PLC电子教案模块四项目6.docx
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PLC电子教案模块四项目6
课时教案
单位：
授课教师：
课程
PLC系统设计与调试
第周第课时年月日
课题
项目六
自动装车上料控制系统设计与调试
授课班级
教学目标
知识目标
1．掌握顺序功能图的结构，会画顺序功能图；
2．能正确由顺序功能图转化为梯形图。
能力目标
1．了解自动化生产线的工作过程及设备维护方法；
2．学会简单生产线控制程序的设计与调试方法；
3．具备通过听课、查阅资料、上网搜索、观察及其它渠道收集信息的能力。
素质目标
1．具备企业需要的基本职业道德和素质；
2．具备主动学习的能力、心态和行动
重点
S7-200PLC顺序功能图的画法
难点
同上
授课
方法
综合法（演示、讲练穿插、巡回指导）
课型
新授课
教具
实验
PLC实验箱、电脑、投影等
教学内容及过程
【组织教学】
【导入新课】
一、项目要求
在自动化生产线中，要求小车在两地之间自动往返运料的情况很多。
图4-6-1是自动装车上料控制的示意图。
当小车处于后端时，按下起动按钮，小车向前运行。
行进至前端压下前限位开关，翻斗门打开装货，7s后关闭翻斗门，小车向后运行。
行进至后端压下后限位开关，打开小车底门卸货，5s后底门关闭，完成一次动作。
合上连续开关，小车自动连续往复运行。
要求设计自动装车上料控制系统的控制电路和梯形图程序，并模拟调试。
图4-6-1自动装车上料控制的示意图
二、项目分析
在工业控制中，一个控制系统往往由若干个功能相对独立的工序组成，因此系统程序也由若干个程序段组成，我们称之为“状态”（又称“步”）。
顺控指令（又称步进指令）就是将各个状态按照一定的执行次序连接起来进行控制的指令。
它能够激活下一个状态，同时清除本指令所在的过程，主要用于生产过程的顺序控制，还可用于选则分支控制、并行分支控制及分支合并控制等。
三、项目实施
步骤一主电路设计
由项目任务可知，除运料小车前后行进需要一个电动机正反转外，系统中还需要两个磁阀，分别是控制翻斗门和小车底门，这样电路的被控制对象有3个：
1个电机、2个电磁阀。
主电路如图4-6-2所示。
图4-6-2自动装车上料控制主电路图
步骤二确定I/O点总数及地址分配
表4-6-1自动装车上料控制I/O地址分配表
输入信号
输出信号
1
I0.0
起动按钮SB1
1
Q0.0
小车向前KM1
2
I0.1
前限位开关SQ1
2
Q0.1
小车向后KM2
3
I0.2
后限位开关SQ2
3
Q0.2
翻门打开KM3
4
I0.3
连续开关SA
4
Q0.3
低门打开KM4
步骤三PLC选型
根据控制系统的要求，考虑到系统的扩展功能，选用一台继电器输出结构的CPU224（输入14、输出10）小型PLC作为自动装车上料系统的控制核心。
步骤四控制电路设计
参照PLC的I/O分配表，结合系统的电气要求，自动装车上料系统PLC控制电气接线如图4-6-3所示。
图4-6-3自动装车上料控制接线图
步骤五程序设计
相关知识
1.学会画出系统的顺序功能图
例：
以图4-6-4中的波形给出的锅炉的鼓风机和引风机的控制要求为例，其工作过程是：
按下起动按钮I0.0后，引风机开始工作，5s后鼓风机开始工作，按下停止按钮I0.1后，鼓风机停止工作，5s后引风机再停止工作。
图4-6-4鼓风机控制要求的波形图图4-6-5鼓风机控制顺序功能图
（1）顺序功能流程图的组成
顺序功能流程图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（命令）组成，如图4-6-5所示。
步：
用矩形方框表示，初始步用双线方框表示。
系统处于某一步所在的阶段称为活动步,其前一步称为“前级步”，其后一步称为“后续步”，其他各步称为“不活动步”。
代表该步的编程元件S的地址编号范围为S0.0～S31.7。
动作：
系统处于某一步需要完成的工作，用矩形方框与步相连。
某一步可以有几个动作，也可以没有动作，这些动作之间无顺序关系。
有向连线：
有向连线在从上到下或从左到右的方向上的箭头可以省略。
转换：
指步与步之间的有向连线上与之垂直的短横线，作用是将相邻的两步分开。
转换条件：
与转换对应的条件，是系统由当前步进入下一步的信号。
可以是外部的输入条件，例如按钮、指令开关、限位开关的接通或断开等；也可以是PLC内部产生的信号，例如定时器、计数器等触点的接通；还可以是若干个信号的与、或、非的逻辑组合。
（2）顺序功能图的基本结构
顺序功能图的基本结构包括：
单序列、选择序列和并行序列。
图4-6-6顺序功能图的基本结构
（3）顺序功能图中转换实现的基本规则
顺序功能图中，转换实现必须同时满足以下两个条件：
①该转换所有的前级步都是活动步；
②相应的转换条件得到满足。
（4）绘制顺序功能图时的注意事项
①两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们分隔开；
②两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们分隔开；
③初始步必不可少。
④顺序功能图是由步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步返回初始步，系统停留在初始状态，在连续循环工作方式时，应从最后一步返回下一工作周期开始运行的第一步。
动动手吧
图4-6-7是某剪板机的示意图，开始时压钳和剪刀在上限位置，限位开关I0.0和I0.1为ON，按下起动按钮I1.0，工作过程如下：
首先板料右行（Q0.0为ON）至限位开关I0.3动作，然后压钳下行（Q0.1为ON并保持），压紧板料后，压力继电器I0.4为ON，压钳保持压紧，剪刀开始下行（Q0.2为ON），剪断板料后，I0.2变为ON，压钳和剪刀同时上行（Q0.3和Q0.4为ON，Q0.1和Q0.2为OFF），它们分别碰到限位开关I0.0和I0.1后，分别停止上行，都停止后，又开始下一周期的工作，剪完10块后停止并停在初始状态。
请画出顺序功能图。
图4-6-7剪板机示意图
图4-6-8剪板机顺序功能图
图4-6-9自动装车上料系统顺序功能图
2．顺控指令
顺序控制继电器用3条指令描述程序的顺序控制步进状态，可以用于程序的步进控制、分支、循环和转移控制，指令格式如表4-6-2所示。
表4-6-2顺序控制继电器指令
类型
梯形图
语句表
功能
SCR装载指令
LSCRbit
表示SCR段的开始
SCR传送指令
SCRTbit
表示SCR段间的转换
SCR结束指令
SCRE
表示SCR段的结束
通常为了自动进入顺序功能流程图，一般利用特殊辅助继电器SM0.1将S0.1置1。
若在某步为活动步时，动作需直接执行，可在要执行的动作前接上SM0.0动合触点，避免线圈与左母线直接连接的语法错误。
参考程序
下面我们就把自动装车上料系统顺序功能图按上述指令及规则转换成梯形图，如图4-6-10所示。
图4-6-10自动装车上料系统梯形图程序
动动脑吧：
同学们自己由剪板机顺序功能图画出梯形图程序吧！
步骤六调试运行
（1）连接好PLC输入/输出接线，启动STEP7Micro/WIN32编程软件。
（2）打开符号表编辑器，根据表4-6-1所示要求，将相应的符号与地址分别录入到符号表的符号栏和地址栏中。
如符号栏写“启动按钮”，相应的地址栏则写“I0.0”。
（3）打开梯形图编辑器，录入程序并下载到PLC中，使PLC进入运行状态。
（4）使PLC进入梯形图监控状态。
（5）操作过程中同时观察输入/输出状态指示灯的亮灭情况。
四、项目拓展
任务一液体混合系统控制
1．任务提出
图4-6-11是某液体混合装置示意图，此装置有搅拌电动机M（1.5KW）及混合罐，罐内设置上限位SL1、中限位SL2和下限位SL3液位传感器，电磁阀门YV1和YV2控制两种液体的注入，电磁阀门YV3控制液体的流出。
控制要求是将两种液体按比例混合，搅拌30s后输出混合液。
具体控制过程如下：
按下起动按钮，开始下列操作：
（1）开启电磁阀YV1，开始注入液体A，至液面高度到达液面传感器SL2处时（此时SL2和SL3为ON），停止注入液体A，同时开启电磁阀YV2注入液体B，当液面升至液面传感器SL1处时，停止注入液体B。
（2）停止注入液体B时，开启搅拌机，搅拌混合时间为30s。
（3）停止搅拌后开启电磁阀YV3，放出混合液体，至液体高度降到液面传感器SL3处后，再经5s关闭YV3。
（4）循环
（1）
（2）（3）工作。
按下停止键后，在当前循环（操作过程）完毕后，停止操作，返回并停留在初始状态。
同学们试着画出顺序功能图并转换为梯形图程序。
图4-6-11液体混合装置示意图
2．任务解决方案
图4-6-12液体混合控制顺序功能图图4-6-13液体混合控制梯形图程序
五、知识测评
（1）顺序控制段开始指令的操作码是（）。
A.SCRB.SCRPC.SCRED.SCRT
（2）S7-200系列PLC的顺序控制状态寄存器的地址编号范围为（）。
A.S0.0~S15.7B.S0.0~S31.7C.S0.0~S30.7D.S1.0~S31.7
（3）下面不属于顺序控制指令的操作码是（）。
A.SCRB.SCRPC.SCRED.SCRT
（4）PLC运行时总是ON的特殊存储器位是。
首次扫描时为1，用于程序的初始化的特殊存储器位是。
（5）当（）指令被激活，标志着一个顺序控制继电器段的开始；当满足条件使（）指令执行时，则转移到下一个顺序控制继电器段；当执行（）指令则结束该顺序控制继电器段。
六、项目评估
项目名称：
自动装车上料控制系统设计与调试组别：
项目
配分
考核要求
扣分标准
扣分记录
得分
电路设计
40分
根据给定的控制电路图，列出PLC输入/输出元件地址分配表，设计梯形图及PLC输入/输出接线图，根据梯形图，列出指令表
（1）输入/输出地址遗漏或写错，每处扣2分
（2）梯形图表达不正确或画法不规范，每处扣3分（3）接线图表达不正确或画法不规范，每处扣3分
（4）指令有错误，每条扣2分
安装与接线
30分
按照PLC输入/输出接线图在模拟配线板上正确安装元件，元件在配线板上布置要合理，安装要准确紧固。
配线美观，下入线槽中且有端子标号，引出端要有别径压端子
（1）元件布置不整齐、不均匀、不合理，每处扣1分
（2）元件安装不牢固、安装元件时漏装螺钉，每处扣1分
（3）损坏元件，扣5分
（4）电动机运行正常，如不按电路图接线，扣1分（5）布线不入线槽、不美观，主电路、控制电路每根扣0.5分（6）接点松动、露铜过长、反圈、压绝缘层，标记线号不清楚、遗漏或误标，引出端子无别径压端子，每处扣0.5分（7）损伤导线绝缘或线芯，每根扣0.5分（8）不按PLC控制I/O接线图接线，每处扣2分
程序输入与调试
20分
熟练操作键盘，能正确地将所编写的程序下载到PLC；按照被控设备的动作要求进行模拟调试，达到设计要求
（1）不熟练录入指令，扣2分
（2）不会用删除、插入、修改等命令，每项扣2分（3）1次试车不成功扣4分，2次试车不成功扣8分，3次试车不成功扣10分
安全、文明工作
10分
（1）安全用电，无人为损坏仪器、元件和设备
（2）保持环境整洁，秩序井然，操作习惯良好（3）小组成员协作和谐，态度正确（4）不迟到、早退、旷课
（1）发生安全事故，扣10分
（2）人为损坏设备、元器件，扣10分（3）现场不整洁、工作不文明，团队不协作，扣5分（4）不遵守考勤制度，每次扣2~5分
总分
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