PLC應(yīng)用技術(shù)（S7-1200機(jī)型）課件 項目四 供料系統(tǒng)的設(shè)計

《可編程控制器技術(shù)應(yīng)用》供料系統(tǒng)的PLC控制電路設(shè)計主講教師：×××Microbot目錄010203第一部分：任務(wù)描述第二部分：任務(wù)準(zhǔn)備與實施第三部分：任務(wù)檢查與評價目錄第一部分任務(wù)描述如圖4-1所示，根據(jù)對供料系統(tǒng)的工作過程的分析，進(jìn)行PLC系統(tǒng)的硬件設(shè)計，完成PLC控制系統(tǒng)外部接線圖的繪制及控制系統(tǒng)硬件安裝。一、任務(wù)描述圖4-1供料系統(tǒng)外觀圖一、任務(wù)描述1.學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）了解供料系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。（2）理解光電傳感器、磁性開關(guān)、金屬傳感器、氣缸、氣閥的工作原理。（3）能掌握常見傳感器與PLC的連接。（4）能調(diào)節(jié)光電傳感器、磁性開關(guān)的靈敏度。（5）能繪制供料系統(tǒng)的外部接線圖。一、任務(wù)描述2.實施條件（1）S7-1200系列PLC系統(tǒng)一套，包含相應(yīng)的數(shù)字量輸入、輸出模塊、電源模塊。（2）供料系統(tǒng)一套。（3）電工工具一套。（4）本項目配備了虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，讀者可以通過下載仿真供料系統(tǒng)開展學(xué)習(xí)。一、任務(wù)描述3.安全提示（1）PLC所有模塊的安裝與接線必須在斷電的情況下操作。（2）在安裝接線完成后，必須由指導(dǎo)教師檢查后才能上電運行。（3）在通電的情況下，不能用手去觸摸任何金屬端子。（4）出現(xiàn)任何異常情況先斷電，并立即向指導(dǎo)教師報告。目錄第二部分任務(wù)準(zhǔn)備與實施二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（一）了解供料系統(tǒng)的組成供料單元的功能是根據(jù)需要將放置在料倉中的工件自動地推出到出料臺上。供料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，以功能劃分，供料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要是工件存貯裝置和推料機(jī)構(gòu)組件兩部分。安裝在支撐架上的管形料倉、物料檢測組件構(gòu)成工件存貯裝置。推料機(jī)構(gòu)組件由頂料氣缸、推料氣缸和氣缸安裝板、電磁閥組組成。圖4-2供料系統(tǒng)工作示意圖二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（1）工件存貯裝置工件存貯裝置由安裝在支撐架上的管形料倉、物料檢測組件組成，管形料倉固定在支撐架上，工件從塑料管頂部放入，當(dāng)需要供出工件時，PLC控制料倉底座后面的推料氣缸動作，將底層工件推出。物料檢測組件由2組光電傳感器組成，其中上端的物料檢測傳感器用來檢測系統(tǒng)是否欠料，下端的物料檢測傳感器用來檢測系統(tǒng)是否缺料。這樣系統(tǒng)可以及時檢測到料倉中物料情況。（2）工件推出裝置工件推出裝置包括推料氣缸、頂料氣缸和相應(yīng)的電磁閥組。兩個氣缸固定在氣缸支板上，然后安裝在支撐架后面。推料缸處于料倉的底層并且其活塞桿可從料倉的底部通過，當(dāng)活塞桿在退回位置時，它與底層工件處于同一水平位置，而頂料氣缸則與次底層工件處于同一水平位置，如圖4-3所示。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備

（二）熟悉供料系統(tǒng)工作過程供料系統(tǒng)工作過程如下：工件垂直疊放在料倉中，推料缸處于料倉的底層并且其活塞桿可從料倉的底部通過。當(dāng)活塞桿在退回位置時，它與最下層工件處于同一水平位置，而頂料氣缸則與次下層工件處于同一水平位置。在需要將工件推出到物料臺上時，首先使頂料氣缸的活塞桿推出，壓住次下層工件；然后使推料氣缸活塞桿推出，從而把最下層工件推到物料臺上。在推料氣缸返回并從料倉底部抽出后，再使夾緊氣缸返回，松開次下層工件。這樣，料倉中的工件在重力的作用下，就自動向下移動一個工件，為下一次推出工件做好準(zhǔn)備。圖4-3

供料操作示意圖二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（三）認(rèn)識供料系統(tǒng)的氣動元件1.標(biāo)準(zhǔn)雙作用直線氣缸標(biāo)準(zhǔn)氣缸是指氣缸的功能和規(guī)格是普遍使用的、結(jié)構(gòu)容易制造的、制造廠通常作為通用產(chǎn)品供應(yīng)市場的氣缸。雙作用氣缸是指活塞的往復(fù)運動均由壓縮空氣來推動。圖是標(biāo)準(zhǔn)雙作用直線氣缸的半剖面圖。如圖4-4所示，氣缸的兩個端蓋上都設(shè)有進(jìn)排氣通口，從無桿側(cè)端蓋氣口進(jìn)氣時，推動活塞向前運動；反之，從桿側(cè)端蓋氣口進(jìn)氣時，推動活塞向后運動。雙作用氣缸具有結(jié)構(gòu)簡單，輸出力穩(wěn)定，行程可根據(jù)需要選擇的優(yōu)點，但由于是利用壓縮空氣交替作用于活塞上實現(xiàn)伸縮運動的，回縮時壓縮空氣的有效作用面積較小，所以產(chǎn)生的力要小于伸出時產(chǎn)生的推力。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備

圖4-4

雙作用氣缸示意圖二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備為了使氣缸的動作平穩(wěn)可靠，應(yīng)對氣缸的運動速度加以控制，常用的方法是使用單向節(jié)流閥來實現(xiàn)。單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的流量控制閥，常用于控制氣缸的運動速度，所以也稱為速度控制閥。如圖4-5所示，在雙作用氣缸裝上兩個單向節(jié)流閥，這種連接方式稱為排氣節(jié)流方式。即，當(dāng)壓縮空氣從A端進(jìn)氣、從B端排氣時，單向節(jié)流閥A的單向閥開啟，向氣缸無桿腔快速充氣；由于單向節(jié)流閥B的單向閥關(guān)閉，有桿腔的氣體只能經(jīng)節(jié)流閥排氣，調(diào)節(jié)節(jié)流閥B的開度，便可改變氣缸伸出時的運動速度。反之，調(diào)節(jié)節(jié)流閥A的開度則可改變氣缸縮回時的運動速度。這種控制方式，活塞運行穩(wěn)定，是最常用的方式。圖4-5

節(jié)流閥連接和調(diào)整示意圖二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備節(jié)流閥上帶有氣管的快速接頭，只要將合適外徑的氣管往快速接頭上一插就可以將管連接好了，使用時十分方便。圖4-6所示為安裝了帶快速接頭的限出型氣缸節(jié)流閥的氣缸外觀。圖4-6

安裝上氣缸節(jié)流閥的氣缸外觀圖二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備2.單電控電磁換向閥、電磁閥組如前所述，頂料或推料氣缸，其活塞的運動是依靠向氣缸一端進(jìn)氣，并從另一端排氣，再反過來，從另一端進(jìn)氣，一端排氣來實現(xiàn)的。氣體流動方向的改變則由能改變氣體流動方向或通斷的控制閥即方向控制閥加以控制。在自動控制中，方向控制閥常采用電磁控制方式實現(xiàn)方向控制，稱為電磁換向閥。電磁換向閥是利用其電磁線圈通電時，靜鐵芯對動鐵芯產(chǎn)生電磁吸力使閥芯切換，達(dá)到改變氣流方向的目的。圖4-7所示是一個單電控二位三通電磁換向閥的工作原理示意。圖4-7單向控電磁換向閥的工作原理二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備供料系統(tǒng)單元用了兩個單電控電磁閥。這兩個電磁閥帶有手動換向和加鎖鈕，有鎖定（LOCK）和開啟（PUSH）2個位置。用小螺絲刀把加鎖鈕旋到在LOCK位置時，手控開關(guān)向下凹進(jìn)去，不能進(jìn)行手控操作。只有在PUSH位置，可用工具向下按，信號為“1”，等同于該側(cè)的電磁信號為“1”；常態(tài)時，手控開關(guān)的信號為“0”。在進(jìn)行設(shè)備調(diào)試時，可以使用手控開關(guān)對閥進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)對相應(yīng)氣路的控制，以改變推料缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，達(dá)到調(diào)試的目的。兩個電磁閥是集中安裝在匯流板上的。匯流板中兩個排氣口末端均連接了消聲器，消聲器的作用是減少壓縮空氣在向大氣排放時的噪聲。這種將多個閥與消聲器、匯流板等集中在一起構(gòu)成的一組控制閥的集成稱為閥組，而每個閥的功能是彼此獨立的。閥組的結(jié)構(gòu)如圖4-8所示。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備

圖4-8電磁閥組二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備3.氣動控制回路氣動控制回路是本工作單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制邏輯控制功能是由PLC實現(xiàn)的。氣動控制回路的工作原理如圖4-9所示。圖中1A和2A分別為推料氣缸和頂料氣缸。1B1、1B2為安裝在推料缸的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)，2B1、2B2為安裝在推料缸的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)。1Y1、2Y1分別為控制推料缸和頂料缸的電磁閥的電磁控制端。通常，這兩個氣缸的初始位置均設(shè)定在縮回狀態(tài)。圖4-9

氣動控制回路的工作原理圖二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（四）認(rèn)識供料系統(tǒng)的傳感器1.磁性開關(guān)磁性開關(guān)是一種非接觸式的位置檢測開關(guān)，具有檢測時不會磨損和損傷檢測對象的優(yōu)點，常用于檢測磁場或磁性物質(zhì)的存在，磁性開關(guān)如圖4-10所示。供料系統(tǒng)中磁性開關(guān)用來檢測氣缸內(nèi)部活塞上安裝的磁性物質(zhì)，從而判斷氣缸的狀態(tài)是伸出還是縮回。（a）實物圖

（b）符號圖4-10磁性開關(guān)二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備在自動化生產(chǎn)線的控制中，可以利用該信號判斷氣缸的運動狀態(tài)或所處的位置，以確定工件是否被推出或氣缸是否返回。2.光電傳感器光電傳感器是利用光的各種性質(zhì)，檢測物體的有無和表面狀態(tài)的變化。其中輸出形式為開關(guān)量的傳感器為光電式接近開關(guān)。按照受光器接收光的方式的不同，光電式接近開關(guān)可分為對射式、反射式和漫射式3種，如圖4-11所示。圖4-11

光電開關(guān)二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備漫射式光電接近開關(guān)由光源（發(fā)射光）和光敏元件（接收光）兩個部分構(gòu)成，光發(fā)射器與光接收器同處于一側(cè)。工作時利用光照射到被測工件上后反射回來的光線而工作的，由于工件反射的光線的漫射光，故稱為漫射式光電開關(guān)。漫反射光電接近開關(guān)實物圖如圖4-12所示。（a）料倉物料檢測

（b）物料臺物料檢測圖4-12

常見光電開關(guān)實物圖二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備3.電感式傳感器電感式接近開關(guān)是利用電渦流效應(yīng)制造的傳感器。電渦流效應(yīng)是指，當(dāng)金屬物體處于一個交變的磁場中，在金屬內(nèi)部會產(chǎn)生交變的電渦流，該渦流又會反作用于產(chǎn)生它的磁場這樣一種物理效應(yīng)。如果這個交變的磁場是由一個電感線圈產(chǎn)生的，則這個電感線圈中的電流就會發(fā)生變化，用于平衡渦流產(chǎn)生的磁場。利用這一原理，以高頻振蕩器（LC振蕩器）中的電感線圈作為檢測元件，當(dāng)被測金屬物體接近電感線圈時產(chǎn)生了渦流效應(yīng)，引起振蕩器振幅或頻率的變化，由傳感器的信號調(diào)理電路（包括檢波、放大、整形、輸出等電路）將該變化轉(zhuǎn)換成開關(guān)量輸出，從而達(dá)到檢測目的。電感式接近傳感器工作原理框圖如圖4-13（a）所示。常見的電感式傳感器外形有圓柱型、螺紋型、長方體型和U型等幾種，供料單元中，為了檢測待加工工件是否金屬材料，在供料管底二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備座側(cè)面安裝了一個圓柱型電感式傳感器，如圖(b)所示。輸送單元的原點開關(guān)則采用長方體型，見圖（c）。（a）電感式傳感器原理框圖（b）供料單元的金屬檢測器（c）輸送單元的原點開關(guān)圖4-13電感式傳感器二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（五）S7-1200輸入輸出回路的接線S7-1200PLC的CPU規(guī)格雖然很多，但是接線方式類似，現(xiàn)以CPU1214C為例介紹。1214C（DC/DC/DC）中第一個“DC”是指供電電源為直流24V，第二個“DC”是指輸入端的電源電壓為直流24V，第三個“DC”是指輸出為直流24V，輸出接線端子排上印制“24VDCOUTPUTS”字樣是晶體管輸出。1214C（AC/DC/RLY）含義是:AC表示供電電源電壓為交流120~240V，通常使用交流220V，DC表示輸入端的電源電壓為直流24V，RLY表示輸出為繼電器輸出，輸出接線端子排上印制“RELAYOUTPUTS”字樣是繼電器輸出。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備1.CPU1214C（AC/DC/RLY）的數(shù)字量輸入端子的接線如圖4-14所示，西門子1214C有14個輸入端子，“1M”為輸入端的公共端子，與24V直流電源相連，電源有兩種接法，對應(yīng)PLC的NPN型和PNP型接法，當(dāng)電源的負(fù)極與公共端子相連接時，為PNP接法，“N”和“L1”端子為交流電源接入端子，輸入電壓范圍為120~240VAC，“M”和“L+”為電源的輸出端子，可以向外圍傳感器提供電源。圖4-14

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1214C輸入端子的接線（PNP）二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備2.CPU1214C（DC/DC/RLY）的數(shù)字量輸入端子的接線如圖4-15所示，當(dāng)電源的正極與公共端“1M”相連接時，為NPN接法，有兩組“L+”和“M”，一組為電源輸入，一組為電源輸出，兩組電源不能短接。圖4-15

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1214C輸入端子的接線（NPN）二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備3.CPU1214C（DC/DC/RLY）的數(shù)字量輸出端子的接線CPU1214C（DC/DC/RLY）是繼電器輸出，如圖4-16所示，輸出是分組安排，每組既可以是直流輸出，也可以是交流電源，而且每組電源的電壓大小可以不同。圖4-16CPU1214C（DC/DC/RLY）輸出端子接線二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備4.CPU1214C（DC/DC/DC）的數(shù)字量輸出端子的接線CPU1214C（DC/DC/DC）的數(shù)字量輸出只有一種輸出，即PNP型輸出，如圖4-17所示，負(fù)載電源只能是直流電源，而且輸出高電平信號有效。圖4-17CPU1214C（DC/DC/DC）輸出端子接線二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施2.任務(wù)實施（一）供料系統(tǒng)輸入輸出信號分析根據(jù)供料系統(tǒng)控制要求，有12路輸入信號，5路輸出信號，見表4-1所示。氣缸的伸出、縮回信號使用磁性開關(guān)檢測，物料檢測使用光電開關(guān)檢測，出料臺的物料使用圓柱形漫射式光電開關(guān)檢測，金屬材質(zhì)使用電感式傳感器檢測。為了能夠控制供料系統(tǒng)的啟動和停止，在緊急情況下，能夠使供料系統(tǒng)及時停止，需要手動輸入信號，包括普通按鈕、急停按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。供料系統(tǒng)的輸出相對而言比較簡單，2個氣缸由電磁閥驅(qū)動，系統(tǒng)狀態(tài)由3路信號指示燈指示。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施2.任務(wù)實施序號輸入信號序號輸出信號1頂料氣缸伸出到位1頂料電磁閥2頂料氣缸縮回到位2推料電磁閥3推料氣缸伸出到位3黃色指示燈4推料氣缸縮回到位4綠色指示燈5出料臺物料檢測5紅色指示燈6供料不足檢測7缺料檢測8金屬工件檢測9“停止”按鈕10“啟動”按鈕11急停按鈕12工作方式選擇表4-1

供料系統(tǒng)輸入輸出信號二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施2.任務(wù)實施（二）供料系統(tǒng)I/O口的分配從供料系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)來看，控制供料系統(tǒng)的PLC需要12點以上的輸入點數(shù)，5點以上的輸出點數(shù)，輸出只要控制電磁閥和指示燈，因此供料系統(tǒng)選用型號為CPU1214C（AC/DC/RLY）為主控單元，共14點輸入和10點繼電器輸出，能夠滿足控制要求。PLC的I/O信號分配見表4-2所示，接線原理圖如圖4-12所示。輸入信號輸出信號序號PLC輸入點信號名稱信號來源序號PLC輸出點信號名稱信號來源1I0.0頂料氣缸伸出到位裝置側(cè)1Q0.0頂料電磁閥裝置側(cè)2I0.1頂料氣缸縮回到位2Q0.1推料電磁閥3I0.2推料氣缸伸出到位3Q0.2——4I0.3推料氣缸縮回到位4Q0.3——5I0.4出料臺物料檢測5Q0.4——6I0.5供料不足檢測6Q0.5——7I0.6缺料檢測7Q0.6——8I0.7金屬工件檢測8Q0.7黃色指示燈按鈕/指示燈模塊9I1.0——9Q1.0綠色指示燈10I1.1—10Q1.1紅色指示燈11I1.2“停止”按鈕按鈕/指示燈模塊12I1.3“啟動”按鈕13I1.4急停按鈕14I1.5工作方式選擇表4-2

供料單元PLC的I/O信號表二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施2.任務(wù)實施（三）接線原理圖設(shè)計供料系統(tǒng)PLC的I/O接線原理圖如圖4-18所示，PLC工作電源由交流220V電源供電，輸入輸出部分由直流24V供電，1M、1L接到直流電源24V正極，關(guān)電開關(guān)由外部電源供電。圖4-18供料單元PLC的I/O接線原理圖二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施2.任務(wù)實施（四）電氣接線電氣接線包括，在工作單元裝置側(cè)完成各傳感器、電磁閥、電源端子等引線到裝置側(cè)接線端口之間的接線；在PLC側(cè)進(jìn)行電源連接、I/O點接線等。電氣接線的工藝應(yīng)符合如下專業(yè)規(guī)范的規(guī)定：1.一般規(guī)定①電線連接時必須用合適的冷壓端子；端子制作時切勿損傷電線絕緣部份。②連接線須有符合規(guī)定的標(biāo)號；每一端子連接的導(dǎo)線不超過2根；電線金屬材料不外露,冷壓端子金屬部份不外露。③電纜在線槽里最少有10cm余量（若是一根短接線的話，在同一個線槽里不要求）。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施2.任務(wù)實施④電纜絕緣部份應(yīng)在線槽里。接線完畢后線槽應(yīng)蓋住，沒有翹起和未完全蓋住現(xiàn)象。2.裝置側(cè)接線注意事項①輸入端口的上層端子（Vcc）只能作為傳感器的正電源端，切勿用于電磁閥等執(zhí)行元件的負(fù)載。電磁閥等執(zhí)行元件的正電源端應(yīng)連接到輸出端口上層端子(+24V），0V端子則應(yīng)連接到輸出端口下層端子上。②裝置側(cè)接線完畢后，應(yīng)用扎帶綁扎，兩個綁扎帶之間的距離不超過50mm。電纜和氣管應(yīng)分開綁扎，但當(dāng)它們都來自同一個移動模塊上時，允許綁扎在一起。2.傳感器的調(diào)試二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施2.任務(wù)實施控制電路接線完成后，即可接通電源和氣源，對工作單元各傳感器進(jìn)行調(diào)試。欠料（或缺料檢測）傳感器的調(diào)試：料倉中測試物宜用黑色工件，設(shè)定距離時從最小檢測距離開始逐漸增大，直到橙色LED的動作顯示燈穩(wěn)定地點亮。測試完成后在背景處放置一個白色工件作為校核，應(yīng)確保傳感器不動作。檢測推料到位的磁性開關(guān)的調(diào)試：調(diào)試時料倉內(nèi)只放置一個工件。用小螺絲刀將推料電磁閥手控旋鈕旋到“LOCK”位置，推料氣缸活塞桿將伸出，把工件推出到出料臺位置。然后調(diào)整“推料到位”磁性開關(guān)，使其在穩(wěn)定的動作位置，最后緊定固定螺栓。檢測頂料到位的磁性開關(guān)的調(diào)試：調(diào)試時料倉內(nèi)放置2個工件。用小螺絲刀將頂料電磁閥手控旋鈕旋到“LOCK”位置，頂料氣缸活塞桿將伸出，把次層工件壓緊。然后調(diào)整“頂料到位”磁性開關(guān)，使其在穩(wěn)定的動作位置，最后緊定固定螺栓。目錄第三部分任務(wù)檢查與評價三、任務(wù)檢查與評價評分點得分技能提升能正確識別模塊，并了解模塊的主要功能（10）知道光電傳感器的工作原理，會調(diào)整光電傳感器（10）知道磁性傳感器的工作原理，會調(diào)整磁性傳感器的位置（10）會使用換向閥的手控開關(guān)（10）會調(diào)節(jié)節(jié)流閥（10）會繪制PLC系統(tǒng)輸入、輸出接線圖（20）接線正確且符合中級維修電工工藝標(biāo)準(zhǔn)（10）安全操作（10）職業(yè)素養(yǎng)能夠課后整理等（5）《可編程控制器技術(shù)應(yīng)用》謝謝觀看！《可編程控制器技術(shù)應(yīng)用》供料系統(tǒng)的程序設(shè)計主講教師：×××Microbot目錄010203第一部分：任務(wù)描述第二部分：任務(wù)準(zhǔn)備與實施第三部分：任務(wù)檢查與評價目錄第一部分任務(wù)描述供料系統(tǒng)如圖4-19所示。要求編寫PLC系統(tǒng)的控制程序并下載運行。一、任務(wù)描述1.學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）設(shè)備上電和氣源接通后，如果工作單元的兩個氣缸滿足初始位置要求，而且料倉內(nèi)有夠的待加工工件，出料臺上沒有工件，表示設(shè)備準(zhǔn)備好。（2）如果已經(jīng)準(zhǔn)備好設(shè)備，按“啟動”按鈕SB1，表示有供料請求，設(shè)備應(yīng)執(zhí)行把工件推到出料臺上的操作。當(dāng)出料臺上的工件被人工取出后，設(shè)備將再次執(zhí)行推料操作。（3）如果按“停止”按鈕SB2，則系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)。一、任務(wù)描述1.學(xué)習(xí)目標(biāo)圖4-19

供料系統(tǒng)外觀圖一、任務(wù)描述2.實施條件（1）理解PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的原則。（2）理解PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟。（3）能使用順控設(shè)計法編寫供料系統(tǒng)控制程序。一、任務(wù)描述3.實施條件（1）已經(jīng)安裝完畢的S7-1200系列PLC系統(tǒng)一套（2）已經(jīng)接線完畢的供料系統(tǒng)（3）裝有TIA_Portal軟件的計算機(jī)（4）電工工具一套。一、任務(wù)描述4.安全提示（1）PLC所有模塊的安裝與接線必須在斷電的情況下操作。（2）在安裝接線完成后，必須由指導(dǎo)教師檢查后才能上電運行。（3）在通電的情況下，不能用手去觸摸任何金屬端子。（4）出現(xiàn)任何異常情況先斷電，并立即向指導(dǎo)教師報告。目錄第二部分任務(wù)準(zhǔn)備與實施二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（一）順序控制使用經(jīng)驗法編制PLC程序，沒有固定的分析方法和步驟，導(dǎo)致程序設(shè)計隨意性較大，不確定性因素較多。尤其是遇到復(fù)雜的流程，動作之間關(guān)聯(lián)性較大，編制的程序觸點之間關(guān)聯(lián)較多，程序容易出錯。一般面對復(fù)雜流程的時候采用順序控制完成設(shè)計法完成程序編制。順序控制，是指按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地有秩序地進(jìn)行操作，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應(yīng)用十分廣泛，例如搬運機(jī)械手的運動控制、自動化生產(chǎn)線的控制、交通信號燈的控制等。順序控制有三個要素：轉(zhuǎn)移條件、轉(zhuǎn)移目標(biāo)和工作任務(wù)，按照順序控制系統(tǒng)實現(xiàn)順序控制的特征，可以將順序控制劃分為時間順序控制、邏輯順序控制和條件順序控制三類。順序控制設(shè)計法是將一個完整的控制系統(tǒng)分解成幾個獨立的控制動作或工序，且這些動作或工序嚴(yán)格按照一定的先后次序一步一步的按順序執(zhí)行。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（二）順序功能圖使用順序控制設(shè)計法時，首先根據(jù)工藝要求畫出順序功能圖（SequentialFunctionChart，SFC），然后根據(jù)順序功能圖編制梯形圖。順序功能圖是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，也是設(shè)計PLC順序控制程序的工具。它將一個完整的控制過程分為若干階段，各階段具有不同的動作，階段間有一定的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件滿足就實現(xiàn)階段轉(zhuǎn)移，上一階段動作結(jié)束，下一階段動作開始。順序功能圖主要用來描述開關(guān)量順序控制系統(tǒng)，根據(jù)它可以很容易畫出順序控制梯形圖程序。順序功能圖很清楚的表達(dá)了每一個工序的狀態(tài)，又稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或功能表圖。利用這種編程方法，用戶也很容易編出復(fù)雜的順控程序，程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好，調(diào)試方便，大大提高了工作效率，也為調(diào)試、試運行帶來許多便利。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備順序控制功能圖主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換條件、動作組成。1.步順序控制設(shè)計法將一個順序控制過程可分為若干個階段，這些階段稱為步（Step）或狀態(tài)，并且用編程元件（M）代表各步。系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應(yīng)的步稱為初始步，初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待起動命令的相對靜止的狀態(tài)，每一個順序功能圖至少應(yīng)有一個初始步。當(dāng)系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時，該步稱為活動步。步處于活動狀態(tài)時，相應(yīng)的動作被執(zhí)行；處于不活動狀態(tài)時，相應(yīng)的非存儲型的動作被停止執(zhí)行。初始步用雙線框表示，一般補(bǔ)用矩形圖框表示，矩形圖框中用數(shù)字表示步的編號。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（a）步

（b）初始步（c）有向連線及轉(zhuǎn)換條件圖4-20步、有向連線及轉(zhuǎn)換條件二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備2.有向連線在順序功能圖中，活動狀態(tài)的進(jìn)展按有向連線規(guī)定的路線和方向進(jìn)行。在畫順序功能圖時，用有向連線將它們連接起來。步的活動狀態(tài)習(xí)慣的進(jìn)展方向是從上到下或從左至右，在這兩個方向有向連線上的箭頭可以省略。如果不是上述的方向，應(yīng)在有向連線上用箭頭注明進(jìn)展方向。

3.轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換條件相鄰的兩步由轉(zhuǎn)換分開，步的活動狀態(tài)進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)完成的，使系統(tǒng)從當(dāng)前步進(jìn)入下一步的信號稱為轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件可以由外部輸入信號、定時器、計數(shù)器或者邏輯控制來實現(xiàn)。步與步之間實現(xiàn)轉(zhuǎn)換應(yīng)該同時滿足兩個條件：前級步必須是活動步，對應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件成立。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換在兩步之間用垂直短橫線表示，用文字注明轉(zhuǎn)換的條件。4.與步對應(yīng)的動作在某一步中要完成的具體事情稱之為動作，可以是一個動作也可以是多個動作。一般在用矩形框加文字說明表示動作。5.順序功能圖繪制注意事項（1）步與步不能直接相連，必須用轉(zhuǎn)移分開；（2）轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移不能直接相連，必須用步分開；（3）步與轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移與步之間的連線采用有向線段；（4）一個功能圖至少應(yīng)有一個初始步。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備6.順序功能圖的結(jié)構(gòu)順序功能圖的結(jié)構(gòu)如圖4-21所示，主要分為單序列結(jié)構(gòu)、選擇序列結(jié)構(gòu)、并行序列結(jié)構(gòu)。（1）單序列結(jié)構(gòu)如圖4-21（a）所示，單序列結(jié)構(gòu)的功能圖沒有分支，這種結(jié)構(gòu)的功能圖沒有分支，是單一串行的結(jié)構(gòu)，每個步后只有一步，步與步之間只有一個轉(zhuǎn)換條件。（2）選擇序列結(jié)構(gòu)如圖4-21（b）所示，選擇序列結(jié)構(gòu)的開始稱為分支，步2后有2個分支，各選擇分支不能同時執(zhí)行。例如，當(dāng)步2為活動步且條件c滿足時，則轉(zhuǎn)向步3；當(dāng)步2為活動步且條件g滿足時，則轉(zhuǎn)向步5。無論2轉(zhuǎn)向哪個分支，當(dāng)其后續(xù)步成為活動步時，步2自動變成不活動步。所以選擇了轉(zhuǎn)向二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備某一分支，則不允許另外幾個分支的首步成為活動步，所以應(yīng)該使各選擇分支間聯(lián)鎖，選擇序列的結(jié)束稱為合并。如圖4-21，不論哪個分支的最后一步成為活動步，當(dāng)轉(zhuǎn)換條件滿足時都要轉(zhuǎn)向步7。（3）并列序列結(jié)構(gòu)如圖4-21（c）所示，并行序列的開始也稱為分支，為了區(qū)別于選擇序列結(jié)構(gòu)，用雙線來表示并行序列分支的開始，轉(zhuǎn)換條件放在雙線之上。圖4-21（c）中的步2后有2個分支（可以有更多的分支），當(dāng)步2為活動步且條件b滿足時，則步3、5同時被激活成為活動步，而步2變?yōu)椴换顒硬?。并行序列的結(jié)束稱為合并，用雙線表示并行序列的合并，轉(zhuǎn)換條件放在雙線之下。當(dāng)并行序列的最后一步都為活動步且滿足條件i時，將同時轉(zhuǎn)換到步7，且步4、6變?yōu)椴换顒硬?。設(shè)計的順序功能圖必須要由步和有向連線組成閉合回路，使系統(tǒng)能夠多次重復(fù)執(zhí)行同一工藝過程，避免走進(jìn)“死胡同”。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（a）單序列結(jié)構(gòu)

（b）選擇序列結(jié)構(gòu)

（c）并列序列結(jié)構(gòu)圖4-21順序功能圖結(jié)構(gòu)二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（三）順序控制設(shè)計法的設(shè)計步驟通過設(shè)計順序功能圖就可以實現(xiàn)順序控制程序設(shè)計，一般分為劃分步、確定轉(zhuǎn)移條件、繪制順序功能圖、繪制梯形圖等步驟。1.劃分步首先根據(jù)工藝流程分析被控對象的控制要求，將系統(tǒng)的工作過程劃分成若干個階段。2.確定轉(zhuǎn)換條件根據(jù)控制要求，確定轉(zhuǎn)換條件，常見的轉(zhuǎn)換條件有按鈕、行程開關(guān)、定時器、計數(shù)器以及邏輯控制電路等。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備

3.繪制順序功能圖根據(jù)確定的步和轉(zhuǎn)換條件畫出描述系統(tǒng)工作過程的順序功能圖。4.梯形圖的繪制根據(jù)順序功能圖，采用某種編程方式設(shè)計出梯形圖。順序控制設(shè)計法常見的方式有起保停編程、步進(jìn)梯形指令編程、移位寄存器編程、置位復(fù)位編程、定時器計數(shù)器編程等。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（四）順序控制設(shè)計法常見的方法順序控制設(shè)計法常見的方式有起保停編程、步進(jìn)指令編程、移位寄存器編程、置位復(fù)位編程、定時器計數(shù)器編程等，但西門子S7-1200和其他系列PLC不一樣，沒有專門的步進(jìn)指令。1.起保停編程方法起保停電路僅僅使用與觸點和線圈有關(guān)的指令，無需編程元件做中間環(huán)節(jié)，各種型號PLC的指令系統(tǒng)都有相關(guān)指令，加上該電路利用自保持，從而具有記憶功能，且與傳統(tǒng)繼電器控制電路基本相類似，因此得到了廣泛的應(yīng)用。這種編程方法通用性強(qiáng)，編程容易掌握，易調(diào)試。（1）單序列編程在圖4-22中，假如M0.1、M0.2、M0.3是相臨的三步，M0.1到M0.2的轉(zhuǎn)換條件是I0.0，M0.2到二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備M0.3的轉(zhuǎn)換條件是I0.1，步M0.1是活動且轉(zhuǎn)換條件I0.0為真，M0.2才能變成活動步，如果將M0.2看作電機(jī)，M0.1和I0.0視為啟動開關(guān)，那么電機(jī)啟動的條件是串聯(lián)的M0.1和I0.0都得電，電機(jī)M0.2才能置位，同時需要M0.2觸點自鎖。同樣當(dāng)M0.2后面的M0.3步動作，需要M0.2變成非活動步。因此將M0.3的常閉觸點和M0.2線圈串聯(lián)。圖4-22啟保停電路實現(xiàn)的單序列編程二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（2）選擇序列編程的分支和匯總程序?qū)τ谶x擇序列的分支，如果某一步的后面有一個由若干條分支組成的選擇序列，該步可能轉(zhuǎn)換到不同的分支，應(yīng)該將這個后續(xù)步對應(yīng)的輔助繼電器常閉觸頭和該步的線圈串聯(lián)，作為結(jié)束該步的條件。見圖4-23（a），M0.2之后有一個選擇序列分支，當(dāng)它的后續(xù)步M0.3、M0.4、M0.5變?yōu)榛顒硬綍r，它應(yīng)變?yōu)椴换顒硬?。所以需要將M0.3、M0.4、M0.5的常閉觸點變?yōu)镸0.2的停止條件，見圖4-24。對于選擇序列的合并，如果某一步之前有若干條分支合并后進(jìn)入該步，則代表該步的輔助繼電器的啟動電路由N條支路并聯(lián)而成，各支路由前級對應(yīng)的輔助繼電器的常開觸點與相應(yīng)轉(zhuǎn)換條件串聯(lián)而成。見圖4-23（b）所示，M0.4之前有選擇序列的合并。當(dāng)M0.1為活動步且轉(zhuǎn)換條件I0.1滿足，或者M(jìn)0.2為活動步且轉(zhuǎn)換條件I0.2滿足、或者M(jìn)0.3為活動步且轉(zhuǎn)換條件I0.3滿足，步M0.4都應(yīng)變?yōu)榛顒硬?，見圖4-25。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備

（a）分支結(jié)構(gòu)

（b）匯總結(jié)構(gòu)圖4-23分支匯總結(jié)構(gòu)二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備

圖4-24啟保停電路實現(xiàn)的分支結(jié)構(gòu)編程圖4-25啟保停電路實現(xiàn)的匯總結(jié)構(gòu)編程二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（3）并列編序列編程分支的編程。某并列序后面有若干分支，見圖4-26，如果M0.1為活動步，轉(zhuǎn)換條件成立，并行序列中各列單序列的第一步都變?yōu)榛顒硬?，實現(xiàn)這一要求，只要將后續(xù)步對應(yīng)的軟繼電器常閉觸點與M0.1線圈以及轉(zhuǎn)換條件串聯(lián)，作為結(jié)束當(dāng)前步的條件即可。要想實現(xiàn)圖4-26并列序列中的分支功能，只要將M0.1、I0.1與M0.3的常閉觸頭串聯(lián)，將M0.1、I0.1與M0.5的常閉觸頭串聯(lián)即可執(zhí)行各自分支電路，見圖4-27并聯(lián)分支程序。合并的編程。當(dāng)并行序列合并時，只有當(dāng)各并列序列最后一步都是活動步且轉(zhuǎn)換條件成立時，才能完成并行序列的合并。因此，合并后的步的啟動電路應(yīng)由若干條并聯(lián)支路中最后一級步的軟繼電器的常開觸點與相應(yīng)轉(zhuǎn)換條件串聯(lián)而成。二合并后的步的常閉觸點分別作為各并列序列的最后一步斷開的條件，見圖4-27分支回合程序。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備

圖4-26并列序列二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備

圖4-27啟保停電路實現(xiàn)的并行序列編程分支匯合并行分支并行分支二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備2.使用置位/復(fù)位的設(shè)計方法在置位/復(fù)位指令的編程方式中，用某一轉(zhuǎn)換所有前級步對應(yīng)的輔助繼電器的常開觸點與轉(zhuǎn)換條件串聯(lián)，作為使所有后續(xù)步對應(yīng)的輔助繼電器置位和使所有前級步對應(yīng)的輔助繼電器復(fù)位的條件來實現(xiàn)順序控制。該方法順序轉(zhuǎn)換關(guān)系明確，編程易理解，應(yīng)用較廣。（1）單序列編程在圖4-28中，當(dāng)前級M0.1步是活動步且轉(zhuǎn)換條件成立，后續(xù)步M0.2變成活動步，前一級M0.1變成非活動步。這種編程方式和轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則有著嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系，用它編制復(fù)雜的功能圖時，更具有優(yōu)越性。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備

圖4-28置位/復(fù)位實現(xiàn)的單序列編程二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備（2）選擇序列編程的分支和匯總程序選擇序列的分支與合并程序和單序列的相同，除了與合并序列有關(guān)的轉(zhuǎn)換以外，每個控制位、復(fù)位的電路塊都由前級步對應(yīng)的存儲位的常開觸點和轉(zhuǎn)換條件組成串聯(lián)電路、一條置位、一條復(fù)位組成。（3）并行序列編程分支的編程。某并列序后面有若干分支，如圖4-26，如果M0.1為活動步，轉(zhuǎn)換條件成立，并行序列中各列單序列的第一步都變?yōu)榛顒硬?，實現(xiàn)這一要求，只要將后續(xù)步同時激活，即M0.1以及轉(zhuǎn)換條件串聯(lián)使后續(xù)步同時置位，而M0.1使用復(fù)位指令復(fù)位，如圖4-28所示。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施1.任務(wù)準(zhǔn)備合并的編程。對于并行序列的合并，只要將若干個分支最后一步的軟繼電器的常開觸點與相應(yīng)轉(zhuǎn)換條件串聯(lián)作為置位后續(xù)步和復(fù)位分支最后一步的條件。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施2.任務(wù)實施（一）系統(tǒng)控制分析1.供料系統(tǒng)控制流程分析由前述的供料系統(tǒng)工作過程介紹可見，供料過程是一個順序控制的過程，是供料單元的主要控制過程。但這一順控過程在什么條件下可以啟動；而啟動以后，在什么情況下順控過程停止？這些條件必須在順控程序外部確定。因此，我們除了需要完成供料過程的動作，還要考慮系統(tǒng)的狀態(tài)信號，這些狀態(tài)信號包括上電初始化、故障檢測、工作狀態(tài)顯示、系統(tǒng)啟動條件檢查、啟動和停止操作等環(huán)節(jié)。為便于實施，將這些環(huán)節(jié)簡稱為主程序的狀態(tài)檢測和啟?？刂撇糠?。二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施2.任務(wù)實施圖4-29動作順序二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施2.任務(wù)實施（二）狀態(tài)功能圖繪制供料單元的步進(jìn)過程比較簡單，初始步在上電初始化時就被置位，但系統(tǒng)未進(jìn)入運行狀態(tài)前則處于等待狀態(tài)。當(dāng)運行狀態(tài)標(biāo)志ON后，如果出料臺上沒有工件，經(jīng)延時確認(rèn)后，轉(zhuǎn)移到推料步，將工件推出到出料臺。動作完成后，轉(zhuǎn)移到驅(qū)動機(jī)構(gòu)復(fù)位步，使推料氣缸和頂料氣缸先后返回初始位置，這樣就完成了一個工作周期，步進(jìn)程序返回初始步，如果運行狀態(tài)標(biāo)志仍然為ON，開始下一周期的供料工作。圖4-30狀態(tài)功能圖二、任務(wù)準(zhǔn)備與實施2.任務(wù)實施（三）編程思路及程序設(shè)計1.編程思路（1）