5.项目五 工作台自动往返PLC控制系统ppt课件

项目五工作台自动往返PLC控制系统 学习目标 了解可编程控制器的产生过程 特点 应用领域及发展熟悉PLC的基本结构 工作原理和常用的编程语言掌握S7 200系列PLC的软元件 基本指令和主要技术指标能根据系统要求正确选择PLC型号及参数会熟练使用S7 200系列PLC的STEP Micro WIN编程软件进行程序的编辑 上传 下载程序及运行 监控程序能使用S7 200基本逻辑指令完成工作台自动往返PLC的软硬件设计和系统安装调试能使用S7 200基本逻辑指令完成异步电动机的Y 降压启动 自动门等其他PLC控制系统的软硬件设计和安装调试 项目五工作台自动往返PLC控制系统 一 项目导入 案例 工作台自动往返PLC控制 硬件设计 软件设计 梯形图 二 相关知识 一 PLC基础知识1 可编程控制器的产生60年代末 美国汽车制造业竞争 各厂家生产汽车型号不断更新 加工线也改变 重新配置控制系统 68年 美国最大的汽车制造商 通用汽车公司 GM 设想 计算机功能完善 灵活 通用继电器简单 方便 且编程和输入简单化 取代原继电器控制装置 69年 美国数字设备公司 DEC 研制出第一台PLC 并在通用汽车公司 GM 生产线上装配试用 成功 很快发展 9171年 日本生产PLC1973年 德 英 法我国 1974年 2 可编程控制器的特点 1 可靠性高 抗干扰能力强2 编程简单 使用方便 梯形图3 功能强 速度快 精度高 有逻辑运算 定时 计数等功能 4 通用性好 许多PC制成模块式 可灵活组合5 V小 G轻 功能强 消耗底 环境适应性强 不需专门机房和空调但 目前PLC价格还较高 高 中档PLC使用需具有一定计算机知识 价廉 应用 是实现机 3 可编程控制器的分类 1 按PLCI O点数分 2 按PLC结构分 3 按PLC功能 4 可编程控制器的应用和发展 1 PLC应用 用于逻辑控制 顺序控制最基本用途 运动控制 机器人 电梯 机械手闭环控制 工业自动化过程控制 数据处理 加减乘除通信联网 2 发展 速度 容量 组网超小型和大型 二 PLC的基本结构 编程语言 工作原理 1 硬件组成以微处理器为核心的结构 硬件和软件 1 输入单元 作用 是连接可编程控制器与其它外设之间的桥梁 对输入信号进行滤波 隔离 电平转换等 把输入信号安全 可靠地传送给CPU 生产设备的控制信号通过输入模块传送给CPU 常用的输入信号 按钮 位置开关 开关或电位器 传感器 变送器原理按SB 发光二极管导通 LED灯亮 在发光激励下 光电二极管导通 驱动内部电路通断采用了滤波和光电隔离RC滤波一个输入单元 一个输入继电器 一个输入点 1 输入单元 2 输出单元 开关量输出单元用于连接继电器 接触器 电磁阀线圈 是PLC的主要输出口 是连接PLC与控制设备的桥梁 CPU运算的结果通过输出单元模块输出 输出单元模块通过将CPU运算的结果进行隔离和功率放大后来驱动外部执行元件 输出单元类型很多 但是它们的基本原理是相似的 PLC有3种输出方式 继电器输出 晶体管输出 晶闸管输出 图5 8为PLC的3种输出电路图 2 输出单元 三种输出方式 继电器输出 a 线圈与触头已完全分离 故不再需要隔离措施 用于开关速度要求不高且又需要大电流输出2A负载能力 响应10ms晶体管输出 b 使用光电偶合器驱动开关晶体管要求快速开断或动作频繁 响应0 2ms 晶闸管输出 2 输出单元 三种输出方式 三种输出方式 2 软件系统 1 软件分类 系统软件和应用软件 2 应用软件常用的编程语言梯形图 指令表 功能图以及高级语言PLC梯形图中是一种以图形符号及图形符号在图中相互关系表示控制关系的编程语言 由继电器控制电路演变过来 指令表语言 与汇编语言类似用一系列操作指令组成的语句表将控制流程描绘出来 序号操作码操作数0LDI0 01OQ0 02ANI0 13 Q0 04END 3 基本工作原理 PLC的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的 可以简单地描述为在系统程序的管理下 通过运行应用程序完成用户任务 但个人计算机与PLC的工作方式有所不同 计算机一般采用等待命令的工作方式如常用的键盘扫描或I O扫描方式 当键盘有健按下或I O口有信号输入时则中断转入相应的子程序 而PLC在确定了工作任务 装入了专用程序后成为一种专用机 它采用循环扫描的工作方式 系统工作任务理及应用程序执行都是循环扫描的工作方式 PLC对用户程序的执行过程是 通过CPU的周期性的循环扫描的作方式 3 基本工作原理 1 输入处理 2 程序执行 3 输出处理 特点 集中采样 集中输出工作方式 串行工作方式 优 从根本上提高了系统的抗干扰能力 系统可靠性增强缺 一定程度降低了系统响应速度 既存在I O滞后现象 3 基本工作原理 三 S7 200系列PLC的内部元器件 1 S7 200系列PLC的数据存储器 1 数据长度 计算机中使用的都是二进制数 在PLC中 通常使用位 字节 字 双字来表示 数据占用的连续位数称为数据长度 2 数据类型及数据范围 在S7 200系列中 数据存储器中存放数据的类型主要有布尔逻辑型 B00L 整数型 INT 和实数型 REAL 布尔逻辑型数据是由 0 或 1 构成的字节型无符号整数 整数型数据包括16位单字和32位双字的带符号整数 实数型数据又称浮点型数据 以32位的单精度数表示 数据类型范围 2 S7 200系列PLC的内部元器件简介 1 输入继电器I作用 专门用来接受外部敏感元件或开关发来的信号 PLC输入端相连 等效电路 I0 0 I0 7I1 0 I1 7I2 0 I2 7 2 输出继电器Q 1 作用 将PLC的输出信号送给输出模快 再驱动外部负载 它有一对常开触点 硬触点 与PC的输出端子相连 有一定的负载能力 2 编号CPU216 Q0 0 Q0 7Q7 0 Q7 7226 0 0 15 7 2 S7 200系列PLC的内部元器件简介 3 辅助继电器M相当于中间继电器 中间状态的暂存作用 也称内部标志位 CPU226 M0 0 M31 7 字节 位编址方式 4 变量寄存器V编号 CPU226为 V0 0 V5119 75 特殊辅助继电器SM 特殊标志位 SM 是用户程序与系统程序之间的界面 为用户提供一些特殊的控制CPU216 SM0 0 SM179 7 2 S7 200系列PLC的内部元器件简介 SM0 0 运行监控 当PLC运行 SM0 0接通SM0 1 初始化脉冲 PLC运行开始发一单脉冲SM0 2 当RAM中保存的数据丢失时 SM0 2ON一个扫描周期SM0 3 PLC上电进入RON状态时 SM0 3ON一个扫描周期SM0 4分脉冲 占空比为50 周期1min的脉冲串SM0 5秒脉冲 占空比为50 周期1s的脉冲串 特殊标志位 6 定时器 相当与时间继电器 用于延时控制 是对内部时钟累计时间有16bit的当前值寄存器以及一个状态位bit T bit 型号CPU226定时器T0 T255保持型延时通 1msT0 T6410msT1 T4 T65 T68100msT5 T31 T69 T95延时通定时器 1msT32 T9610msT33 T36 T97 T100100msT37 T63 T101 T255 7 计数器C 作用 主要用来累计输入脉冲的个数 其设定值 程序定当计数器当前值大于等于设定值时 状态位置1编号 CPU226C0 C255 8 高速计数器HSC一般计数器的计数频率受扫描周期的影响 不可以太高 高频信号的计数可用指定的HSCCPU212 有一个高速计数器HC0CPU226 6个 HC0 HC5 9 累加器AC S7200系列PLC提供4个32bit累加器 AC0 AC3累加器支持字节 B 字 W 和双字 D 的存取以字节或字为单位存取累加器时 访问累加器的低8位或低16位 10 状态元件SCPU226 S0 0 S31 7 11 模拟量输入 输出 AIW AQW AIW0 2 4 AQW范围 AIW0 AIW62AQW0 AQW62 总结 输入I I0 0 15 7输出Q Q0 0 Q15 7位存储器M SM0 0 31 7特殊存储器SM SM0 0 SM179 7定时器T T0 T255 接通延时 100ms T37 T63计数器 C0 C255顺序控制 S0 0 31 7累加器 AC0 C3 五 S7 200系列PLC常用基本逻辑指令 SIMATICS7 200系列PLC共有20多条逻辑指令 一 基本逻辑指令1 逻辑取及线圈驱动指令LD 取指令 常开触点与母线连接LDN 取非指令 常闭 out 线圈驱动 2 触点串联A And 和AN AndNot A 与指令 用于单个常开触点的串联 AN 与非指令 用于单个常闭触点的串联 指令表表示基本指令的用法 3 触点并联指令O Or 和ON OrNot O 单个常开触点并联 ON 单个常闭触点并联 梯形图指令 说明 1 LD LDN指令不仅可以用于公共母线相连的触点 还可以与块指令OLD ALD配合 用于分支回路的起点 2 指令不能用于驱动输入继电器线圈 3 指令可连续使用若干次 相当于线圈并联 4 A AN O ON指令可多次重复使用 案例 4 串联电路块并联指令OLD OrLoad OLD 或块指令 将一个串联电路块与前面的电路并联 用于分支电路并联 OLD指令应用如图5 17所示 OLD指令使用说明如下 1 编程原则 先组块 后连接 2 几个串联支路并联时 支路的起点以LD LDN 开始 支路终点用OLD指令 3 若需将多个支路并联 从第二条支路开始 在每一条支路后面加OLD指令 用这种方法编程 对并联的支路个数没有限制 4 OLD指令没有操作数 5 并联电路块的串联指令ALD AndLoad ALD 与块指令 将一个并联电路块与前面的电路串联 用于分支电路串联 ALD指令应用由图说明 案例 6 逻辑堆栈的操作 LPS 进栈 将连接点先储存LRD 读栈LPP 出栈 7 置位 复位指令S R S 置位指令 使动作保持R 复位指令 使操作保持复位 说明 8 脉冲生成指令EU ED EU 上沿微分 输入信号上升沿产生脉冲输出 前沿微分ED 下沿微分 输入信号下降沿产生脉冲输出EU 在对应上升沿时产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲 驱动其后面的输出线 案例 9 定时器 案例 定时器使用案例 案例 10 计数器 增计数器使用案例 案例 10 计数器 增减计数器使用案例 案例 六 系统设计过程及梯形图设计规则 1 程序设计的步骤与方法 1 熟悉控制对象 确定控制范围2 制定控制方案 进行PLC选型3 出I O分配4 设计梯形图5 编写程序 6 模拟调试7 现场运行调试 2 梯形图设计规则 1 线圈右边无接点2 水平不垂直3 多上串右4 不允许画电流交叉5 双线圈输出不可用 七 S7 200系列PLC的STEP Micro WIN编程软件 1 编程软件STEP7 Micro WIN的安装2 STEP7 Micro WIN编程软件的主要功能3 建立S7 200CPU的通信 4 STEP7 Micro WIN窗口组件 STEP7 Micro WIN窗口的首行主菜单包括 文件 编辑 查看 PLC 调试 工具 窗口 帮助 等 主菜单下方两行为工具条快捷按钮 其他为窗口信息显示区 1 主菜单及子目录的状态信息 文件 文件的操作有新建 打开 关闭 保存 另存 导入 导出 上传 下载 页面设置 打印及预览等功能 编辑 编辑菜单提供程序的撤销 剪切 复制 粘贴 全选 插入 删除 查找 替换等子目录 用于程序的修改操作 查看 查看菜单的功能有6项 可以用来选择在程序数据显示窗口区显示不同的程序编辑器 如语句表 STL 梯形图 LAD 功能图 FBD 可以进行数据块 符号表的设定 对系统块配置 交叉引用 通信参数进行设置 工具栏区可以选择浏览栏 指令树及输出窗口的显示与否 缩放图像项可对程序区显示的百分比等内容进行设定 对程序块的属性进行设定 1 主菜单及子目录的状态信息 PLC PLC菜单用以建立与PLC联机时的相关操作 如用软件改变PLC的工作模式 对用户程序进行编辑 清除PLC程序及电源启动重置 显示PLC信息及PLC类型设置等 调试 调试菜单用于联机形式的动态调试 有单次扫描 多次扫描 程序状态等选项 工具 窗口 窗口菜单可以选择窗口区的显示内容及显示形式 符号表 状态表 数据块 交叉引用 帮助 2 工具条 5 程序编制及运行 1 建立项目 用户程序 2 梯形图编辑器 程序的编辑及参数设定 程序注释 带符号表的梯形图 程序的编译及上传 下载 3 程序的监视 运行 调试及其他 三 应用举例 案例1 一 异步电动机正反转PLC控制1 系统的硬件设计 1 系统的硬件设计 I O分配 2 系统的软件设计 梯形图 案例2 工作台自动往返PLC控制系统 1 硬件设计 2 软件设计 梯形图 三 三相异步电动机的Y 降压启动控制系统 1 电气控制 2 系统的硬件设计 3 系统的软件设计 四 自动门PLC控制系统 1 自动门控制要求自动门在工厂 企业 军队系统 医院 银行 超市 酒店等行业应用非常广泛 图5 49为自动门控制示意图 利用两套不同的传感器系统来完成控制要求 超声开关发射声波 当有人进入超声开关的作用范围时 超声开关便检测出物体反射的回波 光电开关由两个元件组成 内光源和接收器 光源连续地发射光束 由接收器加以接收 如果人或其他物体遮断了光束 光电开关便检测到这个人或物体 作为对这两个开关的输入信号的响应 PLC产生输出控制信号去驱动门电动机 从而实现升