PLC实训报告自动送料装车系统.docx

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PLC实训报告自动送料装车系统

PLC控制系统实训

实训题目：

自动送料装车系统

学生姓名：

专业班级：

2010计算机应用技术班

学号：

A093GZ0530101

同组人员：

指导教师：

李君君

2012年月

计算机科学系

前言

可编程序控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC，它是一种数字运算操作的电子系统，主要用它来代替继电器实现逻辑控制，是为工业控制应用而设计制造的。

它采用可编程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并通过数字式，模块式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

它产生于上个世纪的六十年代的末期，最初只具备逻辑控制，定时，计数等功能，主要用来取代继电接触控制器。

它是以微处理器为基础发展起来，集自动化技术、微机技术、通信技术、先进制作技术为一体的新型工业自动控制装置。

由于它可以通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、功能强、可靠性高、抗干扰能力强、以及应用安装方便等优点，很快在我国的工业控制中占据了主导地位，现今已成为现代工业自动化的三大支柱之一，并且还在不断发展。

根据这以发展形势及需求，PLC技术已成为各类职业技术学校电子与电气专业的一门必修课，且在职业技能鉴定中可编程序控制器也逐渐成为指定的考核内容。

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速，不久就显示了在工业控制中的重要地位。

许多的西方工业发达国家相继研制成了各自的PLC。

它的技术同时也随着计算机技术的发展而迅猛的发展。

许多工业发达国家已经逐步将PLC计算机化，采用功能强大的微处理器和大容量的存储器，将逻辑控制，模拟控制，数字运算和通信功能融化为一体，增强PLC与个人计算机，工业控制计算机在功能和应用上的相互渗透力，提高控制系统的性能价格比，极大的拓展了PLC的应用环境和加强了市场的竟争力。

通过这一学期以来的学习，让我们学习了PLC的理论水平，知道了PLC的大体工作过程，但是，任何东西都不是凭感受是理解的，只有我们自己去认真体会、做过以后，才会知道，我们不熟悉的地方在哪里，以便在以后的工作中遇到同样的问题知道应该怎样去处理，只有这样我们才能在不断增加经验，增长阅历，因此，我们需要一点东西，对于我们这一学期以来的努力再做一个总结，也算是对这门课在学校阶段画上一个圆满的句号。

本实训报告由几个部分组成，首先是对一些常见的plc的介绍，再是西门子PLC，最后通过一个例子来说明PLC应用的全过程，包括编程，控制等。

在这次实训中，使我们在理论水平的基础上，加深了对PLC的理解，加强实际动手能力，独立分析、解决问题的能力，同时，熟悉了PLC控制系统的工作流程，基本掌握用编程软件编写控制系统程序，掌握I/O的分配、I/O的连接方法和程序的运行调试。

自动送料装车系统

一、实训的目的及意义

实训的目的：

通过本次课程设计，可以使我进一步认识PLC理论方法和实际意义，对理论知识进行必要实践、培养我们设计和分析PLC的基本能力，以便追中和生产实践以及其他科学结合。

锻炼我独立思考、综合运用所学有关相应知识的能力，收集资料基本方法，强化了上机动手编程能力，闯过理论与实践相结合的难关！

实训的意义：

plc有较强的易操作性，它具有编程简单，操作方便，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。

而且硬件设计方便，采用了一系列提高可靠性的措施。

例如，采用可靠性高的工业级元件，采用先进的电子加工工艺制造，对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等；存储器内容的保护，采用看门狗和自诊断措施，便于维修的设计等。

编程方便：

PLC有多种程序设计语言可以使用，梯形图与电气原理图相似；编程语句是功能的缩写，便于记忆；功能图表语言以过程流程进展为主线，十分适合设计人员与工艺专业人员设计思想的沟通。

功能模块图和结构化文本语言，功能清晰，易于理解等优点。

维修方便：

PLC所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低，当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以根据有关故障代码的显示和故障信号灯的提示等信息，或通过编程器和HMI屏幕的设定，直接找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间，降低了MTTR。

编程的灵活性：

PLC采用的标准编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模块图和结构化文本编程语言等。

使用者只要掌握其中一种编程语言就可进行编程，编程方法的多样性使编程方便。

操作的灵活性：

操作的灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工的工作量的减少。

操作变得十分方便和灵活，监视和控制变得很容易。

在继电器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化，不同生产过程可采用相同的控制台和控制屏等。

为了使工业生产的过程控制更平稳，更可靠，向优质、高产、低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化，即仪表、电子、计算机综合的要求，而PLC正是这一要求的产物，它是专门为工业过程而设计的控制设备，具有体积小、功能强，抗干扰性好等优点，它将机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合集成在一起，因此，它已经成为当今数控技术、工业机器人、离散制造和过程流程等领域的主要控制设备，成为工业自动化三大支柱（PLC，机器人，CAD/CAM）之一。

二、总体思路介绍

（一）控制要求

初始状态，红灯L2灭，绿灯L1亮，表示允许汽车进来装料。

料斗K2，电机M1、M2为OFF。

当汽车到来时（用S2开关接通表示），L2亮，L1灭，M3运行，电机M2在M3接后运行，电机M1在M2启动2秒后运行，延时2秒后，料斗K2打开出料。

当汽车装满后（断开表示），料斗K2关闭，电机M1延时2秒后停止，M2在M1停2秒后停止，M3在M2停止，L1亮，L2灭，表示汽车可以开走。

S1是料斗中料位检测开关，其闭合表示料满，K2可以打开，S1分断时，表示料斗内K1打开，K2不打开。

（二）总体方案

1．PLC的选型

S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。

其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。

CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。

可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

13K字节程序和数据存储空间。

6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。

2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

I/O端子排可很容易地整体拆卸。

用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

SIMATICS7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能和价格比。

　　S7-200系列出色表现在以下几个方面：

极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块。

S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。

使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。

应用领域极为广泛，覆盖所性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块能与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

如：

冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。

　　S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供您使用。

CPU单元设计

　　集成的24V负载电源，可直接连接到传感器和变送器上,CPU221，222具有180mA输出，CPU224，CPU224XP，CPU226分别输出280mA，400mA。

可用负载电源。

　　CPU221~226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。

本机数字量输入/输出点

　　CPU221有6DI/4DO，CPU222有8DI/6个DO，CPU224有14DI/10DO，CPU224XP有14DI/10DO，CPU226有241DI/16DO。

本机模拟最输入/输出点

　　CPU224XP有2个AI/1AO。

通讯方式

　　内部集成的PPI接口为用户提供强大的通讯功能。

PPI接口为RS485，可在三种方式下工作：

PPI方式:

PPI通讯协议是西门子专门为S7-200系列PLC开发的通讯协议。

通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。

波特率为9.6kbit/s,19.2kbit/s和187.5kbit/s。

CPU上集成的编程口同时就是PPI通讯联网接口。

MPI方式:

通过内置接口连接到MPI网络上。

波特率为19.2kbit/s,187.5kbit/s。

S7-200可与S7-300/400通讯,S7-200CPU在MPI网络中作为从站，彼此间不能通讯。

自由通讯口方式：

是一个很有特色的功能。

S7-200PLC可以与任何通讯协议公开的其他设备进行通讯。

即可以由用户自行定义通讯协议。

波特率最高38.4kbit/s。

　　PROFIBUS-DP网络：

CPU222、224XP、226可以通过增加EM277的方法支持PROFIBUSDP网议。

最高传输速率络协为12Mbit/s。

EEPROM存储器模块（选件）

　可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。

电池模块

用于长时间数据后备。

用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。

选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。

电池模块插在存储器模块的卡槽中。

2．程序流程图

三、硬件设计

（一）所选PLC介绍：

CPU-226型

1．I/O点的介绍

对于CPU226有24个输入，16个输出，分别为：

I0.0~I2.7

Q0.0~Q1.7

输入模拟量和输出模拟量分别为：

AIW0、AIW2

AQW0

扩展模块0（4I*4Q）：

I2.0~I2.3

Q2.0~Q2.3

扩展模块1（8I）

I3.0~I3.7

扩展模块2（4AI*1AO）

AIW4~AIW10

AQW2

扩展模块3（8O）

Q3.0~Q3.7

2．可行性分析

本次实训输出用到了Q0.0～Q0.6，输入用到了I0.0、I0.1,、I0.3。

CPU226CN集成24个输入,16个输出，共40个数字量I/O点。

可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

但在本次实训中，不需要扩展模块。

就可以实现控制要求。

（二）I/O分配表

输入

输出

I0.1

漏斗上限位开关S1

Q0.2

送料开关K1

I0.0

位置检测开关S2

Q0.3

漏斗开关K2

I0.3

停止开关

Q0.4

电机M1

Q0.5

电机M2

Q0.6

电机M3

Q0.0

绿灯L1

Q0.1

红灯L2

（三）PLC的外部接线图

四、软件设计

（一）指令介绍

1.所选PLC指令系统简介

宏观：

S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。

器系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。

目前市场上S7-22*系列PLC已经基本取代了第一代的S7-21*系统PLC，并成为市场中的主流产品。

S7-22*系列有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM6种不同型号。

CPU221无扩展功能，适用于小点数的微型控制器。

CPU222有扩展功能，CPU224具有较强控制功能的控制器。

CPU226和CPU226XM使用于复杂的中小型控制系统，可扩展到248点数字量和35路模拟量，有2个RS485通信接口。

微观：

常见的指令

（1）.逻辑取（装载）及线圈驱动指令LD/LDN

1）.指令功能

LD（load）：

常开触点逻辑运算的开始。

对应梯形图则为在左侧母线或线路分支点处初始装载一个常开触点。

LDN（loadnot）：

常闭触点逻辑运算的开始（即对操作数的状态取反），对应梯形图则为在左侧母线或线路分支点处初始装载一个常闭触点。

=（OUT）：

输出指令，对应梯形图则为线圈驱动。

对同一元件只能使用一次。

2）.触点代表CPU对存储器的读操作，常开触点和存储器的位状态一致，常闭触点和存储器的位状态相反。

用户程序中同一触点可使用无数次。

3）.线圈代表CPU对存储器的写操作，若线圈左侧的逻辑运算结果为“1”，表示能流能够达到线圈，CPU将该线圈所对应的存储器的位置位为“1”，若线圈左侧的逻辑运算结果为“0”，表示能流不能够达到线圈，CPU将该线圈所对应的存储器的位写入“0”用户程序中，同一线圈只能使用一次。

4）.LD/LDN,=指令使用说明：

LD、LDN指令用于与输入公共母线（输入母线）相联的接点,也可与OLD、ALD指令配合使用于分支回路的开头。

“=”指令用于Q、M、SM、T、C、V、S。

但不能用于输入映像寄存器I。

输出端不带负载时，控制线圈应尽量使用M或其他，而不用Q。

（2）.触点串联指令A（And）、AN（Andnot）

1）.指令功能

A（And）：

与操作，在梯形图中表示串联连接单个常开触点。

AN（Andnot）：

与非操作，在梯形图中表示串联连接单个常闭触点。

2）.A、AN是单个触点串联连接指令，可连续使用。

若要串联多个接点组合回路时，必须使用ALD指令。

如图4-8所示。

若按正确次序编程（即输入：

“左重右轻、上重下轻”；输出：

上轻下重），可以反复使用=指令。

如图4-9所示。

但若按图4-10所示的编程次序，就不能连续使用“=”指令。

A、AN的操作数：

I、Q、M、SM、T、C、V、S。

（3）.触点并联指令：

O（Or）/ON（Ornot）

1）.指令功能

O：

或操作，在梯形图中表示并联连接一个常开触点。

ON：

或非操作，在梯形图中表示并联连接一个常闭触点。

2）.O/ON指令使用说明：

O/ON指令可作为并联一个触点指令，紧接在LD/LDN指令之后用，即对其前面的LD/LDN指令所规定的触点并联一个触点，可以连续使用。

若要将两个以上触点的串联回路与其他回路并联时，须采用OLD指令。

ON操作数：

I、Q、M、SM、V、S、T、C。

（4）.电路块的串联指令ALD

1）.指令功能

ALD：

块“与”操作，用于串联连接多个并联电路组成的电路块。

2）.ALD指令使用说明：

并联电路块与前面电路串联连接时，使用ALD指令。

分支的起点用LD/LDN指令，并联电路结束后使用ALD指令与前面电路串联。

可以顺次使用ALD指令串联多个并联电路块,支路数量没有限制.ALD指令无操作数。

（5）.电路块的并联指令OLD

1）.指令功能

OLD：

块“或”操作，用于并联连接多个串联电路组成的电路。

2）.OLD指令使用说明：

并联连接几个串联支路时，其支路的起点以LD、LDN开始，并联结束后用OLD。

可以顺次使用OLD指令并联多个串联电路块，支路数量没有限制。

ALD指令无操作数。

（6）.逻辑堆栈的操作

S7-200系列采用模拟栈的结构，用于保存逻辑运算结果及断点的地址，称为逻辑堆栈。

S7-200系列PLC中有一个9层的堆栈。

在此讨论断点保护功能的堆栈操作。

1）.指令的功能

堆栈操作指令用于处理线路的分支点。

在编制控制程序时，经常遇到多个分支电路同时受一个或一组触点控制的情况如图4-17所示，若采用前述指令不容易编写程序，用堆栈操作指令则可方便的将图4-17所示梯形图转换为语句表。

LPS（入栈）指令：

LPS指令把栈顶值复制后压入堆栈，栈中原来数据依次下移一层，栈底值压出丢失。

LRD（读栈）指令：

LRD指令把逻辑堆栈第二层的值复制到栈顶，2-9层数据不变，堆栈没有压入和弹出。

但原栈顶的值丢失。

LPP（出栈）指令：

LPP指令把堆栈弹出一级，原第二级的值变为新的栈顶值，原栈顶数据从栈内丢失。

2）.指令使用说明：

逻辑堆栈指令可以嵌套使用，最多为9层。

为保证程序地址指针不发生错误，入栈指令LPS和出栈指令LPP必须成对使用，最后一次读栈操作应使用出栈指令LPP。

堆栈指令没有操作数。

（7）.置位/复位指令S/R

1）.指令功能

置位指令S：

使能输入有效后从起始位S-bit开始的N个为置“1”并保持。

复位指令R：

使能输入有效后从起始位S-bit开始的N个为清“0”并保持。

2）.指令使用说明：

对同一元件（同一寄存器的位）可以多次使用S/R指令（与“=”指令不同）。

由于是扫描工作方式，当置位、复位指令同时有效时，写在后面的指令具有优先权。

操作数N为：

VB,IB,QB,MB,SMB,SB,LB,AC,常量,*VD,*AC,*LD。

取值范围为：

0～255。

数据类型为：

字节。

操作数S-bit为：

I,Q,M,SM,T,C,V,S,L。

数据类型为：

布尔。

置位复位指令通常成对使用，也可以单独使用或与指令盒配合使用。

（8）.脉冲生成指令EU/ED

1）.指令功能

EU指令：

在EU指令前的逻辑运算结果有一个上升沿时（由OFF→ON）产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动后面的输出线圈。

ED指令：

在ED指令前有一个下降沿时产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动其后线圈。

2）.指令使用说明

EU、ED指令只在输入信号变化时有效，其输出信号的脉冲宽度为一个机器扫描周期。

对开机时就为接通状态的输入条件，EU指令不执行。

EU、ED指令无操作数。

2.本系统中关键指令的介绍

（1）.逻辑取（装载）及线圈驱动指令LD/LDN

1）.指令功能

LD（load）：

常开触点逻辑运算的开始。

对应梯形图则为在左侧母线或线路分支点处初始装载一个常开触点。

LDN（loadnot）：

常闭触点逻辑运算的开始（即对操作数的状态取反），对应梯形图则为在左侧母线或线路分支点处初始装载一个常闭触点。

=（OUT）：

输出指令，对应梯形图则为线圈驱动。

对同一元件只能使用一次。

2）.触点代表CPU对存储器的读操作，常开触点和存储器的位状态一致，常闭触点和存储器的位状态相反。

用户程序中同一触点可使用无数次。

3）.线圈代表CPU对存储器的写操作，若线圈左侧的逻辑运算结果为“1”，表示能流能够达到线圈，CPU将该线圈所对应的存储器的位置位为“1”，若线圈左侧的逻辑运算结果为“0”，表示能流不能够达到线圈，CPU将该线圈所对应的存储器的位写入“0”用户程序中，同一线圈只能使用一次。

4）.LD/LDN,=指令使用说明：

LD、LDN指令用于与输入公共母线（输入母线）相联的接点,也可与OLD、ALD指令配合使用于分支回路的开头。

“=”指令用于Q、M、SM、T、C、V、S。

但不能用于输入映像寄存器I。

输出端不带负载时，控制线圈应尽量使用M或其他，而不用Q。

（2）.触点串联指令A（And）、AN（Andnot）

1）.指令功能

A（And）：

与操作，在梯形图中表示串联连接单个常开触点。

AN（Andnot）：

与非操作，在梯形图中表示串联连接单个常闭触点。

2）.A、AN是单个触点串联连接指令，可连续使用。

若要串联多个接点组合回路时，必须使用ALD指令。

如图4-8所示。

若按正确次序编程（即输入：

“左重右轻、上重下轻”；输出：

上轻下重），可以反复使用=指令。

如图4-9所示。

但若按图4-10所示的编程次序，就不能连续使用“=”指令。

A、AN的操作数：

I、Q、M、SM、T、C、V、S。

（3）.触点并联指令：

O（Or）/ON（Ornot）

1）.指令功能

O：

或操作，在梯形图中表示并联连接一个常开触点。

ON：

或非操作，在梯形图中表示并联连接一个常闭触点。

2）.O/ON指令使用说明：

O/ON指令可作为并联一个触点指令，紧接在LD/LDN指令之后用，即对其前面的LD/LDN指令所规定的触点并联一个触点，可以连续使用。

若要将两个以上触点的串联回路与其他回路并联时，须采用OLD指令。

ON操作数：

I、Q、M、SM、V、S、T、C。

（4）.置位/复位指令S/R

1）.指令功能

置位指令S：

使能输入有效后从起始位S-bit开始的N个为置“1”并保持。

复位指令R：

使能输入有效后从起始位S-bit开始的N个为清“0”并保持。

2）.指令使用说明：

对同一元件（同一寄存器的位）可以多次使用S/R指令（与“=”指令不同）。

由于是扫描工作方式，当置位、复位指令同时有效时，写在后面的指令具有优先权。

操作数N为：

VB,IB,QB,MB,SMB,SB,LB,AC,常量,*VD,*AC,*LD。

取值范围为：

0～255。

数据类型为：

字节。

操作数S-bit为：

I,Q,M,SM,T,C,V,S,L。

数据类型为：

布尔。

置位复位指令通常成对使用，也可以单独使用或与指令盒配合使用。

（5）.脉冲生成指令EU/ED

1）.指令功能

EU指令：

在EU指令前的逻辑运算结果有一个上升沿时（由OFF→ON）产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动后面的输出线圈。

ED指令：

在ED指令前有一个下降沿时产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动其后线圈。

2）.指令使用说明

EU、ED指令只在输入信号变化时有效，其输出信号的脉冲宽度为一个机器扫描周期。

对开机时就为接通状态的输入条件，EU指令不执行。

EU、ED指令无操作数。

（二）程序

1．梯形图

⑴红灯L2灭，绿灯L1亮，表示允许汽车进来装料。

⑵当汽车到来时（用S2开关接通表示），

⑶L2亮，L1灭，M3运行

⑷电机M2在M3启动2秒后运行，

⑸电机M1在M2启动2秒后运行，

⑹当汽车装满时

⑺料斗K2关闭

⑻电机M1延时2秒后停止

⑼M2在M1停2秒后停止，

⑽M3在M2停止，L1亮，L2灭，表示汽车可以开走。

⑾S1是料斗中料位检测开关，其闭合表示料满，K2可以打开，S1分断时，表示料斗内K1

2．语句表

LDSM0.1//启动系统

SQ0.0,1//置初始状态L1绿灯亮

RQ0.1,6//置初始状态L2红灯灭

RM0.0,2

LDI0.0//拔上开关S2

SM0.0,2

SQ0.2,1//S2开关对应的指示灯亮

LDM0.0

SQ0.1,1//L2红灯亮

RQ0.0,1//L1绿灯灭

SQ0.6,1//电机M3对应的指示灯亮并运行

TONT37,20//T37开始定时

LDT37//T37定时2秒到时

SQ0.5,1//电机M2对应的指示灯亮并运行

TONT38,20//T38开始定时

LDT38//T38定时2秒到时

SQ0.4,1//电机M1对应的指示灯亮并运行

LDI0.1//拔上开关S1

SQ0.3,1//开关S1对应的指示灯亮