可編程控制技術(shù)

1、可編程控制技術(shù)第1頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二 第5章 可編程控制技術(shù)重點(diǎn)與難點(diǎn)本章重點(diǎn)：1S7-200PLC硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，熟悉基本模塊和擴(kuò)展模塊的正確選用2S7-200基本指令3PLC順序控制程序設(shè)計(jì)方法本章難點(diǎn)：1S7-200基本指令和常用功能指令的應(yīng)用2典型生產(chǎn)線的PLC控制設(shè)計(jì)和編程第2頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.1 PLC概述5.1.1 PLC特點(diǎn)及應(yīng)用1.特點(diǎn)：1）可靠性高，抗干擾 2）功能完善、通用性強(qiáng) 3）編程簡單、使用方便 4）調(diào)試快捷，維修方便 5）體積小、重量輕、能耗低2.應(yīng)用：可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)量控制、運(yùn)動控制

2、 、模擬量控制 、過程控制 、數(shù)據(jù)處理 、通信及聯(lián)網(wǎng)等功能。 第3頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.1 PLC概述5.1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)指標(biāo) 1.基本結(jié)構(gòu)：PLC也是一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)一般由中央處理器、存儲器、I/O接口和外設(shè)等組成。PLC軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)程序和用戶程序。 2.技術(shù)指標(biāo)： PLC技術(shù)指標(biāo)有一般技術(shù)指標(biāo)和功能技術(shù)指標(biāo)兩類。第4頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.1 PLC概述5.1.3 國內(nèi)外典型可編程控制器選用 1.德國西

3、門子公司：S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400機(jī)（大型）。 2.美國AB（AlienBradley）：ControlLogix、SLC系列、MicroLogix系列。 3.法國莫迪康公司(施奈德)：TSX Neza PLC、MODICON TSX Quantum、MODICON TSX Premium、MODICON TSX Momentum PLC、MODICON TSX Micro、 MODICON TSX Compact等。 4.日本OMRON公司：微型CPM系列PLC、 中小型CJ系列PLC、大中型CS、CV系列PLC。 5.日本三菱公司：FXZ系列PLC，它的中、

4、大型機(jī)為A系列。 6.國內(nèi)無錫華光：SU、SG系列PLC。第5頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.1 PLC概述5.1.3 國內(nèi)外典型可編程控制器選用 分類 定義 特點(diǎn)或功能小型PLC小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在128點(diǎn)以下其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令中型PLC中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點(diǎn)數(shù)一般在2561024點(diǎn)之間I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即

5、在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快大型PLC一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大型PLC大型PLC的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化第6頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.2 S7200PLC的硬件系統(tǒng)1. S7-200PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第7頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.2 S7200PLC的硬件系統(tǒng)2. S7-200PLC CPU模塊 S7-200系列PL

6、C是一類小型PLC，PLC將一個微處理器（CPU）、若干I/O點(diǎn)和一個集成電源集成在一個緊湊的機(jī)殼內(nèi)，統(tǒng)稱為CPU模塊?，F(xiàn)常用S7-200系列CPU型號有：CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM等。 第8頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.2 S7200PLC的硬件系統(tǒng)3. S7-200PLC數(shù)字量模塊 各不同數(shù)字量模塊的主要性能見表5-3。表5-3 數(shù)字量模塊主要性能一覽表數(shù)字量擴(kuò)展模塊型號EM221EM222EM223輸入點(diǎn)數(shù)8點(diǎn)無4/8/16點(diǎn)輸出點(diǎn)數(shù)無8點(diǎn)4/8/16點(diǎn)輸入電壓24V DC30V DC(最大)輸出電壓20.4V28.8V

7、DC或20V250V AC20.4V28.8V DC或5V30V DC、5V250V AC輸出類型DC輸出/繼電器輸出DC輸出/繼電器輸出電能消耗(+5V DC)30mA50mA40 mA/100 mA/160 mA第9頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.2 S7200PLC的硬件系統(tǒng)4. S7-200PLC模擬量模塊 以組合模塊EM235為例說明其模擬量I/O接線方式。 第10頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.2 S7200PLC的硬件系統(tǒng)5. S7-200PLC模塊地址分配 擴(kuò)展模塊0擴(kuò)展模塊1擴(kuò)展模塊2擴(kuò)展模塊3擴(kuò)展模塊4CPU224EM

8、223(4I/4O)EM221(8I)EM235(4AI/1AO)EM222(8O)EM235(4AI/1AO)過程映像區(qū)I/O寄存器分配地址I0.0 Q0.0I0.1 Q0.1I0.2 Q0.2I0.3 Q0.3I0.4 Q0.4I0.5 Q0.5I0.6 Q0.6I0.7 Q0.7I1.0 Q1.0I1.1 Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I2.0 Q2.0I2.1 Q2.1I2.2 Q2.2I2.3 Q2.3I3.0I3.1I3.2I3.3I3.4I3.5I3.6I3.7AIW0 AQW0AIW2AIW4AIW6Q3.0Q3.1Q3.2Q3.3Q3.4Q3.5Q3.6Q3.7AI

9、W8 AQW4AIW10AIW12AIW14第11頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.2 S7200PLC的硬件系統(tǒng)6. S7-200PLC溫度模塊 熱電偶模塊與熱電阻模塊的接線端子與接線方式有較大區(qū)別。一個熱電偶傳感器輸入只需連接兩個接口，屏蔽層接地。一個熱電阻傳感器輸入需要4個接口，屏蔽層接地。 第12頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二53 PLC編程軟件S7-200編程現(xiàn)在常用4.0版本軟件 第13頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二53 PLC編程軟件美國AB（ControlLogix、SLC、MicroLogix系列）

10、編程軟件 第14頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二53 PLC編程軟件日本三菱公司系列編程軟件 第15頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二53 PLC編程軟件松下PLC編程軟件 第16頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二53 PLC編程軟件北京凱迪恩公司PLC編程軟件 第17頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng) 5.4.1存儲器的數(shù)據(jù)類型與尋址方式 1數(shù)據(jù)類型與單位 S7-200 系列PLC數(shù)據(jù)類型有布爾型、整型和實(shí)型。常用的單位有位、字節(jié)、字和雙字。 2數(shù)據(jù)的尋址方式 S7-20

11、0 CPU將信息儲存在不同的存儲器單元中，每個單元都有地址。S7-200 CPU使用數(shù)據(jù)地址訪問所有的數(shù)據(jù)，稱為尋址。在S7-200系統(tǒng)中，可以按位、字節(jié)、字和雙字對存儲單元尋址。第18頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.2常用基本指令1位邏輯指令 位邏輯指令主要用來完成基本的位邏輯運(yùn)算及控制。 （1）LD、LDN和=（OUT）指令 LD （Load）、LDN（Load Not）為取指令。 =（OUT）是輸出指令 第19頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.2常用基本指令1位邏

12、輯指令（2）A和AN指令 A（And）為邏輯“與”指令，用于動合觸點(diǎn)的串聯(lián)。AN（And Not）為邏輯“與非”指令，用于動斷觸點(diǎn)的串聯(lián)。 第20頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.2常用基本指令1位邏輯指令（3）O和ON指令 O（Or）為邏輯“或”指令，用于動合觸點(diǎn)的并聯(lián)。ON（Or Not）為邏輯“或非”指令，用于動斷觸點(diǎn)的并聯(lián)。 第21頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.2常用基本指令1位邏輯指令（4）ALD指令和OLD指令 ALD 實(shí)現(xiàn)多個指令塊的“與”運(yùn)算。OLD

13、實(shí)現(xiàn)多個指令塊的“或”運(yùn)算。ALD指令和OLD指令是無操作數(shù)指令。 第22頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.2常用基本指令2堆棧指令S7-200系列PLC使用一個9層堆棧來處理所有邏輯操作，它和計(jì)算機(jī)中的堆棧結(jié)構(gòu)相同，是一組能夠存儲和取出數(shù)據(jù)的暫存單元，其特點(diǎn)是“先進(jìn)后出”。包括邏輯入棧(LPS)、邏輯讀棧(LRD)、邏輯出棧（LPP）和裝入堆棧(LDS)指令。 第23頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.2常用基本指令3置位/復(fù)位指令 S（SET）為置位指令，將從bit開始

14、的N個元件置1并保持。R（RESET）為復(fù)位指令，將從bit開始的N個元件置0并保持。N的取值為1255。 第24頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.2常用基本指令4.微分指令 微分指令又叫邊沿觸發(fā)指令，分為上升沿微分和下降沿微分指令。EU（Edge UP）為上升沿微分指令，其作用是在上升沿產(chǎn)生脈沖。 ED（Edge Down）為下降沿微分指令，其作用是在下降沿產(chǎn)生脈沖。第25頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.2常用基本指令5.取反指令 NOT為取反指令，將其左邊電路的邏輯

15、運(yùn)算結(jié)果取反，邏輯運(yùn)算結(jié)果若為1則變?yōu)?，為0則變?yōu)?。 第26頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.2常用基本指令6.數(shù)據(jù)處理指令 包括比較指令和傳送指令兩種。（1）比較指令 比較指令用于比較兩個數(shù)值或字符串，滿足比較關(guān)系式給出的條件時，觸點(diǎn)閉合。數(shù)值比較指令的運(yùn)算符有：=、和等6種。而字符串比較指令只有=和兩種。 第27頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.2常用基本指令6.數(shù)據(jù)處理指令 包括比較指令和傳送指令兩種。（2）傳送指令 傳送指令在不改變原存儲單元值（內(nèi)容）的情況下

16、，將IN（輸入端存儲單元）的值復(fù)制到OUT（輸出端存儲單元）中。可用于存儲單元的清零、程序初始化等場合。第28頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.3 定時器和計(jì)數(shù)器指令1. 定時器指令 定時器指令用來規(guī)定定時器的功能，S7-200 CPU提供了256個定時器，共有3種類型：接通延時定時器（TON）、有記憶接通延時定時器（TONR）和斷開延時定時器（TOF）。定時器對時間間隔計(jì)數(shù)，時間間隔稱為分辨率，又稱為時基。定時器有3種分辨率：lms、10ms和100ms。最常用的是T37T63和T101T255，定時時間為100ms，最長定時為3

17、276.7s。第29頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.3 定時器和計(jì)數(shù)器指令2.計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器主要用于累計(jì)輸入脈沖的次數(shù)。S7-200 CPU提供了256個計(jì)數(shù)器，共分為以下3種類型：增計(jì)數(shù)器(CTU)、減計(jì)數(shù)器（CTD）和增減計(jì)數(shù)器（CTUD）。 第30頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.4 程序控制指令1. 循環(huán)指令 循環(huán)指令主要用于反復(fù)執(zhí)行若干次相同功能程序的情況。循環(huán)指令有兩條：FOR和NEXT。FOR為循環(huán)開始指令，用來標(biāo)記循環(huán)體的開始。NEXT為循環(huán)結(jié)束指令，

18、用來標(biāo)記循環(huán)體的結(jié)束，并將堆棧的棧頂值設(shè)為1。當(dāng)驅(qū)動FOR指令的邏輯條件滿足時，反復(fù)執(zhí)行FOR與NEXT之間的指令。在FOR指令中，需要設(shè)置指針I(yè)NDX（或稱為當(dāng)前循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器）、起始值INIT和結(jié)束值FINAL，它們的數(shù)據(jù)類型均為整數(shù)。 第31頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.4 程序控制指令2跳轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)指令包括：跳轉(zhuǎn)指令JMP和標(biāo)號指令LBL。當(dāng)條件滿足時，跳轉(zhuǎn)指令JMP使程序轉(zhuǎn)到對應(yīng)的標(biāo)號LBL處，標(biāo)號指令用來表示跳轉(zhuǎn)的目的地址。跳轉(zhuǎn)和標(biāo)號指令可以用在主程序、子程序或中斷程序中，但JMP和對應(yīng)的LBL指令必須總是在同一程序

19、塊中。第32頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5.4 S7200PLC指令系統(tǒng)5.4.4 程序控制指令3停止指令STOP和結(jié)束指令 。停止指令STOP可使PLC從運(yùn)行（RUN）模式進(jìn)入停止（STOP）模式，即立即終止程序的執(zhí)行。STOP指令可以用在主程序、子程序和中斷程序中。結(jié)束指令包括兩條：END和MEND。其中END為條件結(jié)束指令，不能直接連接母線。當(dāng)條件滿足時結(jié)束主程序，并返回主程序的第一條指令執(zhí)行。MEND為無條件結(jié)束指令，直接連接母線。程序執(zhí)行到此指令時，立即無條件結(jié)束主程序，并返回第一條指令。這兩條指令都只能在主程序中使用，不能在子程序或中斷服務(wù)程序中。第33

20、頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二55 PLC程序設(shè)計(jì)方法5.5.1 翻譯法設(shè)計(jì)程序翻譯法設(shè)計(jì)PLC梯形圖就是根據(jù)繼電器電路圖直接翻譯成梯形圖的方法，所以有時又稱改造法。具體步驟如下： 1) 了解和熟悉被控設(shè)備的工藝過程和機(jī)械的動作情況，根據(jù)繼電器電路圖分析和掌握控制系統(tǒng)的工作原理。2）確定PLC的輸入信號和輸出負(fù)載，以及與它們對應(yīng)的梯形圖中的輸入和輸出地址，畫出PLC的外部接線圖。3）確定與繼電器電路圖的中間繼電器、時間繼電器對應(yīng)的梯形圖中的位存儲器（M）和定時器（T）的地址。這兩步建立了繼電器電路圖中的元件和梯形圖中編程元件的地址之間的對應(yīng)關(guān)系。4）根據(jù)上述對應(yīng)關(guān)系畫

21、出梯形圖。第34頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二55 PLC程序設(shè)計(jì)方法5.5.2 經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)程序在一些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求和邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)梯形圖并不斷地修改和完善。 例1：有記憶功能的電路第35頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二55 PLC程序設(shè)計(jì)方法5.5.2 經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)程序例2：三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路第36頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二55 PLC程序設(shè)計(jì)方法5.5.2 經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)程序例2：三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制程序 第37頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二5

22、5 PLC程序設(shè)計(jì)方法5.5.3 順序功能圖法設(shè)計(jì)程序 順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地有秩序地進(jìn)行操作。使用順序控制設(shè)計(jì)法時首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)出梯形圖。有的PLC為用戶提供了順序功能圖語言，在編程軟件中生成順序功能圖后便完成了編程工作。 1使用起保停電路的順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法（略） 2以轉(zhuǎn)換為中心的順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法（略） 3使用SCR指令的順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法（詳細(xì)介紹）第38頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二55 PLC程序設(shè)

23、計(jì)方法 3使用SCR指令的順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法（1）單序列的編程方法。在設(shè)計(jì)梯形圖時，用LSCR（梯形圖中為SCR）和SCRE指令表示SCR段的開始和結(jié)束。在SCR段中用SM0.0的常開觸點(diǎn)來驅(qū)動在該步中應(yīng)為l狀態(tài)的輸出點(diǎn)（Q）的線圈，并用轉(zhuǎn)換條件對應(yīng)的觸點(diǎn)或電路來驅(qū)動轉(zhuǎn)換到后續(xù)步的XCRT指令。注意：不能在SCR段之間使用JMP及LBL指令，即不允許用跳轉(zhuǎn)的方法跳入或跳出SCR段；不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令。 第39頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二55 PLC程序設(shè)計(jì)方法 3使用SCR指令的順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法（1）單序列的編程方法。第40頁

24、，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二55 PLC程序設(shè)計(jì)方法 3使用SCR指令的順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法（2）選擇序列與并行序列的編程方法 第41頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二56 S7-200PLC在煉鋼廠喂絲機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用工程說明：特種煉鋼通常需要添加一些微量元素以改變鋼的物理結(jié)構(gòu)。由于煉鋼時，鋼水表面會有一層較厚的鋼渣，因此，喂料系統(tǒng)必須能夠穿透鋼渣，直接送入鋼水中。自動喂料控制系統(tǒng)（喂絲機(jī)）可以有效解決這一難題。一般的做法是，通過包絲機(jī)將微量元素包裹在鋼制絲線中，并將絲線盤繞在繞絲盤上備用，通過喂絲機(jī)將絲線以一定的速度穿透鋼渣送入鋼水中。下面就以煉鋼廠喂絲機(jī)控制系統(tǒng)為例討論S7-200控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。第42頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二56 S7-200PLC在煉鋼廠喂絲機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用5.6.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 喂絲機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由移動平臺、導(dǎo)管升降、送線部分和計(jì)量部分組成。第43頁，共46頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)12分，星期二56 S