情境2：小车控制系统

1、情境2：小车控制系统 杜俊贤 烟台汽车工程职业学院 【项目名称】：【项目名称】：小车控制系统 【教学目标】：【教学目标】： 能力目标： （1）能够进行S7-200的简单编程。 （2）能够正确使用基本触点指令，置位、复位指令。 （3）能进行顺序控制梯形图设计。 （4）具备PLC程序设计、调试流程。 （5）培养学生团队协作能力、表达能力 （6）培养学生查阅资料和自学能力、可持续发展的能力。 烟台汽车工程职业学院 知识目标： 烟台汽车工程职业学院 （1）掌握PLC编程语言基础。 （2）基本触点指令，置位、复位指令。 （3）掌握顺序控制梯形图设计方法。 （4）熟练掌握PLC程序设计、调试流程。 【教学

2、重点】：【教学重点】： 1、S7-200指令编写和外部接线连接。 2、电动机的点动、正反转控制。 3、小车往返PLC控制设计方法。 【教学难点】：【教学难点】： 1、S7-200的I/O地址分配规律。 2、顺序控制梯形图的设计方法。 烟台汽车工程职业学院 PLC实训台、数据线、导线、电脑 上课课件、活页、程序、评价表 【教学素材教学素材】： 项目导入 1 1 通过图片 引出项目 【教学过程实施教学过程实施】： 告知、资讯 2 2 在现代工业车间生产中企业为提高生产车间物流自动化水平在许多 场合中需要自动控制小车在指定位置道路上行驶，如柔性制造系统中物料 小车的自动控制、自动仓库中物件存取小车的

3、自动控制、货物的自动出入 等，常会使用无人小车在工作台或生产线之间自动往返装料卸载，以及在 自动化生产线上，减轻劳动量，提高生产效率，增加资本收入。 通过PLC在小车循环运动控制系统中的应用，提高了生产的效率， 降低了劳动的利用率和成本，促进了社会工业化的发展，为我们以后的工 作、学习、生活带来了很大的方便。 小车控制模型是一个较为典型的实训模型，涉及到PLC控制器的输 入与输出、电动机控制，控制程序的编写、自锁与互锁、PLC外围硬件的 接线等知识，对学生熟悉PLC指令，掌握PLC的编程方法和程序调试方法， 用PLC解决实际问题有非常好的作用。 v知识链接 触点、线圈及顺序控制方法是PLC设计

4、中经常用到。使用时主要是要弄清 指令的逻辑含义及指令在两种表达形式(梯形图与指令语句)中的对应关系。 以S7-200系列PLC指令为主介绍置位、复位指令、顺序控制设计方法。 1、 线圈 线圈指令用来表达一段程序的运算结果。线圈指令含普通线圈指令、置位及复 位线圈指令、立即线圈指令等类型。 2 顺序控制设计法 （1）顺序功能图是一种梯形化的组态语言，采用图形化的方法来描述 一个控制程序的顺序行为，主要应用于工业过程控制上位策略组态程序的编写。 顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下， 根据内部状态的变化、或时间的顺序，各个执行机构自动、有序的进行相关操 作。 顺序功能图的基

5、本结构：顺序功能包括单序列、选择分支序列和并列分 支序列3种基本结构。 （a）单序列 （b）选择分支 （c）并列分支 （2）、顺序控制设计法的基本思想是将系统的一个工作周期分为若干个顺 序相连的步(STEP),并用编程原件（M和S）来代表各步，步与步之间根据转 移条件实现步的转移，各步有对应的动作，既要实现的功能。 1）步 初始步：与系统初始状态对应，是进入顺序控制最先激活的步。 活动步：系统正处于某一步所处的阶段时，该步处于活动状态。否则， 为非活动步。 2）转换 转换条件：使系统由当前步进入下一步的信号 有向连线：用箭头表示步的转移方向，当为从上到下或从右到左的方向 时箭头省略不标，反之标

6、出。 3）起保停编程方法：将代表前级步的常开触点与代表转换条件的常开触点 串联，作为起动条件，以代表后续步的常闭触点为停止条件，以本步的常开 触点作为保持（自锁）条件。 3 其其它它指令指令 （1）、跳变触点 正跳变触点检测到一次正跳变(触点的输入信号由0变为1)时，或 负跳变触点检测到一次负跳变(触点的输入信号由1变为0)时，触点接通 一个扫描周期。正/负跳变指令的助记符分别为EU(Edge Up，上升沿)和 ED(Edge Down，下降沿)，它们没有操作数，触点符号中间的“P”和 “N”分别表示正跳变(Positive Transition)和负跳变(Negative Transitio

7、n)。 （2）、空操作指令 空操作指令，起增加程序容量的作用。使能输入有效时，执行空 操作指令，将稍微延长扫描周期长度，不影响用户程序的执行，不会使 能流断开。操作数N=0255，为执行该操作指令的次数。 4 编程规约 （1）、梯形图编程规则 1）梯形图编程遵循从上到下、从左到右、左重右轻，上重下轻的规则。每个逻辑 行起于左逻辑母线，止于线圈或一个特殊功能指令。 2）梯形图中的触点，一般应当画在水平支路上；不含触点的支路放在垂直方向。 3）线圈不能直接与左逻辑母线相连。如果需要（即无条件）可以借助于一个在程 序中未用到的内部辅助继电器的常开触点。 4）线圈的右边不能再接任何触点，这是与继电器控

8、制线路的不同之处。但对每条 支路可串联的触点数并未限制，且同一触点可以使用无限多次。 （2）、西门子PLC编程规约 1）EN、ENO与AENO EN和ENO的操作数均为能流，数据类型为BOOL(布尔)型。梯形图的指令盒指令右侧的 输出连线为使能输出端ENO，用于指令盒或输出线圈的串联，不串联元件时，作为指 令盒的结束。 与梯形图中的ENO相对应，语句表设置了ENO位，可用AENO(And ENO)指令存取 ENO位，AENO用来产生与功能块的ENO相同的效果。该指令是和前面的指令盒输出 端ENO相与，只能在语句表中使用。 2）指令的输入与输出 必须有能流输入才能执行的功能块或线圈指令称为条件输

9、入指令，它们 不能直接连接到左侧母线上。有的线圈或功能块的执行与能流无关， 3）网络 在梯形图中，程序被划分为带编号的网络(Network)，由触点、线圈和功 能块组成。能流只能从左往右流动，网络中不能有断路、开路和反方向的能 流。每个网络只能有一个运算结果。 西门子PLC使用了网络，允许以网络为单位给梯形图程序加注释。STL程序 不使用网络，可以将STL程序转换为梯形图程序。 初步训练-电动机的PLC控制 3 3 1 电动机的基本电气控制 咨讯 图2-7 电动机点动电气控制图 图2-8 电动机自锁控制图 图2-9 电动机正反转控制图 初步训练-电动机的PLC控制 3 3 通过本次练习，需要掌

10、握S7-200正常使用时，各接线口如何连接， 如何选取相应的电压源。理解位操作指令中最基本的“触点、线圈” 等编程语句。 【项目要求】 【项目内容】 用一个按钮控制电动机启动与停止，要求学生通过本任务掌握 用PLC的基本位操作类指令编写程序，并在实训设备上实现。 项目一：用PLC点动控制电动机 【控制方案设计】 1、I/O地址分配 I/O分配由同 学们自己填 写，教师再 给出正确答 案。 2、硬件设计 图2-10 电动机点动控制线路图 3、梯形图程序 打开Step7-MicroWIN V4.0，打开程序块部分，编写梯形图。 图2-11 电动机点动控制 4、演示操作 这部分以学生操作为主，按上述

11、步骤进行操作， 观察演示结果是否正确，教师要巡视指导。 1）按图2-10所示连接控制电路，注意线路连接及电阻选择保证电动机 等工作在额定电压，检查无误后接通220伏电源。 2）打开计算机中的编程软件，将图2-11所示程序下载给PLC。 3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动PLC的运行开关运行或 停止程序。 4）在运行状态下，打开程序状态监控，观察结果，反复调试，直至满 足要求：按下启动按钮SB1，电动机运行；再次按下启动按钮，电动机停 止运行。 【项目内容】 按下正转按钮SB0(I0.0)，同时Q0.0接通（电机正转） 、封锁反转支路（反转按钮不起作用）；按下停止按钮 SB2(I0.2)

12、，正转支路失电，反转封锁解除；按下反转按钮 SB1(I0.1)，同时Q0.1接通（电机反转）、封锁正转支路（ 正转按钮不起作用）。 初步训练二 3 3 项目二：电动机正反转控制 【项目要求】 本次练习过程中，掌握基本触点指令，重点掌握位操作 、自锁控制指令。 【控制方案设计】 1、I/O地址分配 I/O分配由同 学们自己填 写，教师再 给出正确答 案。 2、硬件接线 图2-12 电动机正反转控制线路图 3、梯形图程序 学生打开Step7-MicroWIN V4.0，打开程序块部分， 编写梯形图。 图2-13 电动机正反转控制梯形图 1）按图2-12所示连接控制电路，注意线路连接及电阻选择保 证

13、电动机等工作在额定电压，检查无误后接通220伏电源。 2）打开计算机中的编程软件，将图2-13所示程序下载给PLC。 3）使用编程软件的运行和停止按钮运行或停止程序。 4）按要求演示电机正反转。 4、演示操作 这部分以学生操作为主，按上述步骤进行操作， 观察演示结果是否正确，教师要巡视指导。 设计一种用PLC控制的小车自动往返系统，小车一个工作周期的动作要求 如下： 1、按下启动按钮SB(I0.0)，小车电机正转(Q1.0)，小车第一次前进，碰 到限位开关SQ1(I0.1)后，小车电机反转(Q1.1)，小车后退。 2、小车后退碰到限位开关SQ2(I0.2)后，小车电机M停转，停5s后，第二 次

14、前进，碰到限位开关SQ3(I0.3)，再次后退。 3、第二次后退碰到限位开关SQ2(I0.2)时，小车停止。 项目：小车自动往返控制系统设计 通过学生在初步训练中所掌握的知识，以小组的形式，独立完成小车 控制系统的训练，教师负责指导、检查和评价。 强化训练 4 4 【项目内容】 【任务分析】 分硬件和软件两部分设计此PLC控制系统。在硬件设计上，PLC输入口接2 个按钮和3个行程开关，输出口接2个KM接触器；在软件设计上，本例的输 出较少，只有电机正转输出Q1.0及反转输出Q1.1，但控制工况却比较复杂 。于是我们就想着应当将启保停电路的简单化，不直接针对电机的正转及 反转列写梯形图，而是针对

15、第一次前进、第一次后退、第二次前进、第二 次后退列写启保停电路梯形图。图中PLC“记住”第二次前进的“发生”， 以M1.2作为第二次前进继电器。图中将两次后退综合到一起了，还增加了 前进与后退继电器的互锁。选定时器T37控制小车第一次后退在SQ2处停止 的时间。 【控制方案设计】 1、 I/O地址分配 I/O分配由同 学们自己操 作，教师指 导。 2、硬件设计 图2-15 小车自动往返设计线路图 2、硬件设计 图2-16 小车往返控制步序图 3、梯形图程序 学生打开Step7-MicroWIN V4.0，打开程序块部分，编 写梯形图。 图2-17 小车自动往返起保停程序 4、演示操作 1）按图

16、2-15所示连接控制电路，注意线路连接及电阻选择 保证LED等工作在额定电压，检查无误后接通220伏电源。 2）打开计算机中的编程软件，将图2-17所示程序下载给 PLC。 3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动PLC的运行 开关运行或停止程序。 4）能按控制要求进行演示。 这部分以学生操作为主，按上述步骤进行操作， 观察演示结果是否正确，教师巡视指导。 任务验收：按下表所示，验收与评价任务完成情况。 检查评价 5 5 举一反三 小车控制设计完成了，但小车运行的工况牵涉过多，那么能不能 让PLC有选择地执行一些程序段呢?于是我们想到了复位及置位指令，希 望用复位置位指令结合一些辅助继电器建

17、立一些对程序段选择的开关实 现对程序段的选择。具体的编程思路是，将整个控制过程分成几个步骤， 即：准备，第一次前进，第一次后退，第二次前进，第二次后退，并用 辅助继电器M1.1M1.5表示它们，再辅以置位、复位指令，使各步骤中 的控制动作限定在M1.1M1.5，分别顺序接通的控制过程中，这样SQ1 在两次前进中，SQ2在两次后退过程中所起作用不同的问题就迎刃而解 了。 【提示】用SCR控制指令，则可以更加规范地编程序，本任务可以在 学习顺序控制SCR后进行练习。 项目总结 6 6 做出来的，让学生演示讲解做出来的，让学生演示讲解 未做出来的，分析原因未做出来的，分析原因 给予适当评价，对于做的

18、好的组给予鼓励。给予适当评价，对于做的好的组给予鼓励。 拓展训练 项目：用触摸屏实现小车送料控制系统 【项目内容】 嵌入式组态软件是一种应用于嵌入式系统并带有网络功能的应用软件。使 用嵌入式组态软件可以快速开发完成一个嵌入式系统，并极大缩减嵌入式 产品进入市场的速度，并且产品具有丰富的人机界面，易于操作。本节我 们将逐步演示用昆仑通态MCGS实现对小车送料系统的监控。 【项目内容】 用昆仑通态触摸屏MCGS实现对送料小车的监控。 1、按下启动按钮后，小车开始装料，（装料时间为5秒） 2、装料完毕后小车开始前进，至“1号工位”位置时，进行卸料（卸料 时间为8秒），卸完料然后再后退到“仓库”工位进行装料（装料时间为5 秒）。 3、在“仓库”位置装料完毕后小车前进，行至“2号工位”位置后开始 卸料（卸料时间为8秒），卸完料然后后退到“仓库”工位。 4、在运行过程中按下停止按钮，系统停止。 5、小车运行由