西门子PLC课程设计
专 业： 机电一体化
班 级： 11G451
姓 名： 孙涛
学 号：
指导教师：
20##年06月
目 录
第一章 绪论.........................................................1
第二章 课程设计内容.................................................2
2.1 设计要求........................................................2
2.2 设计任务和目的..................................................2
2.3 系统控制求......................................................2
2.4 控制系统的I/O点................................................3
第三章 总体设计方案.................................................4
3.1 选型............................................................4
3.2 系统控制结构....................................................4
3.2.1 系统主电路图..................................................4
3.2.2 系统控制电路图................................................4
3.2.2 系统外围接线图................................................4
3.3 设计步骤........................................................5
3.4 系统流程框图....................................................6
第四章 硬件部分设计.................................................7
4.1 输出规格........................................................7
4.2 标度变换........................................................7
4.3 变频器参数设置表................................................7
第五章 软件部分设计.................................................8
5.1 程序的主体......................................................8
5.1.1 控制主程序...................................................8
5.1.2 0-20秒上升子程序...........................。.................9
5.1.3 3O-40秒下降子程序...........................................10
5.1.4 60-65秒下降子程序...........................................10
第六章 调试过程和结果..............................................12
6.1 调试过程.......................................................12
6.2 调试结果.......................................................12
第七章 心得体会....................................................13
第八章 参考文献....................................................14
第一章 绪论
可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。
如今，PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛。在就业竞争日益激烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。
任何生产机械电气控制系统的设计，都包括两个基本方面：一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用以及维修的需要。因此，电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。前者决定一台设备使用效能和自动化程度，即决定着生产机械设备的先进性、合理性，而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。
在现代控制设备中，机-电、液-电、气-电配合得越来越密切，虽然生产机械的种类繁多，其电气控制设备也各不相同，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。
在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠，动作准确，结果简单、经济，电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。
要完成好电气控制系统的设计系统，除要求我们掌握必要的电气设计基础知识外，还要求我们必须经过反复实践，深入生产现场，将我们所学的理论知识和积累的经验技术应用到设计中来。本次课程设计正是本着这一目的而着手实施的实践性环节，它是一项初步的模拟工程训练。通过这次课程设计，我感到更深地了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。
第二章 课程设计内容
2.1 设计要求
确定控制方案，选择PLC。画出电气控制线路原理图。设计程序。完成PLC控制系统梯形图软件及其语句表的编制任务。
2.2 设计任务和目的
了解PLC控制变频调速系统。了解S7-200系列。了解电气控制系统设计的基本原则、内容与一般步骤。掌握PLC控制变频调速系统调试基本过程及方法。
2.3 系统控制要求
1.变频调速器受0~10V输入电压控制；
0V输出频率为0HZ，对应同步转速为0 r/min；
5V输出频率为50HZ，对应同步转速为1500 r/min；
10V输出频率为100HZ，对应同步转速为3000 r/min；
输入电压与输出频率按线性关系变化。
2.要求输出转速按函数变化，请编写梯形图控制程序，并完成调试。
图2.3 转速与时间的函数关系
3.改变输出转速~时间的变化函数，重复上述过程.
2.4 控制系统的I/0点
图2.4 控制系统I/0分配图
第三章 总体设计方案
本次设计是实现控制变频调速系统，选用PLC和变频器的组合可完成数字量的输入，实现模拟量和数字量的输出控制。可以通过对频率的调节来实现对速度的控制，使得速度变化更加平滑和实现精确调速。
3.1 选择机型
本次设计采用西门子S7-200系列PLC进行控制，从以上分析可以知道，该系统只需开关量输入点2个，模拟量输出点1个。参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU224XP(2个模拟量输入，1个模拟量输出)，本系统变频器采用西门子MM440通用变频器。
3.2 系统控制结构
由PLC和变频器组成的控制系统，开关量输入端由两输入，开始与停止按钮；PLC输出端是从0—10V的模拟量作为变频器的输入。
实现如下控制：
0V输出频率为0Hz，对应同步转速为0r/min; 5V输出频率为50Hz，对应同步转速为1500r/min; 7.5V输出频率为75HZ,对应同步转速为2250r/min;10V输出频率为100Hz，对应同步转速为3000r/min。
3.2.1 系统主电路图
图3.3.1 系统主电路图
3.2.2 系统控制电路图
图3.3.2 系统控制电路图
3.2.3 系统外围接线图
图3.2.3 外围接线图
3.3 设计步骤
(1) 使用PLC的两个输入点I0.0和I0.1分别作为系统的启动和停止信号的输入点；
(2) 使用PLC的一个模拟量输出点AQWO作为使电机正转启动的输出信号，接到MM440变频器的AIN1+，AIN1-端子上；
(3) 调节变频器使其输出频率受模拟量输入电压控制；
(4) 然后编制输出按时间函数循环的梯形图程序；
(5) 最后调试并运行。
3.4 系统流程框图
图4.5 系统流程框图
第四章 硬件部分设计
4.1 输出规格
图4..1 输出规格图
如果设置值超过下面提供的规定，将发生输出设置错误，并将输出有输出保持功能规定的输出量。
根据设计要求选取输出范围:0~10 V.
4.2 标度变换
输出范围:0~10V所对应的十进制数为:00000~32000
标度变换公式：V=AIWO/3200
4.3 变频器参数设置表
图4.3 变频器参数设置图
第五章 软件部分设计
系统的软件设计是根据系统给定的时间函数运行的，所以软件的设计主要是以时间原则来设计。
5.1 程序的主体
（1） 控制主程序
（2） 0-20秒上升子程序
（3） 30-40秒下降子程序
（4） 60-65秒下降子程序
5.1.1 控制主程序
LD I0.0
AN I0.1
O M0.0
= M0.0
Network 2
LD M0.0
AN T37
TON T37, 650
Network 3
LD M0.0
AW<= T37, 200
CALL SBR_0:SBR0
Network 4
LDW>= T37, 200
AW<= T37, 300
MOVW 24000, AQW0
Network 5
LDW>= T37, 300
AW<= T37, 400
CALL SBR_1:SBR1
Network 6
LDW>= T37, 400
AW<= T37, 600
MOVW 8000, AQW0
Network 7
LDW>= T37, 600
AW<= T37, 650
CALL SBR_2:SBR2
5.1.2 0-20秒上升子程序
LD SM0.0
AN T96
TON T32, 5
R C3, 1
Network 2
LD T32
= M0.1
TON T96, 5
Network 3
LD M0.1
LD C1
CTU C1, 2000
Network 4
LD SM0.0
MOVD 12, VD70
DTR VD70, VD70
Network 5
LD SM0.0
ITD C1, VD60
DTR VD60, VD60
MOVR VD60, VD80
*R VD70, VD80
ROUND VD80, VD80
Network 6
LD SM0.0
DTI VD80, VW90
MOVW VW90, AQW0
5.1.3 30-40秒子下降程序
LD SM0.0
AN T96
TON T32, 5
R C1, 1
Network 2
LD T32
= M0.2
TON T96, 5
Network 3
LD M0.2
LD C2
CTU C2, 1000
Network 4
LD SM0.0
MOVD 16, VD20
DTR VD20, VD20
Network 5
LD SM0.0
ITD C2, VD10
DTR VD10, VD10
MOVR VD10, VD30
*R VD20, VD30
Network 6
LD SM0.0
MOVD 24000, VD50
DTR VD50, VD50
*R -1.0, VD30
+R VD50, VD30
ROUND VD30, VD30
Network 7
LD SM0.0
DTI VD30, VW40
MOVW VW40, AQW0
5.1.4 60-65秒下降子程序
LD SM0.0
AN T96
TON T32, 5
R C2, 1
Network 2
LD T32
= M0.3
TON T96, 5
Network 3
LD M0.3
LD C3
CTU C3, 500
Network 4
LD SM0.0
MOVD 16, VD120
DTR VD120, VD120
Network 5
LD SM0.0
ITD C3, VD110
DTR VD110, VD110
MOVR VD110, VD130
*R VD120, VD130
Network 6
LD SM0.0
MOVD 8000, VD150
DTR VD150, VD150
*R -1.0, VD130
+R VD150, VD130
ROUND VD130, VD130
Network 7
LD SM0.0
DTI VD130, VW140
MOVW VW140, AQW0
第六章 调试过程及结果
6.1 调试过程
1.先将PLC程序传入S7-200PLC中，只连接启动与停止开关，先不与变频器相连接，以免输出电压不正确导致变频器出错。
2.按下启动按钮，然后用万用表测模拟量I/0模块的两点间的电压，看是否按照规定曲线运行，如果运行正确则证明PLC部分调试成功。
3.连接PLC的输出点与变频器的输入点，并且调试好变频器的参数设置。
4.最后打开启动按钮，电机正常运行，并且按照给定的时间函数循环运行。显示的最大频率是75HZ。
6.2 调试结果
系统按照给定的时间函数连续循环运行，如图所示，由此说明系统设计合理可靠，此设计完全符合设计要求。
第七章 心得体会
通过本次课程设计，对S7-200系列PLC的特点有了更深的理解。利用了S7-200系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出，模拟量输入/输出进行控制，实现了变频器在控制作用下的变频调速。
在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器(PLC)的理论知识和动手技能。参阅了大量的电器控制及可编程控制器(PLC)系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，使得课程设计的方案和数据更为翔实和准确，力求科学严谨，使本次以变频器为主题的课程设计精益求精。
经历第一周的查阅资料，让我了解了更多关于西门子S7-200和变频器方面的资料，让我了解了大概的选型和注意事项，第二周开始自己动手做，参照一些编程试着去编一个程序，资料上查到的是欧姆龙或者是三菱的编程语句，但是通过他们的编程思路，我们可以借鉴到自己的S7-200程序中，编程序的过程中遇到了很多问题，通过不断的问同学，反复的思考，调试，终于编出了调用子程序来达到控制的目的，此次课程设计让我收获颇多，在这个课程设计的过程中，既让我与同学加深了沟通，又让我学到关于西门子的一些知识，我知道这知识很少的一点，但我会在以后的学习中了解更多。由于本人资历有限，可能还有一些没有注意到的问题，还请老师赐教，深表感谢！
第八章 参考文献
[1] 徐德.孙同景．可编程控制器PLC应用技术[M]．济南.山东科学技术出版
[2] 廖常初编著．PLC编程及应用[M]．北京.机械工业出版社，2O04．
[3] 谢克明等主编．可编程控制器原理与程序设计[M]．电子工业出版社.2002．8．28—29