一、 前绪
可编程控制器PLC是一种在传统继电器控制系统的基础上，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的新型工业控制装置，具有编程容易、体积小、使用灵活方便、抗干扰能力强、可靠性高等一系列有点，是专门为工业控制应用而设计的一种通用控制器。学习和应用好PLC控制是以后步入社会工作的基础，是进一步增强自身能力的需要。
二、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。
三、实习要求及任务
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、实习内容的相关原理性知识
1、通信技术
1）变频器的通信方式
（1）通过PMU操作面板通信。即通过操作面板对变频器和电动机进行参数设置。
（2）通过端子通信。即通过数字量或模拟量输入/输出端子进行通信。
（3）通过USS串口通信。PMU面板下面有串口，通过RS232或RS485串口线连接电脑的串口实现通信。
（4）借助于CBP2通信板，通过Profibus-DP通信。通过Profibus-DP总线连接PLC，PC和变频器。通信板如图2-1所示。通讯板上的三个LED指示灯(绿、黄、红)，用于显示变频器当前运行状态。按照Profibus标准CBP通过9孔SUB D型插座连接到Profibus系统。
2）PC机和PLC之间的通信方式
（1）借助于通信卡，通过MPI通信。一般台式机需要CP5611通信卡，笔记本需要CP5512通信卡。使用MPI电缆连接，一端插在电脑的CP5611(CP5512)上，另一端插在PLC的MPI口上。
（2）借助于通信卡，通过Profibus-DP通信。同样需要CP5611或CP5512卡插在PC机上。使用Profibus-DP总线，一端插在PC机的通信卡上，另一端插在PLC的DP口上。
（3）通过以太网进行通信，通过网线，借助于路由器或交换机，按照TCP/IP协议进行通信。
几种通信方式的比较：MPI通信最简单。Profibus-DP通信的实时性好，而TCP/IP通信的信息量比较大。
2、PLC设备及编程软件STEP7
1）S7-300简介
S7-300由多种模块部件组成，包括导轨（Rack）、电源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入输出模块（SM）。各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。
2）STEP7编程软件的使用
（1）新建PLC项目
A、新建文件，取一个名称，选择路径。
B、在左边的浏览器窗口右击项目，选择插入对象，下面选择SIMATIC 300 Station，插入S7-300站
（2）硬件组态
在硬件组态窗口中进行硬件组态。在右侧的硬件目录窗口，点击SIMATIC 300左边的+号，进行下面的硬件组态。
A、选择机架RACK 300下的Rail拖至左侧的硬件组态窗口下。
B、在槽1中组态电源：PS 307 5A。
C、在槽2插入CPU，在CPU-300下选择CPU 314C-2 DP，然后选择订货号6ES7 314-6CF02-0AB0的CPU。
（3）其他设置
A、在CPU 314C-2 DP上双击，打开属性对话框。在接口框下点击属性（properties）按钮，选择MPI(1)，点击OK。设置连接方式为MPI连接。
B、双击硬件组态窗口中DI24/DO16。在地址选项卡下，去掉系统默认复选框，然后即可设置起始地址。在此起始地址可设为0。
C、双击硬件组态窗口中AI5/AO2，出现图2-15所示的对话框。可修改模拟量输入输出的类型，范围。默认为V即电压类型，范围为+/-10V，参考频率50Hz。
3、WinCC组态软件的使用
1）新建项目，起文件名，选择路径。
2）在浏览器中右击变量管理。
选择添加新的驱动程序。出现对话框，选择SIMATIC S7 Protocol Suite.chn文件即S7协议包驱动程序。
3）在MPI下建立新的驱动程序的连接。
点击连接中的属性，设置连接属性。将插槽号设置为2，其他默认。
4）在新建立的连接下建立变量。
可以为中间变量即M，也可以为DB块，此处的变量要和PLC中设置的相同。
5）在图形编辑器中新建画面。
6）窗口属性的设置。
点击左侧浏览窗口中的计算机，用鼠标右击右侧出现计算机名称，选择属性。出现窗口属性设置对话框。
六、实习内容
(一)硬件接线
1、控制电机启停，正传，反转
将PLC输出对应的继电器的常开触点和变频器数字量输入的端子相连接。此处选择的PLC输出为Q1.4，Q1.5，Q1.6，也可选择其他的数字量输出端。变频器此处选择的为7，8，9三个数字量输入端，也可选择为3，4，5，6数字量输入端。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，以构成回路。
2、运行和故障状态的检测
其中端子3为0时表示故障，端子4为1时表示运行。此处选择默认设置。1对应变频器的24V电源，2为变频器的地。变频器的数字量输出端此处选择3和4，也可选择5和6，如果选择5和6，则变频器参数要做相应的设置。
3、变频器频率给定
将PLC输出的模拟量和变频器输入的模拟量端子相连，进行频率给定。如表3-1所示。PLC模拟量输出端此处选择AOV1和COM，也可选择AOV2和COM。变频器模拟量输入端此处选择15和16，也可选择模拟量输入端17和18。
表3-1 变频器频率给定接线
4、频率反馈给PLC
将变频器输出的模拟量和PLC输入的模拟量端子相连，检测电动机实际的频率。如表3-2所示。变频器模拟量输出端此处选择19和20，也可选择模拟量输入端21和22。PLC模拟量输入端此处选择AI1V和AI1C，也可选择AI2V和AI2C。
表3-2 变频器频率反馈接线
5、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。
6、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。
（二）变频器参数设置
变频器参数设置主要包括下面4个方面。
1）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。
2）简单应用的参数设置步骤
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。
3）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。
4）变频器和PLC之间连接的参数设置。
1、工厂复位
P053=6 运行参数存取。
6表示允许通过PMU和串行接口SCom1变更参数。
P060=2 选择“固定设置菜单
P366=0 所希望的工厂设置的选择。
0表示具有PMU的标准设置，通过电动电位计MOP设定。
P970=0 启动参数复位
参数设置完成后，先按变频器操作面板上的绿色启动键，再按红色停止键，使其回到初始菜单。恢复到正常的状态为o009（开机准备）。
然后再按绿色启动键，再按向上的箭头设置频率50Hz。电动机以频率50Hz进行旋转。
2、快速参数化
（1）菜单选择
P60 = 3 菜单选择“简单应用的参数设置”
（2）选择变频器的进线电压
P71 =365 输入装置（变频器）进线电压，单位V
（3）设置电动机的参数
P95 =10 输入电机类型，为异步/同步IEC （国际标准）
P100 = 3 输入开/闭环控制类型 (由于编码器测量不准，所以选择无编码器的矢量控制方式)
P101 = 380 输入电机额定电压
P102 = 4.0 输入电机额定电流
P107 = 50 输入电机额定频率
P108 = 940 输入电机额定转速rpm
P114 = 0 控制系统的工艺边界条件（标准驱动）
P383 = 0 确定电机冷却方式（无）
（4）选定设定值和命令源
P368=0 选择设定值和命令源为PMU控制面板进行操作。
（5）启动简单应用的参数设置。
P370=1 根据选定的参数模块组合变化参数。按P366进行自动工厂设置。随后自动进行参数设置（P115=1）。
（6）用变频器面板控制电动机旋转
如果此时变频器的控制面板上显示P970，则先按绿色启动键，再按红色停止键，然后此时状态为o009正常的工作状态。按绿色启动键，再按向上的三角键，增大到50Hz，电动机以50Hz频率旋转。
3、专家应用的参数设置
P060 = 5 选择“系统设置”菜单
P068 =0 输出滤波器（无滤波器）
P071 =365 装置输入电压V
P095 = 10 输入电机型式为异步/同步IEC （国际标准）
P100=3 输入开/闭环控制类型为不带编码器的矢量控制。
P101= 380 输入电机额定电压
P102 = 4.0 输入电机额定电流
P103 = 0 电机的额定励磁电流。此参数在P115=2/3/4时确定值为66.1（%）。
P107 = 50 输入电机额定频率
P108 =940 输入电机额定转速rpm
P113= 15.3 电机额定转矩（额定功率/额定转速）
P114 = 0 控制系统的工艺边界条件
P115 = 1 计算电机模型“自动参数设置”
P130 =10 表示无编码器
P383=0 电机热时间常数
P384.2 = 0 电机过载停机门槛值
P350=4.0 电流的参考量
P351=380 电压的参考量
P352=50 频率的参考量
P353=1000 转速的参考量
P354= 15.3 转矩的参考量
P060 = 1 回到参数菜单
P115 = 2 计算电机模型“静止状态电机辨识”
注意：设置完P115=2后，按下P键后，出现警告信号“A087”，变频器必须在20秒内启动，即在20秒内按下绿色启动键。在停车时的电机辨识期间，逆变器脉冲释放，转子进行对中。
P115 = 4 计算电机模型“空载测量”
注意：逆变器释放，电机流过电流，且转子旋转。在按下“P”键后，出现警告信号“A080”变频器必须在20秒内启动。
P536 =50 输入转速控制回路的动态性能%
P115 = 5 计算电机模型“调节器优化”
注意：逆变器释放，电机流过电流，且转子旋转。在按下“P”键后，出现警告信号“A080”。变频器必须在20秒内启动。
4、变频器和PLC之间连接的相关参数设置
（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7）
P443=11 为速度给定，选择模拟量输入1（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X101的端子8）
P572.1=22 为反转使能控制，选择数字量输入7（对应X101的端子9）
默认P640.1=148为模拟量输出，设置为n/f (act) 【频率反馈】
默认P651=107 为数字量输出1（对应X101的端子3），设置为无故障。
默认P652=104 为数字量输出2（对应X101的端子4），设置为运行。
（4） P60=6 写入（转入“Download”状态）。然后显示o021。
（5）P60=1 返回到参数菜单。
（三）STEP7程序设计
1、STEP7程序设计主要步骤
（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。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。
在Step7 软件的Option菜单下的“Set PG/PCInterface …”中，找到CP5611 相关接口选项，如图3-4所示，进行连接属性设置和诊断测试。
（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，以便和实际的地址相对应。具体操作见第二部分。
（5）建立符号表。给变量起符号名，以便于理解和维护。参考的符号表如表3-3所示。
（6）下载与调试。
将S7-300站下载到PLC中。
在硬件组态的DI24/DO16中，点击鼠标右键，选择Monitor/Modify，点击Monitor监视复选框。
将Q1.4（起动）和Q1.5（正转）右侧的Modify Value修改变量中都输入1，然后点击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（对应模拟量输出1）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。
注意：由于有时用PQW强制不好用，可先用MOVE语句将MW传递到PQW中，然后再强制MW变量即可。
将频率修改后，电动机开始旋转。
（8）程序设计。
（四）通过WinCC画面实现监控步骤
1、编写远程WinCC控制的STEP7程序
要实现用WinCC上监控，可以通过中间变量即M，也可以为DB块来实现。使用中间变量参考的符号表如表3-4所示。
2、新建WinCC项目
3、添加驱动程序和建立MPI连接
添加SIMATIC S7 Protocol Suite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。
4、在MPI连接下建立变量
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。参考的WinCC变量如下图所示。
5、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。
（1）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start。类似地在释放左键处选择源中为常数0，目标中选择同样的变量。同样建立停止和反转按钮。
（2）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/公式处选择故障变量fault_state。在是/真处选择背景颜色红色。同样，制作运行状态的指示灯，选择绿色背景色。
（3）I/O域用于频率给定。
注意：PLC模拟量输出的设备地址PQW为27648时，对应最大频率50Hz。
建立浮点数IEEE754内部变量与频率给定的输入/输出域相关联。在输入/输出域的键盘释放处建立C动作（请参见附录五）。将输入0-50Hz范围内的频率给定值（浮点数），对应内部变量，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。
（4）I/O域用于频率反馈。
在用于频率反馈的I/O域的输出值动态处建立C动作（请参见附录五）。将接收到的有符号16位数（最大27648），转化成实际的频率值（50Hz）。
（5）静态文本用于标识故障、运行、频率给定和频率反馈。
将边框颜色和背景颜色都设置成淡灰色和背景色相同。
6、设置窗口属性
主要设置启动画面。
7、运行
运行WinCC程序，出现WinCC画面。
运行画面如下图所示。
点击起动，变频器上显示0.000。
在频率给定处输入频率值
电机以该频率运行
在频率反馈处显示电机实际的频率。
在运行过程中，点击反转按钮，电动机反转。
正常运行过程中，WinCC上的运行指示灯显示绿色。当电动机故障时，故障指示灯显示红色。
8、C动作编程
七、实习过程中的注意事项及遇到的问题
1、实习注意事项
1）电动机很危险，注意在电动机运行期间要远离电动机。
2）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。
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。
2、实习所遇到的问题及解决方法
1）硬件设置时出现了错误。
原因：在设置变频器的过程中不该启动变频器的地方启动了变频器。
解决方法：在设置变频器的过程中按正确的方法启动。
2）LAD程序编辑好了，下载到PLC后不能正确运行。
原因：硬件地址设置错误导致触点的地址不正确。
解决方法：更改硬件地址
3）Step-7和WinCC的控制画面不能连接。
原因：计算机端口地址设置错误。
解决方法：设置正确的计算机端口地址。
4）WinCC控制画面“频率给定“不能输入数值。
原因：输入数值后没有按“Enter”键。
解决方法：在WinCC控制画面的“频率给定”输入数值后按“Enter”键。
八、实习总结
两周的自控系统及PLC实习结束了,在这次的实习中不仅检验了我所学习的知识,也培养了我如何去把握一件事情，又如何完成一件事情。在这次课程设计过程中，我了解和掌握了许多PLC的知识。更加熟练的学会了PLC的LAD编程，学会了Step-7以及WinCC的使用,计算机与PLC的通讯方法。通过这次实习，我加强了动手、思考和解决问题的能力。
在整个实习过程中，我通过实验指导书设计了用PLC控制电动机的启、停正反转。在实习过程中，经常会遇到这样那样的情况，都在老师的耐心指导下都一一得到了解决。经历是一份拥有，挫折是一份财富。通过这次实习使我懂得了理论与实际相结合是很重要的。只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能更好的，更深入的掌握知识。