項(xiàng)目五工作臺(tái)自動(dòng)往返PLC控制系統(tǒng)

項(xiàng)目五工作臺(tái)自動(dòng)往返PLC控制系統(tǒng)項(xiàng)目導(dǎo)入一相關(guān)知識(shí)

二應(yīng)用舉例

三【學(xué)習(xí)目標(biāo)】了解可編程控制器的產(chǎn)生過(guò)程、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展熟悉PLC的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和常用的編程語(yǔ)言掌握S7-200系列PLC的軟元件、基本指令和主要技術(shù)指標(biāo)能根據(jù)系統(tǒng)要求正確選擇PLC型號(hào)及參數(shù)會(huì)熟練使用S7-200系列PLC的STEP-Micro/WIN編程軟件進(jìn)行程序的編輯，上傳、下載程序及運(yùn)行、監(jiān)控程序能使用S7-200基本邏輯指令完成工作臺(tái)自動(dòng)往返PLC的軟硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)安裝調(diào)試能使用S7-200基本邏輯指令完成異步電動(dòng)機(jī)的Y—△降壓?jiǎn)?dòng)、自動(dòng)門等其他PLC控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試項(xiàng)目五工作臺(tái)自動(dòng)往返PLC控制系統(tǒng)一、項(xiàng)目導(dǎo)入

案例：工作臺(tái)自動(dòng)往返PLC控制硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)：梯形圖二、相關(guān)知識(shí)

（一）PLC基礎(chǔ)知識(shí)1．可編程控制器的產(chǎn)生60年代末，美國(guó)汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，各廠家生產(chǎn)汽車型號(hào)不斷更新—加工線也改變—重新配置控制系統(tǒng)，68年，美國(guó)最大的汽車制造商—通用汽車公司（GM）設(shè)想：計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用繼電器簡(jiǎn)單、方便；且編程和輸入簡(jiǎn)單化——取代原繼電器控制裝置。69年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC），研制出第一臺(tái)PLC，并在通用汽車公司（GM）生產(chǎn)線上裝配試用—成功—很快發(fā)展。9171年——日本生產(chǎn)PLC1973年——德、英、法我國(guó)—1974年2．可編程控制器的特點(diǎn)

1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)2）編程簡(jiǎn)單，使用方便：梯形圖3）功能強(qiáng)、

速度快，精度高，有邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)等功能，

4）通用性好：許多PC制成模塊式，可靈活組合5）V小，G輕，功能強(qiáng)，消耗底，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，不需專門機(jī)房和空調(diào)但：目前PLC價(jià)格還較高，高、中檔PLC使用需具有一定計(jì)算機(jī)知識(shí)—價(jià)廉—應(yīng)用—是實(shí)現(xiàn)機(jī)3．可編程控制器的分類

（1）按PLCI/O點(diǎn)數(shù)分：（2）按PLC結(jié)構(gòu)分：(3)按PLC功能：4．可編程控制器的應(yīng)用和發(fā)展

1）PLC應(yīng)用：用于邏輯控制：順序控制最基本用途：運(yùn)動(dòng)控制：機(jī)器人、電梯、機(jī)械手閉環(huán)控制：工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制：數(shù)據(jù)處理：加減乘除通信聯(lián)網(wǎng)：（2）發(fā)展：速度、容量、組網(wǎng)超小型和大型（二）PLC的基本結(jié)構(gòu)、編程語(yǔ)言、工作原理1．硬件組成以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)：硬件和軟件（1）輸入單元作用：是連接可編程控制器與其它外設(shè)之間的橋梁。對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波、隔離、電平轉(zhuǎn)換等，把輸入信號(hào)安全、可靠地傳送給CPU。

生產(chǎn)設(shè)備的控制信號(hào)通過(guò)輸入模塊傳送給CPU。常用的輸入信號(hào)：按鈕、位置開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)或電位器、傳感器、變送器原理按SB—發(fā)光二極管導(dǎo)通（LED燈亮）—在發(fā)光激勵(lì)下，光電二極管導(dǎo)通—驅(qū)動(dòng)內(nèi)部電路通斷采用了濾波和光電隔離RC濾波一個(gè)輸入單元—一個(gè)輸入繼電器—一個(gè)輸入點(diǎn)（1）輸入單元（2）輸出單元。開(kāi)關(guān)量輸出單元用于連接繼電器、接觸器、電磁閥線圈，是PLC的主要輸出口，是連接PLC與控制設(shè)備的橋梁。CPU運(yùn)算的結(jié)果通過(guò)輸出單元模塊輸出。輸出單元模塊通過(guò)將CPU運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行隔離和功率放大后來(lái)驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行元件。輸出單元類型很多，但是它們的基本原理是相似的。PLC有3種輸出方式：繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。圖5-8為PLC的3種輸出電路圖。

（2）輸出單元。三種輸出方式：繼電器輸出：a)線圈與觸頭已完全分離，故不再需要隔離措施，用于開(kāi)關(guān)速度要求不高且又需要大電流輸出2A負(fù)載能力，響應(yīng)10ms晶體管輸出：b)使用光電偶合器驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)晶體管要求快速開(kāi)斷或動(dòng)作頻繁，響應(yīng)0.2ms。晶閘管輸出：（2）輸出單元三種輸出方式：三種輸出方式：2．軟件系統(tǒng)（1）軟件分類：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件（2）應(yīng)用軟件常用的編程語(yǔ)言梯形圖、指令表、功能圖以及高級(jí)語(yǔ)言PLC梯形圖中是一種以圖形符號(hào)及圖形符號(hào)在圖中相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語(yǔ)言。由繼電器控制電路演變過(guò)來(lái)。指令表語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言類似

用一系列操作指令組成的語(yǔ)句表將控制流程描繪出來(lái)。序號(hào)操作碼操作數(shù)0LDI0.01OQ0.

02ANI0.13=Q0.04END3．基本工作原理PLC的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本上是一致的，可以簡(jiǎn)單地描述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過(guò)運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。但個(gè)人計(jì)算機(jī)與PLC的工作方式有所不同，計(jì)算機(jī)一般采用等待命令的工作方式如常用的鍵盤掃描或I/O掃描方式，當(dāng)鍵盤有健按下或I/O口有信號(hào)輸入時(shí)則中斷轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序。而PLC在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機(jī)，它采用循環(huán)掃描的工作方式。系統(tǒng)工作任務(wù)理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是循環(huán)掃描的工作方式。?PLC對(duì)用戶程序的執(zhí)行過(guò)程是：通過(guò)CPU的周期性的循環(huán)掃描的作方式。3．基本工作原理1、輸入處理：2、程序執(zhí)行：3、輸出處理：?特點(diǎn)：集中采樣，集中輸出工作方式。串行工作方式。優(yōu)：從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)缺：一定程度降低了系統(tǒng)響應(yīng)速度，既存在I/O滯后現(xiàn)象3．基本工作原理（三）S7-200系列PLC的內(nèi)部元器件1．S7-200系列PLC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（1）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。計(jì)算機(jī)中使用的都是二進(jìn)制數(shù)，在PLC中，通常使用位、字節(jié)、字、雙字來(lái)表示，數(shù)據(jù)占用的連續(xù)位數(shù)稱為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（2）數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)范圍。在S7-200系列中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存放數(shù)據(jù)的類型主要有布爾邏輯型（B00L）、整數(shù)型（INT）和實(shí)數(shù)型（REAL）。布爾邏輯型數(shù)據(jù)是由“0”或“1”構(gòu)成的字節(jié)型無(wú)符號(hào)整數(shù)；整數(shù)型數(shù)據(jù)包括16位單字和32位雙字的帶符號(hào)整數(shù)；實(shí)數(shù)型數(shù)據(jù)又稱浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，以32位的單精度數(shù)表示。

數(shù)據(jù)類型范圍數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、類型無(wú)符號(hào)整數(shù)有符號(hào)整數(shù)實(shí)數(shù)（單精度）字節(jié)（8位）0～255（十進(jìn)制）?128～+127（十進(jìn)制）0～FF（十六進(jìn)制）80～7F（十六進(jìn)制）字（16位）0～65535（十進(jìn)制）?32768～+32767（十進(jìn)制）0～FFFF（十六進(jìn)制）8000～7FFF（十六進(jìn)制）雙字（32位）0～4294967295（十進(jìn)制）?2147483648～+2147483647（十進(jìn)制）+1.175495E?38～

+3.402823E+38（正數(shù)）?1.175495E?38～

?3.402823E+38（負(fù)數(shù)）（十進(jìn)制）0～FFFFFFFF（十六進(jìn)制）80000000～7FFFFFFF（十六進(jìn)制）2．S7-200系列PLC的內(nèi)部元器件簡(jiǎn)介（1）輸入繼電器I作用：專門用來(lái)接受外部敏感元件或開(kāi)關(guān)發(fā)來(lái)的信號(hào)，PLC輸入端相連。?等效電路：I0.0～I(xiàn)0.7I1.0～I(xiàn)1.7I2.0～I(xiàn)2.72.輸出繼電器Q

1)作用：

將PLC的輸出信號(hào)送給輸出?？?，再驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，它有一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)（硬觸點(diǎn)）與PC的輸出端子相連，有一定的負(fù)載能力。

2)編號(hào)CPU216:Q0.0～Q0.7Q7.0～Q7.7

226：0.0－15.72．S7-200系列PLC的內(nèi)部元器件簡(jiǎn)介（3）輔助繼電器M

相當(dāng)于中間繼電器（中間狀態(tài)的暫存作用，也稱內(nèi)部標(biāo)志位）CPU226：

M0.0～M31.7“字節(jié)、位編址方式”4、變量寄存器V

編號(hào)：CPU226為：V0.0～V5119.75、特殊輔助繼電器SM（特殊標(biāo)志位）

SM：是用戶程序與系統(tǒng)程序之間的界面，為用戶提供一些特殊的控制

CPU216：SM0.0～SM179.72．S7-200系列PLC的內(nèi)部元器件簡(jiǎn)介SM0.0：運(yùn)行監(jiān)控，當(dāng)PLC運(yùn)行，SM0.0接通

SM0.1：初始化脈沖：PLC運(yùn)行開(kāi)始發(fā)一單脈沖

SM0.2：當(dāng)RAM中保存的數(shù)據(jù)丟失時(shí)，SM0.2ON一個(gè)掃描周期

SM0.3：PLC上電進(jìn)入RON狀態(tài)時(shí)，SM0.3ON一個(gè)掃描周期

SM0.4分脈沖：占空比為50%，周期1min的脈沖串

SM0.5秒脈沖：占空比為50%，周期1s的脈沖串

特殊標(biāo)志位（6）定時(shí)器：相當(dāng)與時(shí)間繼電器，用于延時(shí)控制，是對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘累計(jì)時(shí)間

有16bit的當(dāng)前值寄存器以及一個(gè)狀態(tài)位bit（T-bit）

型號(hào)CPU226

定時(shí)器T0～T255

保持型延時(shí)通：

1msT0、T64

10msT1～T4、T65～T68

100msT5～T31、T69～T95

延時(shí)通定時(shí)器：

1msT32、T96

10msT33～T36、T97～T100

100msT37～T63、T101～T255（7）計(jì)數(shù)器C

作用：主要用來(lái)累計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)，其設(shè)定值：程序定當(dāng)計(jì)數(shù)器當(dāng)前值大于等于設(shè)定值時(shí)，狀態(tài)位置1

編號(hào)：CPU226C0～C255

(8)高速計(jì)數(shù)器HSC

一般計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率受掃描周期的影響，不可以太高，高頻信號(hào)的計(jì)數(shù)可用指定的HSC

CPU212：有一個(gè)高速計(jì)數(shù)器HC0

CPU226：6個(gè)，HC0～HC5

(9)累加器ACS7200系列PLC提供4個(gè)32bit累加器，AC0～AC3

累加器支持字節(jié)（B）、字（W）和雙字（D）的存取

以字節(jié)或字為單位存取累加器時(shí)：訪問(wèn)累加器的低8位或低16位。(10)狀態(tài)元件S

CPU226：S0.0～S31.7(11)模擬量輸入/輸出（AIW/AQW）

AIW0、2、4……AQW范圍：AIW0～AIW62AQW0～AQW62

總結(jié)

輸入I：I0.0－15.7

輸出Q：Q0.0－Q15.7

位存儲(chǔ)器M：SM0.0－31.7

特殊存儲(chǔ)器SM:SM0.0－SM179.7

定時(shí)器T:T0－T255：接通延時(shí)：100ms:T37－T63

計(jì)數(shù)器：C0－C255

順序控制：S0.0－31.7

累加器：AC0－C3（五）S7-200系列PLC常用基本邏輯指令SIMATICS7-200系列PLC共有20多條邏輯指令：一、基本邏輯指令

1、邏輯取及線圈驅(qū)動(dòng)指令

LD：取指令：常開(kāi)觸點(diǎn)與母線連接

LDN：取非指令：常閉

=：（out）線圈驅(qū)動(dòng)2．觸點(diǎn)串聯(lián)A（And）和AN（AndNot）A：與指令，用于單個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)的串聯(lián)。AN：與非指令，用于單個(gè)常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)。指令表表示基本指令的用法3．觸點(diǎn)并聯(lián)指令O（Or）和ON（OrNot）O：?jiǎn)蝹€(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)。ON：?jiǎn)蝹€(gè)常閉觸點(diǎn)并聯(lián)。梯形圖指令：說(shuō)明：（1）LD、LDN指令不僅可以用于公共母線相連的觸點(diǎn)，還可以與塊指令OLD、ALD配合，用于分支回路的起點(diǎn)。（2）=指令不能用于驅(qū)動(dòng)輸入繼電器線圈。（3）=指令可連續(xù)使用若干次，相當(dāng)于線圈并聯(lián)。（4）A、AN、O、ON指令可多次重復(fù)使用。

案例：4．串聯(lián)電路塊并聯(lián)指令OLD（OrLoad）OLD：或塊指令，將一個(gè)串聯(lián)電路塊與前面的電路并聯(lián)，用于分支電路并聯(lián)。OLD指令應(yīng)用如圖5-17所示。OLD指令使用說(shuō)明如下。（1）編程原則：先組塊，后連接。（2）幾個(gè)串聯(lián)支路并聯(lián)時(shí)，支路的起點(diǎn)以LD（LDN）開(kāi)始，支路終點(diǎn)用OLD指令。（3）若需將多個(gè)支路并聯(lián)，從第二條支路開(kāi)始，在每一條支路后面加OLD指令，用這種方法編程，對(duì)并聯(lián)的支路個(gè)數(shù)沒(méi)有限制。（4）OLD指令沒(méi)有操作數(shù)。5．并聯(lián)電路塊的串聯(lián)指令A(yù)LD（AndLoad）ALD：與塊指令，將一個(gè)并聯(lián)電路塊與前面的電路串聯(lián)，用于分支電路串聯(lián)。ALD指令應(yīng)用由圖說(shuō)明

案例6．邏輯堆棧的操作

LPS:進(jìn)棧,將連接點(diǎn)先儲(chǔ)存

LRD:讀棧

LPP:出棧

7．置位/復(fù)位指令S/R

S:置位指令，使動(dòng)作保持

R:復(fù)位指令，使操作保持復(fù)位

?說(shuō)明：

8．脈沖生成指令EU/ED

EU：上沿微分，輸入信號(hào)上升沿產(chǎn)生脈沖輸出，前沿微分

ED：下沿微分，輸入信號(hào)下降沿產(chǎn)生脈沖輸出

EU：在對(duì)應(yīng)上升沿時(shí)產(chǎn)生一個(gè)寬度為一個(gè)

掃描周期的脈沖，驅(qū)動(dòng)其后面的輸出線案例9．定時(shí)器

案例定時(shí)器使用案例案例10．計(jì)數(shù)器-增計(jì)數(shù)器使用案例

案例10．計(jì)數(shù)器-增減計(jì)數(shù)器使用案例

案例（六）系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程及梯形圖設(shè)計(jì)規(guī)則

1、程序設(shè)計(jì)的步驟與方法：

1）熟悉控制對(duì)象，確定控制范圍

2)制定控制方案，進(jìn)行PLC選型

3)出I/O分配

4）設(shè)計(jì)梯形圖

5）編寫程序：

6）模擬調(diào)試

7）現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試2．梯形圖設(shè)計(jì)規(guī)則

1）線圈右邊無(wú)接點(diǎn)

2）水平不垂直

3）多上串右4）不允許畫(huà)電流交叉

5）雙線圈輸出不可用（七）S7-200系列PLC的

STEP-Micro/WIN編程軟件1．編程軟件STEP7-Micro/WIN的安裝2．STEP7-Micro/WIN編程軟件的主要功能3．建立S7-200CPU的通信4．STEP7-Micro/WIN窗口組件

STEP7-Micro/WIN窗口的首行主菜單包括“文件”、“編輯”、“查看”、“PLC”、“調(diào)試”、“工具”、“窗口”、“幫助”等，主菜單下方兩行為工具條快捷按鈕，其他為窗口信息顯示區(qū)（1）主菜單及子目錄的狀態(tài)信息。①文件。文件的操作有新建、打開(kāi)、關(guān)閉，保存、另存，導(dǎo)入、導(dǎo)出，上傳、下載，頁(yè)面設(shè)置，打印及預(yù)覽等功能。②編輯。編輯菜單提供程序的撤銷、剪切、復(fù)制、粘貼、全選、插入、刪除、查找、替換等子目錄，用于程序的修改操作。③查看。查看菜單的功能有6項(xiàng)：可以用來(lái)選擇在程序數(shù)據(jù)顯示窗口區(qū)顯示不同的程序編輯器，如語(yǔ)句表（STL）、梯形圖（LAD）、功能圖（FBD）；可以進(jìn)行數(shù)據(jù)塊、符號(hào)表的設(shè)定；對(duì)系統(tǒng)塊配置、交叉引用、通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；工具欄區(qū)可以選擇瀏覽欄、指令樹(shù)及輸出窗口的顯示與否；縮放圖像項(xiàng)可對(duì)程序區(qū)顯示的百分比等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定；對(duì)程序塊的屬性進(jìn)行設(shè)定。（1）主菜單及子目錄的狀態(tài)信息④PLC。PLC菜單用以建立與PLC聯(lián)機(jī)時(shí)的相關(guān)操作，如用軟件改變PLC的工作模式，對(duì)用戶程序進(jìn)行編輯，清除PLC程序及電源啟動(dòng)重置，顯示PLC信息及PLC類型設(shè)置等。⑤調(diào)試。調(diào)試菜單用于聯(lián)機(jī)形式的動(dòng)態(tài)調(diào)試，有單次掃描、多次掃描、程序狀態(tài)等選項(xiàng)。⑥工具。⑦窗口。窗口菜單可以選擇窗口區(qū)的顯示內(nèi)容及顯示形式（符號(hào)表、狀態(tài)表、數(shù)據(jù)塊、交叉引用）。⑧幫助。（2）工具條、5．程序編制及運(yùn)行（1）建立項(xiàng)目（用戶程序）（2）梯形圖編輯器④程序的編輯及參數(shù)設(shè)定⑤程序注釋帶符號(hào)表的梯形圖⑥程序的編譯及上傳、下載（3）程序的監(jiān)視、運(yùn)行、調(diào)試及其他。三、應(yīng)用舉