学生实习报告
实习专业班级:
学 生 姓 名：
实 习 性 质：
实 习 单 位：
实习起讫日期：
指 导 老 师：
第一部分 实习相关说明
一、实习目的
1、掌握可编程序控制器的操作方法。
2、熟悉基本指令与应用指令以及实习设备的使用方法。
3、掌握变频器主要参数设置。
4、掌握PC机、PLC和变频器之间的通信技术。
5、掌握WinCC组态软件的使用。
6、理论联系实际提高学生分析问题和解决问题的能力。
二、实习要求
1、认真阅读此指导书，了解PLC系统组成和工作原理。
2、实习前理清好实习内容的思路以及所要使用的方法。
3、能够独立完成PLC和变频器之间的硬件接线。
4、测试通信连接正常。
5、学习可编程序控制器的STEP7编程软件及编程语言，试编辑简单的电动机控制应用程序。
6、通过调试来发现问题和解决问题。
7、验证程序的最终实现结果是否符合要求。
8、认真写实习报告。
三、实习任务
1、将变频器和PLC通过导线进行连接。通过变频器的控制面板进行参数设置。根据I/O的定义，编写PLC程序，实现通过操作面板控制交流异步电动机起动，停止，正反转切换，并监视电动机的故障和运行状态。
2、做WinCC画面，将WinCC与PLC相连，实现在WinCC上对变频器的监控。除了控制电动机起动，停止，正反转切换，监视电动机的故障和运行状态外，还要在WinCC画面上进行频率给定以及对实际频率的监视。
四、实习方法
1、通信方式有两种：
（1）通过MPI通信实现。
（2）通过Profibus-DP实现。
2、控制方式有两种：
（1）本地的操作面板控制。
（2）远程的WinCC画面监控。
五、实习地点
校内PLC实习基地。
六、安全注意事项
1、在断电的情况下接线。在变频器断电后也不能立即接线，要等3分钟后再接线，因为变频器中间直流环节有大的电容放电。
2、电动机很危险，注意在电动机运行期间要远离电动机。
3、PLC通过弱电控制强电，要注意区分弱电和强电。接线时不要将导线接在220V或380V的强电上。
第二部分 实习预备知识
一、通信技术
（一）PC机和PLC之间的通信方式
（1）本地的操作面板控制。
（2）远程的WinCC画面监控。
（二）变频器的通信方式
（1）通过MPI通信实现。
（2）通过DP实现。
二、变频器结构和基本原理
（一）变频器的结构与原理
西门子的6SE70系列变频器，SIMOVERT Master Drives,其外观如图2-2所示。
SIMOVERT变频器属于交-直-交电压型的变频器，如图2-3所示。整流器部分采用二极管不可控整流装置，中间直流环节采用大电容滤波，逆变器采用全控型电力电子器件IGBT构成的PWM逆变器。输出电压波形是与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲，逆变器的输出供给三相交流异步电动机定子供电，流过电动机的电流近似为正弦波。变频器的控制方式可采用恒压频比控制方式，也可采用矢量控制方式，具体的控制方式由参数P100进行设置。
其中X101上的端子1为变频器的24V电源，2为变频器的地。3，4，5，6端子为数字量输入/输出端子，7，8，9为数字量输入端子。X102上的15和16为模拟量输入1，17和18模拟量输入2。19和20为模拟量输出1，21和22为模拟量输出2。
PMU为变频器的操作面板。X300对应USS串口。
23，24，25，26，27，28对应脉冲编码器的端子。
三、PLC设备及编程软件STEP7
S7-300系列PLC工作原理
S7-300是一种通用型的PLC，其具有模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，这使得它能适应自动化工程中的各种应用场合，执行各种控制任务，因此其在实践中成为一种既经济又可靠的控制装置。
其主要模块为电源和CPU，我们本次实习所用的PLC为CPU314C-2DP，其中集成了数字量输入/输出和模拟量输入/输出。
CPU功能是：执行用户程序；为S7-300背板总线提供5V电源；在MPI网络中，通过MPI与其他MPI网络节点进行通信。
数字量输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器。数字量输入模块将从现场传来的的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。输入电路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输入电流一般为数毫安。
数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机起动器等负载。数字量输出模块将S7-300的内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平，同时有隔离和功率放大作用。
本实习中所使用的输入输出模块有两个。
四、WinCC组态软件的使用
1、组态软件设计结构
WinCC支持所有普通IBM/AT兼容的PC平台，本系统使用的软件版本为WinCC5.0 SP2+HotFix5，购买时附带授权盘。授权方式为RC256，即允许在运行模式和项目编制模式下无时间限制地操作
WinCC，项目可以使用的外部变量数是256个。管理级采用研祥工控机，配置EVOC FSC-1711VN工业级CPU卡(基于Intel RG82845MCH芯片集的Socket478 封装全长CPU卡)，内存DDR 266MB，高度集成ATI Rage128Pro AGP 4X图形加速控制器，具备32MB独立显存，CRT显示模式。
按照各站连接设备及完成功能的不同，我们把监控界面按结构化思想进行了编排。各界面控制功能明确，可以清晰直观的反映现场情况，便于操作人员进行处理。图显示了WinCC组态界面结构。
图.WINCC组态界面结构
2、组态过程
第一步:首先启动WinCC，建立一个新的WinCC项目，项目分为三种类型:
(1) 单用户项目 这是一种只拥有一个操作终端的项目类型。在此计算机上可以完成组态、与过程总线的连接以及项目数据的存储。
(2) 多用户项目 特点是同一项目使用多台客户机和一台服务器。在此最多可有16台客户机访问一台服务器。可以在服务器或任意客户机上组态。项目数据，如画面、变量和归档，最好存储在服务器上，并且使它们能被所有客户机使用。服务器执行与过程总线的连接和过程数据的处理。运行系统通常由客户机控制。
(3) 多客户机项目 这是一种能够访问多个服务器的数据的项目类型。每个多客户机和相关的服务器都拥有自己的项目。在服务器或客户机上完成服务器项目的组态;在多客户机上完成多客户项目的组态。最多16个客户机或多客户机能够访问服务器。在运行时多客户机能访问至多6个服务器。也就是说，6个不同的服务器的数据可以在多客户机上的同一幅画面中可视化显示。
第二步:在组态完的S7-300下设置标签，每个标签有三个设置项，即标签名、数据类型、地址，其中最重要的是标签地址，它定义了此标签与S7-300中某一确定地址如某一输入位、输出位或中间位等一一对应的关系。设置标签地址很容易，可以直接利用在STEP7中配置的变量表，如设置标签地址为Q0.0，表示S7-300中输出地址Q0.0。用此方法，将S7-300与WinCC之间需要通信的数据—做成标签，即相当于完成了S7-300与WinCC之间的联接。
第三步:在图形编辑器(Graphics Editor)中，用基本元件或图形库中对象制作生产工艺流程监控画面，并将变量标签与每个对象连接，也就相当于画面中各个对象与现场设备相连，从而可在CRT画面上监视、控制现场设备
实习内容
通过MPI通信
1、 硬件接线
首先应该明白整个控制过程PLC—变频器—异步电动机，检测过程异步电动机—
变频器—PLC
（1）控制电动机的起停，正转，反转，速度给定，我们组设计方案如下表所示：
表1 控制方式设计表
（2）电动机运行和故障状态的检测以及其频率的反馈，我们组设计方案如下表所示：
表2 检测方式设计表
（3）变频器与PLC之间地和电源的接线
PLC的输入输出模块2的第1个管脚(电源)与变频器第1个管脚的
+24V相连，PLC的输入输出模块2的第20个管脚(地)与变频器的第1个管脚-24相连,由于要构成回路，继电器常开触点的另一端线号为24V-，与变频器的电源端子1相连（注意：输入输出模块2右侧前八个数字量Q0.0—Q0.7输出经过了继电器隔离。操作面板上的八个指示灯与这些继电器的一对常开触点相连，我们用的继电器是Q0.0—Q0.7所对应的，所以变频器的端子1一定要接到Q0.0—Q0.7中任意一个24V-对应的接口上，否则变频器与PLC之间无法接通）。
（4）变频器及电动机部分接线
电网来的三相交流电，首先经过断路器，然后连接变频器输入端，变频器输出端连接交流电动机的定子，给交流电动机供电。变频器插槽上插有CUVC电子板以及CBP2通信板。其中变频器的输入输出端子，引到接线柜的第一排黄色端子排上。
（5）PC机和PLC之间接线
PC机和PLC之间通过MPI电缆连接。一端插在台式机的CP5611卡上，另一端插在PLC的MPI口上。
2、 变频器参数设置
变频器参数设置主要包括4个方面：
a、 参数恢复到工厂设置
工厂设置是装置所有参数被定义的初始状态，装置在这个设置下进行供货。
b、 简单应用参数的设置
简单应用的参数设置常用于已准确了解了装置的应用条件且无需测试以及需要相关扩展参数进行补充的情况。
c、 专家应用的参数设置
专家应用的参数设置经常用于事先不能确切了解装置的使用条件且具体的
参数调整必须在本机上完成的情况。
d、 变频器和PLC之间连接的参数设置
在设置第四种参数之前我们对前三种参数也进行了一一设置，参考实习指导书了解了每个参数的意义。如P100=3，P100表示输入开/闭环控制类型，其值为3表示选择的是无编码器的矢量控制方式。若其P100=4，则表示有编码器的矢量控制方式，由于编码器测量不准，本次实习选择P100=3为变频器的控制方式。还有如P368等重要的参数意义。我们本次实习时根据自己的设计方案，对PLC和变频器之间的相关参数进行了如下设置：
（1） P60=7 读取/随意存取。
（2） P368=1 选择设定值和命令源为端子排上模拟量/数字量输入。
（3） 选择具体的设定值、命令源
P554.1=18 为ON/OFF1控制，选择数字量输入5（对应变频器X101的端子
P443=11 为速度给定，选择模拟量输入（对应变频器X102端子15、16）
P571.1=20 为正转使能控制，选择数字量输入6（对应变频器X101的端子P572.1=22 为反转使能控制，选择数字量输入7（对应变频器X101的端子
默认P640.1=148 为模拟量输出，设置为n/f（act）[频率反馈]
P651=104 为数字量输出1（对应X101的端子3），设置为运行。
P652=107 为数字量输出2（对应X101的端子4），设置为无故障。
（4） P60=6 写入（转入“Download”状态）。
（5） P60=1 返回到参数菜单
注意：进行参数设置时一定要和自己的设计方案相对应，端子不一样， 许多参数肯定不能一样，否则不能达到预期的效果。还有在变频器面板上进行参数输入时一定要注意参数值和标号之间的区别与转换，以防出错。
3、 通过本地操作面板实现监控
编写SETP7程序，使用本地的操作面板对电动机进行监控。在编写程序之前一定要先弄清楚开关、指示灯与PLC之间输入输出关系，以达到预期的控制效果。
L1~L8对应PLC的Q0.0~Q0.7，通过8个隔离继电器进行隔离，用它们的常开触点开关进行控制。
SB1~SB8对应PLC的I2.0~I2.78个输入，这8个输入没有经过继电器隔离。
SEP7程序的主要设计步骤：
（1） 新建项目。新建文件，取一个名称，选择路径。
（2） 硬件组态。插入S7-300站点，然后进入硬件组态窗口，组态机架、电源和CPU等等。
（3） 设置MPI连接。设置CPU的连接属性为MPI连接，进行连接测试。
（4）地址的设置。组态后默认数字量输入/输出的起始地址为124，可以将其修改为0，以便和实际地址相对应。
（5）建立符号表。给变量起符号名，以便于理解和维护。根据我们组的设计方案，建立的符号表如下表所示：
表3 PLC程序符号表
（6） 下载与调试
将S7-300站下载到PLC中。在硬件组态的DI24/DO16中，将Q0.0（起动） 和Q0.1（正转）右侧的Modify Value修改变量值按钮，使其强制修改变量的值生效。使变频器启动。右击硬件组态中的AI5/AO2，选择Monitor/Modify，点击Monitor监视复选框，将PQW752的值修改为最大值27648对应50Hz。修改变量，设置其频率给定为50Hz。
（7） 程序设计
由于做WinCC画面控制时将程序中部分值修改，但是只要把相应的地址变量名进行修改就可以进行本地操作面板对电动机的控制。
（8） 将程序进行下载监控，实际对操作面板进行操作，控制电动机的起动，停止，正反转切换和频率给定等。检测电动机的运行、故障以及其实际的频率值等。
注意：在用SETP7程序进行本地操作面板对电动机进行控制时，其实遇到了很多问题，刚开始在PC机与PLC进行连接通信时，由于我们电脑的CP5611通信卡松了，无法连接，所以无法对电动机进行控制，重新安装了一遍才达到了效果。在进行程序下载时一定要从最外面300站点开始下载，否则就下载不到PLC中去。每一次对电动机进行过一次控制后，后来如果需再次对其进行控制操作，一定要对PLC进行复位后，重新下载程序，再进行操作。
4、通过WINCC建立本地操作面板实现本地及远程监控
1、编写远程WinCC控制的SETP7程序
a、新建WinCC项目
b、添加驱动程序和建立MPI连接
c、添加SIMATIC S7 Protocol Suit驱动程序，在MPI下建立新的驱动程序的连接。设置连接属性，将插槽号设置为2。
d、在MPI下建立变量
在WinCC中建立的变量地址要和STEP7中的变量地址相同，才能进行连接，我们根据自己的设计方案建立的中间变量符号表如下图所示：
相应的STEP7程序则只需要将前述所示的STEP7程序用新定义的中间变量地址替代即可。并将两个程序分别在OB1中调用。截图如下：
2、在图形编辑器中新建画面
在画面中主要使用按钮、圆、I/O域、静态文本。根据设计方案，我们设计的
WinCC画面如下图所示：
画面中各个模块功能如下所述：
a、按钮用于起动、停止、正反转切换。
在按钮事件下：按左键处选择直接连接对话框，在其中的源中点击常数，输入1，目标中选择起动变量srart。类似地在释放左键处选择源中为常数0，目标中同样选择起动变量srart。同样建立停止、正转和反转按钮。
b、圆表示故障和运行指示灯。
在圆的背景颜色处，选择动态对话框，选择布尔型，在表达式/公式处选择故障状态变量run。在是/真处选择一种背景颜色。否/假处选择另外一种颜色作为背景色。同样，以此制作运行状态的指示灯。
c、I/O域用于频率给定与反馈
建立浮点数IEEE754内部变量与频率给定的输入/输出域相关联。建立相应的内部变量。
（a）给定
在输入/输出域的键盘释放处建立C动作。将输入0-50Hz范围内的频率给定值（浮点数）转化到0-27648（无符号16位数）范围的数，通过模拟量输出端子输出，具体的C动作程序如下图所示：
（b）反馈
在用于频率反馈的I/O域的输出值动态处建立C动作，将接收到的有符号16位数（最大值27648），转化成实际的频率值。具体的C动作程序如下图所示：
d、静态文本用于表示故障、运行、频率给定和频率反馈。
3、运行
运行WinCC程序，出现如下图所示的WinCC画面。经过现场测试，所有设计功能均能正常工作，本地和远程切换控制亦可以实现。本次实验圆满完成。
七、实习总结
通过本次实习，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。本次为期两周的PLC相关实习，使我进一步了解了PLC的相关知识，变频器的相关知识以及SETP7软件和WinCC软件的用法。将理论与实践结合起来，通过软硬件的兼用，进行了对电动机的本地操作面板控制和远程WinCC控制。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。整个过程中，我明白了PLC、变频器、电动机之间的相应关系；以前继电器的工作原理知识理论上的，这次看到了它实际控制的效果；SETP7软件和WinCC软件的功能很大，由于本次实习时间短暂，没能够对它们进一步进行使用与了解，在以后的时间里一定会好好学学的；在实习过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。通过此次实习，一定程度上提高了自己的动手能力和分析解决问题的能力。总之，本次实习使我受益匪浅，这将会对我以后的工作等方面起到很大的帮助作用。
