第七课PLC自动药片装瓶控制.docx

1、第七课PLC自动药片装瓶控制计电系 10 级 20102121036云南大学滇池学院学年论文论文题目 PLC automatic control pills bottlingmachine programming学生姓名：沈汛指导老师：謝汝生参考文献：S7-200 plc 编程及应用学号： 20102121036专业：电子信息工程2013年 6月 2日PLC automatic control pills bottling machineprogramming目录Plc Outline 2.PLC Basic structure & Classification 2.PLC Working P

2、rinciple 5.PLC Programming language 6.S7-200 PLC Programming components &i nstruction set 7.PLC design Approach 9.PLC design Approach 1.2.Summary下文主要介绍 PLC 的一些东西，其中有 PLC 概述，基本结构分类，特点和 应用领域，工作原理，编程语言，指令，和梯形图设计基本方法。其中重点介绍 了创新实验“自动药片装瓶机控制”的实验相关。Article mainly introduces the PLC some of the things, incl

3、uding description of PLC, the basic structure of the classification, characteristics and application field, the working principle of programming language, instructions, and the ladder diagram design basic method. Which focus on innovation experiment automatic pill bottle filling machine control are

4、related to the experiment.关键字可编程逻辑控制器 PLC ( Programmable Logic Controller )自动控制( automatic control )药片装瓶机( The pill bottle filling machine )顺序功能图( Sequential Function Chart ， SFC)梯形图简称( LAD )Plc Outline可编程序控制器( Programmable Logic Controller，PLC)，是以微处理器 为基础的通用工业控制装置。它出现于 60 年代末的美国，当时的目的是用来取 代继电器，以执行逻

5、辑判断、计时、计数等顺序控制功能。 PLC的基本设计思想 是把计算机功能完善、 灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、 操作方 便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用 对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。 控制器和被控对象 连接方便。随着科技的飞速发展，如今 Plc 的应用面更广、功能更强大、使用更 方便，已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中， PLc 在民 用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。 PLc 的应用面之广、普及程度之高， 是其他计算机控制设备无法比拟的。PLC Basic structure & Clas

6、sification Plc主要由 cpu模块、输入模块、输出模块和编程器组成，如下图Plc 的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务1中央处理单元( CPU )在 PLC 中 CPU 按系统程序赋予的功能，指挥 PLC 有条不紊地进行工作， 归纳起来主要有以下几个方面：1)接收从编程器输入的用户程序和数据。2)诊断电源、 PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。3)通过输入接口接收现场的状态或数据， 并存入输入映象寄有器或数据寄存器中。4)从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。 系统存储器用于存放 PLC 的系统程序，用户存储器用于存放

7、 PLC的用户程序。 现在的PLC一般均采用可电 擦除的E2PROM 存储器来作为系统存储器和用户存储器。2. 输入 /输出单元PLC 提供了多种操作电平和驱动能力的 I/O 接口，有各种各样功能的 I/O 接 口供用户选用。 I/O 接口的主要类型有：数字量（开关量）输入、数字量（开关 量）输出、模拟量输入、模拟量输出等。4通信接口PLC 配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。 PLC 通过这些通信接口可与监视器、打印机、其它 PLC、计算机等设备实现通信。 PLC 与打印机连接，可将过程信息、 系统参数等输出打印；与监视器连接，可将 控制过程图像显示出来；与其它 PLC 连接

8、，可组成多机系统或连成网络，实现 更大规模控制。 与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理 相结合。远程 I/O 系统也必须配备相应的通信接口模块。5智能接口模块智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的 CPU、系统程序、存储 器以及与 PLC系统总线相连的接口。它作为 PLC 系统的一个模块，通过总线与 PLC 相连，进行数据交换，并在 PLC 的协调管理下独立地进行工作。PLC 的智能接口模块种类很多，如： 高速计数模块、 闭环控制模块、运动控 制模块、中断控制模块等。6. 电源PLC 配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比， PLC 电源 的稳定性好、 抗干扰能

9、力强。 对电网提供的电源稳定度要求不高， 一般允许电源 电压在其额定值 15% 的范围内波动。许多 PLC 还向外提供直流 24V 稳压电源， 用于对外部传感器供电。7. 其它外部设备除了以上所述的部件和设备外， PLC还有许多外部设备，如 EPROM 写入器、 外存储器、人 /机接口装置等。EPROM写入器是用来将用户程序固化到 EPROM存储器中的一种 PLC 外部 设备。为了使调试好用户程序不易丢失，经常用 EPROM 写入器将 PLC 内 RAM 保存到 EPROM 中。PLC内部的半导体存储器称为内存储器。 有时可用外部的磁带、 磁盘和用半 导体存储器作成的存储盒等来存储 PLC 的

10、用户程序，这些存储器件称为外存储 器。外存储器一般是通过编程器或其它智能模块提供的接口， 实现与内存储器之 间相互传送用户程序。人/机接口装置是用来实现操作人员与 PLC 控制系统的对话。最简单、最普 遍的人 /机接口装置由安装在控制台上的按钮、转换开关、拨码开关、指示灯、 LED 显示器、声光报警器等器件构成。对于 PLC 系统，还可采用半智能型 CRT 人 /机接口装置和智能型终端人 /机接口装置。半智能型 CRT 人/机接口装置可长 期安装在控制台上，通过通信接口接收来自 PLC 的信息并在 CRT 上显示出来； 而智能型终端人 /机接口装置有自己的微处理器和存储器，能够与操作人员快速

11、交换信息，并通过通信接口与 PLC相连，也可作为独立的节点接入 PLC 网络。可编程序控制器 PLC 的分类 PLC 产品种类繁多， 其规格和性能也各不相同。 对 PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、 功能的差异和 I/O 点数的多少等进行 大致分类。1按结构形式分类根据 PLC 的结构形式，可将 PLC 分为整体式和模块式两类。（1）整体式 PLC 整体式 PLC是将电源、 CPU、I/O 接口等部件都集中装在一个 机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型 PLC 一般采用这种整体 式结构。整体式 PLC由不同 I/O 点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。 基本单元内有

12、CPU、I/O 接口、与 I/O 扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或 EPROM 写入器相连的接口等。扩展单元内只有 I/O 和电源等，没有 CPU。基本 单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式 PLC 一般还可配备特殊功能 单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。（2）模块式 PLC 模块式 PLC是将 PLC各组成部分，分别作成若干个单独的 模块，如 CPU模块、 I/O 模块、电源模块（有的含在 CPU模块中）以及各种功 能模块。模块式 PLC 由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插 座上。这种模块式 PLC 的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系

13、统， 而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型 PLC 一般采用模块式结构。还有一些 PLC 将整体式和模块式的特点结合起来， 构成所谓叠装式 PLC。叠装 式 PLC 其 CPU、电源、 I/O 接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆 进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可 做得体积小巧。2按功能分类根据 PLC 所具有的功能不同，可将 PLC 分为低档、中档、高档三类。（1）低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、 监控等基本功能， 还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要 用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控

14、制的单机控制系统。（2）中档 PLC 除具有低档 PLC 的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、 算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、 PID 控制等功能，适用于复杂控制系统。( 3)高档 PLC 除具有中档机的功能外， 还增加了带符号算术运算、 矩阵运算、 位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。 高档 PLC 机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网 络控制系统，实现工厂自动化。 3按 I/O 点数分类根据 PLC 的 I/O 点数的多少，可将 PLC 分为小型、中型和大型三类。(

15、1).小型 PLCI/O 点数 256点；单 CPU、8 位或 16位处理器、用户存储器容 量 4K 字以下。 如： GE-I 型 美国通用电气( GE )公司 TI100 美国德洲仪器公司 F、F1、F2 日本三菱电气公司 C20 C40 日 本立石公司(欧姆龙) S7-200 德国西门子公司 EX20 EX40 日本东芝公司 SR-20/21 中外合资无锡华光电子工业有限公司(2). 中型 PLC I/O 点数 2562048点；双 CPU，用户存储器容量 28K 如： S7-300 德国西门子公司 SR-400 中外合资无锡华光电子工业有限公司 SU-5、 SU-6 德 国西 门子 公司

16、 C-500 日本 立 石公 司 GE- GE 公司(3). 大型 PLC I/O 点数 2048点；多 CPU，16 位、32位处理器，用户存储 器容量 816K 如： S7-400 德国西门子公司 GE- GE 公司 C-2000 立石公司 K3 三菱公司等PLC Working Principle 工作方式：周期循环扫描 扫描过程图如下读取输入执行用户程序处理通信请求自诊断检查读取输出处理通信请求自诊断检查改写输出该学输出工作过程：自诊断，输入采样，程序扫描，输出刷新几个阶段。扫描周期：T= 自检时间 +读入一点时间 输入点数 +程序步数 运算速度 +输出一时 间输出点数工作过程示意图如

17、下PLC Programming language 在国际电工委员会公布的 IEC 61131 第三部分编程语言中详细地说明了语法， 语义和下属五种编程语言( 1) . 顺序功能图( Sequential Function Chart，SFC)。（ 2） . 梯形图（ Ladder Diagram， LD）。（ 3） . 功能模块（ Function Block Diagram，FBD ）。（4）. 指令表（ Instruction List ，IL）（ 5） . 结构文本（ Structured Text，ST）。顺序功能图指描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，主要由步、有向连线、

18、 转换、转换条件和动作（或命令）组成。它具有简单、直观等特点，是设计 PLC 顺序控制程序的一种有力工具。 顺序控制功能图设计法是指用转换条件控制代 表各步的编程元件， 让它们的状态按一定的顺序变化， 然后用代表各步的编程元 件去控制 PLC 的各输出继电器。梯形图梯形图是使用得最多的 PLC 图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图 相似，具有直观易懂的优点， 很容易被工厂熟悉继电器控制的技术人员掌握， 特 别适用于数字量逻辑控制。 有时把梯形图称为电路或程序。 梯形图的最基本元素 是个接触点 （contact） 。接触点只有两种状态 : 开路或闭路。 开路时电流将无法 流过此接触点 ,

19、但是闭路时电流将能通过它流向下一个元素。 最简单的接触点是 需要外力 （比如人的手指 ）才可以改变状态的开关。限位开关则是被安置在移动机 械设备不同位置的小开关 , 当机械设备移动时便会将相应地点的限位开关设为 开路或闭路状态。功能块图这是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。 该编程语言用类似与门、 或门的方框来表示逻辑运算关系， 方框的左侧为逻辑运 算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，信号 是自左向右流动的。 象SFC一样，功能块图 FBD 也是一种图形语言，在 FBD 中也允许嵌入别的语言（如梯形图、指令表和结构文本） 。指令表由若

20、干条指令组成的程序叫做指令表程序，有的厂家将指令称为语句 可编程 序控制器的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式， 但是小 型可编程序控制器的指令系统比汇编语言的简单得多， 指令表程序较难阅读， 其中的逻辑关系很难一眼看出， 所以在设计时一般使用梯形图语言。 如果使用简 易编程器， 则必须将梯形图转换成指令表后再写入可编程序控制器， 这种转换的 规则是很简单的。在用户程序存储器中，指令按步序号顺序排列 。不同厂家生 产的 PLC 所使用的指令助记符是不同的。结构文本结构文本（ST）是为 IEC1131-3标准创建的一种专用的高级编程语言， 受过计 算机编程语言训练的人将会发现用

21、它来编制控制逻辑是很容易的。 与梯形图相 比，ST 有两个很大的优点，其一是能实现复杂的数学运算，其二是非常简洁和 紧凑，用 ST 编制极其复杂的数学运算程序可能只占一页纸 。S7-200 PLC Programming components &i nstruction setS7-200的编程软件我们用 STEP 7 - MicroWIN V4.0 SP6；仿真软件有很多非官 方的都可以用。指令系统1 触点、线圈指令及双线圈 逻辑取及线圈驱动指令为“ LD”、“LDN”和“ =”。 LD（Load）：取指令。用于网络块逻辑运算开始的常开触点与母线的连接。 LDN （ Load Not）：取反

22、指令。用于网络块逻辑运算开始的常闭触点与母线的连 接。=（Out）：线圈驱动指令。2 置位及复位指令S（Set）:置位指令 、R（Reset）:复位指令置位即置 1，复位即置 0。置位和复位指令可以将位存储区的某一位开始的一个 或多个（最多可达 255个）同类存储器位置 1或置 0。这两条指令在使用时需指明三点：操作性质、开始位和位的数量。3 脉冲生成指令脉冲生成指令为 EU（Edge Up）、ED（Edge Down）.4.立即指令立即指令是为了提高 PLC 对输入/输出的响应速度而设置的， 它不受 PLC 循环扫 描工作方式的影响，允许对输入输出点进行快速直接存取。5.逻辑堆栈操作指令S7

23、-200系列 PLC 使用一个 9层堆栈来处理所有逻辑操作。堆栈是一组能够存储和 取出数据的暂存单元，其特点是“先进后出” 。每一次进行入栈操作，新值放入 栈顶，栈底值丢失；每一次进行出栈操作，栈顶值弹出，栈底值补进随机数。逻 辑堆栈指令主要用来完成对触点进行的复杂连接。S7-200中把 ALD 、OLD、LPS、LRD、LPP 指令都归纳为栈操作指令。6.定时器指令（1）种类：系统提供 3种类型定时器： TON、TONR和 TOF。 （2）分辨率与定时时间的计算精度等级：单位时间的时间增量称为分辨率 S。有3个等级： 1ms、10ms 和100ms，定时器定 时时间 T 的计算： T=PTS

24、。（ 3）定时器的编号：用名称和常数编号（最大 255）7.计数器指令 计数器用来累计输入脉冲的次数 ,在实际应用中用来对产品进行计数或完成复杂 的逻辑控制任务。8.结束指令结束指令分为有条件结束指令 END 和无条件结束指令 MEND 。两条指令在梯形 图中以线圈形式编程。指令不含操作数。执行完结束指令后，系统结束主程序， 返回到主程序起点。9.停止指令 STOPSTOP指令有效时，可以使主机 CPU的工作方式由 RUN切换到 STOP，从而立 即中止用户程序的执行。 STOP 指令在梯形图中以线圈形式编程。指令不含操作 数。STOP指令可以用在主程序、子程序和中断程序中。STOP 和 EN

25、D 指令通常在程序中用来对突发紧急事件进行处理，以避免实 际生产中的重大损失。PLC design Approach一.梯形图的经验设计法可以用设计继电器电路图的方法来设计比较简单的数字量系统的梯形图，即 在一些典型电路的基础上， 根据被控对象对控制系统的具体要求， 不断的修改和 完善梯形图。 有时需要多次反复的调试和修改梯形图， 增加一些中间编程元件和 触点，最后才能得到一个满意的结果。这种方法没有普遍的规律可循， 具有很大的随意性和试探性， 最后的结果不是 唯一的，设计所用的时间、 设计质量与设计者的经验有很大的关系， 所以有人把 这种设计法叫做经验设计法，它可以用于较为简单的梯形图的设计

26、。步骤1.分解梯形图程序。2.输入信号逻辑组合。3.使用辅助元件和辅助触点。4.使用定时器和计数器。5.使用功能指令。6.画互锁条件。7.画保护条件。二根据继电器电路图设计梯形图的方法PLC 使用与继电器电路图极为相似的梯形图语言，如果用 PLC 改造继电器控制 系统，根据继电器电路图来设计梯形图是一条捷径。 这是因为原有的继电器控制 系统经过长时间的使用和考验， 已经被证明能完成系统要求的控制功能， 而继电 器电路又与梯形图有很多相似之处， 因此可以将继电器电路图 “翻译”成梯形图， 即用 PLC 的外部硬件接线图和梯形图程序来实现继电器系统的功能。这种设计方法一般不需要改动控制面板， 保持

27、了系统原有的外部特性， 操作人 员不用改变长期形成的工作习惯。在分析 PLC 控制系统的功能时，可以将 PLC 想象成一个继电器控制系统中的 控制箱，其外部接线图描述了控制箱的外部接线， 梯形图是这个控制箱的内部的 线路图，梯形图中的输入位（ I ）和输出位（ Q）是这个控制箱与外部世界联 系的接口继电器，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析 PLC 控制系 统。在分析时可以将梯形图中输入的触点想象成对应的尾部输入器件的触点， 将 输出为的线圈想象成对应的外部负载的线圈外部负载的线圈除了受梯形图的控 制外，还可以接受外部触点的控制。1）。了解和熟悉被控制设备的工艺过程和机械的动作情况， 根

28、据继电器电路图 分析和掌握控制系统的工作原理， 这样才能做到在设计和调试控制系统时心中有 数。2）。确定 PLC 的输入信号和输出负载，以及与它们对应的梯形图中的输入位 和输出位的地址，画出 PLC 的外部接线图。3）。确定于继电器电路图的中间继电器 时间继电器对应的梯形图中的韦存储 器（ M）和定时器（ T）的地址。这俩步建立了继电器电路图中的元件的地址之 间的对应关系。4）。根据上述对应关系画出梯形图。三顺序控制设计法与顺序功能图所谓顺序控制， 就是按照生产工艺预先规定的顺序， 在各个输入信号的作用下， 根据内部状态和时间顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有序的进行操作。 使用顺序控制设

29、计法时首先根据系统的工艺过程， 画出顺序功能图， 然后根据顺 序功能图画出梯形图。有的 PLC 为用户提供了顺序功能图语言，再编程软件中 生成顺序功能图后便完成了编程工作这事一种先进的设计方法， 很容易被初学者 接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也 很方便。顺序功能图（ sequential function chart）是描述控制系统的控制过程、功能和特 性的一种图形，也是设计 PLC 的顺序控制程序的有力工具。顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语 言，可以供进一步设计和不同人员之间进行的技术交流之用。顺序控制设计法的主要由 5

30、 个部分组成：工步、有向连接、转换、转换条件、 命令与动作。工步：将一个系统的一个工作周期分为若干个顺序相连的阶段， 这些阶段称为 步，步是根据输出量的状态变化来划分的， 在任何一步之内， 各输出量的 ON/OFF 状态不变，但是相邻步的输出量总的状态是不同的。有向连接： 在顺序功能途中随着时间的推移和转换条件的实现， 将会发生步的 活动状态的进展这种进展按照有向连接规定的路线和方向进行。转换：转换用有向连线上与有向连线垂直的短线来表示， 转换将相邻两步分隔 开。转换条件： 是系统由当前活动步进入下一步的信号称为转换条件， 转换条件可 以是外部信号也可以是 PLC 内部产生的信号。命令与动作：

31、对于被控系统，在某一步中要完成某一“动作” ，对于施控系统， 在某一步中则要向被控系统发出某些“指令” 。1. 顺序功能图的基本结构单序列： 由一系列相继激活的步组成， 每一步的后面仅有一个转换， 每一个转 换的后面只有一个步，单序列没有分支与合并。选择序列：选择序列的开始称为分支，转换符号只能标在水平线之下，选择序 列的结束称为合并， 几个选择序列合并到一个公共序列时， 用需要重新组合的序 列相同数量的转换符号和水平线来表示，转换符号只允许标在水平线之上。mn并行序列： 表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况， 并行序列的开始 称为分支， 当转换的实现导致几个序列同时激活时， 这些序列称为并行序列。 并 行序列的结束称为合并，在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转换符号。3e46 fg57PLC design Approachplc 自动药片装瓶机控制在制药车间将一定数量的药片自动连续地装入到药瓶中。 系统控制模型如图 所示。按下按钮 S1(I0.1)、S2(I0.2)或S3(I0.3)，可选择每瓶装入 3片、5片或 7片， 通过指示灯 H1(Q0.1)、 H2(Q0.2)或 H3(Q0.3)表示当前每瓶的装药数量。当选定要装入药瓶的装药数量后，接通系统开关 K0(I0.0)