皮帶運輸機的控制

1、皮帶運輸機的控制第1頁，共53頁。 同時考慮到原材料運輸過程中經常需要啟、停處理的情況較多，所以對于設備的控制也有一些特殊的要求。采用PLC實現(xiàn)對原材料運輸的控制，可以滿足實際工藝要求的各種控制條件。 第2頁，共53頁。 原材料從給料器經過A、B、C和D四臺皮帶運輸機送出，由電磁閥YV控制從給料器向皮帶A供料，皮帶A、B、C、D分別由電動機M1、M2、M3、M4控制，SB1、SB2分別為起動和停止按鈕。具體控制要求如下： 1）初始狀態(tài)：給料器、皮帶A、B、C、D都處于關閉狀態(tài)。 2）起動操作：起動時為了避免在前段運輸皮帶上造成物料堆積，要求各皮帶機按原材料流動的逆序起動。其操作步驟為：M4延時

2、5sM3延時5sM2延時5sM1延時5s給料器YV。 3）停止操作：停止時為了使運輸機皮帶上不留剩余的物料，要求按原材料流動的方向按一定時間間隔順序停止。其停止順序為：給料器YV延時5sM1延時10sM2延時5sM3延時15sM4。 本項目的程序設計主要是考慮如何實現(xiàn)啟、停過程中的延時控制，對于這個問題可以有很多實現(xiàn)方法。通過對啟停控制要求的分析，發(fā)現(xiàn)時間間隔的最小公約數是5s，所以可以考慮設計一個周期為5s的脈沖發(fā)生器，對脈沖的輸出進行計數，通過判斷計數值的大小來得到皮帶機的觸發(fā)信號。計數值與脈沖周期的乘積就是經過的延時時間。 第3頁，共53頁。 通過上面的分析，已經對皮帶運輸機的控制程序有

3、了一定的實現(xiàn)思路，運用PLC的定時器、計數器和比較器就可以完成對控制程序的開發(fā)。下面首先來學習計數器指令、邏輯控制指令、梯形圖方塊傳送指令和比較器指令。v8.2 相關知識v8.2.1 計數器指令 S7中的計數器用于對RLO正跳沿計數。計數器是一種復合單元，它由表示當前計數值的字和表示其狀態(tài)的位組成。S7中有三種計數器，它們分別是：加計數器、減計數器和可逆計數器。 1.計數器的存儲器區(qū) 在S7 CPU中保留一塊存儲區(qū)作為計數器計數值存儲區(qū)。每個計數器占用一個16位的字和一個二進制位。計數器字用來存放它的當前計數值， 第4頁，共53頁。 計數器觸點的狀態(tài)由它的位的狀態(tài)來決定。用計數器地址（C和計數

4、器號組成，如C1）來存取當前計數值和計數器 位，不同的CPU支持32256個計數器。 計數器字中的第0至11位表示計數值(BCD碼)，計數范圍是0到999。當計數值達到上限999時，停止計數。計數值到達下限0時，停止計數。計數器進行置數(設置初始值)操作時，累加器l低字中的內容改裝入計數器字。計數器的計數值，將以此為初值增加或減小。計數器字的計數值為BCD碼127時，計數器單元中的各位如圖8-2所示。二進制格式的計數值只占用計數器字的09。第5頁，共53頁。第6頁，共53頁。 2.計數器線圈指令和語句表指令 計數器的線圈指令和語句表指令如表8-1所示。 只要計數值不為0，則計數器輸出就為1（即

5、常開觸點閉合）。使用復位指令R可復位計數器。計數器被復位后，其計數值被清0，計數器輸出狀態(tài)也為0(常開觸點斷開)。計數器的各項操作，應按下列順序(編程順序)進行：（1）指出計數器的類型（加計數或減計數）；（2）計數器置數；（3）計數器復位；（4）使用計數器輸出狀態(tài)信號；（5）讀取當前剩余計數值。 圖8-3是使用加計數器編程的例子，圖8-3（a）是加計數器梯形圖，圖8-3（b）是與之對應的語句表程序。 這個例子用于對輸入I0.0的正跳沿計數。每一個正跳沿使計數器C5的計數值加1。輸入I 0.1的信號狀態(tài)從0變?yōu)?，則計數器C5被置初始值100，C#表示以BCD碼格式輸入一個數值。若沒有正跳沿，

6、第7頁，共53頁。 計數器C5的計數值保持不變。輸入I0.2若為1，計數器被復位。計數器C5的計數值若不等于0，則C5輸出狀態(tài)為1，Q4.0也為1。 C 5( C U )C 5( S C )C # 1 0 0C 5( R )Q 4 . 0( )I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2C 5A I 0 . 0C U C 5A I 0 . 1L C # 1 0 0S C 5A I 0 . 2R C 5A C 5= Q 4 . 0圖8 - 3 加計數器（a ）梯形圖（b ）語句表第8頁，共53頁。3.計數器的梯形圖方框指令計數器的梯形圖方框指令如表8-2所示。 第9頁，共53頁。 圖8-4是使用可

7、逆計數器編程的例子，圖8-4（a）是可逆計數器的梯形圖方框指令，圖8-4（b）是與之對應的語句表程序。輸入I2.1有正跳沿時，如果計數器值小于999，則計數器C1的計數值加1。當輸入I2.2有正跳沿時，如果計數器值大于0，則計數值減1。如果兩個計數輸入均為正跳沿，兩條指令均被執(zhí)行，計數值保持不變。當I2.3有正跳沿時，初始值3被置入計數器C1。計數器C1的狀態(tài)用于控制輸出Q4.0，計數值大于0時輸出信號Q4.0為1；計數值為0時，Q4.0也為0。當I2.4有正跳沿時，C1被復位。第10頁，共53頁。第11頁，共53頁。8.2.2 比較指令 比較指令用于比較累加器2與累加器1中的數據大小。比較時

8、應確保兩個數的數據類型相同，數據類型可以是整數、雙整數或實數。若比較的結果為真，則RLO為1，否則為0。比較指令影響狀態(tài)字位CC1和CC0，詳細情況參見表6-3。 1.比較兩個整數或雙整數 使用比較整數指令（16位），可以將累加器2中低字的內容與累加器1中低字的內容進行比較。累加器2和累加器1低字的內容都作為16位整數。使用比較雙整數指令（32位），可以將累加器2中的內容與累加器1中的內容進行比較。累加器2和累加器1的內容都作為32位整數。整數和雙整數比較指令如表8-3所示。第12頁，共53頁。第13頁，共53頁。 下面的例子比較了存儲字MWl0和輸入字IW10中整數的大小。如果兩個整數相等，

9、則輸出Q4.0為1；若MWl0中的數大，則輸出Q4.1為1；若IW10中的數大，則輸出Q4.2為1。 L MW10/第一個待比較的數MW10裝入累加器1 L IW10/第二個待比較的數IW10裝入累加路1，第一個數 MW10被裝入累加器2 = I = Q4.0/若MW10=IW10，則Q4.0為1 I = Q4.1/若MW100IW10，則Q4.1為1 I = Q4.2/若MW10IW10，則Q4.2為12.比較兩個實數使用比較浮點數指令（32位），可以將累加器2 第14頁，共53頁。中的內容與累加器1中的內容進行比較。累加器1和累加器2的內容都作為32位浮點數。浮點數比較指令如表8-4所示。

10、 下面的例子中，如果存儲雙字MD24中的實數大于1.0，則輸出Q4.1為1；若小于1.0，則輸出Q4.2為1。 L MD24/裝入存儲雙字 MD24的內容（浮點數）。 L +1.00E+00/裝入常數+1.00E+00 R = Q4.1/若MD24+1.00E+00，Q4.0為1 R = Q4.2/若MD24-1.00E+00，Q4.2為1第15頁，共53頁。第16頁，共53頁。 3梯形圖方框比較指令 梯形圖方塊比較指令能比較兩個同類型的數。被比較的數可以是：兩個整數、兩個雙整數或兩個實數。比較方塊的數值輸入端分別為INl和IN2，比較操作是用INl去和IN2比較。如INl是否大于等于IN2。

11、在方框圖輸入信號為1時，比較IN1和IN2輸入的兩個操作數。梯形圖方框比較指令如表8-5所示。 梯形圖方框比較指令在邏輯串中，等效于一個常開觸點。如果比較結果為“真”，等效常開觸點閉合(電流可流過觸點)，否則觸點斷開。圖8-5給出了長整數比較指令的用法。與圖8-5梯形圖方框指令功能對應的語句表程序如下。第17頁，共53頁。 A I0.0 A I0.1 A( L MD0 L MD4 D ) A I0.2 S Q4.0第18頁，共53頁。第19頁，共53頁。第20頁，共53頁。8.2.3 梯形圖方塊傳送指令 梯形圖方塊傳送指令如表8-6所示。第21頁，共53頁。 梯形圖方塊傳送（MOVE）指令為變

12、量賦值。如果使能輸入端EN為l，就執(zhí)行傳送操作，使輸出OUT等于輸入IN，并使ENO為1；如果EN為0，則不進行傳送操作，并使輸出ENO為0。ENO總保持與EN相同的信號狀態(tài)。第22頁，共53頁。 用MOVE方塊指令，能傳送數據長度為8位、16位或32位的所有基本數據類型(包括常數)。但傳送用戶自定義的數據類型，如數組或結構，則必須用系統(tǒng)功能(SFC 20)進行復制。圖8-6給出了MOVE方塊指令的用法，下面是與圖8-6的梯形圖方塊指令完全對應的語句表程序。 A I0.0 JNB -_001 L MW10 T DBW12 SET /使RLO為1 SAVE /使BR為1 CLR -001：A B

13、R = Q4.0第23頁，共53頁。8.2.4 邏輯控制指令 邏輯控制指令是指邏輯塊內的跳轉和循環(huán)指令，這些指令中止程序原有的線性邏輯流，跳到另一處執(zhí)行程序。跳轉或循環(huán)指令的操作數是地址標號，該地址標號指出程序要跳往何處，標號最多為4個字符，第一個字符必須是字母，其余字符可為字母或數字。跳轉標號后跟冒號“:”，并且其后緊接語句。 與它相同的標號還必須寫在程序跳轉的目的地前，稱為目標地址標號。在一個邏輯塊內，目標地址標號不能重名。在語句表中，目標標號與目標指令用冒號分隔，并且其后緊接語句。在梯形圖中目標標號必須在一個網絡的開始。在編程器上從梯形邏輯瀏覽器中選擇LABEL(標號)，出現(xiàn)空方塊。將標

14、號名填入方塊中。 由于STEP 7的跳轉指令只在邏輯塊內跳轉，所以，在不同邏輯塊中的目標標號可以重名。 1.無條件跳轉指令 無條件跳轉指令如表8-7所示。第24頁，共53頁。第25頁，共53頁。 無條件跳轉指令(JU)可以中斷線性程序掃描，并跳轉到一個跳轉目的地，與狀態(tài)字的內容無關，在跳轉目的地重新進行線性程序掃描。無條件跳轉指令舉例如圖8-7所示。第26頁，共53頁。 跳轉到標號指令(JL)實質上是多路分支跳轉語句，跳轉目標列表最多有255個入口，從該指令的下一行開始，到該指令地址中參考跳轉標號的前一行結束。每一個跳轉目的地都由一個無條件跳轉指令（JU）組成。跳轉目的地的數量（0255）存放

15、在累加器1低字的低字節(jié)中。 第27頁，共53頁。第28頁，共53頁。 只要累加器的內容小于JL指令和跳轉標號之間的跳轉目的地的數量，JL指令就跳轉到JU指令之一。如果累加器1低字的低字節(jié)為“0”，則跳到第一個JU指令。如果累加器1低字的低字節(jié)為“1”，則跳到第二個JU指令。如果跳轉目的地的標號太大，則JL指令跳轉到JL指令中指定的參考標號處。 跳轉目的地列表必須由位于JL指令地址中參考跳轉標號前面的JU指令組成。跳轉列表中的任何其它指令都是非法的。JL指令的示例如圖8-8。 2.條件跳轉指令 條件跳轉指令如表8-8所示。條件跳轉示例如圖8-9所示。第29頁，共53頁。第30頁，共53頁。 3.

16、循環(huán)指令 使用循環(huán)指令(LOOP)可以多次重復執(zhí)行特定的程序段，重復執(zhí)行的次數存在累加器1中，即以累加器1為循環(huán)計數器。LOOP指令執(zhí)行時，將累加器1低字中的值減1，如果累加器1不為0，則跳轉到所指定的目的地處重新進行線性程序掃描，否則執(zhí)行LOOP指令后面的指令。向前跳轉和向后跳轉均可，但只能在一個塊內執(zhí)行跳轉，即跳轉指令和跳轉目的地必須位于同一塊內。在該塊內跳轉目的地址必須是唯一的。 由于循環(huán)次數不能是負數，所以程序應保證循環(huán)計數器中的數為正整數(數值范圍：032 767)或字型數據(數值范圍：W#16#0000W#16#FFFF)。 【例12-1】用循環(huán)指令求10!（10的階乘）。在本例中

17、，考慮到循環(huán)體中要用到累加器l，設置了循環(huán)計數暫存器MWl0。第31頁，共53頁。 L L#1/將32位整數常數裝入累加器1，置階乘的初值 T MD20/將累加器1中的內容傳送到MD20，保存階乘的初值 L 10 /將循環(huán)周期次數裝入累加器1低字中 NEXT: T MW10 /將累加器1低字中的內容傳送到循環(huán)計數器 L MD20 /取階乘值送入累加器1 * D /將MW10乘以MD20 T MD20 /將階乘結果傳送到存儲雙字MD20 L MW10 /將循環(huán)計數器的內容裝入累加器1中 LOOP NEXT/先將累加器1低字的內容減1,如果減1后大于 “0”，則跳轉到NEXT /如果累加器1低字中

18、的內容減1后等于0，則循環(huán)結束，繼續(xù)進行線性掃描第32頁，共53頁。 4.梯形圖中的跳轉指令 梯形圖中跳轉指令只有兩條，可用于無條件跳轉或條件跳轉控制。無條件跳轉時對應STL指令JU，不影響狀態(tài)字；條件跳轉指令影響狀態(tài)字，在梯形圖中目的標號只能在梯形網絡開始處。梯形圖中跳轉指令如表8-9所示。 第33頁，共53頁。在圖8-10和圖8-11中給出了梯形圖跳轉指令的用法及其對應的語句表。第34頁，共53頁。 5.梯形圖中的狀態(tài)位指令 狀態(tài)位指令是位邏輯指令，以常開或常閉觸點的形式出現(xiàn)，這些觸點的狀態(tài)取決于狀態(tài)位BR、OV、OS、CC1、CC0的狀態(tài)。與狀態(tài)位有關的觸點指令如表8-10。 在梯形圖中

19、，狀態(tài)位觸點可以與別的觸點串并聯(lián)。E NI N 1I N 2M W 0M W 2S U B _ IE N OO U TM W 4I 0 . 0 C A S 10 C A S 1圖8 - 1 2 使用狀態(tài)字中的位網絡1網絡2網絡3J M P第35頁，共53頁。 在S7中，通過使用狀態(tài)位的常開常閉觸點指令，并與JMP和JMPN跳轉指令相配合，即可實現(xiàn)根據運算結果的轉移功能。圖8-12給出了一個例子。網絡1當I0.0為1時執(zhí)行減法運算，在網絡2中對條件碼(CCl，CC0)的組合狀態(tài)檢測，若狀態(tài)表示為大于0則轉向地址標號為CASl的地方執(zhí)行程序。 第36頁，共53頁。第37頁，共53頁。8.3 應用舉

20、例8.3.1 長延時設計 在S7-300中定時器的定時范圍最大為9990s，如果這個定時時間不能滿足控制要求可以對定時器進行定時范圍擴展，即實現(xiàn)多次定時達到擴展的目的。 長延時電路的設計方法有多種，下面給出兩種控制方案。 1.控制方案1-用計數器指令實現(xiàn) 設計一個長延時電路，延時時間為24h，I1.0為系統(tǒng)啟動開關，定時時間到輸出Q4.0為1。 使用計數器指令實現(xiàn)24h的長延時電路梯形圖如圖8-13所示。 網絡1和網絡2構成振蕩電路，振蕩時間為4h。在接通延時定時器定時時間到時，T1輸出高電平，其上跳沿啟動定時器T2，這樣T1和T2就可以互相起振。當T2的定時時間到時，T2的常閉觸點斷開，T1

21、失電，導致T2斷電，接著T2的常閉觸點閉合，T1重新開始定時，如此循環(huán)下去。 在網絡3中，賦值語句前加正跳沿觸發(fā)指令，保證計數器初值只賦值一次。用T1的負跳沿觸發(fā)指令來啟動計數器， 第38頁，共53頁。 因為在開始2h，T1的輸出為0，2h后，延時時間到，T1的輸出為1，這樣經過4h，T1才能出現(xiàn)負跳沿。如果用T1的正跳沿指令將少2h。當減計數器計數值為0時，定時時間已經到24h。以C1的常閉觸點和I1.0啟動開關的串聯(lián)控制輸出Q4.0。 第39頁，共53頁。第40頁，共53頁。 2.控制方案2-用數據傳送指令及比較指令實現(xiàn) 使用數據傳送指令和比較指令進行定時器擴展的梯形圖如圖8-14所示。

22、定時器T0定時時間為2h，C0的計數值最大可以達到999，當計數器計數滿時通過比較指令輸出有效信號，將該信號輸出到下一級的計數器C1作為計數脈沖。計數器C0計滿一次，定時時間范圍是9992=1998h（約83天）。如果將C1的計數值設置為900，則定時時間最大可以達到83900=74700天。該方法可以將定時范圍無限的擴展。8.3.2 多臺電動機的單按鈕控制系統(tǒng)第41頁，共53頁。第42頁，共53頁。第43頁，共53頁。 通常一個電路的啟動和停止控制分別由兩個按鈕來完成的，當一個控制系統(tǒng)需要多個啟停操作時，將占用很多的I/O資源。一般PLC的I/O點是按3：2的比例配置的，由于大多數被控系統(tǒng)是

23、輸入信號多，輸出信號少，有時在設計控制系統(tǒng)時，往往面臨輸入點不足的問題，因此用單按鈕實現(xiàn)啟?？刂剖欠浅Ｓ鞋F(xiàn)實意義的。 設某設備有兩臺電動機，要求用PLC實現(xiàn)一個按鈕同時對兩臺電動機的控制。具體要求如下： 1）第一次按按鈕時只有第一臺電動機工作。 2）第二次按按鈕時第一臺電動機停車，第二臺電動機工作。 3）第三次按按鈕時第二臺電動機停車。 按控制任務要求，用單按鈕對多臺電動機進行啟停控制有多種實現(xiàn)方案，如用邏輯指令， 用定時器和比較指令，用計數器指令等。下面介紹兩種實現(xiàn)方案。第44頁，共53頁。 1.控制方案1-用計數器及比較指令實現(xiàn) 要用計數器及比較指令實現(xiàn)兩臺電動機的單按鈕啟/?？刂疲梢杂?/p>

24、計數器累計按鈕操作的次數，然后用比較指令判斷計數器的當前值是否為1，2或3。當計數器的當前值為1時，第一臺電動機啟動；當計數器的當前值為2時，第一臺電動機停止，同時第二臺電動機啟動；當定時器的當前值為3時，第二臺電動機停止?？刂品桨?的梯形圖如圖8-15所示。 2.控制方案2-用定時器指令實現(xiàn) 在此方案中，定時器起到濾波的作用，只要定時器的定時值略大于2個掃描周期，就可以確保一個周期只對KM1和KM2掃描一次，避免重復賦值而導致錯誤?？刂品桨?的控制程序如圖8-16所示。8.3.3 計數器擴展設計 在S7-300中，單個的計數器最大計數值為999，如果計數范圍超過999就需要對計數器進行擴展。

25、當一個計數器計數到時，下一個計數器接著開始計數，如果n個計數器級聯(lián)，最大計數值可以達到999n。下面是兩個計數器級聯(lián)實現(xiàn)計數范圍擴展的程序。I0.0為計數脈沖輸入信號，計數滿9992時使能輸出信號指示燈Q4.0，梯形圖如圖8-17所示 第45頁，共53頁。第46頁，共53頁。 網絡1給出計數脈沖輸入，計數器C1在該脈沖作用下開始計數，直到計數滿999。在網絡2中使用傳送指令MOVE將計數器的當前計數值傳送到存儲區(qū)MW10中。在網絡3中將MW10與999進行比較，如果相等則輸出位信號M0.0，該信號是網絡4中計數器C2計數脈沖輸入端，同時該信號也是C1的復位信號，使C1重新開始計數。在網絡5和網

26、絡6中，將計數器C2的當前計數值與2進行比較，若計數值等于2則輸出Q4.0為1。由此將兩個計數器級聯(lián)，將一個計數器的計數值滿信號作為另一個計數器的計數脈沖輸入信號。8.3.4 皮帶運輸機的PLC控制系統(tǒng)設計 按照工藝要求，各單體設備是按照傳送材料的逆順序依次啟動的，其啟動的時間間隔設為固定的5s，而在停止時，則是按照不同的間隔時間順序分別停止各個單體設備。通過對系統(tǒng)啟?？刂埔蟮姆治?，發(fā)現(xiàn)時間間隔的最小公約數是5s，所以考慮采用5s的脈沖發(fā)生器來實現(xiàn)啟停時間的計數單元計數輸入。 啟動時，立即啟動脈沖發(fā)生器，同時對脈沖進行計數。啟動信號到來時，先啟動電動機M4，計數器值為1時，啟動電動機M3；計

27、數值為2時，啟動電動機M2；計數值為3時，啟動電動機M1；計數值為4時，啟動電磁閥YV，同時復位計數器并停止脈沖發(fā)生器，完成系統(tǒng)的啟動過程。 第47頁，共53頁。 停止時，與啟動過程實現(xiàn)思路基本相同。得到停車信號后，啟動脈沖發(fā)生器和計數器。停止信號到來時，先停止上料電磁閥YV；計數值為1時，停止電動機M1；計數值為3時，停止電動機M2；計數值為4時，停止電動機M3；計數值為7時，停止電動機M4，同時復位計數器和脈沖發(fā)生器，按照不同的延時時間依次停止各個設備。 根據上述分析的系統(tǒng)啟?？刂品绞?，通過對定時器和計數器的配合，以及合理使用數據比較指令完成對皮帶運輸機的PLC控制程序的編寫。在程序設計過

28、程中，考慮到啟停時間基數可能不一致的情況，所以設計使用兩套定時、計數單元來實現(xiàn)控制程序，如果一致，可以簡化為一套。 1.I/O地址分配 第48頁，共53頁。第49頁，共53頁。 首先來分析一下對輸入信號的需求。對于運輸帶系統(tǒng)來說，由于它的各單體設備需要連續(xù)合作工作，所以系統(tǒng)只需要一對啟停信號來完成對整個系統(tǒng)的啟停控制，但考慮到各單體設備、傳動電機等的自我保護，還需要給出各單體設備電控線路的對應正常信號，這些信號可以是電源合閘信號，也可以是過流、過熱保護信號等，這里統(tǒng)一視為該設各的工作允許信號。 運輸系統(tǒng)的輸出就是對各單體設備的啟停信號。I/O地址分配表如表8-11所示。 2.畫出PLC的外部電路接線圖 皮帶運輸機的PLC外部接線圖如圖8-18所示。 3.程序設計 下面給出的程序只針對皮帶機運輸系統(tǒng)中關鍵的控制問題，也就是啟停順序控制作為實現(xiàn)的主線進行了設計。在實際的生產過程中時，需要對有關的問題加以考慮，