模块式PLC实训指导书.doc

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1、模块式PLC实训指导书 主编：郑渊 崔忠毅2011年10月目录项目一 安川PLC控制系统识图3项目二 安川PLC硬件组态及测试12项目三 控制起升电机正反转20项目一 安川PLC控制系统识图一、项目导入日本安川电机公司（YASKAWA）成立于1915年，该公司制造的PLC和变频器产品在我国港口大型装卸机械中应用较为广泛，如图1、2所示。图1 安川模块式PLC 图2 安川G7变频器图3所示为轮胎吊实训台，该实训台采用安川PLC和变频器，其控制系统与港口实际PLC控制系统基本一致，本项目的任务是读懂该实训台PLC控制系统电气图纸，从而对模块式PLC控制系统有一个整体上的把握。安川PLC安川变频器图

2、3 轮胎吊实训台二、项目分析模块式PLC控制系统由于一般应用于较为复杂的电气控制中，所以其电气图纸相对于整体式PLC控制系统或继电器控制系统要复杂一些，但是也可以分为主电路和控制电路两部分。对于采用模块式PLC控制系统的港口大型装卸机械来讲，可以分成以下几个部分：（一）主电路1、主驱动电路，例如驱动大机各机构动作的电路，现在一般采用变频调速。2、辅助机构驱动电路，例如大机各机构风机电路、制动器电路等，一般采用工频电源，不需变频调速。（二）控制电路1、PLC外部控制电路，该部分电路既不是PLC输入回路，也不是PLC输出回路，而主要是输入输出的中继电路或者安全电路。2、PLC模块配置电路，该部分电

3、路表明PLC控制系统采用何种CPU模块、电源模块、输入输出模块、特殊功能模块、通讯模块等，同时说明了PLC控制系统的网络通讯结构和输入输出模块的地址分配等重要信息。3、PLC输入回路，一般每页图纸绘制16个输入点，并标明每个输入点所对应输入设备的功能。4、PLC输出回路，一般每页图纸绘制16个输出点，并标明每个输出点所对应输出设备的功能。二、项目实施（一）供电线路1、主电路供电如附录P1所示，轮胎吊实训台采用主变压器输出的380V工频交流电源供电，经空气开关QF1给主电路供电。2、控制电路供电主变压器输出的380V工频交流电源经空气开关QF2给控制电路供电，QF2之后分两路。（1）经变压器TC

4、1降为110V交流电后又分为三路，第一路经空开QF5和滤波器给PLC的CPU模块供电；第二路经开关电源变为24V直流电给编码器、PLC直流输入输出模块、直流24V中间继电器供电；第三路经开关电源变为5V直流电给数码显示表工电脑。（2）经变压器TC2降为220V交流电后又分为两路，第一路经空开QF3给PLC交流输入模块供电；第二路经空开QF4给PLC外部交流控制电路供电。注意：通过图纸中页码和每页的纵、横坐标可以给图纸中任意一个位置定位，如“TO P3A1”指的是连至P3页的A1图区，“FROM P1E9” 则表示连自P1页的E9图区，这是复杂电气图纸中常用的表示方法。（二）主电路识图如附录P1

5、所示，自主变压器出来的380V工频交流电经空气开关QF1和交流电抗器ACL进入安川G7变频器三相输入端，经变频器变频变压后驱动起升电机或大车电机。1、交流电抗器的作用：滤除高次谐波，提高功率因数。2、接触器KM2、KM3和中间继电器K4、K5、K6前面的P2是页码，表明这些元件的线圈位于P2页，这是复杂电气控制系统图纸常见的一种表示方法。3、根据装卸工艺要求，轮胎吊起升机构和大车机构是不能同时动作的，故而可以利用分时原则用一个变频器来驱动两个机构的电机，通过变频器输出侧的接触器来实现这种切换。4、PG指的是电机轴端的速度编码器，该编码器输入增量式旋转编码器，起作用是将电机的实际转速反馈至变频器

6、，在该实训台的变频器内部有专门的PG通讯卡来接受速度编码器的信号。由于起升和大车电机的速度编码器均要连至PG通讯卡且两者不会同时动作，所以采用中间继电器的辅助触点进行切换，而变频器通过中间继电器K6来判断反馈谁的转速（K6得电表示反馈大车电机转速，反之表示反馈起升电机转速）。5、中间继电器K4/K5的常开触点并联至变频器S3端子，该端子通过参数被定义为接通时取消变频器BB封锁（所谓BB封锁就是指base block，即变频器切断输出）。6、在该实训台的变频器内部有专门的PLC通讯卡，可以在PLC和变频器之间实现数据的双向高速传递。（注意：1.PLC通讯卡和前面的PG通讯卡不是变频器自带的，是选

7、配的；2.要想通过PLC控制变频器运行，需要对变频器的参数进行相关的设定，B1-01和B1-02的值均设置为3）。7、变频器可以将输出电压、输出电流和输出频率输出给电压表、电流表和频率表。8、由于该轮胎吊实训台并没有风机和制动器等辅助机构，所以图纸上没有绘制。（三）控制电路识图1、PLC外部控制电路（如附录P2所示）（1）总接触器KM1得电是所有机构运行的必要条件，当满足以下条件时，按下左联动台控制合按钮，KM1得电自锁：控制断按钮未按下；急停按钮未按下；PLC各模块得电；中间继电器K10得电。（2）起升主控继电器合大车主控继电器分别是起升接触器和大车接触器得电的必要条件，四者分别收到中间继电

8、器K12、K13、K14、K15的控制，中间继电器K6作为大车选择继电器用来切换起升和大车的速度编码器线路。2、PLC模块配置电路如附录P3所示，轮胎吊实训台PLC控制系统主要包括PS22A电源模块、CP316H CPU模块、215RIO远程I/O通讯模块、B2601直流输入模块、B2507A交流输入模块、B2602A直流输出模块和输入输出扩展模块等。（1）CP316H CPU模块如图4所示。CP-316(H)是一种中等规模的系统控制器，标准情况下装有8个数字量输入（DI）模块，4个数字量输出(DO)模块，2个模拟量输入(AI)模块,2个模拟量输出（AO）模块和1个脉冲量输入模块，以及现场网络

9、CP-216接口的两条线路，和网络CP-215接口的一条线路，用于各控制器之间的通信。CP-316H可采用24VDC,100VAC/100VDC或200VAC电源，并具有一个24VDC输出功能。124356 图4 CP-316H 1、CP216接口（CN3/CN4） 2、电源接线板 3、CP215接口 4、RS232接口 5、直流电源输出接线端 6、通讯选择卡（2）PS22A电源模块电源模块的作用是为基板提供电源, PS22A电源模块的供电电压为AC/DC 100V。（3）215RIO远程I/O通讯模块RIO215用于与主CPU和其他通讯模块进行通讯的装置，是输入输出控制站，与CP-316H等

10、主CPU模块构成集散控制系统。其中SW1和SW2用来设置通讯的网络号，如果1SW的第一个拨到”ON”则默认为1号网络；STATION ADDRESS设置站号，将10档拨到”0”,1档拨到”2” ，站号就被设为2号站。此时，RIO215模块的地址就是1号网络2号站，因此在CP-717安川编程软件中，相应的PLC文件夹名为N01S02。（其中N01表示1NET,S02表示2STATION）（4）JAMSC-B2601直流输入模块额定电压:12/24V ；额定电流:5mA/DC12V 10mA /DC24V ；输入点数: 16 ； 响应时间:OFFON 5ms以下 ONOFF 5ms 以下。（5）J

11、AMSC-B2507A交流输入模块额定电压:输入电压”ON”AC160-AC264V ，“OFF”AC70以下；额定电流: 10mA；响应时间:OFFON 15ms以下 ，ONOFF 25ms以下；输入点数:32（6）JAMSC-B2602A直流输出模块额定电压: DC10.2DC26.4V “ON”时电压1.5V以下（负载电流0.3A）；额定电流: 0.3A/回路 0.6A/4回路 “OFF”时电流0.2mA以下；响应时间:1ms以下；输出点数: 32（7）输入输出扩展模块图5 从左至右依次为安川PLC电源模块、215RIO模块、直流24V输入模块、交流220V输入模块及直流24V输出模块

12、3、PLC输入回路附录P4、P5、P6三页为PLC输入回路，每页16个输入点。 表1 轮胎吊实验台输入分配表序号输入设备输入地址备注1起升手柄编码器低字节IW238，属于直流24V输入模块JAMSC-B2601P4页，起升和大车手柄的绝对值编码器的作用是将手柄的位置信号转换成速度指令传给PLC。2大车手柄编码器高字节3模拟箱开关SW1IB23A0IW23A，属于交流220V输入模块JAMSC-B2507A的前16个点P5页,2-4#RTG4模拟箱开关SW2IB23A15模拟箱开关SW3IB23A26模拟箱开关SW4IB23A37模拟箱开关SW5IB23A48模拟箱开关SW6IB23A59模拟箱

13、开关SW7IB23A610模拟箱开关SW8IB23A711模拟箱开关SW9IB23A812模拟箱开关SW10IB23A913模拟箱开关SW11IB23AA14模拟箱开关SW12IB23AB15模拟箱开关SW13IB23AC16模拟箱开关SW14IB23AD17模拟箱开关SW15IB23AE18模拟箱开关SW16IB23AF19右联动台试灯按钮IB23B0IW23B，属于交流220V输入模块JAMSC-B2507A的后16个点P6页， 2-4#RTG20模拟箱开关SW17IB23B121模拟箱开关SW18IB23B222模拟箱开关SW19IB23B323模拟箱开关SW20IB23B424左联动台

14、旁路按钮IB23B525故障复位按钮IB23B626起升零档IB23B727起升下降档IB23B828起升上升档IB23B929大车零档IB23BA30大车右行档IB23BB31大车左行档IB23BC32模拟箱开关SW21IB23BD33模拟箱开关SW22IB23BE34模拟箱开关SW23IB23BF35控制合按钮IB23A0IW23A1#老实验台输入分配36模拟箱开关SW1IB23A15控制断按钮IB23A237模拟箱开关SW2IB23A338模拟箱开关SW3IB23A439模拟箱开关SW4IB23A540模拟箱开关SW5IB23A641模拟箱开关SW6IB23A742模拟箱开关SW7IB2

15、3A843模拟箱开关SW8IB23A944模拟箱开关SW9IB23AA45急停按钮IB23AB46模拟箱开关SW10IB23AC47模拟箱开关SW11IB23AD48模拟箱开关SW12IB23AE49模拟箱开关SW13IB23AF50右联动台试灯按钮IB23B0IW23A1#老实验台输入分配51模拟箱开关SW14IB23B152模拟箱开关SW15IB23B253模拟箱开关SW16IB23B354模拟箱开关SW17IB23B455模拟箱开关SW18IB23B556故障复位按钮IB23B657起升零档IB23B758起升下降档IB23B859起升上升档IB23B960大车零档IB23BA61大车右

16、行档IB23BB62大车左行档IB23BC63模拟箱开关SW19IB23BD64模拟箱开关SW20IB23BE65模拟箱开关SW21IB23BF4、PLC输出回路表2 轮胎吊实验台输出分配表序号输出设备输出地址备注1数码显示表个位OB1800-OB1803OW180，属于直流输出模块前16个点2数码显示表十位OB1804-OB18073数码显示表百位OB1808-OB180B4片选1OB180C5片选2OB180D6+/-选择1OB180E7+/-选择2OB180F8指示灯HL1OB1810OW181，属于直流输出模块前16个点9指示灯HL2OB181110指示灯HL3OB181211指示灯H

17、L4OB181312指示灯HL5OB181413指示灯HL6OB181514指示灯HL7OB181615指示灯HL8OB181716中间继电器K10OB181817中间继电器K11OB181918中间继电器K12OB181A19中间继电器K13OB181B20中间继电器K14OB181C21中间继电器K15OB181D22中间继电器K16OB181E23中间继电器K17OB181F知识链接：安川PLC的编程软元件YASKAWA(安川)PLC寄存器类型及表示字地址(WORD)位地址(BIT)功能及含义MWnnnnnMBnnnnnn程序寄存器,MBnnnnnn对应MWnnnnn的一位MWnnnnn

18、及MBnnnnnn在全部程序中通用DWnnnnnDBnnnnnn子程序寄存器,DBnnnnnn对应DWnnnnn的一位DWnnnnn及DBnnnnnn只在子程序中有效IwnnnnnIBnnnnnn输入寄存器,IBnnnnnn对应IWnnnnn的一位IWnnnnn及IBnnnnnn在全部程序中通用OwnnnnnOBnnnnnn输出寄存器,OBnnnnnn对应OWnnnnn的一位OWnnnnn及OBnnnnnn在全部程序中通用SWnnnnnSBnnnnnn系统寄存器,SBnnnnnn及SWnnnnn为系统专用寄存器,有特定含义,用户只可利用,不可定义.表2-1 YASKAWA(安川)PLC寄存器类

19、型及表示表MB003606MB00360F0123456789ABCDEFMW00360例如：假设安川PLC某一16点的开关量输入模块，地址为IW238，那么这个输入模块第三个输入点的地址就为IB2382。MW和DW均为数据寄存器，只不过前者是全局变量，后者是局部变量。SW为系统寄存器，必须按系统规定使用。项目二 安川PLC硬件组态及测试一、项目导入要实现一个模块式PLC控制系统，在硬件安装完成之后还需要在软件中对硬件进行相应的配置，称之为硬件组态（hardware configration），在完成硬件组态后才能在线编程调试。本项目的任务是在安川CP717编程软件中对轮胎吊实训台进行相应的硬

20、件组态，在组态完成后编写简单程序对其进行测试。二、项目分析要完成本任务，首先要在编程软件中新建一个工程项目，然后再该项目中对对照轮胎吊实验台的硬件进行相应的配置，最后编写一个简单的测试程序传送后进行测试。三、项目实施（一）新建一个工程项目日本安川的PLC编程软件为CP-717。将该软件安装到上位计算机上之后，用编程电缆连接上位计算机和PLC的编程接口，然后建立一个工程，步骤如下：首先启动CP-717，CP-717启动后，打开CP-717的文件管理器窗口，然后在文件管理器左侧资源管理器窗口中选择“root”（根）文件夹并单击右键，在弹出菜单中的“新建 (N)”（建立新文件夹）中选择“组文件夹 (

21、G)”，如图6所示。 图6 建立组（group）文件夹在弹出的对话框中输入组文件名，如“青岛港”,然后点击OK，如图7所示。图7 输入组文件名在左侧资源管理器窗口中选择“青岛港”组文件夹，右键单击，在弹出菜单中的“新建 (N)”（建立新文件夹）中选择“指令文件夹 (O)”， 如图8所示。图8 建立指令（order）文件夹在弹出的对话框中输入指令文件名，如“RTG1”,然后点击OK，如图9所示。图9 输入指令文件夹名称在左侧资源管理器窗口中选择“青岛港”组文件夹下的指令文件夹“RTG1”，右键单击，在弹出菜单中的“新建 (N)”（建立新文件夹）中选择“PLC文件夹 (C)” ，然后点击OK，如图

22、10所示。 图2-23 建立PLC（controller）文件夹在弹出的“PLC信息”对话框中， “PLC名”一栏填入PLC主CPU的名字，其中包含主CPU的网络号与站号，如“N01S01”, “型号”一栏填入PLC主CPU的型号，如“CP-316H”,然后点击OK，如图11所示。图11 选择PLC的CPU型号然后再建一个PLC文件夹，名称为N01S02，型号为RIO2000(对应215RIO)，如图12所示。注意：组文件夹、指令文件夹和PLC文件夹的名称没有固定要求，但是为了管理和记忆方便，组文件夹和指令文件夹的名称最好和实际设备相关，而PLC文件夹的名称最好和PLC网络地址相关，例如本实验

23、台中CPU模块和215RIO构成的PLC网络地址和站地址都已在硬件中设定了，CPU模块是1号网（NET）1号站（STATION），故起名N01S01；215RIO模块是1号网（NET）2号站（STATION），故起名N01S02必须正确选择PLC型号，各种CPU控制器软件中的网络号和站号也必须与其硬件设置的网络号和站号一一对应，否则无法正常连线PLC，如不能将CP-316H选作CP-316等等。另外，CP-215输入输出控制器在软件中的对应型号为RIO-2000。图12 建立2个PLC文件夹（二）通过 “模块组成”对硬件进行配置这时，已经建立了一个工程，右键单击PLC文件夹“N01S01”，选

24、择“登录”（有的软件版本是“注册”）， 登录时，你需要输入用户名和密码（默认都是USER-A）。登录后双击“模块组成”，如图13所示。图13 双击模块组成进入模块组成界面模块组成界面如图14所示，其中“BASIC I/O”代表输入输出扩展模块,“CP215”代表CPU模块和215RIO（RIO2000）模块的通讯，“CP216”代表安川PLC和变频器的通讯（两个通道，实际只用了1个），“BASIC I/O”使用默认数据即可，主要是配置“CP215”和“CP216”的数据。1、配置“CP215”数据CP215是安川PLC网络中CPU模块和215RIO(RIO2000)等模块通讯的借口，在本实验台

25、中，215RIO(RIO2000)通过输入模块采集输入信号（自默认地址IW230开始连续20个字，地址可修改）传给CP316H，在CP316H中经过程序执行将结果（自默认地址OW180开始连续30个字，地址可修改）输出给215RIO(RIO2000)，再通过输出模块驱动外部输出设备。双击“CP215”上的“01”标签，出现 “新建文件”对话框，点击“确定”出现数据设置窗口，如图14所示。在参数设定和链接分配中分别设置好相关参数数据。图13 模块组成界面图14 215通讯接口设置方法1、配置“CP216”数据CP216是安川PLC和变频器通讯的接口，两者默认的通讯地址表3、4所示。 表3 安川P

26、LC变频器通讯地址表（主要内容）输入地址 变频器至PLC输出地址 PLC至变频器IW900状态字OW910控制字IW901OW911速度指令OW912力矩限制指令OW913力矩补偿表4 安川PLC变频器通讯地址表IW900状态字主要内容OW910控制字主要内容IB9000变频器运行OB9100运行命令IB9001零速信号OB9102基极封锁IB9005变频器准备好OB9105故障复位IB9007变频器故障OB9100双击“CP216”上的“01”标签，出现 “新建文件”对话框，点击 “确定”出现数据设置窗口，如图15所示。在输入输出分配中设置好相关参数数据。图15 216通讯接口设置方法（三）

27、程序测试1、新建一个高速主程序图16 新建高速主程序如图16所示，登录后可以发现安川PLC的程序文件夹中有“插入画面”、“低速画面”、“高速画面”、“函数”、“启动画面”，所谓“画面”即程序，程序主要由高速程序和低速程序组成，前者比后者扫描速度快，插入程序即中断程序，函数程序即子程序，启动画面即初始化程序。右键单击“高速画面”，选择“打开新建程序”，输入程序名“H”,点击确定后就打开了改程序的梯形图界面。2、输入一个简单程序并将其传送至PLC（1）程序编辑选择“显示”-“工具栏”-“RELAY”，调出常用梯形图编辑工具，编辑一个简单的小程序，如图17所示。图17 测试小程序（2）程序上传（将程

28、序传至PLC）首先要清空PLC原有程序：将316H上INT、TEST、RESET从OFFON，RUN从ONOFF，保持一段时间后；RESET从ON_OFF 重复两到三次, 所有拨码开关都OFF。切断316H电源后保持一段时间后再送电，316H中原有的程序就删除了。然后右键单击N01S01，先 “在线”后“登录”（若之前已经登录则先“注销”），再右键单击N01S01选择“CPU控制”，将CPU设为停止模式。再右键单击N01S01选择“传输”/“分组传输”/“分组转储HD-CPU”，点击“确定”后开始传送程序。传送完毕后，选择“CPU控制”，将CPU设为停止模式并将CP316H模块上的RUN开关打

29、到ON位置。扳动故障模拟箱上的开关SW1（上数第一排左边第一个），观察指示灯HL1是否点亮，若点亮则说明硬件组态成功。（3）拓展练习常用工具栏从左至右依次是常开接点、常闭接点、前分支、后分支、0.01s通电延时指令、0.01s断电延时指令、1s通电延时指令、1s断电延时指令、上升沿脉冲指令、下降沿脉冲指令、线圈驱动指令、置位指令、复位指令。案例一：通电延时程序将开关SW1打到ON，指示灯延时2.55秒点亮；开关断开，指示灯马上熄灭。案例二：断电延时程序将开关SW1打到ON，指示灯马上点亮；开关断开，指示灯延时2.55秒熄灭。案例三：上升/下降沿及置位/复位指令利用开关SW1的上升沿将OB181

30、0置位，利用开关SW2的下降沿将OB1810复位。案例四：特殊继电器SB04属于长通标志，功能类似于三菱PLC的M8000，SB12属于1s时钟脉冲。指示灯HL1常亮，HL2闪烁。案例五：起保停控制用开关SW1和SW2模拟启动和停止按钮。注意：通过“显示”-“功能栏”，可以使用功能快捷键插入（F1）和删除(F2)。项目三 控制起升电机正反转一、项目导入现代港口大型装卸机械采用交流变频调速和PLC构成的全数字交流变频调速系统，其中很重要的就是PLC和变频器能够通过通信网络互相传递数据，本项目就是通过安川PLC和变频器之间的通讯实现起升电机的正反转控制。二、项目分析通过电路图的分析可知，要想实现起升电机的运行必须要满足以下几个条件：1、总接触器KM1和起升接触器KM2接通2、PLC输出中继K10（控制总接触器）、K12（控制起升主控继电器）、K14（控制起升接触器）接通。3、运行命令OB9100接通。4、赋值给OW910（赋正值电机正传，反之反转）三、项目实施1、新建项目2、硬件组态。3、编程后传送程序，如图18所示。 图18 起升正反转程序