《PLC應用技術（西門子S7-1200）（第二版）》 課件 項目五 工業(yè)洗衣機的PLC控制

項目五

工業(yè)洗衣機的PLC控制

掌握S7-1200計數器指令格式、數據類型，計數器的基本應用。

掌握順序控制程序設計的方法一學習目標2024/10/225.1計數器指令二知識講座S7-1200CPU的計數器指令采用IEC標準，定時器的數據類型為IEC_COUNTER,數據長度為6個字節(jié)。使用計數器需要制定相應的背景數據塊來存儲定時器指令的數據，在博圖軟件中插入計數器指令時，系統會自動分配并創(chuàng)建數據塊（DB），用戶程序中可以使用計數器的數量僅受CPU存儲容量的限制。2024/10/225.1計數器指令二知識講座S7-1200CPU包含3種計數器：加計數器（CTU）、減計數器（CTD）和加減計數器（CTUD），3種計數器指令符號如圖5-1所示。計數器器引腳匯總表如表5-1所示。2024/10/22二知識講座

名稱數據類型說明

輸入CU（CountUP）/CD（CountDown）Bool信號輸入端，可以不在引腳處加入沿信號RBool計數器復位信號端，將CV清0，在CTU、CTUD中出現LDBool預設值的裝載控制端，CTD、CTUD中出現PV整數預設計數值

輸出QBool信號輸出端，當計數器當前值CV≥PV時，狀態(tài)為1QDBool信號輸出端，當計數器當前值CV≤0時，狀態(tài)為1QUBool信號輸出端，當計數器當前值CV≥PV時，狀態(tài)為1CV整數當前計數值表5-1計數器引腳匯總表2024/10/22二知識講座1.加計數器（CTU）

在加計數器指令中，每當CU從0變?yōu)?時，CV加1，當CV=PV時，Q=1。此后，每當CU從0變?yōu)?，Q端保持輸出1，CV值繼續(xù)增加，直到CV達到指定的數據類型的最大值。在任意時刻，只要R端的狀態(tài)為1，Q=0，CV立即停止計數并回到0。加計數器指令應用如圖5-2所示。圖5-2加計數器指令應用及波形圖2024/10/22二知識講座2.減計數器（CTD）

在減計數器指令中，每當CD從0變?yōu)?時，CV減1，當CV=0時，Q=1。此后，每當CD從0變?yōu)?，Q端保持輸出1，CV繼續(xù)減少直到達到計數器指定的數據類型的最小值。在任意時刻，只要LD端的狀態(tài)為1，Q=0，CV立即停止計數并回到PV值。減計數器指令如圖5-3所示。圖5-3減計數器指令應用及波形圖2024/10/22二知識講座3.加減計數器（CTUD）

在加減計數器指令中，每當CU從0變?yōu)?，CV就加1，每當CD從0變?yōu)?，CV就減1。當CV≥PV時，QU=1，當CV＜PV時，QU=0；當CV≤0時，QD=1，當CV＞0時，QD=0。CV的上下限值取決于計數器指定的整數類型的最大值與最小值。在任意時刻，只要R從0變?yōu)?，QU=0，CV立即停止計數并復位為0；只要LD為1，QD=0，CV立即停止計數并回到PV值。加減計數器指令應用如圖5-4所示。圖5-4加減計數器指令應用及波形圖2024/10/225.2順序控制設計與順序控制功能圖二知識講座1.順序功能圖

順序控制就是按照生成工藝預先規(guī)定的順序，控制各個執(zhí)行機構自動的有序的進行運行，它是一種按時間順序或邏輯順序進行控制的開環(huán)控制，也稱步進控制。

在工業(yè)控制中，順序控制應用非常廣泛，例如搬運機械手的運動控制、產品包裝生產線的控制、工業(yè)洗衣機的控制等。順序控制包含三個要素：工作任務、轉移條件和轉移目標。2024/10/22二知識講座1.順序功能圖

順序功能圖（SFC，SequentialFunctionChart），又稱為狀態(tài)轉移圖或功能表圖，它是描述控制系統的控制過程、功能和特性的一種圖形，也是設計順序控制程序的工具。順序功能圖是采用IEC61131國際標準的的編程語言，有的PLC為用戶提供了順序功能圖語言，例如西門子S7系列中，S7-300/400/1500的S7-Graph語言，三菱PLC中的FX系列中也為用戶提供順序功能圖編程語言。

使用順序控制方法，首先根據工藝流程設計畫出順序功能圖，然后根據順序功能圖畫出梯形圖或寫出指令表。

順序控制功能圖主要由步、有向連線、轉換、轉換條件和動作（或命令）組成。2024/10/22二知識講座1.順序功能圖（1）步。

順序功控制設計就是將順序控制設計法將系統的一個工作周期劃分成若干順序相連的階段，這些階段稱為步，并且用編程元件（用位存儲器M）代表各步。當系統正處于某一步所在的階段時，稱為該步處于活動狀態(tài)，即“活動步”。步處于活動狀態(tài)時，相應的動作被執(zhí)行；處于不活動狀態(tài)時，相應的非存儲型的動作被停止執(zhí)行。

系統的初始狀態(tài)相對應的“步”稱為初始步，初始狀態(tài)一般是系統等待起動命令、復位的相對靜止的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示，每一個順序功能圖至少應有一個初始步。2024/10/22二知識講座1.順序功能圖（2）有向連線。

在順序功能圖中，隨著時間的推移或邏輯關系的變化，會發(fā)生步的活動狀態(tài)的進展，步之間進展的路線和方向用有向連線表示，有向連線是垂直或水平。步的進展方向一般是從上到下，從左到右。如果步之間進展的方向不是遵守上述習慣就必須增加箭頭，箭頭表示步進展的方向。（3）轉換與轉換條件

在兩步之間的垂直短線為轉換，其線上的橫線為編程元件觸點，它表示從上一步轉到下一步條件，使系統由當前步進入下一步的信號稱為轉換條件。轉換條件可以是外部的輸入信號，例如按鈕、指令開關、限位開關、傳感器信號的接通或斷開；也可以PLC內部產生的信號，例如定時器、計數器等；轉換條件可以是單個信號，也可以是多個信號的邏輯組合。2024/10/22二知識講座2.順序功能圖的基本結構圖5-5單流程結構圖（1）單流程結構。單流程結構是只有一條流程的結構。每一步后面只有一個轉換，每個轉換后面只有一步。各個步按順序執(zhí)行，上一步執(zhí)行結束，轉換條件成立，立即執(zhí)行下一步，同時關斷上一步。單流程結構圖如圖5-5所示。2024/10/22二知識講座2.順序功能圖的基本結構圖5-6選擇性結構圖

（2）選擇流程結構圖。由兩個及兩個以上的分支結構組成，但只能從中選擇一個分支執(zhí)行的結構稱為選擇性流程結構，如圖5-6所示。選擇性流程結構的特點是：當有多條路徑可選擇時，只允許選擇其中一條路徑來執(zhí)行，選擇哪條路徑取決于哪一條路徑的轉換條件首先變?yōu)?。圖5-6中，第1步后面有兩個分支，如果條件c=1，則執(zhí)行第2步，如果f=1，則執(zhí)行第4步。第6步為匯合步，不管選擇哪條分支，只要滿足轉換條件，最終會匯合到第6步。2024/10/22二知識講座2.順序功能圖的基本結構圖5-7并行流程結構圖（3）并行流程結構。由兩個及兩個以上的分支組成，當某個轉移條件滿足后使多個分支同時執(zhí)行的結構稱為并行流程結構。為了強調轉換的同步實現，并行流程結構開始與匯合處的水平連線用雙水平線表示。并行流程結構如圖5-7所示。

并行分支與匯合結構的特點是：若有多條路徑，且必須同時執(zhí)行；在各條路徑都執(zhí)行后，才會繼續(xù)往下執(zhí)行。在圖5-7中，第1步后面有兩個分支，如果轉換條件a=1，則同時執(zhí)行第2步和第4步；如果轉換條件d=1，則兩個分支匯合到第6步。2024/10/22三工作任務任務

工業(yè)洗衣機的PLC控制1.任務要求

按下啟動按鈕，首先進水，到高水位后時停止進水，開始洗滌。正轉洗滌15S，暫停3S后反轉洗滌15S，暫停后再正轉洗滌，如此反復20次。完成洗衣機過程后自動停機。2024/10/22任務

工業(yè)洗衣機的PLC控制2.任務分析圖5-8工業(yè)洗衣機的工作流程圖

工業(yè)洗衣機正反洗滌主要由交流電機的正反轉控制，并且整個工作過程都是按固定的流程進行的，工作流程圖如5-8所示，因此，可以采用順序控制實現洗衣機的自動控制。2024/10/221.控制系統設計

根據任務分析可知，工業(yè)洗衣機控制有啟動按鈕、停止按鈕和過載保護3個輸入信號，交流電機正轉和反轉兩個輸出信號，因此，必須選擇繼電器輸出類型，且輸入點數大于3和輸出點數大于2的PLC。本項目選擇PLC選型為CPU1212CDC/DC/RLY，訂貨號6ES7-212-1HE40-0XB0。任務

工業(yè)洗衣機的PLC控制2024/10/222.I/O地址分配輸入信號輸出信號輸入元件作用輸入繼電器輸出元件作用輸出繼電器SB0停止按鈕I0.0KM1正轉接觸器Q0.0SB1啟動按鈕I0.1KM2反轉接觸器Q0.1FR過載保護I0.2

表5-2工業(yè)洗衣機I/O地址分配表任務

工業(yè)洗衣機的PLC控制2024/10/223.系統接線圖工業(yè)洗衣機控制電路接線圖任務

工業(yè)洗衣機的PLC控制2024/10/224.PLC程序設計工業(yè)洗衣機變量表任務

工業(yè)洗衣機的PLC控制2024/10/22（2）順序功能圖。工業(yè)洗衣機順序功能圖根據圖工作流程圖可以畫出工業(yè)洗衣機的順序功能圖，如圖5-11所示。本項目中，總共6步分別對應6個狀態(tài)，每一步用一個位存儲器來表示，從M0.0∽M0.5。M0.0為起始步，系統初始化、控制停止和過載保護；M0.1步為洗衣機正轉；M0.2步為正轉暫停；M0.3步為洗衣機反轉；M0.4步為反轉暫停；M0.5步為循環(huán)計數。任務

工業(yè)洗衣機的PLC控制2024/10/22（3）程序設計。

程序段1：系統初始化、停止和過載保護功能。任務

工業(yè)洗衣機的PLC控制2024/10/22

程序段2：系統啟動。按下啟動按鈕，激活M0.1，洗衣機正轉。任務

工業(yè)洗衣機的PLC控制

程序段3：M0.1激活并計時15S，當洗衣機正轉洗滌15S后，正轉停止，同時轉移到M0.2步。2024/10/22

程序段4：M0.2步被激活，暫停3S計時開始

程序段5：暫停3S時間到，M0.3步被激活，洗衣機反轉洗滌，并計時15S。任務

工業(yè)洗衣機的PLC控制2024/10/22

程序段6：洗衣機反轉洗滌15S后，M0.4步被激活，洗衣機暫停3S。

程序段7：暫停時間，M0.5步被激活，計數器計數1次。任務

工業(yè)洗衣機的PLC控制2024/10/22

程序段8：當計數次數未到，繼續(xù)進行正反轉循環(huán)洗滌過程，激活M0.1步進入

下一個循環(huán)；當計數次數達到循環(huán)次數，激活M0.0步，系統自動停止。任務

工業(yè)洗衣機的PLC控制2024/10/22五任務拓展一1.任務要求及分析

上述項目任務只實現了洗衣機的部分功能，因此在拓展項目，完善洗衣機的控制功能，控制要求如下：洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥控制。進水時，控制系統使進水電磁閥打開，將水注入桶內；排水時，控制系統使排水電磁閥打開，將水排出桶外。洗滌和脫水由同一臺電機拖動，通過電磁離合器來控制，將動力傳遞給洗滌波輪或甩干桶。電磁離合器失電失電，電動機帶動洗滌波輪實現正、反轉，進行洗滌；電磁離合器得電，電動機帶動甩桶單向旋轉，進行甩干（此時波輪步轉）。按下啟動按鈕，首先進水，到高水位后時停止進水，開始洗滌。正轉洗滌15S，暫停3S后反轉洗滌15S，暫停后再正轉洗滌，如此反復20次。洗滌結束后，開始排水，當水位下降到低水位時，進行脫水（同時排水），脫水時間為10S。這樣就完成了一次從進水到脫水的大循環(huán)過程。經過3次大循環(huán)后，完成洗衣過程并報警，報警10S后結束整個洗衣過程，洗衣機自動停止。系統流程圖如圖5-13所示。圖5-13洗衣機系統流程圖2024/10/22五任務拓展一2.任務實施（1）控制系統設計。

根據任務和分析可知，工業(yè)洗衣機控制有啟動按鈕、停止按鈕、過載保護、高水位開關和低水位開關等5個輸入信號，有交流電機電機正轉、反轉、進水電磁閥、排水電磁閥、脫水離合器和蜂鳴器等6個輸出信號，因此，必須選擇繼電器輸出類型，且輸入點數大于等于5個和輸出點數大于等于6個的PLC。本項目選擇PLC選型為CPU1212CDC/DC/RLY，訂貨號6ES7-212-1HE40-0XB0。2024/10/22五任務拓展一2.任務實施（2）I/O地址分配。輸入信號輸出信號輸入元件作用輸入繼電器輸出元件作用輸出繼電器SB0停止按鈕I0.0KM1正轉接觸器Q0.0SB1啟動按鈕I0.1KM2反轉接觸器Q0.1FR過載保護I0.2KA1進水電磁閥Q0.2SQ1高水位開關I0.3KA2排水電磁閥Q0.3SQ2低水位開關I0.4KA3脫水離合器Q0.4

KA4報警蜂鳴器Q0.5

表5-3工業(yè)洗衣機I/O分配表2024/10/22五任務拓展一（3）系統接線圖。圖5-14工業(yè)洗衣機控制電路接線圖2024/10/22五任務拓展一（4）PLC程序設計工業(yè)洗衣機變量表2024/10/22五任務拓展一2）順序功能圖。工業(yè)洗衣機的順序功能圖

根據圖5-13的工作流程圖可以畫出工業(yè)洗衣機的順序功能圖，如圖5-15所示。本項目中，總共11步分別對應11個狀態(tài)，每一步用一個位存儲器來表示，從M0.0∽M1.2。M0.0為起始步，系統初始化、控制停止和過載保護；M0.1步為進水；M0.2步為正轉；M0.3步為正轉暫停；M0.4步為洗衣機反轉；M0.5步為反轉暫停；M0.6為正、反轉計數；M0.7為排水；M1.0步為甩干；M1.1為大循環(huán)計數；M1.2為蜂鳴器報警。2024/10/223程序設計。

程序段1：系統初始化、停止和過載保護功能。

程序段2：按下啟動按鈕，M0.1步被激活，開始進水。

2024/10/22五任務拓展一

程序段3：當桶內水位達到高水位時，高水位限位開關閉合，M0.2步被激活，M0.1步被置位，停止進水。程序段4：M0.2步被激活，洗衣機正轉15S。2024/10/22五任務拓展一程序段5：洗衣機正轉15S后，M0.3步被激活，暫停3S。

程序段6：暫停3S后，M0.4步被激活，洗衣機反轉。2024/10/22五任務拓展一

程序段7：洗衣機反轉15S后，M0.5步被激活，暫停3S。

程序段8：暫停3S，M0.6步被激活，進行正、反轉計數；當20次循環(huán)結束后，洗衣

機開始排水，同時給計數器C0復位，準備下一次的正反轉計數。2024/10/22五任務拓展一圖5-16梯形圖

程序段8：暫停3S，M0.6步被激活，進行正、反轉計數；當20次循環(huán)結束后，洗衣

機開始排水，同時給計數器C0復位，準備下一次的正反轉計數。2024/10/22五任務拓展一

程序段9：如果正反轉未達到20次，M0.2步被激活，再次進行正反轉洗滌；如果正反轉次數達到20次，M0.7步被激活，開始排水。

程序段10：M0.7步被激活，洗衣機開始排水，當達到低水位時，M1.0步被激活，洗衣機進入甩干階段。2024/10/22五任務拓展一

程序段11：甩干10S后，M1.1步被激活。

程序段12：甩干10S后，M1.1被激活，進行3次大循環(huán)計數。2024/10/22五任務拓展一

程序段13：當大循環(huán)次數未達到3次時，M0.1步被激活，洗衣機再次進行進水、正反轉、排水和甩干的大循環(huán)；當大循環(huán)次數達到3次時，M1.2步被激活。2024/10/22五任務拓展一

程序段14：M1.2步被激活，蜂鳴器報警10S，然后洗衣機自動停止。程序段15：M0.2步或M1.0步被激活，洗衣機正轉；M0.4步被激活，洗衣機反轉。2024/10/22五任務拓展一圖5-16梯形圖

程序段16：M0.1被激活，洗衣機開始進水；M0.7步被激活，洗衣機開始排水。

程序段17：M1.0步被激活，脫水離合器得電，準備脫水；M1.2步被激活，洗衣過程結束，蜂鳴器報警。2024/10/22五任務拓展二圖5-16梯形圖

用于順序控制程序的方法很多，在前面工作任務中用置位/復位指令實現了基于PLC的工業(yè)洗衣機控制，此處用比較指令和移動指令的組合來實現工作任務基PLC的工業(yè)洗衣機控制。1.控制系統設計

控制系統設計同前工作任務。2.I/O地址分配I/O地址分配同前工作任務。2024/10/22五任務