《PLC應(yīng)用技術(shù)（西門子S7-1200）（第二版）》 課件 項目五 工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制

項目五

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制

掌握S7-1200計數(shù)器指令格式、數(shù)據(jù)類型，計數(shù)器的基本應(yīng)用。

掌握順序控制程序設(shè)計的方法一學(xué)習(xí)目標(biāo)2024/10/225.1計數(shù)器指令二知識講座S7-1200CPU的計數(shù)器指令采用IEC標(biāo)準(zhǔn)，定時器的數(shù)據(jù)類型為IEC_COUNTER,數(shù)據(jù)長度為6個字節(jié)。使用計數(shù)器需要制定相應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊來存儲定時器指令的數(shù)據(jù)，在博圖軟件中插入計數(shù)器指令時，系統(tǒng)會自動分配并創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊（DB），用戶程序中可以使用計數(shù)器的數(shù)量僅受CPU存儲容量的限制。2024/10/225.1計數(shù)器指令二知識講座S7-1200CPU包含3種計數(shù)器：加計數(shù)器（CTU）、減計數(shù)器（CTD）和加減計數(shù)器（CTUD），3種計數(shù)器指令符號如圖5-1所示。計數(shù)器器引腳匯總表如表5-1所示。2024/10/22二知識講座

名稱數(shù)據(jù)類型說明

輸入CU（CountUP）/CD（CountDown）Bool信號輸入端，可以不在引腳處加入沿信號RBool計數(shù)器復(fù)位信號端，將CV清0，在CTU、CTUD中出現(xiàn)LDBool預(yù)設(shè)值的裝載控制端，CTD、CTUD中出現(xiàn)PV整數(shù)預(yù)設(shè)計數(shù)值

輸出QBool信號輸出端，當(dāng)計數(shù)器當(dāng)前值CV≥PV時，狀態(tài)為1QDBool信號輸出端，當(dāng)計數(shù)器當(dāng)前值CV≤0時，狀態(tài)為1QUBool信號輸出端，當(dāng)計數(shù)器當(dāng)前值CV≥PV時，狀態(tài)為1CV整數(shù)當(dāng)前計數(shù)值表5-1計數(shù)器引腳匯總表2024/10/22二知識講座1.加計數(shù)器（CTU）

在加計數(shù)器指令中，每當(dāng)CU從0變?yōu)?時，CV加1，當(dāng)CV=PV時，Q=1。此后，每當(dāng)CU從0變?yōu)?，Q端保持輸出1，CV值繼續(xù)增加，直到CV達(dá)到指定的數(shù)據(jù)類型的最大值。在任意時刻，只要R端的狀態(tài)為1，Q=0，CV立即停止計數(shù)并回到0。加計數(shù)器指令應(yīng)用如圖5-2所示。圖5-2加計數(shù)器指令應(yīng)用及波形圖2024/10/22二知識講座2.減計數(shù)器（CTD）

在減計數(shù)器指令中，每當(dāng)CD從0變?yōu)?時，CV減1，當(dāng)CV=0時，Q=1。此后，每當(dāng)CD從0變?yōu)?，Q端保持輸出1，CV繼續(xù)減少直到達(dá)到計數(shù)器指定的數(shù)據(jù)類型的最小值。在任意時刻，只要LD端的狀態(tài)為1，Q=0，CV立即停止計數(shù)并回到PV值。減計數(shù)器指令如圖5-3所示。圖5-3減計數(shù)器指令應(yīng)用及波形圖2024/10/22二知識講座3.加減計數(shù)器（CTUD）

在加減計數(shù)器指令中，每當(dāng)CU從0變?yōu)?，CV就加1，每當(dāng)CD從0變?yōu)?，CV就減1。當(dāng)CV≥PV時，QU=1，當(dāng)CV＜PV時，QU=0；當(dāng)CV≤0時，QD=1，當(dāng)CV＞0時，QD=0。CV的上下限值取決于計數(shù)器指定的整數(shù)類型的最大值與最小值。在任意時刻，只要R從0變?yōu)?，QU=0，CV立即停止計數(shù)并復(fù)位為0；只要LD為1，QD=0，CV立即停止計數(shù)并回到PV值。加減計數(shù)器指令應(yīng)用如圖5-4所示。圖5-4加減計數(shù)器指令應(yīng)用及波形圖2024/10/225.2順序控制設(shè)計與順序控制功能圖二知識講座1.順序功能圖

順序控制就是按照生成工藝預(yù)先規(guī)定的順序，控制各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動的有序的進(jìn)行運(yùn)行，它是一種按時間順序或邏輯順序進(jìn)行控制的開環(huán)控制，也稱步進(jìn)控制。

在工業(yè)控制中，順序控制應(yīng)用非常廣泛，例如搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動控制、產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線的控制、工業(yè)洗衣機(jī)的控制等。順序控制包含三個要素：工作任務(wù)、轉(zhuǎn)移條件和轉(zhuǎn)移目標(biāo)。2024/10/22二知識講座1.順序功能圖

順序功能圖（SFC，SequentialFunctionChart），又稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或功能表圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，也是設(shè)計順序控制程序的工具。順序功能圖是采用IEC61131國際標(biāo)準(zhǔn)的的編程語言，有的PLC為用戶提供了順序功能圖語言，例如西門子S7系列中，S7-300/400/1500的S7-Graph語言，三菱PLC中的FX系列中也為用戶提供順序功能圖編程語言。

使用順序控制方法，首先根據(jù)工藝流程設(shè)計畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖或?qū)懗鲋噶畋怼?/p>

順序控制功能圖主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動作（或命令）組成。2024/10/22二知識講座1.順序功能圖（1）步。

順序功控制設(shè)計就是將順序控制設(shè)計法將系統(tǒng)的一個工作周期劃分成若干順序相連的階段，這些階段稱為步，并且用編程元件（用位存儲器M）代表各步。當(dāng)系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時，稱為該步處于活動狀態(tài)，即“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。

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、復(fù)位的相對靜止的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示，每一個順序功能圖至少應(yīng)有一個初始步。2024/10/22二知識講座1.順序功能圖（2）有向連線。

在順序功能圖中，隨著時間的推移或邏輯關(guān)系的變化，會發(fā)生步的活動狀態(tài)的進(jìn)展，步之間進(jìn)展的路線和方向用有向連線表示，有向連線是垂直或水平。步的進(jìn)展方向一般是從上到下，從左到右。如果步之間進(jìn)展的方向不是遵守上述習(xí)慣就必須增加箭頭，箭頭表示步進(jìn)展的方向。（3）轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換條件

在兩步之間的垂直短線為轉(zhuǎn)換，其線上的橫線為編程元件觸點(diǎn)，它表示從上一步轉(zhuǎn)到下一步條件，使系統(tǒng)由當(dāng)前步進(jìn)入下一步的信號稱為轉(zhuǎn)換條件。轉(zhuǎn)換條件可以是外部的輸入信號，例如按鈕、指令開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器信號的接通或斷開；也可以PLC內(nèi)部產(chǎn)生的信號，例如定時器、計數(shù)器等；轉(zhuǎn)換條件可以是單個信號，也可以是多個信號的邏輯組合。2024/10/22二知識講座2.順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)圖5-5單流程結(jié)構(gòu)圖（1）單流程結(jié)構(gòu)。單流程結(jié)構(gòu)是只有一條流程的結(jié)構(gòu)。每一步后面只有一個轉(zhuǎn)換，每個轉(zhuǎn)換后面只有一步。各個步按順序執(zhí)行，上一步執(zhí)行結(jié)束，轉(zhuǎn)換條件成立，立即執(zhí)行下一步，同時關(guān)斷上一步。單流程結(jié)構(gòu)圖如圖5-5所示。2024/10/22二知識講座2.順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)圖5-6選擇性結(jié)構(gòu)圖

（2）選擇流程結(jié)構(gòu)圖。由兩個及兩個以上的分支結(jié)構(gòu)組成，但只能從中選擇一個分支執(zhí)行的結(jié)構(gòu)稱為選擇性流程結(jié)構(gòu)，如圖5-6所示。選擇性流程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：當(dāng)有多條路徑可選擇時，只允許選擇其中一條路徑來執(zhí)行，選擇哪條路徑取決于哪一條路徑的轉(zhuǎn)換條件首先變?yōu)?。圖5-6中，第1步后面有兩個分支，如果條件c=1，則執(zhí)行第2步，如果f=1，則執(zhí)行第4步。第6步為匯合步，不管選擇哪條分支，只要滿足轉(zhuǎn)換條件，最終會匯合到第6步。2024/10/22二知識講座2.順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)圖5-7并行流程結(jié)構(gòu)圖（3）并行流程結(jié)構(gòu)。由兩個及兩個以上的分支組成，當(dāng)某個轉(zhuǎn)移條件滿足后使多個分支同時執(zhí)行的結(jié)構(gòu)稱為并行流程結(jié)構(gòu)。為了強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)換的同步實(shí)現(xiàn)，并行流程結(jié)構(gòu)開始與匯合處的水平連線用雙水平線表示。并行流程結(jié)構(gòu)如圖5-7所示。

并行分支與匯合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：若有多條路徑，且必須同時執(zhí)行；在各條路徑都執(zhí)行后，才會繼續(xù)往下執(zhí)行。在圖5-7中，第1步后面有兩個分支，如果轉(zhuǎn)換條件a=1，則同時執(zhí)行第2步和第4步；如果轉(zhuǎn)換條件d=1，則兩個分支匯合到第6步。2024/10/22三工作任務(wù)任務(wù)

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制1.任務(wù)要求

按下啟動按鈕，首先進(jìn)水，到高水位后時停止進(jìn)水，開始洗滌。正轉(zhuǎn)洗滌15S，暫停3S后反轉(zhuǎn)洗滌15S，暫停后再正轉(zhuǎn)洗滌，如此反復(fù)20次。完成洗衣機(jī)過程后自動停機(jī)。2024/10/22任務(wù)

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制2.任務(wù)分析圖5-8工業(yè)洗衣機(jī)的工作流程圖

工業(yè)洗衣機(jī)正反洗滌主要由交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，并且整個工作過程都是按固定的流程進(jìn)行的，工作流程圖如5-8所示，因此，可以采用順序控制實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的自動控制。2024/10/221.控制系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)任務(wù)分析可知，工業(yè)洗衣機(jī)控制有啟動按鈕、停止按鈕和過載保護(hù)3個輸入信號，交流電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩個輸出信號，因此，必須選擇繼電器輸出類型，且輸入點(diǎn)數(shù)大于3和輸出點(diǎn)數(shù)大于2的PLC。本項目選擇PLC選型為CPU1212CDC/DC/RLY，訂貨號6ES7-212-1HE40-0XB0。任務(wù)

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制2024/10/222.I/O地址分配輸入信號輸出信號輸入元件作用輸入繼電器輸出元件作用輸出繼電器SB0停止按鈕I0.0KM1正轉(zhuǎn)接觸器Q0.0SB1啟動按鈕I0.1KM2反轉(zhuǎn)接觸器Q0.1FR過載保護(hù)I0.2

表5-2工業(yè)洗衣機(jī)I/O地址分配表任務(wù)

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制2024/10/223.系統(tǒng)接線圖工業(yè)洗衣機(jī)控制電路接線圖任務(wù)

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制2024/10/224.PLC程序設(shè)計工業(yè)洗衣機(jī)變量表任務(wù)

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制2024/10/22（2）順序功能圖。工業(yè)洗衣機(jī)順序功能圖根據(jù)圖工作流程圖可以畫出工業(yè)洗衣機(jī)的順序功能圖，如圖5-11所示。本項目中，總共6步分別對應(yīng)6個狀態(tài)，每一步用一個位存儲器來表示，從M0.0∽M0.5。M0.0為起始步，系統(tǒng)初始化、控制停止和過載保護(hù)；M0.1步為洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)；M0.2步為正轉(zhuǎn)暫停；M0.3步為洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)；M0.4步為反轉(zhuǎn)暫停；M0.5步為循環(huán)計數(shù)。任務(wù)

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制2024/10/22（3）程序設(shè)計。

程序段1：系統(tǒng)初始化、停止和過載保護(hù)功能。任務(wù)

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制2024/10/22

程序段2：系統(tǒng)啟動。按下啟動按鈕，激活M0.1，洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)。任務(wù)

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制

程序段3：M0.1激活并計時15S，當(dāng)洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)洗滌15S后，正轉(zhuǎn)停止，同時轉(zhuǎn)移到M0.2步。2024/10/22

程序段4：M0.2步被激活，暫停3S計時開始

程序段5：暫停3S時間到，M0.3步被激活，洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)洗滌，并計時15S。任務(wù)

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制2024/10/22

程序段6：洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)洗滌15S后，M0.4步被激活，洗衣機(jī)暫停3S。

程序段7：暫停時間，M0.5步被激活，計數(shù)器計數(shù)1次。任務(wù)

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制2024/10/22

程序段8：當(dāng)計數(shù)次數(shù)未到，繼續(xù)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)循環(huán)洗滌過程，激活M0.1步進(jìn)入

下一個循環(huán)；當(dāng)計數(shù)次數(shù)達(dá)到循環(huán)次數(shù)，激活M0.0步，系統(tǒng)自動停止。任務(wù)

工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制2024/10/22五任務(wù)拓展一1.任務(wù)要求及分析

上述項目任務(wù)只實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)的部分功能，因此在拓展項目，完善洗衣機(jī)的控制功能，控制要求如下：洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥控制。進(jìn)水時，控制系統(tǒng)使進(jìn)水電磁閥打開，將水注入桶內(nèi)；排水時，控制系統(tǒng)使排水電磁閥打開，將水排出桶外。洗滌和脫水由同一臺電機(jī)拖動，通過電磁離合器來控制，將動力傳遞給洗滌波輪或甩干桶。電磁離合器失電失電，電動機(jī)帶動洗滌波輪實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，進(jìn)行洗滌；電磁離合器得電，電動機(jī)帶動甩桶單向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行甩干（此時波輪步轉(zhuǎn)）。按下啟動按鈕，首先進(jìn)水，到高水位后時停止進(jìn)水，開始洗滌。正轉(zhuǎn)洗滌15S，暫停3S后反轉(zhuǎn)洗滌15S，暫停后再正轉(zhuǎn)洗滌，如此反復(fù)20次。洗滌結(jié)束后，開始排水，當(dāng)水位下降到低水位時，進(jìn)行脫水（同時排水），脫水時間為10S。這樣就完成了一次從進(jìn)水到脫水的大循環(huán)過程。經(jīng)過3次大循環(huán)后，完成洗衣過程并報警，報警10S后結(jié)束整個洗衣過程，洗衣機(jī)自動停止。系統(tǒng)流程圖如圖5-13所示。圖5-13洗衣機(jī)系統(tǒng)流程圖2024/10/22五任務(wù)拓展一2.任務(wù)實(shí)施（1）控制系統(tǒng)設(shè)計。

根據(jù)任務(wù)和分析可知，工業(yè)洗衣機(jī)控制有啟動按鈕、停止按鈕、過載保護(hù)、高水位開關(guān)和低水位開關(guān)等5個輸入信號，有交流電機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥、脫水離合器和蜂鳴器等6個輸出信號，因此，必須選擇繼電器輸出類型，且輸入點(diǎn)數(shù)大于等于5個和輸出點(diǎn)數(shù)大于等于6個的PLC。本項目選擇PLC選型為CPU1212CDC/DC/RLY，訂貨號6ES7-212-1HE40-0XB0。2024/10/22五任務(wù)拓展一2.任務(wù)實(shí)施（2）I/O地址分配。輸入信號輸出信號輸入元件作用輸入繼電器輸出元件作用輸出繼電器SB0停止按鈕I0.0KM1正轉(zhuǎn)接觸器Q0.0SB1啟動按鈕I0.1KM2反轉(zhuǎn)接觸器Q0.1FR過載保護(hù)I0.2KA1進(jìn)水電磁閥Q0.2SQ1高水位開關(guān)I0.3KA2排水電磁閥Q0.3SQ2低水位開關(guān)I0.4KA3脫水離合器Q0.4

KA4報警蜂鳴器Q0.5

表5-3工業(yè)洗衣機(jī)I/O分配表2024/10/22五任務(wù)拓展一（3）系統(tǒng)接線圖。圖5-14工業(yè)洗衣機(jī)控制電路接線圖2024/10/22五任務(wù)拓展一（4）PLC程序設(shè)計工業(yè)洗衣機(jī)變量表2024/10/22五任務(wù)拓展一2）順序功能圖。工業(yè)洗衣機(jī)的順序功能圖

根據(jù)圖5-13的工作流程圖可以畫出工業(yè)洗衣機(jī)的順序功能圖，如圖5-15所示。本項目中，總共11步分別對應(yīng)11個狀態(tài)，每一步用一個位存儲器來表示，從M0.0∽M1.2。M0.0為起始步，系統(tǒng)初始化、控制停止和過載保護(hù)；M0.1步為進(jìn)水；M0.2步為正轉(zhuǎn)；M0.3步為正轉(zhuǎn)暫停；M0.4步為洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)；M0.5步為反轉(zhuǎn)暫停；M0.6為正、反轉(zhuǎn)計數(shù)；M0.7為排水；M1.0步為甩干；M1.1為大循環(huán)計數(shù)；M1.2為蜂鳴器報警。2024/10/223程序設(shè)計。

程序段1：系統(tǒng)初始化、停止和過載保護(hù)功能。

程序段2：按下啟動按鈕，M0.1步被激活，開始進(jìn)水。

2024/10/22五任務(wù)拓展一

程序段3：當(dāng)桶內(nèi)水位達(dá)到高水位時，高水位限位開關(guān)閉合，M0.2步被激活，M0.1步被置位，停止進(jìn)水。程序段4：M0.2步被激活，洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)15S。2024/10/22五任務(wù)拓展一程序段5：洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)15S后，M0.3步被激活，暫停3S。

程序段6：暫停3S后，M0.4步被激活，洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)。2024/10/22五任務(wù)拓展一

程序段7：洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)15S后，M0.5步被激活，暫停3S。

程序段8：暫停3S，M0.6步被激活，進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)計數(shù)；當(dāng)20次循環(huán)結(jié)束后，洗衣

機(jī)開始排水，同時給計數(shù)器C0復(fù)位，準(zhǔn)備下一次的正反轉(zhuǎn)計數(shù)。2024/10/22五任務(wù)拓展一圖5-16梯形圖

程序段8：暫停3S，M0.6步被激活，進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)計數(shù)；當(dāng)20次循環(huán)結(jié)束后，洗衣

機(jī)開始排水，同時給計數(shù)器C0復(fù)位，準(zhǔn)備下一次的正反轉(zhuǎn)計數(shù)。2024/10/22五任務(wù)拓展一

程序段9：如果正反轉(zhuǎn)未達(dá)到20次，M0.2步被激活，再次進(jìn)行正反轉(zhuǎn)洗滌；如果正反轉(zhuǎn)次數(shù)達(dá)到20次，M0.7步被激活，開始排水。

程序段10：M0.7步被激活，洗衣機(jī)開始排水，當(dāng)達(dá)到低水位時，M1.0步被激活，洗衣機(jī)進(jìn)入甩干階段。2024/10/22五任務(wù)拓展一

程序段11：甩干10S后，M1.1步被激活。

程序段12：甩干10S后，M1.1被激活，進(jìn)行3次大循環(huán)計數(shù)。2024/10/22五任務(wù)拓展一

程序段13：當(dāng)大循環(huán)次數(shù)未達(dá)到3次時，M0.1步被激活，洗衣機(jī)再次進(jìn)行進(jìn)水、正反轉(zhuǎn)、排水和甩干的大循環(huán)；當(dāng)大循環(huán)次數(shù)達(dá)到3次時，M1.2步被激活。2024/10/22五任務(wù)拓展一

程序段14：M1.2步被激活，蜂鳴器報警10S，然后洗衣機(jī)自動停止。程序段15：M0.2步或M1.0步被激活，洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)；M0.4步被激活，洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)。2024/10/22五任務(wù)拓展一圖5-16梯形圖

程序段16：M0.1被激活，洗衣機(jī)開始進(jìn)水；M0.7步被激活，洗衣機(jī)開始排水。

程序段17：M1.0步被激活，脫水離合器得電，準(zhǔn)備脫水；M1.2步被激活，洗衣過程結(jié)束，蜂鳴器報警。2024/10/22五任務(wù)拓展二圖5-16梯形圖

用于順序控制程序的方法很多，在前面工作任務(wù)中用置位/復(fù)位指令實(shí)現(xiàn)了基于PLC的工業(yè)洗衣機(jī)控制，此處用比較指令和移動指令的組合來實(shí)現(xiàn)工作任務(wù)基PLC的工業(yè)洗衣機(jī)控制。1.控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)設(shè)計同前工作任務(wù)。2.I/O地址分配I/O地址分配同前工作任務(wù)。2024/10/22五任務(wù)