PLC編程與應(yīng)用（西門子）電子教案 項目三 任務(wù)1：電機順序啟動逆序停止控制

課題授課教案一、教案頭序號：本次課題項目三任務(wù)一：電機順序啟動逆序停止控制授課教師審閱授課時間課時授課班級知識目標(biāo)1.順序控制設(shè)計法的概念；2.知道順序控制的幾個概念，并會劃分的工作步；3.會找出每步的轉(zhuǎn)換條件及轉(zhuǎn)換方向，并能畫出順序控制功能圖。能力目標(biāo)1.能夠根據(jù)任務(wù)要求制定任務(wù)計劃、合理高效的實施任務(wù)；2.能夠借助網(wǎng)絡(luò)媒體查閱資料，理解新知，獨立解決任務(wù)中的問題。情感目標(biāo)1.培養(yǎng)善于獨立思考、交流溝通的協(xié)作能力；2.培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，樹立積極樂觀的學(xué)習(xí)態(tài)度；3.樹立自信心，增強克服困難的意志，養(yǎng)成和諧和健康向上的品格。4.引導(dǎo)學(xué)生執(zhí)行6S管理模式5.“吾嘗終日而思矣，不如須臾之所學(xué)也；吾嘗跂而望矣，不如登高之博見也...君子生非異也，善假于物也?！表樞蚩刂瓶梢酝ㄟ^結(jié)構(gòu)簡化設(shè)計。教學(xué)重點、難點重點1.每步的轉(zhuǎn)換條件及轉(zhuǎn)換方向；2.繪制順序控制功能圖。難點1.繪制順序控制功能圖；2.順序控制設(shè)計法運用。教學(xué)準(zhǔn)備1、西門子S7-1200可編程控制器實訓(xùn)裝置，主機模塊2、電腦一臺（具有PROTALV13軟件平臺）3、24V直流電源、交流220V電源各一處4、實訓(xùn)連接導(dǎo)線若干5、Profilnet通訊電纜一根二、教學(xué)設(shè)計步驟教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動課前檢查1、檢查學(xué)生的勞保服裝。2、檢查學(xué)生的出勤情況并做好記錄。3、強調(diào)實習(xí)安全。督導(dǎo)檢查做好記錄學(xué)生自檢互檢情景引入經(jīng)驗設(shè)計法很難入門、閱讀和修改，設(shè)計過程存在著一定的難度。本節(jié)課通過PLC實現(xiàn)對傳送帶的自動控制，知道什么是順序控制的設(shè)計方法，并會畫順序功能圖。講解聆聽任務(wù)資訊知識點1：順序控制法的概念定義：針對較復(fù)雜的工序能按步驟一步一步完成執(zhí)行控制任務(wù)，并按周期性變化的循環(huán)控制程序的設(shè)計。順序控制就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號和內(nèi)部軟元件的作用下，根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有順序地循環(huán)進行操作的控制。利用順序控制法設(shè)計圖需要首先畫出順序功能圖，它是一種編程語言。順序功能圖（SequentialFunctionChart,SFC)是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形語言，也是設(shè)計PLC的順序控制程序的依據(jù)。有的PLC為用戶提供了順序功能語言，例如S7-300/400和S7－1500中的S7Graph語言，在編程軟件中生成順序功能圖后便完成了編程工作。當(dāng)前許多PLC（包括S7－1200）沒有配備順序功能圖語言。但可用順序功能圖來描述系統(tǒng)的控制功能，根據(jù)它來寫梯形圖。順序控制設(shè)計法的條件：1、該控制系統(tǒng)可分解成幾個獨立的控制動作；2、這些動作必須按一定的先后次序執(zhí)行；3、循環(huán)操作的系統(tǒng)。知識點2：順序控功能圖的幾個基本概念每一個順序功能圖都是由步、有向線段、轉(zhuǎn)換條件和動作（或命令）組成的。（1）步的基本概念順序控制設(shè)計法最基本的思想是根據(jù)輸出量的變化將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步（Step），并用編程元件（例如：輔助繼電器M）來代替各步的編號，如：M0.0、M0.1、M0.2、……等，即實際工作中所說的工序。（2）步的分類：步分為初始步、不活動步和活動步。=1\*GB3①初始步與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應(yīng)的步稱為初始步。初始步一般是系統(tǒng)等待啟動命令的相對靜止的狀態(tài)，即該步的輸出都處于OFF狀態(tài)，如上例中小車開始在原始點壓合著行程開關(guān)QS2為它的初始步。初始步在順序功能圖中放在最上面，且用雙線框來表示（其它步用單線框表示），每個順序功能圖中至少要有一個初始步。初始步可用輔助繼電器M0.0、M1.0、M2.0、M3.0、M4.0等表示，但一定要注意不能用系統(tǒng)存儲器字節(jié)來表示。=2\*GB3②不活動步當(dāng)系統(tǒng)程序沒有正處在該步時，該步就為不活動步。如在上例中，當(dāng)小車左移時，小車右移、裝料和卸料就是不活動步。在不活動步時，該步的非存儲型動作就不會執(zhí)行。同時，向下的轉(zhuǎn)換條件滿足了，下一步也不會被激活，即不會轉(zhuǎn)換到下一步。如：小車左移時即使按下啟動按鈕SB1也料倉的電磁閥也不會打開。=3\*GB3③活動步當(dāng)系統(tǒng)程序正運行到某一步所在階段時，該步即為活動步。當(dāng)該步為活動步時，執(zhí)行相應(yīng)的動作；當(dāng)向下轉(zhuǎn)換的條件滿足時，就會轉(zhuǎn)換到下一步。如小車右移時，該步就為活動步，正轉(zhuǎn)線圈KM1得電，當(dāng)壓合行程開關(guān)SQ1（I0.1）時，它就會轉(zhuǎn)換到下一步：停止移動并開始卸料。提示：每個活動步在滿足轉(zhuǎn)移條件時，都會轉(zhuǎn)移到下一步，并結(jié)束上一步，因此必須清楚各步要完成的任務(wù)、轉(zhuǎn)移的條件和轉(zhuǎn)移的方向。（2）有向線段在畫順序功能圖時，將代表各步的方框按時間的推移和內(nèi)部狀態(tài)的改變，按進展的順序排列起來，在框與框之間用有向線段將它們連接起來，進展的方向用有向線段的箭頭來表示。（如是垂直線時，箭頭可以省略）（3）轉(zhuǎn)換從一個步到另外一步之間存在著步的轉(zhuǎn)換，即用轉(zhuǎn)換將相鄰兩個步隔離開，用在有向線段上與之垂直的短線來表示。步的活動狀態(tài)的改變是由轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)來完成的。（4）轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換條件是發(fā)生轉(zhuǎn)換時的條件，它標(biāo)注在轉(zhuǎn)換短線的旁邊。轉(zhuǎn)換條件可以是外部的輸入信號，如：按鈕、行程開關(guān)、傳感器等的接通或斷開；也可以是PLC內(nèi)部產(chǎn)生的信號，如：輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等觸點的接通或斷開。轉(zhuǎn)換條件可以用文字語言、布爾代數(shù)表達式、圖形符號或邏輯符號來表示，使用最多的是布爾代數(shù)表達式。即如圖3-1-3所示：M0.5為活動步時，只有當(dāng)時滿足輸入信號I0.5常開觸點和輸入信號I0.1常閉觸點同時閉合時才能轉(zhuǎn)換到下一步。提示：轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)必須同時滿足兩個條件：一、該轉(zhuǎn)換的所有前一步都必須是活動步。二、相應(yīng)的所有轉(zhuǎn)換條件都必須得到滿足。轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的結(jié)果有兩個：一、使所有轉(zhuǎn)換有向線段所指的后續(xù)步都成為“活動步”。二、使所有轉(zhuǎn)換有向線段相連的前級步都成為“不活動步”。條件可以是一個信號也可以是多個信號的邏輯組合。（5）動作（或稱為命令）在實際工作中，將“命令”和“動作”統(tǒng)稱為動作，并把動作用文字或符號寫在矩形框內(nèi)，放在該步的右側(cè)且用直線連接起來。如果是多個動作則把矩形框分成多個矩形框水平排列或豎直排列，把表示動作的文字和符號寫在其中，如3-1-4所示。排列的順序并不代表這些動作有先后順序，而是同時執(zhí)行的。知識點3：順序功能圖的畫法（1）畫順序功能圖的步驟=1\*GB3①畫順序功能圖前，應(yīng)根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，分配PLC的輸入和輸出點。=2\*GB3②為了清晰地分析控制過程，要求畫出時序圖。=3\*GB3③一個完整的狀態(tài)流程圖必須有初始狀態(tài)，即首先確定它的初始狀態(tài)。然后將復(fù)雜的控制任務(wù)或工作過程根據(jù)輸出狀態(tài)的變化分成若干個步（即工序），分解后的每步都應(yīng)分配一個或多個工作任務(wù)，即本步做什么。各步的任務(wù)明確而具體，每個狀態(tài)都有驅(qū)動負(fù)載的能力，能使輸出執(zhí)行元件動作。=4\*GB3④畫順序功能圖。根據(jù)控制順序把代表每一步用編程元件（M）的地址寫在方框內(nèi)，它所執(zhí)行的動作寫在該步的右面，并用一條水平直線連接。下一步寫在下面，并用箭頭連接，表示轉(zhuǎn)移的方向，在豎線上畫一橫線把轉(zhuǎn)換條件寫在橫線的旁邊。若滿足轉(zhuǎn)移條件，則上步判斷，開始下一步的運行，以此類推。最后一步，當(dāng)滿足轉(zhuǎn)換條件恢復(fù)到原始狀態(tài)，從該步用直線連接到初始步，一個完整的順序功能圖即完成。如運料小車自動往返順序控制的順序功能圖如圖3-1-5所示：（2）畫順序功能圖時的注意事項圖3-1-5運料小車自動往返順序控制的順序功能圖=1\*GB3①兩個步不能直接相連，兩個步之間必須有轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)換條件圖3-1-5運料小車自動往返順序控制的順序功能圖=2\*GB3②兩個轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用步隔開=3\*GB3③初始步就是系統(tǒng)的等待啟動的初始狀態(tài)，而不是過程步，在此可能沒有輸出量，但初始步必不可少。=4\*GB3④在系統(tǒng)組態(tài)時，在CPU的屬性→脈沖發(fā)生器→選擇系統(tǒng)和時鐘存儲器中選擇啟動系統(tǒng)存儲器字節(jié)的地址，默認(rèn)狀態(tài)下是MB1，也可設(shè)置為其它字節(jié)。如選MB1時就用M1.0這個初始化脈沖常開觸點來啟動初始步，否則初始步就不是活動步。因在順序控制系統(tǒng)中，只有當(dāng)前步為活動步，該步才有可能成為活動步。因此不用初始化脈沖來啟動初始步，系統(tǒng)中將沒有活動步，程序也不可能向下進行。=5\*GB3⑤自動控制系統(tǒng)中一般情況下是能重復(fù)執(zhí)行某一控制過程的，因此控制過程應(yīng)該是閉環(huán)的。例：星－三角降壓啟動的要求如下：當(dāng)按下啟動按鈕SB1（I0.0）時，KM1（Q0.0）得電主觸頭閉合，電動機接通電源，同時KM2（Q0.1）也得電，它的主觸頭閉合電動機定子繞組接成星形，電動機星形啟動。啟動10s后KM2（Q0.1）失電，為避免產(chǎn)生事故，再延長1s，1s后KM3（Q0.2）得電，使主觸頭閉合，電動機定子繞組接成三角形，實現(xiàn)了星三角降壓啟動的過程，當(dāng)按下停止按鈕時，電動機停止運行，一個周期完成，等待下一個周期的進行。解：根據(jù)題意畫出時序圖如3-1-6所示：圖3-1-6星－三角降壓啟動的時序圖根據(jù)時序圖中輸出的動作，可將控制分為三步：星啟→延時→三角形運行，在初始步電動機停止，沒有任何輸出。星啟時的動作有：KM1(Q0.0)和KM2(Q0.1)得電動作；延時1s時，只有KM1(Q0.0)得電；三角形運行時，KM1(Q0.1)和KM3(Q0.2）得電動作。轉(zhuǎn)換條件：初始步到第一步的轉(zhuǎn)換條件是按下啟動按鈕SB1；第一步轉(zhuǎn)換到第二步的條件是定時器T1時間到，它的常開觸點閉合；第二步轉(zhuǎn)換到第三步的條件是定時器T2時間到，它的常開觸點閉合；由第三步回到原始步的條件是按下停止按鈕SB2。畫出順序功能圖，如右圖3-1-7所示。知識點3：順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)有：單序列、選擇性序列和并行序列三種。（1）單序列結(jié)構(gòu)單序列結(jié)構(gòu)是由一系列的按一定的順序相激活的步組成的，每一個步下面只有一個轉(zhuǎn)換，一個轉(zhuǎn)換只有一個步。單序列的特點是沒有分支和合并，是最簡單的順序功能圖，如右圖3-1-8所示。（2）選擇性序列結(jié)構(gòu)選擇性序列結(jié)構(gòu)是在步的組成中，有選擇性分支。即有的步下面不只具有一個轉(zhuǎn)換（即不是一個步），該步下面有兩個或兩個以上的轉(zhuǎn)換分支組成的，但是它們的轉(zhuǎn)換不是同時發(fā)生的，即當(dāng)條件滿足時只能選擇該條件下的一條支路被激活，如右圖中的圖3-1-9所示。（3）并行序列結(jié)構(gòu)并行序列結(jié)構(gòu)是在步的組成中，有的步下面在相同條件下有兩個及兩個以上的后續(xù)步同時被激活，每條分支中的的活動步的進展是相互獨立的。為了強調(diào)它們的轉(zhuǎn)換是同時發(fā)生的，并行序列在開始分支時用雙水平線來表示，轉(zhuǎn)換條件寫在雙水平線的上方，如圖3-1-10所示。講解聆聽任務(wù)實施任務(wù)布置傳送帶工作示意圖如3-1-11所示。其中1#、2#和3#為三條皮帶，分別由電動機M1、M2和M3控制。圖3-1-11傳送帶工作示意圖(1)逆物流方向順序起動。按下起動按鈕SB1后，起動3#皮帶；按下起動按鈕SB2后，起動2#皮帶；按下起動按鈕SB3后，起動1#皮帶，同時開啟漏斗閘門（YV=ON），起動完畢。圖3-1-11傳送帶工作示意圖(2)順物流方向順序停車。按下停止按鈕SB4，關(guān)閉漏斗閘門，為防止貨物堆積需延時8s，然后再停止1#皮帶；按下停止按鈕SB5，停止2#皮帶；按下停止按鈕SB6，停止3#皮帶,停車完畢。(說明：漏斗閘門由單向電磁閥YV控制，YV得電，閘門打開，反之，閘門關(guān)閉。)任務(wù)實施任務(wù)分析該任務(wù)所完成的功能比較復(fù)雜，用經(jīng)驗設(shè)計法需要設(shè)定多個互鎖觸點，稍有不慎就有可能出現(xiàn)故障，或出現(xiàn)雙線圈輸出的問題。采用順序控制它是按步來完成的，每一步完成的任務(wù)非常清晰，并且在執(zhí)行過程中只有一個活動步這就克服了雙線圈的出現(xiàn)，也不用太多的互鎖觸點了。分配I/O地址表：該系統(tǒng)有三個啟動按鈕、三個停止按鈕共六個輸入，三個接觸器一個電磁閥共4個輸出，資源分配如下表3-1-1所示。輸入輸出輸入器件文字符號作用輸入繼電器輸出器件文字符號作用輸出繼電器啟動按鈕SB1啟動M3I0.0接觸器KM1控制M1Q0.0啟動按鈕SB2啟動M2I0.1接觸器KM2控制M2Q0.1啟動按鈕SB3啟動M1I0.2接觸器KM3控制M3Q0.2停止按鈕SB4停止M1I0.3電磁閥YV控制漏斗Q0.3停止按鈕SB5停止M2I0.4停止按鈕SB6停止M3I0.5表3-3-1I/O地址分配表（3）PLC選型：根據(jù)控制要求可知，該任務(wù)只需要開關(guān)量控制，且需要6個點動按鈕SB和3個接觸器KM，即6個輸入3個輸出。這樣可選S7－1200系列CPU1214C（AC/DC/RLY）模塊。由于教學(xué)條件的限制，在本項目中都選擇S7－1200系列CPU1214C（AC/DC/RLY），不再根據(jù)存儲容量，輸入輸出點數(shù)來等需要來進行實際選型，除非有特殊要求。繪制并安裝PLC控制線路小組成員分工合作，在同學(xué)畫控制接線圖時，另外的學(xué)生可先接主電路，然后再根據(jù)畫出的接線圖接控制線路，接線完畢后由畫圖的學(xué)生檢查。三條皮帶的控制線路接線圖如圖3-1-10所示，在安裝時，為了安全在未把程序調(diào)試成功之前先不接輸出負(fù)載。在接線時各種電路保護：短路（FU）、過載（FR）、工作接零（PE）一定要安裝全面，硬件上實現(xiàn)了各種保護軟件上就不設(shè)置了。圖3-1-12三條皮帶的控制線路接線圖提示：安裝時一定要在斷電的狀態(tài)下進行，并穿戴好安全防護用器。提示：安裝時一定要在斷電的狀態(tài)下進行，并穿戴好安全防護用器。設(shè)計順序功能圖依據(jù)順序控制設(shè)計的步驟，先根據(jù)控制要求畫出時序，再根據(jù)輸出狀態(tài)的變化劃分控制的“步”，再畫出順序功能圖。打開編程軟件，建立新項目，添加新設(shè)備→控制器→SIMTICS7－1200→CPU1214CAC/DC/RLY→6ES7214-1BG40-0XB0,在對PLC的CPU組態(tài)時，設(shè)置MB1為系統(tǒng)存儲器字節(jié),這樣M1.0為僅在首次掃描循環(huán)時為1狀態(tài)，M1.2的常開觸點一直閉合。編輯地址符號表（如表3-1-2所示）繪制順序功能圖=1\*GB3①劃分工作步劃分工作步是順序控制的關(guān)鍵和首要任務(wù)。分析三條皮帶的控制要求，可把其控制過程的一個周期分為以下各步：（參考下面圖3-1-11所示時序圖）初始步M2.0——漏斗關(guān)閉（Q0.3＝0），三條皮帶都處于停止?fàn)顟B(tài)（Q0.0＝0、Q0.1＝0、Q0.2＝0）。第一步M2.1——啟動3#皮帶即接觸器KM3得電（Q0.2＝1）第二步M2.2——啟動2#皮帶即接觸器KM2得電（Q0.1＝1）第三步M2.3——啟動1#皮帶即接觸器KM1得電（Q0.0＝1），同時物料漏斗打開即電磁閥YV得電（Q0.3＝1）第四步M2.4——關(guān)閉漏斗即電磁閥YV失電（Q0.3＝0）,并延時8S第五步M2.5——停止1#皮帶即接觸器KM1失電（Q0.0＝0）第六步M2.6——停止2#皮帶即接觸器KM2失電（Q0.1＝0）第七步M2.7——停止3#皮帶即接觸器KM3失電（Q0.2＝0）=2\*GB3②確定轉(zhuǎn)移條件根據(jù)控制要求，可以確定各步的轉(zhuǎn)換條件如下：初始步M2.0的兩種轉(zhuǎn)換條件為：系統(tǒng)剛開始運行的時候，如果設(shè)置默認(rèn)的MB1為系統(tǒng)存儲器字節(jié)地址，則必須使用開機后僅在PLC進入RUN模式時接通一個掃描周期的M1.0位存儲器的常開觸點作為轉(zhuǎn)換條件，將初始步預(yù)置為活動步，這樣就為系統(tǒng)工作做好了準(zhǔn)備。當(dāng)?shù)谝粭l皮帶停止后，整個三條皮帶的逆啟順停的工作完成，即由工作步M2.7返回到初始步M2.0，轉(zhuǎn)換條件是KM3線圈失電即Q0.2常閉點