【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 須對(duì) 工藝流 程進(jìn) 行細(xì)致 的分 析，詳細(xì)了解 控制對(duì) 象和 控制要 求，這樣 才能真 正明 白自己 要完 成的 任務(wù)，設(shè)計(jì)出令 人滿意 的控 制系統(tǒng) 。圖 1圖 1圖 1 4 和圖 15 為 本機(jī)對(duì) 帶式輸送線的控制要求。 2 .3 .1 I/ O 地址分配 在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們定義的 I/O 分配表 如表 22 所示 。 在本設(shè) 計(jì)中， 我將 11 個(gè) 輸入 信號(hào)和 5 個(gè)輸 出信 號(hào)按各 自的 功能類型分好 ，選 定與 之功 能相對(duì) 應(yīng)的 元器件 ，然后再 與 P LC 的 I/O 點(diǎn)一一 對(duì) 第 9 頁(yè) 共 55 頁(yè) 應(yīng)，編排 地址 如表 21 所 示。數(shù) 字量擴(kuò) 展模 塊的地 址分 配是從 最靠近 CP U模塊的 數(shù)字量 模塊 開(kāi)始 ，模 擬量擴(kuò) 展模 塊的地 址是 從最 靠近 CP U 模塊 的模擬量模塊開(kāi)始，在本機(jī)模擬量地址的基礎(chǔ)上從左到右按字遞增。 在整個(gè) 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 中，我 選定 — 和 — 作為 輸入信號(hào)， — 作為輸出 信號(hào) 。具 體分配 見(jiàn)表 2 1 所示 。 表 21 I/O 分配表 序號(hào) 輸 入 序號(hào) 輸 出 1 物料將要裝滿時(shí)電機(jī) M1 起動(dòng)按鈕 SB1 14 出料閥門 G 電磁閥 YV1 2 物料裝滿出料閥G 起動(dòng)鈕 SB2 15 電機(jī) M1接觸器 YV2 3 模擬出現(xiàn)故障按鈕 SB3有效時(shí) 16 電機(jī) M2接觸器 YV3 4 模擬故障消除按鈕 SB3無(wú)效時(shí) 17 故障燈 LED 5 正常停機(jī)按鈕 SB4 18 全啟動(dòng)燈 LED 6 出料閥 G 起動(dòng)按鈕 SB5 7 電機(jī) M1 起動(dòng)按鈕 SB6 8 電機(jī) M2 起動(dòng)按鈕 SB7 9 出料閥 G 關(guān)閉按鈕 SB8 10 電機(jī) M1 關(guān)閉按鈕 SB9 11 電機(jī) M2 關(guān)閉按鈕 SB10 第 10 頁(yè) 共 55 頁(yè) 輸入 /輸出 單元 通常也 稱為 I/O 單 元或 I/O 模塊 ，是 P LC 與 工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 之間的 連接 部件。 P LC 通過(guò) 輸入 接口可 以檢 測(cè)被控 對(duì)象 的各種 數(shù)據(jù)，以 這些數(shù) 據(jù)作 為 P LC 對(duì) 被控對(duì) 象進(jìn) 行控制 的依 據(jù)； 同時(shí) P LC 又通過(guò)輸入接口將處理結(jié)果送給被控制對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。 控 制 要 求 分 析開(kāi) 始 設(shè) 計(jì)P L C 程 序 設(shè) 計(jì)設(shè) 計(jì) 結(jié) 束整 理 技 術(shù) 文 件進(jìn) 行 畫 面 的 模 擬進(jìn) 行 仿 真I/O點(diǎn) 數(shù) 分 配選 擇 合 適 的 P L C確 定 I/O 設(shè) 備 圖 22 PLC 控制設(shè)備的設(shè)計(jì)步驟 2 .3 .2 P LC 外 部 接 線 圖 第 11 頁(yè) 共 55 頁(yè) 在本設(shè) 計(jì)中定 義的 I/ O 端子 接線 圖如圖 23 所 示。由 圖表 可以看出 ,P LC 控制系 統(tǒng)的 輸入信 號(hào)有 11 個(gè)， 均為開(kāi) 關(guān)量 。其中 單操 作按鈕 開(kāi)關(guān) 11 個(gè)。 P LC 控 制系 統(tǒng)的輸 出信 號(hào)有 5 個(gè)， 其中 2 個(gè)用 于驅(qū) 動(dòng)電機(jī) 啟停接觸器， 2 個(gè)用于驅(qū)動(dòng)出料 電磁 閥 G 的動(dòng)作 。 圖 23 I/O 端子接線圖 小結(jié) 在本章 中，主 要介紹 了系 統(tǒng)的硬 件設(shè) 計(jì)，選 擇了 西門子 S7— 200 作為本設(shè) 計(jì)的 P LC 機(jī)型 ，既 能夠充 分發(fā) 揮 S7— 200 系列 P LC 的性 能特 點(diǎn)， 第 12 頁(yè) 共 55 頁(yè) 又能夠滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 在后續(xù) 的章節(jié) 中重 點(diǎn)介紹 了系 統(tǒng)的 硬件設(shè) 計(jì)。在 硬件 設(shè) 計(jì)中 確定了采用 2 臺(tái)電機(jī) 組成 系統(tǒng)工 作的 主要 傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)的 基本思 路，從而 在此基 礎(chǔ)上完成了系統(tǒng)的 I/O 端 口分配以及外部端子接線。 第 3 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件的組成及作用 3 .1 .1 P LC 內(nèi)部資源 內(nèi)部 根 據(jù) 軟元 件 的 功能 不 同 ，分 成 了 許多 區(qū) 域 ，如 輸 入 / 輸出 繼電器區(qū)、定時(shí)器區(qū)、計(jì)數(shù)器區(qū)、特殊繼電器區(qū)等，下面分別介紹下 [9] 。 1. 定時(shí) 器：自 動(dòng)控 制的大 部分 領(lǐng)域都 需要 用定時(shí) 器進(jìn) 行時(shí)間 控制，靈活地 使用定 時(shí)器 可以編 制出 復(fù)雜 動(dòng)作的 控制 程序。它 是 P LC 中重要 的編程元件，是累計(jì)時(shí)間增量的內(nèi)部器件。 定 時(shí) 器 的 工 作 過(guò) 程 與 繼 電 接 觸 器 控 制 系 統(tǒng) 的 時(shí) 間 繼 電 器 基 本 相同，但它沒(méi) 有瞬 動(dòng)觸點(diǎn) 。使用 時(shí)要提 前輸 入時(shí)間 預(yù)設(shè) 值。當(dāng)定 時(shí)器的 輸入條件 滿足時(shí) 開(kāi)始 計(jì)時(shí) ，當(dāng)前 值從 0 開(kāi)始 按一 定的時(shí) 間單 位增 加；當(dāng) 定時(shí)器的 當(dāng)前值 達(dá)到 預(yù)設(shè)值 時(shí)，定時(shí) 器觸點(diǎn) 動(dòng)作 。利 用定時(shí) 器的 觸點(diǎn)就 可以得到控制所需的延時(shí)時(shí)間。 2. 計(jì) 數(shù)器 ： 計(jì) 數(shù)器 可 用 來(lái)累 計(jì) 輸 入 脈沖 的 個(gè) 數(shù)， 經(jīng) 常 用 于對(duì) 產(chǎn)品進(jìn)行計(jì) 數(shù)或者 進(jìn)行 特定功 能的 編程 。使用 時(shí)要 提前輸 入它 的特 定植。當(dāng)輸入觸 發(fā)條件 滿足 時(shí)，計(jì)數(shù) 器開(kāi)始 累計(jì) 它的輸 入端 脈沖電 位上 升延的 次數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù) 器計(jì) 數(shù)達(dá)到 預(yù)定 的設(shè) 定值時(shí) ，其常開(kāi) 觸點(diǎn) 閉合 ，常 閉觸點(diǎn) 斷開(kāi) [11]。 3. 輸入 繼電 器：輸 入繼 電器一 般都 有一個(gè) P LC 的輸入 端子 與之對(duì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 ————————————————————————————————— 第 13 頁(yè) 共 55 頁(yè) 應(yīng)，它用于 接受 外部的 開(kāi)關(guān) 信號(hào) 。當(dāng) 外部 的開(kāi)關(guān) 信號(hào) 為閉合 時(shí) ，輸入 繼電器的線圈得電，在程序中常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。 4. 輸出 繼電 器：輸 出繼 電器一 般都 有一個(gè) P LC 上的輸 出端 子與之對(duì)應(yīng)。當(dāng) 通過(guò) 程序 使得輸 出繼 電器線 圈得 電時(shí)， P LC 上的 輸出 端開(kāi)關(guān) 閉合，它 可以 作為控 制外 部負(fù)載 的開(kāi) 關(guān)信號(hào) 。同 時(shí)在 程序中 其常 開(kāi)觸點(diǎn) 閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。 5. 內(nèi) 部位存 儲(chǔ)器 ：內(nèi) 部位 存儲(chǔ)器 的作 用和 繼電 接 觸器 控制 系統(tǒng)中的中間 繼電器 相同 ，它 在 P LC 中沒(méi)有 輸入 /輸 出端 與之對(duì) 應(yīng)， 因此 它的觸點(diǎn)不 能驅(qū)動(dòng) 外部 負(fù)載 ，這是 與輸 出繼電 器的 主要區(qū) 別。它主 要起邏 輯控制作用。 以上幾 個(gè)是我 們?cè)?本次系 統(tǒng)設(shè) 計(jì)的 過(guò)程中 可能 需要用 到的 P LC 軟元件，另外 PLC 還有 很多 其它的 軟元 件。 3 .1 .2 P LC 編程語(yǔ)言 P LC 是通 過(guò)運(yùn)行 編寫 的用戶 程序 實(shí)現(xiàn)控 制任 務(wù)的。 P LC 中的 程序由系統(tǒng)程 序和用 戶程 序兩部 分組 成，系 統(tǒng)程 序由 P LC 生產(chǎn) 廠家提 供，它 支持用戶 程序的 運(yùn)行 ；用 戶程 序是用 戶為 完成特 定的 控制任 務(wù)而 編寫的 應(yīng)用程序 。 S720 0 系列 P LC 的編程 語(yǔ)言 非常豐 富， 有梯形 圖、 語(yǔ)句表 、功能塊 圖和順 序功 能圖等 ，用戶 可以選 擇一 種編程 語(yǔ)言 ， 如 果需 要，也可混合 使用幾 種語(yǔ) 言編程 。這 些編 程語(yǔ)言 都是 面向用 戶的 ，它 使控制 程序的開(kāi) 發(fā)、輸入 、調(diào) 試和 修改 工作大 大簡(jiǎn) 化。我們 在本次 設(shè)計(jì) 中選擇 梯形圖編程。以下我們?cè)敿?xì)介紹下梯形圖的概念。 梯形圖左邊有一條垂直的線稱作左母線，右邊一條虛線稱為右母線。母線之間是觸點(diǎn)的邏輯連接和線圈的輸出。 PLC 梯形圖具有以下 一些特 點(diǎn)。 1. P LC 的 梯形 圖是“ 從上 到下”按行 繪制的 ，兩 側(cè)的豎 線類 似電氣控制圖 的電源 線， 通常稱 做母 線（ B us Bar）， 大部 分梯形 圖只 保留左 母 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 ————————————————————————————————— 第 14 頁(yè) 共 55 頁(yè) 線；梯形 圖的每 一行 是“從 左到右” 繪制， 左側(cè) 總是輸 入接 點(diǎn)，最右 側(cè)為輸 出 元素，觸點(diǎn)代 表邏 輯“輸入 ”條件，如開(kāi) 關(guān)、按 鈕、內(nèi)部 條件 等；線圈通 常代表 邏輯“ 輸出” 結(jié)果， 如指示 燈、接 觸器、 中間 繼電器、 電磁閥等 。對(duì) S7200 系列的 P LC 來(lái) 說(shuō)， 還有一 種輸 出“盒 ”（功 能框），它代表附加的指令，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算等功能指令。 2. 控 制電 路 左 右母 線 為 電源 線 ， 中 間各 支 路 都加 有 電 壓 ，當(dāng) 支路接通時(shí) ，有 電流流 過(guò)支 路上的 觸點(diǎn) 與線圈 。梯 形圖 中的假 想電 流在圖 中只能作 單方向 的流 動(dòng)，即 只能 從左 向右流 動(dòng)。 層次改 變（ 接通的 順序 ）也只能先上后下，與程序編寫時(shí)的步序號(hào)是一致的。 3. 梯形 圖中 的輸入 接點(diǎn) 如 、 等 ，輸 出線圈 、 等不是物 理接點(diǎn) 和線 圈，而 是輸 入、 輸出存 儲(chǔ)器 中輸入 、輸 出點(diǎn)的 狀態(tài) ，并不是 接線時(shí) 現(xiàn)場(chǎng) 開(kāi)關(guān)的 實(shí)際 狀態(tài) ；輸 出線圈 只對(duì) 應(yīng)輸出 映像 區(qū)的相 應(yīng)位，該 位的狀 態(tài)必 須通過(guò) I/ O 模塊 上對(duì) 應(yīng)的輸 出單 元才能 驅(qū)動(dòng) 現(xiàn)場(chǎng)執(zhí) 行機(jī)構(gòu)，從而完成其動(dòng)作。 4. 梯形 圖中 使用的 各種 P LC 內(nèi) 部器 件，如 輔助 繼電器 、定 時(shí)器、計(jì)數(shù)器 等，也不 是真的 電器 元件 ，但 具有 相應(yīng)的 功能 ，因 此通 常按電 氣控制系 統(tǒng)中相 應(yīng)器 件的名 稱稱 呼它 們。梯形圖 中每 個(gè)繼電 器和 觸點(diǎn)均 為P LC 存儲(chǔ) 器中的 一位 ，相 應(yīng)位 為“ 1”，表 示繼電 器線 圈通電 、常開(kāi)接 點(diǎn)閉 合或 常閉接 點(diǎn)斷 開(kāi)；相應(yīng) 位為“ 0”，表示 繼電 器線圈 斷電、 常開(kāi)接 點(diǎn)斷開(kāi)或常閉接點(diǎn)閉合。 5. 梯 形圖 中 的 繼電 器 觸 點(diǎn)既 可 常 開(kāi) ，又 可 常 閉， 其 常 開(kāi) 、常 閉觸點(diǎn) 的數(shù) 目 理 論上 是 無(wú) 窮多 個(gè) （ 受存 儲(chǔ) 容 量限 制 ）， 也 不 會(huì)磨 損 ， 因此 ，梯形圖 設(shè)計(jì)中 ，可不考 慮觸 點(diǎn)數(shù) 量，這給 設(shè)計(jì)者 帶來(lái) 很大方 便 。對(duì)于 外部輸入信號(hào)，只要接入一個(gè)信號(hào)到 P LC 即可 。 6. 控制 電路 中各支 路是 同時(shí)加 上電 壓并 行工作 的，而 P LC 是采用循環(huán)掃 描方式 工作 ，梯 形圖中 各元 件是按 掃描 順序依 次執(zhí) 行的 ，是一 種串 行處 理 方 式。 由 于 掃描 時(shí) 間 很短 （ 一 般不 過(guò) 幾 十毫 秒 ）， 所 以 控制 效 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 ————————————————————————————————— 第 15 頁(yè) 共 55 頁(yè) 果同電 氣控制 電 路 是基本 相同 的。但在設(shè) 計(jì)梯 形圖時(shí) ，對(duì) 這種 并行處 理與串行 處理的 差別 有時(shí)候 應(yīng)予 注意 ，特 別是那 些在 程序執(zhí) 行階 段還要 隨時(shí)對(duì)輸 入、輸 出狀 態(tài)存儲(chǔ) 器進(jìn) 行刷新 操作 的 P LC，不要因 為對(duì) 串行處 理這一特點(diǎn)考慮不夠而引起偶然的誤操作。 程序流程圖設(shè)計(jì) 我們根據(jù)設(shè)計(jì)要求繪制了整個(gè)系統(tǒng)連續(xù)工作和單周期工作的流程圖，以便 可以更 清楚 的認(rèn) 識(shí)該生 產(chǎn)線 的生產(chǎn) 全過(guò) 程，工作 流程 圖如 圖 31所示。 在 P LC 運(yùn)行 時(shí)，先 對(duì)程 序進(jìn)行 初始 化，然 后程 序?qū)?huì) 對(duì)輸 入進(jìn)行判斷，查看 系統(tǒng)是 工作 在連續(xù) 工作 狀態(tài)還 是單 周期工 作狀 態(tài)。當(dāng)系統(tǒng) 工作在連 續(xù)狀態(tài) 時(shí)，程序 會(huì)按照 設(shè)計(jì) 不進(jìn)行 計(jì)數(shù) ，從而 可以 一直循 環(huán)下 去，達(dá)到連 續(xù)工作 的設(shè) 計(jì)要求 。當(dāng) 系統(tǒng) 工作在 單周 期狀態(tài) 時(shí)，按照 設(shè)計(jì)程 序會(huì)進(jìn)行 計(jì)數(shù) ，在系 統(tǒng)完 成一個(gè) 周期 的運(yùn)行 后會(huì) 檢驗(yàn)計(jì) 數(shù)結(jié) 果，從而結(jié) 束整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，即達(dá)到單周期運(yùn)行的控制要求。 由于程序的編寫過(guò)程和工作原理是基于以上兩種工作方式的基礎(chǔ)上，通 過(guò)并 行添加 程序 代碼實(shí) 現(xiàn)步 進(jìn)工作 所需 邏輯狀 態(tài)來(lái) 實(shí)現(xiàn) 的，故 工作方式程序流程圖就不再畫出。 程序梯形圖設(shè)計(jì) 在上述 中已經(jīng) 提到 如何運(yùn) 用 S EP 7 軟 件進(jìn)行 梯形 圖的編 輯，現(xiàn)在我們對(duì)帶式輸送線的梯形圖進(jìn)行分布設(shè)計(jì)。 1）起動(dòng)“電 機(jī) M1”，按下 起動(dòng)“ 電機(jī) M1”按鈕“ ”，中間繼電器“ ”會(huì)得 電，常 開(kāi)觸 點(diǎn)“ ”閉合形 成自 鎖，同 時(shí)網(wǎng)絡(luò)2 中的 常開(kāi)觸 點(diǎn)“ ”閉合使“電 機(jī) M1 ” 接通，常開(kāi) 觸點(diǎn)“ ” 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 ————————————————————————————————— 第 16 頁(yè) 共 55 頁(yè) 閉合形成自鎖，如圖 31 所示。 圖 31 起動(dòng)“電機(jī) M1” 2)起動(dòng)“ 出料閥 G”