裝配流水線PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 裝配流水線PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系（院）： 工業(yè)與信息化學(xué)院 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 姓 名： 楊晨 學(xué)號(hào)： 1201040219 校內(nèi)指導(dǎo)教師： 李焦明 職稱： 教授 校外指導(dǎo)教師： 職稱： 2015 年 5 月 18 日2 鐘山職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要可編程控制器（PLC）是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)而來的，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備的或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其

2、功能的原則設(shè)計(jì)。 近年來，在機(jī)電、冶金、輕工、紡織、醫(yī)藥、交通等行業(yè)的成功應(yīng)用原則，可編程控制器是大有發(fā)展前途的工業(yè)控制裝置。它與SCADA、DCS、MES、ERP等相互集成，互相補(bǔ)充，綜合應(yīng)用，將對(duì)我國(guó)工業(yè)過程控制領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響。本文是基于這種大前提下，從PLC的基本結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)步驟入手，將現(xiàn)在使用比較廣泛的西門子S7-200系統(tǒng)的PLC技術(shù)用于生產(chǎn)流水線系統(tǒng)控制中，傳送帶共有A、B、C、D、E、F、G7個(gè)個(gè)工位，工件從1號(hào)位裝入，分別在A（操作1）、B（操作2）、C（操作3）三個(gè)工位完成三種裝配工作，最后送入倉庫H，其他工位用于傳送工件。關(guān)鍵詞：裝配流水線 梯形圖 控制系統(tǒng) s7-2

3、00目 錄序言1第一章 可編程序控制器技術(shù)21.1 可編程控制器的概述21.1.1 PLC的產(chǎn)生和定義21.1.2 PLC的發(fā)展和市場(chǎng)情況21.1.3 PLC的特點(diǎn)31.1.4 PLC的優(yōu)點(diǎn)41.2 PLC的構(gòu)成和工作原理61.2.1 PLC的構(gòu)成61.2.2 PLC的工作原理如圖1-2。7第二章 裝配流水線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)82.1 PLC機(jī)型的選擇82.2 S7-200可編程控制器92.3 S7-200的系統(tǒng)基本組成102.4 S7-200的系統(tǒng)的工作方式及特點(diǎn)102.4.1 S7-200的系統(tǒng)的工作方式102.4.2 S7-200的系統(tǒng)的特點(diǎn)112.5 裝配流水線控制要求112.6輸入/輸出地址

4、分配112.7控制程序的語句表122.8裝配流水線控制系統(tǒng)梯形圖14總 結(jié)20參考文獻(xiàn)21 21序言“可編程邏輯控制器（Programmable Controller）是專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，是帶有存儲(chǔ)器、可以編制程序的控制器，它能夠用存儲(chǔ)和執(zhí)行命令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破鳂O其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)大展其功能的原則設(shè)計(jì)。”為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程序控制簡(jiǎn)稱PLC。

5、我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。在20世紀(jì)60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上

6、都是繼電器控制裝置構(gòu)成的，為了改變這一現(xiàn)狀，1968年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM公司），制成一種通用控制裝置。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC公司）研制出第一臺(tái)可編程控制器。1971年起，各個(gè)國(guó)家都研制出他們的PLC，我國(guó)從1974年開始研制，于1977年開始應(yīng)用于工業(yè)中。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。經(jīng)過多次的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)它有可靠性

7、高，抗干擾能力強(qiáng)；通用性強(qiáng)，使用方便；功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣；編程方法簡(jiǎn)單，容易掌握；PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)方便；體積小、重量輕、功耗低的特點(diǎn)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但PLC產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。PLC的發(fā)展與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)，隨著可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，它本身也在不斷發(fā)展。一、小型化方向發(fā)展。今后的小型PLC也將增加模擬量處理功能，而且將有靈活的組態(tài)特性，并能與其他機(jī)型連用。二、大型化方向發(fā)展。主要有以下幾個(gè)方面：功能不斷加強(qiáng)；應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)

8、大；性能不斷提高；編程軟件的多樣化和高級(jí)化；構(gòu)成形式的分散化與集散化。本文是基于這種大前提下，從PLC的基本結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)步驟入手，將現(xiàn)在使用比較廣泛的西門子S7-200系統(tǒng)的PLC技術(shù)用于生產(chǎn)流水線系統(tǒng)控制中。第一章 可編程序控制器技術(shù)1.1 可編程控制器的概述1.1.1 PLC的產(chǎn)生和定義（1）PLC的產(chǎn)生1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界第一臺(tái)可編程控制器，并成功的應(yīng)用在美國(guó)通用汽車通用公司（GM）的生產(chǎn)線上。但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC(programmable logic controller)。70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛

9、發(fā)展，使PLC從開關(guān)上的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC（programmable controller）。但由于PC容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)（personal computer）相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣的用PLC作為可編程控制器的縮寫。（2）PLC的定義1985年國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義如下：可編程控制器是一種進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器，它還采用了可以編程序的存儲(chǔ)器，用來其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、技術(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各類型

10、機(jī)械的生產(chǎn)過程。PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以他在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢(shì)。繼電氣在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）邏輯運(yùn)算（2）弱點(diǎn)控制強(qiáng)電。PLC是集自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。1.1.2 PLC的發(fā)展和市場(chǎng)情況（1） PLC的發(fā)展21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種

11、會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)。PLC說穿了其實(shí)就是單片機(jī)功能的集成化，穩(wěn)定性比起單片機(jī)更好，功能更齊全，對(duì)于工程人員的編程也相對(duì)簡(jiǎn)單。單片機(jī)的有點(diǎn)在于，成本低，體積小，但是穩(wěn)定性差，所以PLC是目前工業(yè)控制器使用最為普遍的一種可編程序控制器的總發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、小體積、大容

12、量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。（2） PLC的市場(chǎng)情況 1968年美國(guó)GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國(guó)數(shù)字公司研制出了第一土改可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代PLC產(chǎn)品了。在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過程工業(yè)中，除了以連續(xù)量為主的反饋控制外，特別在制造工業(yè)中存在了大量的開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作號(hào)按照時(shí)序動(dòng)作；另外還有與順序、時(shí)序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制；以及大量的開關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模

13、擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中，逐漸形成了PLC、DCS與IPC三足鼎立之勢(shì)，除了這些，還有其它的單回路智能式調(diào)節(jié)器等在市場(chǎng)上占有一定的百分比。在八十年代至九十年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。由于PLC人機(jī)聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡(luò)方面功能的進(jìn)步，擠占了一部分DCS的市場(chǎng)（過程控制）并逐漸壟斷了污水處理等行業(yè)，但是由于工業(yè)PC（IPC）的出現(xiàn)，特別是近年來現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，IPC和FCS也擠占了一部分PLC市場(chǎng)，所以近年來PLC增長(zhǎng)速度總的說是

14、漸緩。目前全世界有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學(xué)/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。在這時(shí)期，PLC在處理模擬能量能力、運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。1.1.3 PLC的特點(diǎn)（1）開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代

15、傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑（2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。（3）運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位

16、置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。（4）過程控制 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。（5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分

17、析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（6）通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.1.4 PLC的優(yōu)點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 工業(yè)生產(chǎn)一般對(duì)控制設(shè)備要求很高，應(yīng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力和高的可

18、靠性，能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)，故障修復(fù)時(shí)間短。這是PLC控制優(yōu)于微機(jī)控制的一大特點(diǎn)。例如日本的三菱公司F1、F2系列平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30萬h，而A系列的可靠性比F1、F2系列更高。 PLC控制系統(tǒng)的故障通常有兩種：一種是偶發(fā)性故障，即由于惡劣環(huán)境（電磁干擾、超高溫、過電壓、欠電壓）引起的，這類故障只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常，系統(tǒng)本應(yīng)隨之恢復(fù)正常，但因PLC受外界影響后，內(nèi)部存儲(chǔ)的信息被破壞，必須從初始狀態(tài)重新起動(dòng)。另一類是永久性故障，是由于元器件不可恢復(fù)的損壞引起的。 在PLC設(shè)計(jì)中，可以從硬件和軟件兩方面采取措施，防止以上故障的發(fā)生，以提高其可

19、靠性。主要措施有： 硬件措施：（屏蔽：對(duì)電源變壓器、CPU編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。濾波:對(duì)供電系統(tǒng)及輸入/輸出線路采用多種形式的濾波，如LC式型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除高頻干擾和削弱各種模塊之間的相互影響。電源的調(diào)整與保護(hù):對(duì)微處理器這個(gè)核心部件所需的+5V電源，采用多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓影響。隔離:在微處理器與輸入/輸出電路之間，采用光電隔離，有效地隔離輸入/輸出間電的聯(lián)系，減少故障和誤動(dòng)作的可能。聯(lián)鎖:所有輸出模塊都受開門信號(hào)控制，而這個(gè)信號(hào)只在規(guī)定的各種條件都滿足時(shí)才有效，這樣就有效地防止了產(chǎn)生不正常輸

20、出的可能性。采用模塊式結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)有助于故障情況下短時(shí)修復(fù)。設(shè)置環(huán)境檢測(cè)和診斷電路:這種分電路與軟件配合，可以實(shí)現(xiàn)靈活保護(hù)與故障指示等功能。）軟件措施：（故障檢測(cè):軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境，對(duì)諸如掉電、強(qiáng)干擾信號(hào)等情況能及時(shí)進(jìn)行處理。信息保護(hù)和恢復(fù):對(duì)偶發(fā)性故障只要故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞PLC內(nèi)部的信息，一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的工作。設(shè)置了警戒時(shí)鐘WDT:如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了WDT規(guī)定時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和檢驗(yàn):一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警并停止執(zhí)行。 對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備:停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)因此而丟失。

21、這樣，PLC的可靠性、抗干擾能力大大提高。例如美國(guó)通用電器公司制成的PC控制模塊平均無故障率可達(dá)1千萬小時(shí)之多，組成系統(tǒng)后的平均無故障率可達(dá)4至5千萬小時(shí)。這是PLC優(yōu)于微機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)。 （2）通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便 PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確定后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，PLC除了應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。（3）功能完善，適應(yīng)面廣 現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬

22、量的輸入與輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示等功能。既可以控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可以控制一個(gè)生產(chǎn)過程，使用水平大大地提高了不少。（4）編程簡(jiǎn)單，容易掌握 目前大多數(shù)PLC采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”，即有傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又適合電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和微機(jī)應(yīng)用水平，易于接受，與常用的匯編語言相比，更受歡迎。PLC是為車間操作人員而設(shè)計(jì)的，一般只要很短時(shí)間的訓(xùn)練即能學(xué)會(huì)使用。而微電腦控制系統(tǒng)則要求具有一定知識(shí)的人員操作。當(dāng)然，PLC的功能開發(fā)，需要有軟件專家的幫助。梯形圖語言和編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過閱讀PLC的用戶手冊(cè)或短

23、期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、語句表等編程語言。 PLC在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行（PLC內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時(shí)間要長(zhǎng)一些，但對(duì)于大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。（5）減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量由于PLC采用軟件編程來達(dá)到控制功能，而不同于繼電器控制采用接線來達(dá)到控制功能，同時(shí)PLC又能率先進(jìn)行模擬調(diào)試，并且操作化功能和監(jiān)視化功能很強(qiáng)，這些都減少了許多的工作量。同時(shí)，PLC的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試

24、工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。（6）體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。（7）擴(kuò)充方便，組合靈活 PLC產(chǎn)品具有各種擴(kuò)充單元，可以方便地適應(yīng)不同工業(yè)控制需要的不同輸入輸出點(diǎn)急不同輸入輸出方式的系統(tǒng)。（8）控制程序可變，具有很好的柔性 在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)線設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬設(shè)備，只要改變程序就可以滿足要求。所以PLC取代繼電器控制，而且具有繼電器所不具備的無可比擬

25、的優(yōu)點(diǎn)。因此PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS），以至工廠自動(dòng)化（FA）中也被大量采用。1.2 PLC的構(gòu)成和工作原理1.2.1 PLC的構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。如圖1-1所示： 圖 1-1 模塊式PLC（1）中央處理單元CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，其神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功

26、能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸送裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著規(guī)模。（2）I/O模塊 PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸

27、出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AO）等模塊。除了通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。（3）電源模塊 PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。 （4）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存儲(chǔ)系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量、系統(tǒng)組態(tài)和其他一些信息。系統(tǒng)程序是用來控制和完成PLC各種功能的程序，這些程序是由PLC制造廠家用相應(yīng)CPU的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到ROM中。用戶程序存儲(chǔ)器用來存放由變成器或其他編程設(shè)備輸入的用戶程序。用戶程序由使用者根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過程和

28、工藝要求而編寫，可通過變成器或編程軟件修改。在PLC中使用的兩種類型存儲(chǔ)器：一種是只讀類型的存儲(chǔ)器，如ROM、PROM、EPROM和EEPROM等；另一種是可讀寫的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM。1.2.2 PLC的工作原理 PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入處理、程序執(zhí)行和輸出處理三個(gè)階段。PLC在輸入處理階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有

29、的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出處理階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。第二章 裝配流水線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 PLC機(jī)型的選擇機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。（1）結(jié)構(gòu)合理對(duì)于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC;否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。（2）功能強(qiáng)、弱適當(dāng)對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的PLC。如西門子公司的S7-200

30、系列機(jī)或歐姆龍公司的COM 10對(duì)于以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，可選用含有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和含有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，以及具有加減乘除運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳輸功能的低檔PLC。如西門子公司的S7-300或S7-400。對(duì)于控制比較復(fù)雜、控制功能要求較高的工程項(xiàng)目，如要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可根據(jù)控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔機(jī)或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)和整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。（3）機(jī)型統(tǒng)一PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)體積小、價(jià)格便宜，但由于整體式結(jié)構(gòu)的PLC功能有限，一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊

31、結(jié)構(gòu)，這樣功能易擴(kuò)展，比整體式靈活。一個(gè) 大 型 企業(yè)選用PLC時(shí)，盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一。同一機(jī)型的PLC，其模塊可互為備用，以便備件的采購(gòu)和管理；另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn);其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。若配備了上位計(jì)算機(jī)，可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，相互通信，集中協(xié)調(diào)管理。（4）PLC的環(huán)境適應(yīng)性由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下，可靠地工作。盡管如此每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，我們?cè)谶x用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。針對(duì)本課題的特點(diǎn)和性能要求，采用了德國(guó)西門子公司

32、S7-200系列中的S7-226作為系統(tǒng)控制器(如表2-1)。該型號(hào)的PLC有良好性價(jià)比，具有16個(gè)輸出24個(gè)輸入口，滿足該系統(tǒng)要求，同時(shí)提供了良好的開發(fā)平臺(tái)以及大量的相關(guān)參考資料，在小型PLC控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用西門子S7200 CPU226的可編程控制器。表2-1 S7-226的可帶擴(kuò)展模塊數(shù)型 號(hào)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7-200CPU22164S7-200CPU222862個(gè)擴(kuò)展模塊S7-200CPU22414107個(gè)擴(kuò)展模塊3S7-200CPU22624167個(gè)擴(kuò)展模塊S7-200CPU226XM24167個(gè)擴(kuò)展模塊 2.2 S7-200可編程控制器SIMATI

33、C是德國(guó)西門子公司發(fā)明的一個(gè)對(duì)自己的自動(dòng)化產(chǎn)品的一個(gè)稱呼。該公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。它的的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。該公司投放市場(chǎng)的小型可編程控制器（S7-200可編程控制器），選用的是整體式結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行單機(jī)運(yùn)行、輸入輸出擴(kuò)展，接特

34、殊功能擴(kuò)展模塊。S7-200的產(chǎn)品定位在S7系列PLC家族的低端產(chǎn)品，但是，它比智能繼電器LOGO的定位要高。外形結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快，繼承和發(fā)展了它在大、中型PLC領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有著豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多集成功能和實(shí)時(shí)特性，配有功能豐富的擴(kuò)展模塊，性能價(jià)格比較高，非常適合機(jī)械制造業(yè)的情況和需求。通常S7-200用于200點(diǎn)開關(guān)量以內(nèi)，35點(diǎn)模擬量以內(nèi)。本次設(shè)計(jì)采用的就是SIMATIC S7-200可編程控制器，如圖2-1所示。 圖2-1 S7-200擴(kuò)展模塊面板圖2.3 S7-200的系統(tǒng)基本組成SIMATIC S7-200系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分組成，如圖2-2所示：（

35、1）硬件基本單元（Basic Unit）：又稱作CPU模塊、主機(jī)或本機(jī)。它包括CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入輸出點(diǎn)和電源等，是PLC的主要部分。它實(shí)際就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)一定的控制任務(wù)。擴(kuò)展單元（Extension Unit）：是用以擴(kuò)充數(shù)字量輸入輸出的設(shè)備，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的I/O點(diǎn)數(shù)是由多種因數(shù)共同決定的。特殊功能模塊（Special Function Module）：是可與主機(jī)相連的為完成某種特殊的控制任務(wù)而制的裝置。相關(guān)設(shè)備是為充分和方便地利用SIMATIC S7-200系統(tǒng)硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機(jī)操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

36、（2）工業(yè)軟件工業(yè)軟件是為更好地管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序、文檔及其規(guī)則的總和，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)接口等幾大類構(gòu)成。圖2-2 SIMATIC S7-200系統(tǒng)圖2.4 S7-200的系統(tǒng)的工作方式及特點(diǎn)2.4.1 S7-200的系統(tǒng)的工作方式 一種是STOP方式(在此工作方式下，不能運(yùn)行用戶程序，可以向CPU裝載用戶程序或進(jìn)行CPU設(shè)置)，另一種是RUN方式（在此工作方式下CPU執(zhí)行用戶程序），還有一種是TERM（在此工作方式下，允許使用工業(yè)編程軟件STEP7-Micro/WIN32來控制CPU的工作方式）。2.4.2 S7-200的系統(tǒng)的特點(diǎn) S7-2

37、00的CPU能為每個(gè)主機(jī)數(shù)字量輸入提供了脈沖捕捉功能，它可以使主機(jī)能夠捕捉小于一個(gè)掃描周期的短脈沖，并將其保持到主機(jī)讀到這個(gè)信號(hào)，但前提是只有通過濾波器后，脈沖捕捉才有效。2.5 裝配流水線控制要求傳送帶共有A、B、C、D、E、F、G7個(gè)個(gè)工位，工件從1號(hào)位裝入，分別在A（操作1）、B（操作2）、C（操作3）三個(gè)工位完成三種裝配工作，最后送入倉庫H，其他工位用于傳送工件，如圖2-3所示。 圖2-3裝配流水線系統(tǒng)流程圖2.6輸入/輸出地址分配其中I0.0 為系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕，I0.1為移位按鈕，I0.2為復(fù)位按鈕，Q0.1、Q0.2、Q0.3位ABC三個(gè)操作的輸出，Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0

38、.6為模擬傳送帶的輸出，Q0.7位模擬的倉庫輸出。表2-2 輸入/輸出繼電器地址分配表面板啟動(dòng)復(fù)位移位ABCPLCI0.0I0.2I0.1Q0.0Q0.1Q0.2面板DEFGHPLCQ0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.72.7控制程序的語句表LD I0.1 啟動(dòng)AN M0.1TON T37,+10 延時(shí)1SLD T37= M0.0 生產(chǎn)脈沖LD I0.1 移位O M0.5LD M0.2= M10.6LD M0.3= M12.4LD M0.4= M13.2LD M0.0 移位輸入SHRB M10.0,M10.1,+5SHRB M10.6,M10.7,+5SHRB M12.4,M12.5,+5S

39、HRB M13.2,M13.3,+5LD M10.5O M11.3O M13.1O M13.7EU= M1.0LD M1.1AN T58O M10.0= M1.1TON T47,+50 延時(shí)5SLD M1.1AN T47O M1.2= M20.0LD M20.4TON T48，+80 延時(shí)8SAN T48= M1.2LD M1.0SHRB M20.0，M20.1，+4 LD M20.0TON T39，+30 延時(shí)3SLD T39TON T40，+15 延時(shí)1.5SAN T40= M0.2LD M20.2TON T41，+30 延時(shí)3SLD T41TON T42，+15 延時(shí)1.5SAN T42

40、= M0.3LD M20.3TON T43,+30 延時(shí)3SLD T43TON T44，+15 延時(shí)1.5AN T44= M0.4LD M20.4TON T45，+30 延時(shí)3SLD T45TON T46，+15 延時(shí)1.5AN T46= M0.5LD M10.1O M10.7O M12.5O M13.3= Q0.3 傳送帶LD M10.2O M11.0O M12.2O M21.0= Q0.4 傳送帶LD M10.3O M11.1O M12.7O M21.1= Q0.5 傳送帶LD M10.4O M11.2O M13.0O M13.6= Q0.6 復(fù)位LD M20.1AN T39= Q0.0 操作1LD M20.2AN T41= Q0.1 操作2LD M20.3AN T43= Q0.2 操作3LD M20.4AN T45= Q0.7 倉庫LD I