西門子PLC應用系統(tǒng)設計及實例

年4月19日西門子PLC應用系統(tǒng)設計及實例文檔僅供參考，不當之處，請聯(lián)系改正。第7章PLC應用系統(tǒng)設計及實例本章要點lPLC應用系統(tǒng)設計的步驟及常見的設計方法l應用舉例lPLC的裝配、檢測和維護7.1應用系統(tǒng)設計概述在了解了PLC的基本工作原理和指令系統(tǒng)之后，能夠結合實際進行PLC的設計，PLC的設計包括硬件設計和軟件設計兩部分，PLC設計的基本原則是：1.充分發(fā)揮PLC的控制功能，最大限度地滿足被控制的生產(chǎn)機械或生產(chǎn)過程的控制要求。2.在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)經(jīng)濟、簡單，維修方便。3.保證控制系統(tǒng)安全可靠。4.考慮到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進，在選用PLC時，在I/O點數(shù)和內存容量上適當留有余地。5.軟件設計主要是指編寫程序，要求程序結構清楚，可讀性強，程序簡短，占用內存少，掃描周期短。7.2PLC應用系統(tǒng)的設計7.2.1PLC控制系統(tǒng)的設計內容及設計步驟1.PLC控制系統(tǒng)的設計內容（1）根據(jù)設計任務書，進行工藝分析，并確定控制方案，它是設計的依據(jù)。（2）選擇輸入設備（如按鈕、開關、傳感器等）和輸出設備（如繼電器、接觸器、指示燈等執(zhí)行機構）。（3）選定PLC的型號（包括機型、容量、I/O模塊和電源等）。（4）分配PLC的I/O點，繪制PLC的I/O硬件接線圖。（5）編寫程序并調試。（6）設計控制系統(tǒng)的操作臺、電氣控制柜等以及安裝接線圖。（7）編寫設計說明書和使用說明書。2.設計步驟（1）工藝分析深入了解控制對象的工藝過程、工作特點、控制要求，并劃分控制的各個階段，歸納各個階段的特點，和各階段之間的轉換條件，畫出控制流程圖或功能流程圖。（2）選擇合適的PLC類型在選擇PLC機型時，主要考慮下面幾點：1功能的選擇。對于小型的PLC主要考慮I/O擴展模塊、A/D與D/A模塊以及指令功能（如中斷、PID等）。2I/O點數(shù)的確定。統(tǒng)計被控制系統(tǒng)的開關量、模擬量的I/O點數(shù)，并考慮以后的擴充（一般加上10%～20%的備用量），從而選擇PLC的I/O點數(shù)和輸出規(guī)格。3內存的估算。用戶程序所需的內存容量主要與系統(tǒng)的I/O點數(shù)、控制要求、程序結構長短等因素有關。一般可按下式估算：存儲容量=開關量輸入點數(shù)×10+開關量輸出點數(shù)×8+模擬通道數(shù)×100+定時器/計數(shù)器數(shù)量×2+通信接口個數(shù)×300+備用量。（3）分配I/O點。分配PLC的輸入/輸出點，編寫輸入/輸出分配表或畫出輸入/輸出端子的接線圖，接著就能夠進行PLC程序設計，同時進行控制柜或操作臺的設計和現(xiàn)場施工。（4）程序設計。對于較復雜的控制系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，畫出控制流程圖或功能流程圖，然后設計出梯形圖，再根據(jù)梯形圖編寫語句表程序清單，對程序進行模擬調試和修改，直到滿足控制要求為止。（5）控制柜或操作臺的設計和現(xiàn)場施工。設計控制柜及操作臺的電器布置圖及安裝接線圖；設計控制系統(tǒng)各部分的電氣互鎖圖；根據(jù)圖紙進行現(xiàn)場接線，并檢查。（6）應用系統(tǒng)整體調試。如果控制系統(tǒng)由幾個部分組成，則應先作局部調試，然后再進行整體調試；如果控制程序的步序較多，則可先進行分段調試，然后連接起來總調。（7）編制技術文件。技術文件應包括：可編程控制器的外部接線圖等電氣圖紙，電器布置圖，電器元件明細表，順序功能圖，帶注釋的梯形圖和說明。7.2.2PLC的硬件設計和軟件設計及調試1.PLC的硬件設計PLC硬件設計包括：PLC及外圍線路的設計、電氣線路的設計和抗干擾措施的設計等。選定PLC的機型和分配I/O點后，硬件設計的主要內容就是電氣控制系統(tǒng)的原理圖的設計，電氣控制元器件的選擇和控制柜的設計。電氣控制系統(tǒng)的原理圖包括主電路和控制電路?？刂齐娐分邪≒LC的I/O接線和自動、手動部分的詳細連接等。電器元件的選擇主要是根據(jù)控制要求選擇按鈕、開關、傳感器、保護電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。2.PLC的軟件設計軟件設計包括系統(tǒng)初始化程序、主程序、子程序、中斷程序、故障應急措施和輔助程序的設計，小型開關量控制一般只有主程序。首先應根據(jù)總體要求和控制系統(tǒng)的具體情況，確定程序的基本結構，畫出控制流程圖或功能流程圖，簡單的能夠用經(jīng)驗法設計，復雜的系統(tǒng)一般用順序控制設計法設計。3.軟件硬件的調試調試分模擬調試和聯(lián)機調試。軟件設計好后一般先作模擬調試。模擬調試能夠經(jīng)過仿真軟件來代替PLC硬件在計算機上調試程序。如果有PLC的硬件，能夠用小開關和按鈕模擬PLC的實際輸入信號（如起動、停止信號）或反饋信號（如限位開關的接通或斷開），再經(jīng)過輸出模塊上各輸出位對應的指示燈，觀察輸出信號是否滿足設計的要求。需要模擬量信號I/O時，可用電位器和萬用表配合進行。在編程軟件中能夠用狀態(tài)圖或狀態(tài)圖表監(jiān)視程序的運行或強制某些編程元件。硬件部分的模擬調試主要是對控制柜或操作臺的接線進行測試?？稍诓僮髋_的接線端子上模擬PLC外部的開關量輸入信號，或操作按鈕的指令開關，觀察對應PLC輸入點的狀態(tài)。用編程軟件將輸出點強制ON/OFF，觀察對應的控制柜內PLC負載（指示燈、接觸器等）的動作是否正常，或對應的接線端子上的輸出信號的狀態(tài)變化是否正確。聯(lián)機調試時，把編制好的程序下載到現(xiàn)場的PLC中。調試時，主電路一定要斷電，只對控制電路進行聯(lián)機調試。經(jīng)過現(xiàn)場的聯(lián)機調試，還會發(fā)現(xiàn)新的問題或對某些控制功能的改進。7.2.3PLC程序設計常見的方法PLC程序設計常見的方法主要有經(jīng)驗設計法、繼電器控制電路轉換為梯形圖法、邏輯設計法、順序控制設計法等。1.經(jīng)驗設計法經(jīng)驗設計法即在一些典型的控制電路程序的基礎上，根據(jù)被控制對象的具體要求，進行選擇組合，并多次重復調試和修改梯形圖，有時需增加一些輔助觸點和中間編程環(huán)節(jié)，才能達到控制要求。這種方法沒有規(guī)律可遵循，設計所用的時間和設計質量與設計者的經(jīng)驗有很大的關系，因此稱為經(jīng)驗設計法。經(jīng)驗設計法用于較簡單的梯形圖設計。應用經(jīng)驗設計法必須熟記一些典型的控制電路，如起保停電路、脈沖發(fā)生電路等，這些電路在前面的章節(jié)中已經(jīng)介紹過。2.繼電器控制電路轉換為梯形圖法繼電器接觸器控制系統(tǒng)經(jīng)過長期的使用，已有一套能完成系統(tǒng)要求的控制功能并經(jīng)過驗證的控制電路圖，而PLC控制的梯形圖和繼電器接觸器控制電路圖很相似，因此能夠直接將經(jīng)過驗證的繼電器接觸器控制電路圖轉換成梯形圖。主要步驟如下：（1）熟悉現(xiàn)有的繼電器控制線路。（2）對照PLC的I/O端子接線圖，將繼電器電路圖上的被控器件（如接觸器線圈、指示燈、電磁閥等）換成接線圖上對應的輸出點的編號，將電路圖上的輸入裝置（如傳感器、按鈕開關、行程開關等）觸點都換成對應的輸入點的編號。（3）將繼電器電路圖中的中間繼電器、定時器，用PLC的輔助繼電器、定時器來代替。（4）畫出全部梯形圖，并予以簡化和修改。這種方法對簡單的控制系統(tǒng)是可行的，比較方便，但較復雜的控制電路，就不適用了。【例7-1】圖7-1為電動機Y/△減壓起動控制主電路和電氣控制的原理圖。（1）工作原理如下：按下啟動按鈕SB2,KM1、KM3、KT通電并自保，電動機接成Y型起動，2s后，KT動作，使KM3斷電，KM2通電吸合，電動機接成△型運行。按下停止按扭SB1，電動機停止運行。圖7-1電動機Y/△減壓起動控制主電路和電氣控制的原理圖（2）I/O分配輸入輸出停止按鈕SB1：I0.0KM1：Q0.0KM2：Q0.1起動按鈕SB2：I0.1KM3：Q0.2過載保護FR：I0.2（3）梯形圖程序圖7-2例1梯形圖程序轉換后的梯形圖程序如圖7-2所示。按照梯形圖語言中的語法規(guī)定簡化和修改梯形圖。為了簡化電路，當多個線圈都受某一串并聯(lián)電路控制時，可在梯形圖中設置該電路控制的存儲器的位，如M0.0。簡化后的程序如圖7-3所示。圖7-3例1簡化后的梯形圖程序3.邏輯設計法邏輯設計法是以布爾代數(shù)為理論基礎，根據(jù)生產(chǎn)過程中各工步之間的各個檢測元件（如行程開關、傳感器等）狀態(tài)的變化，列出檢測元件的狀態(tài)表，確定所需的中間記憶元件，再列出各執(zhí)行元件的工序表，然后寫出檢測元件、中間記憶元件和執(zhí)行元件的邏輯表示式，再轉換成梯形圖。該方法在單一的條件控制系統(tǒng)中，非常好用，相當于組合邏輯電路，但和時間有關的控制系統(tǒng)中，就很復雜。下面將介紹一個交通信號燈的控制電路。【例7-2】用PLC構成交通燈控制系統(tǒng)。（1）控制要求：如圖7-4所示，起動后，南北紅燈亮并維持25s。在南北紅燈亮的同時，東西綠燈也亮，1s后，東西車燈即甲亮。到20s時，東西綠燈閃亮，3s后熄滅，在東西綠燈熄滅后東西黃燈亮，同時甲滅。黃燈亮2s后滅東西紅燈亮。與此同時，南北紅燈滅，南北綠燈亮。1s后，南北車燈即乙亮。南北綠燈亮了25s后閃亮，3s后熄滅，同時乙滅，黃燈亮2s后熄滅，南北紅燈亮，東西綠燈亮，循環(huán)。

圖7-4交通燈控制示意圖

（2）I/O分配

輸入輸出起動按鈕：I0.0南北紅燈：Q0.0東西紅燈：Q0.3南北黃燈：Q0.1東西黃燈：Q0.4南北綠燈：Q0.2東西綠燈：Q0.5南北車燈：Q0.6東西車燈：Q0.7（3）程序設計根據(jù)控制要求首先畫出十字路口交通信號燈的時序圖，如圖7-5所示。圖7-5十字路口交通信號燈的時序圖根據(jù)十字路口交通信號燈的時序圖，用基本邏輯指令設計的信號燈控制的梯形圖如圖7-6所示。分析如下：首先，找出南北方向和東西方向燈的關系：南北紅燈亮（滅）的時間=東西紅燈滅（亮）的時間，南北紅燈亮25S（T37計時）后，東西紅燈亮30S（T41計時）后。其次，找出東西方向的燈的關系：東西紅燈亮30S后滅（T41復位）→東西綠燈平光亮20S（T43計時）后→東西綠燈閃光3S（T44計時）后，綠燈滅→東西黃燈亮2S（T42計時）。再其次，找出南北向燈的關系：南北紅燈亮25S（T37計時）后滅→南北綠燈平光25S（T38計時）后→南北綠燈閃光3S（T39計時）后，綠燈滅→南北黃燈亮2S（T40計時）。最后找出車燈的時序關系：東西車燈是在南北紅燈亮后開始延時（T49計時）1S后，東西車燈亮，直至東西綠燈閃光滅（T44延時到）；南北車燈是在東西紅燈亮后開始延時（T50計時）1S后，南北車燈亮，直至南北綠燈閃光滅（T39延時到）。根據(jù)上述分析列出各燈的輸出控制表示式：東西紅燈：Q0.3=T37南北紅燈Q0.0=M0.0·T3東西綠燈：Q0.5=Q0.0·T43+T43·T44·T59南北綠燈Q0.2=Q0.3·T38+T38·T39·T59東西黃燈：Q0.4=T44·T42南北黃燈Q0.1=T39·T40東西車燈：Q0.7=T49·T44南北車燈Q0.6=T50·T39圖7-6基本邏輯指令設計的信號燈控制的梯形圖

4.順序控制設計法根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步地設計下去，直至完成。此法的關鍵是畫出功能流程圖。首先將被控制對象的工作過程按輸出狀態(tài)的變化分為若干步，并指出工步之間的轉換條件和每個工步的控制對象。這種工藝流程圖集中了工作的全部信息。在進行程序設計時，能夠用中間繼電器M來記憶工步，一步一步地順序進行，也能夠用順序控制指令來實現(xiàn)。下面將詳細介紹功能流程圖的種類及編程方法。（1）單流程及編程方法圖7-7單流程結構功能流程圖的單流程結構形式簡單，如圖7-7所示，其特點是：每一步后面只有一個轉換，每個轉換后面只有一步。各個工步按順序執(zhí)行，上一工步執(zhí)行結束，轉換條件成立，立即開通下一工步，同時關斷上一工步。用順序控制指令來實現(xiàn)功能流程圖的編程方法，在前面的章節(jié)已經(jīng)介紹過了，在這里將重點介紹用中間繼電器M來記憶工步的編程方法。在圖7-7中，當n-1為活動步時，轉換條件b成立，則轉換實現(xiàn)，n步變?yōu)榛顒硬剑瑫rn-1步關斷。由此可見，第n步成為活動步的條件是：Xn-1=1，b=1；第n步關斷的條件只有一個Xn+1=1。用邏輯表示式表示功能流程圖的第n步開通和關斷條件為：式中等號左邊的Xn為第n步的狀態(tài)，等號右邊Xn+1表示關斷第n步的條件，Xn表示自保持信號，b表示轉換條件?！纠?-3】根據(jù)圖7-8所示的功能流程圖，設計出梯形圖程序。將結合本例介紹常見的編程方法。1使用起保停電路模式的編程方法在梯形圖中，為了實現(xiàn)前級步為活動步且轉換條件成立時，才能進行步的轉換，總是將代表前級步的中間繼電器的常開接點與轉換條件對應的接點串聯(lián)，作為代表后續(xù)步的中間繼電器得電的條件。當后續(xù)步被激活，應將前級步關斷，因此用代表后續(xù)步的中間繼電器常閉接點串在前級步的電路中。圖7-8例7-3題圖如圖7-8所示的功能流程圖，對應的狀態(tài)邏輯關系為：對于輸出電路的處理應注意：Q0.0輸出繼電器在M0.1、M0.2步中都被接通，應將M0.1和M0.2的常開接點并聯(lián)去驅動Q0.0；Q0.1輸出繼電器只在M0.2步為活動步時才接通，因此用M0.2的常開接點驅動Q0.1。使用起保停電路模式編制的梯形圖程序如圖7-9所示。2使用置位、復位指令的編程方法S7-200系列PLC有置位和復位指令，且對同一個線圈置位和復位指令可分開編程，因此能夠實現(xiàn)以轉換條件為中心的編程。當前步為活動步且轉換條件成立時，用S將代表后續(xù)步的中間繼電器置位（激活），同時用R將本步復位（關斷）。圖7-8所示的功能流程圖中，如用M0.0的常開接點和轉換條件I0.0的常開接點串聯(lián)作為M0.1置位的條件，同時作為M0.0復位的條件。這種編程方法很有規(guī)律，每一個轉換都對應一個S/R的電路塊，有多少個轉換就有多少個這樣的電路塊。用置位、復位指令編制的梯形圖程序如圖7-10所示。圖7-9例7-3梯形圖程序圖7-10置位、復位指令編制的梯形圖3使用移位寄存器指令編程的方法單流程的功能流程圖各步總是順序通斷，而且同時只有一步接通，因此很容易采用移位寄存器指令實現(xiàn)這種控制。對于圖7-8所示的功能流程圖，能夠指定一個兩位的移位寄存器，用M0.1、M0.2代表有輸出的兩步，移位脈沖由代表步狀態(tài)的中間繼電器的常開接點和對應的轉換條件組成的串聯(lián)支路并聯(lián)提供，數(shù)據(jù)輸入端（DATA）的數(shù)據(jù)由初始步提供。對應的梯形圖程序如圖7-11所示。在梯形圖中將對應步的中間繼電器的常閉接點串聯(lián)連接，能夠禁止流程執(zhí)行的過程中移位寄存器DATA端置“1”，以免產(chǎn)生誤操作信號，從而保證了流程的順利執(zhí)行。圖7-11移位寄存器指令編制的梯形圖4使用順序控制指令的編程方法使用順序控制指令編程，必須使用S狀態(tài)元件代表各步，如圖7-12所示。其對應的梯形圖如圖7-13所示。圖7-12用S狀態(tài)元件代表各步圖7-13用順序控制指令編程（2）選擇分支及編程方法選擇分支分為兩種，如圖7-14為選擇分支開始，7-15為選擇分支結束。選擇分支開始指：一個前級步后面緊接著若干個后續(xù)步可供選擇，各分支都有各自的轉換條件，在圖中則表示為代表轉換條件的短劃線在各自分支中。選擇分支結束，又稱選擇分支合并，是指：幾個選擇分支在各自的轉換條件成立時轉換到一個公共步上。在圖7-14中，假設2為活動步，若轉換條件a=1，則執(zhí)行工步3；如果轉換條件b=1，則執(zhí)行工步4；轉換條件c=1，則執(zhí)行工步5。即哪個條件滿足，則選擇相應的分支，同時關斷上一步2。一般只允許選擇其中一個分支。在編程時，若圖7-14中的工步2、3、4、5分別用M0.0、M0.1、M0.2、M0.3表示，則當M0.1、M0.2、M0.3之一為活動步時，都將導致M0.0=0，因此在梯形圖中應將M0.1、M0.2和M0.3的常閉接點與M0.0的線圈串聯(lián)，作為關斷M0.0步的條件。22345abcedf6789圖7-14選擇分支開始圖7-15選擇分支結束

在圖7-15中，如果步6為活動步，轉換條件d=1，則，則工步6向工步9轉換；如果步7為活動步，轉換條件e=1，則工步7向工步9轉換；如果步8為活動步，轉換條件f=1，則工步8向工步9轉換。若圖7-15中的工步6、7、8、9分別用M0.4、M0.5、M0.6、M0.7表示，則M0.7（工步9）的起動條件為：M0.4·d+M0.5·e+M0.6·f，在梯形圖中，則為M0.4的常開接點串聯(lián)與d轉換條件對應的觸點、M0.5的常開接點串聯(lián)與e轉換條件對應的觸點、M0.6的常開接點串聯(lián)與f轉換條件對應的觸點，三條支路并聯(lián)后作為M0.7線圈的起動條件。【例7-4】根據(jù)圖7-16所示的功能流程圖，設計出梯形圖程序。圖7-16例7-4題圖1使用起保停電路模式的編程對應的狀態(tài)邏輯關系為：對應的梯形圖程序如圖7-17所示。

2使用置位、復位指令的編程對應的梯形圖程序如圖7-18所示。3使用順序控制指令的編程對應的功能流程圖如圖7-19所示。對應的梯形圖程序如圖7-20所示。

圖7-17例7-4用起保停電路模式的編程圖7-18例7-4用置位、復位指令的編程

圖7-19功能流程圖圖7-20例7-4用順序控制指令的編程

（3）并行分支及編程方法并行分支也分兩種，圖7-21a為并行分支的開始，圖7-21b為并行分支的結束，也稱為合并。并行分支的開始是指當轉換條件實現(xiàn)后，同時使多個后續(xù)步激活。為了強調轉換的同步實現(xiàn)，水平連線用雙線表示。在圖7-21a中，當工步2處于激活狀態(tài)，若轉換條件e=1，則工步3、4、5同時起動，工步2必須在工步3、4、5都開啟后，才能關斷。并行分支的合并是指：當前級步6、7、8都為活動步，且轉換條件f成立時，開通步9，同時關斷步6、7、8。圖7-21a并行分支開始圖7-21b圖7-21a并行分支開始圖7-21b并行分支結束圖7-21并行分支2345ef6789

圖7-22圖7-22例7-5題圖I0.1Q0.0SM0.1M0.0I0.0M0.1I0.2M0.2Q0.1I0.3M0.4Q0.3M0.3Q0.2M0.5Q0.4M0.6Q0.5I0.4I0.5

1使用起保停電路模式的編程，對應的梯形圖程序如圖7-23所示。

圖7-23例7-5用起保停電路模式的編程2使用置位、復位指令的編程，對應的梯形圖程序如圖7-24所示。圖7-24例7-5用置位、復位指令的編程3使用順序控制指令的編程對應的功能流程圖如圖7-25所示。對應的梯形圖程序如圖7-26所示。圖7-25圖7-25例7-5題圖I0.1Q0.0SM0.1S0.0I0.0S0.1I0.2S0.2Q0.1I0.3S0.4Q0.3S0.3Q0.2S0.5Q0.4S0.6Q0.5I0.4I0.5

圖7-26例7-5用用順序控制指令的編程（4）循環(huán)、跳轉流程及編程方法在實際生產(chǎn)的工藝流程中，若要求在某些條件下執(zhí)行預定的動作，則可用跳轉程序。若需要重復執(zhí)行某一過程，則可用循環(huán)程序。如圖7-27所示。跳轉流程：當步2為活動步時，若條件f=1，則跳過步3和步4，直接激活步5。循環(huán)流程：當步5為活動步時，若條件e=1，則激活步2，循環(huán)執(zhí)行。編程方法和選擇流程類似，不再詳細介紹。需要注意的是：

轉換是有方向的，若轉換的順序是從上到下，即為正常順序，能夠省略箭頭。若轉換的順序從下到上，箭頭不能省略。

只有兩步的閉環(huán)的處理。abcd2345ef圖7-27循環(huán)、跳轉流程在順序功能圖中只有兩步組成的小閉環(huán)如圖7-28a所示，因為M0.3既是M0.4的前級步，又是它的后續(xù)步,abcd2345ef圖7-27循環(huán)、跳轉流程

圖圖7-28只有兩步的閉環(huán)的處理T38I0.1I0.2I0.3I0.4M0.2.22M0.3M0.4M0.5M1.0I0.5T38I0.1I0.2I0.3I0.4M0.2.22M0.3M0.4M0.5I0.5（a）（b）（c）7.2.4PLC程序設計步驟PLC程序設計一般分為以下幾個步驟：1.程序設計前的準備工作程序設計前的準備工作就是要了解控制系統(tǒng)的全部功能、規(guī)模、控制方式、輸入/輸出信號的種類和數(shù)量、是否有特殊功能的接口、與其它設備的關系、通信的內容與方式等，從而對整個控制系統(tǒng)建立一個整體的概念。接著進一步熟悉被控對象，可把控制對象和控制功能按照響應要求、信號用途或控制區(qū)域分類，確定檢測設備和控制設備的物理位置，了解每一個檢測信號和控制信號的形式、功能、規(guī)模及之間的關系。2.設計程序框圖根據(jù)軟件設計規(guī)格書的總體要求和控制系統(tǒng)的具體情況，確定應用程序的基本結構、按程序設計標準繪制出程序結構框圖，然后再根據(jù)工藝要求，繪出各功能單元的功能流程圖。3.編寫程序根據(jù)設計出的框圖逐條地編寫控制程序。編寫過程中要及時給程序加注釋。4.程序調試調試時先從各功能單元入手，設定輸入信號，觀察輸出信號的變化情況。各功能單元調試完成后，再調試全部程序，調試各部分的接口情況，直到滿意為止。程序調試能夠在實驗室進行，也能夠在現(xiàn)場進行。如果在現(xiàn)場進行測試，需將可編程控制器系統(tǒng)與現(xiàn)場信號隔離，能夠切斷輸入/輸出模板的外部電源，以免引起機械設備動作。程序調試過程中先發(fā)現(xiàn)錯誤，后進行糾錯。基本原則是“集中發(fā)現(xiàn)錯誤，集中糾正錯誤”。5.編寫程序說明書在說明書中一般對程序的控制要求、程序的結構、流程圖等給以必要的說明，而且給出程序的安裝操作使用步驟等。7.3應用舉例7.3.1機械手的模擬控制圖7-29為傳送工件的某機械手的工作示意圖，其任務是將工件從傳送帶A搬運到傳送帶B。1.控制要求按起動按鈕后，傳送帶A運行直到光電開關PS檢測到物體，才停止，同時機械手下降。下降到位后機械手夾緊物體，2s后開始上升，而機械手保持夾緊。上升到位左轉，左轉到位下降，下降到位機械手松開，2s后機械手上升。上升到位后，傳送帶B開始運行，同時機械手右轉，右轉到位，傳送帶B停止，此時傳送帶A運行直到光電開關PS再次檢測到物體，才停止循環(huán)。機械手的上升、下降和左轉、右轉的執(zhí)行，分別由雙線圈二位電磁閥控制汽缸的運動控制。當下降電磁閥通電，機械手下降，若下降電磁閥斷電，機械手停止下降，保持現(xiàn)有的動作狀態(tài)。當上升電磁閥通電時，機械手上升。同樣左轉/右轉也是由對應的電磁閥控制。夾緊/放松則是由單線圈的二位電磁閥控制汽缸的運動來實現(xiàn)，線圈通電時執(zhí)行夾緊動作，斷電時執(zhí)行放松動作。而且要求只有當機械手處于上限位時才能進行左/右移動，因此在左右轉動時用上限條件作為聯(lián)鎖保護。由于上下運動，左右轉動采用雙線圈兩位電磁閥控制，兩個線圈不能同時通電，因此在上/下、左/右運動的電路中須設置互鎖環(huán)節(jié)。為了保證機械手動作準確，機械手上安裝了限位開關SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，分別對機械手進行下降、上升、左轉、右轉等動作的限位，并給出動作到位的信號。光電開關PS負責檢測傳送帶A上的工件是否到位，到位后機械手開始動作。2.I/O分配輸入輸出起動按鈕：I0.0上升YV1：Q0.1停止按鈕：I0.5下降YV2：Q0.2上升限位SQ1：I0.1左轉YV3：Q0.3下降限位SQ2：I0.2右轉YV4：Q0.4左轉限位SQ3：I0.3夾緊YV5：Q0.5右轉限位SQ4：I0.4傳送帶A：Q0.6光電開關PS：I0.6傳送帶B：Q0.7

圖7-29機械手控制示意圖

3.控制程序設計根據(jù)控制要求先設計出功能流程圖，如圖7-30所示。根據(jù)功能流程圖再設計出梯形圖程序，如圖7-31所示。流程圖是一個按順序動作的步進控制系統(tǒng)，在本例中采用移位寄存器編程方法。用移位寄存器M10.1～M11.2位，代表流程圖的各步，兩步之間的轉換條件滿足時，進入下一步。移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端DATA（M10.0）由M10.1～M11.1各位的常閉接點、上升限位的標志位M1.1、右轉限位的標志位M1.4及傳送帶A檢測到工件的標志位M1.6串聯(lián)組成，即當機械手處于原位，各工步未起動時，若光電開關PS檢測到工件，則M10.0置1，這作為輸入的數(shù)據(jù)，同時這也作為第一個移位脈沖信號。以后的移位脈沖信號由代表步位狀態(tài)中間繼電器的常開接點和代表處于該步位的轉換條件接點串聯(lián)支路依次并聯(lián)組成。在M10.0線圈回路中，串聯(lián)M10.1～M11.1各位的常閉接點，是為了防止機械手在還沒有回到原位的運行過程中移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端再次置1，因為移位寄存器中的“1”信號在M10.1～M11.1之間依次移動時，各步狀態(tài)位對應的常閉接點總有一個處于斷開狀態(tài)。當“1”信號移到M11.2時，機械手回到原位，此時移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端重新置1，若起動電路保持接通（M0.0=1），機械手將重復工作。當按下停止按鈕時，使移位寄存器復位，機械手立即停止工作。若按下停止按鈕后機械手的動作依然繼續(xù)進行，直到完成一周期的動作后，回到原圖7-30圖7-30機械手流程圖原位I0.1·I0.4傳送帶A下降夾緊并保持上升左轉下降松開上升機械手右轉，傳送帶B右限位I0.4，上限位I0.1壓下Q0.6I0.0起動M11.1Q0.2I0.6PSM10.1Q0.1T37M10.3Q0.3I0.1上限位M10.4Q0.2I0.3左限位M10.5Q0.1T38M10.7Q0.5I0.2下限位M10.2T37RQ0.5I0.2下限位M10.6T38Q0.4I0.1上限位M11.0Q0.7I0.4右限位保持圖7-31機械手梯形圖機械手梯形圖續(xù)圖7-31機械手梯形圖續(xù)4.輸入程序，調試并運行程序（1）輸入程序，編譯無誤后，運行程序。依次按表7-1中的順序按下各按鈕記錄觀察到的現(xiàn)象?？词欠衽c控制要求相符。表7-1機械手模擬控制調試記錄表輸入輸出現(xiàn)象移位寄存器的狀態(tài)位=1按下起動按鈕（I0.0）

按下光電檢測開關PS（I0.6）

按下下降限位開關SQ2（I0.2）

按下上升限位開關SQ1（I0.1）

按下左轉限位開關SQ3（I0.3）

按下下降限位開關SQ2（I0.2）

按下上升限位開關SQ1（I0.1）

按下右轉限位開關SQ4（I0.4）

再按下光電檢測開關PS（I0.6）

重復上步驟觀察

按下停止按鈕（I0.5）

（2）建立狀態(tài)圖表，再重復上述操作，觀察移位寄存器的狀態(tài)位的變化，并記錄。7.3.2組合機床的控制兩工位鉆孔、攻絲組合機床，能自動完成工件的鉆孔和攻絲加工，自動化程度高，生產(chǎn)效率高。兩工位鉆孔、攻絲組合機床如圖7-32所示。圖7-32兩工位鉆孔、攻絲組合機床示意圖

機床主要由床身、移動工作臺、夾具、鉆孔滑臺、鉆孔動力頭、攻絲滑臺、攻絲動力頭、滑臺移動控制凸輪和液壓系統(tǒng)等組成。移動工作臺和夾具用以完成工件的移動和夾緊，實現(xiàn)自動加工。鉆孔滑臺和鉆孔動力頭，用以實現(xiàn)鉆孔加工量的調整和鉆孔加工。攻絲滑臺和攻絲動力頭，用以實現(xiàn)攻絲加工量的調整和攻絲加工。工作臺的移動（左移、右移），夾具的夾緊、放松，鉆孔滑臺和攻絲滑臺的移動（前移、后移），均由液壓系統(tǒng)控制。其中兩個滑臺移動的液壓系統(tǒng)由滑臺移動控制凸輪來控制，工作臺的移動和夾具的夾緊與放松由電磁閥控制。根據(jù)設計要求，工作臺的移動和滑臺的移動應嚴格按規(guī)定的時序同步進行，兩種運動密切配合，以提高生產(chǎn)效率。1.控制要求系統(tǒng)通電，自動起動液壓泵電動機M1。若機床各部分在原位（工作臺在鉆孔工位SQ1動作，鉆孔滑臺在原位SQ2動作，攻絲滑臺在原位SQ3動作），而且液壓系統(tǒng)壓力正常，壓力繼電器PV動作，原位指示燈HL1亮。將工件放在工作臺上，按下起動按鈕SB，夾緊電磁閥YV1得電，液壓系統(tǒng)控制夾具將工件夾緊，與此同時控制凸輪電動機M2得電運轉。當夾緊限位SQ4動作后，表明工件已被夾緊。起動鉆孔動力頭電動機M3，且由于凸輪電動機M2運轉，控制凸輪控制相應的液壓閥使鉆孔滑臺前移，進行鉆孔加工。當鉆孔滑臺到達終點時，鉆孔滑臺自動后退，到原位時停，M3同時停止。等到鉆孔滑臺回到原位后，工作臺右移電磁閥YV2得電，液壓系統(tǒng)使工作臺右移，當工作臺到攻絲工位時，限位開關SQ6動作，工作臺停止。起動攻絲動力頭電機M4正轉，攻絲滑臺開始前移，進行攻絲加工，當攻絲滑臺到終點時（終點限位SQ7動作），制動電磁鐵DL得電，攻絲動力頭制動，0.3s后攻絲動力頭電機M4反轉，同時攻絲滑臺由控制凸輪控制使其自動后退。當攻絲滑臺后退到原位時，攻絲動力頭電機M4停，凸輪正好運轉一個周期，凸輪電機M2停，延時3s后左移電磁閥YV3得電，工作臺左移，到鉆孔工位時停。放松電磁閥YV4得電，放松工件，放松限位SQ8動作后，停止放松。原位指示燈亮，取下工件，加工過程完成。兩個滑臺的移動，是經(jīng)過控制凸輪來控制滑臺移動液壓系統(tǒng)的液壓閥實現(xiàn)的，電氣系統(tǒng)不參與，只需起動控制凸輪電機M2即可。在加工過程中，應起動冷卻泵電機M5，供給冷卻液。2.I/O分配輸入輸出壓力檢測PVI0.0原點指示HL1Q1.4鉆孔工位限位SQ1I0.1液壓泵電機MI（KM1）Q0.1鉆孔滑臺原位SQ2I0.2凸輪電機M2（KM2）Q0.2攻絲滑臺原位SQ3I0.3夾緊電磁閥YV1Q1.0夾緊限位SQ4I0.4鉆孔動力頭電機M3（KM3）Q0.3攻絲工位SQ6I0.6冷卻泵電機M5（KM6）Q0.4攻絲滑臺終點SQ7I0.7工作臺右移電磁閥YV2Q1.1放松限位SQ8I1.0攻絲動力頭電機M4正轉（KM4）Q0.5起動按鈕SBI1.1制動DLQ0.6自動、手動選擇SAI1.2攻絲動力頭電機M4反轉（KM5）Q0.5液壓泵手動SB1工作臺左移電磁閥YV3Q1.2凸輪電機手動SB2放松電磁閥YV4Q1.3鉆孔手動SB3自動指示HL2Q1.5手動攻絲正轉SB4手動指示HL3Q1.6手動攻絲反轉SB5手動電源Q1.7冷卻泵手動SB6手動夾緊SB7手動右移SB8手動左移SB9手動放松SB103.程序設計由加工工藝要求可知，其為順序控制過程，其功能流程圖如圖7-33所示?？紤]具體情況，在設置自動順序循環(huán)控制的同時，也設置了手動控制，在驅動回路中接入轉換開關。自動順序循環(huán)控制和手動控制的轉換程序如圖7-34所示。外部接線圖如圖7-35所示。梯形圖如圖7-36所示。在程序設計時須注意：攻絲動力頭M4正轉和反轉之間的互鎖。

圖7-34自動順序循環(huán)控制和手動控制的轉換程序

=Q1.1S0.4=Q1.1S0.4I0.2I0.1SQ0.1M1.0S0.0Q1.4I1.0S0.1I0.0I0.2I0.3SQ0.2I1.1S0.2SQ1.0=Q0.3I0.4S0.3SQ0.4I0.6=Q0.5S0.5=Q0.0S0.6I0.7T1T1=Q0.6S0.7I0.1=Q1.3S1.2T2S1.0I0.3RQ0.4Q1.2S1.1T2RQ0.2RQ1.0I0.3I0.1I0.2I1.0SQ1SQ3PVSQ2SQ8SBSQ4SQ2SQ6SQ7SQ3SQ1SQ1SQ3SQ2SQ8起動液壓泵M1HL1原位指示起動凸輪電機M2，YV1夾緊電磁閥鉆孔動力頭M3，起動冷卻泵電機M5YV2工作臺右移電磁閥攻絲動力頭M4正轉攻絲動力頭制動，制動時間0.3s攻絲動力頭M4反轉延時時間，停冷卻泵YV3工作臺左移電磁閥，停凸輪電機M2，停夾緊電磁閥YV4放松電磁閥圖7-33組合機床功能流程圖

圖7-35外部接線圖4.程序的調試和運行輸入程序編譯無誤后，按組合機床工藝要求調試程序，并將結果填入表7-2中。表7-2組合機床程序調試結果工步

通電起動液壓泵

各部分在原位起動機床凸輪電機并進行夾緊鉆孔加工鉆孔滑臺退回原位工作臺右移到攻絲工位攻絲加工攻絲滑臺到終端制動延時0.3s攻絲工作頭反轉后退攻絲滑臺到原位到原位延時3s工作臺左移到鉆孔工位放松放松完成原位指示燈亮輸入壓力檢測PV

鉆孔工位限位SQ1

鉆孔滑臺原位SQ2

攻絲滑臺原位SQ3

起動按鈕SB

夾緊限位SQ4

攻絲工位SQ6

攻絲滑臺終點SQ7

放松限位SQ8

輸出液壓泵電機MI

凸輪電機M2

凸輪電機M2

夾緊電磁閥YV1

鉆孔動力頭M3

冷卻泵電機M5

工作臺右移電磁閥YV2

攻絲動力頭電機M4正轉

制動DL

攻絲動力頭電機M4反轉

工作臺左移電磁閥YV3

原點指示HL1

圖7-36自動循環(huán)控制梯形圖

圖7-36自動循環(huán)控制梯形圖（續(xù)）7.3.3除塵室PLC控制風機車間內車間外除塵室風機車間內車間外除塵室第二道門第一道門開門傳感器關門傳感器電磁鎖開門傳感器圖7-37除塵室的結構1.控制要求人或物進入無污染、無塵車間前，首先在除塵室嚴格進行指定時間的除塵才能進入車間，否則門打不開，進入不了車間。除塵室的結構如圖7-37所示。圖中第一道門處設有兩個傳感器：開門傳感器和關門傳感器；除塵室內有兩臺風機，用來除塵；第二道門上裝有電磁鎖和開門傳感器，電磁鎖在系統(tǒng)控制下自動鎖上或打開。進入室內需要除塵，出來時不需除塵。具體控制要求如下：進入車間時必須先打開第一道門進入除塵室，進行除塵。當?shù)谝坏篱T打開時，開門傳感器動作，第一道門關上時關門傳感器動作，第一道門關上后，風機開始吹風，電磁鎖把第二道門鎖上并延時20s后，風機自動停止，電磁鎖自動打開，此時可打開第二道門進入室內。第二道門打開時相應的開門傳感器動作。人從室內出來時，第二道門的開門傳感器先動作，第一道門的開門傳感器才動作，關門傳感器與進入時動作相同，出來時不需除塵，因此風機、電磁鎖均不動作。2.I/O分配輸入輸出第一道門的開門傳感器I0.0風機1Q0.0第一道門的關門傳感器I0.1風機2Q0.1第二道門的開門傳感器I0.2電磁鎖Q0.23.程序設計除塵室的控制系統(tǒng)梯形圖程序如圖7-38所示。

圖7-38除塵室的控制系統(tǒng)梯形圖程序4.程序的調試和運行輸入程序編譯無誤后，按除塵室的工藝要求調試程序，并記錄結果。

7.3.3水塔水位的模擬控制實訓用PLC構成水塔水位控制系統(tǒng),如圖7-39所示。在模擬控制中，用按鈕SB來模擬液位傳感器，用L1、L2指示燈來模擬抽水電動機。

圖7-39水塔水位控制示意圖1.控制要求按下SB4，水池需要進水，燈L2亮；直到按下SB3，水池水位到位，燈L2滅；按SB2，表示水塔水位低需進水，燈L1亮，進行抽水；直到按下SB1，水塔水位到位，燈L1滅，過2秒后，水塔放完水后重復上述過程即可。2.I/O分配

輸入輸出SB1：I0.1L1：Q0.1SB2：I0.2L2：Q0.2SB3：I0.3SB4：I0.43.程序設計水塔水位控制的梯形圖參考程序如圖7-40所示。

圖7-40水塔水位控制梯形圖

4.程序的調試和運行輸入梯形圖程序并按控制要求調試程序。

7.3.4溫度的檢測與控制實訓用PLC構成溫度的檢測和控制系統(tǒng)，接線圖及原理圖如圖7-40，7-41所示。1.控制要求溫度控制原理：經(jīng)過電壓加熱電熱絲產(chǎn)生溫度，溫度再經(jīng)過溫度變送器變送為電壓。加熱電熱絲時根據(jù)加熱時間的長短可產(chǎn)生不一樣的熱能，這就需用到脈沖。輸入電壓不同就能產(chǎn)生不一樣的脈寬，輸入電壓越大，脈寬越寬，通電時間越長，熱能越大，溫度越高，輸出電壓就越高。PID閉環(huán)控制：經(jīng)過PLC+A/D+D/A實現(xiàn)PID閉環(huán)控制，接線圖及原理圖如圖7-40，7-41所示。比例，積分，微分系數(shù)取得合適系統(tǒng)就容易穩(wěn)定，這些都能夠經(jīng)過PLC軟件編程來實現(xiàn)。2.程序設計如圖7-42所示梯形圖模擬量模塊以EM235或EM231+EM232為例。圖7-42PID控制梯形圖圖7-42（續(xù)）

圖7-40溫度檢測和控制示意圖圖7-41PID控制示意圖7.4S7-200系列PLC的裝配、檢測和維護7.4.1PLC的安裝與配線1.PLC安裝（1）安裝方式S7-200的安裝方法有兩種：底板安裝和DIN導軌安裝。底板安裝是利用PLC機體外殼四個角上的安裝孔，用螺釘將其固定在底版上。DIN導軌安裝是利用模塊上的DIN夾子，把模塊固定在一個標準的DIN導軌上。導軌安裝既能夠水平安裝，也能夠垂直安裝。（2）安裝環(huán)境PLC適用于工業(yè)現(xiàn)場，為了保證其工作的可靠性，延長PLC的使用壽命，安裝時要注意周圍環(huán)境條件：環(huán)境溫度在0～55℃范圍內；相對濕度在35%～85%（3）安裝注意事項除了環(huán)境因素，安裝時還應注意：PLC的所有單元都應在斷電時安裝、拆卸；切勿將導線頭、金屬屑等雜物落入機體內；模塊周圍應留出一定的空間，以便于機體周圍的通風和散熱。另外，為了防止高電子噪聲對模塊的干擾，應盡可能將S7-200模塊與產(chǎn)生高電子噪聲的設備（如變頻器）分隔開。2.PLC的配線PLC的配線主要包括電源接線、接地、I/O接線及對擴展單元的接線等。（1）電源接線與接地PLC的工作電源有120/230V單相交流電源和24V直流電源。系統(tǒng)的大多數(shù)干擾往往經(jīng)過電源進入PLC，在干擾強或可靠性要求高的場合，動力部分、控制部分、PLC自身電源及I/O回路的電源應分開配線，用帶屏蔽層的隔離變壓器給PLC供電。隔離變壓器的一次側最好接380V，這樣能夠避免接地電流的干擾。輸入用的外接直流電源最好采用穩(wěn)壓電源，因為整流濾波電源有較大的波紋，容易引起誤動作。良好的接地是抑制噪聲干擾和電壓沖擊保證PLC可靠工作的重要條件。PLC系統(tǒng)接地的基本原則是單點接地，一般用獨自的接地裝置，單獨接地，接地線應盡量短，一般不超過20m，使接地點盡量靠近PLC。

交流電源接線安裝如圖7-42所示。說明如下：1用一個單極開關a將電源與CPU所有的輸入電路和輸出(負載)電路隔開。2用一臺過流保護設備b以保護CPU的電源輸出點以及輸入點，也能夠為每個輸出點加上保險絲。3當使用MicroPLC24VDC傳感器電源c時能夠取消輸入點的外部過流保護，因為該傳感器電源具有短路保護功能。4將S7-200的所有地線端子同最近接地點d相連接以提高抗干擾能力。所有的接地端子都使用14AWG或1.5mm2的電線連接到獨立接地點上(也稱一點接地)。5本機單元的直流傳感器電源可用來為本機單元的直流輸入e，擴展模塊f，以及輸出擴展模塊g供電。傳感器電源具有短路保護功能。6在安裝中如把傳感器的供電M端子接到地上h能夠抑制噪聲。

直流電源安裝如圖7-43所示。說明如下：1用一個單極開關a，將電源同CPU所有的輸入電路和輸出(負載)電路隔開。2用過流保護設備b、c、d，來保護CPU電源、輸出點，以及輸入點?；蛟诿總€輸出點加上保險絲進行過流保護。當使用Micro24VDC傳感器電源時不用輸入點的外部過流保護。因為傳感器電源內部具有限流功能。3用外部電容e來保證在負載突變時得到一個穩(wěn)定的直流電壓。4在應用中把所有的DC電源接地或浮地f（即把全機浮空，整個系統(tǒng)與大地的絕緣電阻不能小于50兆歐）能夠抑制噪聲，在未接地DC電源的公共端與保護線PE之間串聯(lián)電阻與電容的并聯(lián)回路g，電阻提供了靜電釋放通路，電容提供高頻噪聲通路。常取R=1M，C=4700pf。5將S7-200所有的接地端子同最近接地點h連接，采用一點接地，以提高抗干擾能力。624V直流電源回路與設備之間，以及120/230V交流電源與危險環(huán)境之間，必須進行電氣隔離。圖7-42120/230V交流電源接線圖7-4324V直流電源的安裝（2）I/O接線和對擴展單元的接線可編程控制器的輸入接線是指外部開關設備PLC的輸入端口的連接線。輸出接線是指將輸出信號經(jīng)過輸出端子送到受控負載的外部接線。I/O接線時應注意：I/O線與動力線、電源線應分開布線，并保持一定的距離，如需在一個線槽中布線時，須使用屏蔽電纜；I/O線的距離一般不超過300m；交流線與直流線，輸入線與輸出線應分別使用不同的電纜；數(shù)字量和模擬量I/O應分開走線，傳送模擬量I/O線應使用屏蔽線，且屏蔽層應一端接地。PLC的基本單元與各擴展單元的連接比較簡單，接線時，先斷開電源，將扁平電纜的一端插入對應的插口即可。PLC的基本單元與各擴展單元之間電纜傳送的信號小，頻率高，易受干擾。因此不能與其它連線敷設在同一線槽內。7.4.2PLC的自動檢測功能及故障診斷PLC具有很完善的自診斷功能，如出現(xiàn)故障，借助自診斷程序能夠方便的找到出現(xiàn)故障的部件，更換后就能夠恢復正常工作。故障處理的方法可參看S7-200系統(tǒng)手冊的故障處理指南。實踐證明，外部設備的故障率遠高于PLC，而這些設備故障時，PLC不會自動停機，可使故障范圍擴大。為了及時發(fā)現(xiàn)故障，可用梯形圖程序實現(xiàn)故障的自診斷和自處理。1.超時檢測機械設備在各工步的所需的時間基本不