机电一体化 课件 5.2 PLC控制及接口技术

任务5.2PLC控制及接口技术

5机电一体化控制及接口技术任务5.2PLC控制及接口技术1PLC等效电路与典型控制系统构成2PLC的接口(以S7-1200PLC为例)3PLC的接线图（以CPU1215CDC/DC/DC为例）4PLC控制系统案例

控制器是机电一体化系统的中枢，其任务是：按编制的程序指令，完成机械工作状态或工业现场各种物理量的实时信息采集、加工和处理、分析和判断、作出相应的调节校正与控制决策，发出摸拟或数字形式的控制信号，控制执行机构动作，实现机电一体化系统的目标动作。导读

在设计机电一体化系统时，必须根据控制方案、体系结构、复杂程度、系统功能等具体情况，正确地选择工业控制计算机系统。按软硬件结构及应用特点，通常分为三种类型：

单片机控制器或嵌入式单片机控制器、

可编程控制器（PLC）、总线型工业控制计算机。任务5.2PLC控制及接口技术

1、编程简单，容易掌握。2、功能强，性价比高。3、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。4、可靠性高，抗干扰能力强。5、系统的设计、安装、调试及维护工作量少。6、体积小、重量轻、功耗低。可编程控制器即ProgrammableLogicController,简称PLC由于程序编制修改方便，能适应现代制造业对复杂多变的用户市场，具有快速响应能力。PLC已广泛用于数控机床、机器人和各种自动生产线等顺序控制中。任务5.2PLC控制及接口技术1.PLC等效电路与典型控制系统构成PLC等效电路如图所示，由输入电路、内部程序控制电路、输出电路构成。典型的PLC应用控制系统由编程软件和编程设备、PLC控制器、外部控制电路（操作面板和电控箱、电机或电磁伐伺服执行装置等电路）及控制对象例如机器人、数控机床等构成。PLC的硬件结构原理框图任务5.2PLC控制及接口技术典型PLC应用控制系统构成图任务5.2PLC控制及接口技术2.PLC的CPU模块（以S7-1200PLC为例)CPU1215CDC/DC/DCCPU1214CDC/DC/RLYCPU是“CentralProcessingUnit”的缩写，译为“中央处理器”。工控上说的PLC的CPU，是一个模块。任务5.2PLC控制及接口技术

紧凑型PLC在CPU模块上集成了输入/输出点，可以进行少量的输入/输出控制。每一个系列的CPU，根据供电方式和输入/输出方式的不同分为三类：AC/DC/RLY，DC/DC/RLY和DC/DC/DC。例：CPU1214C-DC/DC/RLY，其含义是：CPU的型号是1214，它属于紧凑型(C)

供电方式是直流电（DC）；，

输入端子要接直流电（DC）；输出方式是继电器输出（Relay）。1200CPU共有5个系列，分别是：1211C，1212C，1214C，1215C和1217C。字母“C”是英文“Compact”的缩写，译为"紧凑型”任务5.2PLC控制及接口技术S7-1200系列PLC的CPU的外形模拟量输入接线端子CPU供电接线端子传感器供电接线端子数字量输入接线端子数字量输出接线端子存储卡插口信号扩展模块接口以太网通信接口运行状态指示灯：运行/停止、报错、维护以太网通信指示灯：LINK、Rx/Tx选择器件：信号板或是通信板或是电池板通信扩展模块接口任务5.2PLC控制及接口技术1211C,1212C和1214C系列CPU都只有一个Profinet接口；1215C和1217C系列PLC集成了2个Profinet接口。Profinet接口上面有运行的指示灯：LINK和Rx/Tx。2.PLC的接口（以S7-1200PLC为例）──（1）Profinet的接口PROFINET是基于工业以太网的现场总线，是开放式的工业以太网的标准。西门子PLCS7-1200的CPU上面集成的PROFINET接口，支持以太网通讯和TCP/IP通讯，用户通过这个接口可以实现与西门子HMI触摸屏以及其他系列CPU之间的通讯：任务5.2PLC控制及接口技术西门子1200PLC与ABB机器人实现Profinet通讯西门子1200PLC作为Profinet控制器，ABB机器人作为Profinet的IO设备。任务5.2PLC控制及接口技术在某制造业企业，客户在中控室使用西门子1200PLC实时监控台达伺服驱动器（电机）启停、速度、位置、电流值等参数，保证伺服驱动器正常稳定工作。西门子S7-1200PLC具有PROFINET接口，需连接10个台达驱动器（电机），伺服驱动采用CANopen通信协议（作为CANopen从站）。为了搭建西门子PLC与台达驱动器之间的通信，以实现中控室实时控制电机启停并采集速度、位置、电流值等数据，采用CAN/CANopen转PROFINET总线网关TCO-151。任务5.2PLC控制及接口技术在模块的左侧是CPU与通信模块(CM)的接口，通信模块(如CM1241-RS485)通过插针插接到该通信口，实现通信的电气连接，如图：S7-1200最多可以增加3个通信模块，如CM1241RS232、CM1241RS485、CP1241RS232、CP1241RS485、CB1241RS485,它们安装在CPU模块的左边2.PLC的接口（以S7-1200PLC为例)──（2）通信扩展模块接口任务5.2PLC控制及接口技术CPU运行状态的指示灯分别表示：运行/停止（RUN/STOP）系统存在错误（ERROR）系统需要维护（MAINT）2.PLC的接口(以S7-1200PLC为例)──（3）CPU运行状态的指示任务5.2PLC控制及接口技术供电方式为AC：接火线（L1）供电方式为DC：接正极（24V+）供电方式为AC：接零线（N）供电方式为DC：接负极（24V-）功能性接地传感器电源正极24V+）传感器电源负（24V-）2.PLC的接口（以S7-1200PLC为例）──（4）CPU供电接线端子和传感器

供电接线端子任务5.2PLC控制及接口技术不同系列的CPU集成的输入点的数量有所差别，1211C有6路输入点，1212C有8路输入点，1214C、1215C、1217C均有14路输入点（1217C的输入点支持差分输入）数字量输入的公共地（负极）数字量输入点2.PLC的接口（以S7-1200PLC为例）──（5）数字量输入接线端子任务5.2PLC控制及接口技术1211C、1212C、1214C均有2路模拟量输入；1215C、1217C均有两路模拟量输入和两路模拟量输出(总计4路)；2.PLC的接口（以S7-1200PLC为例）──（6）模拟量输入接线端子任务5.2PLC控制及接口技术在CPU模块的右下角，是数字量输出接线端子不同系列的CPU集成的输出点的数量也不相同：1211C有4路数字量输出，1212C有6路数字量输出，1214C、1215C、1217C均有10路数字量输出数字量输出端状态指示灯2.PLC的接口（以S7-1200PLC为例）──（7）数字量输出接线端子任务5.2PLC控制及接口技术在模拟量输入接线端子的旁边有个卡槽，是用来插存储卡的S7-1200PLC的存储卡有三种功能：1）可以作为外部装载存储器，从而扩大装载存储器的空间；2）可以利用该存储卡将某一个CPU内部的程序复制到一个或多个CPU内部的装载存储区；3）24M存储卡可以作为固件更新卡，升级S7-1200的固件；注意这几点：1）S7-1200内部有装载存储器，所以该存储卡并不是必须的。2）将存储卡插到一个正在运行的CPU中会造成CPU停机。2.PLC的接口（以S7-1200PLC为例）──（8）存储卡插口任务5.2PLC控制及接口技术在CPU模块的中央，可以插接信号板（Signalboard）利用这个插槽，可以连接输入/输出或通信板，这是S7-1200非常独到的设计，也非常实用。信号板只适用于少量附加I/O的情况，装于1200本体上，不增加硬件的安装空间。可以很容易的更换。2.PLC的接口（以S7-1200PLC为例）──（9）信号板插槽任务5.2PLC控制及接口技术在CPU模块的最右边的一个插槽，是用来插信号模块的。按住信号模块前面的插销可以把连接器推出来，插到CPU的插槽中，从而实现电气上的连接。可在任何CPU的前方加入一个信号板，轻松扩展数字或模拟量I/O，同时不影响控制器的实际大小。CPU1212C可连接2个信号模块CPU1214C、CPU1215C、CPU1217C可连接8个信号模块2.PLC的接口（以S7-1200PLC为例）──（10）信号扩展模块接口任务5.2PLC控制及接口技术3.PLC的

接线图（以CPU1215CDC/DC/DC为例）任务5.2PLC控制及接口技术通信模块（CM）CPU模块信号模块（SM）任务5.2PLC控制及接口技术1）开始时压钳和剪刀都在上限位，限位开关I0.0和I0.1都为ON。4.

PLC控制系统案例（1）控制要求用S7-1200PLC实现剪板机系统的控制剪板机的工作示意图3）剪断板料后，剪刀限位开关I0.2变为ON，Q0.1和Q0.3为OFF，延时2s后，剪刀和压钳同时上行（Q0.2和Q0.4为ON），它们分别碰到限位开关I0.0和I0.1后，分别停止上行。

至再次按下压钳下行按钮，方才进行下一个周期的工作。为简化程序工作量，在此省略了液压泵及压钳驱动。2）按下压钳下行按钮I0.5后：首先板料右行（Q0.0为ON）至限位开关I0.3动作，然后压钳下行（Q0.3为ON并保持）压紧板料后，压力继电器I0.4为ON，压钳保持压紧，剪刀开始下行。任务5.2PLC控制及接口技术（2）I/O分配表根据PLC输入输出点分配原则及本案例控制要求，对本案例进行I/O地址分配,如下表所示。剪板机系统的PLC控制I/O分配表输入输出输入继电器元件输出继电器元件I0.0压钳上限位sQ1Q0.0板料右行KM1I0.1剪刀上限位SQ2Q0.1剪刀下行KM2I0.2剪刀下限位SQ3Q0.2剪刀上行KM3I0.3板料右限位SQ4Q0.3压钳下行YV1I0.4压力继电器KPQ0.4压钳上行YV2I0.5压钳下行SB任务5.2PLC控制及接口技术（3）硬件接线图根据控制要求及I/O分配表,绘制剪板机系统的PLC接线图。剪板机系统的