天塔之光畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、-PAGE . z.河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院Henan Polytechnic Institute畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題 目天塔之光PLC控制 專業(yè)* 機(jī)電一體化 學(xué)生*大蠢驢 指導(dǎo)教師 周煒明 畢業(yè)時(shí)間 2015 目錄TOC o 1-3 f h z HYPERLINK l _Toc294185206 前言 PAGEREF _Toc294185206 h 5 HYPERLINK l _Toc294185207 1 總體設(shè)計(jì)思路 PAGEREF _Toc294185207 h 6 HYPERLINK l _Toc294185208 2PLC的根底知識(shí) PAGEREF _Toc294185

2、208 h 7 HYPERLINK l _Toc294185209 2.1 PLC概述 PAGEREF _Toc294185209 h 7 HYPERLINK l _Toc294185210 2.1.1 PLC的產(chǎn)生與開展 PAGEREF _Toc294185210 h 7 HYPERLINK l _Toc294185211 2.1.2 PLC的特點(diǎn) PAGEREF _Toc294185211 h 9 HYPERLINK l _Toc294185212 2.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 PAGEREF _Toc294185212 h 10 HYPERLINK l _Toc294185213 2.1

3、.4 PLC的常用編程語(yǔ)言 PAGEREF _Toc294185213 h 10 HYPERLINK l _Toc294185214 2.2 PLC的構(gòu)造和工作原理 PAGEREF _Toc294185214 h 12 HYPERLINK l _Toc294185215 2.2.1 PLC的根本構(gòu)造 PAGEREF _Toc294185215 h 12 HYPERLINK l _Toc294185216 2.2.2 PLC的工作原理 PAGEREF _Toc294185216 h 14 HYPERLINK l _Toc294185217 2.2.3 PLC的分類 PAGEREF _Toc294

4、185217 h 15 HYPERLINK l _Toc294185218 2.2.4 PLC的主要技術(shù)指標(biāo) PAGEREF _Toc294185218 h 15 HYPERLINK l _Toc294185219 3 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294185219 h 17 HYPERLINK l _Toc294185220 3.1 S7-200系列PLC根本知識(shí) PAGEREF _Toc294185220 h 17 HYPERLINK l _Toc294185221 3.1.1 S7-200系列PLC概述 PAGEREF _Toc294185221 h 17 HYPERLINK l

5、_Toc294185222 3.1.2 擴(kuò)展模塊 PAGEREF _Toc294185222 h 17 HYPERLINK l _Toc294185223 3.1.3 S7-200的編程元件 PAGEREF _Toc294185223 h 18 HYPERLINK l _Toc294185224 3.1.4 S7-200的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和編址方式 PAGEREF _Toc294185224 h 20 HYPERLINK l _Toc294185225 3.1.5 考前須知 PAGEREF _Toc294185225 h 20 HYPERLINK l _Toc294185226 3.2 梯形圖設(shè)計(jì)方法

6、 PAGEREF _Toc294185226 h 22 HYPERLINK l _Toc294185227 3.2.1 經(jīng)歷設(shè)計(jì)法 PAGEREF _Toc294185227 h 22 HYPERLINK l _Toc294185228 繼電器電路移植法 PAGEREF _Toc294185228 h 23 HYPERLINK l _Toc294185229 3.2.3 順序控制設(shè)計(jì)法 PAGEREF _Toc294185229 h 23 HYPERLINK l _Toc294185230 3.2.4 I/O分配及接線圖 PAGEREF _Toc294185230 h 26 HYPERLINK

7、 l _Toc294185231 4軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294185231 h 27 HYPERLINK l _Toc294185232 4.1順序功能圖 PAGEREF _Toc294185232 h 27 HYPERLINK l _Toc294185233 4.2梯形圖 PAGEREF _Toc294185233 h 27 HYPERLINK l _Toc294185234 5.工作原理 PAGEREF _Toc294185234 h 36 HYPERLINK l _Toc294185235 6.心得體會(huì) PAGEREF _Toc294185235 h 37 HYPERLIN

8、K l _Toc294185236 7.參考資料 PAGEREF _Toc294185236 h 38畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：天塔之光彩燈的PLC控制二、控制要求1天塔之光彩燈示意圖如下列圖所示。2設(shè)計(jì)四種不同的彩燈把戲。3當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)I0.0閉合后，彩燈首先按把戲1閃亮，循環(huán)3次后自動(dòng)轉(zhuǎn)至把戲2，循環(huán)3次后自動(dòng)轉(zhuǎn)至把戲3，循環(huán)3次后自動(dòng)轉(zhuǎn)至把戲4，循環(huán)3次后再自動(dòng)轉(zhuǎn)至把戲1，如此循環(huán)。天塔之光榮燈示意圖4啟動(dòng)開關(guān)斷開，彩燈熄滅。三、設(shè)計(jì)任務(wù)1畫出四種彩燈把戲示意圖2畫出PLC的I/O接線圖。3畫出梯形圖4說(shuō)明工作原理。四、參考資料1黃凈主編，電器及PLC控制技術(shù)，機(jī)械工業(yè)，2002。2廖常

9、初主編，PLC編程及應(yīng)用第3版，機(jī)械工業(yè)，2008。 摘要天塔之光控制系統(tǒng)主要應(yīng)用在閃光燈或把戲燈飾中，目前我國(guó)燈具市場(chǎng)的開展空間十分廣闊。近年來(lái)，伴隨我國(guó)人民生活水平逐年提高，城鎮(zhèn)住宅建立以及室內(nèi)裝飾裝修熱度不減，人均住房面積的擴(kuò)大，在促使一室一燈為一室多燈、增加局部照明的同時(shí)，所用燈具正逐步由低檔產(chǎn)品向中高檔產(chǎn)品開展，民用照明需求旺盛。按照城市小康家庭的消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，客廳、飯廳、臥室、廚房、浴室都應(yīng)安裝不同類別的燈飾，如臺(tái)燈、落地?zé)?、壁燈、天花燈、吊燈、壁柜燈、油煙機(jī)照明燈、鏡前燈、夜間照明燈等等。從開展趨勢(shì)上看，今后燈具 除了其外觀及內(nèi)在質(zhì)量要求越來(lái)越優(yōu)秀、時(shí)尚、表達(dá)個(gè)性等，對(duì)其功能細(xì)化、科

10、技含量、節(jié)能環(huán)保等方面的要求也越來(lái)越高。作為與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的燈飾市場(chǎng)需求，更是以每年15左右的幅度增長(zhǎng)。今年我國(guó)燈飾市場(chǎng)的需求量已經(jīng)預(yù)期到達(dá)6000萬(wàn)臺(tái)左右，在國(guó)際上已經(jīng)名列前茅。1 總體設(shè)計(jì)思路本程序主要采用了S、R指令，調(diào)用子程序指令以及比較指令對(duì)彩燈進(jìn)展控制。閉合啟動(dòng)開關(guān)I0.0后，T37開場(chǎng)定時(shí)，在012.秒內(nèi)進(jìn)展花開變換(L1-L2/L3/L4/L5-L6/L7/L8/L9-全滅)并循環(huán)三次，即線圈M0.5得電，子程序1接通，執(zhí)行花開程序；在12-24秒內(nèi)進(jìn)展花落變換L6/L7/L8/L9-L2/L3/L4/L5- L1-全滅并循環(huán)3次 即線圈M0.6得電，子程序2接通；在2

11、4-36秒內(nèi)進(jìn)展順時(shí)針變換L1/L2/L9-L1/L5/L8-L1/L4/L7-L1/L3/L6 L1/01 二 PLC的根底知識(shí)2.1 PLC概述2.1.1 PLC的產(chǎn)生與開展1可編程控制器的名稱演變PLC是可編程控制器Programmable Controller的簡(jiǎn)稱，是一種在繼電接觸器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的根底上開展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等根本功能，主要用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制，因此，通常將其稱為可編程邏輯控制器Programmable Logic Controller。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中

12、，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。但是，為了不與個(gè)人計(jì)算機(jī)Personal puter的簡(jiǎn)稱PC相混淆，常常還將可編程控制器簡(jiǎn)稱為PLC。2PLC產(chǎn)生的背景繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易懂，操作方便，價(jià)格廉價(jià)，容易掌握。缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，耗電多，開關(guān)動(dòng)作慢，功能較少，接線復(fù)雜，觸點(diǎn)易損壞，壽命短，改接麻煩，可靠性差，靈活性差。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：功能完善，靈活性強(qiáng)，通用性好。缺點(diǎn)：計(jì)算機(jī)技術(shù)復(fù)雜，編程很不方便，價(jià)格十分昂貴，抗干擾能力差。3GM10條1968年，美國(guó)通用汽車公司(GM公司)為了在每次汽車改型或改變工藝流程時(shí)不改動(dòng)原有繼電器柜內(nèi)的接線，以便

13、降低生產(chǎn)本錢，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，而提出了研制新型邏輯順序控制裝置，并提出了該裝置的研制指標(biāo)要求，即10項(xiàng)招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)。其主要內(nèi)容如下：編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；維護(hù)方便，最好是插件式；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；在本錢上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；輸入可以是交流115V；輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需很小變更；用戶程序至少能擴(kuò)展到4K。4PLC的誕生1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司DEC研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，型號(hào)為PDP-14，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。 5PLC的開展第一代：從第一臺(tái)可編程控

14、制器誕生到70年代初期。其特點(diǎn)是：CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器；第二代：70年代初期到70年代末期。其特點(diǎn)是：CPU采用微處理器，存儲(chǔ)器采用EPROM ；第三代：70年代末期到80年代中期。其特點(diǎn)是：CPU采用8位和16位微處理器，有些還采用多微處理器構(gòu)造，存儲(chǔ)器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等；第四代：80年代中期到90年代中期。PC全面使用8位、16位微處理芯片的位片式芯片，處理速度也到達(dá)1us/步；第五代：90年代中期至今。PC使用16位和32位的微處理器芯片，有的已使用RISC芯片。6PLC的地位現(xiàn)代的PLC已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱PLC，機(jī)器人和C

15、ADCAM之一。7我國(guó)PLC的開展1974年我國(guó)開場(chǎng)仿制美國(guó)的第二代PLC產(chǎn)品，但因元器件質(zhì)量和技術(shù)問(wèn)題等原因未能推廣。直到1977年，我國(guó)才研制出第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的PLC，并開場(chǎng)批量生產(chǎn)和應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程的控制。由于使用單片1位處理器，因此，應(yīng)用的規(guī)模較小，主要的控制方式是開關(guān)量控制。隨著我國(guó)改革開放政策的貫徹和落實(shí)，從1982年開場(chǎng)，先后有*、*、*、*、*、等地的儀表廠、無(wú)線電廠和研究所等單位與美國(guó)、德國(guó)、日本等PLC的制造企業(yè)進(jìn)展了合資或引進(jìn)技術(shù)、生產(chǎn)流水線等，使我國(guó)PLC的應(yīng)用有了較大的開展。2.1.2 PLC的特點(diǎn)1編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)考慮到企業(yè)中一般電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人的傳統(tǒng)讀圖習(xí)

16、慣和應(yīng)用微機(jī)的實(shí)際水平，PLC配備有他們最容易承受和掌握的梯形圖語(yǔ)言。梯形圖語(yǔ)言的電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖非常接近。而且*些僅有開關(guān)量邏輯控制功能的PLC只有十幾條指令。通過(guò)閱讀PLC的使用手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員或技術(shù)工人只要幾天的時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。2硬件配套齊全，用戶使用方便PLC配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶不必自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件方面的設(shè)計(jì)工作只是確定PLC的硬件配置和外部接線。PLC的安裝接線也很方便。3通用性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)PLC的生產(chǎn)具有系列化和模塊化特點(diǎn)，硬件配置相當(dāng)靈活，可以很方便地組成能滿足各種控制要求的控

17、制系統(tǒng)。組成系統(tǒng)后，如果工藝變化，可以通過(guò)修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)變化。4可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)絕大多數(shù)用戶都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。PLC的平均無(wú)故障間隔時(shí)間高，如日本三菱公司的F1、F2系列PLC的平均無(wú)故障間隔時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30萬(wàn)小時(shí)，這是一般微機(jī)所不能比較的。5系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序很容易掌握，設(shè)計(jì)和調(diào)試梯形圖所花的時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖花的時(shí)間要少

18、得多。6維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的指示燈或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因。用更換模塊的方法可以迅速地排除PLC的故障。7體積小，能耗低以F1-40M型PLC為例，其外形尺寸為305ll0110mm，功耗小于25VA。由于體積小，PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想的控制設(shè)備。2.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域1開關(guān)量邏輯控制2運(yùn)動(dòng)控制3閉環(huán)過(guò)程控制4數(shù)據(jù)處理5通信聯(lián)網(wǎng)2.1.4 PLC的常用編程語(yǔ)言1梯形圖梯形圖是一種圖形語(yǔ)言，是目前PLC應(yīng)用最廣、最受電氣技術(shù)人員歡送的一

19、種編程語(yǔ)言。在梯形圖中仍沿用了繼電器、線圈、常閉觸點(diǎn)、常開觸點(diǎn)、串并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和圖形符號(hào)，并增加了一些繼電接觸器控制中沒(méi)有的符號(hào)，因此梯形圖與繼電接觸器控制原理圖相似，具有形象、直觀、易懂等特點(diǎn)，如圖2-1所示。圖2-1 梯形圖與語(yǔ)句表 圖2-2 功能塊圖2語(yǔ)句表語(yǔ)句表語(yǔ)言，就是用表示PLC各種功能的助記符和相應(yīng)的器件編號(hào)組成的程序表達(dá)方式。例如 LD I0.1 。像這樣的每句助記符編程語(yǔ)言就是一條指令或程序。助記符語(yǔ)言比微機(jī)中使用的匯編語(yǔ)言直觀易懂，編程簡(jiǎn)單。但不同廠家制造的PLC所使用的助記符和器件編號(hào)不盡一樣，所以對(duì)于同一個(gè)梯形圖來(lái)說(shuō)，寫成對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表也不盡一樣。3功能塊圖這種編程方法根本

20、上沿用了半導(dǎo)體邏輯電路的邏輯圖來(lái)表達(dá)，常用與門、或門、非門等符號(hào)，圖的左邊畫輸入，右邊畫輸出，如圖2-2所示。4順序功能圖又稱狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖它將一個(gè)完整的控制過(guò)程分成假設(shè)干步，各步具有不同動(dòng)作，各步之間的轉(zhuǎn)換有一定的條件，條件滿足則上一步完畢而下一步開場(chǎng)。它的作用是表達(dá)一個(gè)完整的順序控制過(guò)程。5構(gòu)造文本高級(jí)編程語(yǔ)言隨著軟件技術(shù)的開展，近年來(lái)為了增加PLC的運(yùn)算功能和數(shù)據(jù)處理能力，完成比較復(fù)雜的控制，在許多大型PLC中已采用高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編程，如BASIC語(yǔ)言、C語(yǔ)言等。2.1.5 PLC的流派1美國(guó)流派據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在世界上生產(chǎn)PLC及其網(wǎng)絡(luò)的廠家有200多家，生產(chǎn)大約有400多個(gè)品種的PLC產(chǎn)品。

21、其中美國(guó)是PLC生產(chǎn)大國(guó)，有100多家PLC廠商，著名的有A-B公司、通用電氣GE公司、莫迪康MODICON公司、*儀器TI公司、西屋公司等。2日本流派日本有6070家PLC廠商，也生產(chǎn)200多個(gè)品種的PLC產(chǎn)品；日本的小型PLC最具特色，在小型機(jī)領(lǐng)域中頗具盛名，*些用歐美的中型機(jī)或大型機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的控制，日本的小型機(jī)就可以解決。在開發(fā)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機(jī)，所以格外受用戶歡送。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型PLC市場(chǎng)上，日本產(chǎn)品約占有70的份額。3歐洲流派德國(guó)的西門子SIEMENS公司、AEG公司、法國(guó)的TE公司是歐洲著名的PLC

22、制造商。德國(guó)的西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負(fù)盛名。在中、大型PLC產(chǎn)品領(lǐng)域與美國(guó)的A-B公司齊名。西門子PLC主要產(chǎn)品是S5、S7系列。S7系列是在S5系列PLC根底上近年推出的新產(chǎn)品，其性能價(jià)格比高，其中S7-200系列屬于微型PLC、S7-300系列屬于于中小型PLC、S7-400系列屬于于中高性能的大型PLC。2.2 PLC的構(gòu)造和工作原理2.2.1 PLC的根本構(gòu)造圖2-3 PLC構(gòu)造示意圖PLC實(shí)際上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它的硬件構(gòu)造與一般微機(jī)相似，主要由主機(jī)、I/O擴(kuò)展機(jī)、外圍設(shè)備三局部組成，如圖2-3所示。1主機(jī)主機(jī)由CPU微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出單元、電源等局部組成。CPU

23、是PLC的核心，其作用類似于人的大腦。它能夠識(shí)別用戶按特定格式輸入的指令，并按照指令完成預(yù)定的控制任務(wù)。另外，它還能識(shí)別用戶所輸入的指令序列的格式和語(yǔ)法錯(cuò)誤，還具有系統(tǒng)測(cè)試與診斷功能。PLC的存儲(chǔ)器有兩種：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)正常工作所必須的程序，如系統(tǒng)診斷程序、鍵盤輸入處理程序、指令解釋程序、監(jiān)控程序等。這些程序與用戶無(wú)直接關(guān)系，已由廠家直接固化進(jìn)EPROM中，不能由用戶直接存取、修改。用戶程序存儲(chǔ)器主要存放用戶程序用戶利用PLC的編程語(yǔ)言按不同控制要求所編制的控制程序或數(shù)據(jù)，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)硬接線的控制電路圖，可修改。輸入輸出IO單元是P

24、LC與輸入控制信號(hào)和被控制設(shè)備連接起來(lái)的部件，輸入單元接收從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)和傳感器等輸入的現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能接收和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出單元接收經(jīng)過(guò)CPU處理過(guò)的輸出數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接收的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥和指示器件等。根據(jù)輸入信號(hào)形式的不同，可分為模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O單元兩大類。電源單元的作用是把外部電源220V的交流電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。外部連接的電源，通過(guò)PLC內(nèi)部配有的一個(gè)專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源直流5伏、12伏、24伏，并為外部輸入元件如接近開關(guān)、

25、提供24V直流電源僅供輸入端點(diǎn)使用，而驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的電源由用戶提供。電源組件內(nèi)還裝有備用鋰電池，以保證在斷電時(shí)保存必要的信息。PLC還有各種外設(shè)接口電路，用于連接編程器或其他圖形編程器、文本顯示器、觸摸屏、變頻器等并能通過(guò)外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC通過(guò)PC/PPI電纜或使用MPI卡通過(guò)RS-485接口與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。2I/O擴(kuò)展機(jī)每種PLC都有與主機(jī)相配的擴(kuò)展模塊，用來(lái)擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，以便根據(jù)控制要求靈活組合系統(tǒng)。PLC擴(kuò)展模塊內(nèi)不設(shè)CPU，僅對(duì)I/O通道進(jìn)展擴(kuò)展，不能脫離主機(jī)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。3外部設(shè)備外部設(shè)備包括編程器、盒式磁帶機(jī)、打印機(jī)

26、、EPROM寫入器、圖形監(jiān)控系統(tǒng)等。其中編程器是PLC必不可少的重要外圍設(shè)備，由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開關(guān)和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成，主要用于對(duì)用戶程序進(jìn)展輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來(lái)監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。編程器有簡(jiǎn)易型和智能型兩類。簡(jiǎn)易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且需將梯形圖轉(zhuǎn)化為助記符后才能送入。智能型編程器又稱圖形編程器，它既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程，具有圖形顯示功能，可直接輸入梯形圖和通過(guò)屏幕對(duì)話，但價(jià)格較貴?，F(xiàn)在也可在計(jì)算機(jī)上填加適當(dāng)?shù)挠布涌冢蒙a(chǎn)廠家提供的編程軟件包就可將計(jì)算機(jī)作為編程器使用，而且還可以在計(jì)算機(jī)上模擬調(diào)試。PLC與打印機(jī)相連可將過(guò)程信息，系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。當(dāng)

27、與監(jiān)視器相連時(shí)可將控制過(guò)程圖象顯示出來(lái)。當(dāng)PLC與PLC相連時(shí)，可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)?？刂?。當(dāng)PLC與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。2.2.2 PLC的工作原理1PLC的等效電路PLC的工作酷似一個(gè)繼電器系統(tǒng)，其等效電路可分為三局部：輸入局部、內(nèi)部控制電路和輸出局部，如圖2-4所示。圖2-4 PLC的等效電路輸入局部這局部的作用是收集被控設(shè)備的信息或操作命令。輸入端子外接行程開關(guān)、按鈕等的觸頭，內(nèi)連輸入繼電器線圈。輸入繼電器由外部信號(hào)通過(guò)輸入端子驅(qū)動(dòng)，可提供無(wú)限多對(duì)常開、常閉的軟觸點(diǎn)供內(nèi)部使用。內(nèi)部控制電路由用戶根據(jù)控制要求編制的程序所組成，

28、其作用是按用戶程序的控制要求對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)展運(yùn)算處理，判斷哪些信號(hào)需要輸出，并將得到的結(jié)果輸出給負(fù)載。輸出局部這局部的作用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，所以輸出端子是PLC向外部負(fù)載輸出信號(hào)的端子，其內(nèi)連輸出繼電器Q的一對(duì)常開觸點(diǎn)。輸出繼電器除提供一對(duì)常開觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)負(fù)載以外，還可以提供無(wú)數(shù)對(duì)常開、常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部使用。2PLC的周期工作方式PLC是通過(guò)一種周期工作方式來(lái)完成控制的，每個(gè)周期包括輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。輸入采樣階段PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说臓顟B(tài)讀入到輸入狀態(tài)存放器中存儲(chǔ)，這一過(guò)程稱為采樣。在本工作周期內(nèi)這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，而且將在PLC執(zhí)行程序時(shí)被使用。程序執(zhí)行階段P

29、LC按順序?qū)Τ绦蜻M(jìn)展掃描，即從上到下、從左到右地掃描每條指令，并分別從輸入狀態(tài)存放器和輸出狀態(tài)存放器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)展運(yùn)算、處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入輸出狀態(tài)存放器中保存。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出端口上。輸出刷新階段在所有用戶程序執(zhí)行完畢后，PLC將輸出映像存放器中的內(nèi)容送入輸出鎖存器中，通過(guò)一定的方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。PLC重復(fù)執(zhí)行輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。PLC的一個(gè)掃描周期一般為40100ms之間。2.2.3 PLC的分類1按構(gòu)造形式分：整體式：將電源、CPU、I/O部件都集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。模塊式：將PLC各局部分

30、成假設(shè)干個(gè)單獨(dú)的模塊。2按I/O點(diǎn)數(shù)分：小型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下，其中小于64為超小型或微型PLC。中型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)在2562048點(diǎn)之間。大型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，其中超過(guò)8192點(diǎn)為超大型PLC。3按功能分：低檔機(jī)：具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等根本功能。中檔機(jī)：比低檔機(jī)多了模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送比較等功能。高檔機(jī)：比中檔機(jī)多了矩陣運(yùn)算等特殊功能函數(shù)運(yùn)算、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。2.2.4 PLC的主要技術(shù)指標(biāo)1I/O點(diǎn)數(shù)可編程控制器的I/O點(diǎn)數(shù)指外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和。它是描述的PLC大小的重要參數(shù)。2存儲(chǔ)容量在PLC中，用戶

31、程序的存儲(chǔ)容量有的是用編程的步數(shù)來(lái)表示，每編一條語(yǔ)句為一步；有的是以字為單位來(lái)計(jì)算，8位二進(jìn)制數(shù)為一個(gè)字節(jié)，每1024個(gè)字節(jié)為1KB。目前大型PLC的存儲(chǔ)容量是幾百KB，最高可達(dá)幾MB。為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤。3掃描速度PLC采用循環(huán)掃描方式工作，完成1次掃描所需的時(shí)間叫做掃描周期。影響掃描速度的主要因素有用戶程序的長(zhǎng)度和PLC產(chǎn)品的類型。目前大中型PLC的掃描速度可達(dá)02msKB左右。4. 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是指PLC所有指令的總和。一般來(lái)講，指令的種類和數(shù)量越多，功能就越強(qiáng)，因而指令多少是衡量PLC能力強(qiáng)弱的指標(biāo)，決定了PLC的處理能力和控制能力。5. 通信功能通

32、信有PLC之間的通信和PLC與其他設(shè)備之間的通信。通信主要涉及通信模塊，通信接口，通信協(xié)議和通信指令等內(nèi)容。PLC的組網(wǎng)和通信能力也已成為PLC產(chǎn)品水平的重要衡量指標(biāo)之一。三 硬件設(shè)計(jì)3.1 S7-200系列PLC根本知識(shí) S7-200系列PLC概述西門子S7-200系列可編程控制器有CPU21*系列和CPU22*系列，其中CPU22*型可編程控制器提供了4個(gè)不同的根本型號(hào)，常見(jiàn)的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種根本型號(hào)，其主要技術(shù)規(guī)*如表2-1所示。3.1.2 擴(kuò)展模塊擴(kuò)展單元沒(méi)有CPU，作為根本單元輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)大，只能與根本單元連接使用，不能單獨(dú)使用。連接

33、時(shí)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。數(shù)字量、模擬量擴(kuò)展模塊分別如表2-2、表2-3所示。表3-1 S7-200 CPU主要技術(shù)規(guī)*類型型號(hào)各組輸入點(diǎn)數(shù)各組輸出點(diǎn)數(shù)輸入擴(kuò)展模塊EM221EM221 24V DC輸入4，4EM221 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

34、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8，84，4，4，4表3-2 數(shù)字量擴(kuò)展模塊表3-3 模擬量擴(kuò)展模塊型號(hào)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3.1.3 S7-200的編程元件1. 輸入過(guò)程映像存放器輸入繼電器I編號(hào)*圍：I0.0-I15.7功能：專門用來(lái)接收從外部開關(guān)發(fā)來(lái)的信號(hào)。幾點(diǎn)說(shuō)明：只能由外部信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，不能在內(nèi)部由程序指令來(lái)驅(qū)動(dòng)。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?？商峁o(wú)數(shù)對(duì)常開、

35、常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部使用。2. 輸出映像存放器輸出繼電器Q編號(hào)*圍：Q0.0-Q15.7功能：專門用來(lái)將輸出信號(hào)傳送給外部負(fù)載。幾點(diǎn)說(shuō)明：一個(gè)輸出繼電器僅有一對(duì)常開觸點(diǎn)供外部使用?？商峁o(wú)數(shù)對(duì)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(dòng)。3. 定時(shí)器T定時(shí)器的分類按分辨率來(lái)分，有1ms、10ms、100ms三種定時(shí)器。按工作方式來(lái)分，有通電延時(shí)定時(shí)器TON、斷電延時(shí)型定時(shí)器TOF和保持型通電延時(shí)定時(shí)器TONR三種。定時(shí)時(shí)間： 定時(shí)時(shí)間=預(yù)置值時(shí)基4. 位存儲(chǔ)器中間繼電器M位存儲(chǔ)器用來(lái)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(hào)*圍為M0

36、.0-M31.7共256點(diǎn)。位存儲(chǔ)器在PLC中沒(méi)有輸入/輸出端與之對(duì)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(dòng)，其觸點(diǎn)不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，只能在程序內(nèi)部驅(qū)動(dòng)輸出繼電器的線圈，再用輸出繼電器的觸點(diǎn)去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。5. 計(jì)數(shù)器C計(jì)數(shù)器的功能：用于累計(jì)計(jì)數(shù)輸入端接收到的由斷開到接通的脈沖個(gè)數(shù)。計(jì)數(shù)器的編號(hào)：C0-C255。計(jì)數(shù)器的分類：加計(jì)數(shù)器 減計(jì)數(shù)器 加/減計(jì)數(shù)器6累加器AC累加器是用來(lái)暫存數(shù)據(jù)的存放器，它可以用來(lái)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(gè) 32位的累加器，其地址編號(hào)為AC0-AC3。累加器的可用長(zhǎng)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

37、位或低16位，雙字可以存取累加器全部的32 位。7. 幾個(gè)常用的特殊存儲(chǔ)器SMSM0.0：運(yùn)行監(jiān)視繼電器當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，SM0.0自動(dòng)處于接通狀態(tài)，當(dāng)PLC停頓運(yùn)行時(shí)，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(shí)鐘脈沖。SM0.5:周期為1秒鐘占空比為50%的時(shí)鐘脈沖。8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(hào)*圍為S0.0-S31.7。 S7-200的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和編址方式1. S7-200的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度S7-200的數(shù)據(jù)可以按位、字節(jié)、字和雙字存

38、取。其中1個(gè)二進(jìn)制數(shù)為1位，8個(gè)相連的二進(jìn)制位為1個(gè)字節(jié)B，2個(gè)字節(jié)組成1個(gè)字W，2個(gè)字組成1個(gè)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(hào).位號(hào)，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(hào)，如IB0、QB2、VB20等。字編址格式：區(qū)域標(biāo)志符+W+起始字節(jié)號(hào)，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(hào)，如VD0表示由VB0到VB3這4字節(jié)組成的雙字。3.1.5 考前須知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，

39、同一操作數(shù)的線圈只能使用一次。5線圈不能直接與左母線相連。6地址編號(hào)中不可以出現(xiàn)*.8和*.9。7定時(shí)器和計(jì)數(shù)器必須有設(shè)定值。8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(hào)指令必須成對(duì)使用。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3-2b所示a電路安排不當(dāng) b電路安排正確圖3-22并聯(lián)觸點(diǎn)多的支路應(yīng)靠近左母線，即左重右輕，如下圖。 a電路安排不當(dāng) b電路安排正確圖3-33如圖3-4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3-5所示。圖3-4 難以編程的梯形圖圖3-5 重新編排的梯形圖4梯形圖中，不允許一

40、個(gè)觸點(diǎn)上有雙向電流通過(guò)。可以初步處理之后再進(jìn)展優(yōu)化，如圖3-6所示圖3-6橋式電路的處理3.2 梯形圖設(shè)計(jì)方法3.2.1 經(jīng)歷設(shè)計(jì)法經(jīng)歷設(shè)計(jì)法就是在一些典型電路的根底上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時(shí)需要屢次反復(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(gè)較為滿意的結(jié)果。這種方法沒(méi)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(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)歷有很大的關(guān)系，所以把這種方法叫做經(jīng)歷設(shè)計(jì)法。3.2.2繼電器電路移植法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(duì)繼

41、電器控制電路中用到的低壓電器進(jìn)展分析、歸納。繼電器電路圖中的交流接觸器、電磁閥、電磁鐵、信號(hào)燈等執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般用PLC的輸出繼電器來(lái)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(lái)提供控制命令和反應(yīng)信號(hào)，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(shí)間繼電器的功能用PLC內(nèi)部的輔助繼電器和定時(shí)器來(lái)完成，它們與PLC的外部接線無(wú)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。3分配IO地址，作出PLC的外部接線圖。要特別注意對(duì)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(hào)和IO編號(hào)

42、取代原繼電器控制電路中的電氣符號(hào)，畫出梯形圖草圖。5整理梯形圖(注意防止因PLC的周期掃描工作方式可能引起的錯(cuò)誤)。6寫出對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表。3.2.3 順序控制設(shè)計(jì)法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(gè)輸入信號(hào)作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，使生產(chǎn)過(guò)程中的每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)有步驟地進(jìn)展操作。圖3-7 序功能圖的組成2順序控制設(shè)計(jì)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順序功能圖的組成要素順序功能圖有五個(gè)組成要素，即步、動(dòng)作、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和有向連線，如圖3-7所示4步的相關(guān)概念將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為假設(shè)干個(gè)順序

43、相連的階段，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(lái)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(chǔ)器或順序控制繼電器的地址來(lái)表示該步的編號(hào)。與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的步稱為初始步，用雙線框表示。系統(tǒng)正處于*一步所在的階段時(shí)，該步處于活動(dòng)狀態(tài)，稱該步為活動(dòng)步。5動(dòng)作的畫法如果*一步有兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)作，其畫法如圖2-11所示。圖3-8動(dòng)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3-9所示圖3-9 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(jí)步都是活動(dòng)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?dòng)步。使所有的前級(jí)步變?yōu)椴换顒?dòng)步。7順序功能圖的根本構(gòu)造順序功能圖的根本構(gòu)造有單序列、選擇序列和并行序列。a)單序列 b)選擇序列 c)并行序列圖