盒不固定在板上

1 、元件布置不整齐、不均匀、不合理，每处扣 1 分2 、元件安装不牢固、安装元件时漏装螺丝，每只扣 1 分3 、损坏元件每处扣 1 分

10

3 接线

1 、要求美观、紧固、无毛刺，导线要进入线槽2 、电源和电动机配线、按钮接线要接到端子排上，进出线槽的导线要有端子标号，引出端要用别径压端子

1. 电动机运行正常，但未按电路图接线，扣1 分2 、接线不进入线槽，不美观，主电路、控制电路每根扣 0.5 分3 、接点松动、接头露铜过长、反圈、压绝缘层，标记线号不清楚、遗漏或误标，引出端无别径压端子，每处扣 0.5 分4. 、损伤导线绝缘或线芯，每根扣 0.5 分

30

4 通电试验在保证人生和设备安全的前提下，通电试验一次成功

1 、参数设定错误，每处扣 5 分2 、主、控电路配错熔体，每个扣 3 分3. 、 1次试车不成功扣 5 分； 2次试车不成功扣 10 分； 3次试车不成功扣 15 分

30

备注合计 100

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