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1、项目五 送料小车自动往返的PLC控制,电气控制与PLC技术应用,职业核心能力培养探索,项目五 送料小车自动往返的PLC控制,小车往返运动控制广泛应用于工业生产设备中。下图是小车自动往复循环示意图和电路图，它利用行程开关实现往复运动控制的，通常叫做行程控制。,利用可编程控制器对小车进行更优秀的控制。图5-2是用西门子S7-200 PLC控制小车往返运动的电路图。通过本项目的实施，我们了解PLC的产生、结构、工作原理、编程语言，掌握PLC的结构、端口、工作原理、基本指令、控制程序设计调试方法等基本知识和技能。,西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S
2、7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。,可编程控制器主要由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成,CPU：它在系统监控程序的控制下工作，通过扫描方式，将外部输入信号的状态写入输入映象寄存区域，PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，按指令规定的任务进行数据的传送、逻辑运算、算术运算等，然后将结果送到输出映像寄存区域。 存储器：由只读存储器ROM、随机存储器RAM和
3、可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。,I/O单元及I/O扩展接口 外设接口电路：用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设接口组成PLC的控制网络。 电源单元：把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。,输入接口电路 由于生产过程中使用的各种开关、按钮、传感器等输入器件直接接到PLC输入接口电路上，为防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号，输入接口电路必须有很强的抗干扰能力。光电耦合器提高抗干扰能力。 光电耦合器工作原理是：发光二极管有驱动电流流过时，导通发光，光敏三极管接收到光线，由截止变为导通，将输入信号送入
4、PLC内部。,（1）小型继电器输出形式，这种输出形式既可驱动交流负载，又可驱动直流负载。它的优点是适用电压范围比较宽，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强。缺点是动作速度较慢，动作次数（寿命）有一定的限制。建议在输出量变化不频繁时优先选用。,（2）大功率晶体管或场效应管输出形式，这种输出形式只可驱动直流负载。它的优点是可靠性强，执行速度快，寿命长。缺点是过载能力差。适合在直流供电、输出量变化快的场合选用。,（3）双向晶闸管输出形式，适合驱动交流负载。由于双向可控硅和大功率晶体管同属于半导体材料元件，所以优缺点与大功率晶体管或场效应管输出形式的相似，适合在交流供电、输出量变化快的场合选用。
5、,PLC循环工作 扫描周期,1.扫描输 入端口,2.执行用 户程序,3处理通 信请求,4.CPU 自诊断,5.写输 出端口,1. 输入/输出点数：可编程控制器的I/O点数指外部输入、输出端子数量的总和。 2. 存储容量：PLC的存储器由系统程序存储器，用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和。 3. 扫描速度：可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成1次扫描所需的时间叫做扫描周期。 4. 指令系统：指令系统是指PLC所有指令的总和。可编程控制器的编程指令越多，软件功能就越强。 5. 通信功能：通信有PLC之间的通信和PLC与其他设备之间的通信。
6、通信主要涉及通信模块，通信接口，通信协议和通信指令等内容。,小型PLC的I/O点数小于256点，以开关量控制为主，具有体积小、价格低的优点。可用于开关量的控制、定时/计数的控制、顺序控制及少量模拟量的控制场合，代替继电器-接触器控制在单机或小规模生产过程中使用。 中型PLC的I/O点数在2561024之间，功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂系统的逻辑控制和闭环过程的控制。 大型PLC的I/O点数在1024点以上。用于大规模过程控制，集散式控制和工厂自动化网络。,工作方式开关有3个挡位：STOP、TERM（Terminal）、RUN。 1、把方式开关切到STOP位，可以停止
7、程序的执行。 2、把方式开关切到RUN位，可以起动程序的执行。 3、把方式开切到TERM（暂态）或RUN位，允许STEP7- Micro/WIN32软件设置CPU工作状态。 如果工作方式开关设为STOP或TERM，电源上电时，CPU自动进入STOP工作状态。设置为RUN时，电源上电时，CPU自动进入RUN工作状态。,把方式开关切换到TERM（暂态），可以使用STEP 7-Micro/WIN32编程软件设置工作方式。 在程序中插入一个STOP指令，CPU可由RUN方式进入STOP工作方式。,1.数字量扩展模块 S7-200PLC系列目前总共可以提供3大类共9种数字量输入输出扩展模块。 2. 模拟
8、量扩展模块模拟量扩展模块提供了模拟量输入/输出的功能 3. 热电偶、热电阻扩展模块 4. PROFIBUS-DP通信模块,最基本的存储单位是位(bit)，8位二进制数组成1个字节(Byte)，其中的第0位为最低位(LSB)，第7位为最高位(MSB)。两个字节（16位）组成1个字(Word)，两个字（32位）组成1个双字（Double word）。把位、字节、字和双字占用的连续位数称为长度。 PLC的数据类型可以是字符串、布尔型（0或1）、整数型和实数型（浮点数）。布尔型数据指字节型无符号整数；整数型数包括16位符号整数（INT）和32位符号整数（DINT）。实数型数据采用32位单精度数来表示。
9、 常数：十进制：1234 ； 十六进制：16#3AC6 ；二进制：2#1010 0001 1110 0000； ASCII码：“Show”；实数（浮点数）：+1.175495E-38（正数）， -1.175495E-38（负数）,1. 直接寻址 直接寻址是在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称（区域标志）和地址编号，直接到指定的区域读取或写入数据。有按位、字节、字、双字的寻址方式，如图2-8所示。 2. 间接寻址 （1）创建指针。指针为双字，存放的是另一存储器的地址，只能用V、L或累加器AC作指针。（2）利用指针存取数据。操作数前加“*”号表示该操作数为地址指针。例如：MOVW *AC1 A
10、C0 ，指令将AC1中的内容为起始地址的一个字长的数据（即VB200，VB201内部数据）送入AC0内。,1. 输入映像寄存器（输入继电器） （1）输入映像寄存器的工作原理输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口。PLC中的“继电器”与继电器控制系统中的继电器有本质性的差别，是“软继电器”，它实质是存储单元。 （2）输入映像寄存器的地址分配S7-200输入映像寄存器区域有IB0IB15共16个字节的存储单元。系统对输入映像寄存器是以字节（8位）为单位进行地址分配的。,2. 输出映像寄存器（输出继电器） （1）输出映像寄存器的工作原理 ,“输出继电器”是用来将输出信号传送到负载的接口，每
11、一个“输出继电器”线圈都与相应的PLC输出相连，并有无数对常开和常闭触点供编程时使用。 （2）输出映像寄存器的地址分配,S7-200输出映像寄存器区域有QB0QB15共16个字节的存储单元。系统对输出映像寄存器也是以字节（8位）为单位进行地址分配的。,3. 内部标志位存储器（中间继电器）M 内部标志位存储器，用来保存控制继电器的中间操作状态，其作用相当于继电器控制中的中间继电器，内部标志位存储器在PLC中没有输入/输出端与之对应，其线圈的通断状态只能在程序内部用指令驱动，其触点不能直接驱动外部负载，只能在程序内部驱动输出继电器的线圈，再用输出继电器的触点去驱动外部负载,5. 特殊标志位存储器S
12、M PLC中还有若干特殊标志位存储器, 特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能，用来在CPU和用户程序之间交换信息，特殊标志位存储器能以位、字节、字或双字来存取，CPU224的SM的位地址编号范围为SM0.0SM179.7共180个字节。其中SM0.0SM29.7的30个字节为只读型区域。,SM0.0：运行监视。当PLC处于运行（RUN）状态时SM0.0始终为“1”状态。当PLC运行时可以利用其触点驱动输出继电器，在外部显示程序是否处于运行状态。 SM0.1：初始化脉冲。每当PLC的程序开始运行时，SM0.1线圈接通一个扫描周期，因此SM0.1的触点常用于启动控制程序中只执行一次的初使化程
13、序。 SM0.3：开机进入RUN时，接通一个扫描周期，可用在启动操作之前，给设备提前预热。 SM0.4：输出占空比为50%的时钟脉冲。当PLC处于运行状态时，产生周期为1min的时钟脉冲，若将时钟脉冲信号送入计数器作为计数信号，可起到定时器的作用。 SM0.5：占空比为50%的时钟脉冲。当PLC处于运行状态时，产生周期为1s的时钟脉冲。,6. 局部变量存储器L 局部变量存储器L用来存放局部变量，局部变量存储器L和变量存储器V十分相似，主要区别在于全局变量是全局有效，即同一个变量可以被任何程序（主程序、子程序和中断程序）访问。而局部变量只是局部有效，即变量只和特定的程序相关联。,在可编程控制器中
14、有多种程序设计语言,它们是梯形图、语句表、功能块图等。1. 梯形图（Ladder Diagram）程序设计语言用图形的方式进行逻辑运算、数据处理、数据的输入输出等达到控制目标的程序表现形式。,触点,线圈,指令盒,2. 语句表（Statement List）程序设计语言语句表程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。 (1) 采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆； (2) 在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计； (3) 用编程软件可以将语句表与梯形图可以相互转换。 3.功能块图（Function Block Diagram）程序设计语
15、言 功能块图程序设计语言是采用逻辑门电路的编程语言。功能块图指令由输入、输出段及逻辑关系函数组成。,1. 逻辑取及线圈指令LD/LDN LD（load）：对应梯形图为在左侧母线或线路分支点处初始装载一个常开触点。将触点对应的寄存器位的值读到PLC的逻辑运算器中来。常开触点逻辑运算的开始。 LDN（load not）：对应梯形图则为在左侧母线或线路分支点处初始装载一个常闭触点。将触点对应的寄存器位的值读到PLC的逻辑运算器中来并进行取反。常闭触点是逻辑运算的开始。 =（OUT）：输出指令，对应梯形图则为线圈驱动。,网络1 LD I0.0 /装载常开触点 = M1.5 /输出线圈 网络2 LDN
16、M1.5 /装载常闭触点 = Q0.2 /输出线圈,2. 触点串联指令A(And)、AN(And Not) A(And)：与操作，在梯形图中表示串联连接单个常开触点。取触点对应的寄存器位的值，并跟PLC逻辑运算器的原来的值进行与运算，结果存放在PLC的逻辑运算器中。 AN(And not)：与非操作，在梯形图中表示串联连接单个常闭触点。取触点对应的寄存器位的值并且进行取反，再跟PLC逻辑运算器的原来的值进行与运算，结果存放在PLC的逻辑运算器中。,网络1 LD I0.0 A I0.1 = M0.0 网络2 LDN I1.1 A m10.1 AN M0.0= Q0.0 A Q0.1 = Q0.7,3. 触点并联指令：O（Or）/ON（Or not） O： 或操作，在梯形图中表示并联连接一个常开触点。取触点对应的寄存器位的值，并跟PLC逻辑运算器的原来的值进行或运算，结果存放在PLC的逻辑运算器中。 ON： 或非操作，在梯形图中表示并联连接一个常闭触点。取触点对应的寄存器位的值并且进行取反，再跟PLC逻辑运算器的原来的值进行或运算，结果存放在PLC的逻辑运算器中。,
