任務(wù)1.1 PLC控制三相異步電動機正反轉(zhuǎn)運行

PLC的基本構(gòu)成PLC概念PLC是ProgrammableLogicController的簡稱，又稱可編程邏輯控制器。PLC是以微處理器為核心，作為一種通用的工業(yè)自動控制裝置，它綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)。PLC概念工業(yè)自動化離不開PLC，在冶金、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。國產(chǎn)信捷PLC國產(chǎn)匯川PLC西門子PLCPLC概念PLC具有可靠性高、體積小、功能強、程序設(shè)計簡單、靈活通用及維護方便等一系列的優(yōu)點，因而，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一。通用PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括電源、CPU、存儲器、通訊接口、輸入和輸出。CPU是PLC的控制中樞，PLC在CPU的控制下有條不紊地協(xié)調(diào)工作，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場的各個設(shè)備進行控制。PLC概念PLC配有兩種存儲器，即系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。1.系統(tǒng)存儲器用來存放系統(tǒng)管理程序，用戶不能訪問和修改這部分存儲器的內(nèi)容。2.用戶存儲器用來存放編制的應(yīng)用程序和工作數(shù)據(jù)狀態(tài)。存放工作數(shù)據(jù)狀態(tài)的用戶存儲器部分也稱為數(shù)據(jù)存儲區(qū)，它包括輸入/輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)、定時器/計數(shù)器預(yù)置數(shù)和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)區(qū)及存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。S7-1200PLC基本構(gòu)成西門子S7-1200PLC，它設(shè)計緊湊、組態(tài)靈活且具有功能強大的指令集。該PLC具有通用PLC的組成結(jié)構(gòu)，但又具有自身特色，具體包括CPU、24V/5V電源、包括數(shù)字信號和模擬信號在內(nèi)的輸入信號處理回路、輸出信號處理回路、ROM/RAM存儲區(qū)、以太網(wǎng)卡等。西門子S7-1200的外觀西門子S7-1200的輸入部分在上端、輸出部分則在下端。輸入部分輸出部分西門子S7-1200的位元件在PLC中，一個輸入位元件接一個按鈕或傳感器等檢測型號，一個輸出位元件接一個接觸器等設(shè)備，其中輸入部分對應(yīng)的端口編號的形式為Ix.x，而輸出部分則對應(yīng)的端口編號的形式為Qx.x。西門子S7-1200的外觀在PLC中，一個輸入位元件接一個按鈕或傳感器等檢測型號，一個輸出位元件接一個接觸器等設(shè)備，因此為了匹配不同控制系統(tǒng)所需不同輸入輸出點數(shù)的需要，西門子公司推出了一系列的S7-1200PLC主控模塊，并以CPU作為前綴，如CPU1211C、CPU1212C、CPU1212FC、CPU1214C、CPU1214FC、CPU1215C、CPU1215FC、CPU1217C等。這里需要引起注意：單純的CPU是指計算機通常意義上的中央處理器；CPU模塊則特指西門子PLC的主控模塊。西門子S7-1200的外觀西門子S7-1200CPU模塊后綴包括AC/DC/Rly、DC/DC/Rly、DC/DC/DC等三種?，F(xiàn)在分別來說明一下，AC為供電電源為交流220V，DC符號在第一位時表示供電電源為直流24V電源、在第二位時表示輸入信號為直流24V信號、在第三位時表示輸出為固態(tài)MOSFET，RLY符號表示繼電器輸出。西門子S7-1200的應(yīng)用不同工程應(yīng)用中正確選擇所需的PLC類型PLC梯形圖編程基礎(chǔ)梯形圖編程與位元件PLC最常用的編程語言是梯形圖，它是最接近繼電器、線圈等電氣元件實體的符號編程方法，如

表示常開觸點、

表示常閉觸點、

表示輸出線圈。從自鎖電路轉(zhuǎn)化為梯形圖的轉(zhuǎn)化示意梯形圖編程與位元件元件定義梯形圖編程與位元件需要注意的是，停止按鈕SB2的接線方式跟梯形圖的常開或常閉表達容易產(chǎn)生歧義。當(dāng)SB2常開觸點接入到PLC為時，梯形圖中表達式為常閉；當(dāng)SB2常閉觸點接入到PLC為時，梯形圖中表達式為常開。常見三種位元件的種類、功能與符號PLC常見的三種位元件是輸入位元件、輸出位元件和內(nèi)部輔助位元件，在相關(guān)書籍中，也會采用繼電器一詞來代替位元件，比即輸入繼電器、輸出繼電器和內(nèi)部輔助繼電器。常見三種位元件的種類、功能與符號根據(jù)IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，PLC元件用百分數(shù)符號“%”開始，隨后是位置前綴符號；如果有位（bit）的分級，則用整數(shù)表示分級，并用小數(shù)點符號“.”分隔。常見三種位元件的種類、功能與符號（1）輸入位元件I輸入信號包括開關(guān)、按鈕、傳感設(shè)備、限位開關(guān)、接近傳感器、光電傳感器、狀態(tài)傳感器、真空開關(guān)、溫度開關(guān)、液位開關(guān)、壓力開關(guān)等，它可以用輸入位元件I來表示，即PLC與外部輸入點對應(yīng)的內(nèi)部存儲器儲存基本單元。它由外部送來的輸入信號驅(qū)動，輸入為0或1，用程序設(shè)計的方法不能改變輸入位元件的狀態(tài)，即不能對輸入位元件對應(yīng)的基本單元改寫。例如：%I0.0,%I0.1,…%I0.7,%I1.0,%I1.1,…，元件符號以I表示，順序以8進制編號。輸入位元件的接點（常開或常閉接點）可無限制地多次使用。常見三種位元件的種類、功能與符號（2）輸出位元件Q輸出設(shè)備包括閥門、電機接觸器、警報器、中間繼電器、指示燈等，它可以用輸出位元件Q來表示，即PLC與外部輸出點對應(yīng)的內(nèi)部存儲器儲存基本單元，輸出為0或1。例如：%Q0.0,%Q0.1,…%Q0.7,%Q1.0,%Q1.1,…，元件符號以Q表示，順序以8進制編號。輸出位元件的接點信號像輸入位元件信號一樣可無限制地多次使用。常見三種位元件的種類、功能與符號（3）內(nèi)部輔助位元件M內(nèi)部輔助位元件M與PLC外部沒有直接聯(lián)系，是PLC內(nèi)部的一種輔助繼電器,其功能與電氣控制電路中的中間繼電器一樣,它也對應(yīng)著PLC內(nèi)存的一個基本單元，它可由輸入位元件、輸出位元件接點以及其它內(nèi)部裝置的接點驅(qū)動，其接點也可以無限制地多次使用。例如：%M0.0,%M0.1,…%M0.7,%M1.0,%M1.1,…元件符號以M表示，順序以8進制編號。字節(jié)、字和雙字的尋址方式8位二進制數(shù)組成1個字節(jié)（即Byte），如圖a所示的%MB10是由%M10.0到%M10.7共8位的狀態(tài)構(gòu)成的，其中第二位字符B是字節(jié)Byte的首字母。由2個字節(jié)可以構(gòu)成1個字，即%MW10是由%M11.0到%M10.7共16位的狀態(tài)構(gòu)成，其中第二位字符W即字Word的首字母。由2個字構(gòu)成1個雙字，即%MD10是由%M13.0到%M10.7共32位的狀態(tài)構(gòu)成，其中第二位字符D是雙字DWord的首字母。圖a字節(jié)、字和雙字的尋址方式按照西門子的命名規(guī)范，以起始字節(jié)的地址作為字、雙字的地址，起始字節(jié)為最高位的字節(jié)，這一點尤其需要注意，因為不同的處理器它的規(guī)則不盡相同。圖b所示的最高字節(jié)是%MB10，因此%MW10=H0102，而不是H0201；同理，%MD10=H01020304，而不是H04030201。圖b位邏輯指令位邏輯符號與功能PLC是執(zhí)行邏輯控制的設(shè)備，位邏輯又是基本的邏輯控制。這里講的位邏輯又稱布爾邏輯。每一個布爾量就是指一個假或真狀態(tài)，通常用0來表示假、1來表示真。位邏輯符號與功能1.“與”邏輯“與”邏輯是指只有兩個操作數(shù)都是“1”時，結(jié)果才是“1”?！芭c”邏輯操作屬于短路操作，即如果第一個操作數(shù)能夠決定結(jié)果，那么就不會對第二個操作數(shù)求值；如果第一個操作數(shù)是“0”，則無論第二個操作數(shù)是什么值，結(jié)果都不可能是“1”，相當(dāng)于短路了右邊。2.“或”邏輯“或”邏輯是指如果一個操作數(shù)或多個操作數(shù)為“1”，則“或”運算符返回布爾值“1”；只有全部操作數(shù)為“0”，結(jié)果才是“0”。3.“非”邏輯“非”邏輯就是即邏輯取反。4.取反線圈取反線圈是指輸出“1”的時候斷開，輸出為“0”則接通。圖所示為輸出線圈與取反線圈對比，可以從梯形圖看出，兩種除了輸出剛好相反外，其余相同。從真值表可以看出兩者區(qū)別。5.“異或”邏輯“異或”邏輯是指如果a、b兩個值不相同，則異或結(jié)果為“1”；如果a、b兩個值相同，異或結(jié)果為“0”。異或也叫半加運算，其運算法則相當(dāng)于不帶進位的二進制加法。6.置位與復(fù)位在功能上，置位就是使得線圈為1，復(fù)位就是使得線圈為0。（R）為復(fù)位輸出，即輸出為“0”；（S）為置位輸出，即輸出為“1”；RESET_BF為復(fù)位域指令，將指定的地址開始的連續(xù)若干個地址復(fù)位(變?yōu)?狀態(tài)并保持)；SET_BF為置位域指令，將指定的地址開始的連續(xù)若干個地址置位(變?yōu)?狀態(tài)并保持)。6.置位與復(fù)位S7-1200還提供了兩個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，即SR復(fù)位優(yōu)先觸發(fā)器和RS置位優(yōu)先觸發(fā)器，優(yōu)先級是帶后綴“1”，比如R1為復(fù)位優(yōu)先、S1為置位優(yōu)先。（1）SR觸發(fā)器的邏輯為：S=0，R=0時，Q保持不變（0或1）；S=0，R=1時，Q=0；S=1，R=0時，Q=1；S=1，R=1時，Q=0。（2）RS觸發(fā)器的邏輯為：S=0，R=0時，Q保持不變（0或1）；S=0，R=1時，Q=0；S=1，R=0時，Q=1；S=1，R=1時，Q=1。PLC控制三相電動機正反轉(zhuǎn)運行任務(wù)實施任務(wù)描述用西門子S7-1200CPU1215CDC/DC/DCPLC來控制三相異步電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)

任務(wù)要求如下：1.按下按鈕A，電動機正轉(zhuǎn)；按下按鈕C，則電動機停止運行；按下按鈕B，電動機反轉(zhuǎn)，按下按鈕C，則同樣停止電動機運行。2.要求能實現(xiàn)電動機熱繼電器保護并進行指示。3.正確繪制PLC控制電氣圖，并完成線路裝接后上電。4.用編程軟件進行PLC硬件配置和軟件編程，并下載程序到實體PLC，經(jīng)調(diào)試后實現(xiàn)三相電動機的正反轉(zhuǎn)運行。第一步PLC輸入輸出分配從三相電動機正反轉(zhuǎn)控制電路出發(fā)，需要使用停止按鈕、正轉(zhuǎn)按鈕、反轉(zhuǎn)按鈕和熱繼電器故障信號作為PLC的輸入，故障指示燈、正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器則作為PLC的輸出。第一步PLC輸入輸出分配在I/O分配表中的按鈕等信號加上NC（常閉）、NO（常開），這是因為按鈕、熱繼電器等元件同時具有常閉、常開觸點，用戶可以根據(jù)實際情況來選擇。除了緊急情況下，部分元件必須用NC觸點，一般情況下的元件輸入都可以選擇NC和NO兩者中的其中一個，這一點在后續(xù)任務(wù)的輸入信號中有所體現(xiàn)，如停止按鈕可以接NC點，也可以接NO點，與之相應(yīng)的程序中的觸點也要做相應(yīng)更改。第二步PLC接線電氣原理與實物連接CPU1215CDC/DC/DC的進線電源部分為24VDC，輸入部分可以采取公共點1M接0V（即M端子）的漏型接法，輸出部分采用24VDC指示燈。由于常用的電動機接觸器線圈是交流220V，因此需要要用中間繼電器進行信號轉(zhuǎn)換，如圖中的正轉(zhuǎn)繼電器KA1和反轉(zhuǎn)繼電器KA2，分別來控制正轉(zhuǎn)接觸器KM1和反轉(zhuǎn)接觸器KM2。第二步PLC接線電氣原理與實物連接PLC實物連接，需要注意的是SB1停止按鈕和熱繼電器FR接的都是常閉觸點。第二步PLC接線電氣原理與實物連接接觸器KM1和KM2要進行電氣互鎖，同時要注意接觸器的線圈電壓為交流220V，它與PLC的聯(lián)系就是通過中間繼電器KA1和KA2來實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制。第三步編程環(huán)境下新建PLC項目自西門子公司在2009年發(fā)布第一款SIMATICSTEP7V10.5(STEP7Basic)以來，已經(jīng)發(fā)布的版本有V10.5、V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17等，支持西門子S7-1200/1500系列PLC。1.創(chuàng)建新項目第三步編程環(huán)境下新建PLC項目1.創(chuàng)建新項目選擇文件路徑，然后點擊“創(chuàng)建”按鈕。這里會提示當(dāng)前的版本號為V17，同時可以輸入作者和注釋。第三步編程環(huán)境下新建PLC項目1.創(chuàng)建新項目第三步編程環(huán)境下新建PLC項目1.創(chuàng)建新項目選擇6ES7215-1AG40-0XB0，并根據(jù)選擇實際的CPU版本進行選擇，如V4.5。需要注意的是，實際任務(wù)中用到的CPU版本會比較低，因此需要對版本進行相應(yīng)選擇。第三步編程環(huán)境下新建PLC項目1.創(chuàng)建新項目PLC安全設(shè)置，包括保護機密的PLC數(shù)據(jù)、PG/PC和HMI的通訊模式、PLC訪問保護等第三步編程環(huán)境下新建PLC項目1.創(chuàng)建新項目第三步編程環(huán)境下新建PLC項目1.創(chuàng)建新項目菜單欄包含工作所需的命令，符號欄提供了常用命令的按鈕使用戶可以更快速地訪問這些命令。項目樹顯示整個項目的各種元素，詳細視圖將顯示總覽窗口或項目樹中所選對象的特定內(nèi)容。工作區(qū)，主要的編程等工作都在這里完成，其中有一條分隔線用于分隔程序界面的各個組件，可使用分隔線上的箭頭顯示和隱藏用戶界面的相鄰部分。第三步編程環(huán)境下新建PLC項目2.硬件配置第一種是選擇“項目樹→任務(wù)1.1→PLC_1[CPU1215CDC/DC/DC]”后按右鍵，再選擇“屬性”；第二種是在設(shè)備視圖中，點擊CPU模塊，再按右鍵選擇“屬性”。第三步編程環(huán)境下新建PLC項目2.硬件配置S7-1200提供了I/O自由地址的功能，它可以對I/O地址進行起始地址的自由選擇，如0-1022均可以。第三步編程環(huán)境下新建PLC項目3.梯形圖編程選擇“項目樹→任務(wù)1.1→PLC_1[CPU1215CDC/DC/DC]→程序塊→Main[OB1]”，就是梯形圖編程的地方。第三步編程環(huán)境下新建PLC項目3.梯形圖編程簡單編程時，用戶要創(chuàng)建程序，只需將

中的圖符拖拽入到相應(yīng)程序段即可；相對復(fù)雜編程時，則需要用到圖所示的指令窗口，包括基本指令、擴展指令、工藝、通訊和選件包。第三步編程環(huán)境下新建PLC項目3.梯形圖編程第三步編程環(huán)境下新建PLC項目3.梯形圖編程完成一個程序段第三步編程環(huán)境下新建PLC項目3.梯形圖編程選擇復(fù)制功能第三步編程環(huán)境下新建PLC項目4.變量命名第一種是在梯形圖編輯環(huán)境中直接右鍵選擇“重命名變量”命令進行定義；第二種則是在項目樹中進行修改第三步編程環(huán)境下新建PLC項目4.變量命名第一種是在梯形圖編輯環(huán)境中直接右鍵選擇“重命名變量”命令進行定義；第二種則是在項目樹中進行修改第三步編程環(huán)境下新建PLC項目4.變量命名變量名稱命名后，博途項目中的所有編輯器（例如程序編輯器、設(shè)備編輯器、可視化編輯器和監(jiān)視表格編輯器）均可訪問這些變量。當(dāng)然，變量定義也可以在程序編輯前完成，這樣PLC編輯的時候，可以直接在<??.?>中進行變量選擇，而無需直接輸入。排列順序第三步編程環(huán)境下新建PLC項目4.變量命名第四步以太網(wǎng)通訊設(shè)置與程序調(diào)試1.下載之前的以太網(wǎng)通訊設(shè)置直連通過路由器/交換機連接第四步以太網(wǎng)通訊設(shè)置與程序調(diào)試1.下載之前的以太網(wǎng)通訊設(shè)置（1）IP地址每個設(shè)備也都必須具有一個Internet協(xié)議(IP)地址，且不能重復(fù)。該地址使設(shè)備可以在更加復(fù)雜的路由網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)。每個IP地址分