PLC任務(wù)3機(jī)械手的PLC控制課件

1、任務(wù)3機(jī)械手的PLC控制 S7-200的跳轉(zhuǎn)及標(biāo)號指令應(yīng)用；知識目標(biāo)技能目標(biāo) 掌握子程序設(shè)計技巧； 具備分析較復(fù)雜控制系統(tǒng)，并編制PLC控制程序的技能。 S7-200的子程序設(shè)計。任務(wù)描述下圖分別是機(jī)械手工作流程圖和工作示意圖，左上方為原點(diǎn)。一、控制要求（1）工作方式設(shè)置為自動/手動、連續(xù)/單周期、單步、回原點(diǎn)。（2）自動循環(huán)工作時，按工作示意圖所示順序動作。二、工作內(nèi)容（1）初始狀態(tài) 機(jī)械手在原點(diǎn)位置，左限位SQ4為ON，上限位SQ2為ON。（2）啟動運(yùn)行 按下啟動按鈕，機(jī)械手按照下降夾緊（延時1S）上升右行下降松開（延時1S）上升左行的順序依次從左向右轉(zhuǎn)送工件。下降/上升、左移/右移、夾緊

2、/松開均使用電磁閥控制。（3）停止操作 按下停止按鈕，機(jī)械手完成當(dāng)前工作過程，停在原點(diǎn)位置。任務(wù)分析 根據(jù)控制要求，按照工作方式將控制程序分為3部分：其中第一部分為自動程序，包括連續(xù)/單周期、單步控制方式，采用主程序進(jìn)行控制；第二部分為手動程序，采用子程序SBR0進(jìn)行控制；第三部分為回原點(diǎn)程序，采用子程序SBR1進(jìn)行控制。相關(guān)知識一、跳轉(zhuǎn)與標(biāo)號指令跳轉(zhuǎn)與標(biāo)號指令的梯形圖及語句表 ，操作數(shù)N為常數(shù)0255。 相關(guān)知識一、跳轉(zhuǎn)與標(biāo)號指令 跳轉(zhuǎn)與標(biāo)號指令的應(yīng)用如下圖所示。當(dāng)觸發(fā)信號接通時，跳轉(zhuǎn)指令JMP線圈有信號流流過，跳轉(zhuǎn)指令使程序流程跳轉(zhuǎn)到與JMP指令編號相同的標(biāo)號LBL處，順序執(zhí)行標(biāo)號指令以下

3、的程序，而跳轉(zhuǎn)指令與標(biāo)號指令之間的程序不執(zhí)行。若觸發(fā)信號斷開時，跳轉(zhuǎn)指令JMP線圈沒有信號流流過，順序執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令與標(biāo)號指令之間的程序。相關(guān)知識一、跳轉(zhuǎn)與標(biāo)號指令 跳轉(zhuǎn)與標(biāo)號指令可以在主程序、子程序或者中斷程序中使用，但跳轉(zhuǎn)指令和與之對應(yīng)的標(biāo)號指令必須位于同一段程序塊中，并且不能從主程序跳到子程序或中斷程序中，同樣也不能從子程序或中斷程序中跳出。另外，可以在SCR程序段中使用跳轉(zhuǎn)指令，但相應(yīng)的標(biāo)號指令也必須在同一個SCR段中。 編號相同的兩個或多個JMP指令可以用在同一程序里。但在同一程序中，不可以使用相同編號的兩個或多個LBL指令。多個JMP指令的使用如下圖所示。 相關(guān)知識一、跳轉(zhuǎn)與標(biāo)號指令

4、相關(guān)知識二、子程序的編寫與應(yīng)用 子程序常用于需要多次反復(fù)執(zhí)行相同任務(wù)的地方，只需要寫一次子程序，別的程序在需要子程序的時候調(diào)用它，而無需重寫該程序。子程序的調(diào)用是有條件的，未調(diào)用它時不會執(zhí)行子程序的指令，因此使用子程序可以減少掃描時間。 使用子程序可以將程序分成容易管理的小塊，使程序結(jié)構(gòu)簡單清晰，易于查錯和維護(hù)。如果程序中只引用參數(shù)和局部變量，可以將子程序移植到其他項(xiàng)目。為了移植子程序，應(yīng)避免使用全局符號和變量，如I、Q、M、SM、AI、AQ、V、T、C、S、AC等存儲器中的絕對地址。相關(guān)知識1.子程序的創(chuàng)建 可采用下列方法創(chuàng)建子程序：在菜單欄中選擇“編輯/插入/子程序”，或在程序編輯器視窗中

5、單擊右鍵，從彈出菜單中選擇“插入/子程序”。程序編輯器將進(jìn)入新的子程序，底部將出現(xiàn)標(biāo)志新的子程序的新標(biāo)簽，在程序編輯器窗口中可以對新的子程序編程。可以使用該子程序的局部變量表定義參數(shù)，各子程序最多可以定義16個IN、OUT參數(shù)。相關(guān)知識1.子程序的創(chuàng)建 假設(shè)創(chuàng)建了一個名為EXPLME的子程序，首先在該子程序的局部變量表中，定義一個名為“in”的雙字輸入變量、一個名為“out”的雙字輸出變量和一個名為TMP1的雙字臨時變量。在子程序中，輸入變量被乘以4000，再除以300，運(yùn)算結(jié)果作為子程序的輸出。相關(guān)知識2.子程序的調(diào)用 可以在主程序、另一子程序或中斷程序中調(diào)用子程序，但是不能在子程序中調(diào)用自

6、己。調(diào)用子程序時將執(zhí)行子程序的全部指令，直至子程序結(jié)束，然后返回調(diào)用程序中子程序調(diào)用指令的下一條指令之處。 創(chuàng)建子程序后，V4.0 STEP 7-MicroWIN在指令樹最下面的“子程序”圖標(biāo)下自動生成剛創(chuàng)建的子程序EXPLME對應(yīng)的圖標(biāo)。對于梯形圖程序，在子程序局部變量表中為該子程序定義參數(shù)后，將生成客戶化調(diào)用指令塊。指令塊中自動包含了子程序的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)。相關(guān)知識 3.調(diào)用帶參數(shù)的子程序 在子程序中可以使用參數(shù)IN、IN_OUT和OUT。 IN（輸入）是傳入子程序的輸入?yún)?shù)。如果參數(shù)是直接尋址（如VB10），指定地址的值被傳入子程序。如果參數(shù)是間接尋址（如*AC1），指針指定地址的值

7、被傳入子程序。如果參數(shù)是常數(shù)（如DW#12345）或地址（如&VB100），它們的值被傳入子程序，“#”為常數(shù)描述符。 OUT（輸出）是子程序的執(zhí)行結(jié)果，它被返回給調(diào)用它的程序組織單元。常數(shù)和地址（如&VB100）不能作輸出參數(shù)。 IN_OUT（輸入/輸出）將參數(shù)的初始值傳給子程序，子程序的執(zhí)行結(jié)果返回給同一地址。常數(shù)和地址不能作輸入/輸出參數(shù)。 TEMP是局部存儲變量，不能用來傳遞參數(shù)，它們只能在子程序中使用。相關(guān)知識 3.調(diào)用帶參數(shù)的子程序 子程序傳遞的參數(shù)放在子程序的局部變量表中，局部變量表最左邊的一列是每個被傳遞的參數(shù)的局部存儲器地址。調(diào)用子程序，輸入?yún)?shù)被復(fù)制到子程序的局部存儲器，子

8、程序執(zhí)行完后，從局部存儲器復(fù)制輸出參數(shù)到指定的輸出參數(shù)地址。數(shù)據(jù)單元的大小和類型用參數(shù)的代碼表示。在子程序中局部存儲器的參數(shù)值分配如下： （1）按子程序指令的調(diào)用順序，給參數(shù)值分配局部存儲器，起始地址 是L0。 （2）18個連續(xù)位參數(shù)分配一個字節(jié)，字節(jié)中的位地址為Lx.0Lx.7。 （3）字節(jié)、字和雙字值在局部存儲器中按字節(jié)順序分配，如LBx，LWx 或 LDx。 在帶參數(shù)調(diào)用子程序指令中，參數(shù)必須按一定的順序排列，輸入?yún)?shù)在最前面，其次是輸入/輸出參數(shù)，最后是輸出參數(shù)。 相關(guān)知識子程序調(diào)用和返回 相關(guān)知識 4.子程序的嵌套調(diào)用 程序中最多可創(chuàng)建64個子程序。子程序可以嵌套調(diào)用（在子程序中調(diào)用

9、別的子程序），最大嵌套深度為8。 在子程序中，用觸點(diǎn)電路控制CRET（從子程序有條件返回）指令，觸點(diǎn)電路接通時條件滿足，子程序被終止。編譯時，在程序結(jié)束的地方會自動加入無條件結(jié)束指令END、MEND、RET或RETI。如果在程序里加了這些指令，編譯時反而會出錯。 5.子程序的有條件返回相關(guān)知識三、具有多種工作方式控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計 為了滿足生產(chǎn)的需要，很多設(shè)備要求設(shè)置多種工作方式，如手動和自動（包括連續(xù)、單周期、單步等）工作方式。手動程序比較簡單，一般用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計；復(fù)雜的自動程序，一般根據(jù)系統(tǒng)的順序功能圖用順序控制法設(shè)計。 具有多種工作方式控制系統(tǒng)的梯形圖總體結(jié)構(gòu)如下圖所示。選擇手動工作方式

10、時，手動開關(guān)I1.0為ON，將跳過自動程序，執(zhí)行公用程序和手動程序。選擇自動工作方式時，I1.0為OFF，將跳過手動程序，執(zhí)行公用程序和自動程序。 工具、設(shè)備清單 任務(wù)準(zhǔn)備序號名稱規(guī)格數(shù)量1計算機(jī)硬盤空間350M以上12操作系統(tǒng)Windows 2000,SP3以上13S7-200 CPUCPU221以上14PC/PPI電纜RS-232C/PPI或USB/PPI15編程軟件STEP7-Micro/WIN V4.016機(jī)械送料手臂控制系統(tǒng)模擬板 與PLC和電源匹配1任務(wù)實(shí)施一、PLC硬件接線 按照機(jī)械手工作過程制作的控制操作面板如下圖所示。組合開關(guān)的5個位置分別對應(yīng)于系統(tǒng)的手動、單周期、單步、連續(xù)

11、和回原點(diǎn)工作方式，操作面板左下部的6個按鈕是手動按鈕。任務(wù)實(shí)施一、PLC硬件接線 下圖是PLC的硬件接線圖，其中輸出Q0.1為1時夾緊工件，為0時松開工件。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時）能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM。在PLC開始運(yùn)行時按下“接通電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點(diǎn)接通，給外部負(fù)載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時用“急停按鈕”斷開負(fù)載電源。任務(wù)實(shí)施二、編輯符號表任務(wù)實(shí)施三、設(shè)計梯形圖程序機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖程序如下圖所示。主程序主要完成自動工作方式中的連續(xù)、單周期、單步控制。任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施子程序（

12、SBR0）主要完成手動控制 任務(wù)實(shí)施子程序SBR1主要完成回原點(diǎn)控制 檢查評議評分表1項(xiàng)目主要內(nèi)容評分標(biāo)準(zhǔn)配分扣分得分任務(wù)完成情況安裝與接線 1.元件布置不整齊、不勻稱、不合理； 每只扣2分 2.元件安裝不牢固、漏裝螺釘； 每只扣1分 3.損壞元件； 扣5分 4.接點(diǎn)松動、露銅過長、反圈、壓絕緣層；每處扣1分 5.損傷導(dǎo)線絕緣或線芯； 每根扣1分 6.不按PLC控制I/O接線圖接線； 每處扣2分40程序輸入及調(diào)試1.不會熟練操作計算機(jī)鍵盤輸入指令； 扣2分2.不會用刪除、插入、修改等指令； 每項(xiàng)扣2分3. 第一次調(diào)試不成功； 扣8分第二次次不成功； 扣15分第三次次不成功； 扣30分40檢查評

13、議評分表2項(xiàng)目主要內(nèi)容評分標(biāo)準(zhǔn)配分扣分得分綜合能力職業(yè)素養(yǎng)1.學(xué)習(xí)主動性差，學(xué)習(xí)準(zhǔn)備不充分； 扣2分2.團(tuán)隊合作意識差，缺乏協(xié)作精神； 扣2分3.語言表達(dá)不規(guī)范； 扣2分4.時間觀念不強(qiáng)，工作效率低； 扣2分5.不注重工作質(zhì)量與工作成本； 扣2分10安全文明生產(chǎn)1.安全意識差，不安安全生產(chǎn)規(guī)程操作； 扣10分2.勞動保護(hù)穿戴不整齊； 扣10分3.施工后不清理現(xiàn)場； 扣5分10定額時間15min，每超時5min 扣5分備注除定額時間外，各項(xiàng)目的最高扣分不應(yīng)超過配分?jǐn)?shù)合計100開始時間結(jié)束時間實(shí)際用時教師綜合評價：擴(kuò)展知識一、工業(yè)電氣控制系統(tǒng)的PLC改造工業(yè)電氣控制系統(tǒng)的PLC改造步驟如下圖所示

14、擴(kuò)展知識1深入了解被控制系統(tǒng) 這一步是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。設(shè)計前應(yīng)熟悉圖紙資料，深入調(diào)查研究，與工藝、機(jī)械方面的技術(shù)人員和現(xiàn)場操作人員密切配合，共同討論，解決設(shè)計中有可能遇到的問題。應(yīng)詳細(xì)了解被控對象的全部功能，如機(jī)械部件的動作順序、動作條件、必要的保護(hù)與聯(lián)鎖，系統(tǒng)要求哪些工作方式（如手動、自動、半自動等），設(shè)備內(nèi)部機(jī)械、液壓、氣動、儀表、電氣幾大系統(tǒng)之間的關(guān)系，PLC與其他智能設(shè)備（如其他PLC、計算機(jī)、變頻器等）之間的關(guān)系，PLC是否需要通信聯(lián)網(wǎng)，需要顯示哪些數(shù)據(jù)及顯示的方式，電源突然停電及緊急情況的處理，安全電路的設(shè)計等。有時需要設(shè)置PLC之外的手動、機(jī)械和電氣的聯(lián)鎖裝置，以防止危險的操作。

15、 對于大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要考慮將系統(tǒng)分解為幾個獨(dú)立的部分，各部分分別用單獨(dú)的PLC或其他控制裝置來控制，并考慮它們之間的通信方式。 這一階段應(yīng)確定哪些信號需要輸入給PLC，哪些負(fù)載由PLC驅(qū)動，分類統(tǒng)計出各輸入量和輸出量的性質(zhì)，是數(shù)字量還是模擬量，是直流量還是交流量，以及電壓的等級等。并考慮需要設(shè)置什么樣的操作員接口，如是否需要設(shè)置人機(jī)界面，或用上位計算機(jī)作操作員接口。擴(kuò)展知識2與硬件有關(guān)的設(shè)計 （1）確定系統(tǒng)輸入元件和輸出元件的型號規(guī)格。 （2）根據(jù)設(shè)備的操作任務(wù)和操作方式，確定操作面板所需的元件，如指示燈、數(shù)字顯示裝置、開關(guān)和按鈕等。有的系統(tǒng)可能需要智能的操作面板，如與S7-200配套

16、的TD200文本顯示器，或有圖形顯示功能和觸摸屏功能的操作員面板。 （3）確定PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)。列表統(tǒng)計PLC的輸入信號和輸出信號，在表中標(biāo)明各信號的意義和類型，如信號是數(shù)字量還是模擬量，模擬信號的范圍等。 （4）確定PLC的型號和硬件設(shè)備。如確定CPU模塊的型號、擴(kuò)展模塊的型號和塊數(shù)等。 （5）給各輸入、輸出量分配地址，梯形圖中物理地址與PLC的外部接線端子號是一致的。這一步為繪制硬件接線圖做好了準(zhǔn)備，也為梯形圖的設(shè)計做好了準(zhǔn)備。 （6）畫出PLC的外部硬件接線圖。給輸入量、輸出量分配好地址后，畫出PLC的外部硬件接線圖，以及其他電氣原理圖和接線圖。 （7）畫出操作站和控制柜面板的布置

17、圖和內(nèi)部安裝圖。 （8）建立符號表。建立符號表后，可以在程序中顯示各絕對地址的符號名，有利于程序的設(shè)計和閱讀。擴(kuò)展知識3設(shè)計梯形圖程序 首先應(yīng)根據(jù)總體要求和控制系統(tǒng)的具體情況，確定用戶程序的基本結(jié)構(gòu)，畫出程序流程圖或數(shù)字量控制系統(tǒng)的順序功能圖。它們是編程的主要依據(jù)，應(yīng)盡可能地準(zhǔn)確和詳細(xì)。 一般先對用戶程序作模擬調(diào)試，根據(jù)順序功能圖，用小開關(guān)和按鈕來模擬PLC實(shí)際的輸入信號。例如，用它們發(fā)出操作指令，或在適當(dāng)?shù)臅r候用它們來模擬實(shí)際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開。通過模塊上各輸出位對應(yīng)的發(fā)光二極管，觀察各輸出信號的變化是否滿足設(shè)計的要求。 調(diào)試順序控制程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符合

18、順序功能圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)時，是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化，該轉(zhuǎn)換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒硬?，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒硬剑约案鞑奖或?qū)動的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。4梯形圖程序的模擬調(diào)試擴(kuò)展知識5現(xiàn)場調(diào)試 在調(diào)試時，應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、順序功能圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后，及時修改程序，直到在各種可能的情況下輸入信號與輸出信號之間的關(guān)系完全符合要求。如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實(shí)際設(shè)定值。 在設(shè)計和模擬調(diào)試程序的同時，可以設(shè)計、

19、制作控制臺或控制柜，PLC之外的其它硬件的安裝、接線工作也可以同時進(jìn)行。 完成上述工作后，將PLC安裝在控制現(xiàn)場，接入實(shí)際的輸入信號和負(fù)載。在聯(lián)機(jī)總調(diào)試過程中，將系統(tǒng)暴露出傳感器、執(zhí)行器和接線等硬件方面的問題，以及PLC的外部接線圖和梯形圖設(shè)計中的問題，盡可能在現(xiàn)場加以解決，直到完全符合要求。擴(kuò)展知識6編寫技術(shù)文件 系統(tǒng)交付使用后，應(yīng)根據(jù)調(diào)試的最終結(jié)果整理出完整的技術(shù)文件，并提供給用戶，以利于系統(tǒng)的維修和改進(jìn)。技術(shù)文件應(yīng)包括： （1）PLC的外部硬件接線圖和其他電氣圖樣。 （2）PLC的編程元件表，包括程序中使用的輸入位、輸出位、存儲器位、定時器、計數(shù)器和順序控制繼電器等的地址、名稱、功能，以

20、及定時器、計數(shù)器的設(shè)定值等。 （3）順序功能圖、帶注釋的梯形圖和必要的總體文字說明。擴(kuò)展知識二、節(jié)省PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的方法1.減少所需輸入點(diǎn)數(shù)的方法 （1）分時分組輸入 自動程序和手動程序不會同時執(zhí)行，自動和手動這兩種工作方式分別使用的輸入量可以分成兩組輸入。 下圖中的二極管用來切斷寄生電路。假設(shè)圖中沒有二極管，系統(tǒng)處于自動狀態(tài)，S1、S2、S3閉合，S4斷開，這時電流從L+ 端子流出，經(jīng)S3、S1、S2 形成的寄生回路流入I0.1端子，使輸入位I0.1錯誤地變?yōu)镺N。各開關(guān)串聯(lián)了二極管后，切斷了寄生回路，避免了錯誤輸入的產(chǎn)生。擴(kuò)展知識 （2）輸入觸點(diǎn)的合并 如果某些外部輸入信號總是以某種

21、“與或非”組合的整體形式出現(xiàn)在梯形圖中，可以將它們對應(yīng)的觸點(diǎn)在PLC外部串、并聯(lián)后作為一個整體輸入PLC，只占PLC的一個輸入點(diǎn)。 例如，某負(fù)載可在多處啟動和停止，可以將3個啟動信號并聯(lián)，將3個停止信號串聯(lián)，分別送給PLC的兩個輸入點(diǎn)，如下圖所示。與每一個啟動信號和停止信號占用一個輸入點(diǎn)的方法相比，不僅節(jié)約了輸入點(diǎn)，還簡化了梯形圖程序。擴(kuò)展知識 （3）將信號設(shè)置在PLC之外 系統(tǒng)的某些輸入信號，如手動操作按鈕、保護(hù)動作后需手動復(fù)位的熱繼電器常閉觸點(diǎn)提供的信號，可以設(shè)置在PLC外部的硬件電路中，如下圖所示。某些手動按鈕需要串接一些安全聯(lián)鎖觸點(diǎn)，如果外部硬件聯(lián)鎖電路過于復(fù)雜，則應(yīng)考慮仍將有關(guān)信號送

22、入PLC，用梯形圖實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。擴(kuò)展知識2.減少所需輸出點(diǎn)數(shù)的方法 （1）減少所需數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)的方法 在PLC輸出功率允許的條件下，通、斷狀態(tài)完全相同的多個負(fù)載并聯(lián)后，可以共用一個輸出點(diǎn)。通過外部的或PLC控制的轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換，一個輸出點(diǎn)可以控制兩個或多個不同時工作的負(fù)載。與外部元件的觸點(diǎn)配合，可以用一個輸出點(diǎn)控制兩個或多個有不同要求的負(fù)載。用一個輸出點(diǎn)控制指示燈常亮或閃爍，可以顯示兩種不同的信息。 在需要用指示燈顯示PLC驅(qū)動的負(fù)載（如接觸器線圈）狀態(tài)時，可以將指示燈與負(fù)載并聯(lián)，并聯(lián)時指示燈與負(fù)載的額定電壓應(yīng)相同，總電流不應(yīng)超過允許值?？蛇x用電流小、工作可靠的指示燈（發(fā)光二極管LED）。 系統(tǒng)中某些相對獨(dú)立或比較簡單的部分，可以不進(jìn)PLC，直接用繼電器電路來控制，這樣同時減少了所需的PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)。擴(kuò)展知識 （2）減少數(shù)字顯示所需輸出點(diǎn)數(shù)的方法 如果直接用數(shù)字量輸出點(diǎn)來控制多位LED七段顯示器，所需的輸出點(diǎn)是很多的。 在如下圖所示的電路中，用具有鎖存、譯碼、驅(qū)動功能的芯片CD4513驅(qū)動共陰極LED七段顯示器，兩只CD4513的數(shù)據(jù)輸入端AD共用PLC的4個輸出端