《S7-1200-PLC應(yīng)用基礎(chǔ)ppt課件第8章-PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《S7-1200-PLC應(yīng)用基礎(chǔ)ppt課件第8章-PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例（43頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),封面，,不用更改,封面，,第8章,PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例,第8章 PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例,摘要,ABSTRACT,隨著,PLC,功能的不斷完善，,PLC,幾乎可以完成工業(yè)控制領(lǐng)域的所有任務(wù)。但,PLC,還是有它最適合的應(yīng)用場(chǎng)合，,PLC,最適合控制的對(duì)象是環(huán)境較差、對(duì)安全和可靠性要求比較高的工業(yè)自控系統(tǒng)或裝置。很多情況下，,PLC,已可取代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（,IPC,）作為主控制器，來完成復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)控制任務(wù)。,本章以實(shí)例的形式介紹PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì),過程,。,摘要ABSTRACT隨著PLC功能的不斷完善，P
2、LC幾乎可以,1,2,目錄,CONTENTS,輸送線雙機(jī)同步控制,西門子伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),12目錄CONTENTS輸送線雙機(jī)同步控制西門子伺服控制系統(tǒng),8.1 輸送線雙機(jī)同步控制,電動(dòng)機(jī)是拖動(dòng)控制系統(tǒng)的主要控制對(duì)象，電動(dòng)機(jī)的控制除了起動(dòng)、停止、可逆、制動(dòng)等開關(guān)量控制外，有時(shí)還需要調(diào)整電動(dòng)機(jī)的速度，檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流、輸出轉(zhuǎn)矩等。,通常，把從現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)到CPU之間的各個(gè)環(huán)節(jié)稱為過程通道，它是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變換、傳遞與轉(zhuǎn)換等功能。PLC大都擁有實(shí)現(xiàn)過程通道作用的特殊功能單元，即模擬量信號(hào)的輸入/輸出單元，用于模擬量信號(hào)的檢測(cè)與控制。,下面以兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的“
3、輸送線雙機(jī)同步控制”為例，介紹模擬量在電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制中的應(yīng)用。,8.1 輸送線雙機(jī)同步控制電動(dòng)機(jī)是拖動(dòng)控制系統(tǒng)的主要控制對(duì),8.1.1 控制要求、工藝過程、控制原理分析,在自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到單條輸送線長(zhǎng)度過長(zhǎng)或包角過大問題，此時(shí)就需要兩臺(tái)或多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一條輸送線的同步控制，如圖8-1所示為兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)示意圖。同步控制的方法很多，比如張緊控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式、旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)速控制方式等，不同控制方式各有適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。,8.1.1 控制要求、工藝過程、控制原理分析在自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè),8.1.1 控制要求、工藝過程、控制原理分析,轉(zhuǎn)矩方式通過檢測(cè)變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)
4、輸送線的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)雙機(jī)同步控制。比如，驅(qū)動(dòng)1為主驅(qū)動(dòng)，若驅(qū)動(dòng)2轉(zhuǎn)矩大于驅(qū)動(dòng)1轉(zhuǎn)矩則驅(qū)動(dòng)2減速，驅(qū)動(dòng)2轉(zhuǎn)矩小于驅(qū)動(dòng)1轉(zhuǎn)矩則驅(qū)動(dòng)2加速。原理簡(jiǎn)單，控制也較容易，也可將PID算法加入到控制中。,一般變頻器命令源有操作面板、數(shù)字輸入和通信3種，數(shù)據(jù)源有操作面板、模擬輸入和通信3種。本例命令源采用數(shù)字輸入，數(shù)據(jù)源采用模擬輸入方式。也可采用6.3.4節(jié)介紹的USS通信方式讀寫變頻器數(shù)據(jù)。,主速度設(shè)定可以采用撥碼開關(guān)輸入給PLC的數(shù)字量輸入模塊或采用電位器輸入給模擬量輸入模塊或采用人機(jī)界面，本例采用人機(jī)界面。變頻器本身的模擬量輸出可用于顯示或監(jiān)測(cè)頻率、電流、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，本例變頻器的模擬量輸出直接輸入到PLC的
5、模擬量輸入模塊來檢測(cè)轉(zhuǎn)矩值，兩轉(zhuǎn)矩值經(jīng)PLC運(yùn)算后通過PLC模擬量輸出模塊調(diào)節(jié)變頻器的頻率。,8.1.1 控制要求、工藝過程、控制原理分析轉(zhuǎn)矩方式通過檢測(cè),8.1.2 PLC選型和資源配置,由上面的分析可知，除一般數(shù)字量I/O外，轉(zhuǎn)矩的檢測(cè)需模擬量輸入模塊，而變頻器實(shí)際運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)需模擬量輸出模塊。根據(jù)I/O點(diǎn)類型和數(shù)量，查閱PLC相關(guān)手冊(cè)，選擇CPU及擴(kuò)展模塊，如表8-1所示。本例實(shí)際可以使用CPU1215C集成的2AI/2AO。,序號(hào),描述,訂貨號(hào),1,1215 CPU AC/DC/Rly,6ES7 215-1BG40-0XB0,2,SM 1234 413,位模擬量輸入,/214,位模擬
6、量輸出,6ES7 234-4HE32-0XB0,表,8-1 PLC,選型和資源,8.1.2 PLC選型和資源配置由上面的分析可知，除一般數(shù)字,8.1.2 PLC選型和資源配置,1.工藝設(shè)備布置圖,首先根據(jù)工藝要求，繪制工藝設(shè)備布置圖。為使輸送線運(yùn)行更安全、可靠，在輸送線張緊處設(shè)限位保護(hù)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)張緊的自動(dòng)保護(hù)；在適當(dāng)部位設(shè)操作站，完成現(xiàn)場(chǎng)的緊急停車及點(diǎn)動(dòng)調(diào)整，如圖8-2所示。,8.1.2 PLC選型和資源配置1.工藝設(shè)備布置圖首先根據(jù),8.1.2 PLC選型和資源配置,2.電氣原理圖,根據(jù)所選變頻器、,CPU,及擴(kuò)展單元型號(hào)，參照用戶手冊(cè)，繪制主電路和輔助電路電氣原理圖，分為電源、主電路、系統(tǒng)
7、配置、,CPU,和模擬量輸入,/,輸出等，如圖,8-3,圖,8-7,所示，需要注意的是，每張圖紙都應(yīng)該有標(biāo)題欄。電源部分考慮控制柜散熱風(fēng)扇及照明、插座等，,PLC,電源和,24V,直流電源前面加濾波器。主電路電氣原理圖中應(yīng)把變頻器需要設(shè)置的主要參數(shù)標(biāo)注在圖紙上，本例選擇,SINAMICS V20,變頻器,8.1.2 PLC選型和資源配置2.電氣原理圖根據(jù)所選變頻,8.1.2 PLC選型和資源配置,2.電氣原理圖,8.1.2 PLC選型和資源配置2.電氣原理圖,8.1.2 PLC選型和資源配置,2.電氣原理圖,8.1.2 PLC選型和資源配置2.電氣原理圖,8.1.2 PLC選型和資源配置,2.
8、電氣原理圖,8.1.2 PLC選型和資源配置2.電氣原理圖,8.1.2 PLC選型和資源配置,2.電氣原理圖,8.1.2 PLC選型和資源配置2.電氣原理圖,8.1.2 PLC選型和資源配置,3.材料清單,根據(jù)工藝設(shè)備布置圖、電氣原理圖，使用WPS或Excel編寫材料清單，如表8-3所示。,8.1.2 PLC選型和資源配置3.材料清單,8.1.3 控制程序說明,1.新建項(xiàng)目組態(tài)和通信連接,打開TIA博途，在項(xiàng)目視圖中生成一個(gè)名為“輸送線雙機(jī)同步控制”的新項(xiàng)目。在Portal視圖中選擇項(xiàng)目樹中的“添加新設(shè)備”，單擊“控制器”，選擇CPU1215C，系統(tǒng)自動(dòng)生成名為“PLC_1”的設(shè)備。打開項(xiàng)目樹
9、，雙擊“設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)”，單擊工具欄中“連接”按鈕，它右邊的選擇框顯示連接類型為“HMI連接”。單擊選中PLC的以太網(wǎng)接口，并將其拖拽到HMI的以太網(wǎng)口，生成“HMI_連接_1”，這樣即建立了HMI到PLC的連接，如圖8-10所示。,8.1.3 控制程序說明1.新建項(xiàng)目組態(tài)和通信連接,8.1.3 控制程序說明,2.聲明變量,8.1.3 控制程序說明2.聲明變量,8.1.3 控制程序說明,3.編寫PLC程序,用啟動(dòng)組織塊（Startup）初始化，CPU從STOP切換到RUN時(shí)，執(zhí)行一次啟動(dòng)OB100。執(zhí)行完后，開始執(zhí)行程序循環(huán)OB。用于將采樣計(jì)數(shù)器、采樣和清零，并預(yù)置采樣次數(shù)為128，如圖8-12所
10、示。,8.1.3 控制程序說明3.編寫PLC程序,8.1.3 控制程序說明,采樣值處理,S7-1200PLC,通過參數(shù)配置可以設(shè)置,模擬量輸入,的積分時(shí)間、濾波屬性等，方便了用戶對(duì),模擬量輸入數(shù)據(jù)的處理，,詳細(xì)介紹見第,2.2.3,和,3.4.4,節(jié)。也可,在程序設(shè)計(jì)中利用軟件的方法來消除干擾所帶來的隨機(jī)誤差，常用的數(shù)字濾波方法有慣性濾波法、平均值濾波法、中間值濾波法等，本例介紹平均值濾波法。編寫“求采樣平均值”,FB,，如圖,8-13,所示。,8.1.3 控制程序說明采樣值處理S7-1200PLC通過參,8.1.3 控制程序說明,速度調(diào)整程序,比較兩驅(qū)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩的平均值，限幅后，經(jīng)模擬量輸出
11、模塊輸出給變頻器實(shí)現(xiàn)從驅(qū)動(dòng)速度的調(diào)整，如圖8-16所示。圖8-16中程序段5從驅(qū)動(dòng)VFD2速度給定與調(diào)整，可以采用PID算法。,8.1.3 控制程序說明速度調(diào)整程序,8.1.3 控制程序說明,主速度設(shè)定及顯示,本例主速度設(shè)定采用人機(jī)界面，如圖8-17所示為速度設(shè)定、速度顯示、轉(zhuǎn)矩顯示畫面，HMI詳細(xì)內(nèi)容參考其他資料，篇幅有限本書不做過多介紹。,8.1.3 控制程序說明主速度設(shè)定及顯示,8.,2,西門子伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),伺服控制系統(tǒng)屬于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的一種類型，在自動(dòng)化生產(chǎn)、機(jī)器人等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，掌握其工作原理已經(jīng)成為電氣及自動(dòng)化工程師必備的一項(xiàng)知識(shí)。所謂“運(yùn)動(dòng)控制（Motion Co
12、ntrol）”，是指利用控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的位置、速度等物理量進(jìn)行控制的過程。比如，控制機(jī)床的傳送帶及刀具以完成準(zhǔn)確的工件切割。伺服控制系統(tǒng)主要包括運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及編碼器、負(fù)載等部件。其中，運(yùn)動(dòng)控制器是帶有運(yùn)動(dòng)控制功能模塊的PLC或?qū)ｉT的運(yùn)動(dòng)控制模塊，是整個(gè)系統(tǒng)的大腦；伺服驅(qū)動(dòng)器主要接收從運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送的運(yùn)動(dòng)控制指令，以及從伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)置編碼器返回的位置信息，并且根據(jù)該指令與返回信息完成對(duì)伺服電機(jī)的控制；伺服電機(jī)內(nèi)置的編碼器，可以將電機(jī)的位置反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，從而形成閉環(huán)控制。本節(jié)即討論怎樣建立及運(yùn)行一個(gè)伺服控制系統(tǒng)。,8.2 西門子伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)伺服控制系統(tǒng)屬于運(yùn)動(dòng)控制
13、系,8.2.1 伺服控制的基本概念,伺服系統(tǒng)是自動(dòng)化生產(chǎn)的重要組成部分，更是工業(yè)機(jī)器人的核心。其中，交流伺服系統(tǒng)又是最常用的伺服系統(tǒng)，其技術(shù)的成熟與否直接關(guān)系到工業(yè)機(jī)器人的工作精度與效率。目前，工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的主要方向之一是數(shù)字化高性能的交流伺服系統(tǒng)，它的發(fā)展推動(dòng)了整個(gè)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。,伺服控制系統(tǒng)主要由控制器、功率驅(qū)動(dòng)裝置、反饋裝置和伺服電動(dòng)機(jī)幾個(gè)部分組成，其組成如圖8-18所示。,8.2.1 伺服控制的基本概念伺服系統(tǒng)是自動(dòng)化生產(chǎn)的重要組成,8.2.2 系統(tǒng)組成和工作原理,本系統(tǒng)主要是由SIMATIC S7-1200 PLC、SINAMICS V90 PN伺服驅(qū)動(dòng)器、SIMOTICS
14、 S-1FL6低慣量伺服電機(jī)和負(fù)載1605-500型精密滾珠絲桿滑臺(tái)組成，如圖8-19所示。,8.2.2 系統(tǒng)組成和工作原理本系統(tǒng)主要是由SIMATIC,8.2.2 系統(tǒng)組成和工作原理,1.SIMATIC S7-1200 PLC,S7-1200 PLC可以通過多種方式來控制伺服驅(qū)動(dòng)器，最常用的是PROFIdrive方式、PTO方式以及模擬量方式。如果采用PTO方式，則需要配有板載高速輸入輸出的DC/DC/DC型CPU；若選擇繼電器輸出型CPU，則需要專門增配具有高速數(shù)字輸出的信號(hào)板。,本例采用PROFIdrive方式，它是一種基于PROFIBUS（或PROFINET）總線的驅(qū)動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，收錄于
15、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61800-7中。PROFIdrive定義了一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制模型，包含多種設(shè)備，設(shè)備之間通過報(bào)文進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這些報(bào)文就是PROFIdrive的消息幀。每一個(gè)消息幀都要符合統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。PROFIdrive消息幀功能強(qiáng)大，它可以將控制字、狀態(tài)字、設(shè)定值和實(shí)際值傳輸?shù)较鄳?yīng)的設(shè)備。,8.2.2 系統(tǒng)組成和工作原理1.SIMATIC S7-1,8.2.2 系統(tǒng)組成和工作原理,2.SINAMICS V90 PN伺服驅(qū)動(dòng)器,SINAMICS V90 PROFINET（PN）版本的伺服驅(qū)動(dòng)器有2個(gè)RJ45接口用于與PLC或其他設(shè)備的PROFINET通信連接，支持PROFIdriver運(yùn)動(dòng)控
16、制協(xié)議?？梢约傻絋IA博途中與S7-1200/1500PLC連接，博途V14版本后，還可以與S7 1500 T-CPU連接，用于復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。,在本例中，SINAMICS V90 PN伺服驅(qū)動(dòng)器通過PROFINET總線方式與S7-1200 PLC進(jìn)行組態(tài)。V90 PN被配置為S7-1200的IO設(shè)備，定位控制功能由S7-1200中的過程軸控制模塊實(shí)現(xiàn)。PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器之間主要通過PROFIdrive報(bào)文進(jìn)行通信連接。其中，定位軸的設(shè)定值以及編碼器的實(shí)際值都通過PROFIdrive報(bào)文3傳輸。,8.2.2 系統(tǒng)組成和工作原理2.SINAMICS V90,8.2.2 系統(tǒng)組成和工作原理,2.SINAMICS V90 PN伺服驅(qū)動(dòng)器,V90 PN分為兩個(gè)系列，400V系列和200V系列。圖8-20所示為200V系列、外形尺寸為FSB的V90 PN驅(qū)動(dòng)器的硬件連接圖。,8.2.2 系統(tǒng)組成和工作原理2.SINAMICS V90,8.2.2 系統(tǒng)組成和工作原理,3.SIMOTICS S-1FL6低慣量伺服電機(jī),SIMOTICS S-1FL6系列伺服電機(jī)是西門子公司推出的伺服控制系統(tǒng)專用
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