四節(jié)傳送帶的PLC設(shè)計

1、1 總體設(shè)計思路本次課程設(shè)計的題目是四節(jié)傳送帶的 PLC控制，其模擬實(shí)驗面板圖如下：題目要求對四臺電動機(jī) M1、M2、M3、M4實(shí)現(xiàn)順序起動、順序停止和過載保護(hù)。 我們對題目及要求進(jìn)行分析，采用順序控制設(shè)計法。首先進(jìn)行I/O分配，然后跟 據(jù)輸入、輸出的個數(shù)選擇合適的PLC,其次畫出順序功能圖，再根據(jù)順序功能圖 畫出對應(yīng)的梯形圖。最后進(jìn)行調(diào)試，看調(diào)試結(jié)果與題目要求是否一致，如果不一 致，再對順序功能圖或梯形圖進(jìn)行修改，直至調(diào)試成功。M1O 詵 oM3O sS61O12 西門子S7-200的簡介2.1 S7-200系列PLC概述西門子S7-200系列可編程控制器有 CPU21X系列和CPU22X系

2、列，其中CPU22X型可編程 控制器提供了 4個不同的基本型號，常見的有 CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種基 本型號，其主要技術(shù)規(guī)范如表 2-1所示。表2-1S7-200CN CPU主要技術(shù)規(guī)范爲(wèi)性CPU 221CPU 222CPU 224CPU 224XPCPU 226外JS尺寸(nun)90x80x629C x ao x 21205X80X62140x00k 62190 x 80 x62程序不可住運(yùn)行彊成卜編琳40967 fiM96字片 劎96T節(jié)8192字借 12288字節(jié)12268字節(jié)16384宇節(jié)163fl4字節(jié) 24576T 節(jié)故腑存區(qū)2048字節(jié)2048

3、 節(jié)aisejc 節(jié)11(12老字節(jié)也240字節(jié)韓電悍持時間50<| 対50目対100/|100小時機(jī)I/O ft? a Oil臥柚出go岀曇14人?10岀 2人/1出24AJ1IWJ*擴(kuò)展otHJW槌擬電怔器11222通訊口1RS-4851 RS-4B51 RS-4B52RS-4552 RS-4B52.2 擴(kuò)展模塊擴(kuò)展單元沒有 CPU作為基本單元輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)充，只能與基本單元連接使用， 不能單獨(dú)使用。連接時 CPU模塊放在最左側(cè)，擴(kuò)展模塊用扁平電纜與左側(cè)的模塊相連。S7-200的擴(kuò)展模塊包括數(shù)字量擴(kuò)展模塊，模擬量擴(kuò)展模塊，熱電偶、熱電阻擴(kuò)展模塊，通信模塊，稱重模塊，位置控制模塊等

4、。數(shù)字量、模擬量擴(kuò)展模塊分別如表2-2、表2-3所示。表2-2數(shù)字量擴(kuò)展模塊類型型號各組輸入點(diǎn)數(shù)各組輸出點(diǎn)數(shù)輸入擴(kuò)展模塊EM221 24V DC 輸入4, 4EM221EM221 230V AC 輸入8點(diǎn)相互獨(dú)立輸出擴(kuò)展模塊EM222EM222 24V DC 輸出4, 4EM222繼電器輸出4, 4EM222 230V AC雙向晶閘管輸出8點(diǎn)相互獨(dú)立輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM223EM223 24V DC 輸入繼電器輸出44EM223 24V DC 輸入24VDC輸出4, 44, 4EM223 24V DC 輸入24VDC輸出8，84，4, 8EM223 24V DC 輸入繼電器輸出8，84, 4

5、, 4, 4表2-3模擬量擴(kuò)展模塊型號點(diǎn)數(shù)EM2314路模擬量輸入EM2322路模擬量輸出EM2354路模擬量輸入，1路模擬量輸出2.3 S7-200的編程元件1. 輸入過程映像寄存器（輸入繼電器）I編號范圍：I0.0-I15.7功能：專門用來接收從外部開關(guān)發(fā)來的信號。幾點(diǎn)說明： 只能由外部信號所驅(qū)動，不能在內(nèi)部由程序指令來驅(qū)動。 梯形圖中只能出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)，而不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。 可提供無數(shù)對常開、常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部使用。2. 輸出映像寄存器（輸出繼電器）Q編號范圍：Q0.0-Q15.7 功能：專門用來將輸出信號傳送給外部負(fù)載。幾點(diǎn)說明： 一個輸出繼電器僅有一對常開觸點(diǎn)供外部使用。

6、可提供無數(shù)對常開、常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部使用。 輸出繼電器線圈的通斷狀態(tài)只能在程序內(nèi)部用指令驅(qū)動。3. 定時器 T定時器的分類按分辨率來分，有 1ms、 10ms、 100ms 三種定時器。按工作方式來分，有通電延時定時 器（TON、斷電延時型定時器（TOF和保持型通電延時定時器（TONR三種。定時時間：定時時間=預(yù)置值X時基4. 位存儲器（中間繼電器） M位存儲器用來保存中間操作狀態(tài)和控制信息， 其作用相當(dāng)于繼電器控制電路中的中間 繼電器。地址編號范圍為 M0.0-M31.7 共 256 點(diǎn)。位存儲器在PLC中沒有輸入/輸出端與之對應(yīng)，其線圈的通斷狀態(tài)只能在程序內(nèi)部用 指令驅(qū)動，其觸點(diǎn)不能直接驅(qū)動外

7、部負(fù)載，只能在程序內(nèi)部驅(qū)動輸出繼電器的線圈，再用 輸出繼電器的觸點(diǎn)去驅(qū)動外部負(fù)載。5. 計數(shù)器 C計數(shù)器的功能：用于累計計數(shù)輸入端接收到的由斷開到接通的脈沖個數(shù)。計數(shù)器的編號： C0-C255。計數(shù)器的分類：加計數(shù)器減計數(shù)器 加/減計數(shù)器6累加器 AC累加器是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器，它可以用來存放運(yùn)算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果。CPU提供了 4個32位的累加器，其地址編號為 AC0-AC3。累加器的可用長度為 32位，可采用字 節(jié)、字、雙字的存取方式，按字節(jié)、字只能存取累加器的 低 8 位或低 16 位，雙字可以 存取累加器全部的 32 位。7. 幾個常用的特殊存儲器 SMSM0.0 :運(yùn)行監(jiān)視繼電器

8、當(dāng) PLC 運(yùn)行時， SM0.0 自動處于接通狀態(tài)，當(dāng) PLC 停止運(yùn)行時， SM0.0 處于斷開狀態(tài)。SM0.1: 初始化脈沖（開機(jī)脈沖） 。SM0.4:周期為1分鐘占空比為50%的時鐘脈沖。SM0.5:周期為1秒鐘占空比為50%的時鐘脈沖。&順序控制繼電器 S順序控制繼電器是專門用于編制順序控制程序的，通常與順序控制繼電器指令一起使用以實(shí)現(xiàn)順序功能圖的編程。順序控制繼電器的地址編號范圍為S0.0-S31.7 。2.4 S7-200的數(shù)據(jù)長度和編址方式1. S7-200的數(shù)據(jù)長度S7-200的數(shù)據(jù)可以按位、字節(jié)、字和雙字存取。其中1個二進(jìn)制數(shù)為1位，8個相連的二進(jìn)制位為1個字節(jié)（B）

9、，2個字節(jié)組成1個字（W），2個字組成1個雙字（D ）。2. S7-200的編址方式位編址格式：區(qū)域標(biāo)志符 +字節(jié)號.位號，如I0.0、Q2.0、M1.2等。字節(jié)編址格式：區(qū)域標(biāo)志符 +B+字節(jié)號，如IB0、QB2 VB20等。字編址格式：區(qū)域標(biāo)志符+W+起始字節(jié)號，如VW0表示由VB0和VB1這2字節(jié)組成的字。雙字編址格式：區(qū)域標(biāo)志符 +D+起始字節(jié)號，如 VD0表示由VB0到VB3這4字節(jié)組 成的雙字。2.5 編程注意事項1 觸點(diǎn)不能放在線圈的右邊。2梯形圖中不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。3輸出線圈不能串聯(lián)，但可以并聯(lián)。4除含跳轉(zhuǎn)和子程序調(diào)用指令的程序以外，同一操作數(shù)的線圈只能使用一次。5線圈

10、不能直接與左母線相連。6. 地址編號中不可以出現(xiàn) XX.8和XX.9。7 定時器和計數(shù)器必須有設(shè)定值。&立即輸出和立即置位指令只能用于輸出量，立即觸點(diǎn)指令只能用于輸入量。9 跳轉(zhuǎn)指令和標(biāo)號指令必須成對使用。2.6編程技巧1 串聯(lián)觸點(diǎn)多的支路應(yīng)盡量放在上部，即“上重下輕”，如圖2-5所示。I0.0H IQ0.010.1102Q00W )10.1I0.05b）電路安排正a）電路安排不當(dāng)圖2-52 并聯(lián)觸點(diǎn)多的支路應(yīng)靠近左母線，即“左重右輕”，如圖所示。100IIionI 、 |ao10.110.0QO.DI 7 III< L1 LIII 1 I JIQ2H Ha）電路安排不當(dāng)圖2-6

11、b）電路安排正確3如圖2-7所示，用ALD、OLD等指令難以編程的復(fù)雜電路，可重新編排電路后再 編程，如圖2-8所示。10.2 10.310.4Q0.2H FH H IK ）10.510.6107H H，F(xiàn) I110 111H H H圖2-7難以編程的梯形圖TQ0 2圖2-8重新編排的梯形圖4梯形圖中，不允許一個觸點(diǎn)上有雙向“電流”通過。可以初步處理之后再進(jìn)行優(yōu)化,10 2丁 I10.5103 T 10.4 -I HH MQ0.010.1 10 2 °T II I1C 10310.4io J ro.5 10.2 Q0 0T III_HHr-c )10.1103105 10 2THH

12、F10.110.5 104H II HH P10.110,5T0.4-II_II1-1H103初歩處理后的碗圖如圖 2-9 所示。圖 2-9 橋式電路的處理2.7 梯形圖設(shè)計方法2.7.1 經(jīng)驗設(shè)計法 經(jīng)驗設(shè)計法就是在一些典型電路（比如自鎖、互鎖、長延時、閃爍等）的基礎(chǔ)上，根 據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復(fù)地調(diào)試 和修改梯形圖，增加一些中間編程元件和觸點(diǎn)，最后才能得到一個較為滿意的結(jié)果。這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結(jié)果不是唯 一的，設(shè)計所用的時間、設(shè)計的質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大的關(guān)系，所以把這種方法叫做 經(jīng)驗設(shè)計法。

13、2.7.2 繼電器電路移植法 繼電器電路移植法的一般步驟如下： 1認(rèn)真研究繼電器控制電路及有關(guān)資料，深入理解控制要求。 2對繼電器控制電路中用到的低壓電器進(jìn)行分析、歸納。 繼電器電路圖中的交流接觸器、電磁閥、電磁鐵、信號燈等執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般用 PLC 的輸 出繼電器來控制，它們的線圈接在PLC的輸出端。按鈕、限位開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、速度繼電器等用來提供控制命令和反饋信號，它們的觸點(diǎn)接在PLC的輸入端，一般使用常開觸點(diǎn)。繼電器電路中的中間繼電器和時間繼電器的功能用PLC內(nèi)部的輔助繼電器和定時器來完成，它們與PLC的外部接線無關(guān)。熱繼電器的常閉觸點(diǎn)接在 PLC的輸出端直接通斷電源更為可靠，梯形圖中不再考慮

14、。3分配I /O地址，作出PLC的外部接線圖。要特別注意對原繼電器控制電路中作為 輸入設(shè)備的常閉觸點(diǎn)的處理。4. 用PLC的軟繼電器符號和I /O編號取代原繼電器控制電路中的電氣符號，畫出梯 形圖草圖。5整理梯形圖（注意避免因PLC的周期掃描工作方式可能引起的錯誤）。6.寫出對應(yīng)的語句表。2.7.3 順序控制設(shè)計法1順序控制的定義順序控制是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和 時間的順序，使生產(chǎn)過程中的每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動有步驟地進(jìn)行操作。2 順序控制設(shè)計法的步驟 分析理解系統(tǒng)的控制要求 確定I/O地址及中間編程元件地址 畫出順序功能圖 將順序功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖3 順序

15、功能圖的組成要素順序功能圖有五個組成要素，即步、動作、轉(zhuǎn) 換、轉(zhuǎn)換條件和有向連線，如圖2-10所示。4 步的相關(guān)概念將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連圖2-10 順序功能圖的組成的階段，這些階段稱為步。步是根據(jù)PLC輸出量的狀態(tài)劃分的，只要系統(tǒng)的輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就從原來的步進(jìn)入新的步。在每一步內(nèi)PLC各輸出量狀態(tài)均保持不變，但是相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。用矩形方框表示步，方框中一般用位存儲器或順序控 制繼電器的地址來表示該步的編號。與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應(yīng)的步稱為初始步，用雙線框 表示。系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”。5. 動作的畫法如果某

16、一步有兩個或多個動作，其畫法如圖2-11所示。圖2-11 動作的畫法6 轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換條件(1) 轉(zhuǎn)換條件的表示方法轉(zhuǎn)換條件的表示方法如圖 2-12所示。觸點(diǎn)"與h "同時閉合4-1 12.1MD.3L1Ill-q b2=& - 1 (I03+f05)10卄巫L肋b)圖 2-12轉(zhuǎn)換條件的表示方法(2) 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件 該轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步。 相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。(3) 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成的操作 使所有的后續(xù)步變?yōu)榛顒硬健?使所有的前級步變?yōu)椴换顒硬健?順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)有單序列、選擇序列和并行序列。a)單序列C)并行序列b)選擇序列圖2-

17、13順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)&繪制順序功能圖時的注意事項 兩個步絕對不能直接相連，必須用一個轉(zhuǎn)換將它們分隔開。 兩個轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個步將它們分隔開。 不要漏掉初始步。 在順序功能圖中一般應(yīng)有由步和有向連線組成的閉環(huán)。9將順序功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖的方法利用起保停方法模板如圖2-14所示。上一步轉(zhuǎn)換條曄 下一步 當(dāng)前歩T II I)當(dāng)帕歩圖2-14起保停模板利用置位和復(fù)位指令模板如圖2-15所示。2-15置位一復(fù)位模板 利用順序控制繼電器指令模板如圖2-16所示。|芳前步U SCR轉(zhuǎn)換條件下一步一I|占呦'圖2-16順序控制繼電器指令模板103硬件設(shè)計3.1主電路圖FUUV

18、11#3.2 PLC的選型本次課程設(shè)計用到了 6個輸入和 4個輸出，從合理、經(jīng)濟(jì)等方面綜合考慮選用 CPU222CN（8 入/6 出）。3.3 I/O 分配及接線圖3.3.1 I/O分配如下表：輸入輸出起動按鈕SB1停止 按鈕SB2M1故障M2故障M3故障M4故障M1M2M3M4I0.0I0.5I0.1I0.2I0.3I0.4Q0.1Q0.2Q0.3Q0.43.3.2 I/O接線圖如下:12#4.1順序功能圖4.2梯形圖4 軟件設(shè)計136MD.OMO.1ihjTONIirM100-PT100丹T3711I -x-M0.2S )L 1丨T37MO.1MD.2M0.1R )IINTON1100-P

19、T1D0卬T38IIIM0.35 )II I T38M0.2R )MO.3T39TON100 )(Sir>15MO.4 / RMD.5TTMD.5MO.EM1.0T1IMTON1IrM100'PTIQO zT40MO.6111_r-rS T40MO.5 k r)IklTON1HIM100-PTIDO MO.GIllKlTON1IN100-PT100 wT42IIIMl 0S )1 1 1 |MO.7MO.7R )ENTON5PT100 g17185 工作原理開機(jī)掃描進(jìn)入初始步 M0.0，按下起動按鈕10.0后，M0.0失電，M0.1變?yōu)?活動步，M4起動，T37開始定時；定時時間

20、到，M0.1失電，M0.2變?yōu)榛顒硬剑?M3起動，T38開始定時；定時時間到，M0.2失電，M0.3變?yōu)榛顒硬?，M2起動, T39 開始定時；定時時間到， M0.3 失電， M0.4 變?yōu)榛顒硬剑?M1 起動。這時， 四臺電動機(jī)都處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。按下停止按鈕 I0.5 后， M0.4 失電， M0.5 變?yōu)榛顒硬剑?M1 停止， T40 開始 定時；定時時 間到，M0.5失電，M0.6變?yōu)榛顒硬剑琈2停止，T41開始定時； 定時時間到， M0.6 失電， M0.7 變?yōu)榛顒硬剑?M3 停止， T42 開始定時；定時時 間到，M0.7失電，M01.0變?yōu)榛顒硬剑琈4停止，T43開始定時；定時時間到， 回到初始步 M0.0。用 I0.1、I0.2 、I0.3 、I0.4 閉合分別表示電動機(jī) M 1、 M 2、M 3、 M 4過載，當(dāng) 某傳送帶電機(jī)過載時， 該傳送帶及前面的運(yùn)輸帶立即停止， 而后面的運(yùn)輸帶電機(jī) 待運(yùn)完料才停止。例如， M2 電機(jī)過載，