【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)；PLC等控制系統(tǒng)硬件選型；作要求進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)編制PLC控制程序；。徐德、孫同景編著.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社2020；海主編.深入淺出西門子S7-300PLC[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社2020；鄭鳳翼、鄭丹丹、趙春江編著.圖解PLC控制系統(tǒng)梯形圖和語(yǔ)句表[M].北京：人民郵電出版社2020；此次設(shè)計(jì)是將液壓、氣動(dòng)及電氣控制集一體，運(yùn)用于循環(huán)輸運(yùn)機(jī)構(gòu)，完成箱體的運(yùn)輸。溢流閥的開(kāi)啟與關(guān)閉及裝箱動(dòng)作與退箱動(dòng)作。END指令，程序運(yùn)行結(jié)束。到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過(guò)程稱為輸入采樣。在本工作周期內(nèi)這個(gè)采樣結(jié)。行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)輸處理。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未被執(zhí)。行完畢之前不會(huì)送到輸出端子上。PLC工作過(guò)程除了包括上述三個(gè)主要階段外，還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作。

　　

【正文】 45 1 油缸收縮到位 46 啟動(dòng) 4 47 II 左檢測(cè) 48 II 右檢測(cè) 49 3 5 氣缸伸出到位 50 3 5 氣缸收縮到位 51 3 6 氣缸伸出到位 52 3 6 氣缸收縮到位 53 4 9 氣缸伸出到位 54 4 9 氣缸收縮到位 55 4 10 氣缸伸出到位 56 4 10 氣缸收縮到位 57 4 11 氣缸伸出到位 58 4 11 氣缸收縮到位 59 4 12 氣缸伸出到位 60 4 12 氣缸收縮到位 61 2 3 油缸伸出減速 62 2 3 油缸伸出到位 63 2 3 油缸收縮減速 64 2 3 油缸收縮到位 65 啟動(dòng) 5 66 啟動(dòng) 6 67 啟動(dòng) 7 68 啟動(dòng) 8 69 IV 左檢測(cè) 70 IV 右檢測(cè) 數(shù)字量輸出信號(hào) 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 25 序號(hào) 地址號(hào) 輸出信號(hào) 1 電磁閥 1（控制 , 氣缸） 2 電磁閥 2（控制 , 氣缸） 3 電磁閥 3（控制 , 氣缸） 4 油缸電磁閥 1（控制 液壓 缸） 5 減速裝置 1（控制 液壓缸減速） 6 電磁閥 4（控制 , 氣缸） 7 電磁閥 5（控制 , 氣缸） 8 油缸電磁閥 2（控制 液壓缸） 9 減速裝置 2（控制 液壓缸減速） 10 電磁閥 6（控制 , 氣缸） 11 油缸電磁閥 3（控制 1 液壓缸） 12 減速裝置 3（控制 1 液壓缸減速） 13 電磁閥 7（控制 , 氣缸） 14 電磁閥 8（控制 , 氣缸） 15 電磁閥 9（控制 , 氣缸） 16 油缸電磁閥 4（控制 液壓缸） 17 減速裝置 4（控制 液壓缸減速） 編制程序 用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，沒(méi)有一套固定的方法和步驟可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，沒(méi)有一種通用的容易掌握的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖時(shí)，用大量的中間單元來(lái)完成記憶、聯(lián)鎖和互鎖等功能，由于需要考慮的因素很多，它們往往又交織在一起，分析起來(lái)非常困難，并且很容易遺漏一些應(yīng)該考慮的問(wèn)題。修改 某一局部電路時(shí)，很可能會(huì)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，對(duì)系統(tǒng)其他部分產(chǎn)生意想不到的影響，因此梯形圖的修改很麻煩，往往花了很長(zhǎng)的時(shí)間還得不到一個(gè)滿意的結(jié)果。用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)出的梯形圖往往很難閱讀，給系統(tǒng)的維修和改進(jìn)帶來(lái)了很大的困難。 由于經(jīng)驗(yàn)法的弊端，此次設(shè)計(jì)采用順序控制法，所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，在生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)的有秩序的進(jìn)行操作。使用順序控制設(shè)計(jì)法時(shí)首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝過(guò)程，畫(huà)出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)出梯形圖。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 26 系 統(tǒng)程序概述 從第二章可知，系統(tǒng)裝箱全部工作狀態(tài)可以分成四個(gè)子任務(wù)來(lái)完成： III號(hào)位負(fù)載運(yùn)至 V 號(hào)位； I 號(hào)位負(fù)載運(yùn)至 III 號(hào)位； II 號(hào)位負(fù)載運(yùn)至 I 號(hào)位； IV 號(hào)位負(fù)載運(yùn)至 II 號(hào)位。針對(duì)以上個(gè)子任務(wù)進(jìn)行子程序設(shè)計(jì)，退箱同理可以進(jìn)行子程序設(shè)計(jì)，然后設(shè)計(jì)一個(gè)主程序來(lái)調(diào)用子程序，完成裝箱、退箱全部工作狀態(tài)，即程序可分成兩大塊，主程序和子程序。程序布置如下圖 。 圖 程序結(jié)構(gòu) 子程序 子程序只有在被調(diào)用時(shí)才進(jìn)行掃描，沒(méi)有調(diào)用時(shí)不執(zhí)行。這里的每一個(gè)子程序所執(zhí)行的動(dòng)作基本相同 ，所以我們就拿 III— V 號(hào)位這個(gè)子程序來(lái)舉例說(shuō)明。 啟動(dòng)部分梯形圖為一個(gè)典型的“起 保 ?！碧菪螆D，在初始為失電的狀態(tài)下點(diǎn)動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，使 線圈得電， 線圈得電后它的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使線常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 27 圈始終保持得電，直到執(zhí)行轉(zhuǎn)換條件，使下一級(jí)步動(dòng)作（即 線圈得電），這時(shí) 的常閉觸點(diǎn)就會(huì)斷開(kāi)，使 線圈失電，這樣達(dá)到了一種“互鎖”的效果，保護(hù)電路有序進(jìn)行 (見(jiàn)下圖 )。 圖 啟動(dòng)梯形圖 在滿足轉(zhuǎn)換條件（前級(jí)步都是活動(dòng)步；相應(yīng)的轉(zhuǎn) 換條件得到滿足）的基礎(chǔ)上，此步就會(huì)變?yōu)椤盎顒?dòng)步”， 步處于活動(dòng)時(shí)，相應(yīng)的動(dòng)作就被執(zhí)行。當(dāng)前級(jí)步活動(dòng)且 V 號(hào)位左右兩個(gè)負(fù)載檢測(cè)接近開(kāi)關(guān)閉合也就是沒(méi)有箱體的情況下，此步就會(huì)動(dòng)作，即 線圈得電，因?yàn)殡姶砰y 電磁閥 電磁閥 3 與 并聯(lián)，所以在 線圈得電的同時(shí)，電磁閥 1 置位為 1（得電），控制 氣缸伸出，電磁閥 2 和電磁閥 3 也置位為 1（得電），分別控制 、 和 、 氣缸收縮，因?yàn)?、 、 、 氣缸是定位氣缸，初始狀態(tài)是伸出狀態(tài)，故電磁閥得電后會(huì)使它 們變?yōu)槭湛s，可以看出這與鎖緊氣缸 、 是相反地。在所有的程序中 M 線圈都作為中間繼電器，起到位存儲(chǔ)器作用（見(jiàn)下圖 ）。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 28 圖 判斷有無(wú)箱體梯形圖 當(dāng)鎖緊氣缸 、 伸出到位，定位氣缸 、 、 、 收縮到位，此時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn) 、 、 、 、 、 就會(huì)閉合，使油缸電磁閥 1 置位為1（得電），控制液壓缸 帶載伸出（見(jiàn)下圖 ）。 圖 油壓缸動(dòng)作梯形圖 主程序 主程序是用來(lái)調(diào)用子程序，完成整 個(gè)工作流程。 為狀態(tài)位，在首次掃描時(shí)為 1，用于調(diào)用初始化子程序。這部分梯形圖首先給出一個(gè)傳送指令，使其初始化，賦值為 0 ，此處稱為“初始化”。下常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 29 面各個(gè)位的負(fù)載檢測(cè)接近開(kāi)關(guān)左右并聯(lián)再與傳送指令串聯(lián)，是用來(lái)判斷是否存在由于上次停電或其他某種原因?qū)е碌哪程?hào)位有箱體，若有就給對(duì)應(yīng)的傳送指令對(duì)應(yīng)的值，先將存在的箱體退箱出去。緊接著并聯(lián)的是將各電磁閥都復(fù)位，使其滿足初始狀態(tài)：各液壓缸全部收縮到位，各鎖緊氣缸全部收縮到位，各定位氣缸全部伸出到位（見(jiàn)下圖 ）。 圖 初始賦 初值梯形圖 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 30 當(dāng)所有檢測(cè)開(kāi)關(guān)都是閉合狀態(tài)，即所有號(hào)位都沒(méi)有箱子的時(shí)候，主程序就調(diào)用子程序 4（ IV 號(hào)位 — II 號(hào)位），開(kāi)始進(jìn)行正常工作（見(jiàn)下圖 ）。 圖 裝箱判斷梯形圖 在主程序中大量用到比較指令，意思就是當(dāng)?shù)扔谀硞€(gè)傳送指令的值時(shí)，就相應(yīng)的調(diào)用對(duì)應(yīng)的子程序，例如下面的梯形圖就是，當(dāng)比較指令等于值 1 時(shí)，主程序就調(diào)用子程序 3（ III）（見(jiàn)下圖 ）。 圖 比較指令的應(yīng)用 本章小結(jié) 本章具體闡述了 PLC 編程軟件設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容，包括整個(gè) 輸運(yùn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)思想，輸入輸出模塊地址的分配，系統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì)思想和繪制，主程序和子程序的具體編程及具體描述、分析，近一步完善了整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，下面一章就進(jìn)行仿真和調(diào)試部分。 第五章 調(diào)試與仿真 仿真軟件的使用 S7200 的仿真軟件 學(xué)習(xí) PLC 有效的手段是手動(dòng)編程和上機(jī)調(diào)試，有許多讀者苦于沒(méi)有 PLC，常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 31 缺乏實(shí)驗(yàn)的條件，編寫(xiě)程序后無(wú)法檢驗(yàn)是否正確，編程能力很難提高。 PLC 的仿真軟件是解決這一問(wèn)題的理想工具。 S7200 的仿真軟件，已被國(guó)內(nèi)一些人將它部分漢化，且該軟件不需要安裝， 執(zhí)行其中的 文件，就可以打開(kāi)它。點(diǎn)擊屏幕中間出現(xiàn)的畫(huà)面，在密碼輸入對(duì)話框輸入密碼 6596，即可進(jìn)入仿真軟件，如圖 。 圖 仿真軟件 硬件設(shè)置 執(zhí)行菜單命令“配置” →“ CPU 型號(hào)”對(duì)話框的下拉式列表框中選擇 CPU的型號(hào)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用的是 CPU226， CPU 的網(wǎng)絡(luò)地址一般使用默認(rèn)的地址（ 2）。圖 中左邊是 CPU226，右邊空的方框是擴(kuò)展模塊的位置。雙擊緊靠已配置的模塊右側(cè)空的方框，在出現(xiàn)的“模塊配置選擇”對(duì)話框中（見(jiàn)圖 ），用單選框選擇需要添加的 I/O 擴(kuò)展常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 32 模塊，我們本次使用的控制模塊有 EM223 和 EM221，點(diǎn)擊“接受”按鈕，即可添加。 圖 模塊配置選擇對(duì)話框 生成 ASCⅡ文本文件 仿真軟件不能直接接收 S7200 的程序代碼，必須用“導(dǎo)出”功能將 S7200的用戶程序轉(zhuǎn)換為 ASCⅡ文本文件，然后再下載到仿真 PLC 中去。 因?yàn)楸敬尉帉?xiě)的程序塊較大，故需要一部分一部分的進(jìn)行調(diào)試，以 III— V的程序?yàn)槔M(jìn)行調(diào)試說(shuō)明如下： 1. 準(zhǔn)備初始階段 用編程軟件以程序塊方式打開(kāi)已經(jīng)編寫(xiě)好的程序（這里指子 程序 1 ,IIIV），執(zhí)行菜單命令“文件”→“導(dǎo)出”，在出現(xiàn)的對(duì)話框中輸入導(dǎo)出的 ASCⅡ文本文件的文件名，此處名為“ III 號(hào)位 — V 號(hào)位運(yùn)輸箱體”，文件的擴(kuò)展名為“ awl”。然后打開(kāi) S7200 仿真軟件（界面見(jiàn)圖 ），執(zhí)行菜單命令“程序” →“裝載程序 ”,將剛才導(dǎo)出的文本文件裝載入仿真軟件中，且在彈出的裝載程序的對(duì)話框中選擇全部。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 33 圖 啟動(dòng)后的初始狀態(tài) 裝載后會(huì)出現(xiàn)三個(gè)方框，一個(gè)程序塊 (OB1)、一個(gè)梯形圖 OB1 和一個(gè)下載的程序代碼文本框，下面就可以進(jìn)行仿真調(diào)試。點(diǎn)擊“ RUN”啟動(dòng)，并且點(diǎn)擊狀態(tài)表圖標(biāo)，此時(shí)便會(huì)在梯形圖方框中有顏色變化來(lái)顯示梯形圖中各元件的狀態(tài)，初始狀態(tài)如圖 ，從中可以看出只有常閉觸點(diǎn)發(fā)生了顏色變化，變?yōu)樗{(lán)色，因?yàn)槠渌ｉ_(kāi)觸點(diǎn)需要一定的條件來(lái)實(shí)現(xiàn)，下面我們可以用 CPU 來(lái)使?jié)M足條件，完成仿真。 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊 CPU 模塊下面的開(kāi)關(guān)板上第一個(gè)小開(kāi)關(guān)（代表 ）上面黑色的部分，可以使小開(kāi)關(guān)的手柄向上，觸點(diǎn)閉合，這時(shí)啟動(dòng)步開(kāi)始有能流流過(guò)，線圈 得電，又第一步、第二步形成“互鎖”， 得電后立刻會(huì)使 得常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 34 電，而 又進(jìn)入失電狀態(tài)，同時(shí)三個(gè)電磁閥也得電，見(jiàn)圖 ，可見(jiàn)滿足設(shè)計(jì)要求。 圖 啟動(dòng)階段梯形圖程序的程序狀態(tài)監(jiān)控 點(diǎn)動(dòng)小開(kāi)關(guān) 、 、 、 、 、 （見(jiàn)圖 ），得到網(wǎng)絡(luò) 3 的動(dòng)作，如圖 ，油缸電磁閥 1 得電，滿足設(shè)計(jì)要求。 圖 開(kāi)關(guān)板 圖 液壓缸動(dòng)作階段程序狀態(tài)監(jiān)控 點(diǎn)動(dòng)小開(kāi)關(guān) ，網(wǎng)絡(luò) 4 狀態(tài)如下圖 ，控制減速的電磁閥得電，開(kāi)始減速，滿足工作要求。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 35 圖 減速階段程序狀態(tài)監(jiān)控 按上面操作，可以類似的對(duì)以下程序進(jìn)行調(diào)試監(jiān)控，檢查正確性，這里不再進(jìn)行闡述。 通過(guò)對(duì)某自動(dòng)裝載裝置電控系統(tǒng)的測(cè)試，確保系統(tǒng)內(nèi)部各模塊的正常運(yùn)作以及所編寫(xiě)程序的正確性。為以后進(jìn)一步深入的學(xué)習(xí)電氣控制技術(shù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本次測(cè)試因沒(méi)有 PLC 硬件供選用，故采用軟件模擬仿真的形式進(jìn)行測(cè)試。所使用的軟件是西門子公司的 S7200 仿真軟件，該軟件能夠代替 PLC 硬件，達(dá)到測(cè)試程序編寫(xiě)正確與否的效果，測(cè)試過(guò)程中所用的硬件是普通 PC 機(jī)。在測(cè)試過(guò)程中以狀態(tài)表監(jiān)控為依據(jù)判斷是否正確，當(dāng)狀態(tài)為有“綠色”方框出現(xiàn)，說(shuō)明此步動(dòng)作，即有所謂的“能流”流過(guò)。 首先，對(duì)系統(tǒng)手動(dòng)控制部分測(cè)試；其次，對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)完成整個(gè)箱體輸運(yùn)過(guò)程的測(cè)試；最后，對(duì)系統(tǒng)急停性能的測(cè)試。 并將測(cè)試結(jié)果詳細(xì)的記錄下來(lái)，進(jìn)行分析說(shuō)明，在測(cè)試過(guò)程中結(jié)果不能滿足所設(shè)計(jì)要求的，要耐心地對(duì)程序進(jìn)行修改調(diào)試，直到達(dá)到要求為止。若遇到自己難以解決的問(wèn)題，要虛心請(qǐng)教老師或其他同學(xué)，盡量使程序完美。 本章小結(jié) 本章對(duì) PLC 程序進(jìn)行了仿真和調(diào)試，首先介紹了 S7200 仿真軟件的使用和常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 36 CPU 模塊及輸入輸出擴(kuò)展模塊的配置，并且對(duì)某一子程序的具體調(diào)試過(guò)程進(jìn)行的解釋說(shuō)明，最后進(jìn)行了整個(gè)系統(tǒng) 的軟件測(cè)試，驗(yàn)證了程序的正確性，并親身體會(huì)了仿真軟件的使用和操作。至此，畢業(yè)設(shè)計(jì)基本上已經(jīng)完成。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 37 第六章 總結(jié)和展望 ： （ 1）本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我了解了現(xiàn)實(shí)工程上循環(huán)輸運(yùn)機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)，工作流程和控制原理。 （ 2)通過(guò)此次設(shè)計(jì)我基本上學(xué)會(huì)了西門子 PLC 軟件的使用和程序的編制，了解了編制程序的要點(diǎn)、基本思想、主要事項(xiàng)和設(shè)計(jì)思路。 （ 3）我還親身體會(huì)了 S7200 仿真軟件的運(yùn)行，軟件的測(cè)試，感受到了得到仿真結(jié)果時(shí)的喜悅。 （ 4）設(shè)計(jì)的系統(tǒng)控制已 實(shí)現(xiàn)了循環(huán)運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)，達(dá)到了控制要求。 ： 在這 一次將理論付諸于為實(shí)踐的機(jī)會(huì) 中 ，做的過(guò)程中遇到了很多的難題和困難 ，雖然翻遍了整個(gè)圖書(shū)館的書(shū)籍，并搜遍網(wǎng)上的信息資料，仍沒(méi)有完美的解決，就拿 最后一部分的軟件仿真來(lái)說(shuō)吧，對(duì)于西門子 PLC 仿真， PLCSIM 仿真軟件是一個(gè)很不錯(cuò)的選擇，但是我安裝了好多遍，到最后還是無(wú)法啟動(dòng)，我認(rèn)為這是我這次設(shè)計(jì)最失敗的地方，最終只好用了功能稍微有點(diǎn)不足的 S7200