《机电设备电控与维修教学课件作者刘凯工作任务13自动运料小车plc控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电设备电控与维修教学课件作者刘凯工作任务13自动运料小车plc控制系统设计（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工作任务13 自动运料小车PLC控制系统设计,【相关知识】 【教学实施】 【任务实施】 【知识扩展】,返回,【相关知识】,13.1 顺序功能图编程与应用 顺序功能图（SFC）又称为功能流程图，顺序功能图编程语言是基于工艺流程的高级语言，是一种描述顺序控制系统的图形表示方法。在用顺序控制法编程时，功能表图是很重要的工具。功能表图能够很清晰地表现出系统中工作步的功能、步与步之间的转换顺序及转换条件。 1.功能流程图简介 功能流程图是按照顺序控制的思想根据工艺过程，根据输出量的状态变化，将一个工作周期划分为若干顺序相连的步，在任何一步内，各输出量ON/OFF状态不变，但是相邻两步输出量的状态是不同的
2、。因此，可以将程序的执行分成各个程序步，通常用顺序控制继电器的位S0.0S31.7代表程序的状态步。使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件，又称步进条件。转换条件可以是外部的输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等；也可以是程序运行中产生的信号，如定时器、计数器的常开触头的接通等；还可能是若干个信号的逻辑运算的组合。,下一页,返回,【相关知识】,一个三步循环步进的功能流程如图13-2所示，功能流程图中的每个方框代表一个状态步，如图13-2所示中1、2、3分别代表程序的3步状态。与控制过程的初始状态相对应的步称为初始步，用双线框表示。可以分别用S0.0，S0.1，S0.2表示上述的
3、三个状态步，程序执行到某步时，该步状态位置1，其余为0。如执行第一步时，S0.0=1，而S0.1、S0.2全为0。每步所驱动的负载，称为步动作，用方框中的文字或符号表示，并用线将该方框和相应的步相连。状态步之间用有向连线连接，其表示状态步转移的方向，当有向连线上没有箭头标注时，方向为自上而下，自左而右。有向连线上的短线表示状态步的转换条件。 2.顺序控制指令 顺序控制用3条指令描述程序的顺序控制步进状态，指令格式见表13-2。 （1）顺序步开始指令（LSCR） 对于步开始指令而言，当顺序控制继电器位SX.Y=1时，该程序步执行。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,（2）顺序步转移指令（SCR
4、T） 其用于表示SCR段之间的转换，当使能输入有效时，将本顺序步的顺序控制继电器位复位，下一步顺序控制继电器位置位。 （3）顺序步结束指令（SCRE） SCRE为顺序步结束指令，每个SCR段结束必须使用SCRE指令。SCRE指令无操作数。 在使用顺序控制指令时应注意： 1）步进控制指令SCR只对状态元件S有效。为了保证程序的可靠运行，驱动状态元件S的信号应采用短脉冲。 2）当输出需要保持时，可使用S/R指令。 3）不能把同一编号的状态元件用在不同的程序中，例如，如果在主程序中使用S0.1，则不能在子程序中再使用。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,4）在SCR段中不能使用JMP和LBL指令，
5、即不允许跳入或跳出SCR段，也不允许在SCR段内跳转。 5）不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令。 6）当将顺序控制功能图转换成梯形图时，线圈不能直接和母线相连，所以一般在前面加上SM0.0的常开触头。 3.功能图的主要类型 （1）单序列 单序列是最基本的功能图，这种结构的功能图没有分支，每一个步后面只有一个单步，步与步之间仅有一个转换条件。图13-2即为单序列结构功能图。 （2）选择性序列 选择性分支又称为选择序列机构。如果从多个分支状态中只选择某一分支中的分支状态，则称为选择性分支。如图13-5所示，3个分支画在水平线之下，选择性分支的转移条件（短画线）画在分支上。每个分支必须
6、有一个或一个以上的转移条件。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,选择序列的开始称为分支，如图13-5所示中的步1之后有3个分支，但3个分支不能同时执行。例如当步1为活动步且满足条件a时，则转向步2。一旦选择了转向某一个分支，就不允许其他分支的首步成为活动步，因此各选择分支之间应加以联锁。选择序列的结束称为合并。无论哪个分支的最后一步成为活动步，当转移条件满足时，都要转向步5。 图13-6为具有两条选择分支输入并汇合输出的顺序功能图。在编写选择性序列梯形图时，各分支一般从左到右排列，且每一分支的编程方法和单流程的编程方法相同。其梯形图如图13-7所示。,上一页,返回,【相关知识】,（3）并行序
7、列结构 在实际应用中，一个顺序控制状态流有时必须分成两个或多个不同分支控制状态流，这就是并列序列结构或称之为并列性分支。当转换条件满足时，所有的分支序列被同时激活。特别注意：在合并控制流时，所有的分支控制流必须都完成，这样当转换条件都满足时，才能转移到下一个状态步。并列顺序控制用双水平线表示。在编写梯形图时，在最后分支之前的所有支路在SCR和SCRE之间不能写转移指令，而是在最后一条支路集中处理转移。图13-8为并列序列顺序功能图及梯形图。,上一页,返回,【教学实施】,13.2 自动运料小车PLC控制设计与编程 1.控制分析 此任务的动作是严格按照一定的先后顺序完成的，对于这样的PLC控制系统
8、，可以通过顺序控制编程完成设计。在设计时常采用程序流程图来描述顺序的控制步骤，再通过指令编写出符合设计要求的程序。顺序控制设计方法特别适合按先后顺序进行控制的系统。顺序控制设计法规律性很强，虽然编出的程序偏长，但程序结构清晰，可读性强。 2. PLC选型 此控制系统需要3个输入点和4个输出点，因此选择西门子CPU222 AC/DC/RLY。模块电源端和输出端连接220V AC电源，输入端使用PLC输出的24V DC电源。CPU222具有8个输入口和6个输出口，能够满足控制要求。,下一页,返回,【教学实施】,3.I/O口分配 根据本项目的控制要求，PLC需要3个输入点和4个输出点，其输入/输出点
9、的分配见表13-3。 4.控制电路设计 根据控制系统的要求和PLC的I/O分配，设计控制系统电路，并画出PLC的外部接线图，如图13-9所示。 5.程序设计 1）根据控制要求，设计自动运料小车PLC运行控制顺序功能图，如图13-10所示。 2）根据顺序功能图，编写自动运料小车PLC运行控制程序梯形图，如图13-11所示。,上一页,返回,【任务实施】,13.3 自动运料小车PLC控制接线与调试 13.3.1 实训准备 1.仪器和设备 实训时所需的仪器和设备见表13-4。 2.实训准备 （1）熟悉低压电气元件的结构及动作原理 在连接控制实验线路前，应熟悉西门子S7-200系列PLC的结构形式、输入
10、输出点数、动作原理及接线方式和方法。 （2）供电电源的检查 供电电源的质量直接影响PLC的使用可靠性，它也是故障率较高的部件，检查电压是否满足额定范围的85%110%并检查电压波动是否频繁。频繁的电压波动会加快电压模块电子元件的老化，建议加装稳压电源。,下一页,返回,【任务实施】,（3）PLC运行环境的检查 PLC运行环境温度为0 60，相对湿度为5%95%，过高或过低的环境温度和湿度会影响PLC的正常工作，缩短使用寿命。 （4）检查PLC的安装状态。 各PLC单元固定是否牢固，各种I/O模块端子是否松动，PLC通信电缆的子、母连接器是否完全插入并旋紧，外部连接线有无损伤。 （5）PLC除尘
11、吹扫内部灰尘，以保证风道的畅通和元件的绝缘。 13.3.2 实训操作 1.PLC控制程序的输入与编译 启动STEP7-Micro/WIN 32软件，输入PLC控制程序梯形图，进行编译和调试，具体步骤如下：,上一页,下一页,返回,【任务实施】,1）创建项目。 2）设置与读取PLC的型号。 3）选择编程语言和指令集。 4）确定程序的结构。 5）编写用户程序。 6）编译程序。 2.控制系统的安装、接线与检查 1）按照PLC控制系统外部接线图图13-9对控制系统进行正确的外部接线。 2）联接PC：将PC/PPI电缆的PC端连接到计算机的RS232通信口上（一般是串口COM1），将PC/PPI电缆的PP
12、I端连接到PLC的RS485通信口上。 3）在接线完成后，用万用表检查线路的通断，并分别检查主电路、控制电路。 4）给PLC通电，查看“POWER”指示灯是否正常点亮；启动PLC查看“RUN”指示是否正常，有无报警发生。,上一页,下一页,返回,【任务实施】,3.控制系统的运行调试与监控 1）参数设置：设置PC/PPI电缆小盒中的DIP开关，将通信的波特率设置为9.6Kbps；将PLC的方式开关设置在“STOP”位置，给PLC上电；打开STEP7-Micro/WIN 32软件并单点击菜单栏中的“PLC”“类型”选项，弹出“PLC类型”窗口，单击“读取PLC”选项检测是否成功或者从下拉菜单中选择C
13、PU224，单击“通信”按钮，系统弹出“通信”窗口，双击PC/PPI电缆的图标，检测通信成功与否。 2）如果已经成功地在运行STEP7-Micro/WIN 32的个人计算机和PLC之间建立通信，可以将程序下载至该PLC。 3）将CPU上的RUN/STOP开关拨到“RUN”位置；CPU上的黄色“STOP”状态指示灯灭，绿色指示灯亮。 4）在STEP7-Micro/WIN软件中使用菜单命令“PLC”“RUN（运行）”和“PLC”“STOP（停止）”或者使用工具栏按钮 和 改变CPU的运行状态。,上一页,下一页,返回,【任务实施】,5）按照控制系统要求，接通I0.0对应的按钮，观察运行结果。 6）对
14、控制程序进行运行监控，可以进行程序状态监控、状态表监控和趋势图监控。 7）实验结束。 实验工作结束后，应切断电动机的三相交流电源。 拆除控制线路、主电路和有关实验电器。 将各电气设备和实验物品按规定位置安放整齐。 4.任务评价 考核评价及配分表见表13-5。,上一页,返回,【知识扩展】,PLC的检修与维护 为了保障PLC系统的正常运行，定期对PLC系统进行检查和维护是必不可少的，而且还必须熟悉一般故障诊断和排除方法。 1.定期检查 PLC是一种工业控制设备，尽管在可靠性方面采取了许多措施，但工作环境对PLC影响还是很大的。因此，通常每隔半年时间应对PLC做定期检查。如果PLC的工作条件不符合表
15、13-6规定的标准，则要做一些应急处理，以便使PLC工作在规定的标准环境中。 2.故障查找与处理 PLC有很强的自诊断能力，当PLC自身出现故障或外围设备出现故障时，都可用编程器和PLC上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮、灭来诊断，见表13-7、表13-8、表13-9。,下一页,返回,【知识扩展】,3. PLC日常维护 1）PLC系统的定期检修维护主要是由专业工程师来完成，PLC系统在正常生产运行过程中，其程序是不会发生变化的，PLC系统的程序错误和模板硬件故障经常发生在PLC系统停送电时，因此在日常检修时只需断开PLC输入、输出等外围工作电源，而PLC主机架及远程站的通信电源不宜断开。 2
16、）影响PLC控制系统稳定运行的主要因素是外部输入信号和执行元件，而它们是有变化趋势的，因此日常的点检维护非常重要，除了要保持PLC设备的清洁、接线端子的清洁和接线紧固外，也可通过对一些异常现象的分析来判定可能产生的故障和故障原因。 4. PLC故障判断 （1）通过数字量输入模板的发光二极管来分析判定 所有的数字量输入模板都有输入指示的发光二极管，输入端的一次电路与二次电路之间采用光电耦合隔离，当输入回路闭合时，输入指示的发光二极管亮。通常输入电压为DC 24 V，当电压为1328 V时为“1”电平。,上一页,下一页,返回,【知识扩展】,1）当某一通道的发光二极管发光变暗，说明外部输入回路的接线端子或触头出现接触不良现象，要及时紧固接线或处理触头。 2）当几组使用同一电源单元的通道的发光二极管发光都变暗，说明其公共电源电压下降，要及时检查或更换电源模板。 （2）通过记录正常状态来进行分析比对 PLC控制系统在停产检修后重新开机运行往往不是很顺利，其主要原因是外部联锁条件（水系统、液压系统、选择开关等）不满足。为了尽快确认开机条件，可将PLC控制系统
