项目五工作台自动往返PLC控制系统

1、 项目导入项目导入一一相关知识相关知识 二二应用举例应用举例 三三【学习目标】【学习目标】u了解可编程控制器的产生过程、特点、应用领域及发展了解可编程控制器的产生过程、特点、应用领域及发展u熟悉熟悉PLC的基本结构、工作原理和常用的编程语言的基本结构、工作原理和常用的编程语言u掌握掌握S7-200系列系列PLC的软元件、基本指令和主要技术指标的软元件、基本指令和主要技术指标u能根据系统要求正确选择能根据系统要求正确选择PLC型号及参数型号及参数u会熟练使用会熟练使用S7-200系列系列PLC的的STEP-Micro/WIN编程软件进行程编程软件进行程序的编辑，上传、下载程序及运行、监控程序序的

2、编辑，上传、下载程序及运行、监控程序u能使用能使用S7-200基本逻辑指令完成工作台自动往返基本逻辑指令完成工作台自动往返PLC的软硬件设的软硬件设计和系统安装调试计和系统安装调试u能使用能使用S7-200基本逻辑指令完成异步电动机的基本逻辑指令完成异步电动机的Y降压启动、降压启动、自动门等其他自动门等其他PLC控制系统的软硬件设计和安装调试控制系统的软硬件设计和安装调试案例：工作台自动往返案例：工作台自动往返PLC控制控制 （一）（一）PLC基础知识基础知识1可编程控制器的产生可编程控制器的产生6060年代末，美国汽车制造业竞争，各厂家生产汽车型号年代末，美国汽车制造业竞争，各厂家生产汽车型

3、号 不断更新不断更新加工加工线也改变线也改变重新配置控制系统，重新配置控制系统，6868年，美国最大的汽车制造商年，美国最大的汽车制造商通用汽通用汽车公司（车公司（GMGM）设想：）设想：计算机功能完善、灵活、通用计算机功能完善、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。取代原继电器控制装置。 6969年，美国数字设备公司（年，美国数字设备公司（DECDEC），研制出第一台），研制出第一台PLCPLC，并在通用汽车公，并在通用汽车公司（司（GMGM）生产线上装配试用）生产线上装配试用成功成功很快发展。很快发展。91719171年年日

4、本生产日本生产PLC PLC 19731973年年德、英、法德、英、法 我国我国19741974年年1）可靠性高、抗干扰能力强）可靠性高、抗干扰能力强2）编程简单，使用方便：梯形图）编程简单，使用方便：梯形图3）功能强、）功能强、 速度快，精度高，有逻辑运算，定时，计速度快，精度高，有逻辑运算，定时，计数等功能，数等功能， 4） 通用性好：许多通用性好：许多PCPC制成模块式，可灵活组合制成模块式，可灵活组合5 5）V V小，小，G G轻，功能强，消耗底，环境适应性强，不需专轻，功能强，消耗底，环境适应性强，不需专门机房和空调门机房和空调 但：目前但：目前PLCPLC价格还较高，高、中档价格还

5、较高，高、中档PLCPLC使用需具有一定使用需具有一定计算机知识计算机知识价廉价廉应用应用是实现是实现机机（1 1）按）按PLC I/OPLC I/O点数分：点数分：（2 2）按）按PLCPLC结构分：结构分： (3)(3)按按PLCPLC功能功能：1） PLCPLC应用：应用：用于逻辑控制：顺序控制用于逻辑控制：顺序控制 最基本用途：最基本用途：运动控制：机器人、电梯、机械手运动控制：机器人、电梯、机械手闭环控制：工业自动化过程控制：闭环控制：工业自动化过程控制：数据处理：加减乘除数据处理：加减乘除通信联网：通信联网：（2 2）发展：）发展： 速度、容量、组网速度、容量、组网 超小型和大型超

6、小型和大型1硬件组成硬件组成以微以微处理器为核心的结构：硬件和软件处理器为核心的结构：硬件和软件作用：是连接可编程控制器与其它外设之间的桥梁。对作用：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：常用的输入信号：按钮、位置开关、开关或电位器、传按钮、位置开关、开关或电位器、传感器、变送器感器、变送器原理原理 按按SB发光二极管导通（发光二极管导通（LED灯亮）灯亮）在发

7、光激在发光激励下，光电二极管导通励下，光电二极管导通驱动内部电路通断驱动内部电路通断 采用了滤波和光电隔离采用了滤波和光电隔离 RC滤波滤波 一个输入单元一个输入单元一个输入继电器一个输入继电器一个输入一个输入点开关量输出单元用于连接继电器、接触器、电磁阀线圈，开关量输出单元用于连接继电器、接触器、电磁阀线圈，是是PLC的主要输出口，是连接的主要输出口，是连接PLC与控制设备的桥梁。与控制设备的桥梁。CPU运算的结果通过输出单元模块输出。输出单元模块运算的结果通过输出单元模块输出。输出单元模块通过将通过将CPU运算的结果进行隔离和功率放大后来驱动外运算的结果进行隔离和功率放大后来驱动外部执行元

8、件。输出单元类型很多，但是它们的基本原理部执行元件。输出单元类型很多，但是它们的基本原理是相似的。是相似的。PLC有有3种输出方式：继电器输出、晶体管输种输出方式：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。图出、晶闸管输出。图5-8为为PLC的的3种输出电路图。种输出电路图。 三种输出方式：三种输出方式：继电器输出：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关速度要求不高且又需要大电流输出 2A负载能力，响应负载能力，响应10ms晶体管输出：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

9、断或动作频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，响应繁，响应0.2ms。 晶闸管输出：晶闸管输出：三种输出方式：三种输出方式：（1）软件分类：系统软件和应用软件）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）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。过来。与汇编语言类似与汇编语言类似 用一系列操作指令组成的语句表将控制流程描绘出

10、来。用一系列操作指令组成的语句表将控制流程描绘出来。序号序号 操作码操作码 操作数操作数0 LD I0.01 O Q0. 02 AN I0.13 = Q0.04 ENDPLC的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，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。但个人计算机与程序完成用户任务。但个人计算机与PLC的工作方式有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所不同，计算机一般采用等待命令的工作方式 如常用如常用的键盘扫描或的键盘扫描或I/O扫描方式，当键盘有健按下

11、或扫描方式，当键盘有健按下或I/O口口有信号输有信号输 入时则中断转入相应的子程序。而入时则中断转入相应的子程序。而PLC在确定在确定了工作任务，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。行都是循环扫描的工作方式。 PLC对用户程序的执行过程是：对用户程序的执行过程是： 通过通过CPU的周期性的循环扫描的作方式。的周期性的循环扫描的作方式。1、输入处理：、输入处理：2、程序执行：、程序执行： 3、输出处理：、输出处理： 特点：集中采

12、样，集中输出工作方式。串行工作方式。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，系统可靠性优：从根本上提高了系统的抗干扰能力，系统可靠性增强增强 缺：一定程度降低了系统响应速度，既存在缺：一定程度降低了系统响应速度，既存在I/O滞后滞后现象现象1S7-200系列系列PLC的数据存储器的数据存储器（1）数据长度。计算机中使用的都是二进制数，在）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连续位数称为数据长度 （2）数据类型及数据范围。在）

13、数据类型及数据范围。在S7-200系列中，数据存储系列中，数据存储器中存放数据的类型主要有布尔逻辑型（器中存放数据的类型主要有布尔逻辑型（B00L）、整数）、整数型（型（INT）和实数型（）和实数型（REAL）。布尔逻辑型数据是由）。布尔逻辑型数据是由“0”或或“1”构成的字节型无符号整数；整数型数据包括构成的字节型无符号整数；整数型数据包括16位单字和位单字和32位双字的带符号整数；实数型数据又称浮位双字的带符号整数；实数型数据又称浮点型数据，以点型数据，以32位的单精度数表示。位的单精度数表示。 数据长度、数据长度、类型类型无符号整数无符号整数有符号整数有符号整数实数（单精度）实数（单精度

14、）字节（字节（8位）位）0255（十进制）（十进制）128+127（十进制）（十进制）0FF（十六进制）（十六进制） 807F（十六进制）（十六进制）字（字（16位）位）065535（十进制）（十进制）32768+32767（十进（十进制）制）0FFFF（十六进（十六进制）制）80007FFF（十六进（十六进制）制）双字（双字（32位）位）04294967295（十进制）（十进制） 2 1 4 7 4 8 3 6 4 8 +2147483647（十进制）（十进制）+1.175495E38+3.402823E+38（正（正数）数）1.175495E383.402823E+38（负（负数）（十进制

15、）数）（十进制）0FFFFFFFF（十（十六进制）六进制）800000007FFFFFFF（十六进制）（十六进制）（1）输入继电器）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，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。输入端相连。 等效电路：等效电路：I0.0I0.7I1.0I1.7I2.0I2.7 1)作用：作用：将将PLC的输出信号送给输出模快，再驱动外部负载，它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）与有一对常开触点（硬触点）与PC的输出端子相连，有一的输出端子相连，有一定的负载能力。定的负载能力。2)编号编号 CPU2

16、16: Q 0.0Q 0.7 Q 7.0Q 7.7 226：0.015.7（3 3）辅助继电器）辅助继电器 M M相当于中间继电器（中间状态的暂存作用，也称内部标相当于中间继电器（中间状态的暂存作用，也称内部标志位）志位）CPU 226CPU 226： M 0.0M 0.0M 31.7 “M 31.7 “字节、位字节、位 编址方式编址方式 ” ” 4 4、变量寄存器、变量寄存器 V V 编号：编号：CPU 226CPU 226为：为：V 0.0V 0.0V 5119.7V 5119.75 5、特殊辅助继电器、特殊辅助继电器SMSM（特殊标志位）（特殊标志位） SMSM：是用户程序与系统程序之间

17、的界面，为用户提供：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一些特殊的控制 CPU 216CPU 216： SM 0.0SM 0.0SM 179.7SM 179.7SM 0.0SM 0.0：运行监控，：运行监控，当当PLC运行，运行，SM0.0接通接通SM 0.1SM 0.1：初始化脉冲：初始化脉冲：PLC运行开始发一单脉冲运行开始发一单脉冲SM 0.2SM 0.2：当：当RAMRAM中保存的数据丢失时，中保存的数据丢失时，SM 0.2 ONSM 0.2 ON一个扫一个扫描周期描周期SM 0.3SM 0.3：PLCPLC上电进入上电进入RONRON状态时，状态时，SM 0.3

18、ONSM 0.3 ON一个扫描周一个扫描周期期SM 0.4SM 0.4分脉冲：占空比为分脉冲：占空比为50%50%，周期，周期1 min1 min的脉冲串的脉冲串SM 0.5SM 0.5秒脉冲：占空比为秒脉冲：占空比为5050% %，周期周期1 s1 s的脉冲串的脉冲串相当与时间继电器，用于延时控制，是对内部时钟累计相当与时间继电器，用于延时控制，是对内部时钟累计时间时间有有16 bit16 bit的当前值寄存器以及一个状态位的当前值寄存器以及一个状态位bitbit（T-bitT-bit）型号型号 CPU 226CPU 226定时器定时器 T 0T 0T 255T 255保持型延时通：保持型延

19、时通：1 ms T 01 ms T 0、T 64T 6410 ms T 110 ms T 1T 4T 4、T 65T 65T 68T 68100 ms T 5100 ms T 5T 31T 31、T 69T 69T 95T 95延时通定时器：延时通定时器：1 ms T 321 ms T 32、T 96T 96T 37T 37T 63T 63、T 101T 101T 255T 255作用：主要用来累计输入脉冲的个数，其设定值：程序作用：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，状态位置定当计数器当前值大于等于设定值时，状态位置1 1编号：编号：CPU 226 C

20、 0CPU 226 C 0C 255C 255( (8)8)高速计数器高速计数器 HSCHSC一般计数器的计数频率受扫描周期的影响，不可以太高，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高频信号的计数可用指定的HSCHSCCPU 212CPU 212：有一个高速计数器：有一个高速计数器HC 0HC 0CPU 226CPU 226：6 6个，个，HC 0HC 0HC 5HC 5S7 200S7 200系列系列PLCPLC提供提供4 4个个32 bit32 bit累加器，累加器，AC 0AC 0AC 3AC 3累加器支持字节（累加器支持字节（B B）、字（）、字（W

21、 W）和双字（）和双字（D D）的存取）的存取以字节或字为单位存取累加器时：访问累加器的低以字节或字为单位存取累加器时：访问累加器的低8 8位或位或低低1616位。位。(10)(10)状态元件状态元件 S SCPU 226CPU 226：S 0.0S 0.0S 31.7S 31.7( (11)11)模拟量输入模拟量输入/ /输出输出 （AIW/AQWAIW/AQW）AIW 0AIW 0、2 2、4 AQW 4 AQW 范围：范围：AIW 0AIW 0AIW 62 AQW AIW 62 AQW 0 0AQW 62AQW 62输入输入I： I0.015.7输出输出Q： Q0.0Q15.7位存储器位

22、存储器M： SM0.031.7特殊存储器特殊存储器SM: SM0.0SM179.7定时器定时器T:T0T255：接通延时：接通延时：100ms:T37T63计数器：计数器：C0C255顺序控制：顺序控制：S0.031.7累加器：累加器：AC0C3SIMATICS7-200系列系列PLC共有共有20多条逻辑指令：多条逻辑指令：一、基本逻辑指令一、基本逻辑指令1 1、逻辑取及线圈驱动指令、逻辑取及线圈驱动指令 LDLD：取指令：常开触点与母线连接：取指令：常开触点与母线连接 LDNLDN：取非指令：取非指令 ：常闭：常闭 = =： （outout）线圈驱动）线圈驱动A：与指令，用于单个常开触点的串

23、联。：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。：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指令表表示基本指令的用法 O：单个常开触点并联。：单个常开触点并联。ON：单个常闭触点并联。：单个常闭触点并联。梯形图指令：梯形图指令：说明：（说明：（1）LD、LDN指令不仅可以用于公共母线相连指令不仅可以用于公共母线相连的触点，还可以与块指令的触点，还可以与块指令OLD、ALD配合，用于分支回配合，用于分支回路的起点。路的起点。（2）=指令不能用于驱动输入继电器线圈。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。指令可连续

24、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。指令可多次重复使用。 OLD：或块指令，将一个串联电路块与前面的电路并联，：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。用于分支电路并联。OLD指令应用如图指令应用如图5-17所示。所示。OLD指令使用说明如下。指令使用说明如下。（1）编程原则：先组块，后连接。）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）几个串联支路并联时，支路的起点以LD（LDN）开始，支路终点用开始，支路终点用OLD指令。指令。（3）若需将多个支路并联，从第二条支路开始，在每一）若需将多个支路并联，从第二条支路

25、开始，在每一条支路后面加条支路后面加OLD指令，用这种方法编程，对并联的支指令，用这种方法编程，对并联的支路个数没有限制。路个数没有限制。（4）OLD指令没有操作数。指令没有操作数。ALD：与块指令，将一个并联电路块与前面的电路串联，：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。用于分支电路串联。ALD指令应用由图说明指令应用由图说明 LPS:LPS:进栈进栈, ,将连接点先储存将连接点先储存LRD:LRD:读栈读栈 LPP:LPP:出栈出栈 S:S:置位指令，使动作保持置位指令，使动作保持R:R:复位指令，使操作保持复位复位指令，使操作保持复位说明：说明：EUEU：上沿微分

26、，输入信号上升沿产生脉冲输出，前沿微分：上沿微分，输入信号上升沿产生脉冲输出，前沿微分EDED：下沿微分，输入信号下降沿产生脉冲输出：下沿微分，输入信号下降沿产生脉冲输出EUEU：在对应上升沿时产生一个宽度为一个：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扫描周期的脉冲，驱动其后面的输出线案例案例案例案例案例案例案例案例案例案例1 1、程序设计的步骤与方法：、程序设计的步骤与方法： 1 1）熟悉控制对象，确定控制范围）熟悉控制对象，确定控制范围 2)2)制定控制方案，进行制定控制方案，进行PLCPLC选型选型 3)3)出出I/OI/O分配分配 4 4）设计梯形图）设计梯

27、形图 5 5）编写程序：）编写程序： 6 6）模拟调试）模拟调试 7 7）现场运行调试）现场运行调试1 1）线圈右边无接点）线圈右边无接点2 2）水平）水平 不垂直不垂直 3 3）多上串右）多上串右4 4）不允许画电流交叉）不允许画电流交叉5 5）双线圈输出不可用）双线圈输出不可用1编程软件编程软件STEP7-Micro/WIN的安装的安装2STEP7-Micro/WIN编程软件的主要功能编程软件的主要功能3建立建立S7-200 CPU的通信的通信STEP7-Micro/WIN窗口的首行主菜单包括窗口的首行主菜单包括“文件文件”、“编辑编辑”、“查看查看”、“PLC”、“调试调试”、“工具工具

28、”、“窗口窗口”、“帮助帮助”等，主菜单下方两行为工具条快捷等，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按钮，其他为窗口信息显示区 文件。文件的操作有新建、打开、关闭，保存、另存，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。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、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，用于程序的修全选、插入、删除、查找、替换等子目录，用于程序的修改操作。改操作。 查看。查看菜单的功能有查看。查看菜单的功

29、能有6项：可以用来选择在程序数项：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（据显示窗口区显示不同的程序编辑器，如语句表（STL）、）、梯形图（梯形图（LAD）、功能图（）、功能图（FBD）；可以进行数据块、符）；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。定；对程序块的属性进

30、行设定。 PLC。PLC菜单用以建立与菜单用以建立与PLC联机时的相关操作，联机时的相关操作，如用软件改变如用软件改变PLC的工作模式，对用户程序进行编辑，的工作模式，对用户程序进行编辑，清除清除PLC程序及电源启动重置，显示程序及电源启动重置，显示PLC信息及信息及PLC类类型设置等。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。描、多次扫描、程序状态等选项。 工具。工具。 窗口。窗口菜单可以选择窗口区的显示内容及显示形窗口。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）。式（符号表、状态表、数据块、交叉引用