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1、PLC控制系统编程与实现,任 务 提 出,任 务 目 标,相 关 知 识,任 务 分 析,任 务 实 施,任 务 训 练,PLC控制系统编程与实现,一.任务提出,本任务要了解S7-200系列PLC应用的设计步骤，掌握S7-200系列PLC的选型与硬件配置，根据机械手的控制要求选择PLC型号并绘制出系统的接线图。,PLC控制系统编程与实现,1.了解S7-200系列PLC应用的设计步骤。 2.掌握S7-200系列PLC的选型与硬件配置。,二. 任务目标,PLC控制系统编程与实现,1.基本知识,(1) PLC应用的设计步骤,三.相关知识,PLC应用的设计，一般应按照下述几个步骤进行。, 熟悉被控对象
2、 首先要全面详细地了解被控对象的机械结构和生产工艺过程，了解机械设备的运动内容、运动方式和步骤，归纳出工作循环图或者状态（功能）流程图。 明确控制任务与设计要求 要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电气控制系统的基本要求。例如：机械运动部件的传动与驱动，液压、气动的控制，仪表、传感器等的连接与驱动等。归纳出电气执行元件的动作节拍表。电气控制系统的根本任务就是正确实现这个节拍表。, 制定电气控制方案 根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电气控制系统的工作方式，例如：全自动、半自动、手动、单机运行、多机联线运行等。还要确定电气控制系统应有的其他功能，例如：故障诊断与显示报警、紧急
3、情况的处理、管理功能、联网通信功能等。 确定电气控制系统的输入输出信号 通过研究工艺过程或机械运动的各个步骤、各种状态、各种功能的发生、维持、结束、转换和其他的相互关系，来确定各种控制信号和检测反馈信号、相互的换转和联系信号。还可以确定哪些信号需要输入PLC，哪些信号需要由PLC输出或者哪些负载要由PLC驱动，并分类统计出各输入输出量的性质及参数。,三.相关知识,(1) PLC应用的设计步骤, PLC的选型与硬件配置 根据以上各步骤所得到的结果，选择合适的PLC型号并确定各种硬件配置。 PLC元件的编号分配 对各种输入输出信号占用的PLC输入、输出端点及其他PLC元件进行编号分配，并设计出PL
4、C的外部接线图。 程序设计 设计出梯形图程序或语句表程序。,三.相关知识,(1) PLC应用的设计步骤, 模拟运行与调试程序 将设计好的程序输入PLC后，再逐条检查与验证，并改正程序设计时的语法、数据等错误，然后，可以在实验室里进行模拟运行与程序调试，观察在各种可能的情况下各个输入量、输出量之间的变化关系是否符合设计要求。如果发现问题，应及时修改设计和已传送到PLC中的程序，直到完全满足工作循环图或状态流程图的要求。 现场运行调试 完成以上各项工作后，即可将已初步调试好的程序传送到现场使用的PLC存储器中，PLC接入实际输入信号与实际负载，进行现场运行调试，及时解决调试中发现的问题，直到完全满
5、足设计要求，即可交付使用。,三.相关知识,(1) PLC应用的设计步骤,PLC的选型与硬件配置 PLC的选用与继电器接触器控制系统元件的选用不同。继电器接触器控制系统元件的选用，必须要在设计结束之后才能定出各种元件的型号、规格和数量以及确定控制盘、控制柜的大小等；而PLC的选用则在应用设计的开始即可根据工艺提供的资料及控制要求等预先进行。,三.相关知识,根据所需要的功能进行选择 基本原则是需要什么功能，就选择具有什么样功能的PLC，同时也适当兼顾维修、备件的通用性以及今后设备的改进和发展。 各种新型系列的PLC，从小型到中、大型已普遍可以进行PLC与PLC、PLC与上位计算机的通信与联网，具有
6、进行数据处理和高级逻辑运算、模拟量控制等功能。因此，在功能的选择方面，要着重注意对特殊功能的需求。一方面，要选择具有所需功能的PLC主机（即CPU模块）；另一方面，根据需要选择相应的模块（或扩展选用单元）。,三.相关知识,PLC的选用一般从以下几个方面来考虑:,根据输入输出的点数或通道数进行选择 多数小型机为整体式，同一型号的整体式PLC，除按点数分成许多档以外，还配以不同点数的I/O扩展单元，来满足对I/O点数的不同需求。 例如：FX2型PLC的主机分成16点、24点、32点、64点、80点和128点六档，同时配以I/O点数为8点、16点和24点的三种I/O扩展模块。模块式结构的PLC，采用
7、主机模块与输入、输出模块和各种功能模块分别选择组合使用的方式。I/O模块按点数可分为8点、16点、24点、32点、64点等，因此可以根据需要的I/O点数选用I/O模块与主机灵活地组合使用。 对于一个被控对象，所选用的I/O点数不会轻易发生变化，但是考虑到工艺和设备的改动，或I/O点的损坏、故障等，一般应保留1/8的裕量。,三.相关知识,根据输入、输出信号进行选择 除了I/O点的数量，还要注意输入与输出信号的性质、参数和特性要求等。例如：要注意输入信号的电压类型、等级和变化率；注意信号源是电压输出型还是电流输出型；注意是NPN输出型还是PNP输出型等。另外，也要注意输出端点的负载特点（例如：负载
8、电压、电流的类型）、数量等级以及对响应速度的要求等。据此来选择和配置适合输入、输出信号特点和要求的I/O模块。,三.相关知识,根据程序存储器容量进行选择 通常PLC的程序存储器容量以字或步为单位，例如1K字、4K步等。这里，PLC程序的单位步，是由一个字构成的，即每个程序步占一个存储器单元。 PLC应用程序所需要的存储器容量可以预先进行估算。根据经验数据，对于开关量控制系统，程序所需的存储器字数等于I/O信号总数乘以8。而对于有数据处理、模拟量输入、输出系统，所需要的存储器容量要大得多。例如：S7-226型PLC的一个模拟量输出信号需要14个字的存储器容量，而外部显示或打印需要40个字的存储器
9、容量。大多数PLC的存储器采用模块式的存储器盒，同一型号的PLC可以选配不同容量的存储器盒，实现可选择的多种用户程序的存储容量。,三.相关知识,2.拓展知识 主机I/O点数及扩展,三.相关知识,表1-6 CPU22X系列PLC主机的I/O点数及可扩展的模块数量,CPU22X主要技术指标,三.相关知识,表1-7 CPU22X主要技术性能指标,三.相关知识,三.相关知识,三.相关知识,1、机械结构 在图1-14中，机械手的所有动作均采用液压驱动。其中，它的上升/下降和左移/右移均采用双线圈三位电磁阀推动液压缸来完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持当前的机械动作，直到相反动作的线圈通电为止。例如：
10、当下降电磁阀线圈通电后，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持当前的下降动作状态，直到上升电磁阀线圈通电为止。机械手的夹紧/放松采用单线圈二位电磁阀推动液压缸来完成，线圈通电时执行夹紧工作，线圈断电时执行放松动作。,四.任务分析,根据控制要求选择PLC型号并绘制出系统的接线图。,控制要求分析如下：,为了保证动作准确到位，机械手上安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，分别对机械手进行下降、上升、右行、左行等动作的限位，并给出了动作到位的信号。另外，还安装了光电开关负责监测工作台B上的工件是否已移走，从而产生无工件信号，为下一个工件的下放做好准备。,图1-14 机械手的工作示意图,四.任务分析
11、,2、工艺过程 机械手的动作顺序、检测元件和执行元件的布置如图1-15所示。机械手的初始位置在原位，按下起动按钮后，机械手将依次完成：下降夹紧上升右移下降放松上升左移八个动作，实现机械手一个周期的动作。机械手的下降、上升、左移、右移的动作转换靠限位开关来控制，而夹紧、放松动作的转换由时间继电器来控制。,四.任务分析,图1-15 机械手控制系统的结构示意图,为了保证安全，机械手右移到位后，必须在工作台B上无工件时才能下降。若上一次搬到工作台B上的工件尚未移走，机械手应自动暂停等待。为此设置了一只光电开关，以检测“无工件”信号。,3、控制要求 工作台A、B上工件的传送不用PLC控制，机械手要求按一
12、定的顺序动作，其流程图如图1-16所示。,图1-16 机械手控制系统的流程图,四.任务分析,起动时，机械手从原点开始按顺序动作；停止时，机械手停止在现行工步上；重新起动时，机械手按停止前的动作继续进行。,手动工作方式：利用按钮对机械手的每一步动作单独进行控制，例如：按上 升按钮，机械手上升；按下降按钮，机械手下降。此种工作 方式可使机械手置原位。 单步工作方式：从原点开始，按自动工作循环的工序，每按一下起动按钮， 机械手完成一步的动作后自动停止。 单周期工作方式：按下起动按钮，从原点开始，机械手按工序自动完成一个 周期的动作后，停在原位。 连续工作方式：机构在原位时，按下起动按钮，机构自动连续
13、执行周期动 作。当按下停止按钮时，机械手保持当前状态。重新起动后 机械手按停止前的动作继续进行。,为满足生产要求，机械手设置手动工作方式和自动工作方式，而自动工作方式又分为单步、单周期和连续工作方式。,四.任务分析,1、输入、输出分析 根据控制要求进行分析，可得系统为开关量顺序控制系统。 输入共有14个开关量控制信号和一个四位多档转换开关： 起动按钮、停止按钮、下降按钮、上升按钮、左移按钮、右移按钮、夹紧按钮、放松按钮、上限位开关、下限位开关、左限位开关、右限位开关、无工件检测和模式选择开关。 输出共有6个开关量控制信号： 下降电磁阀、上升电磁阀、左移电磁阀、右移电磁阀、夹紧/放松电磁阀和原位
14、显示。,五.任务实施,2、控制程序容量估计 从控制要求可以看出，系统为开关量循环控制系统，每个工作循环共有10步，每一步只是完成一些简单的动作，程序比较简单，二百步内即可实现。 3、PLC选型 根据控制要求分析，PLC控制系统选用SIEMENS公司S7-200系列CPU224和EM221，其输入、输出端子的电气接线图如图1-17所示。 4、画出输入/输出接线图及相关的图样 控制系统PLC外部接线如图1-17所示。,五.任务实施,图1-17 机械手控制系统接线图,五.任务实施,六.评分标准,六.评分标准,某一机械手搬运产品控制系统控制要求如下： 1.按下停止按钮，一切动作停止。 2.有手动和自动
15、两种状态，手动与自动状态可以切换。 3.手动时，按下方向按钮，机械手向要求的方向运动。到了装料地 点，按下电磁阀按钮，机械手抓紧。到了卸料地点，机械手松开，卸料。,七.任务训练,4、当转换到自动状态时，如机械手不在原点，机械手先复位，回到原点。 然后按照路线运动。机械手运动路线：机械手臂左移左移至指定位置 后抓手张开夹紧物品机械手臂右移右移至指定位置后机械手臂上 升上升至指定位置后机械手臂左移左移至指定位置后上层检测到有 信号抓手张开将物品放下右移至指定位置后机械手臂下降下降至 指定位置。至此，一个工作周期结束。其机械手工作过程示意图如图1- 18所示，图中SQ1-SQ4为限位开关。,图1-18 机械手运动示意图,根据控制要求选择PLC型号并绘制出系统的接线图。,七.任务训练,Thank You !,
