四節(jié)傳送帶的PLC設(shè)計(jì)

1、1 總體設(shè)計(jì)思路本次課程設(shè)計(jì)的題目是四節(jié)傳送帶的 PLC控制，其模擬實(shí)驗(yàn)面板圖如下：題目要求對(duì)四臺(tái)電動(dòng)機(jī) M1、M2、M3、M4實(shí)現(xiàn)順序起動(dòng)、順序停止和過(guò)載保護(hù)。 我們對(duì)題目及要求進(jìn)行分析，采用順序控制設(shè)計(jì)法。首先進(jìn)行I/O分配，然后跟 據(jù)輸入、輸出的個(gè)數(shù)選擇合適的PLC,其次畫(huà)出順序功能圖，再根據(jù)順序功能圖 畫(huà)出對(duì)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(duì)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(mén)子S7-200的簡(jiǎn)介2.1 S7-200系列PLC概述西門(mén)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(gè)不同的基本型號(hào)，常見(jiàn)的有 CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種基 本型號(hào)，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(shí)間50<| 対50目対100/|100小時(shí)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(méi)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(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

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(lèi)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(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2.3 S7-200的編程元件1. 輸入過(guò)程映像寄存器（輸入繼電器）I編號(hào)范圍：I0.0-I15.7功能：專(zhuān)門(mén)用來(lái)接收從外部開(kāi)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。 可提供無(wú)數(shù)對(duì)常開(kāi)、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(hào)范圍：Q0.0-Q15.7 功能：專(zhuān)門(mén)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(kāi)觸點(diǎn)供外部使用。

6、可提供無(wú)數(shù)對(duì)常開(kāi)、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(lèi)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X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)范圍為 M0.0-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

7、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(kāi)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(lèi)：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)的寄存器，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 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

8、當(dāng) PLC 運(yùn)行時(shí)， SM0.0 自動(dòng)處于接通狀態(tài)，當(dāng) PLC 停止運(yùn)行時(shí)， SM0.0 處于斷開(kāi)狀態(tài)。SM0.1: 初始化脈沖（開(kāi)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。&順序控制繼電器 S順序控制繼電器是專(zhuān)門(mén)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)范圍為S0.0-S31.7 。2.4 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）

9、，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。2.5 編程注意事項(xiàng)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(hào)中不可以出現(xiàn) XX.8和XX.9。7 定時(shí)器和計(jì)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(hào)指令必須成對(duì)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(gè)觸點(diǎn)上有雙向“電流”通過(guò)?？梢猿醪教幚碇笤龠M(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(jì)方法2.7.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法就是在一些典型電路（比如自鎖、互鎖、長(zhǎng)延時(shí)、閃爍等）的基礎(chǔ)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(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)驗(yàn)有很大的關(guān)系，所以把這種方法叫做 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(duì)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(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(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、速度繼電器等用來(lái)提供控制命令和反饋信號(hào)，它們的觸點(diǎn)接在PLC的輸入端，一般使用常開(kāi)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

14、。3分配I /O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I /O編號(hào)取代原繼電器控制電路中的電氣符號(hào)，畫(huà)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(cuò)誤）。6.寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表。2.7.3 順序控制設(shè)計(jì)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(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)行操作。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(huà)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(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2-10所示。4 步的相關(guān)概念將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)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(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)正處于某一步所在的階段時(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(huà)法如果某

16、一步有兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)作，其畫(huà)法如圖2-11所示。圖2-11 動(dòng)作的畫(huà)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(shí)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(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(shí)的注意事項(xiàng) 兩個(gè)步絕對(duì)不能直接相連，必須用一個(gè)轉(zhuǎn)換將它們分隔開(kāi)。 兩個(gè)轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個(gè)步將它們分隔開(kāi)。 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(jì)3.1主電路圖FUUV

18、11#3.2 PLC的選型本次課程設(shè)計(jì)用到了 6個(gè)輸入和 4個(gè)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(dòng)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(jì)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(kāi)機(jī)掃描進(jìn)入初始步 M0.0，按下起動(dòng)按鈕10.0后，M0.0失電，M0.1變?yōu)?活動(dòng)步，M4起動(dòng)，T37開(kāi)始定時(shí)；定時(shí)時(shí)間

20、到，M0.1失電，M0.2變?yōu)榛顒?dòng)步， M3起動(dòng)，T38開(kāi)始定時(shí)；定時(shí)時(shí)間到，M0.2失電，M0.3變?yōu)榛顒?dòng)步，M2起動(dòng), T39 開(kāi)始定時(shí)；定時(shí)時(shí)間到， M0.3 失電， M0.4 變?yōu)榛顒?dòng)步， M1 起動(dòng)。這時(shí)， 四臺(tái)電動(dòng)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?dòng)步， M1 停止， T40 開(kāi)始 定時(shí)；定時(shí)時(shí) 間到，M0.5失電，M0.6變?yōu)榛顒?dòng)步，M2停止，T41開(kāi)始定時(shí)； 定時(shí)時(shí)間到， M0.6 失電， M0.7 變?yōu)榛顒?dòng)步， M3 停止， T42 開(kāi)始定時(shí)；定時(shí)時(shí) 間到，M0.7失電，M01.0變?yōu)榛顒?dòng)步，M4停止，T43開(kāi)始定時(shí)；定時(shí)時(shí)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(dòng)機(jī) M 1、 M 2、M 3、 M 4過(guò)載，當(dāng) 某傳送帶電機(jī)過(guò)載時(shí)， 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(guò)載，