4-2 C620型車床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造10.18

課程名稱：《數(shù)控機(jī)床電氣控制》主講人：劉保朝陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)習(xí)情境四：PLC基本指令編程及應(yīng)用項目4-2C620型車床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造（課時：6學(xué)時）學(xué)習(xí)導(dǎo)航項目布置C620型車床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造項目任務(wù)知識準(zhǔn)備梯形圖語言基礎(chǔ)、PLC梯形圖語言的編程原則、位邏輯指令任務(wù)描述任務(wù)實施C620型車床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造內(nèi)容和要求創(chuàng)建C620型車床PLC改造項目、完成硬件組態(tài)、程序設(shè)計和項目仿真任務(wù)4.2C620型車床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造學(xué)習(xí)導(dǎo)航【能力目標(biāo)】1.能夠初步認(rèn)識梯形圖的語言，感知梯形圖與繼電器控制電路設(shè)計方法的相同點和差異；2.能夠運(yùn)用位邏輯指令編寫簡單程序段；3.用經(jīng)驗設(shè)計法編制控制電路的梯形圖，學(xué)會使用軟元件定時器的應(yīng)用。4.能夠編寫傳送帶順序啟?？刂瞥绦?；5.能完成普通機(jī)床基于PLC控制的電路改造和控制程序設(shè)計；1.掌握梯形圖的語言基礎(chǔ)；2.初步理解PLC梯形圖語言的編程原則；3.掌握位邏輯指令的功能、格式、編程方法；4.掌握電動機(jī)順序啟?？刂频挠猛九c控制方法；【知識目標(biāo)】一、項目布置項目4-2C620型車床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造1.1項目引入在中國“一五”和“二五”時期，沈陽鐵西機(jī)床行業(yè)被稱為“中國機(jī)床的故鄉(xiāng)”。在百廢待興的新中國，機(jī)床國產(chǎn)化更是民族獨(dú)立和工業(yè)獨(dú)立的象征。沈陽第一機(jī)床廠工人們通過發(fā)揚(yáng)艱苦奮斗的優(yōu)良傳統(tǒng)和精益求精的工匠精神。根據(jù)蘇聯(lián)圖紙，通過4個月的樣機(jī)試制，終于在1955年研制出通過成功研制C620-1機(jī)床，將當(dāng)時中國機(jī)床工業(yè)發(fā)展到一個全新的水平。在上世紀(jì)五六十年代，C620-1機(jī)床年產(chǎn)量達(dá)2200臺，產(chǎn)量占全國同類產(chǎn)品的八成以上，是全國機(jī)床行業(yè)‘十八羅漢’之首?！?958年沈陽水泵廠就利用這臺機(jī)床生產(chǎn)出了新中國第一臺DG270-150型高壓鍋爐給水泵轉(zhuǎn)子部件。為彰顯它所作出的歷史性貢獻(xiàn)，1960年國家發(fā)行新版人民幣時，它的身影就出現(xiàn)在了2元人民幣上。如今，這臺機(jī)床已經(jīng)成為中國工業(yè)博物館的鎮(zhèn)館之寶，如圖1所示。現(xiàn)有1個電源開關(guān)開關(guān)、2個按鈕、1個旋鈕開關(guān)、4個熔斷器、1個S7-1200PLC（CPU1214C版本4.2）、1個交流接觸器、2個三相熱繼電器和電路導(dǎo)線若干，請完成以下任務(wù)。任務(wù)1：完成C620電氣改造的控制線路設(shè)計、分析與接線調(diào)試任務(wù)2：完成基于PLC控制的C620電氣改造的控制程序設(shè)計與調(diào)試1.2項目任務(wù)描述思考與討論：3.如何改在機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)PLC改造的原則是什么？1.為什么要對普通機(jī)床進(jìn)行PLC改造？1.3問題思考2.基于PLC控制的C620電氣改造的控制程序設(shè)計原則時什么？PLC是專為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，主要使用者是工廠電氣技術(shù)人員。為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC采用面向工業(yè)生產(chǎn)控制過程、面向工程問題的“自然語言”編程。國際電工委員會（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可編程控制器語言標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定了下述5種編程語言：功能表圖（sequentialfunctionchart）、梯形圖（Ladderdiagram）、功能塊圖（Functionblackdiagram）、指令表（Instructionlist）、結(jié)構(gòu)文本（structuredtext）。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。2.1PLC的語言簡介二、知識儲備1）梯形圖編程語言梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電氣控制電路圖相呼應(yīng)，和電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖的設(shè)計被稱為編程。梯形圖沿用了繼電器、觸點、串并聯(lián)等術(shù)語和類似的圖形符號，并簡化了符號，還增加了一些功能性的指令。觸點和線圈組成的電路稱為程序段(network，網(wǎng)絡(luò))，Step7Basic自動為程序段編號。梯形圖是融邏輯操作、控制于一體，面向?qū)ο蟮?、實時的、圖形化的編程語言。2）功能塊圖編程語言功能塊圖類似于數(shù)字電路的邏輯功能圖來表示控制邏輯。一般用一種功能方框表示一種特定的功能，框圖內(nèi)的符號表達(dá)了該功能塊圖的功能。功能塊圖是圖形化的高級編程語言。通過軟連接的方法把所需的功能塊圖連接起來，用于實現(xiàn)系統(tǒng)的控制。功能塊圖的表示格式有利于程序流的跟蹤。3）語句表編程語言

語句表是用助記符來表達(dá)PLC的各種控制功能的。它類似于計算機(jī)的匯編語言，但比匯編語言直觀、易懂、編程簡單，因此也是應(yīng)用很廣泛的一種編程語言?？墒褂煤喴拙幊唐骶幊?，但比較抽象，一般與梯形圖語言配合使用，互為補(bǔ)充。參考繼電器控制系統(tǒng)的PLC編程方法傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)電路可分為主電路和控制電路。這種控制電路采：PLC控制技術(shù)重新設(shè)計，基本上是：用PLC替代繼電器控制系統(tǒng)就是替代電氣控制電路圖中的控制電路部分，而主電路部分基本保持不變。把PLC內(nèi)部看作成許多“軟繼電器”，然后模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法，仍然按照設(shè)計繼電器控制電路的形式來編制程序，這就是梯形圖編程方法。因此，梯形圖與繼電器控制電路圖相呼應(yīng)，使用起來極為方便。繼電器電動機(jī)啟、?？刂齐娐冯妱訖C(jī)啟、停PLC控制梯形圖2.2梯形圖語言基礎(chǔ)1）梯形圖中的基本編程元素：觸點、線圈和方框觸點：代表邏輯控制條件。觸點閉合時表示能量可以流過。觸點分常開觸點(—||—)和常閉觸點(一|／|一)兩種形式線圈：通常代表邏輯“輸出”的結(jié)果。能量流到，則該線圈被激勵。方框：代表某種特定功能的指令。能量流通過方框時，則執(zhí)行方框所代表的功能。方框所代表的功能有多種，例如：定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)運(yùn)算等。1、梯形圖由觸點、線圈和用方框表示的指令框組成，這樣組成的電路稱為程序段；2、梯形圖中的繼電器繼電器、接點、線圈不是物理的，是PLC存儲器中的位(1=ON；0=OFF)；編程時常開/常閉接點可無限次引用，線圈輸出只能是一次；3、梯形圖中流過的不是物理電流而是“概念電流”，規(guī)定只能從左向右流；4、用戶程序的運(yùn)算是根據(jù)PLC的輸入/輸出映象寄存器中的內(nèi)容，邏輯運(yùn)算結(jié)果可以立即被后面的程序使用；5、PLC的內(nèi)部繼電器不能輸出，只能存放邏輯控制的中間狀態(tài)；6、輸出線圈不能直接驅(qū)動現(xiàn)場的執(zhí)行元件，通過I/O模塊上的功率器件來驅(qū)動。2）PLC梯形圖語言的編程原則3）梯形圖與繼電器控制電路圖兩者之間差異(1)PLC采用梯形圖編程是模擬繼電器控制系統(tǒng)的表示方法，因而梯形圖內(nèi)各種元件也沿用了繼電器的叫法，稱之為“軟繼電器”。梯形圖中的軟繼電器不是物理繼電器，每個軟繼電器作為存儲器中的1位。相應(yīng)位為“1”態(tài)，表示該繼電器線圈“通電”；相反，相應(yīng)位為“0”態(tài)，表示該繼電器線圈“斷電”，故稱之為“軟繼電器”。用軟繼電器就可以按繼電器控制系統(tǒng)的形式來設(shè)計梯形圖。(2)梯形圖中流過的是“能流”，它只能從左到右、自上而下流動?！澳芰鳌辈辉试S倒流。能流到，線圈則接通。能流是用戶程序運(yùn)算中滿足輸出執(zhí)行條件的形象表示方式。繼電器控制系統(tǒng)中的電流是不受方向限制的，導(dǎo)線連接到哪里，電流就可流到那里。

(3)梯形圖中的常開、常閉觸點不是現(xiàn)場物理開關(guān)的觸點。它們對應(yīng)輸入、輸出映像寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中的相應(yīng)位的狀態(tài)，而不是現(xiàn)場物理開關(guān)的觸點狀態(tài)。因此在梯形圖中同一元件的一對常開、常閉觸點的切換沒有時間的延遲，常開常閉觸點只是互為相反狀態(tài)。而繼電器控制系統(tǒng)大多數(shù)的電器是屬于先斷后合型的電器。(4)梯形圖中的輸出線圈不是物理線圈，不能用它直接驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸出線圈的狀態(tài)對應(yīng)輸出映像寄存器相應(yīng)位的狀態(tài)，而不是現(xiàn)場電磁開關(guān)的實際狀態(tài)。(5)編制程序時，PLC內(nèi)部繼電器的接點原則上無限次反復(fù)使用，因為存儲單元中的位狀態(tài)可取用任意次；繼電器控制系統(tǒng)中的繼電器觸點數(shù)是有限的。但是可編程序控制器內(nèi)部的線圈通常只引用一次，所以應(yīng)慎重對待重復(fù)使用同一地址編號的線圈。位邏輯指令處理的對象為二進(jìn)制位信號。位邏輯指令掃描信號狀態(tài)“1”和“0”位，并根據(jù)布爾邏輯對它們進(jìn)行組合，所產(chǎn)生的結(jié)果（“1”或“0”）稱為邏輯運(yùn)算結(jié)果，存儲在邏輯運(yùn)算結(jié)果“RLO”中。常用的位邏輯指令2.3位邏輯操作指令位常閉觸點常閉觸點（動斷觸點）則對“0”掃描相應(yīng)操作數(shù)。在PLC中規(guī)定：若操作數(shù)是“1”則常閉觸點“動作”，即觸點“斷開”；若操作數(shù)是“0”，則常閉觸點“復(fù)位”，即觸點仍保持閉合。常閉觸點所使用的操作數(shù)是：I、Q、M、L、D、T、C

常開觸點對于常開觸點，則對“1”掃描相應(yīng)操作數(shù)。在PLC中規(guī)定：若操作數(shù)是“1”則常開觸點“動作”，即認(rèn)為是“閉合”的；若操作數(shù)是“0”，則常開觸點“復(fù)位”，即觸點仍處于打開的狀態(tài)。常開觸點所使用的操作數(shù)是：I、Q、M、L、D、T、C在LAD（梯形圖）程序中，通常使用類似繼電器控制電路中的觸點符號及線圈符號來表示PLC的位元件，被掃描的操作數(shù)（用絕對地址或符號地址表示）則標(biāo)注在觸點符號的上方，如圖所示。1)觸點與線圈電路器件IO端子作用SB2I0.0啟動信號SB1I0.1停止信號KMQ0.0控制KM通、斷電PLC選型：S7-1200CPU1214CQ0.0=(I0.0+Q0.0)*(I0.1)案例：電動機(jī)長動運(yùn)行PLC控制輸出線圈輸出線圈與繼電器控制電路中的線圈一樣，如果有電流流過線圈（RLO=“1”），則被驅(qū)動的操作數(shù)置“1”；如果沒有電流流過線圈，則被驅(qū)動的操作數(shù)復(fù)位（置“0”）。輸出線圈只能出現(xiàn)在梯形圖邏輯串的最右邊。所使用的操作數(shù)可以是：Q、M、L、D。RLO是邏輯運(yùn)算結(jié)果的簡稱，中間有“NOT”的觸點為取反RLO觸點，如果沒有能流流入取反RLO觸點，則有能流流出。如果有能流流入取反RLO觸點，則沒有能流流出。

2)取反RLO觸點S（置位輸出）、R（復(fù)位輸出）指令將指定的位操作數(shù)置位和復(fù)位。如果同一操作數(shù)的S線圈和R線圈同時斷電，指定操作數(shù)的信號狀態(tài)不變。置位輸出指令與復(fù)位輸出指令最主要的特點是有記憶和保持功能。如果I0.4的常開觸點閉合，Q0.5變?yōu)?狀態(tài)并保持該狀態(tài)。即使I0.4的常開觸點斷開，Q0.5也仍然保持1狀態(tài)。在程序狀態(tài)中，用Q0.5的S和R線圈連續(xù)的綠色圓弧和綠色的字母表示Q0.5為1狀態(tài)，用間斷的藍(lán)色圓弧和藍(lán)色的字母表示0狀態(tài)。指令說明：(1)指定觸點一旦被置位，則保持接通狀態(tài)，直到對其進(jìn)行復(fù)位操作；而指定觸點一旦被復(fù)位，則變?yōu)榻油顟B(tài)，直到對其進(jìn)行復(fù)位操作。(2)如果對定時器和計數(shù)器進(jìn)行復(fù)位操作，則被指定的T或C的位被復(fù)位，同時其當(dāng)前值被清0。

3)置位、復(fù)位輸出指令“置位位域”指令SET_BF將指定的地址開始的連續(xù)的若干個位地址置位，“復(fù)位位域”指令RESET_BF將指定的地址開始的連續(xù)的若干個位地址復(fù)位。4）置位位域指令與復(fù)位位域指令SR方框是置位/復(fù)位（復(fù)位優(yōu)先）觸發(fā)器，在置位（S）和復(fù)位（R1）信號同時為1時，方框上的輸出位M7.2被復(fù)位為0?？蛇x的輸出Q反映了M7.2的狀態(tài)。RS方框是復(fù)位/置位（置位優(yōu)先）觸發(fā)器，在置位（S1）和復(fù)位（R）信號同時為1時，方框上的M7.6為置位為1。可選的輸出Q反映了M7.6的狀態(tài)。5）置位/復(fù)位觸發(fā)器與復(fù)位/置位觸發(fā)器復(fù)位優(yōu)先鎖存器置位優(yōu)先鎖存器SR1輸出位RS1輸出位00保持前一狀態(tài)00保持前一狀態(tài)010100101011110111輸出線圈可選案例：三人搶答器編程：搶答器有I0.0、I0.1和I0.2三個輸入、對應(yīng)輸出分別為Q0.0、Q0.1和Q0.2，復(fù)位輸入是I0.3。要求:三人任意強(qiáng)答，誰先按動瞬時按鈕，誰的指示燈優(yōu)先亮，且只能亮一盞燈，進(jìn)行下一個問題時，主持人按復(fù)位按鈕，搶答重新開始。電路器件IO端子作用SB1I0.01#搶答器按鈕SB2I0.12#搶答器按鈕SB3I0.23#搶答器按鈕LED1Q0.01#指示燈LED2Q0.11#指示燈LED3Q0.31#指示燈M0.0復(fù)位優(yōu)先觸發(fā)器M0.1復(fù)位優(yōu)先觸發(fā)器M0.2復(fù)位優(yōu)先觸發(fā)器[例]按動一次瞬時按鈕I0.0，輸出Q4.0亮，再按動一次按鈕，輸出Q4.0滅；重復(fù)以上。案例：故障顯示電路設(shè)計故障信息顯示電路，從故障信號I0.0的上升沿開始，Q0.7控制的指示燈以1Hz的頻率閃爍。操作人員按復(fù)位按鈕I0.1后，如果故障已經(jīng)消失，則指示燈熄滅。如果沒有消失，則指示燈轉(zhuǎn)為常亮，直至故障消失。

設(shè)置MB0為時鐘存儲器字節(jié)，M0.5提供周期為1s的時鐘脈沖。出現(xiàn)故障時，將I0.0提供的故障信號用M2.1鎖存起來，M2.1和M0.5的常開觸點組成的串聯(lián)電路使Q0.7控制的指示燈以1Hz的頻率閃爍。按下復(fù)位按鈕I0.1，故障鎖存標(biāo)志M2.1被復(fù)位為0狀態(tài)。如果故障已經(jīng)消失，指示燈熄滅。如果沒有消失，M2.1的常閉觸點與I0.0的常開觸點組成的串聯(lián)電路使指示燈轉(zhuǎn)為常亮，直至I0.0變?yōu)?狀態(tài)，故障消失，指示燈熄滅。6）邊緣檢測觸點指令如果輸入信號I0.6由0變?yōu)?狀態(tài)(即輸入信號I0.6的上升沿)，則該觸點接通一個掃描周期。觸點下面的M4.3為邊緣存儲位，用來存儲上一個掃描循環(huán)是I0.6的狀態(tài)，通過比較輸入信號的當(dāng)前狀態(tài)和上一次循環(huán)的狀態(tài)來檢測信號的邊沿。邊沿存儲位的地址只能在程序中使用一次，它的狀態(tài)不能在其他地方被改寫。只能使用M、全局DB和靜態(tài)局部變量來作邊沿存儲位，不能使用臨時局部數(shù)據(jù)或I/O變量來作邊沿存儲位。7）邊緣檢測線圈指令：上升沿檢測線圈僅在流進(jìn)該線圈的能流的上升沿，輸出位M6.1為1狀態(tài)，M6.2為邊沿存儲位。在I0.7的上升沿，M6.1的常開觸點閉合一個掃描周期，使M6.6置位，在I0.7的下降沿，M6.3的常開觸點閉合一個掃描周期，使M6.6復(fù)位。中間有P的線圈是“在信號上升沿置位操作數(shù)”指令，僅在流進(jìn)該線圈的能流的上升沿，該指令的輸出位M6.1為1狀態(tài)。其他情況下M6.1均為0狀態(tài)，M6.2為保存P線圈輸入端的RLO的邊沿存儲位。

中間有N的線圈是“在信號下降沿置位操作數(shù)”指令，僅在流進(jìn)該線圈的能流的下降沿，該指令的輸出位M6.3為1狀態(tài)。其他情況下M6.3均為0狀態(tài)，M6.4為邊沿存儲位。上述兩條線圈格式的指令對能流是暢通無阻的，這兩條指令可以放置在程序段的中間或最右邊。在運(yùn)行時改變I0.7的狀態(tài)，可以使M6.6置位和復(fù)位。8）P_TRIG與N_TRIG指令在流進(jìn)P_TRIG指令的CLK輸入端的能流的上升沿，Q端輸出一個掃描周期的能流，使M8.1置位，方框下面的M8.0是脈沖存儲器位。P_TRIG指令與N_TRIG指令不能放在電路的開始處和結(jié)束處。掃描RLO的信號邊沿指令在流進(jìn)“掃描RLO的信號上升沿”指令（P_TRIG指令）的CLK輸入端的能流（即RLO）的上升沿，Q端輸出脈沖寬度為一個掃描周期的能流，方框下面的M8.0是脈沖存儲位。在流進(jìn)“掃描RLO的信號下降沿”指令（N_TRIG指令）的CLK輸入端的能流的下降沿，Q端輸出一個掃描周期的能流。方框下面的M8.2是脈沖存儲器位。P_TRIG指令與N_TRIG指令不能放在電路的開始處和結(jié)束處。邊沿檢測指令的比較以上升沿檢測為例，P觸點用于檢測觸點上面的地址的上升沿，并且直接輸出上升沿脈沖。其他3種指令都是用來檢測RLO（流入它們的能流）的上升沿。

P線圈用于檢測能流的上升沿，并用線圈上面的地址來輸出上升沿脈沖。其他3種指令都是直接輸出檢測結(jié)果。R_TRIG指令與P_TRIG指令都是用于檢測流入它們的CLK端的能流的上升沿，并直接輸出檢測結(jié)果。其區(qū)別在于R_TRIG指令用背景數(shù)據(jù)塊保存上一次掃描循環(huán)CLK端信號的狀態(tài)，而P_TRIG指令用邊沿存儲位來保存它。3種邊沿檢測指令的功能比較以上升沿檢測為例：在P觸點指令中，觸點上面的地址的上升沿，該觸點接通一個掃描周期，因此P觸點用于檢測觸點上面地址的上升沿，并且直接輸出上升沿脈沖。在P線圈的能流的上升沿，線圈上面的地址在一個掃描周期為1狀態(tài)，因此P線圈用于檢測能流的上升沿，并用線圈上面的地址來輸出上升沿脈沖。P_TRIG指令用于檢測能流的上升沿，并且直接輸出上升沿脈沖。如果P_TRIG指令左邊只有I1.0觸點，可以用I1.0的P觸點來代替P_TRIG指令。案例：單按鈕啟保停程序案例：故障信息顯示電路舉例設(shè)計故障信息顯示電路，從故障信號I0.0的上升沿開始，Q0.7控制的指示燈以1Hz的頻率閃爍。操作人員按復(fù)位按鈕I0.1后，如果故障已經(jīng)消失，則指示燈滅，如果沒有消失，則指示燈轉(zhuǎn)為常亮，直至故障消失。很多的工業(yè)設(shè)備上裝有多臺電動機(jī)，由于設(shè)備操作流程要求，各電動機(jī)的工作時序不一樣。在對多臺電動機(jī)進(jìn)行控制時，各電動機(jī)的啟動或停止是有順序的，這種控制方式稱為順序啟停控制。例如，三級傳送帶的運(yùn)動就是順序啟?？刂啤Ｉa(chǎn)線一般由多級傳送帶組成，為了防止物料的堆積，多級傳送帶在正常起動時需按物流方向逆向逐級起動，正常停機(jī)時則按物流方向順向逐級停機(jī)，故障停機(jī)時，故障點之前的傳送帶應(yīng)立即停機(jī)，故障點之后的傳送帶應(yīng)按物流方向順向逐級停機(jī)。3PLC控制三級傳送帶順序啟?，F(xiàn)有一套物料輸送機(jī)構(gòu)，由3條傳送帶和料斗組成。為防止物料堆積，要求按物流方向逆向逐級起動，停機(jī)時則按物流方向順向逐級停機(jī)?？刂埔笕缦拢?）啟動時，首先按下SB5，啟動M3電機(jī)，3#傳送帶運(yùn)行。接著按下SB3，啟動M2電機(jī)，2#傳送帶運(yùn)行。最后按下SB1，啟動M1電機(jī)，1#傳送帶運(yùn)行。同時料斗底門電磁閥L接通，物料加載到傳送帶上。2）停止時，當(dāng)物料傳送工作完成后，首先按下SB2，停止M1電機(jī)，1#傳送帶停止運(yùn)行。同時料斗底門電磁閥L斷開，料斗底門關(guān)閉。之后按下SB4，M2電機(jī)停止，2#傳送帶停止運(yùn)行。最后按下SB6，M3電機(jī)停止，3#傳送帶停止運(yùn)行。這三臺電動機(jī)M1、M2、M3需要長動運(yùn)行，主電路中分別由接觸器KM1、KM2、KM3控制。系統(tǒng)主電路設(shè)計本系統(tǒng)的主電路如圖所示。圖中，M1，M2，M3為三臺皮帶傳輸送料電動機(jī)，交流接觸器KM1~KM3通過控制三臺電動機(jī)的運(yùn)行來控制三個傳送帶，從而進(jìn)行對物料的傳輸。FR為起過載保護(hù)作用的熱繼電器，用于物料傳輸過程中當(dāng)傳送帶過載時斷開主電路。FU為熔斷器，起過電流保護(hù)作用。系統(tǒng)的I/O地址分配I/O地址分配表：程序段1中，3#傳送帶的起啟動、停止控制，采用基本的程序設(shè)計方法——啟停保方法編程，啟動后，M3電機(jī)長動運(yùn)行。需要特別注意的是，“M3電機(jī)停止SB6常閉觸點”與“M2電機(jī)控制輸出常開觸點”并聯(lián)，確保在逆序停止時，只有在M2電機(jī)停止的情況下，M3電機(jī)才能停止。程序段2中，“M2電機(jī)啟動SB3常開觸點”前串聯(lián)“M3電機(jī)控制輸出”，用于確保M3電機(jī)啟動的情況下，才能啟動M2電機(jī)，確保順序啟動。同樣，“M2電機(jī)停止SB6常閉觸點”與“M1電機(jī)控制輸出常開觸點”并聯(lián)，確保在逆序停止時，只有在M1電機(jī)停止的情況下，M2電機(jī)才能停止。程序段3中，“M1電機(jī)啟動SB3常開觸點”前串聯(lián)“M2電機(jī)控制輸出”，用于確保M2電機(jī)啟動的情況下，才能啟動M1電機(jī)，確保順序啟動。在這種程序設(shè)計思路下，啟動過程，依次按下M3、M2、M1的啟動按鈕，確保三個傳輸帶順序啟動。停止過程，必須依次按下M1、M2、M3的停止按鈕，才能逆序停止三個傳輸帶。C620型車床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造三、任務(wù)實施某機(jī)械加工企業(yè)中有許多就是普通機(jī)床。為了使機(jī)床適應(yīng)小批量、多品種、復(fù)雜零件的加工，充分利用普通機(jī)床，決定采用西門子S7-1200PLC對C620普通車床電氣控制進(jìn)行技術(shù)改造。機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)不變，控制系統(tǒng)采用PLC控制，控制要求不變。3.1任務(wù)描述C620車床簡介C620車床的加工范圍較廣，主要是用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件車削回轉(zhuǎn)表面，也可用鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花等工具加工車外圓、車端面、切槽、鉆孔、鏜孔、車錐面、車螺紋、車成形面、鉆中心孔及滾花等。C620型號的意義是C表示車床（車床漢語拼音的第一個字母），6表示是“普通”單軸臥式車床，20表示車床回轉(zhuǎn)中心至拖板面高度是200mm。C620普通車床如圖所示，主要由床身、主軸箱、進(jìn)給箱、導(dǎo)軌、絲杠、溜板箱、刀架、尾座等組成。C620普通車床電氣系統(tǒng)由主電動機(jī)M1和冷卻泵電動機(jī)M2及相關(guān)電氣控制系統(tǒng)組成，兩臺電動機(jī)單方向運(yùn)轉(zhuǎn)主電動機(jī)M1工作時，同時需要用冷卻油泵。手動閉合電源開關(guān)QS，按下啟動按鈕SB2,

M1、M2同時長動運(yùn)行。M1、M2其中一臺電機(jī)過載時，使熱繼電器動作,則兩電動機(jī)M1、M2同時斷電，停止運(yùn)行。按下停止按鈕SB1，M1、M2同時停止。EL為照明燈，HL1運(yùn)行指示綠燈，HL2停止指示紅燈C620車床電氣控制系統(tǒng)說明3.2任務(wù)分析為保障C620能按上述要求工作，控制系統(tǒng)采用西門子S7-1200PLC控制器，改造控制電路。對C620普通車床電氣系統(tǒng)的PLC改造的主要任務(wù)是控制和照明電路，采用PLC控制，并編寫控制程序。其主電路部分保持不變。I/O地址分配表輸入輸入地址輸出輸出地址I0.0照明旋鈕SAQ0.0運(yùn)行指示綠燈HL1I0.1停止按鈕SB1Q0.1停止指示紅燈HL2I0.2啟動按鈕SB2Q0.2照明電燈ELI0.3熱繼電器FR1Q0.3M1、M2接觸器KM1I0.4熱繼電器FR13.3I/O口分配結(jié)合C620車床的控制要求，分析系統(tǒng)中的輸入輸出元件種類和數(shù)量，進(jìn)行I/O的選用和地址分配。確定C620車床電氣控制線路PLC改造的I/O地址分配如表所示。系統(tǒng)上電后，按下啟動按鈕SB2,

M1、M2同時長動運(yùn)行。若M1、M2其中一臺電機(jī)過載時，使熱繼電器動作,則兩電動機(jī)M1、M2同時斷電，停止運(yùn)行。按下停止按鈕SB1，M1、M2同時停止。電動機(jī)啟動前停止指示紅燈HL2亮，運(yùn)行指示綠燈HL1滅。電動機(jī)啟動后，停止指示紅燈HL2滅，運(yùn)行指示綠燈HL1亮。當(dāng)旋鈕開關(guān)閉合時，照明燈EL亮C620控制要求：設(shè)計C620車床電氣PLC控制線路如圖1-16所示。圖1-16C620車床電氣PLC控制線路3.4硬件電路設(shè)計與接線輸入PLC變量表結(jié)合IO分配表，把系統(tǒng)使用的輸入輸出元件拖拽到PLC變量表中。根據(jù)實際需要可以在這里添加和編輯用到的變量和常量的名稱、數(shù)據(jù)類型、地址，以及其他屬性。3.5創(chuàng)建PLC變量表為方便編寫、分析、修改和檢查程序，在編程前建立變量表。雙擊項目樹窗口中的PLC變量的“顯示所有變量”項目打開符號編輯器，定義變量。依據(jù)功能要求，設(shè)計C620車床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造程序方案1，如圖所示。在程序段1中，采用啟停保的方式設(shè)計主軸運(yùn)行電機(jī)的控制線路。在主電路中，冷卻泵電動機(jī)共用和主軸運(yùn)行電機(jī)共用接觸器KM1。當(dāng)按下啟動按鈕SB2時，Q0.3高電平，并保持，兩臺電機(jī)同時啟動并長動運(yùn)行。另外在網(wǎng)絡(luò)1中還添加了FR1、FR2的過載保護(hù)環(huán)。3.4設(shè)計電路控制程序程序段2中，當(dāng)主軸運(yùn)行電機(jī)運(yùn)行時，點亮運(yùn)行指示燈。程序段3中，實現(xiàn)電源接通時，點亮電源指示燈。當(dāng)主軸運(yùn)行電機(jī)運(yùn)行時關(guān)掉電源指示燈。程序段4中，實現(xiàn)打開照明開關(guān)點亮照明燈EL。設(shè)計C620車床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造程序2如圖所示。請對比兩個程序的區(qū)別，并分析其原因。設(shè)計電路控制程序S7CPU的存儲區(qū)包括:裝載存儲器、工作存儲器RAM和系統(tǒng)存儲器RAM三個基本區(qū)域裝載存儲器動態(tài)裝載存儲器RAM可保持裝載存儲器EEPROM工作存儲器RAM用戶程序，如邏輯塊、數(shù)據(jù)塊系統(tǒng)存儲器RAM過程映像I/Ｏ表位存儲器、定時器、計數(shù)器局域數(shù)據(jù)堆棧、塊堆棧中斷堆棧、中斷緩沖區(qū)四、知識拓展1.PLC的存儲器、編址及尋址1）PLC的存儲器PLC使用的物理存儲器類型：RAM,ROM,FlashEPROM(簡稱為FEPROM，閃存)4.1PLC的存儲器、編址及尋址裝載存儲器，用于非易失性地存儲用戶程序、數(shù)據(jù)和組態(tài)。項目被下載到CPU后，首先存儲在裝載存儲器中。每個CPU都具有內(nèi)部裝載存儲器。該內(nèi)部裝載存儲器的大小取決于所使用的CPU。該內(nèi)部裝載存儲器可以用外部存儲卡來替代。如果未插入存儲卡，CPU將使用內(nèi)部裝載存儲器；如果插入了存儲卡，CPU將使用該存儲卡作為裝載存儲器。但是，可使用的外部裝載存儲器的大小不能超過內(nèi)部裝載存儲器的大小，即使插入的存儲卡有更多空閑空間。該非易失性存儲區(qū)能夠在斷電后繼續(xù)保持。（1）裝載存儲器存儲卡：可選的存儲卡用來存儲用戶程序，或用于傳送程序。工作存儲器是易失性存儲器，用于在執(zhí)行用戶程序時存儲用戶項目的某些內(nèi)容。CPU會將一些項目內(nèi)容從裝載存儲器復(fù)制到工作存儲器中。該易失性存儲區(qū)將在斷電后丟失，而在恢復(fù)供電時由CPU恢復(fù)。（2）工作存儲器系統(tǒng)存儲器是CPU為用戶程序提供的存儲器組件，被劃分為若干個地址區(qū)域。使用指令可以在相應(yīng)的地址區(qū)內(nèi)對數(shù)據(jù)直接進(jìn)行尋址。系統(tǒng)存儲器用于存放用戶程序的操作數(shù)據(jù)，例如過程映像輸入/輸出、位存儲器、數(shù)據(jù)塊、局部數(shù)據(jù)，I/O輸入輸出區(qū)域和診斷緩沖區(qū)等。（3）系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)存儲區(qū)的地址區(qū)地址區(qū)說明輸入過程映像I輸入映像區(qū)每一位對應(yīng)一個數(shù)字量輸入點，在每個掃描周期的開始，CPU對輸入點進(jìn)行采樣，并將采樣值存于輸入映像寄存器中。CPU在接下來的本周期各階段不再改變輸入過程映像寄存器中的值，直到下一個掃描周期的輸入處理階段進(jìn)行更新輸出過程映像Q輸出映像區(qū)的每一位對應(yīng)一個數(shù)字量輸出點，在掃描周期的末尾，CPU將輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)傳送給輸出模塊，再由后者驅(qū)動外部負(fù)載位存儲區(qū)M用來保存控制繼電器的中間操作狀態(tài)或其他控制信息定時器T定時器相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的時間繼電器，用定時器地址(T和定時器號，如T5)來存取當(dāng)前值和定時器狀態(tài)位，帶位操作數(shù)的指令存取定時器狀態(tài)位，帶字操作的指令存取當(dāng)前值計數(shù)器C用計數(shù)器地址(C和計數(shù)器號，如C20)來存取當(dāng)前值和計數(shù)器狀態(tài)位，帶位操作數(shù)的指令存取計數(shù)器狀態(tài)位，帶字操作的指令存取當(dāng)前值局部數(shù)據(jù)L可以作為暫時存儲器或給子程序傳遞參數(shù)，局部變量只在本單元有效數(shù)據(jù)塊DB在程序執(zhí)行的過程中存放中間結(jié)果，或用來保存與工序或任務(wù)有關(guān)的其它數(shù)據(jù)在I/O點的地址或符號地址的后面附加“:P”，可以立即讀外設(shè)輸入或立即寫外設(shè)輸出，例如I0.3:P和Q0.4:P。寫外設(shè)輸入點是被禁止的，即I_:P訪問是只讀的。用I_:P訪問外設(shè)輸入不會影響過程映像輸入?yún)^(qū)中的對應(yīng)值。外設(shè)輸出Q0.3:P可以立即寫外設(shè)輸出點，同時寫給過程映像輸出。讀外設(shè)輸出點是被禁止的，即Q_:P訪問是只寫的。位存儲器區(qū)（M存儲器）用來存儲運(yùn)算的中間操作狀態(tài)或其他控制信息。數(shù)據(jù)塊用來存儲代碼塊使用的各種類型的數(shù)據(jù)。臨時存儲器用于存儲代碼塊被處理時使用的臨時數(shù)據(jù)。所有的代碼塊都可以訪問M存儲器和數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)。在OB、FC和FB的接口區(qū)生成的臨時變量只能在生成它們的代碼塊內(nèi)使用，不能與其他代碼塊共享。只能通過符號地址訪問臨時存儲器。2）編址及尋址

二進(jìn)制數(shù)的1位(bit)只有0和1兩種不同的取值，可用來表示開關(guān)量(或稱數(shù)字量)的兩種不同的狀態(tài)，如觸點的斷開和接通，線圈的通電和斷電等。如果該位為1，則表示梯形圖中對應(yīng)的編程元件的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，反之相反。位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型為BOOL(布爾)型。8位二進(jìn)制數(shù)組成1個字節(jié)(Byte)，其中的第0位為最低位(LSB)、第7位為最高位(MSB)。兩個字節(jié)組成1個字(Word)，兩個字組成1個雙字(DoubleWord)可以按照位、字節(jié)、字和雙字對存儲單元進(jìn)行尋址

位存儲單元的地址由字節(jié)地址和位地址組成，如I3.2，其中的區(qū)域標(biāo)識符“I”表示輸入(Input)，字節(jié)地址為3，位地址為2，這種存取方式稱為“字節(jié).位”尋址方式。輸入字節(jié)IB3(B是Byte的縮寫)由I3.0-I3.7這8位組成。相鄰的兩個字節(jié)組成一個字，MW200表示由MB200和MB201組成的1個字，MW200中的M為區(qū)域標(biāo)識符，W表示字(Word)，200為起始字節(jié)的地址。MD200表示由MB200~MB203組成的雙字，M為區(qū)域標(biāo)示符，D表示存取雙字(DoubleWord)，200為起始字節(jié)的地址。注意：1、M200.2，MB200，MW200和MD200等地址有重疊現(xiàn)象，在使用時一定注意，以免引起錯誤。2、S7PLC中的“高地址，低字節(jié)”的規(guī)律，如果將16#12送入MB200，將16#34送入MB201，則MW200=16#1234。4.2系統(tǒng)存儲區(qū)與數(shù)據(jù)類型——基本數(shù)據(jù)類型1.數(shù)制（1）二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)的1位只能為0和1。用1位二進(jìn)制數(shù)來表示開關(guān)量的兩種不同的狀態(tài)。如果該位為1，梯形圖中對應(yīng)的位編程元件的線圈通電、常開觸點接通、常閉觸點斷開，稱該編程元件為TRUE或1狀態(tài)。該位為0則反之，稱該編程元件為FALSE或0狀態(tài)。二進(jìn)制位的數(shù)據(jù)類型為BOOL（布爾）型。（2）多位二進(jìn)制數(shù)多位二進(jìn)制數(shù)用來表示大于1的數(shù)字。從右往左的第n位（最低位為第0位）的權(quán)值為2n。2#1100對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為1

23＋1

22＋0

21＋0

20=8+4=12。（3）十六進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)用于簡化二進(jìn)制數(shù)的表示方法，16個數(shù)為0～9和A～F（10～15），1位十六進(jìn)制數(shù)對應(yīng)于4位二進(jìn)制數(shù)，例如2#0001001110101111可以轉(zhuǎn)換為16#13AF或13AFH。十六進(jìn)制數(shù)“逢16進(jìn)1”，第n位的權(quán)值為16n。16#2F對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為2

161＋15

160＝47。2．?dāng)?shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型用來描述數(shù)據(jù)的長度（即二進(jìn)制的位數(shù)）和屬性。3．位（Bool），二進(jìn)制的1位，軟件用TRUE/FALSE表示1和0。I3.2中的“I”表示輸入，字節(jié)地址為3，位地址為2。4．位字符串?dāng)?shù)據(jù)類型Byte（字節(jié)）、Word（字）、Dword（雙字）統(tǒng)稱為位字符串。分別由8位、16位和32位二進(jìn)制數(shù)組成。5．整數(shù)SInt和USInt分別為8位的短整數(shù)和無符號短整數(shù)，Int和UInt分別為16位的整數(shù)和無符號整數(shù)，DInt和UDInt分別為32位的雙整數(shù)和無符號的雙整數(shù)。有符號整數(shù)的最高位為符號位，最高位為0時為正數(shù)，為1時為負(fù)數(shù)。有符號整數(shù)用補(bǔ)碼來表示，二進(jìn)制正數(shù)的補(bǔ)碼就是它的本身，將一個正整數(shù)的各位取反后加1，得到絕對值與它相同的負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼。

6．浮點數(shù)浮點數(shù)的優(yōu)點是用很小的存儲空間(4B)表示非常大和非常小的數(shù)。浮點數(shù)又稱為實數(shù)（REAL），可表示為1.m2E，指數(shù)E是有符號數(shù)。

ANSI/IEEE標(biāo)準(zhǔn)浮點數(shù)為1.m2e，e=E+127（0～255）。范圍為±1.17549510-38～±3.402823

1038。

最高位為浮點數(shù)的符號位，正數(shù)時為0，負(fù)數(shù)時為1。規(guī)定尾數(shù)的整數(shù)部分總是為1，第0～22位為尾數(shù)的小數(shù)部分。8位指數(shù)加上偏移量127后（0～255），放在第23～30位。STEP7中用小數(shù)表示浮點數(shù)。LReal為64位的長浮點數(shù)，最高位為符號位。尾數(shù)的整數(shù)部分總是為1，第0～51位為尾數(shù)的小數(shù)部分。11位的指數(shù)加上偏移量1023后（0～1023），放在第52～62位。

7．時間與日期Time是有符號雙整數(shù)，其單位為ms，能表示的最大時間為24天多。

Date（日期）為16位無符號整數(shù)，無符號雙整數(shù)TOD（TIME_OF_DAY）為從指定日期的0時算起的毫秒數(shù)。數(shù)據(jù)類型DTL的12個字節(jié)為年（占2B）、月、日、星期的代碼、小時、分、秒（各占1B）和納秒（占4B），均為BCD碼。星期日、星期一～星期六的代碼分別為1～7。8．字符數(shù)據(jù)類型字符（Char）占一個字節(jié)，Char以ASCII格式存儲。WChar（寬字符）占兩個字節(jié)，可以存儲漢字和中文的標(biāo)點符號。字符常量用英語的單引號來表示，例如'A'。9.全局?jǐn)?shù)據(jù)塊與其他數(shù)據(jù)類型

1）生成全局?jǐn)?shù)據(jù)塊單擊項目樹中的“添加新塊”，單擊打開的對話框中的“數(shù)據(jù)塊（DB）”按鈕，生成一個數(shù)據(jù)塊，類型為默認(rèn)的“全局DB”。右鍵單擊項目樹中新生成的數(shù)據(jù)塊，執(zhí)行快捷菜單命令“屬性”，選中打開的對話框左邊窗口中的“屬性”，勾選右邊窗口中的復(fù)選框“優(yōu)化的塊訪問”，只能用符號地址訪問生成的塊中的變量，不能使用絕對地址。這種訪問方式可以提高存儲器的利用率。

2）字符串?dāng)?shù)據(jù)類型String（字符串）是字符組成的一維數(shù)組，每個字節(jié)存放1個字符。第一個字節(jié)是字符串的最大字符長度，第二個字節(jié)是字符串當(dāng)前有效字符的個數(shù)，字符從第3個字節(jié)開始存放，一個字符串最多254個字符。4.3PLC水塔水位控制1）任務(wù)分析在農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，有不少地方采用水塔供水。水塔系統(tǒng)由水塔、水泵、蓄水池、電磁水閥、水位傳感器、水管網(wǎng)路等組成。由于用水流量的波動，如果不采取措施，水塔水壓不穩(wěn)定，會造成供水不足或水從水塔溢出。保持水壓在規(guī)定的范圍內(nèi)變化，是十分必要的。水泵工作時，將水打到水塔中，水壓上升到規(guī)定水壓最大值時，斷開水泵。水泵休息時，借助水塔的水位繼續(xù)供水。水量減少時，水壓會降低，當(dāng)水壓低于規(guī)定值時，重新啟動水泵。水塔供水系統(tǒng)工作時，當(dāng)蓄水池水位低于蓄水池下限位傳感器（S4為OFF），電磁閥YV打開進(jìn)水。當(dāng)蓄水池水位高于水池上限位傳感器時（S4、S3為ON），電磁閥YV關(guān)閉。當(dāng)蓄水池水位高于水池下限位傳感器（S4為ON），且水塔水位低于水塔下限位傳感器時（S2為OFF），水泵電機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn)，開始由蓄水池抽水至水塔水池。當(dāng)水塔水位達(dá)到高水位下限位傳感器時（S1為ON）時，水泵電機(jī)M停止運(yùn)轉(zhuǎn)。（1）系統(tǒng)上電后，按下啟動按鈕SB1，啟動系統(tǒng)。（2）當(dāng)蓄水池水位低于水池下限位時液位傳感器S4為OFF，電磁閥YV打開進(jìn)水，蓄水池需要進(jìn)水，燈L2亮。當(dāng)蓄水池水位高于蓄水池上限位時液位傳感器S4、S3為ON，電磁閥YV關(guān)閉，蓄水池需要進(jìn)水，燈L2滅。