電氣控制與PLC技術(shù)（西門子S7-1200系列）（第2版）課件 項目二任務(wù)1 初識PLC控制系統(tǒng)

項目二物料分揀設(shè)備的PLC控制

系統(tǒng)安裝與調(diào)試【項目介紹】1、物料分揀設(shè)備的功能物料分揀設(shè)備有機械手和傳送帶組成，用來分揀生產(chǎn)線上金屬和塑料兩種材質(zhì)的物料。其中機械手把工件從工作臺上某處抓起送到傳送帶上，然后由傳送帶把工件傳送到適當?shù)奈恢眠M行分揀。2、機械手和傳送帶的動作當設(shè)備上電時，進入初始待機狀態(tài)(原位)。機械手的水平臂縮回在左極限位置，垂直臂縮回在上極限位置，手爪松開。此時紅色指示燈EL1長亮，作為初始位置指示。傳送帶的拖動電動機不轉(zhuǎn)動。只有上述部件在初始位置時，設(shè)備才能啟動。若上述部件不在初始位置，紅色指示燈EL1以亮0.2秒，滅0.2秒方式快速閃亮；按下復位按鈕SB3，各部件回到初始位置后，紅色指示燈EL1變?yōu)殚L亮。（1）機械手的動作按下啟動按鈕SB1，設(shè)備啟動，紅色指示燈EL1熄滅，綠色指示燈EL2亮，表示設(shè)備處于正常工作狀態(tài)。一旦光電傳感器1檢測到工作臺上有工件放入，機械手就從原位開始動作，將元件從工作臺上抓起，放到傳送帶上位置1處，然后回到原位，其動作順序如下：垂直臂下降→夾緊工件3秒→垂直臂上升→水平臂右轉(zhuǎn)→垂直臂下降→松開工件2秒→垂直臂上升→水平臂左轉(zhuǎn)，回到原位后，再次循環(huán)運行。如工作過程中按下停止按鈕SB2，機械手把工件放到傳送帶后再返回初始位置停止。

（2）傳送帶的動作當工件放在位置1時，傳感器2檢測到傳送帶上有工件，電動機啟動，傳送帶開始由左向右運行；無工件時，停止運行。如果工件到達位置2，被檢測為金屬件，將被分揀到第一個出料斜槽中；如果不是金屬件，而是塑料件，將被傳送到位置3，分揀到第二個出料斜槽中。如果分揀出的金屬件達到6個，設(shè)備進行打包處理5秒，即所有傳感器檢測無效，不再進行分揀動作，之后自動進入下一個周期。

在分揀過程中，如檢測到連續(xù)出現(xiàn)2個塑料件時，則系統(tǒng)停機報警--即設(shè)備停止工作，紅色指示燈EL1閃爍，系統(tǒng)不能進行檢測和分揀。此時按下停止按鈕SB2，紅色指示燈不再閃爍，系統(tǒng)回到初始上電待機狀態(tài)。如果在分揀過程中按下停止按鈕SB2，設(shè)備停止工作，恢復到上電待機狀態(tài)，紅燈EL1亮，綠燈EL2熄滅。3、項目任務(wù)分析機械手和傳送帶的動作，采用適當?shù)腜LC控制指令，設(shè)計物料分揀設(shè)備的PLC控制程序并安裝調(diào)試。任務(wù)一初識PLC控制系統(tǒng)任務(wù)描述

物料分揀設(shè)備能夠自動完成不同材質(zhì)的物料的傳送和分揀。該設(shè)備動作復雜，使用靈活，必須可根據(jù)需要隨時修改其功能。用繼電器-接觸器控制系統(tǒng)很難完成上述復雜動作，固定接線不能滿足靈活修改的要求。通過觀察相應(yīng)的機電設(shè)備找出PLC，認識其結(jié)構(gòu)組成、工作原理和作用。根據(jù)提供的PLC控制程序，在網(wǎng)孔板上安裝用PLC控制的三相交流異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路并調(diào)試運行。任務(wù)目標了解PLC的概念及組成；了解PLC的工作原理；了解PLC的外部結(jié)構(gòu)及接線；了解PLC的編程語言；熟悉西門子S7－1200PLC的TIA博途編程軟件。一、基礎(chǔ)知識1.PLC的結(jié)構(gòu)組成

硬件組成：CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、電源等。(1)中央處理器（CPU）

是PLC的控制中樞，它的作用是從存儲器中讀取指令、執(zhí)行指令、取下一條指令、處理中斷等。(2)存儲器用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和工作數(shù)據(jù)。常用的類型有RAM、ROM、EPROM、EEPROM等。(3)輸入輸出接口電路①輸入接口電路用于接收外部各種控制信號，將其轉(zhuǎn)換成CPU能夠識別的信號，并存入輸入映像寄存器。②輸出接口電路PLC的輸出接口電路用于將PLC處理后的輸出信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機構(gòu)所需的控制信號，存放到輸出映像寄存器中。

(4)I/O擴展接口電路用于連接I/O擴展單元，可以增加開關(guān)量I/O點數(shù)或模擬量I/O端子。擴展單元需和基本單元配合使用，不能單獨使用。有的CPU可以擴展，有的不能。(5)電源PLC一般使用220V的交流電源或24V的直流電源作為工作電源。整體式小型PLC還提供24V直流電源，供外部輸入元件使用。（6）外設(shè)通信接口電路通過通信接口可以與打印機、計算機、掃描儀、觸摸屏等外部設(shè)備相連，也可以與其它PLC相連。(7)其他部件PLC還可以配存儲器卡、電池卡等。2.PLC的工作原理及等效電路可將PLC外部接線及內(nèi)部等效電路分成3部分：輸入部分、內(nèi)部控制電路和輸出部分。3、PLC的工作過程

用戶程序運行一次所需的時間叫做PLC的一個機器掃描周期。PLC的掃描工作過程可分為5個階段：CPU自診斷、通信處理、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理。（1）CPU自診斷（2）通信處理（3）輸入采樣處理（4）程序執(zhí)行（5）輸出刷新處理PLC后三個階段的掃描工作過程示意圖4.PLC的分類（1）按結(jié)構(gòu)形式分類整體式、模塊式。（2）按I/O點數(shù)容量分類可分為小型機、中型機、大型機。小型PLC的點數(shù)為0～128點，大型PLC的點數(shù)在2048點以上。5.S7-1200系列PLC的外部結(jié)構(gòu)和接線S7－1200系列PLC是德國西門子（SIEMENS）公司的一款緊湊型、模塊化的PLC。（1）外部結(jié)構(gòu)

PLC工作電源接口。存儲卡插槽。可拆卸用戶接線連接器（保護蓋下面）。I/O狀態(tài)LED指示燈。通信接口（CPU底部。①輸入端接線輸入端接入按鈕、繼電器觸點、行程開關(guān)等無源觸點（也稱干接點）的元件及兩線制傳感器等元件。②輸出端接線

PLC的輸出端可以直接驅(qū)動接觸器、繼電器、電磁閥、指示燈等。6.S7-1200系列PLC的編程元件（1）輸入繼電器（I）（2）輸出繼電器（Q）（3）位存儲器（M）（4）特殊標志位存儲器（SM）（5）定時器（T）（6）計數(shù)器(C)7.PLC的編程語言S7-1200系列PLC支持SIMATIC和IEC61131-3兩種類型的基本指令集，兩種指令系統(tǒng)不兼容。SIMATIC指令集是西門子公司PLC專用的指令集，具有專用性強，執(zhí)行速度快等優(yōu)點，可提供梯形圖、功能塊圖、順序功能圖、語句表和結(jié)構(gòu)化控制語言（SCL）。S7-1500可以使用5種編程語言，S7-1200只能使用梯形圖、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化控制語言這3種編程語言。1）梯形圖語言（2）語句表（STL）（3）功能塊圖（FBD）（4）順序功能圖（SFC）（5）結(jié)構(gòu)化控制語言8.PLC的編程軟件TIA博途編程軟件是西門子自動化的全新工程設(shè)計軟件平臺，STEP7Professional可用于S7-1200/1500/300/400和WinAC的組態(tài)和編程。STEP7Basic只能用于S7-1200的組態(tài)和編程。自從2009年發(fā)布第一款SIMATICSTEP7V10.5（STEP7Basic）以來，已經(jīng)發(fā)布的版本有V10.5、V11、V11SP1、V11SP2、V12、SP3、V13、V14、V15。二、任務(wù)實施1.器材準備可編程控制器實訓裝置1臺裝有編程軟件的計算機1臺PC/PPI通訊電纜線1根導線若干2．實訓內(nèi)容（1）對照PLC實物，找出CPU、I/O電路等主要組成部分；（2）練習使用TIA博途編程軟件輸入電動機正反轉(zhuǎn)電路的PLC程序，然后將程序下載至PLC，并進行程序的編輯、運行、及監(jiān)視。3．實訓記錄（1）記錄PLC主機外觀各部分的名稱及作用。（2）描述用PLC控制電動機正反轉(zhuǎn)工作時的現(xiàn)象。（3）記錄實驗過程中出現(xiàn)的程序問題、接線問題及采取的處理方法。三、知識拓展