四节传送带的PLC设计.doc

1 总体设计思路本次课程设计的题目是四节传送带的PLC控制，其模拟实验面板图如下：题目要求对四台电动机M1、M2、M3、M4实现顺序起动、顺序停止和过载保护。我们对题目及要求进行分析，采用顺序控制设计法。首先进行I/O分配，然后跟据输入、输出的个数选择合适的PLC，其次画出顺序功能图，再根据顺序功能图画出对应的梯形图。最后进行调试，看调试结果与题目要求是否一致，如果不一致，再对顺序功能图或梯形图进行修改，直至调试成功。2 西门子S7-200的简介2.1 S7-200系列PLC概述西门子S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列和CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号，其主要技术规范如表2-1所示。表2-1 S7-200CN CPU主要技术规范2.2 扩展模块扩展单元没有CPU，作为基本单元输入/输出点数的扩充，只能与基本单元连接使用，不能单独使用。连接时CPU模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连。S7-200的扩展模块包括数字量扩展模块，模拟量扩展模块，热电偶、热电阻扩展模块，通信模块，称重模块，位置控制模块等。数字量、模拟量扩展模块分别如表2-2、表2-3所示。表2-2 数字量扩展模块类型型号各组输入点数各组输出点数输入扩展模块EM221EM221 24V DC输入4，4EM221 230V AC输入8点相互独立输出扩展模块EM222EM222 24V DC输出4，4EM222 继电器输出4，4EM222 230V AC双向晶闸管输出8点相互独立输入/输出扩展模块EM223EM223 24V DC输入继电器输出44EM223 24V DC输入24VDC输出4，44，4EM223 24V DC输入24VDC输出8，84，4，8EM223 24V DC输入继电器输出8，84，4，4，4表2-3 模拟量扩展模块型号点数EM2314路模拟量输入EM2322路模拟量输出EM2354路模拟量输入，1路模拟量输出2.3 S7-200的编程元件1. 输入过程映像寄存器（输入继电器）Il编号范围：I0.0-I15.7l功能：专门用来接收从外部开关发来的信号。l几点说明：只能由外部信号所驱动，不能在内部由程序指令来驱动。梯形图中只能出现输入继电器的触点，而不能出现输入继电器的线圈。可提供无数对常开、常闭触点供内部使用。2. 输出映像寄存器（输出继电器）Ql编号范围：Q0.0-Q15.7l功能：专门用来将输出信号传送给外部负载。l几点说明：一个输出继电器仅有一对常开触点供外部使用。可提供无数对常开、常闭触点供内部使用。输出继电器线圈的通断状态只能在程序内部用指令驱动。3. 定时器Tl定时器的分类按分辨率来分，有1ms、10ms、100ms三种定时器。按工作方式来分，有通电延时定时器（TON）、断电延时型定时器（TOF）和保持型通电延时定时器（TONR）三种。l定时时间： 定时时间=预置值时基4. 位存储器（中间继电器）Ml位存储器用来保存中间操作状态和控制信息，其作用相当于继电器控制电路中的中间继电器。地址编号范围为M0.0-M31.7共256点。l位存储器在PLC中没有输入/输出端与之对应，其线圈的通断状态只能在程序内部用指令驱动，其触点不能直接驱动外部负载，只能在程序内部驱动输出继电器的线圈，再用输出继电器的触点去驱动外部负载。5. 计数器Cl计数器的功能：用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。l计数器的编号：C0-C255。l计数器的分类：加计数器 减计数器 加/减计数器6累加器AC累加器是用来暂存数据的寄存器，它可以用来存放运算数据、中间数据和结果。CPU提供了4个 32位的累加器，其地址编号为AC0-AC3。累加器的可用长度为32位，可采用字节、字、双字的存取方式，按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位，双字可以存取累加器全部的32 位。 7. 几个常用的特殊存储器SMSM0.0：运行监视继电器当PLC运行时，SM0.0自动处于接通状态，当PLC停止运行时，SM0.0处于断开状态。SM0.1:初始化脉冲（开机脉冲）。SM0.4:周期为1分钟占空比为50%的时钟脉冲。SM0.5:周期为1秒钟占空比为50%的时钟脉冲。8顺序控制继电器S顺序控制继电器是专门用于编制顺序控制程序的，通常与顺序控制继电器指令一起使用以实现顺序功能图的编程。顺序控制继电器的地址编号范围为S0.0-S31.7。2.4 S7-200的数据长度和编址方式1. S7-200的数据长度S7-200的数据可以按位、字节、字和双字存取。其中1个二进制数为1位，8个相连的二进制位为1个字节（B），2个字节组成1个字（W），2个字组成1个双字（D）。2. S7-200的编址方式位编址格式：区域标志符+字节号.位号，如I0.0、Q2.0、M1.2等。字节编址格式：区域标志符+B+字节号，如IB0、QB2、VB20等。字编址格式：区域标志符+W+起始字节号，如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。双字编址格式：区域标志符+D+起始字节号，如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。2.5 编程注意事项1触点不能放在线圈的右边。2梯形图中不能出现输入继电器的线圈。3输出线圈不能串联，但可以并联。4除含跳转和子程序调用指令的程序以外，同一操作数的线圈只能使用一次。5线圈不能直接与左母线相连。6地址编号中不可以出现XX.8和XX.9。7定时器和计数器必须有设定值。8立即输出和立即置位指令只能用于输出量，立即触点指令只能用于输入量。9跳转指令和标号指令必须成对使用。2.6 编程技巧1串联触点多的支路应尽量放在上部，即“上重下轻”，如图2-5所示。a）电路安排不当 b）电路安排正确 图2-52并联触点多的支路应靠近左母线，即“左重右轻”，如图所示。a）电路安排不当 b）电路安排正确图2-63如图2-7所示，用ALD、OLD等指令难以编程的复杂电路，可重新编排电路后再编程，如图2-8所示。图2-7 难以编程的梯形图图2-8 重新编排的梯形图4梯形图中，不允许一个触点上有双向“电流”通过。可以初步处理之后再进行优化，如图2-9所示。图2-9 桥式电路的处理2.7 梯形图设计方法2.7.1 经验设计法经验设计法就是在一些典型电路（比如自锁、互锁、长延时、闪烁等）的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，增加一些中间编程元件和触点，最后才能得到一个较为满意的结果。这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，所以把这种方法叫做经验设计法。2.7.2 继电器电路移植法继电器电路移植法的一般步骤如下：1认真研究继电器控制电路及有关资料，深入理解控制要求。2对继电器控制电路中用到的低压电器进行分析、归纳。继电器电路图中的交流接触器、电磁阀、电磁铁、信号灯等执行机构一般用PLC的输出继电器来控制，它们的线圈接在PLC的输出端。按钮、限位开关、转换开关、速度继电器等用来提供控制命令和反馈信号，它们的触点接在PLC的输入端，一般使用常开触点。继电器电路中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的辅助继电器和定时器来完成，它们与PLC的外部接线无关。热继电器的常闭触点接在PLC的输出端直接通断电源更为可靠，梯形图中不再考虑。3分配IO地址，作出PLC的外部接线图。要特别注意对原继电器控制电路中作为输入设备的常闭触点的处理。4用PLC的软继电器符号和IO编号取代原继电器控制电路中的电气符号，画出梯形图草图。5整理梯形图(注意避免因PLC的周期扫描工作方式可能引起的错误)。6写出对应的语句表。2.7.3 顺序控制设计法1顺序控制的定义顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号作用下，根据内部状态和时间的顺序，使生产过程中的每个执行机构自动有步骤地进行操作。图2-10 顺序功能图的组成2顺序控制设计法的步骤分析理解系统的控制要求确定I/O地址及中间编程元件地址画出顺序功能图将顺序功能图转换成梯形图3顺序功能图的组成要素顺序功能图有五个组成要素，即步、动作、转换、转换条件和有向连线，如图2-10所示。4步的相关概念将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步。步是根据PLC输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。在每一步内PLC各输出量状态均保持不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的。用矩形方框表示步，方框中一般用位存储器或顺序控制继电器的地址来表示该步的编号。与系统的初始状态相对应的步称为初始步，用双线框表示。系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。5动作的画法如果某一步有两个或多个动作，其画法如图2-11所示。图2-11 动作的画法6转换与转换条件（1）转换条件的表示方法转换条件的表示方法如图2-12所示。图2-12 转换条件的表示方法（2）转换实现的条件该转换所有的前级步都是活动步。相应的转换条件得到满足。 （3）转换实现应完成的操作使所有的后续步变为活动步。使所有的前级步变为不活动步。7顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构有单序列、选择序列和并行序列。a)单序列 b)选择序列 c)并行序列图2-13 顺序功能图的基本结构8绘制顺序功能图时的注意事项两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们分隔开。 两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们分隔开。不要漏掉初始步。在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环。9. 将顺序功能图转换成梯形图的方法利用起保停方法模板如图2-14所示。图2-14 起保停模板利用置位和复位指令模板如图2-15所示。 2-15置位复位模板利用顺序控制继电器指令模板如图2-16所示。图2-16 顺序控制继电器指令模板3 硬件设计3.1主电路图3.2 PLC的选型 本次课程设计用到了6个输入和4个输出，从合理、经济等方面综合考虑选用CPU222CN(8入/6出)。3.3 I/O分配及接线图3.3.1 I/O分配如下表： 输入输出起动按钮SB1停止按钮SB2M1故障M2故障M3故障M4故障M1M2M3M4I0.0I0.5I0.1I0.2I0.3I0.4Q0.1Q0.2Q0.3Q0.43.3.2 I/O接线图如下：4 软件设计4.1顺序功能图4.2梯形图 5 工作原理开机扫描进入初始步M0.0，按下起动按钮I0.0后，M0.0失电，M0.1变为活动步，M4起动，T37开始定时；定时时间到，M0.1失电，M0.2变为活动步，M3起动，T38开始定时；定时时间到，M0.2失电，M0.3变为活动步，M2起动，T39开始定时；定时时间到，M0.3失电，M0.4变为活动步，M1起动。这时，四台电动机都处于运转状态。 按下停止按钮I0.5后，M0.4失电，M0.5变为活动步，M1停止，T40开始定时；定时时 间到，M0.5失电，M0.6变为活动步，M2停止，T41开始定时；定时时间到，M0.6失电，M0.7变为活动步，M3停止，T42开始定时；定时时间到，M0.7失电，M01.0变为活动步，M4停止，T43开始定时；定时时间到，回到初始步M0.0。用I0.1、I0.2、I0.3、I0.4闭合分别表示电动机M1、M2、M3、M4过载，当某传送带电机过载时，该传送带及前面的运输带立即停止，而后面的运输带电机待运完料才停止。例如，M2电机过载，即闭合I0.2，M0.6变为活动步，M1、M2立即停止，T41 开始定时 ，定时时间到，M3停止，T42开始定时，定时时间到，M4停止。6 心得体会该课程设计主要阐述了电动机的顺序起动、顺序停止和过载等的设计过程。通过此次设计，我们对PLC编程的基本思想和指令有了进一步的掌握，对教材也有了更深层次的理解，将理论知识与实验相结合，既巩固了我们所学的知识，又提高了我们的动手操作的能力。在做课程设计的过程中，我们组三个人团结合作，从搜集资料，构思设计方案到论证实验结果，顺利完成实验任务，但是也不可避免地遇到了一些问题。我们除了自己思考解决，还请教了同学和老师，并通过课本和网络的资料获得了问题的答案。此过程提高了我们动手能力和解决问题的能力。论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有老师的指引和同