柔性生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)

柔性生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)1任務(wù)1傳送單元的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)uuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuun.2任務(wù)2機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)uuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuuuunnuun.3任務(wù)3柔性制造系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)1.強(qiáng)化S7-200PLC編程的基本思路和方法。2.熟悉基本編程指令等常用指令的形式及作用。3.熟悉控制程序的結(jié)構(gòu)。4.會(huì)利用基本指令對(duì)自動(dòng)化柔性生產(chǎn)線編寫(xiě)較簡(jiǎn)單的程序。以PLC程序控制設(shè)計(jì)為載體，通過(guò)PLC基本操作與基本電路的編程、落料及傳送單元的控制模擬實(shí)訓(xùn)等具體工作任務(wù)，講述S7-200系列PLC在應(yīng)用中與具體工作相關(guān)的線路接線、編程、調(diào)試，加強(qiáng)理解能力和程序設(shè)計(jì)能力。本任務(wù)主要以自動(dòng)化柔性生產(chǎn)線為載體，按照循序漸進(jìn)的方式利用PLC基本指令的綜合運(yùn)用，進(jìn)行各種實(shí)訓(xùn)動(dòng)作控制。可自行靈活組合，實(shí)現(xiàn)更多的實(shí)訓(xùn)動(dòng)作控制。1.任務(wù)要求物料傳送主站的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。3.物料傳送的基本動(dòng)作（1）單機(jī)動(dòng)作。本站處于啟動(dòng)原點(diǎn)狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕后，該單元傳送帶開(kāi)始工作，運(yùn)行指示燈點(diǎn)亮。（2）聯(lián)機(jī)動(dòng)作。當(dāng)系統(tǒng)位于原點(diǎn)狀態(tài)時(shí)，按下任何本站或總站的啟動(dòng)按鈕，各單元的傳送帶開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，本站和總站的運(yùn)行指示燈點(diǎn)亮。（3）報(bào)警動(dòng)作。若落料電機(jī)機(jī)M1啟動(dòng)60s后，工件檢測(cè)傳感器2仍未檢測(cè)到工件，則該單元有報(bào)警情況發(fā)生。（4）復(fù)位動(dòng)作。PLC內(nèi)部清除當(dāng)前工作狀態(tài)。4.根據(jù)物料傳送的基本動(dòng)作編寫(xiě)PLC程序物料傳送控制系統(tǒng)的梯形圖和語(yǔ)句表程序如圖所示。本任務(wù)重點(diǎn)講述了西門子S7-200PLC在柔性生產(chǎn)加工系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用，較詳細(xì)地說(shuō)明了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、PLC的硬件連接，完成了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定位和復(fù)位的程序設(shè)計(jì)，詳述了柔性生產(chǎn)加工系統(tǒng)傳送單元的綜合程序設(shè)計(jì)，講述了上料單元工作過(guò)程，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件，并繪制了控制系統(tǒng)的梯形圖和語(yǔ)句表，進(jìn)行了系統(tǒng)的綜合運(yùn)行調(diào)試。1.強(qiáng)化S7-200PLC編程的基本思路和方法。2.熟悉基本編程指令等常用指令的形式及作用。3.了解氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作原理。4.能正確使用PLC典型指令控制自動(dòng)化生產(chǎn)線上機(jī)械手。5.能熟練掌握機(jī)械手控制單元PLC的接線、編程和調(diào)試。以PLC程序控制設(shè)計(jì)為載體，通過(guò)PLC基本操作及編程、機(jī)械手動(dòng)作控制單元的控制模擬實(shí)訓(xùn)等具體工作任務(wù)，講述S7-200系列PLC在應(yīng)用中與具體工作相關(guān)的線路連接、編程、調(diào)試，加強(qiáng)理解能力和程序設(shè)計(jì)能力。本任務(wù)主要以自動(dòng)化柔性生產(chǎn)線為載體，以循序漸進(jìn)的方式綜合利用PLC基本指令，進(jìn)行各種實(shí)訓(xùn)動(dòng)作控制，也可自行靈活組合，實(shí)現(xiàn)更多的實(shí)訓(xùn)動(dòng)作控制。1.子程序調(diào)用指令和返回指令子程序調(diào)用指令CALL的功能是將程序執(zhí)行轉(zhuǎn)移到編號(hào)為n的子程序。在梯形圖中，子程序調(diào)用指令以功能框形式編程，子程序返回指令以線圈形式編程。2.子程序調(diào)用過(guò)程的特點(diǎn)（1）在子程序（n）調(diào)用過(guò)程中，CPU把程序控制權(quán)交給子程序（n系統(tǒng)將當(dāng)前邏輯堆棧的數(shù)據(jù)自動(dòng)保存，并將棧頂置“1”，堆棧中的其他數(shù)據(jù)置“0”。（2）因?yàn)槔奂悠骺稍谡{(diào)用程序和被調(diào)子程序之間自由傳遞數(shù)據(jù)，所以累加器的值在子程序調(diào)用開(kāi)始時(shí)不需要另外保存，在子程序調(diào)用結(jié)束時(shí)也不用恢復(fù)。（3）允許子程序嵌套調(diào)用，嵌套深度最多為8重。（4）S7-200不禁止子程序遞歸調(diào)用（自己調(diào)用自己但使用時(shí)要慎重。（5）用Micro/Win32軟件編程時(shí)，編程人員不用手工輸入RET指令，而是由軟件自動(dòng)加在每個(gè)子程序的結(jié)束處。。指令編程舉例：不帶參數(shù)子程序的調(diào)用。與此對(duì)應(yīng)的梯形圖及指令表語(yǔ)句如圖所示。3.帶參數(shù)的子程序調(diào)用子程序在調(diào)用過(guò)程中，允許帶參數(shù)調(diào)用。（1）子程序參數(shù)。在帶參數(shù)調(diào)用子程序時(shí)，最多可以帶16個(gè)參數(shù)。每個(gè)參數(shù)包含變量名、變量類型和數(shù)據(jù)類型。變量名由不超過(guò)8個(gè)字符的字母和數(shù)字組成，但第一個(gè)字符必須是字母。（3）變量類型。在帶參數(shù)調(diào)用子程序時(shí)可以使用4種變量類型，根據(jù)數(shù)據(jù)傳遞的方向依次安排這些變量類型在局部變量表中的位置。1）IN類型（傳入子程序型）。2）IN/OUT類型（傳入／傳出子程序型）。3）OUT類型（傳出子程序型）。4）TEMP類型（暫時(shí)型）。（4）使用局部變量表。在局部變量表中，還要說(shuō)明變量的數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)類型可以是能流型、布爾型、字節(jié)型、字型、雙字型、整數(shù)型、雙整數(shù)型和實(shí)數(shù)型。1）能流型：該數(shù)據(jù)類型僅對(duì)位輸入操作有效，它是位邏輯運(yùn)算的結(jié)果。對(duì)能流輸入類型的數(shù)據(jù)，要排在局部變量表的最前面。2）布爾型：該數(shù)據(jù)類型用于單獨(dú)的位輸入和位輸出。3）字節(jié)型、字型、雙字型：該數(shù)據(jù)類型分別用于說(shuō)明1字節(jié)、2字節(jié)和4字節(jié)的無(wú)符號(hào)的輸入?yún)?shù)或輸出參數(shù)。4）整數(shù)和雙整數(shù)型：該數(shù)據(jù)類型分別用于說(shuō)明2字節(jié)和4字節(jié)的有符號(hào)的輸入?yún)?shù)或輸出參數(shù)。5）實(shí)數(shù)型：該數(shù)據(jù)類型用于說(shuō)明IEEE標(biāo)準(zhǔn)的32位浮點(diǎn)輸入?yún)?shù)或輸出參數(shù)。指令編程舉例：帶參數(shù)的子程序調(diào)用如圖所示。1.機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖和操作面板分別如圖所示。2.控制要求為了保證在緊急情況下(包括PLC發(fā)生故障時(shí))能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM，如圖所示。4.硬件設(shè)計(jì)依照PLC的I/O地址分配表，結(jié)合系統(tǒng)的控制要求，PLC控制I/O接線圖如圖所示。5.軟件設(shè)計(jì)（1）順序功能圖。如圖所示為機(jī)械手控制系統(tǒng)自動(dòng)程序的順序功能圖。（2）程序的總體結(jié)構(gòu)。如圖所示為主程序總體結(jié)構(gòu)，SM0.0的常開(kāi)觸點(diǎn)一直閉合，公共程序是無(wú)條件執(zhí)行。（3）公用程序。公用程序的梯形圖及指令語(yǔ)句表如圖所示。如圖所示是用啟保停電路設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制程序(不包括自動(dòng)返回原點(diǎn)程序)，M0.0和M2.0~M2.7用典型的啟保停電路控制。（5）輸出電路。如圖所示是自動(dòng)控制程序的輸出電路，圖中I0.1~I0.4的常閉觸點(diǎn)是為單步工作方式設(shè)置的。如圖所示是自動(dòng)回原點(diǎn)程序的順序功能圖。如圖所示是用啟保停電路設(shè)計(jì)的梯形圖和指令語(yǔ)句表。本任務(wù)重點(diǎn)講述了西門子S7-200PLC在柔性生產(chǎn)加工系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用，詳述了柔性生產(chǎn)加工系統(tǒng)機(jī)械手控制單元的綜合程序設(shè)計(jì)。介紹了機(jī)械手連續(xù)、單周期、單步和回原點(diǎn)4種工作方式的工作過(guò)程。系統(tǒng)的硬件通過(guò)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的軟件梯形圖繪制，進(jìn)行了系統(tǒng)的綜合運(yùn)行調(diào)試。通過(guò)機(jī)械手動(dòng)作控制單元的模擬實(shí)訓(xùn)任務(wù)，講述與具體工作相關(guān)的線路連接、編程、調(diào)試，加強(qiáng)學(xué)生的理解能力、程序設(shè)計(jì)能力和柔性加工系統(tǒng)的綜合運(yùn)用能力。1.典型基本指令和功能指令的應(yīng)用。2.了解PLC通過(guò)PROFIBUSDP總線實(shí)現(xiàn)主、從機(jī)之間通信的原理。3.能根據(jù)總控制屏的接線圖、電路圖，檢查電路連接是否正確。4.能進(jìn)行各分站的總線通信地址的設(shè)置。5.能在前面各分站編程的基礎(chǔ)上，編寫(xiě)整個(gè)生產(chǎn)線的程序。以PLC程序控制設(shè)計(jì)為載體，通過(guò)PLC基本操作與基本電路的編程，根據(jù)總控制屏的接線圖、電路圖進(jìn)行各分站的總線通信地址的設(shè)置。在各分站編程的基礎(chǔ)上，編寫(xiě)整個(gè)生產(chǎn)線的程序，從而能夠了解PLC通過(guò)PROFIBUSDP總線實(shí)現(xiàn)主機(jī)、從機(jī)之間通信的原理，并在此基礎(chǔ)上講述與具體工作相關(guān)的線路連接、編程、調(diào)試。1.數(shù)據(jù)通信的傳輸方式按傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)空順序分類，數(shù)據(jù)通信的傳輸方式可分為并行傳輸和串行傳輸兩種。（1）異步傳輸。信息以字符為單位進(jìn)行傳輸，當(dāng)發(fā)送一個(gè)字符代碼時(shí)，字符前都有自己的一位起始位，極性為0。異步傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)：①收、發(fā)雙方不需要嚴(yán)格的位同步，“異步”是指字符與字符之間的異步，字符內(nèi)部仍為同步;②電路比較簡(jiǎn)單，鏈絡(luò)協(xié)議易實(shí)現(xiàn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用，其缺點(diǎn)在于通信效率比較低。PLC網(wǎng)絡(luò)多采用異步方式傳送數(shù)據(jù)。（2）同步傳輸。同步傳輸中，不僅字符內(nèi)部為同步，字符與字符之間也要保持同步。同步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是可獲得較高的傳輸速度，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)較復(fù)雜。2.信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)串行通信通常傳輸?shù)氖菙?shù)字量，遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，傳輸線頻帶不夠?qū)?，使信?hào)嚴(yán)重失真、衰減，常采用的方法是調(diào)制解調(diào)技術(shù)。1）調(diào)制：將發(fā)送端的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合傳輸線傳送的模擬信號(hào)的設(shè)備稱為調(diào)制器。2）解調(diào)：將接收端收到的模擬信號(hào)還原為數(shù)字信號(hào)的設(shè)備稱為解調(diào)器。3.傳輸速率傳輸速率，是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?。它是衡量系統(tǒng)傳輸性能的主要指標(biāo)，常用波特率(BaudRate)表示。波特率是指每秒傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位是bit/s。常用的波特率有19200bit/s、9600bit/s、4800bit/s、2400bit/s、1200bit/s等。例如，1200bit/s的傳輸速率，每個(gè)字符格式規(guī)定包含10個(gè)數(shù)據(jù)位（起始位、停止位、數(shù)據(jù)位信號(hào)每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為1200/10=120（字符/秒）。4.信息交互方式信息交互方式有單式通信方式、半雙工通信方式和雙工通信方式三種。（1）單工通信方式。單工通信是指信息的傳送始終保持同一個(gè)方向，而不能進(jìn)行反向傳送，如圖所示。其中A端只能作為發(fā)送端，B端只能作為接收端。（2）半雙工通信方式。半雙工通信是指信息流可以在兩個(gè)方向上傳送，但同一時(shí)刻只限于一個(gè)方向傳送，如圖所示。（3）全雙工通信方式。全雙工通信能在兩個(gè)方向上同時(shí)發(fā)送和接收，如圖所示。串行通信的形式繁多。最簡(jiǎn)單的通信只需3根引線（TXD、RXD、GND如圖所示。它可以實(shí)現(xiàn)全雙工異步串行通信。RS-232C使用單端驅(qū)動(dòng)、單端接收電路，如圖所示。RS-232C接口規(guī)定了終端設(shè)備(DTE)和通信設(shè)備(DCE)之間信息交換的方式與功能。部分引腳功能見(jiàn)下表。如圖所示為RS-485的接口連接。RS-485在總線電纜的始端和終端都需并聯(lián)終端電阻，如圖所示。1.通信端口S7-200CPU上的RS-485串行接口外形如圖所示。2.PC/PPI電纜用計(jì)算機(jī)編程時(shí)，一般用PC/PPI（個(gè)人計(jì)算機(jī)/點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口）電纜連接計(jì)算機(jī)與PLC，這是一種低成本的通信方式。PC/PPI電纜外形如圖所示。PC/PPI電纜上的DIP開(kāi)關(guān)選擇的波特率，見(jiàn)下表。3.網(wǎng)絡(luò)連接器利用西門子公司提供的兩種網(wǎng)絡(luò)連接器可以很容易地把多臺(tái)設(shè)備連到網(wǎng)絡(luò)中。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接器上的選擇開(kāi)關(guān)可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行偏置和終端匹配。兩個(gè)連接器中的一個(gè)連接器只可以連接到CPU的接口，而另一個(gè)連接器增加了一個(gè)編程接口，如圖所示。當(dāng)通信設(shè)備相距較遠(yuǎn)時(shí)，可使用PROFIBUS電纜進(jìn)行連接，表中列出了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)電纜的性能指標(biāo)。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的最大長(zhǎng)度取決于波特率和所用電纜的類型。4.EM277PROFIBUS-DP模塊EM277PROFIBUS-DP模塊是專門用于PROFIBUS-DP協(xié)議通信的智能擴(kuò)展模塊，它的外形如圖所示。DP模塊仍能作為一個(gè)MPI從站與同一網(wǎng)絡(luò)上的編程器如SIMATIC或CPU(S7-300/S7-400系列CPU)等其他主站進(jìn)行通信，如圖所示。S7-200PLC的串行通信口可以由用戶程序來(lái)控制，這種由用戶程序控制的通信方式稱為“自由端口通信模式”。特殊存儲(chǔ)器字節(jié)SMB30和SMB130的具體內(nèi)容見(jiàn)下表。1.任務(wù)要求CPU224在輸入信號(hào)I0.1的上升沿控制接收來(lái)自遠(yuǎn)程CPU224的20個(gè)字符，接收完成后，又將信息發(fā)送到遠(yuǎn)程PLC；在發(fā)送任務(wù)完成后，用本地CPU224的輸出信號(hào)Q0.1進(jìn)行提示。設(shè)置通信參數(shù)SMB30=9端口通信模式，不設(shè)超時(shí)時(shí)間，即無(wú)奇偶檢驗(yàn)、有效數(shù)據(jù)位8位、波特率為9600bit/s、自由接收和發(fā)送使用同一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，首地址為VB200。2.通信軟件設(shè)計(jì)通信軟件設(shè)計(jì)編程對(duì)應(yīng)的梯形圖程序如圖所示。本任務(wù)主要講述了S7-200PLC的通信協(xié)議及通信實(shí)現(xiàn)方法。網(wǎng)絡(luò)通信是S