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S7-200 PLC 四级传送带控制

目录

第一章绪论

1.1 PLC的产生和定义 (1)

1.1.1 PLC的产生 (1)

1.1.2 PLC的定义 (1)

1.2 PLC组成及特点 (2)

1.3 PLC的工作原理 (3)

1.4 PLC的编程语言 (4)

第二章四级传送带的控制要求与分析

2.1 四级传送带的控制要求 (5)

2.2 四级传送带的控制分析 (6)

2.2.1 项目初步分析 (6)

2.2.2项目实际应用功能完善 (6)

2.2.3 设计流程图 (7)

第三章PLC程序设计

3.1 输入/输出点的地址分配 (8)

3.2 PLC的选择与外围接线图 (8)

3.3 PLC程序设计思想 (9)

3.4 程序设计(一) (9)

3.5 程序设计(二) (15)

第四章PLC程序上级调试及修改

4.1 PLC的上机调试及出现的问题 (20)

4.2 问题处理与解决方法 (20)

4.3 PLC运行时程序状态监控图 (20)

总结 (23)

致谢 (24)

参考文献 (25)

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第一章绪论

1.1 PLC的产生和定义

1.1.1 PLC的产生

20世纪60年代末期,美国的汽车制造业竞争激烈,为了适应白热化的市场竞争要求,1968年美国通用汽车公司(GM)公开招标,对汽车流水线控制系统提出具体要求,归纳起来是:

(1)编程方便,可现场修改程序;

(2)维修方便,采用插件式结构;

(3)可靠性高于继电器控制装置;

(4)体积小于继电器控制盘;

(5)数据可直接送入管理计算机;

(6)成本可与继电器控制盘竞争;

(7)输入可以是交流市电(115V)(美国电压标准)

(8)输出为交流115V,容量要求在2A以上,可直接驱动接触器、电磁阀等;

(9)扩展时原系统改变小;

(10)用户程序存储器至少能扩展到4KB。

这就是著名的“GM十条”。1969年美国数字设备公司(DEC)中标后,制造出世界上第一台可编程序控制器。(Programmable Logic Controller, 简称PLC)16位和32位微处理器的应用,使PLC得到了惊人的发展,现在已经成为自动化技术的三大支柱之一

1.1.2 PLC的定义

PLC一直在飞速发展中,很长时间后才有了一个比较明确的定义。1987年,

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国际电工委员会(IEC)对PLC作出的定义如下:

“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境而设计。

它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种机械和生产过程。而有关的外围设备,都应按易于与工业系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。”定义强调了:

(1)PLC直接应用于工业环境。

(2)PLC是“数字运算操作的电子系统”,即计算机。

(3)PLC是用软件方式来实现“可编程”的。

1.2 PLC组成及特点

主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。PLC 结构框图如图1-1所示。

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图1-1 PLC结构框图

PLC能如此迅速发展,除了工业自动化的客观需求外,还因为他具有许多独特的优点。他较好到解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。以下是其主要特点。

(1)编程方法简单易学

(2)功能强,性能价格比高

(3)硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强

(4)可靠性高、抗干扰能力强

(5)系统的设计、安装、调试工作量少

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(6)维修工作量小,维修方便

(7)体积小、耗能低

1.3 PLC的工作原理

继电器控制系统是“硬连线逻辑系统”,采用的是并行工作方式;而PLC是一种工业控制计算机系统,采用的是串行工作方式。

概括而言,PLC是按集中输入、集中输出,周期性循环扫描的方式进行工作的。

每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。

PLC工作的全过程可分为三部分:

(1)上电处理(上电初始化)

(2)扫描过程

(3)出错处理

当PLC正常工作时,它将不断重复上图中的扫描过程。如果暂不考虑对远程I/O特殊模块和通信服务,扫描过程就只剩下“输入采样”、“程序执行”和“输出刷新”了。这三个阶段是PLC工作过程的中心内容。

(1)输入采样阶段

PLC在输入采样阶段,首先扫描所有输入端子,并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中。此时,输入映像寄存器被刷新。接着,进入程序执行阶段,在此阶段和输出刷新阶段,输入映像寄存器与外界隔离,无论输入信号怎样变化,其内容保持不变,直到下一个扫描周期的输入采样阶段,才重新写入输入端的新内容。

(2)程序执行阶段

根据PLC梯形图程序扫描原则,PLC按从左到右、从上到下的顺序执行用户程序。当指令中涉及输入、输出状态时,PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应的状态,从元件映像寄存器“读入”对应元件(“软继电器”)的当前状态。然后,进行相应的运算,运算结果再存入元件映像寄存器中。因此,每一个元件(不包括输入继电器)的状态会随着程序执行过程而变化的。

(3)输出刷新阶段

在所有用户程序的指令执行完毕后,元件映像寄存器中所有输出继电器的状

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态(接通/断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器中,最后经过输出端子驱动外部

负载,实现控制命令的输出.

1.4 PLC的编程语言

PLC提供的编程语言通常有:梯形图(LAD)、语句表(STL)、功能图(SFC)和功能块图(FBD)。

1. 梯形图(LAD)

梯形图(Ladder)编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。两者基本思想一致,只是在使用符号和表达式上有一定区别。梯形图中一个关键概念是“能流”(Power Flow),这只是概念上的“能流”。如果有“能流”从左至右流向线圈,则线圈被激励。如没有“能流”,则线圈未被激励。梯形图语言简单明了,易于理解,是所有编程语言的首选。

2. 语句表(STL)

语句表(Statements List)类似于计算机中的助记符语言,它是用一个或几个容易记忆的字符来代表PLC的某种操作功能。

3. 顺序功能流程图(SFC)

顺序功能流程图(Sequence Function Chart)编程是一种图形化的编程方法,亦称功能图。使用它可以对具有并行发生、多种选择等复杂结构的系统进行编程。许多PLC提供了用于SFC编程的指令。第六章详述。

4. 功能块图(FBD)

S7-200的PLC专门提供了功能块图(Function Block Diagram)编程语言,利用FBD可以查看到像普通逻辑门图形的逻辑框指令。它没有梯形图编程器中的触点和线圈,但有与之等价的指令,这些指令是作为逻辑框指令出现的,程序逻辑由这些逻辑框指令之间的连接决定。

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第二章四级传送带的控制要求与分析2.1 四级传送带的控制要求

多级传送带的控制在工农业生产中应用广泛,传送带之间的运行在顺序上有一定的要求,例如:正序启动,逆序停止等。因此,学会传送带的PLC控制系统的程序设计有很好的实际意义。

设计要求:

设计一个四级传送带的PLC控制系统。四级传送带意图如图2-1所示。

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图2-1 四级传送带示意图

生产工艺要求如下:

从上往下依次为一、二、三、四级传送带。

当按下启动按钮后,四级传送带开始工作,延时30秒后,三级传送带开始工作,延时30秒后,二级传送带开始工作,延时30秒后,一级传送带开始工作。

接点K1、K2、K3、K4分别为一、二、三、四级传送带的故障信号。当K1闭合时,一级传送带出现故障,一级传送带立即停止,延时30秒后,二级传送带停止运行,延时30秒后,三级传送带停止运行,延时30秒后,四级传送带停止运行。

当K2闭合时,二级传送带出现故障,一级、二级传送带立即停止,延时30秒后,三级传送带停止运行,延时30秒后,四级传送带停止运行。

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当K3闭合时,三级传送带出现故障,一级、二级、三级传送带立即停止,

延时30秒后,四级传送带停止运行。

当K4闭合时,四级传送带出现故障,一级二级、三级、四级传送带立即停止。

当故障排除后(K1、K2、K3、K4均断开),需重新按下启动按钮传送带才开始工作;若故障没有完全排除(K1、K2、K3、K4一个或一个以上接通),按下启动按钮传送带不工作。

当启动后按下停止按钮时,一级传送带立即停止,延时30秒后,二级传送带停止运行,延时30秒后,三级传送带停止运行,延时30秒后,四级传送带停止运行。

当在启动时按下停止按钮,传送带立即逆序停止,两台电机延时30S。

2.2 四级传送带的控制分析

2.2.1 项目初步分析

经过对项目的分析,四级传送带控制系统主体是四台电动机的正序启动和逆序停止,在此基础上添加启动时停车功能,故障停车功能。但是项目要求中缺少报警功能。

2.2.2项目实际应用功能完善

在实际现场应用中,故障的产生红往往伴随着声、光报警,提醒操作人员注意和维修技术人员的维修处理,以便故障尽快的排除,设备能够最短时间投入生产。

对此,对工程要求添加以下功能:

(1)当故障开关K1闭合时,传送带B1故障指示灯点亮,同时响铃报警;

(2)当故障开关K2闭合时,传送带B2故障指示灯点亮,同时响铃报警;

(3)当故障开关K3闭合时,传送带B3故障指示灯点亮,同时响铃报警;

(4)当故障开关K4闭合时,传送带B4故障指示灯点亮,同时响铃报警;

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(5)响铃时,按下消铃按钮,铃声停止但指示灯不熄灭,指示灯只有在排除故障后才熄灭。

2.2.3 设计流程图

根据项目要求,分析得到四级传送带程序设计流程图如图2-2。

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图2-2 四级传送带程序设计流程图

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第三章 PLC 程序设计

3.1 输入/输出点的地址分配

四级传送带具体的输入/输出点的地址分配表3-1:

表3-1PLC 接线端子分配表

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3.2 PLC 的选择与外围接线图

由输入/输出点的分配表可知,输入点为9点,输出点为9点,查看西门子PLC S7-200系列产品手册,选择CPU226CN/继电器24输入/16输出,可以满足要求。

外围接线示意图如图3-2。

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图3-2 四级传送带系统PLC 接线示意图

3.3 PLC程序设计思想

由于此工程贴近实际应用,同时功能较多,所以在编写程序时,先编写主体程序,然后再逐步增加功能具体顺序如下:

(1) 编写4台电动机顺序启动与逆序停车程序;

(2) 添加在启动时停车功能;

(3) 添加产生故障时停车的功能;

(4) 添加声、光报警功能。

基本四级传送带控制(无故障检测、处理和报警设计)功能图如图3-3

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图3-3 四级传送带控制功能图

在实际工程应用中需要再添加故障检测和声/光报警功能,但在上述功能图中未予以体现。

3.4 程序设计(一)

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按照工程要求及输入/输出点数地址分配,所设计的程序如下:(调试完善后程序,原程序,网络一没有SM0.1 常闭开关)

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3.5 程序设计(二)

PLC编程具有程序的不唯一性,对此,经过思考,又编写出了更为简单的程

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序。具体程序梯形图下:

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