PLC应用技术项目教程（西门子S7-1200） 课件 项目7、8 运料小车往返控制、温度检测与PID控制

PLC应用技术项目教程7运料小车往返控制基础篇知识目标2掌握各类定时器、计数器的应用1掌握顺序控制程序设计方法能力目标2能够对将工艺流程进行顺序控制分析并设计流程图1能够使用顺序控制程序设计方法实现运料小车往返控制项目七运料小车往返控制基础篇素质目标1通过学习顺序控制设计方法培养学生的逻辑分析能力课堂思政1顺序控制，体现循序渐进、稳步提升专业技能项目七运料小车往返控制基础篇2通过传感器信号变化培养学生灵活变通能力3412项目背景及控制分析相关知识项目实施项目考核项目七运料小车往返控制基础篇项目背景

在部分企业生产过程中，需要搭建短程运输小车在两地之间进行运输作业，采用固定运行轨迹的轨道式运料小车为其常用的运输工具，具有结构简单、造价维护成本低、编程设计容易等优点被广泛采用，运料小车示意图如图7-1所示。

顺序控制，体现循序渐进、稳步提升专业技能控制分析（1）设计一小车自动控制程序，自动运行状态如下：SA闭合，要求系统启动后首先在原位进行装料，15s后装料停止，小车右行；右行至行程开关SQ2处右行停止，进行卸料，10s后卸料停止，小车左行至行程开关SQ1处，左行停止，进行装料。如此循环一直进行下去。在运行过程中，无论小车在任意位置，按下停止按钮，小车立即停止运行。（2）检修状态：当SA断开时，小车只能手动控制，1）按下小车点动右行按钮，小车接通电机正转，前进至B点开关SQ2时小车停止；2)按下小车点动左行按钮，小车接通电机反转，退至SQ1时小车停车；3）按点动卸料时，小车打开卸料电磁阀；4）按点动装料，小车打开装料电磁阀。控制分析（3）设备复位状态，在自动运行状态需要保证小车在最左侧且装料和卸料电磁阀均关闭状态。在满足上述条件时才能启动自动运行。被控对象：小车驱动电机。输入信号：自动/检修状态切换开关SA、自动开始按钮、自动停止按钮、一键复位、点动右行、点动左行、点动装料、点动卸料、左限位SQ1、右限位SQ2。输出信号：驱动电机、装料电磁阀、卸料电磁阀。控制分析逻辑关系：（1）自动模式下，按下启动按钮后先检测小车位置，无论启动时小车位置如何，小车都将移动到左边SQ1处开始装料，需设计初始化程序；（2）小车运行至任意位置按下停止按钮均能立即停止，自动启动时能先卸料再到原始位进行装料；（3）手动操作时左行与右行控制继电器需要设计互锁。思考：小车控制可以分成哪些步骤？请将步骤写出并详细分析每步的触发条件。3412项目背景及控制分析相关知识项目实施项目考核项目七运料小车往返控制基础篇顺序控制行程开关12设备初始化31.行程开关又称限位开关或位置开关，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。注意：一般需要注意机械结构及安装形式，电气连接是常开还是常闭，工作额定电压电流。2.顺序控制1）顺序功能图法工业控制中，许多场合要应用顺序控制的方式进行控制。所谓顺序控制，即使生产过程按生产工艺的要求预先安排的顺序自动控制生产线。顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计可编程控制器的顺序控制程序的有力工具。顺序功能图法就是依据顺序功能图设计PLC顺序控制程序的方法。基本思想是将系统的一个工作周期分解成若干个顺序相连的阶段，即“步”。顺序功能图主要有步、有向连线、转换和转换条件及动作（或命令）组成。2.顺序控制2）顺序功能图的基本结构单序列结构：单序列由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅有一个转换条件，每一个转换条件后面仅有一步。2.顺序控制选择序列结构：①选择序列的开始称为分支，某一步的后面有几个步，当满足不同的转换条件时，转向不同的步。②选择序列的结束称为合并，几个选择序列合并到同一个序列上，各个序列上的步在各自转换条件满足时转换到同一个步。2.顺序控制并行序列结构：①并行序列的开始称为分支，当转换的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并行序列，它们被同时激活后，每个序列中的活动步的进展将是独立的。②并行序列的结束称为合并，在并行序列中，处于水平双线以上的各步都为活动步，且转换条件满足时，同时转换到同一个步。2.顺序控制应用举例：三级传送带控制，每个传送带由一个电机控制，按下启动按钮时，电机M1立即启动运行，3秒后电机M2启动运行，再3秒后电机M3启动运行，按下停止按钮后电机M3立即停止，3秒后电机M2停止，再3秒后电机M1停止。这是个典型的单序列结构，PLC梯形图采用顺序控制如下图所示：2.顺序控制2.顺序控制2.顺序控制观察思考：上述多级传送带程序编写有何特点？请自行写出顺序控制图。3.设备初始化很多实际设备在初始功能设计中会涉及自动/点动切换功能，通常设备状态从点动或者手动状态往自动功能切换时需要将相关执行机构进行复位才可以进行自动程序操作。如本项目中在开始自动运行前需要保证运料小车在最左侧，装料电磁阀和卸料电磁阀均关闭。当所有状态满足自动运行状态时自动运行开始按钮才能起作用。这个过程常称作设备初始化或者设备复位。本项目设备初始化可按以下逻辑进行程序编写：1）关闭装料电磁阀、卸料电磁阀、右行线圈KM2；2）通过判断左限位SQ1状态检测小车是否在最左侧，若不在则接通KM1左行线圈使小车先左行至左限位SQ1处，若小车在左限位SQ1处则初始化或复位操作完毕，退出初始化或复位程序。3412项目背景及控制分析相关知识项目实施项目考核项目七运料小车往返控制基础篇I/O分配表输入输出符号主机功能说明符号主机功能说明SAI0.0自动/点动切换YV1Q0.0装料电磁阀AstartI0.1自动开始YV2Q0.1卸料电磁阀AstopI0.2自动停止KM1Q0.2左行线圈DLI0.3点动左行KM2Q0.3右行线圈DRI0.4点动右行

DZLI0.5点动装料

DXLI0.6点动卸料

SQ1I0.7左限位

SQ2I1.0右限位

RestI1.1一键复位

主电气原理图PLC接线原理图梯形图编写1.主程序梯形图编写2.复位子程序梯形图编写3.自动运行模式梯形图编写3.自动运行模式梯形图编写3.自动运行模式思考与练习：请同学们写出自动运行模式顺序功能图。梯形图编写4.点动检修模式3412项目背景及控制分析相关知识项目实施项目考核项目七运料小车往返控制基础篇工作任务考核表项目内容评分标准具体配分获得分值一、硬件设计（40分）1.I/O分配表（10分）分配I/O（10分）自动启动、停止、点动、左右行程开关4分

左行、右行、装料阀门、卸料阀门、一键复位4分

总分

2.PLC接线图（30分）输入电路（10分）输入电路正确得10分

输出电路（10分）输出电路正确得10分

PLC供电电路（10分）供电电路正确得10分

总分

二、软件设计（50分）1.程序流程图（10分）动作描述准确（5分）每步动作描述准确得5分

逻辑关系清晰（5分）逻辑关系准确不混乱得5分

总分

2.程序设计仿真效果（20分）卸料放料能打开阀门（10分）相应Q点正常逻辑点亮

小车能右行（5分）相应Q点正常逻辑点亮

小车能左行（5分）相应Q点正常逻辑点亮

总分

3.实操效果（20分）接线（5分）接线正确无误

功能实现（15分）小车能完成自动运行功能、点动运行功能、一键复位功能

总分

三、职业与安全意识10分1.操作符合安全操作规程（3分）

2.工具摆放、物品处理符合职业岗位规范要求（2分）

3.遵守课堂纪律（2分）

4.爱惜实训室的设备和器材，保持工位的干净整洁（3分）

总分100分在原项目要求的基础上增加设备自动运行次数保护，即自动运行次数达到20次后需要暂停10分钟后才能继续自动运行。功能实现只需在自动运行程序中加入次数判断和延时功能即可（添加程序分别在程序段1、程序段2、程序段6、程序段7、程序段8）。自动模式带设备运行次数保护程序梯形图如表7-8所示表7-8自动模式带设备运行次数保护程序梯形图序号图片示例操作步骤1自动运行模式开始时置位“step1”M50.0，复位M50.1~M51.0。置位“保护标志位”注意：通过此寄存器限制自动运行次数。2装料：打开装料电磁阀“YV1”Q0.0，延时3秒后置位“step2”M50.1,复位“step1”同时关闭装料电磁阀“YV1”Q0.0。注意：将“保护标志位”串联在“step1”M50.0后，可以在自动运行次数达到后直接将程序暂停在此处。3

右行：“step2”M50.1触发右行线圈“KM2”Q0.3，当右限位“SQ2”I0.0接通后置位“step3”M50.2，复位“step2”M50.1同时断开右行线圈“KM2”Q0.3。4卸料：“step3”M50.2触发卸料电磁阀“YV2”Q0.1，延时3秒后置位“step4”M50.3，复位“step3”M50.2同时断开“YV2”Q0.1。5

左行：“step4”M50.3触发左行线圈“KM1”Q0.2，当左限位“SQ1”I0.7接通后置位“step1”M50.0，复位“step4”M50.3同时断开左行线圈“KM1”Q0.2。6停止：“Astop”I0.2复位域M50.0~M50.3，复位保护标志位“M20.2”。7

通过“step1”M50.0的接通次数判断自动运行实际次数，20次自动循环计数，当达到20次时复位“保护标志位”M20.2。置位“Hlodon”。810分钟，600秒，使用1Hz系统时钟计数600次实现。10分钟时间到后置位“保护标志位”M20.2，复位“Hlodon”。此时程序段2装料继续运行。练习与思考：根据本项目学习，设计并实现带wincc仿真的运料小车程序。谢谢观看PLC应用技术项目教程8温度检测与PID控制基础篇知识目标2掌握PID控制基本原理1掌握模拟量输入输出程序编写能力目标2能够PID控制进行温度精确控制1能够使用西门子1200进行温度检测项目八温度检测与PID控制基础篇素质目标1通过PID参数设置培养细致严谨的工作习惯课堂思政1精确控温-精益求精-工匠精神项目八温度检测与PID控制基础篇2通过运行PID向导培养细心的工作态度3412项目背景及控制分析相关知识项目实施项目考核项目八温度检测与PID控制基础篇项目背景

在很多生产过程中需要对某些参数（如温度、压力、PH值等）进行精确控制，如在发酵罐的温度精确控制，一般需要使用温度变送器采用模拟量信号输入PLC中，通过PID运算后将模拟量信号输出至执行器上对温度进行控制。在温度控制系统中，一般需要操作者设置合适的温度值，PLC通过检测实时温度值，将设置值与实时温度值进行比较形成温度误差值，再通过PID运算控制实时温度值，最终使实时温度接近或等同与设置值

精确控温-精益求精-工匠精神控制分析（1）采集实时温度；（2）使用PID控制对温度进行精确控制。被控对象：加热器。输入信号：0-10v温度变送器输出信号：0-10v电压模拟量3412项目背景及控制分析相关知识项目实施项目考核项目八温度检测与PID控制基础篇PID控制模拟量的处理12实例31.模拟量处理

西门子1200PLC模拟量接线参照项目一部分介绍。模拟量指在时间和数值上都是连续变化的量，一般在工程上的温度、压力、电压、电流、PH值等物理量均为模拟量信号。通常PLC在采集相关的模拟量时连接相应的变送器，由变送器输出标准的模拟量信号给PLC，通常为电流信号（0-20ma、4-20ma）、电压信号（-10V-+10V、0-10V）。缩放与标准化指令：1.模拟量处理1.模拟量处理

缩放指令：通过将输入VALUE的值映射到指定的值范围内，对该值进行缩放。当执行“缩放”指令时，输入VALUE的浮点值会缩放到由参数MIN和MAX定义的值范围。缩放结果为整数，存储在OUT输出中。1.模拟量处理

标准化指令：通过将输入VALUE中变量的值映射到线性标尺对其进行标准化。可以使用参数MIN和MAX定义（应用于该标尺的）值范围的限值。输出OUT中的结果经过计算并存储为浮点数，这取决于要标准化的值在该值范围中的位置。如果要标准化的值等于输入MIN中的值，则输出OUT将返回值“0.0”。如果要标准化的值等于输入MAX的值，则输出OUT需返回值“1.0”。2.PID控制比例积分微分控制（proportional-integral-derivativecontrol），简称PID控制，是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，仍有90%左右的控制回路具有PID结构。简单的说，根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。常规PID控制器作为一种线性控制器2.PID控制比例积分微分控制（proportional-integral-derivativecontrol），简称PID控制，是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，仍有90%左右的控制回路具有PID结构。简单的说，根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。常规PID控制器作为一种线性控制器2.PID控制PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成偏差：e(t)=r(t)-y(t)。将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对受控对象进行控制。其控制规律为：传递函数为：式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数；Ki=Kp/Ti，为积分系数；Kd=Kp*Td，为微分系数。2.PID控制PID控制器各校正环节的作用如下：比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减小误差。当偏差e=0时，控制作用也为0。因此，比例控制是基于偏差进行调节的，即有差调节。积分环节：能对误差进行记忆，主要用于消除静差，提高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。微分环节：能反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。从时间的角度讲，比例作用是针对系统当前误差进行控制，积分作用则针对系统误差的历史，而微分作用则反映了系统误差的变化趋势，这三者的组合是“过去、现在、未来”的完美结合。3.实例通过设置和编写程序读取外部电压（0-10V）、电流(4-20ma)输入信号并将其值存入内部寄存器中，编程将内部寄存器的值转换成模拟量电压输出（0-10V）、电流输出（0-20ma）。第一步：对硬件进行设置（输入）3.实例第一步：对硬件进行设置（输出）注意：西门子1200模块中模拟量输入通道0和通道1必须选择同一种输入方式，通道2与通道3选择同一种输入方式。即电流和电压只能选择一种进行输入。3.实例第二步：编写模拟量输入处理程序，使用标定与缩放指令。3.实例第三步：编写模拟量输出处理程序，使用标定与缩放指令。3412项目背景及控制分析相关知识项目实施项目考核项目八温度检测与PID控制基础篇I/O分配表输入输出符号地址功能说明符号地址功能说明TIIW96温度模拟量输入TOQw108模拟量控制输出PLC接线图梯形图编写3.1PID工艺对象设置1）在程序块中添加新块，选择cyclicinterrupt组织块，命名为温度PID。在程序段1中添加PID控制向导。方法：在工艺对象中选择“新增对象”，选择PID，双击PID_CompactV2.3,如图8-7所示即添加完成。梯形图编写3.1PID工艺对象设置2）将cyclicinterrupt中温度PID块中设置循环中断时间，一般设置为100ms.如图8-8所示。梯形图编写3.1PID工艺对象设置3)在工艺对象下选择“组态”，分别设置“控制器类型”、“Input/Output参数”、“过程值限制”等参数，设置过程如图8-9（a/b/c/d/e/f/g/h）所示图8-9a控制器类型设置图8-9bInput/Output参数设置梯形图编写3.1PID工艺对象设置3)在工艺对象下选择“组态”，分别设置“控制器类型”、“Input/Output参数”、“过程值限制”等参数，设置过程如图8-9（a/b/c/d/e/f/g/h）所示图8-9c过程值限值设置图8-9d过程值标定设置梯形图编写3.1PID工艺对象设置3)在工艺对象下选择“组态”，分别设置“控制器类型”、“Input/Output参数”、“过程值限制”等参数，设置过程如图8-9（a/b/c/d/e/f/g/h）所示图8-9e过程值监视设置图8-9fPWM限制设置梯形图编写3.1PID工艺对象设置3)在工艺对象下选择“组态”，分别设置“控制器类型”、“Input/Output参数”、“过程值限制”等参数，设置过程如图8-9（a/b/c/d/e/f/g/h）所示图8-9g输出值限制设置图8-9hPID参数设置注意：PID参数设置建议通过西门子1200自整定程序进行调试上传。在清楚被控对象数学模型的情况下也可自行设定PID参数或根据现场实际情况进行校正。梯形图编写3.2在温度PID中进行程序编写下载程序并通过在线模式修改温度设置值“MD100”。梯形图编写3.3调试模式确定PID控制参数1）用TIA博图软件展开项目树下的“工艺对象”，单击其下的“PID_Compact_2[DB1]”，点击“调试”，如图8-11调试窗口。梯形图编写3.3调试模式确定PID控制参数2）分别点击采样时间和调节模式右边的“star”按钮开始采样和调节，先进行预调节再进行精确调节，经过一段时间的调节，显示调节完成后上传PID参数，再将PLC项目进行重新下载。如图8-12所示。3412项目背景及控制分析相关知识项目实施项目考核项目八温度检测与PID控制基础篇工作任务考核表项目内容评分标准具体配分获得分值一、硬件设计（30分）1.I/O分配表（10分）分配I/O并正确接线（10分）模拟量输入5分

模拟量输出5分

总分

2.模拟量模块信号设置（20分）输入信号设置（10分）输入电路正确得10分

输出信号设置（10分）输出电路正确得10分

总分

二、软件设计（60分）1.PID工艺对象设置（10分）PID工艺对象设置正确（10分）每步工艺设置组态正确10分

总分

2.调试操作（20分）预调节（10分）能够得到预调节参数

精确调节（10分）能够得到精确调节参数

总分

3.实操效果（30分）能够达到设置温度并保持（30）分温度偏差在+1°为合格

总分

三、职业与安全意识10分1.操作符合安全操作规程（3分）

2.工具摆放、物品处理符合职业岗位规范要求（2分）

3.遵守课堂纪律（2分）

4.爱惜实训室的设备和器材，保持工位的干净整洁（3分）

总分100分

在本项目例程电压