工业互联网技术与应用 课件 项目5：PLC的应用与开发

项目5PLC的应用与开发项目5PLC的应用与开发【学习目标】了解工业控制的基本原理。掌握SCL语言常用的基本指令。理解SCL语言编写的程序，并使用SCL进行程序优化设计。【岗位能力素养】具备工业互联网中PLC系统控制的综合能力具备良好技术文档编制的综合能力项目5PLC的应用与开发【知识储备】数控车床主轴电动机的PLC控制实例双速电机的控制【项目训练】送料分拣控制系统称重与包装系统码垛系统项目5PLC的应用与开发【项目背景】

PLC即可编程控制器，它是集互联网、计算机以及自动控制技术为一体的综合性智能控制技术，主要应用于工业生产领域。随着科技的发展和PLC技术的不断成熟，PLC技术的应用范围越来越广，使用目的逐渐商业化，同时在工业互联网领域也得到了广泛的应用。PLC技术具有运算与处理速度快、智能化强等特点，PLC技术的应用极大地促进了工业互联网行业的发展。案例1数控车床主轴电动机的PLC【任务分析】

在实际的生产过程中，三相交流异步电动机因其结构简单、价格便宜、可靠性高等优点被广泛的应用。但因为在起动过程中需要较大的起动电流，所以大容量的电动机必须采用Y-△起动的方式，这是一种常用的简单降压起动方式。【知识链接】1．Y-△起动电路对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼型异步电动机，如果在起动时将绕组接成Y，起动完毕后再接成△，就可以降低起动电流，减轻它对电网的冲击，这样的起动方式称为Y-△起动。数控车床的主轴电路就是一个典型的Y-△起动的电路。

案例1数控车床主轴电动机的PLC2．Y-△起动电路原理如图5-1所示的控制电路中，当主电路的QS闭合后，在控制电路中按下SB2,首先KM1、KM3、KT线圈通电，电动机在Y下工作。过了一段时间后，进行Y-△的转换，KM3线圈断开，KM2线圈闭合，电动机在此状态下正常工作。案例1数控车床主轴电动机的PLC2．Y-△起动电路原理

在整个电路控制中总的控制是由组合开关控制的，主电路中用三个熔断器。其中控制电路中用两个熔断器来对电路进行短路保护，主电路中的热继电器对电路进行过载保护。控制电路中有三个接触器KM1、KM2、KM3，其中，KM1为主接触器，KM2为三角形接触器，KM3为星形联结起动。控制电路中有两个按钮，分别用于起动和停止。控制电路中的时间继电器KT，在进行PLC改造时可使用PLC中的定时器来代替控制。案例1数控车床主轴电动机的PLC【程序设计】1．SCL语言

SCL（StructuredControlLanguage，结构化控制语言）是一种基于PASCAL的高级编程语言。这种语言基于标准DINEN61131-3（国际标准为IEC1131-3）。2.支持的数据类型SCL语言支持布尔型、整型、实型等基本数据类型及日期时间、指针、用户自定义数据等复杂数据类型。3.支持的运算案例1数控车床主轴电动机的PLC【程序设计】3.支持的运算

提供了丰富的运算符构建逻辑表达式、数学表达式、关系表达式等各种表达式，提供了判断、选择、循环等语句用于程序控制，同时还提供了基本指令、扩展指令、工艺指令及通信指令等丰富的指令，用于满足所有PLC控制的要求。由于其高级语言的特性，SCL尤其适合应用在数据处理、过程优化、配方管理、数学统计运算等方面。案例1数控车床主轴电动机的PLC4．SCL语言编写案例1数控车床主轴电动机的PLC【拓展提升】1.I/O信号表

案例1数控车床主轴电动机的PLC

输入信号符号PLC地址作用

输出信号符号PLC地址作用SB1I0.1停止按钮KM1Q0.1主接触器SB2I0.2起动按钮KM2Q0.2Y接触器FRI0.0过载保护KM3Q0.3△接触器【拓展提升】2.外部接线图的绘制

绘制外部接线图时，Y-△起动控制，若KM2，KM3同时接通，会造成两相短路的情况，因此，除了在程序设计中要进行互锁之外，还需对PLC控制电路的输出端子进行互锁。输入端子的FR常开触点可以设计在输出电路中，过载时，切断输出电路的电源，如图5-3所示。案例1数控车床主轴电动机的PLC【拓展提升】3.程序设计SCL的设计可以根据原有继电器控制系统进行改造，原有的逻辑关系不发生改变，但需要注意的是，要按照SCL的编程规则将交织在一起的电路分离开来。案例1数控车床主轴电动机的PLCIF"起动"ANDNOT"过载保护"ANDNOT"停止"THEN"km1":=1;END_IF;IF"km1"THENIF"km2"THEN"km3":=0;ELSE;"km3":=1;END_IF;END_IF;"IEC_Timer_0_DB".TON(IN:="km1",PT:=t#5s,Q=>"km2");IF"过载保护"OR"停止"THEN"km1":=0;END_IF;【拓展提升】4.调试与运行（1）检查I/O接线是否正确。（2）检查接触器安装是否合理，互锁是否合适。

（3）按下起动按钮，运行程序观察电机运行是否满足任务要求。

（4）调试各种可能出现的情况，比如在任何情况下按下停止按钮，系统都要停止。（5）优化程序。案例1数控车床主轴电动机的PLC【知识链接】1．双速电机控制电路双速电机是指具有两种极对数的电动机，不同的极对数对应不同的转速。2/4级3000转/1500转4/8级1500转/750转案例2双速电机的控制【知识链接】1．双速电机控制电路案例2双速电机的控制【知识链接】2．双速电机控制分析（1）图5-5的控制电路中，当主电路的三相组合开关QS闭合后，在控制电路中按下低速按钮SB2,KM1线圈得电，电动机在定子绕组△型下低速工作。若按下钮停止按钮SB1，KM1线圈断电，电动机停止运行。（2）当按钮告诉按钮SB3，KM1、KT、KA线圈得电,过了一段时间后，进行△-YY的转换，KM1、KT、KA线圈断电，KM2和KM3线圈得电,电动机在YY状态下高速工作。若按下钮停止按钮SB1，KM2和KM3线圈断电，电动机停止运行。案例2双速电机的控制【知识链接】2．双速电机控制分析（3）三相组合开关QS进行电路供电控制，主电路中用三个熔断器，控制电路中用二个熔断器来对电路进行短路保护、主电路中的热继电器对电路进行过载保护。控制电路中有三个接触器KM1、KM2、KM3，其中，KM1为三角形接触器，KM2和KM3为双星型接触器。控制电路中有三个按钮，分别用于低速、高速、停止。控制电路中的时间继电器KT在进行PLC改造时用PLC中的定时器来代替控制,中间继电器KA在进行PLC改造时用PLC中的中间继电器M来代替控制。案例2双速电机的控制【拓展提升】主电路不变，利用PLC控制系统改造1.I/O信号表

案例2双速电机的控制

输入信号符号PLC地址作用

输出信号符号PLC地址作用FRI0.0过载保护KM1Q0.0△接触器SB1I0.1停止KM2Q0.1YY接触器SB2I0.2低速启动KM3Q0.2YY接触器SB3I0.3高速启动

【拓展提升】2.外部接线图的绘制

绘制外部接线图时，双速三电机低速、高速自动变速控制，若KM1和KM2，KM3同时接通，会造成两相短路的情况，因此，除了在程序设计中要进行互锁之外，还需在PLC控制电路的输出端子进行互锁。输入端子的FR常开触点可以设计在输出电路中，过载时，切断输出电路的电源.

案例2双速电机的控制【拓展提升】3.SCL程序设计（1）编写子程序（2）子程序拖入main[ob1]程序中

案例2双速电机的控制IF"高速启动"THEN"高速变量":=1;END_IF;IF"低速启动"OR"高速变量"THEN"km1":=1;END_IF;"IEC_Timer_0_DB".TON(IN:="高速变量",PT:=t#5s,Q=>"km2");IF"km2"THEN"km1":=0;"km3":=1;ELSE;"km3":=0;END_IF;IF"过载保护"OR"停止"THEN"km1":=0;"km2":=0;"km3":=0;"高速变量":=0;END_IF;【拓展提升】4.调试与运行（1）检查I/O接线是否正确。

（2）检查接触器安装是否合理，互锁是否合适。

（3）按下启动按钮，运行程序观察电机运行作是否满足任务要求。

（4）调试各种可能出现的情况，比如在任何情况下按下停止按钮，系统都要能停止运行。

案例2双速电机的控制【任务描述】将产品（坚果或圆球）放入料仓中进行单个分拣，产品散件在缓推料机构的驱动下进行散落排序，排序后的产品在输送线的驱动下到达相机识别区。通过相机拍照识别产品是否合格，合格产品进入自动传动滑轨，通过自动吹气装置封装在物料盒内；不合格产品通过滑轨进入排除机构区，由分拣气缸电磁阀进行剔除。训练任务1送料分拣控制系统【知识链接】1.主要组成与功能1—料仓分拣机构2—缓冲推料机构3—输送线机构4—自动滑轨机构

训练任务1送料分拣控制系统2314【知识链接】1.主要组成与功能（1）料仓分拣机构将一堆杂乱的产品有序地送入指定位置。（2）缓冲推料机构将有序的产品单个推入输送线的沟槽内，保证每个沟槽内只有1个产品。（3）输送线机构由缓冲推料机构将产品推入输送线上，到达相机指定位置进行识别是否为合格品。若是不合格产品则通过滑轨进入排除机构区，由分拣电磁阀进行剔除；若是合格产品则进入自动传动滑轨机构区。（4）自动滑轨机构运输的合格产品在自动吹气装置驱动下坠落到物料盒内。训练任务1送料分拣控制系统【知识链接】2.主要指标（1）圆柱形料仓能够存储至少1000个球类产品，适应产品直径25~30mm。（2）直流电机驱动料仓，能够让料仓内产品依次排队出仓，流转到同步带系统。（3）自动倾斜滑道，转移合格产品到下一个生产单元。（4）同步带由57步进电机驱动，分步运动，运行速度为50~200mm/s（可调整），与料仓出料速度保持一致。（5）具有分拣机构，能够分拣不合格品。双皮带输送机构，采用同步轮系统。（6）直流电机驱动，移动速度为20~50mm/s。训练任务1送料分拣控制系统【知识链接】3.气动回路原理图气动控制系统是本工作单元的执行机构，该执行机构的逻辑控制功能是由PLC实现的，送料分拣系统气动控制回路的工作原理训练任务1送料分拣控制系统【知识链接】4.流程图（1）设备上的电、气源接通后，工作单元的两个气缸均处于缩回位置，且料仓内有足够的待加工产品。（2）落料槽光纤传感器检测到有产品时，推料气缸伸出，将产品从转盘经过滑道传送带运送至相机位置，相机分拣，合格产品经传送带运行至自动滑轨机构，由自动吹气装置封装在物料盒内，不合格产品由分拣气缸电磁阀直接剔除。若没有停止信号，则进行下一次推出工件操作。训练任务1送料分拣控制系统【知识链接】4.流程图（3）落料槽光纤传感器未检测到有料时，上料电机旋转，转盘转动，直至落料槽光纤传感器检测到有产品。（4）料仓分拣机构转盘转动，3s后落料槽光纤传感器未检测到有产品时，上料故障报警。（5）滑道传送带机构运行，未能落料分拣，电机超时报警错误。（6）相机超时未能触发检测判断产品，相机超时报警检测错误。训练任务1送料分拣控制系统【知识链接】5.POKE指令应用POKE：写入存储地址。“写入存储地址”指令用于在不指定数据类型的情况下将存储地址写入标准存储区。（1）SCL程序（2）参数说明area：

dbNumber：byteOffse：value：训练任务1送料分拣控制系统//将MD90的值写入到DB5.DBD10中:POKE(AREA:=16#84,DBNUMBER:=5,BYTEOFFSET:=10,VALUE:=“DWord_M90”,ENO=>ENO);【知识链接】6.送料分拣控制系统PLC控制PLC选用西门子CPU1214CDC/DC/DC，板载DI14x24VDC漏型/源型，DQ10x24VDC；板载6个高速计数器和4路脉冲输出。（1）IO信号表训练任务1送料分拣控制系统输入

输出地址名称地址名称I0.01号位落料检测光纤传感器Q0.0脉冲输出I0.12号位落料检测光纤传感器Q0.1方向输出I0.22号送料气缸伸出位传感器Q0.2上料电机控制继电器I0.3原点检测光纤传感器Q0.4送料缸电磁阀I0.41号送料气缸伸出位传感器Q0.51号分拣缸电磁阀I0.51号分拣气缸伸出位传感器Q0.62号分拣缸电磁阀I0.62号分拣气缸伸出位传感器Q0.7吹气电磁阀【知识链接】（2）电气接线原理图的绘制训练任务1送料分拣控制系统【知识链接】（3）SCL程序设计1）main（OB1）2）获取IO[FC1]3）步进控制[FB1]4）自动运行[FB2]5）调试与运行训练任务1送料分拣控制系统【任务描述】将满载的料盒产品运输到称重组件上进行称重，达到设定的重量后，送出满载料盒到包装线上。若未达到设定重量，再次装料，并将包装线满载的料盒放置包装盖。训练任务2称重与包装系统【知识链接】1.主要组成与功能（1）输送线结构输送线组件的作用是运送料盒到指定位置，输送线组件由直流电机驱动一套同步带，带动料盒运行。阻挡气缸用于固定料盒，在指定的工作位置布置阻挡气缸，能让料盒停止在此位置，完成工作任务后放行料盒.训练任务2称重与包装系统【知识链接】（2）称重组件结构称重组件用于对开心果称重，达到设定的重量后，送出满载料盒到包装线上，接收新的料盒继续下一个生产。称重组件通过同步带输送线接收空料盒，到达称重位后，举升气缸升起，称重传感器举起料盒准备生产，送料分拣组件向料盒中送产品，到达目标重量后，停止送产品，平移气缸将满载料盒送到包装线上。训练任务2称重与包装系统【知识链接】2.主要指标（1）输送线1）双皮带输送机构，采用同步轮系统。2）直流电机驱动，移动速度20~50mm/s。3）2套气动阻挡定位机构，能够阻挡料盒，控制料盒间距，按顺序送出料盒。3）2套光电检测传感器，检测料盒到位情况。4）铝合金框架，采用2080欧标铝型材。5）具有导向机构，能够对料盒导向。6）亚克力料盒6套。训练任务2称重与包装系统【知识链接】2.主要指标（2）称重模块1）双皮带输送机构，采用同步轮系统。2）直流电机驱动，移动速度20~50mm/s。3）气动平移机构，能够转移料盒。4）称重传感器量程5kg，灵敏度1.5±0.1mv/V，综合精度0.1%F.S。5）1套气动举升机构，称重时托举料盒。6）1套光电检测传感器，检测料盒到位情况。训练任务2称重与包装系统【知识链接】2.主要指标（3）包装模块①同步带直线模组，行程200mm。②模组型材规格40x40mm，铝合金+轴承钢材质。③重复定位精度0.1mm。④最大负载：80N⑤

57步进电机驱动，移动速度0~0.5m/s。⑥能够存储10个料盒盖。⑦负压吸盘组件1套。训练任务2称重与包装系统【知识链接】2.主要指标（4）输送线模块①双皮带输送机构，采用同步轮系统。②直流电机驱动，移动速度20~50mm/s。③1套气动阻挡定位机构，能够阻挡料盒，控制料盒间距，按顺序送出料盒。④2套光电检测传感器，检测料盒到位情况。⑤铝合金框架，采用2080欧标铝型材。⑥具有导向机构，能够对料盒导向。训练任务2称重与包装系统【知识链接】3.气动回路原理图气动控制系统是本工作单元的执行机构，该执行机构的逻辑控制功能是由PLC实现的训练任务2称重与包装系统【知识链接】4.称重包装系统工作流程图（1）设备上电和气源接通后，工作单元的四个气缸均处于缩回位置，且包装系统内有足够的料盒。训练任务2称重与包装系统【知识链接】4.称重包装系统工作流程图（2）输送线检测到有料盒，输送线动作，运行至称重位置，阻挡气缸动作，固定料盒，输送线停止运行，到达目标重量后，停止送产品，平移气缸将满载料盒送到包装线。料盒输送线运行，将料盒移至称重位置，若称重数量不满足，举升气缸升起，称重传感器举起料盒准备生产，送料分拣组件向料盒中送产品，到达目标重量后，停止送产品，平移气缸将满载料盒送到包装线上。（3）包装线上检测到料盒，运送至上盖位置，真空吸盘抓取包装盖，气缸带动吸盘到输送线料盒正上方进行封盖包装，料盒上盖完成后运料输送线运送至仓储位置。训练任务2称重与包装系统【知识链接】5.

MC_MoveRelative指令应用MC_MoveRelative：轴的相对定位，启动相对于起始位置的定位运动。（1）要求①定位轴工艺对象已正确组态。②轴已启用。（2）SCL程序训练任务2称重与包装系统"MC_MoveRelative_DB"(Axis:=_param_fb_in_,Execute:=_bool_in_,Distance:=_real_in_,Velocity:=_real_in_,Done=>_bool_out_,Busy=>_bool_out_,);【知识链接】6.称重与包装的PLC控制称重与包装系统PLC选用西门子CPU1214CDC/DC/DC，板载DI14x24VDC漏型/源型，DQ10x24VDC；板载6个高速计数器和4路脉冲输出。（1）IO信号表训练任务2称重与包装系统输入输出地址名称地址名称I0.0原点光电传感器Q0.0步进2脉冲I0.1左极限光电传感器Q0.1步进2方向I0.2右极限光电传感器Q0.2电机抱闸I0.3阻挡1检测光电传感器Q0.3料盒输送电机I0.4阻挡2检测光电传感器Q0.4运料输送电机I0.5称重位检测光电传感器Q0.5称重输送电机I0.6阻挡3检测光电传感器Q0.6阻挡器1电磁阀I0.7仓储位检测光电传感器Q0.7阻挡器2电磁阀I1.0阻挡1气缸伸出位传感器Q1.0阻挡器3电磁阀I1.1阻挡2气缸伸出位传感器Q1.1吸盘电磁阀I1.2称重气缸伸出位传感器Q2.0称重升降电磁阀I1.3阻挡3气缸伸出位传感器Q2.1取盖升降电磁阀I1.4输送气缸缩回位传感器Q2.2取盖伸出电磁阀I1.5上盖气缸上升位传感器Q2.3取盖缩回电磁阀I2.0上盖气缸伸出位传感器Q2.4料盒推拉电磁阀I2.1盒盖检测光纤传感器

【知识链接】6.称重与包装的PLC控制（2）电气接线原理图绘制训练任务2称重与包装系统【知识链接】6.称重与包装的PLC控制（3）SCL程序设计①程序结构：程序由两部分组成，一部分是系统MAIN，另一部分是FB、FC模块。②PLC上电后应首先进入初始状态检查阶段，确认系统已经准备就绪后，才允许投入运行，这样可及时发现存在问题，避免出现事故。例如，若四个气缸在上电和气源接入时不在初始位置，这是气路连接错误的缘故，显然在这种情况下不允许系统投入运行。通常的PLC控制系统往往有这种常规的要求。③如果没有停止要求，控制过程将周而复始地不断循环。如图5-20为程序段设计图。1）main[OB1]2）步进气动[FB1]3）自动运行[FB2]4）调试与运行训练任务2称重与包装系统【任务描述】机械手爪运行至仓储检测位置抓取已上盖的料盒，机械手爪将料盒输送至空余仓储系统。训练任务3码垛系统【知识链接】1.主要组成与功能料盒货架机构用来存放料盒入库位置。机械手爪机构用来搬运物料盒到指定位置。训练任务3码垛系统【知识链接】2.主要指标1)同步带直线模组，行程800mm。2)模组型材规格40x40mm，铝合金+轴承钢材质。3)重复定位精度0.1mm。4)最大负载：80N5)57步进电机驱动，移动速度0~0.5m/s。6)气动夹具1套，能够从输送线上夹取料盒。7)6仓位料盒货架，钣金结构。8)具有限位保护和防碰撞保护。训练任务3码垛系统【知识链接】3.气动回路原理图气动控制系统是本工作单元的执行机构，该执行机构的逻辑控制功能是由PLC实现的，码垛系统气动控制回路的工作原理训练任务3码垛系统【知识链接】4.码垛系统工作流程图（1）设备上电和气源接通后，工作单元的两个气缸均处于缩回位置，且码垛系统内有足够的料盒。（2）仓库位置检测到有料盒，并且料盒已上盖，机械手爪运行至仓储检测位置抓取料盒，机械手爪首先下降，下降到位后机械手爪夹紧，夹紧到位后机械手爪上升，上升到位后机械手输送至空余仓储系统，机械手爪首先放料下降，下降到位后机械手爪放料松开，放料松开到位后机械手爪上升。若没有停止信号，则进行下一次推出工件操作。训练任务3码垛系统【知识链接】4.码垛系统工作流程图（3）仓库位置检测到有料盒，若料盒未上盖，则仓位故障报警。训练任务3码垛系统【知识链接】5.MC_Power指令应用MC_Power：运动控制指令可启用或禁用轴。（1）要求①定位轴工艺对象已正确组态。②没有待决的启用/禁止错误。(2)超驰响应（Override）①运动控制命令无法中止“MC_Power”的执行。②禁用轴（输入参数“Enable”=FALSE）之后，将根据所选“StopMode”中止相关工艺对象的所有运动控制命令。训练任务3码垛系统【知识链接】5.MC_Power指令应用（3）SCL程序"MC_Power_DB"(Axis:=_param_fb_in_,Enable:=_bool_in_,StartMode:=_int_in_,StopMode:=_int_in_,Status=>_bool_out_,);训练任务3码垛系统【知识链接】5.MC_Power指令应用（4）参数说明①Axis说明：轴工艺对象。②Enable说明：1=轴已启用；0=根据组态的“StopMode”中断当前所有作业，停止并禁用轴。③StartMode说明：1=启用位置受控的定位轴；0=启用位置不受控的定位轴。④StopMode说明：0=紧急停止；1=立即停止；2=带有加速度变化率控制的紧急停止。⑤Status说明：轴的使能状态；0=禁用轴，轴不会执行运动控制命令也不会接受任何新命令（例外：MC_Reset命令）；1=轴已启用。轴已就绪，可以执行运动控制命令。训练任务3码垛系统【知识链接】6.码垛系统PLC控制码垛分拣系统PLC选用西门子CPU1214CDC/DC/DC，板载DI14x24VDC漏型/源型，DQ10x24VDC；板载6个高速计数器和4路脉冲输出。（1）IO信号表训练任务3码垛系统输入输出地址名称地址名称I0.0原点光电传感器Q0.0步进3脉冲I0.1左限位光电传感器Q0.1步进3方向I0.2右限位光电传感器Q0.2手爪升降电磁阀I0.3手爪气缸上升位限位开关Q0.3手爪夹紧电磁阀I0.4手爪气缸夹