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PLC控制系统编程与实现一.任务提出会运用“顺序控制设计法”来设计自动装车上料控制系统梯形图程序，能够熟练运用编程软件进行联机调试。PLC控制系统编程与实现1.进一步熟练掌握梯形图指令的应用。2.掌握顺序功能语言的应用。3.熟练模拟运行并调试。二.任务目标PLC控制系统编程与实现1.基本知识用经验设计法设计梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。在设计复杂系统的梯形图时，用大量的中间单元来完成记忆和互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些应该考虑的问题。修改某一局部电路时，很可能会“牵一发而动全身”，对系统的其他部分产生意想不到的影响，因此梯形图的修改也很麻烦，往往花了很长时间还得不到一个满意的结果。用经验设计法设计出的复杂梯形图很难阅读，给系统的修改和改进带来了很大的困难。三.相关知识如果一个控制系统可以分解成几个独立的控制动作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行，才能保证生产的正常运行，这样的系统称为顺序控制系统，也称为步进控制系统。(1)顺序控制系统三.相关知识⑵顺序控制设计法顺序控制设计法是针对顺序控制系统一种专门的设计方法。这种方法是将控制系统的工作全过程按其状态的变化划分为若干个阶段，这些阶段称为“步”，这些步在各种输入条件和内部状态、时间条件下，自动、有序地进行操作。顺序控制设计法是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，成为当前PLC程序设计的主要方法。通常这种方法利用顺序功能流程图来进行设计，过程中各步都有自己应完成的动作。从每一步转移到下一步，一般都是有条件的，条件满足则上一步动作结束，下一步动作开始，上一步的动作会被清除。三.相关知识（3）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4-7所示。图4-7顺序功能流程图的结构三.相关知识（4）转换实现的基本规则①转换实现的条件。在顺序功能流程图中步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换实现必须同时满足以下两个条件：◆该转换所有的前级步都是活动步。◆相应的转换条件得到满足。②转换实现应完成的操作。转换的实现应完成以下两个操作：◆使所有的后续步都变为活动步。◆使所有的前级步都变为不活动步。三.相关知识（5）顺序功能流程图的基本结构①单序列是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（见图4-8a），单序列的特点是没有下述的分支和合并。②选择序列的开始称为分支（见图4-8b），转换符号只能标在水平线之下。如果步5是活动步，并且转换条件h=1，则发生由步5向步8的进展。如果步5是活动步，并且k=1，则发生由步5向步10的进展。如果将选择条件k改为，则当k和h同时为1状态时，将优先选择h对应的序列，一般只允许同时选择一个序列。选择序列的结束称为合并（见图4-8b），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连线来表示，转换符号只允许标在水平连线之上。如果步9是活动步，并且转换条件j=1，则发生由步9向步12的进展。如果步11是活动步，并且n=1，则发生由步11向步12的进展。图4-8单序列、选择序列与并行序列kh三.相关知识（5）顺序功能流程图的基本结构③并行序列的开始称为分支（见图4-8c），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。当步3是活动的，并且转换条件e=1，步4和步6同时变为活动步，同时步3变为不活动步。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。步4和步6被同时激活后，每个序列中活动步的进展是独立的。在表示同步的水平双线之上，只允许有一个转换符号。并行序列用来表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况。并行序列的结束称为合并（见图4-8c），在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转换符号。当直接连在双线上的所有前级步（步5和步7）都处于活动状态，并且转换条件i=1时，才会发生步5和步7到步10的进展，即步5和步7同时变为不活动步，而步10变为活动步。图4-8单序列、选择序列与并行序列2.拓展知识（1）顺序控制设计法的设计步骤三.相关知识①步的划分。将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，并且用编程元件来代表各步。步是根据PLC输出状态的变化来划分的，在任何一步内，各输出状态不变，但是相邻步之间输出状态是不同的。②转换条件的确定。使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等，也可能是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开等。转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。③顺序功能流程图的绘制。根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和控制要求画出顺序功能流程图。绘制顺序功能流程图是顺序控制设计法关键的一个步骤。④梯形图的编制。根据顺序功能流程图，按某种编程方式写出梯形图程序。如果PLC支持顺序功能流程图编程，则可直接使用该顺序功能流程图作为最终程序。2.拓展知识（2）绘制顺序功能流程图应注意的问题三.相关知识①两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。②两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。③顺序功能流程图中起始步是必不可少的，它一般对应于系统等待启动的初始状态，这一步可能没有什么动作执行，因此很容易遗漏。如果没有该步，无法表示初始状态，系统也无法返回停止状态。④只有当某一步所有的前级步都是活动步时，该步才有可能变为活动步。如果用无断电保持功能的编程元件来代表各步，则PLC开始进入RUN模式时各步均处于“0”状态，因此必须要有初始化信号，将起始步预置为活动步，否则顺序功能流程图中永远不会出现活动步，系统将无法工作。2.拓展知识（3）顺序控制设计法的本质三.相关知识经验设计法实际上是试图用输入信号I直接控制输出信号Q（见图4-10a），如果无法直接控制，或者为了实现记忆和互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元件和辅助触点。由于不同的系统的输出Q与输入I之间的关系各不相同，以及它们对联锁、互锁的要求千变万化，不可能找出一种简单通用的设计方法。顺序控制设计法则是用输入量I控制代表各步的编程元件（如内部位存储器M），再用它们控制输出量Q（见图4-9b）。步是根据输出量Q的状态划分的，M与Q之间具有很简单的“或”或者相等的逻辑关系，输出电路的设计极为简单。任何复杂系统代表步的位存储器M的控制电路，其设计方法都是通用的，并且很容易掌握，所以顺序控制设计法具有简单、规范、通用的优点。由于M是依次顺序变为ON/OFF状态的，实际上已经基本上解决了经验设计法中的记忆和连锁等问题。图4-9信号关系图利用顺序控制设计法中的单序列顺序功能流程图，设计编写自动装车上料控制系统的梯形图程序，控制要求如下：图4-10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。按下连续按钮，小车自动连续往复运行。四、任务分析图4-10自动装车上料控制的示意图1．分配输入/输出地址，画出PLC外部接线图根据电路要求，输入/输出地址分配如表4-6所示，PLC外部接线如图4-11所示。五、任务实施表4-6输入/输出地址分配图4-11自动装车上料控制电路的PLC外部接线图PLC地址说明输入I0.0起动按钮SB1I0.1前限位开关SQ1I0.2后限位开关SQ2I0.3连续按钮SB2输出Q0.0小车向前KM1Q0.1翻门打开KM2Q0.2小车向后KM3Q0.3低门打开KM42.设计程序根据控制电路的要求，在计算机中编写程序，程序设计如图4-12所示。五、任务实施图4-12自动装车上料控制电路的控制程序3.安装配线首先按照图4-11所示进行配线。五、任务实施图4-11自动装车上料控制电路的PLC外部接线图4．运行调试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。五、任务实施六、评分标准任务名称：自动装车上料控制系统编程与实现组别：项目配分考核要求扣分标准扣分记录得分电路设计40分列出PLC输入/输出元件的地址分配表，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中；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分总分六、评分标准在实际的生产现场，自动装车上料控制应用十分广泛，如在焦化厂自动装煤运煤、在港口自动装货运货等，这样能按照一定的顺序根据预先设计好的轨迹行进，可以进行PLC程序的设计与实现。自动送料装车系统由三级传送带、料卡、料位检测与送料、车位和吨位检测等环节组成。其控制要求如下：1．初始状态红灯L1灭，绿灯L2亮，表明允许汽车开进装料。电动机M1、M2、M3皆为OFF。2．装车系统①进料。如料斗中料不满（S1为OFF时），5s后D4指示灯亮，表示进料；当料满（S1为ON时）终止进料。②装车。当汽车开进到装车位置（位置开关SQ1为ON时）红灯L1亮，绿灯L2灭，同时启动M3，2s后启动M2，再经过2s启动M1，再经过2sD2灯亮，表示打开料斗。当车满时（位置开关SQ2为ON时）D2灯灭，2s后M1停止，M2在M1停止2s后停止，M3在M2停止后2s停止，同时红灯L1灭，绿灯L2亮，表示汽车可以开走。3．停机控制系统按下停止按钮ST，整个系统终止运行。七、任务训练自动装车上料控制的实训面板图如图4-13所示。七、任务训练图4-13自动装车上料控制的实训面板图