可編程控制技術教案第四章

1、課程可編程掌握技術班級電氣工程自動化學期5 課時2h 累計課時44h 累計課時課程類型理論,試驗；第四章 PLC 掌握系統(tǒng)的設計與故障診斷課程名稱（章、節(jié)）4.1 PLC 掌握系統(tǒng)的設計 4.2 PLC 掌握系統(tǒng)硬件設計方法1. 可編程序掌握器系統(tǒng)設計的基本內容和步驟教學目的 2. 系統(tǒng)總體方案設計 . 掌握系統(tǒng)硬件設計方法要 求 3.PLC 及輸入 / 輸出模板的挑選4. 供電系統(tǒng)設計教學重點 總體方案設計； . 供電系統(tǒng)設計教學難點 CPU及輸入 / 輸出模板的挑選主要教具 多媒體教室、運算機投影、設備材料課后記可編程掌握器S7-300/400 ,編程器 /STEP7 軟件,同學對實際場景

2、概念很少；想象才能不足；應適當供應現(xiàn)場教學課,加強學員對掌握系統(tǒng)的總體熟識；教 案教 學 內 容 備 注第四章 PLC 掌握系統(tǒng)的設計與故障診斷4.1 PLC 掌握系統(tǒng)的設計4.1.1 可編程序掌握器系統(tǒng)設計要求1最大限度地滿意被控對象的掌握要求；設計前,應深化現(xiàn)場進行調查研究,搜集資料,并與相關部分的設計人員和實際操作人員親密協(xié)作,共同擬定掌握方案,協(xié)同解決設計中顯現(xiàn)的各種問題； 2在保證掌握系統(tǒng)的安全、牢靠的前提下,力求使掌握系統(tǒng)簡潔、經濟,使用及修理便利,滿意掌握要求； 3考慮到生產的進展,工藝的改進及系統(tǒng)擴充,在挑選可編程掌握器的CPU模板及 I/O 模板時,應適當留有余量；4.1.2

3、 PLC 掌握系統(tǒng)設計的基本內容1確定系統(tǒng)運行方式與掌握方式；PLC 可構成各種各樣的掌握系統(tǒng),如單機控制系統(tǒng)、集中掌握系統(tǒng)等；在進行應用系統(tǒng)設計時,要確定系統(tǒng)的構成形式； 2挑選用戶輸入設備 按鈕、操作開關、限位開關、傳感器等 、輸出設備 繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件 以及由輸出設備驅動的掌握對象 電動機、電磁閥等 ；這些設備屬于一般的電氣元件,其挑選的方法屬于其他課程的內容； 3PLC的挑選； PLC是掌握系統(tǒng)的核心部件,正確挑選 PLC對于保證整個掌握系統(tǒng)的技術經濟指標起著重要的作用；挑選 PLC應包括機型挑選、容量挑選、I O模塊挑選、電源模塊挑選等； 4安排 I 0 點,繪制 I

4、 0 連接圖,必要時仍須設計掌握臺 柜 ； 5設計掌握程序；掌握程序是整個系統(tǒng)工作的軟件,是保證系統(tǒng)正常、安全、牢靠的關鍵；因此掌握系統(tǒng)的程序應經過反復調試、修改,直到滿意要求為止； 6編制掌握系統(tǒng)的技術文件,包括說明書、電氣原理圖及電氣元件明細表、I0 連接圖、 I O地址安排表、掌握軟件；教 案教 學 內 容 備 注4.1.3 PLC 掌握系統(tǒng)的設計步驟設計步驟框圖1依據生產的工藝過程分析掌握要求；如需要完成的動作 動作次序、動作條件、必需的愛護和連鎖等 、操作方式 手動、自動、連續(xù)、單周期、單步等 ； 2依據掌握要求確定系統(tǒng)掌握方案； 3依據系統(tǒng)構成方案和工藝要求確定系統(tǒng)運行方式； 4依

5、據掌握要求確定所需的用戶輸入、輸出設備,據此確定 PLC 的 I 0 點數； 5挑選 PLC；安排 PLC的 I O點,設計 I O連接圖 6進行 PLC的程序設計,同時可進行掌握臺 柜 的設計和現(xiàn)場施工； 7聯(lián)機調試；如不滿意要求,再返回修改程序或檢查接線,直到滿意要求為止； 8編制技術文件；交付使用；4.2 PLC 掌握系統(tǒng)硬件設計方法4.2.1 應用系統(tǒng)總體方案設計1PLC掌握系統(tǒng)類型由 PLC構成的單機掌握系統(tǒng)；由 PLC構成的集中掌握系統(tǒng)；由 PLC構成的分布式掌握系統(tǒng)；用 PLC構成遠程 I 0 掌握系統(tǒng)；2系統(tǒng)的運行方式手動運行方式；半自動運行方式；自動運行方式；4.2.2 系統(tǒng)

6、硬件設計依據1工藝要求2設備狀況3掌握功能4I 0 點數和種類5系統(tǒng)的先進性教 案教 學 內 容 備 注4.2.3 可編程序掌握器的機型挑選1. CPU 的功能2. I/0 點數3. 響應速度4. 指令系統(tǒng)5. 機型挑選的其他考慮4.2.4 輸入 / 輸出模板的挑選1數字量輸入模塊的挑選2數字量輸出模塊的挑選3模擬量模塊的挑選4智能 I 0 模塊的應用挑選4.2.5 系統(tǒng)硬件設計文件1系統(tǒng)硬件配置圖2模塊統(tǒng)計表3I 0 硬件接口圖及 I 0 地址表4.2.6 系統(tǒng)供電設計1供電系統(tǒng)的愛護措施2電源模塊的挑選4 I 0 模塊供電電源設計5. 系統(tǒng)接地設計6. 可編程序掌握器供電系統(tǒng)設計7. 電纜

7、設計和敷設班級電氣工程自動化學期5 課程可編程掌握技術課時4h 累計課時48h 老師上課日期課程類型 理論,試驗；第四章 PLC 掌握系統(tǒng)的設計與故障診斷課程名稱4.3 程序設計與調試/ 輸入強制）4.4 PLC 系統(tǒng)的現(xiàn)場調試（章、節(jié)）教學目的1,線性化編程；分部編程以及結構化編程；2,PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場調試；要 求（信號模擬,查找/ 替換與換線,變量監(jiān)控與修改,輸出教學重點分部編程以及結構化編程；變量監(jiān)控與修改.教學難點 輸出 / 輸入強制主要教具多媒體教室、運算機投影、PLC實訓室；設備材料可編程掌握器S7-300/400 ,編程器 /STEP7 軟件；實訓教學的成效不錯,結合實際場景來錘

8、煉學員的實際動手才能；課后記 可以嘗試項目教學法,讓學員獨立完成一個項目；在今后的教學中應在加強多媒體課件的投入；教 案教 學 內 容 備 注4.3 程序設計與調試 4.3.1 程序結構設計 線性化編程；分部編程以及結構化編程（工業(yè)攪拌系統(tǒng)）；被攪拌的對象要求如下：1當成分A（B）泵工作時要求：1）成分A（B）的進料閥已開,出料閥已開； 2）攪拌桶未滿,攪拌的出料閥關閉；動作；3）泵的驅動電機無故障,沒有緊急停止2拌電機工作時的條件：1）攪拌桶未空,攪拌桶的出料閥關閉；2）攪拌馬達無故障,緊急停止沒有動作；3開排放閥的條件：攪拌馬達停止,緊急停止沒有動作；系統(tǒng)中的液位開關讓操作者明白攪拌桶內的

9、液位情形,并且供應輸送泵和攪拌 電機之間的連鎖關系；一、線性化編程 線性化編程就是將用戶程序連續(xù)放置在一個指令塊內,即一個簡潔的程序塊內包含系統(tǒng)的全部指令；線性化編程不帶分支,通常是 令,軟件治理的功能相對簡潔；二、分部編程OB1 程序按次序執(zhí)行每一條指分部式編程是把一項掌握任務分成如干個獨立的塊,每個塊用于掌握一套設備或一系列工作的規(guī)律指令,而這些塊的運行靠組織塊 三、結構化編程OB內指令來調用；結構化程序把過程要求的類似或相關的功能進行分類,并試圖供應可以用于幾個任務的通用解決方案；向指令塊供應有關信息（以參數形式）重復利用這些通用模塊；掌握軟件分為五個功能塊：FC10 功能塊用于掌握成分

10、 A的供料泵；FC20 功能塊用于掌握成分 B的供料泵；FC30 功能塊用于掌握攪拌馬達；FC40 功能塊用于掌握排料電磁閥；FC50 功能塊用于掌握操作站上的指示燈；,結構化程序能夠教案備 注教 學 內 容4.4 PLC 系統(tǒng)的現(xiàn)場調試 4.4.1 信號模擬4.4.2 查找 / 替換與換線教 案教 學 內 容 備 注4.4.3 變量監(jiān)控與修改4.4.4 輸出 / 輸入強制課程可編程掌握技術班級電氣工程自動化學期5 課時4h 累計課時52h 老師上課日期課程類型理論,試驗；第四章 PLC 掌握系統(tǒng)的設計與故障診斷課程名稱4.5 組織塊 OB及其應用OB 20；循環(huán)中斷 OB 35；中斷優(yōu)先級；

11、掌握中斷；（章、節(jié)）日時鐘中斷（ OB10）；延時中斷硬件中斷 OB 40 ；初始化模塊（ OB100）教學目的 要 求1. 把握掌握系統(tǒng)的設計與故障診斷方法 2. 正確使用常用組織塊教學重點 循環(huán)中斷 OB 35；初始化模塊（ OB100）教學難點 初始化模塊程序設計主要教具多媒體教室、運算機投影、PLC實訓室設備材料可編程掌握器S7-300/400 ,編程器 /STEP7 軟件,采納課件和在線答疑的方式,對學員的學習起到更好的幫助作用；課后記應適當供應下廠觀摩,加強學員對PLC系統(tǒng)的進一步熟識；可以嘗試項目教學法,讓學員獨立完成一個項目；教 案教 學 內 容 備 注4.5 組織塊 OB及其

12、應用4.5.1 中斷優(yōu)先級OB類型（優(yōu)先級）說明OB1主程序循環(huán)（1）在上一循環(huán)終止時啟動OB10時間中斷（ 2）在程序設置的日期和時間啟動OB20延時中斷（ 3）受 SFC32掌握啟動,在一特定延時后運行OB35循環(huán)中斷（ 12）運行在一特定時間間隔內（1ms-1min ）OB40硬件中斷（ 16）當檢測到來自外部模塊的中斷懇求時啟動OB80 到 OB87 響應異步錯誤 當檢測到模塊診斷錯誤或超時錯誤時啟動（26/ 啟動時 28）OB100啟動（ 27）當 CPU從 STOP到 RUN狀態(tài)時啟動OB121,OB122 響應同步錯誤 當檢測到程序錯誤或接受錯誤時啟動（與被中斷 OB相同）4.5

13、.2 中斷過程系統(tǒng)檢測到一個 OB 塊中斷時,就被中斷塊的累加器和寄存器上的當前信息將被作為一個中斷堆棧存起來（I 堆棧）；I 堆棧中儲存的內容有：累加器及地址寄存器的內容；數據塊寄存器的內容；局部數據堆棧,狀態(tài)字,MCR寄存器和 B堆棧指針；假如新的OB 塊調用FB 和 FC,就每一個塊的處理數據將被儲備堆棧中（B 堆棧）B堆棧中儲存的內容有：DB和 DI 寄存器；暫時數據（ L 堆棧）的指針；塊的號碼及返回地址；教 案教 學 內 容 備 注4.5.3掌握中斷OB（日時鐘中斷）和響應錯誤的OB（錯OB可以分為兩類：執(zhí)行周期性工作的誤中斷）；執(zhí)行周期性工作的 OB（日時鐘中斷）在特定的日期或時

14、間執(zhí)行從一個編程大事開頭一段特定延時后執(zhí)行 按特定周期循環(huán)執(zhí)行 響應錯誤的 OB（錯誤中斷）當 CPU檢測到一個過程 / 硬件錯誤時執(zhí)行 當 CPU檢測到一個不依靠于程序指令的錯誤時執(zhí)行 當 CPU檢測到一個與程序指令處理有關的錯誤時執(zhí)行4.5.4 時間中斷組織塊一、日時鐘中斷（OB10）OB10可按以下間隔運行：Once（一次）：只在特定日期和時間執(zhí)行一次；Every minute ：從特定日期和時間開頭,每分鐘執(zhí)行一次；Hourly ：從某一特定日期和時間開頭,每小時執(zhí)行一次；Daily ：從某一特定日期和時間開頭,每天執(zhí)行一次；Weekly：從某一特定日期和時間開頭,每周執(zhí)行一次；Mon

15、thly ：從某一特定日期和時間開頭,每月執(zhí)行一次；Annually ：從某一特定日期和時間開頭,每年執(zhí)行一次；OB10的起始時刻和間隔時間設置：1. 過定義 OB10執(zhí)行的起始時刻（日期和/ 或時間）和間隔時間對OB10進行配置；2. 通過S7 組態(tài)工具配置CPU 的日時鐘的中斷參數或者在程序中調用SFC28（SET-TINT）設置時間；3. 通過 S7 組態(tài)工具在 CPU的日時鐘中斷參數塊中挑選激活項,4. 在程序中調用 SFC30（ACT-TINT）來激活 OB10；OB10的應用教 案教 學 內 容 備 注二、延時中斷 OB 20 由調用 SFC 32 啟動調用 SFC 32 時要供應

16、實參；OB-NR 延時中斷 OB的號碼DTIME 延時長度（ 1 至 60000ms）SIGN 延時 OB被調用時進入 OB的啟動信息標志器RET-VAL OB 執(zhí)行過程中發(fā)生錯誤時的錯誤代碼處理延時中斷的 SFC SFC32 SRT_TINT 啟動延時中斷SFC33 CAN_DINT 取消延時中斷SFC34 QRY_TINT 查詢延時中斷OB20的應用三、循環(huán)中斷 OB 35 時間間隔由編程工具設置或修改 缺省值為 100ms；范疇從 lmslmin ；當答應循環(huán)中斷時,OB35以固定的間隔循環(huán)運行；當 OB1運行到 OB35設定的時間, OB 35 就執(zhí)行一次；使用 OB 35 特性時,應

17、保證設置的間隔值比OB 35 中程序的運行時間長,否就造成系統(tǒng)反常,操作系統(tǒng)將調用異步錯誤 OB 80；OB35的應用四、硬件中斷 OB 40響應來自不同模塊 如 I/O 模塊、 CP模塊或 FM模塊 發(fā)出的過程警告或硬件中斷懇求信號OB 40 運行時,操作系統(tǒng)不再接收其它硬件中斷的懇求對于可修改參數的模擬或數字模塊,用編程工具來設定由哪個信號啟動 OB 40對于 CP 和 FM,必需用與模塊配套同時供應的軟件設定通過調用 SFC,也能在程序運行時在線設定是否用某模塊的硬件中斷；OB40的應用系統(tǒng)配置模擬量輸入模板時,用戶可以設定測量值的答應范疇,假如測量值超過這個界限, OB40將被調用執(zhí)行

18、；該功能與OB1中的比較規(guī)律相像,但是它省略了在 OB1中的掌握程序,節(jié)省了循環(huán)掃描時間；教 案教 學 內 容 備 注4.5.5 初始化模塊（OB100）當 CPU 的狀態(tài)由停止態(tài)轉入運行態(tài)時,操作系統(tǒng)都調用 終止后,操作系統(tǒng)調用 OB1；OB100；當 OB100運行利用 OB100先于 OB1執(zhí)行的特性,可以為用戶主程序的運行預備初始變量或參 數；應用舉例：設置初始方向的電動機正反轉掌握程序；程序要求：一小車在B1 至 B2 之間來回運行,每次啟動后小車自動向B2 方向前進； B1 與 B2 之外分別 B3 和 B4 作為運行愛護；課程可編程掌握技術班級電氣工程自動化學期5 課時2h 累計

19、課時54h 老師上課日期課程類型理論,試驗；第四章 PLC 掌握系統(tǒng)的設計與故障診斷課程名稱（章、節(jié)）教學目的4.6 故障特性及故障診斷；系統(tǒng)故障；硬件故障軟件故障；編程掌握器的自診斷測試功能；把握 PLC系統(tǒng)的故障分類及排除方法要 求 利用 STEP7軟件的功能進行自診斷測試教學重點 STEP7軟件的功能進行自診斷測試教學難點 與工業(yè)現(xiàn)場結合的程序分析主要教具多媒體教室、運算機投影、PLC實訓室設備材料課后記可編程掌握器S7-300/400 ,編程器 /STEP7軟件,結合編程界面來錘煉學員的實際動手才能；教學中應在加強故障設置及排除訓練；教 案教 學 內 容 備 注4.6 故障特性及故障診

20、斷4.6.1 系統(tǒng)故障率曲線1 早期故障期 2 隨機故障期 3 耗損故障期可編程掌握器系統(tǒng)的故障分布系統(tǒng)故障：整個掌握系統(tǒng)失效的總故障；外部故障：系統(tǒng)與實際過程相連的傳感器、檢測開關、執(zhí)行機構和負載等部分 的故障；內部故障：可編程掌握器本身的故障；只有 10%的故障發(fā)生在可編程掌握器中；90%的故障發(fā)生在I/O 模板中,要提高系統(tǒng)的牢靠性,在系統(tǒng)設計中要留意外部設備的挑選,在可編程序掌握 器中我們要提高 I/O 模板的修理才能,縮短平均修理時間；教 案教 學 內 容 備 注4.6.2 故障診斷學問故障的分類 1 外部設備故障外部設備就是與實際過程直接聯(lián)系的各種開關、傳感器、執(zhí)行機構、負載等；這

21、部分設備發(fā)生故障,直接影響系統(tǒng)的掌握功能；2 系統(tǒng)故障 這是影響系統(tǒng)運行的全局性故障；系統(tǒng)故障可分為固定性故障和偶然性故障；故障發(fā)生后,可重新啟動使系統(tǒng)復原正常,就可認為是偶然性故障；重新啟動不能復原而需要更換硬件或軟件,系統(tǒng)才能復原正常,就可認為是固 定故障；3硬件故障這類故障主要指系統(tǒng)中的模板（特殊是 障一般比較明顯,影響局部；4軟件故障I/O 模板）損壞而造成的故障；這類故軟件本身所包含的錯誤,主要是軟件設計考慮不周,在執(zhí)行中一旦條件滿意就 會引發(fā)；在實際工程應用中,由于軟件工作復雜、工作量大,因此軟件錯誤幾乎難 以防止；對于可編程掌握器組成的掌握系統(tǒng)而言,絕大部分故障屬于上述四類故障；根 據這一故障分類,可以幫忙分析故障發(fā)生的部位和產生的緣由；可編程掌握器的自診斷測試可編程序掌握器具有極強的自診斷測試功能,在系統(tǒng)發(fā)生故障時要充分利用這 一功能；在進行自診斷測試時,都要使用診斷調試工具,也就是編程器；利用系統(tǒng)功能進行診斷測試利用可編程掌握器本身所具有的各種功能,自行編制軟件、實行肯定措施、結 合詳細分析確定故障緣由；用戶通過程序可以編輯組織塊,來告知CPU當顯現(xiàn)故障時應如何處理,假如相應的故障組織