模块六PLC技术在气动液压系统的结合电子课件 液压与气动技术（第2版）.pptx

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1、模块六PLC技术在气动液压系统的结合电子课件 液压与气动技术（第2版）模块六 PLC技术在气动/液压系统的结合ChartChart模块导读可编程逻辑控制器简称PLC(programmablelogiccontroller),是以微处理器为核心,将计算机技术、自动控制技术和通信技术等融为一体的新型工业控制装置。PLC具有体积小、功能强、灵活通用、抗干扰能力强、编程简单和维护方便等特点,目前已广泛应用于各工业领域。在许多自动化设备上均可采用PLC进行自动控制,这也是当今气动、液压控制系统采用的一种重要的控制形式。本模块以西门子公司生产的S7-300PLC为例,介绍典型的气动、液压控制系统顺控程序的

2、设计方法。通过相关工作任务的学习,学习者可对集机械、气动、液压、传感器、电气、计算机、PLC、通信技术于一体的综合系统的设计、安装与调试有所了解,能达到气动、液压技术的学习与工业应用紧密结合的目的,使学习者对气动、液压控制系统的认识更全面。ChartChart【任务介绍】图6-1所示为送料机的液压回路图。当启动开关后,液压缸 A 伸出,将工件从料仓中分离出来,然后液压缸B伸出,将分离出的工件推入生产线;液压缸 A 返回后,液压缸B返回,并自动开始新的循环,直到启动停止按钮,两个液压缸分别停止在初始位置。此系统选用西门子S7-300PLC,试确定PLC所需的输入/输出模块数量及地址分配,设计符合

3、工艺要求的控制流程及控制程序,完成系统安装,进行程序的下载、调试和运行,最后完成实训报告。ChartChart【任务分析】要想利用西门子 S7-300PLC控制送料机完成工作任务,就必须了解和掌握西门子S7-300PLC的基本结构、输入/输出模块、CPU 操作模式选择、编程指令、流程图设计、程序设计、程序下载、程序的在线调试等知识与技能。知识目标(1)了解西门子S7-300PLC的基本结构;(2)了解西门子S7-300PLC的工作原理;(3)掌握西门子S7-300PLC输入/输出模块分类和地址分配;(4)掌握西门子S7-300PLC常用指令;(5)掌握控制系统动作流程图绘制方法;(6)掌握顺序

4、控制程序设计方法;(7)了解通信参数的设置。ChartChart20%30%50%能力目标(1)能够识别西门子S7-300PLC中的元件;(2)能够根据所用PLC正确地进行地址分配;(3)能够根据工作需要选择和操作CPU的工作模式;(4)能够用SIMATIC管理器生成新的项目;(5)能根据典型气动/液压控制系统工作流程进行控制程序的设计;(6)能进行程序的下载、上传及在线监测;(7)能够通过在线监测找到故障点并进行设备维护。ChartChart一、西门子S7-300PLC的基本结构START10%20%30%40%PLC是适用于工业环境下使用的控制器,是一种数字运算操作的电子系统。它具有体积小

5、、功能强、灵活通用、抗干扰能力强、编程简单和维护方便等特点。PLC可分为整体式和模块式两类。1.整体式PLC整体式PLC是将各组成部分安装在一起或安装在几块印刷电路板上,连同电源一同装在一个壳体里形成一个整体。它适用于小型或超小型PLC,优点是价格便宜。2.模块式PLC模块式PLC是将各基本组成部分做成独立的模块,将其按固定顺序安装在导轨上。它适用于中型或大型PLC,优点是便于维修。如图6-2所示,西门子S7-300PLC属于模块式PLC,主要由电源模块、CPU 模块、接口模块、信号模块、功能模块和编程设备等组成。ChartChart二、PLC工作原理35%15%13%49%PLC是一种工业控

6、制计算机,通过执行用户程序来实现控制要求。PLC的CPU采用顺序扫描用户程序的运行方式,即CPU从第一条指令开始,逐条执行用户程序直到程序结束,然后返回第一条指令开始新一轮的扫描,依次周而复始,每次扫描所用时间称为扫描周期。1.PLC的工作过程PLC工作的全过程可分为3个阶段。ChartChart60%1)上电处理上电处理即PLC上电后对系统进行一次初始化,包括对硬件初始化,I/O模块配置运行方式检查,停电保持范围设定及其他初始化处理。ChartChart2)扫描过程PLC上电完成后进行扫描的工作过程,首先完成输入处理,其次完成与其他外设的通信处理,最后进行时钟和特殊寄存器的更新。当CPU 处

7、于STOP工作模式时,转入执行自诊断检查;当CPU处于RUN工作模式时,要先完成用户程序的执行和处理,再转入执行自诊断检查。3)检查处理阶段PLC每个扫描周期都要执行一次自诊断检查,以确定 PLC自身的工作是否正常,如CPU、电池电压、程序存储器、输入/输出信号和通信是否异常或出错。若检查出异常,则CPU面板上的LED及异常继电器会接通,在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时,CPU会被强制为STOP模式,所有扫描停止。ChartChart2.PLC扫描工作过程扫描工作过程是 PLC 上述3个工作过程中的主要工作阶段,此阶段若不考虑远程I/O特殊模块和其他通信服务,则工作过程是其不断地

8、重复输入处理、程序处理和输出处理这3个阶段的工作,如图6-3所示。ChartChart1)输入处理阶段PLC以扫描的方式依次读入所有输入状态和数据,并将它们存入相应输入映像区内的寄存器。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段,在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,输入映像区内寄存器中的状态和数据也不会改变。因此,若输入的是脉冲信号,要想保证在任何情况下该输入均能被读入,则脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期。2)程序处理阶段在程序处理阶段,PLC总是按照先左后右、先上后下的顺序扫描用户程序。当指令中涉及输入、输出状态时,PLC就从输入的映像寄存器中读入上一阶段采样输入的对应端子状态

9、,从元件映像寄存器读入对应元件(软继电器)的当前状态,然后进行相应运算,运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说,每一个元件的状态会随着程序执行的过程而变化。3)输出处理阶段当PLC扫描用户程序结束后,将输出映像寄存器的通/断状态输出到输出端子,成为PLC的实际输出。ChartChart三、PLC工作模式及状态和故障显示45%55%1.PLC工作模式 在CPU面板上有一个PLC工作模式选择钥匙,如图6-4所示,其中各模式的意义如下。ChartChart(1)RUN-P:可编程运行模式。在此模式下CPU 不仅可执行用户程序,还可以上传、下载、修改和监控用户程序。(2)RUN:运行模式

10、。在此模式下CPU可执行用户程序,还可以监控用户程序,但不能修改用户程序。(3)STOP:停机模式。在此模式下CPU不执行用户程序,但可以上传、下载和修改用户程序。在此位置下可以拔出钥匙。(4)MRES:存储器复位模式。将钥匙从STOP模式切换到 MRES模式时,可复位存储器,使CPU回到初始状态。该位置不能保持,当开关在此位置释放时将自动返回到STOP位置。START10%20%30%40%ChartChart2.PLC状态和故障显示CPU面板上有一列LED指示灯(见图6-4),其意义如下。(1)SF(红色)。系统出错/故障指示灯,CPU硬件或软件错误时亮。(2)BAF(红色)。电池故障指示

11、灯(只有CPU313和CPU314配备),当电池未装入或失效时亮。(3)DC5V(绿色)。+5V电源指示灯,CPU和S7-300总线的5V电源正常时亮。(4)FRCE(黄色)。强制作业有效指示灯,至少有一个I/O被强制状态时亮。(5)RUN(绿色)。运行状态指示灯,CPU处于“RUN”状态时亮。(6)STOP(黄色)。停止状态指示灯,CPU处于“STOP”状态时亮。ChartChart四、PLC输入/输出模块分类及地址分配1.信号模块信号模块(SM)可根据信号特性分为数字量信号模块和模拟量信号模块。数字量信号模块用于连接开关量、传感器、阀和普通电机等。模拟量信号模块用于连接电压、电流、温度传感

12、器等,同时也可将模拟信号输出给比例阀、伺服阀和伺服电机等执行元件。1)数字量输入/输出模块数字量输入/输出模块包括数字量输入模块(DI)、数字量输出模块(DO)和数字量输入/输出模块(DI/DO)三种,分别用信号SM321、SM322、SM323表示。数字量输入模块和数字量输出模块按输入/输出点数又可分为32点、16点和8点。数字量输入/输出模块按输入/输出点数又可分为16个输入点和16个输出点、8个输入点和8个输出点。ChartChart85%2)模拟量输入/输出模块模拟量输入/输出模块包括模拟量输入模块(AI)、模拟量输出模块(AO)和模拟量输入/输出模块(AI/AO)三种,分别用信号SM

13、331、SM332、SM334或SM335表示。2.输入/输出地址分配S7-300PLC的输入/输出模块地址按字节进行编制,字节地址与所在机架号和槽号有关。对于数字量输入/输出模块,从0号机架的4号槽开始,每个槽分配4个字节的地址,每个字节8位,相当于一个槽有32个I/O点。4个机架累计字节范围0127,共128个字节,累计有1024个I/O点。对于模拟量模块是以通道为单位,一个通道占一个字或两个字节地址,一个模拟量模块最多有8个通道,16个字节地址。例如,模拟量输入通道“IW656”由字节IB656和IB657组成。S7-300PLC为模拟量输入/输出模块保留了专用的地址区域,字节地址范围为

14、256767,地址分配见表6-1。ChartChartSTART10%20%30%40%3.数字量输入/输出地址S7-300PLC的数字量输入/输出地址是由地址类型、字节地址和位地址组成的。图6-5所示为数字量模块地址构成。(1)地址类型:用字母表示,I表示输入,Q表示输出,M 表示存储器。(2)字节地址:结合模块实际位置参考表6-1。(3)位地址:结合接线端子的具体位置由07共8位组成。例如,“I4.1”表示一个输入信号,模块位于0号机架上的第五个槽的第二个接线端子所输入的信号。ChartChart五、项目文件建立43%30%19%9%.标准的STEP7软件是用于对S7-300PLC和S7-

15、400PLC进行编程服务的软件,可以使用安装光盘安装程序,建议选用5.3以上版本。安装编程软件后,按照下列顺序创建项目文件。1.启动SIMATIC管理器如图6-6所示,在 Windows桌面上有一个“SIMATICManager”图标,在启动菜单下有一个“SIMATICManager”程序项。可以像启动任何 Windows应用程序一样双击图标或通过菜单“SIMATICSIMATICManager”来启动SIMATIC管理器。ChartChart2.SIMATIC管理器界面SIMATIC管理器界面如图6-7所示。(1)标题栏包含窗口标题和控制窗口的按钮。(2)菜单栏包含当前窗口的所有菜单。(3)

16、工具栏包含最常用的任务图标,这些图标带有浮动标注。(4)状态栏显示当前状态和附加信息。ChartChart3.创建S7项目选择菜单“文件新建”或单击工具条中的图标 打开建立新项目或新库的对话窗,在“名称”文本框中输入项目名,然后单击“确定”按钮,如图6-8所示。START10%20%30%40%ChartChart4.插入S7程序选择菜单“插入程序S7程序”可以在当前项目下插入一个新程序,如图6-9所示。当插入一个新对象时,系统自动给出一个程序名,如“S7程序(1)”,如果需要,可以修改这个程序名。ChartChart六、编程常用指令介绍梯形图LAD、功能块图FBD和语句表STL是西门子S7-

17、300PLC中的三种基本编程语言,它们之间可以相互转换。本书主要介绍一些气动、液压控制系统编程中常用的基本指令。1.位指令1)位逻辑指令位逻辑指令用于二进制的逻辑运算,二进制只有0和1两个值,位逻辑指令的运算结果简称为RLO。位逻辑指令包括“与”“或”“异或”“赋值”等基本指令,具体见表6-2。ChartChart2)置位/复位指令置位/复位指令见表6-3。ChartChart3)边沿检测指令边沿检测指令见表6-4。30%50%ChartChart2.定时器指令定时器指令见表6-5。指令中的符号意义表示如下。T:定时器编号,其编号范围与CPU型号有关;S:启动信号输入端;R:复位信号输入端;T

18、V:预置时间输入端,最大时间为9990s,按S5的时间格式输入为S5T#*s,“*”处输入所设置的时间;Q:定时器状态输出端(触点开闭状态);BI:剩余时间输出端(二进制码格式);BCD:剩余时间输出端(BCD码格式)。ChartChart3.计数指令计数指令见表6-6。ChartChart4.传送指令传送指令见表6-7。ChartChart七、流程图设计流程图设计方法如图6-10所示。其中输出信号状态可分别用“S”“R”或“N”表示,“S”指输出信号需要保持,“R”指输出信号需要复位,“N”指输出信号是脉冲信号。START10%20%30%40%ChartChart八、顺序控制程序设计方法1

19、.顺序控制系统的程序设计步骤(1)结合系统的动作顺序和工艺要求设计控制流程图。(2)将流程图中的每一步赋予一个标记 M。例如,流程图中第一步用 M0.1表示,第二步用 M0.2表示。(3)利用触发器指令SR来定义每一步的标记 M,如 M0.1置位端S输入流程图中第一步的条件,复位端R输入流程图中下一步的标记 M0.2。(4)因为是顺序控制,第二步的标记 M0.2的置位端S应输入第一步的标记 M0.1,并与流程图中第二步的条件一起使第二个标记 M0.2置位,同理复位端输入第三步的标记M0.3。(5)最后一步标记 M 的写法要注意,置位端仍是前一步的标记加此步的条件,但复位端由于后面没有步,系统一

20、个循环的运动到此结束,系统又恢复到一开始的状态。因此,最后一步标记的复位可采用系统中的执行元件处于初始位置时传感器所检测到的信号来确定。(6)将每一步的标记结合其所要驱动的负载的实际情况选择恰当的指令进行赋值即可。ChartChart2.举例结合本模块开始时的工作任务,参照知识认知所介绍的内容,举例说明。(1)任务要求。图6-11所示为生产线物料转运装置,此系统选用西门子S7-300PLC控制器。试确定控制器所需输入/输出模块数量及地址分配,设计符合工艺要求的控制流程及控制程序,使系统实现自动控制。(2)确定输入/输出模块数量及信号地址。输入/输出模块数量:由于只有5个输入点和4个输出点,选择

21、一个具有8入/8出点的模块即可满足要求。输入/输出信号地址分配见表6-8。ChartChart(3)设计控制流程图。控制流程图如图6-12所示。ChartChart(4)控制程序设计。生产线物料转运装置的控制程序如下。ChartChart程序解读:通过流程图可以看出,整个工作过程分4步,分别是 Y1带电、Y3带电和 Y4带电、Y2带电,利用 M0.1、M0.2、M0.3和 M0.4驱动对应的电磁线圈 Y,通过流程图每一步左边的条件来定义每一个 M。第一段:满足启动条件S和初始条件B1、B3,就会启动 M0.1,利用 M0.1驱动电磁头Y1得电,使气缸Z1伸出。第二段:利用第一步的 M0.1和第

22、一步动作完成后感应出的传感器信号B2,就会启动M0.2,利用 M0.2驱动电磁头 Y3,使气缸Z2伸出,同时 M0.2将 M0.1复位。第三段:利用第二步的 M0.2和第二步动作完成后感应出的传感器信号B4,就会启动M0.3,利用 M0.3驱动电磁头 Y4,使气缸Z2返回;同时,M0.3将 M0.2复位,避免了信号的干扰。第四段:利用第三步的 M0.3和第三步动作完成后感应出的传感器信号B3,就会启动M0.4,利用 M0.4驱动电磁头Y2,使气缸Z1返回,同时 M0.4将 M0.3复位,系统完成了一个周期的运动,重新回到了初始位置,因此 M0.4可用初始位置的B1与B3的信号复位。ChartC

23、hart一、完成理论任务1.控制过程分析参考图6-1和任务介绍可分析出系统的控制过程如下。(1)当按下启动开关SB1,电机启动后,液压泵开始旋转,当电磁铁1Y1通电后,二位四通换向阀1.1换向,油进入液压缸 A无杆腔,活塞向右移动;(2)液压缸 A的活塞杆到达限位a1 处使其动作,电磁铁2Y1通电,二位四通换向阀2.1换向,液压油进入液压缸B无杆腔,活塞向右移动;(3)液压缸B的活塞杆到达限位b1 处使其动作,电磁铁1Y1断电,二位四通换向阀1.1复位,油进入液压缸 A有杆腔,活塞向左移动;(4)液压缸 A的活塞杆到达限位a0 处使其动作,电磁铁2Y2断电,二位四通换向阀2.1复位,液压油进入

24、液压缸B有杆腔,活塞向左移动,到达限位b0 处完成一个循环运动。(5)两个液压缸的活塞杆都回到初始位置后,自动开始新循环,直到启动停止开关SB0后两个液压缸分别停在初始位置,泵停止转动。ChartChart2.确定I/O地址整个系统利用PLC来控制电机和电磁阀的通电和断电,PLC与所控制的硬件接线如图6-13所示,根据接线图确定液压送料机I/O地址分配(见表6-9)。ChartChart3.控制流程图设计根据工作说明,液压送料机控制流程图如图6-14所示。30%50%ChartChart4.程序设计液压送料机控制程序如图6-15所示。ChartChart二、完成实训任务1.实训步骤(1)将实验

25、元件安装在实验台上。(2)参考图6-1(液压回路图)用液压管将元件连接成封闭的回路。(3)参考图6-13(PLC接线图)用导线将PLC正、负电源连接好。(4)参考图6-13(PLC接线图)、表6-9,用导线将PLC输入信号端子、输出信号端子分别与系统中的启动信号、限位开关信号、电机及电磁头连接在一起。(5)在不带电的前提下利用万用表欧姆挡检测电路连接是否有短路的情况出现。(6)进行编程器或计算机与PLC通信参数的设置,将PLC运行模式调整为 RUN-P,下载程序,在线监测。(7)启动控制信号,观察系统运行并进行调整(包括机械、液压、传感器及程序)。(8)完成评价考核及实训报告。50%Chart

26、Chart2.实训前准备ChartChart3.主要元件安装与调整方法介绍ChartChart4.完成工作任务评价考核表本单元实训结束后需完成下面实训评价考核表,其中包括知识考核点、评价内容、评价标准及配分。5.完成实训报告获取附录3实训报告,学生填写完成后提交。ChartChart思考与练习思考1:选用PLC什么指令控制单电控电磁换向阀正确、简单?思考2:对于三位阀电磁换向阀,在利用PLC指令控制时要注意什么问题?练习1:图6-16所示为生产线上打印设备的气动系统图。当按下启动按钮且料仓中有料,推料缸1将工件推出并夹紧;打印缸伸出在工件上打印并停留5s;打印结束后,打印缸退回至初始位置后推料

27、缸1退回;推料缸2将工件推至下一个工位,系统做连续循环。试设计该系统的控制流程图及控制程序,并在实验台上完成系统安装及运行。ChartChart思考与练习练习2:图6-17所示为液压切料机,该机械可将原料切为两种规格。当将定位开关S2接通后,启动开关S1,电机 M 开始转动,带动料盘放料,2s后停,共放料1.25m,液压缸伸出切料,到达限位1B处液压缸自动返回。如果将定位开关S2切断后,启动开关S1,电机开始转动,带动料盘放料,4s后停,共放料2.5m,液压缸伸出切料,到达限位1B处液压缸自动返回。整盘料长度为100m,要求设计的控制程序不仅能驱动电机放料,还能控制液压缸切料,并能根据加工情况实时计算出两种不同规格工件的数量以及余料的长度。START10%20%30%40%Thank you