基于Profibus的電力傳動控制系統(tǒng)(硬件部分)畢業(yè)設(shè)計論文

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：基于profibus的電力傳動控制系統(tǒng)（硬件） 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)

2、計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解

3、學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其它學(xué)位申請的論文或成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表

4、明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期：導(dǎo)師簽名： 日期：基于profibus的電力傳動控制系統(tǒng)（硬件）學(xué)生姓名：陳 典 班級：090443指導(dǎo)老師：彭元修摘要：本文以西門子工控儀器作為硬件平臺，搭建設(shè)計了基于profibus的電力傳動控制控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)的設(shè)計包括

5、上位機的電機操作、監(jiān)控界面單元、上位機與控制器通信單元、控制器執(zhí)行單元以及現(xiàn)場設(shè)備單元。本文設(shè)計的內(nèi)容針對于系統(tǒng)控制單元和現(xiàn)場設(shè)備的連接；上位機和控制器的連接；執(zhí)行器的參數(shù)設(shè)置等硬件調(diào)試。 本文以工業(yè)現(xiàn)場總線中常用的profibus-dp作為通信的基礎(chǔ)，完成上位機與控制單元、多個控制單元之間的通信。本設(shè)計的控制單元包括兩個s7-300 plc和一個mm440變頻器。一個s7-300作為監(jiān)控主站，另一個作為控制從站。采用profibus-dp主從ms通信方式。主站監(jiān)控獲取變頻器的運行頻率和輸出電壓，從站發(fā)出上位機的控制命令給變頻器，mm440變頻器作為控制執(zhí)行單元。由于mm440沒有帶集成dp口

6、和專用通訊板，設(shè)計時控制單元和控制執(zhí)行單元之間的所有連接通過導(dǎo)線完成。變頻器采用控制從站輸出的模擬量給定作為頻率控制標(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備為一個三相異步電動機。本設(shè)計的目的主要在于解決該現(xiàn)場設(shè)備的遠程正反轉(zhuǎn)、無級調(diào)速和正反向點動控制,同時讀取mm440的運行數(shù)據(jù)送上位機對比顯示。通過調(diào)試運行，本系統(tǒng)設(shè)計基本達到預(yù)想的各項指標(biāo)，同時具有良好的穩(wěn)定性和安全性。關(guān)鍵詞：profibus-dp網(wǎng)絡(luò) s7-300 mm440 通信 異步電動機 傳動控制 指導(dǎo)老師簽名：electric drive control system based on profibus (hardware)student nam

7、e: chen dian class: 090443supervisor: peng yuanxiuabstract: this thesis constructs a control system of electric drive control system that uses profibus communication mode based on the siemens industrial equipment as the hardware platform. the design of the system includes the motor operation of the

8、host computer, the monitor interface unit, the host computer with the controller communication unit, the controller execution units and field devices unit. the paper design content includes connection in the system control unit and field devices, the connection host computer to the controller, actua

9、tor parameter setting and hardware debugging. in this paper, complete the host computer and the control unit, a plurality of communication between the control units based on the commonly using profibus-dp industrial field bus communication as a foundation. the design of the control unit includes two

10、 s7-300 plcs and a mm440 inverter. one s7-300 is the monitoring master, and the other is the control slave station. the system uses profibus-dp master-slave ms communication mode. master monitor accesses to the drive operating frequency and output voltage, the slave station access command from host

11、computer and transmitted it to the frequency converter, mm440 as control execution unit. due to the mm440 without the integrated dp port or a dedicated communication board, between the control unit and control execution units connected use a wire to complete the design. inverters use the analog outp

12、ut given witch from slave as a control standard to control frequencies. the systems field device is a three-phase asynchronous motor. the main purpose of the design is to solve the remote reversing of the field devices pros and cons of moving, step-less speed regulation, pros and cons jop control. r

13、unning data obtain from mm440 and send to host computer display contrast. debugging and running, the system designed to meet the initial indicators, and also has good stability and security.key words：profibus-dp network s7-300 mm440 communication asynchronous motor drive control signature of supervi

14、sor：目 錄1 引言11.1 研究目的及意義11.2 國內(nèi)外文獻綜述及相關(guān)領(lǐng)域的研究進展及成果21.3 主要研究內(nèi)容42 電力傳動控制系統(tǒng)硬件平臺52.1 plc52.1.1 300系列plc52.1.2 cpu314c-2pn/dp72.2 mm440變頻器102.3 三相異步電動機122.4 profibus通信線制作122.4 接觸器和繼電器143 控制系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)173.1 新建硬件組態(tài)項目173.2 從站硬件組態(tài)183.2.1 從站硬件配置183.2.2 從站通信映射區(qū)組態(tài)213.3 主站硬件組態(tài)233.3.1 主站硬件配置233.3.2 主站通信映射區(qū)組態(tài)234 硬件系統(tǒng)設(shè)計

15、254.1分析被控對象和明確控制任務(wù)254.2 mm440參數(shù)設(shè)置264.3 硬件連接284.3.1 plc從站和mm440的連接284.3.2 plc主站和變頻器連接294.3.3 電源、接觸器、繼電器連接295 調(diào)試運行316 結(jié)論32參考文獻33致謝34附錄351 引言1.1 研究目的及意義 本課題的選題依據(jù)源自一個工控實驗室里的教學(xué)開發(fā)項目。變頻器的應(yīng)用、plc的profibus通信、電力傳動系統(tǒng)的控制是該實驗室研究的三個部分。在傳動控制系統(tǒng)中，選擇怎樣的方式來控制電機的轉(zhuǎn)動姿態(tài)，用什么硬件設(shè)備來作為控制器，需要達到什么樣的控制精度，這對傳動控制系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用來說是非常重要的。

16、而且隨著信息技術(shù)的進步和制造的工業(yè)不斷發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)上對電機姿態(tài)的監(jiān)控也是不可或缺的，上位機監(jiān)控不僅能確保生產(chǎn)的安全性，同時基于上位機的遠程監(jiān)控也能讓控制更加的人性化，節(jié)省一定的資源。 目前電機的控制一般多采用現(xiàn)場按鈕接通給電的方式來控制。本課題的研究主要是為了對電機的控制更加的方便、快捷、精確。以西門子可編程控制器s7-300 plc、變頻器mm440作為控制器，安裝有wincc的工控機作為上位機，使用profibus現(xiàn)場總線建立通信網(wǎng)絡(luò)。用戶能夠坐在電腦前就對電機的各項參數(shù)指標(biāo)精確的控制，同時實時的監(jiān)控顯示電機的電壓、頻率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。電機的各種姿態(tài)信息能直觀地在上位機界面上以數(shù)字或圖表

17、的方式向用戶反映出來，這樣能讓控制更加的的方便快捷，也能夠精確的達到各種控制指標(biāo)。 德國西門子公司開發(fā)的plc、變頻器等產(chǎn)品能夠讓用戶快速有效的開發(fā)出一套基于profibus通信協(xié)議的傳動控制系統(tǒng)。人性化的硬件系統(tǒng)、精準(zhǔn)的控制模塊、便捷的接線端口、集成的接口模式使得這一套硬件在傳動控制系統(tǒng)中應(yīng)用十分的廣泛。而基于profibus的通信方式用來控制傳動系統(tǒng)對于工業(yè)領(lǐng)域的精確控制有著重要的意義。本文中用到的plc是面向用戶的工業(yè)控制計算機，相比于傳統(tǒng)的一些控制器具有許多明顯的優(yōu)點1： 1）高可靠性：plc所有的輸入輸出接口電路都采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外部電路與plc內(nèi)部電路之間實現(xiàn)電氣隔離；p

18、lc各輸入上均采用r-c濾波技術(shù)，其濾波時間常數(shù)一般為10-20ms；plc各模塊采用了性能良好的開關(guān)電源；plc所采用的器件都進行嚴(yán)格的篩選和長期的使用驗證。 2） 豐富的輸入輸出模塊：plc針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，有豐富的模塊供用戶選用。如：dc/ac、數(shù)字量/模擬量、電壓/電流、脈沖/電位等等。plc相應(yīng)的輸入輸出模塊可以與工業(yè)現(xiàn)場的多種器件或者設(shè)備相連接。與輸入模塊相連有按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)等；與輸出模塊相連的有電磁閥、接觸器、電機、指示燈等。為了提高plc的功能，它還提供了多種人機對話的接口模塊。為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，plc還有多種通信模塊。3） 采用模塊化結(jié)構(gòu)：除了廂體式的小型

19、plc，目前絕大多數(shù)plc均采用模塊化結(jié)構(gòu)。plc的各個部件如cpu、電源等都采用模塊化設(shè)計，由機架和電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能用戶可自己組合。4） 編程簡單：plc的編程大多數(shù)采用類似于繼電器控制線路的梯形圖格式，形象直觀，易學(xué)易懂。5） 安裝簡單，維修方便。因此，為保證高效，可靠的工作，本系統(tǒng)采用plc控制。1.2 國內(nèi)外文獻綜述及相關(guān)領(lǐng)域的研究進展及成果1.2.1 profibus現(xiàn)場總線的研究現(xiàn)狀現(xiàn)場總線（fielebus）是20世紀(jì)80年代中后期隨著計算機、通信、控制和模塊化集成等技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一門新興技術(shù)，代表自動化領(lǐng)域發(fā)展的最新階段?，F(xiàn)場總線最初的概念是由歐洲人提

20、出的，隨后北美和南美也都投入了巨大的人力和物力開展研究工作，現(xiàn)場總線的定義有多種。國際電工委員會（iec）對現(xiàn)場總線的定義為：現(xiàn)場總線是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與控制裝置之間實行雙向、串行、多節(jié)點數(shù)字通信的技術(shù)?，F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。它作為工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)現(xiàn)場級控制設(shè)備之間及其與更高的控制管理層之間的聯(lián)系。它不僅是一個基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，而其還是一種開放式、新型全分布式的控制系統(tǒng)。這項以智能傳感器、控制器、計算機、數(shù)據(jù)通信為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)。因為受到世界范圍內(nèi)的關(guān)注而成為自動化技術(shù)發(fā)展的熱點，并引發(fā)了自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)

21、備的深刻變革10?，F(xiàn)場總線包括眾多的標(biāo)準(zhǔn)，國際電工委員會（iec）確立了在國際上各種不同類型的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)有10種，包括canbus、profibus、ff、lonworks等現(xiàn)場總線，每種協(xié)議都有其特有的應(yīng)用領(lǐng)域和支持背景，大多成為了一個地區(qū)或國家的標(biāo)準(zhǔn)，誰也取代不了誰。在2001年profibus現(xiàn)場總線被定為中國的國家標(biāo)準(zhǔn)jb/t103010.32011。profibus(process field bus 的縮寫)是由siemens等公司組織開發(fā)的一種國際化的、開放的、不依賴于設(shè)備生廠商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其它領(lǐng)域自動化。profib

22、us是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)通信，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案4、10。在現(xiàn)代化工廠環(huán)境及大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，工業(yè)硬件設(shè)備被簡單地劃分為三個層次，即工廠級、車間級和現(xiàn)場級。在現(xiàn)場一般都配置了數(shù)量龐大的傳感器、執(zhí)行器、遠程i/o、儀表、控制器等等一系列的設(shè)備。這些設(shè)備傳送或接收的既有模擬信號，又有數(shù)字量信號。傳統(tǒng)的連接方式是將這些設(shè)備通過信號線各自接到控制器上，造成了明顯的通信速度低、系統(tǒng)不開放、可靠性不易保證和維護性不高4。采用現(xiàn)場總線profibus使

23、得生產(chǎn)上所有集成了profibus總線接口的設(shè)備都可以被掛到現(xiàn)場總線上來，解決了上面的一系列缺點。profibus由以下三個兼容部分組成。即profibusdp、profibuspa、profibus- fms。其中本文所運用的profibusdp應(yīng)用于現(xiàn)場級，它是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式i/o之間的通訊，總線周期一般小于10ms，使用協(xié)議第1、2層和用戶接口，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行нM行10。1.2.2 電力傳動控制研究現(xiàn)狀電力傳動控制系統(tǒng)在當(dāng)今的工業(yè)中應(yīng)用的十分廣泛。如礦山的礦井提升作業(yè)、煉鋼的軋鋼軌道控制、高樓的電梯運行、國防中的大型傳送裝置等。在這一系列的機械作業(yè)

24、中，電力傳動裝置扮演著不可獲取的地位。換而言之，當(dāng)今的社會如果沒有對電力傳動系統(tǒng)的研究，那么工業(yè)將會止步不前。電力傳動的研究已經(jīng)十分成熟，但是電力傳動控制系統(tǒng)的研究并沒有十分完善，各種各樣的控制系統(tǒng)充斥于工業(yè)應(yīng)用中。從最初的閘刀給電控制到后來簡單的邏輯按鈕控制，后來出現(xiàn)了電力電子調(diào)速控制，從速度不可控到后來的無級調(diào)速。電力傳動控制逐漸的向著專用的調(diào)速控制裝置，專有的中心處理計算機控制，集散系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，到現(xiàn)在plc可編程控制器的普及。電力傳動控制正在變成以計算機為監(jiān)控，可編程控制器作為控制中樞，電力電子變頻裝置作為執(zhí)行器的網(wǎng)絡(luò)控制模式。工業(yè)控制中傳動控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)正在由模擬與數(shù)字的分散性控制

25、系統(tǒng)（dcs）向全數(shù)字現(xiàn)場總線系統(tǒng)（fcs）轉(zhuǎn)換，現(xiàn)在的現(xiàn)場設(shè)備和儀表設(shè)備的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也將發(fā)生重大的變革，現(xiàn)場總線使傳動的傳動控制設(shè)備進入了信息網(wǎng)絡(luò)的行列，為其應(yīng)用開拓了更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，克服了傳統(tǒng)傳動控制系統(tǒng)中的“信息孤島”效應(yīng)4。1.3 主要研究內(nèi)容1.熟悉plc硬件系統(tǒng)。2.學(xué)習(xí)西門子的工控硬件平臺，學(xué)習(xí)使用變頻器、工控機等。3.了解plc的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，學(xué)會使用profibus協(xié)議連接控制器和上位機進行通信。4.對硬件系統(tǒng)組態(tài)學(xué)習(xí)，同時掌握不同硬件系統(tǒng)之間的相互連接。5.設(shè)計基于profibus網(wǎng)絡(luò)的plc電力傳動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡(luò)控制并用plc采集變頻器的模擬輸出運算出電機各項運行參

26、數(shù)。 2 電力傳動控制系統(tǒng)硬件平臺本系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的硬件平臺主要是基于工控教學(xué)實驗室里的西門子工業(yè)控制設(shè)備，同時也有一些其它的配件，主要硬件如下表2-1所示：表2-1 硬件平臺設(shè)備及配件型號數(shù)量西門子s7-300 plccpu314c-2pn/dp2臺西門子變頻器mm4401臺工控機凌華工控機1臺上位機通信卡cp56111張接觸器cjx2-09101只正泰繼電器jzx-22f（d）/2z1只總線連接器dp總線連接器3只空氣開關(guān)施耐德c65n1只三相異步電動機y90l-41臺通信電纜profibus雙絞線5米2.1 plcplc(programmable logic controller)即可編程

27、邏輯控制器， plc是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。目前，世界上有200多家廠商生產(chǎn)plc。其中，西門子的plc在我國各行各業(yè)應(yīng)用相當(dāng)?shù)膹V泛。2.1.1 300系列plc德國西門子（siemens）公司的plc 產(chǎn)品里面有simatic s7、m7和c7等幾大系列。s7是具有傳統(tǒng)意義上的plc 產(chǎn)品，其中s7-30

28、0是針對低性能要求的模塊式中小型plc，最多可以擴展32個模塊1。300系列的plc 是一種通用型的plc，具有模塊化，無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握的特點，這使它能夠適應(yīng)自動化工程中的各種應(yīng)用場合，執(zhí)行各種控制任務(wù)，因此在實踐中成為一種既經(jīng)濟又可靠的控制裝置。s7-300plc采用模塊化的結(jié)構(gòu)，各種模塊能以不同的方式組合在一起，模塊式plc由機架和模塊組成。品種繁多的cpu模塊、信號模塊和功能模塊能完成各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)。用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇、更換合適的模塊，同樣可以擴展plc 。簡單實用的分布式結(jié)構(gòu)和強大的通信聯(lián)網(wǎng)能力，使其應(yīng)用十分廣泛。s7-300plc是模塊

29、化的plc，它由以下及部分組成：1.中央處理單元（cpu） 功能：執(zhí)行用戶程序；為s7-300背板總線提供 5v電源；在profibus網(wǎng)絡(luò)中通過profibus與其它的profibus網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行通信。 各種cpu有不同的性能，例如有的cpu集成有數(shù)字量和模擬量的輸入輸出點，有的cpu集成了profibus-dp等通信接口，cpu前面板上有狀態(tài)故障指示燈、模式選擇開關(guān)、24v電源端子、電池盒與存儲器模塊盒（有的沒有）。2.負載電源模塊（ps）負載電源模塊用于將ac220v電源轉(zhuǎn)換為dc 24v電源，提供s7-300 cpu和24v直流負載電路（信號模塊、傳感器、執(zhí)行器等）使用。3.信號模塊（

30、sm）信號模塊包括數(shù)字量輸入輸出模塊，數(shù)字量i/o模塊、模擬量輸入輸出模塊、模擬量i/o模塊。它們能使不同級的過程信號電壓或電流與plc內(nèi)部的信號電平相匹配。信號模塊主要有數(shù)字量輸入模塊（sm321）和輸出模塊（sm322），模擬量信號模塊主要有輸入模塊（sm331）和輸出模塊(sm332)。4.功能模塊（fm）功能模塊主要用于時間要求苛刻、儲存容量要求較大的過程信號處理任務(wù)。5.通信處理器（cp）通信處理器用于plc 之間、plc與計算機和其它智能設(shè)備之間的通信，可以將plc接入profibus-dp網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實現(xiàn)點對點通信等。6.接口模塊（im）接口模塊用于多機架配置時連接主

31、機架(cr)和或擴展機架(er)。s7-300通過分布式的主機架和3個擴展機架，最多可以配置32個信號模塊、功能模塊和通信處理器。2.1.2 cpu314c-2pn/dp 本系統(tǒng)設(shè)計用到的兩臺plc均是西門子300系列plc，型號：cpu 314c-2pn/dp訂貨號：6es7314-6eh04-0ab0，固件版本v3.3。該cpu是西門子公司剛推出的新型緊湊型處理模塊。集成信號輸入輸出模塊，晶體管輸出。模塊結(jié)構(gòu)如下圖2-1所示：11圖2-1 cpu模塊結(jié)構(gòu)狀態(tài)和出錯led燈帶有彈性裝置的simatic mmc卡插槽集成輸入和輸出的端子電源連接端子接口x1（mpi/dp）接口x2(pn),配有

32、交端口交換機mac地址和二維條形碼模式選擇器開關(guān)1.cpu的屬性如下表2-2所示： 表2-2 cpu314c-2pn/dp的屬性11產(chǎn)品型號cpu314c-2pn/dp9針dp接口（x1）x9針dp接口（x2）x數(shù)字量輸入24數(shù)字量輸出16模擬量輸入4+1模擬量輸出2工藝功能4個計數(shù)器，一個用于定位的通道2.cpu 314c-2pn/dp與其它的大多數(shù)cpu不一樣，它工作時不需要給它提供額外的數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出模塊，如sm331/sm331/sm334/sm335等。它自身集成數(shù)字量和模擬量的輸入輸出模塊，有x11和x12兩個信號模塊，有四排共80個i/o接線端子，端子功能分布如圖

33、2-2所示，模塊的i/o尋址如下表2-3 cpu 314c-2pn/dp的集成i/o尋址所示，方框圖和引腳分配如圖2-3、2-4所示：11圖2-2 i/o功能分布 模擬量輸入和模擬量輸出 數(shù)字量輸入 數(shù)字量輸出3.cpu的尋址如下表2-3所示：輸入/輸出默認(rèn)地址注釋24個數(shù)字量輸入136.0到138.7，其中16個輸入用于工藝功能：136.0到137.7可以為所有數(shù)字量輸入分配中斷功能。可選的工藝功能：計數(shù)頻率測量脈沖寬度調(diào)制定位16個數(shù)字量輸出136.0到137.7，其中4個輸入用于工藝工能；136.0到136.34+1個模擬量輸入800到8092個模擬量輸出800到803表2-3 cpu3

34、14c-2pn/dp的集成i/o尋址11圖2-3 x11集成數(shù)字量/模擬量i/o的方框圖和引腳分配圖2-4 x12集成數(shù)字量i/o的方框圖和引腳分配2.2 mm440變頻器micromaster 440變頻器簡稱mm440變頻器，是全新一代可以廣泛應(yīng)用的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。主要使用變頻調(diào)速控制三相交流電動機，本系列有多種型號供用戶選用。恒定轉(zhuǎn)矩（ct）控制方式額定功率范圍從10w-200kw，可變轉(zhuǎn)矩(vt)控制方式可達到250kw。其穩(wěn)定的性能、豐富的組合功能、高性能的矢量控制技術(shù)、低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好的動態(tài)特性、超強的過載能力、創(chuàng)新的bico（內(nèi)部功能互聯(lián)）功能以及無可比擬的靈活性，在變頻器

35、市場占據(jù)著重要的地位。主要特征：（1）豐富的控制功能。通過設(shè)置p1300參數(shù)可以選擇從v/f控制到帶傳感器的矢量控制vc等12種不同特點的控制模式，適用于恒轉(zhuǎn)矩、變轉(zhuǎn)矩等各種性質(zhì)負載，滿足各行業(yè)的驅(qū)動控制要求。 （2）強大的通訊功能。利用profibus通訊可選件，可以將mm440接入開放的、高速（12mb/s）的dp網(wǎng)，實現(xiàn)性能更佳、精度更高的通訊控制。（3）自由功能模塊和bico技術(shù)。mm440繼承和吸收了6se70工程型變頻器的許多優(yōu)良特點，其中最具實用性的是具有區(qū)別一般通用變頻器的自由功能模塊和bico技術(shù)，利用豐富的自由功能模塊和靈活的bico技術(shù)，可方便地實現(xiàn)各種不同目的的組態(tài)設(shè)計

36、，完成復(fù)雜控制設(shè)計的要求。 （4）豐富的停車和制動功能。mm440具有3種停車方式，即按斜坡減速停車（off1）、 慣性停車（off2）和快速停車（off3）。3種制動功能，即直流制動、復(fù)合制動、動力制動（須外接制動電阻，75kw以下已內(nèi)置制動單元）。停車方式和制動方式的靈活配用，可適應(yīng)不同機械慣性負載的要求。接線端子分類： mm440端子排擁有適用于各種工業(yè)控制的30個接線端子：1、2高精度直流穩(wěn)壓10v輸出源；3、4、10、11為模擬電壓輸入給定，其中3、4為模擬輸入通道1，另外一組為模擬輸入通道2；5、6、7、8、16、17可編程完全數(shù)字輸入端口；9、28是用戶為變頻器的控制電路提供24

37、v直流電源；12、13和26、27為兩對模擬輸出端,12、13為模擬輸出通道1，另一組為模擬輸出通道2；18-25為輸出繼電器的觸頭；14、15端為電動機過熱保護輸出端；29、30為rs-485(uss-協(xié)議)端口。接線端子的方框圖如下2-5圖所示。2.3 三相異步電動機 本次電力傳動系統(tǒng)設(shè)計中使用的現(xiàn)場設(shè)備，即控制對象為一個三相異步電動機。電動機的型號為y90l-4，電動機的銘牌參數(shù)如下表2-4所示：表2-4 電動機參數(shù) 電機型號y90l-4額定電流3.7a額定電壓380v功率因數(shù)0.79額定功率1.5kw接線方式y(tǒng)額定頻率50hz額定轉(zhuǎn)速1400r/min2.4 profibus通信線制作

38、 profibus的總線是有方向性的。根據(jù)站點的不同，所選擇的通信路徑也有所不同，通過總線開關(guān)選擇終端電阻即路徑。當(dāng)節(jié)點不是終端的時候，把總線插頭的開關(guān)打到off檔，當(dāng)節(jié)點是終端節(jié)點的時候，節(jié)點開關(guān)打到on檔位。在dp插頭上有a1b1/a2b2兩路通道，一路用來傳出信號，一路用來傳入信號。1.profibus-dp總線連接器內(nèi)部定義：圖2-6 profibus-dp總線連接器內(nèi)部示意圖2.profibus接口 cp5611和plc處理模塊cpu上均有profibus接口，該接口可以與上面介紹的終端器插頭連接通信。profibus接口是rs485串口，一般采用sub-d female的接口，其管

39、腳定義為12： 引腳 功能1 shield（保護）2 24v-3 b(rxd/txd p)4 rts5 d-gnd6 vp(+)7 24v+8 a(rxd/txd n)9 rts(n)圖2-7 dp總線連接器定義profibus網(wǎng)絡(luò)傳輸用的電纜即profibus雙絞屏蔽電纜，它的物理層實現(xiàn)對稱數(shù)據(jù)的傳輸，符合eia rs-485標(biāo)準(zhǔn)。一個總線段內(nèi)的導(dǎo)線是屏蔽雙絞電纜，總線段的兩端各有一個終端器，它的傳輸速率從9.6kbit/s到12mbit/s可選，所選用的波特率適用于連接到總線（段）上的所有設(shè)備。線纜有紅綠兩種，對應(yīng)的線纜連接起來，注意剝線的時候一定要分層次剝開，保證連接起來的時候屏蔽層能良

40、好的接地，如下圖2-8所示：圖2-8 profibus-dp總線連接器通過多個插頭的連接，最終做成了profibus電纜，如下圖2-9所示：11圖2-9 帶插頭profibus通信電纜3.cp5611通訊接口卡cp5611是siemens公司推出的網(wǎng)絡(luò)接口卡。cp5611用于工控機連接到profibus和simatic的mpi（多點通信），支持profibus的主站和從站、pg/op及s7通信。cp5611網(wǎng)絡(luò)接口卡的主要特點如下5：1） 不帶微處理器；2） 經(jīng)濟的profibus接口，1類profibus-dp主站可進行擴展；3） 同時可作為pc上的編程和監(jiān)控接口。當(dāng)cp5611作為網(wǎng)絡(luò)上的

41、主站的時，通過輪詢方式與從站進行通信，即主站想要和從站通信時，首先發(fā)送一個請求數(shù)據(jù)幀，從站得到請求數(shù)據(jù)幀后，向主站發(fā)送一個相應(yīng)幀。請求數(shù)據(jù)幀包括主站給從站的輸出數(shù)據(jù)，如果當(dāng)前沒有輸出數(shù)據(jù)，則向從站發(fā)送一個空幀。從站必須向主站發(fā)送響應(yīng)幀，響應(yīng)幀包括從站給主站的輸入數(shù)據(jù)，如果沒有輸入數(shù)據(jù)時，同樣發(fā)送空幀，這樣即完成一次通信。2.4 接觸器和繼電器2.4.1 接觸器型號：cjx2-0910 線圈電壓：220v 額定工作電流：9a在電工學(xué)上，因為可以快速切斷交流與直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制（某些型別可達800安培）電路的裝置，所以經(jīng)常運用于電動機做為控制對象的系統(tǒng)，也可用作控制工廠設(shè)備電熱器

42、工作母機和各樣電力機組等電力負載。接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護作用。接觸器控制容量大，適用于頻繁操作和遠距離控制，是自動控制系統(tǒng)中的重要元件之一。德力西電氣有限公司推出的新型交流接觸器實用性非常強。接觸器的型號說明如下圖2-10所示：圖2-10 接觸器型號說明接觸器的實物如下圖2-11所示，其中a1、a2是接觸器線圈的兩個接線端子，該接觸器線圈電壓220v，當(dāng)a1、a2接通220v電壓的時候，接觸器的主回路常開觸點會閉合。當(dāng)線圈上的電壓消失后，主回路觸點會斷開。在本次系統(tǒng)設(shè)計里，接觸器和繼電器連接使用，由繼電器控制接觸器線圈的得電失電，繼電器的線圈又通過plc來控制，達

43、到在上位機能遠程操作的要求。圖2-11 接觸器實物圖 2.4.2 繼電器型號：jzx-22f（d）/2z 線圈電壓：24v 控制回路電壓：220v 在電氣工程中，繼電器是一種電控制器件。當(dāng)輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中。它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。實物圖如下2-12圖所示：圖2-12 繼電器實物圖 繼電器的內(nèi)部電路電路右圖2-13所示。13、14引腳為線圈的

44、接線柱；1、9，4、12為兩組常閉觸點；5、9，8、12為兩組常開觸點。線圈電壓24v，plc的i/o口輸出電壓也是24v，所以可以用plc來控制繼電器常開常閉觸點的吸合，進而控制220v電壓的通斷。當(dāng)14、13間壓降為24v時，常開閉合。 圖2-13 繼電器電路3 控制系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)在整個電力傳動控制系統(tǒng)中，用到了兩個西門子plc。在程序下載到硬件之前，必須要保證在step7組態(tài)中所使用的硬件跟設(shè)計時所使用的硬件型號，訂貨號，固件版本是完全一樣的。同時，硬件所使用profibus-dp通信，必須要在硬件組態(tài)時表現(xiàn)出來。硬件組態(tài)與實際硬件的設(shè)計一樣的，就是要保證軟件組態(tài)和硬件設(shè)計的一致性，才

45、能保證成功下載和調(diào)試運行。step7的應(yīng)用在這里只闡述硬件組態(tài)的部分，程序和其它詳細設(shè)計在會在軟件部分里詳細地描述。3.1 新建硬件組態(tài)項目 本次硬件組態(tài)，需要新建一個step7項目，在該項目里可以進行硬件配置，即硬件組態(tài)。同時還可以編輯程序，可以用plcsim模塊調(diào)試仿真運行，可以和wincc通信，同樣可以監(jiān)控實際plc的運行狀態(tài)和修改運行參數(shù)等。本次只要完成該項目的硬件組態(tài)部分，余下的程序編輯在軟件設(shè)計部分會詳細闡述。首先進入step7，新建項目-畢業(yè)設(shè)計，存儲路徑可以修改，本次保存在s7工程文件夾里。如下圖3-1所示:圖3-1 新建項目 進入新組建的項目，依本次控制系統(tǒng)的硬件的設(shè)計要求，

46、需要使用兩臺plc作為控制器，主站負責(zé)監(jiān)視，從站負責(zé)控制。所以需在硬件配置里面配置同樣數(shù)目的plc站點。硬件組態(tài)項目里插入兩個simatic 300站點，一個重命名為master（主站）,另一個命名為slave(從站)，如下圖3-2所知： 圖3-2 插入站點3.2 從站硬件組態(tài) 首先進入從站組態(tài)，點擊從站，會在右邊的窗口出現(xiàn) “硬件”，點擊硬件，進入從站的硬件配置窗口。如下圖3-3所示：圖3-3 從站硬件組態(tài)3.2.1 從站硬件配置 在硬件組態(tài)窗口中，首先插入rack-300導(dǎo)軌（rail）,導(dǎo)軌機架是用來確定plc各種模塊的插槽號的，所以必須要。然后在導(dǎo)軌的第一個插槽中插入ps 307 5a

47、電源模塊，第二個插槽中插入cpu314c-2pn/dp模塊，固件版本v3.3，在右下角的小窗口中會顯示所選的模塊的訂貨號和一些基本的數(shù)據(jù)信息，保證所選的所有模塊的訂貨號和固件版本號與實際系統(tǒng)設(shè)計中使用的硬件面板上的標(biāo)識一一對應(yīng)，在彈出的建立以太網(wǎng)串口通信中點擊取消，在之后的組態(tài)中選擇profibus網(wǎng)絡(luò)，如下圖3-4所示：圖3-4 配置硬件信息1、 修改地址參數(shù) 修改di/do模塊輸入輸出地址參數(shù)，這樣才會比較符合人們?nèi)粘Ｊ褂昧?xí)慣，點擊di24/do16,會彈出該模塊的屬性對話框，在地址對話框中取消系統(tǒng)默認(rèn)地址，使其輸出模塊地址從136-138改為0-1，這樣在軟件程序編輯中的尋址就比較符合常

48、用習(xí)慣，如以前的q136.0會變成q0.0。輸入di模塊地址不用修改，因為本次不會用到實際的外部輸入，如下3-5所示。同樣把模擬輸出改成256開始，激活輸出電壓0-10v。圖3-5 修改di/do地址2、 組態(tài)profibus-dp通信方式 接下來組態(tài)從站的profibus-dp通信方式。在主從通信模式中，理論是先組態(tài)從站會方便很多，首先點擊導(dǎo)軌中的復(fù)用端口mpi/dp, 在彈出的屬性對話框中選擇接口類型為profibus類型，再點擊網(wǎng)絡(luò)屬性對話框，在彈出的未連接對話框中修改從站的地址為3，再新建網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置屬性對話框中選擇傳輸速率為1.5 mbps，模式選擇為dp行規(guī)，這樣組態(tài)成prof

49、ibus-dp模式。一一點擊確定按鈕，可完成網(wǎng)絡(luò)主要屬性設(shè)置，如下圖3-6所示。圖3-6 組態(tài)profibus-dp通信方式3、工作模式選擇 因為現(xiàn)在要配置的是profibus網(wǎng)絡(luò)上的一個從站，在第一層的“工作模式”選項卡內(nèi)，選擇“dp從站（s）”模式,這樣才能保證站地址的一致性，確定了從站的站地址為3，工作方式為從站，在硬件配置窗口并不會如主站一樣延伸出一條profibus電纜。dp從站下面的信息包含診斷地址、測試、主站的一些情況，詳細情況如下圖3-7所示：圖3-7 通信方式選擇3.2.2 從站通信映射區(qū)組態(tài) 本次通信用工廠里常用的profibus協(xié)議為通信基礎(chǔ)。使用profibus主從通信

50、需要建立通信映射區(qū)，通信映射區(qū)用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，主從站點間的數(shù)據(jù)交換通過硬件組態(tài)的映射區(qū)來完成。在上一步的第一層屬性對話框中，點擊頂端組態(tài)選項，組態(tài)profibus的通信映射區(qū)。把輸入輸出區(qū)分別定義為ib11和qb11，用于和主站將要建立的qb10和ib10進行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)交換的形式為字節(jié)方式，所以選擇的長度為1，單位為“字節(jié)”，一致性選擇“全部”，這樣可以接收來自主站的bool數(shù)據(jù)。bool型數(shù)據(jù)剛好占1個字節(jié)，所以這樣主從站點之間可以交換開關(guān)量數(shù)據(jù)，但是不能交換其它類型的數(shù)據(jù)。為了主從站點之間進行非開關(guān)量的數(shù)據(jù)交換，需再組建一個通信接收區(qū)id13，用于接收主站qd12發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。i

51、d13的長度選擇“2”，單位選擇“字”。這樣能接收來自主站的雙字?jǐn)?shù)據(jù)。一個字節(jié)占8位，一個字兩個字節(jié)，2個字剛好占32個位。這樣主從間的數(shù)據(jù)交換變得很豐富，可以交換int、md、mw、real等類型的數(shù)據(jù)。比如主站送給從站的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)為1400轉(zhuǎn)每分。通過上位機給定的數(shù)據(jù)存放在主站雙字類型md或者db數(shù)據(jù)塊里面，它們都是內(nèi)存里的一個存儲空間，可以通過profibus建立的雙字通信區(qū)把存儲空間的數(shù)據(jù)送給從站。具體是通過主站的qd12送給從站的id13。通信映射區(qū)建立如下圖3-8所示：圖3-8 組態(tài)通信映射區(qū) 從站映射區(qū)組態(tài)結(jié)果如下圖3-9所示?，F(xiàn)在映射區(qū)中還缺少profibus-dp伙伴地址，即現(xiàn)

52、在的網(wǎng)絡(luò)上并不存在多個plc站點，只有一個編號為“3”的從站站點。在主站的組態(tài)中將補齊映射區(qū)地址，保證形成一個完整的通信映射區(qū)。至此，從站的所有硬件信息組態(tài)完成，保存編譯。編譯的結(jié)果會保存到硬件組態(tài)目錄profibus-dp- configured stations下。在主站硬件組態(tài)配置信息的時候會調(diào)用到已經(jīng)編譯好的從站信息。組態(tài)的映射區(qū)如下3-9圖所示：圖3-9 從站通信映射區(qū)組態(tài)結(jié)果3.3 主站硬件組態(tài)3.3.1 主站硬件配置主站硬件組態(tài)的基本步驟和從站一樣，在這里就不再贅述，在這里只把不一樣的地方提出來。主站的dp地址設(shè)置為2，工作模式選擇主站模式，這時在組態(tài)框會延伸出一條profibu

53、s電纜，如下圖3-10所示： 圖3-10 主站硬件信息配置3.3.2 主站通信映射區(qū)組態(tài)在組態(tài)的目錄窗口中，找到profibus-dp-configured stations-cpu 31x。拖拽已經(jīng)組態(tài)好的從站掛到profibus電纜上，彈出一個連接窗口。點連接，把組態(tài)好的從站掛到主站延伸的profibus線上。然后再點組態(tài)，會彈出dp從站殘缺的映射區(qū)，點擊編輯，主站的qb10對應(yīng)ib11，ib10對應(yīng)qb11，qd12對應(yīng)id13如下圖所示：圖3-11 完整profibus映射區(qū) 最終完成主站的組態(tài)，構(gòu)成profibus-dp主從ms通信。此時可以看到主站mpi/dp復(fù)用端口伸出的prof

54、ibus電纜上懸掛了一個從站，這個從站就是之前已經(jīng)組態(tài)好的從站。結(jié)果如下圖3-12所示：圖3-12 主從ms組態(tài)完成 保存并編譯，至此完成了主從站的硬件組態(tài)，接下來應(yīng)該在step7窗口編程下載到plc，編程部分會在軟件設(shè)計里面詳述。在硬件組態(tài)窗口中點擊查看組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，如下圖3-13所示：圖3-13 查看網(wǎng)絡(luò) 點擊查看網(wǎng)絡(luò)會得到已經(jīng)組態(tài)完成的網(wǎng)絡(luò)，從圖3-14中可以看到組態(tài)的網(wǎng)絡(luò)上掛有兩個300站點，一個是主站master，另一個是從站slave，主站的dp站地址為2,從站的站地址為3。圖3-14 完整網(wǎng)絡(luò) 至此，所有硬件設(shè)計里控制系統(tǒng)的硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)參數(shù)配置已經(jīng)完成。4 硬件系統(tǒng)設(shè)計本次設(shè)計基于profibus-dp電力傳動控制系統(tǒng)，用兩臺plc作為