200KG传送带传动装置及其PLC控制设计-毕业论文

毕业设计200KG传送带传动装置及其PLC控制设计学 生 姓 名： 指导教师： 实验师 合作指导教师： 专业名称： 机械设计制造及其自动化 所在院系： 继续教育学院 年 月摘 要随着社会的不断发展,科学的不断进步，自动化程度也越来越高，传送带则理所当然的成为了自动化流水线运用上的宠儿。传送带设备的不断改进，不断发展，为自动化技术高速发展的今天，做出了不可磨灭的贡献。 PLC在传送带上的应用，主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算、计数、定时和数据输入输出的功能，在传送带工作过程中，各种逻辑开关和PLC的完美配合，很好的实现了对传送带的运输控制。流水线中的传送带要求在加工生产时流水线上的物料能可靠、迅速的停止在指定的加工位置，这就要求皮带传送时有多种速度变化。传统的变速电机都存在体积较大、变速单一、价格偏高、适用范围较窄等方面的缺点。本设计中，PLC和变频器组合控制系统的运用有效的解决了这些难题。PLC控制系统适用于各种普通的电动机,是以应用为中心、计算机技术为基础、辅助特定设备高质量的完成电动机对各种速度的要求。变频器具有多种算术逻辑运算和智能控制功能，输出频率精度高等特点使变频器可以很容易改变电动机的速度,且具有精度高、稳定性好、可靠性高、存储容量大、灵活性好等优点。 关键词：传送带；流水线；PLC大连海洋大学应用技术学院本科毕业设计（论文）AbstractWith the continuous development of society, the continuous progress of science, the degree of automation is also increasing, the conveyor belt is taken for granted become the darling of the use of the automated assembly line. Continuous improvement of conveyor equipment, continuous development is the rapid development of automation technology, has made an indelible contribution to the transport of automated production lines.PLC in conveyor applications, mainly in its logic switch control functions. PLC logical operations, counting, timing and data input and output functions in the conveyor belt in the work process, a perfect match of the various logic switches and PLC, good control of transport conveyor.The conveyor belt in the pipeline requires the material in the processing pipeline can be reliably and quickly stopped at the processing position specified, which requires a variety of speed change when the belt conveyor. Traditional variable-speed motors are larger, variable-speed single, high prices for a narrow range of shortcomings. This design, the use of the control system of PLC and inverter combination is effective to solve these problems. PLC control system applicable to a variety of ordinary motor, based on the application of computer technology as a foundation, supporting a specific device quality completion of the requirements of the motor for a variety of speed. Converter with a variety of arithmetic and logic and intelligent control function, the output frequency accuracy and high so the drive can easily change the speed of the motor, and with high accuracy, good stability, high reliability, large storage capacity, good flexibility advantages.Keywords: pipeline; conveyor belt; PLC 1PLC特点及应用11.1概述11.2PLC的由来11.3PLC的定义21.4PLC功能21.5PLC的特点21.6PLC的应用22PLC的结构及原理42.1PLC的分类42.2PLC的结构42.3PLC的工作原理62.4PLC汇编语言72.5PLC的基本指令72.6编程器件82.7PLC的基本性能指标83S7-200编程软件STEP7-Micro/WIN3.2113.1如何控制程序作业113.2编程语言的形式113.3STEP7程序的使用123.4Step7 Micro/Win V3.2124传送带控制要求144.1控制要求144.2工作过程145控制系统设计165.1系统软件设计165.2硬件系统设计176可编程控制器硬件设计与仿真196.1硬件196.2软件216.3控制指令语句表及变频器参数设置226.4梯形图236.5S7-200模拟器仿真24结 语28主要参考文献291PLC特点及应用1.1概述可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器可以称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。1.2PLC的由来在60年代，汽车生产流水线的西东控制系统基本都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着汽车的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，废料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：1编程方便，现场可修改程序；2维修方便，采用模块化结构；3可靠性高于继电器控制装置；4体积小于继电器控制装置；5数据可直接送入管理计算机；6成本可与继电器控制装置竞争；7输入可以是交流115V；8输出为交流115V,2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9在扩展时，原系统只要很小变更；10用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上使用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。直到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现也受到了世界其他国家的高度重视。1971年日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出他们的第一台PLC。我国从1974开始研制，于1977年开始工业应用。1.3PLC的定义可编程控制器，简称PLC（Programmable Logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”1.4PLC功能 1数据采集与输出。 2控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。 3数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。4输入/输出接口调理功能。具有A/D、D/A转化功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。 5通信、联网功能。现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监事和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布控制网络，以便完成较大规模的发杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。 6支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，一边做决策和调整，实现工业计算机的分散和集中与监视系统。 7编程、调试等，并且大部分支持在线编程。1.5PLC的特点1可靠性高、抗干扰能力强；2通用性高、使用方便；3程序设计简单、易学易懂；4采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；5系统设计周期短；6安装简便，调试方便，维护工作量小；7对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产；1.6PLC的应用 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：1开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、包装生产线、电镀流水线等。2模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量和数字量之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，是可编程控制器用于模拟量控制。3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各种PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运用专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传输、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程制造系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2PLC的结构及原理2.1PLC的分类1按PLC的结构形式分类：整体式；模块式。2按PLC的I/O点数分类：小型256点以下；中型256点以上；2048点以下：大型2048点以上。3按PLC功能分类：抵挡型，中档型，高档型。2.2PLC的结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规律组合配置。结构如图2.1所示： 图2.1PLC结构图1中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接受并储存从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、储存器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区然后从用户程序存储器中逐条读取用程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算术运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统或采用三CPU的表决式系统，这样即使某个CPU出现故障整个系统仍能正常运行。CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接受并储存用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现他们之间联系的数据、控制及状态总线结构，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC是重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。2存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。（1）PLC常用的存储器类型RAM（Random Access Memory）,这是一种读/写存储器（随机存储器），其存取速度最快，由锂电池支持。EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory），这是一种可擦除的只读存储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容）。EEPROM（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory），这是一种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。（2）PLC存储空间的分配虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区；系统RAM存储区（包括I/O映像区和系统软设备等）；用户程序存储区。系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该PLC的性能。系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。I/O映象区，由于PLC投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设，因此它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区，一个开关量I/O占用存储单元中的一个位(bit)，一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字(16个bit)，因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量I/O映象区，模拟量I/O映象区。系统软设备存储区：除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备(逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)的存储区，该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时由内部的锂电池供电，数据不会遗失，后者当PLC断电时数据被清零逻辑线圈：与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器，另外不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。数据寄存器：与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字(16bits)，另外PLC还提供数量不的特殊数据寄存器，具有不同的功能。用户程序存储区存放用户编制的用户程序，不同类型的PLC其存储容量各不相同。3电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在10%范围内可以不采取其它措施，而将PLC直接连接到交流电网上去。4I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（420mA,020mA）、电压型（010V,05V,-1010V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。5PLC系统的其它设备编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。2.3PLC的工作原理1输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。2程序执行阶段，PLC对用户程序扫描。3输出刷新阶段，当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。2.4PLC汇编语言采用面向控制过程，面向问题，简单直观的PLC编写横语言，常用的有：梯形图，语句表，功能图等。1梯形图：由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但梯形图编程语言功能更强更方便。主要特点：（1）自上而下，从左到右的顺序排列，两列垂直线为母线。每一逻辑行，起使左母线；（2）梯形图中采用继电器名称，但不是真实物理继电器称为“软继电器”；（3）每个梯级流过的是概念电流，从左向右，其两端母线设有电源；（4）输入继电器，用于接入信号，而无线圈，输入继电器，通过输入接入的继电器，晶体及晶闸管才能实现。2语句表又叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的记助符编程。2.5PLC的基本指令1输入输出指令（LD/LDN/=）如表2.1所示：表2.1输入输出指令表符号（名称）功能LD（取）常开触点与母线相连LDN（取反）常闭触点与母线相连=（输出）线圈驱动LD与LDN指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。=指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输出，能连续使用多次。2触点串连指令（A/AN）、并联指令（O/ON）如表2.2所示：表2.2触电串并联指令表符号（名称）功能A（与）常开触点串联连接AN（与非）常闭触点串联连接O（或）常开触点并联连接ON（ 或非）常闭触点并联连接A、AN指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。O、ON是用于一个触点的并联连接指令。3电路块的并联和串联指令（OLD、ALD）如表2.3所示：表2.3电路块并串联指令表符号（名称）功能OLD（块或）电路块并联连接ALD（块与）电路块串联连接4程序结束指令（END）如表2.4所示：表2.4程序结束指令表符号（名称）功能END（结束）程序结束在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并立即输出处理。若不写END指令，PLC将以用户存贮器的第一步执行到最后一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。另外。在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。2.6编程器件一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。2.7PLC的基本性能指标可编程控制器的基本性能可用如下八条予以概括：1工作速度工作速度是指PLC的CPU执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。工作速度是PLC工作的基础。速度高了，才可能通过运行程序实现控制，才可能不断扩大控制规模，才可能发挥PLC的多种多样的作用。2控制规模控制规模代表PLC控制能力，看其能对多少输入、输出点及对多少路模拟进行控制。控制规模与速度有关。因为规模大了，用户程序也长，执行指令的速度不快，势必延长PLC循环的时间，也必然会延长PLC对输入信号的响应。为了避免这个情况，PLC的工作速度就要快。所以，大型PLC的工作速度总是比小的要快。3组成模块PLC的结构虽有箱体及模块式之分，但从质上看，箱体也是模块，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把PLC的模块组成当作所有PLC的结构性能。4内存容量PLC内存有用户及系统两大部分。用户内存主要用以存储用户程序，个别的还将其中的一部分划为系统所用。系统内存是与CPU配置在一起的。CPU既要具备访问这些内存的能力，还应提供相应的存储介质。用户内存大小与可存储的用户程序量有关。内存大，可存储的程序量大，也就可进行更为复杂的控制。从发展趋势看，内存容量总是在不断增大着。大型PLC的内存容量可达几十K，以至于一百多K。系统内存对于用户，主要体现在PLC能提供多少内部器件。不同的内部器件占据系统内存的不同区域。在物理上并无这些器件，仅仅为RAM。但通过运行程序进行使用时，给使用者提供的却实实在在有这些器件。内存器件种类越多，数量越多，越便于PLC进行种种逻辑量及模拟控制。5指令系统PLC的指令繁多，但主要的有这么几种类型：基本逻辑指令，用于处理逻辑关系，以实现逻辑控制。这类指令不管什么样的PLC都总是有的。数据处理指令，用于处理数据，如译码，编码，传送、移位等等。数据运算指令，用于进数据的运算，如+、-、X、/等，可进行整形数计算，有的还可浮点数运算；也可进行逻辑量运算，等等。流程控制指令，用以控制程序运行流程。PLC的用户程序一般是从零地址的指令开始执行，按顺序推进。但遇到流程控制指令也可作相应改变。流程控制指令也较多，运用得好，可使程序简练，并便于调试与阅读。状态监控指令，用以监视及记录PLC及其控制系统的工作状态，对提高PLC控制系统的工作可靠性大有帮助。6支持软件为了便于编制PLC程序，多数PLC厂家都开发有关计算机支持软件。从本质上讲，PLC所能识别的只是机器语言。它之所以能使用一些助记符语言、梯形图语言、流程图语言，以至高级语言，全靠为使用这些语言而开发的种种软件。7可靠控制为使PLC能可靠工作，在硬件与软件两个方面PLC厂家都采取了很多措施，对一些特殊可靠要求的PLC，还有相应的特殊的措施，如热备、冗余等等。可靠措施的目的是增加PLC平均故障间隔时间、MTBF（MeanTimeBetweenFailure）及减少PLC的平均修复时间、MTTR（MeanTimeToRepair），以提高PLC的有效度A（Availability）。A=MTBF/(MTBF+MTTR)、式中A有效率、MTBF平均故障间隔时间、MTTR平均修复时间。当然，A值越大越好，它可使PLC系统得到充分的利用，是为什么要使用PLC的重要指标。而从上式可知，MTBF越大，MTTR越小，则A越大。所以，PLC的可靠措施都是围绕提高MTBF及MTTR值进行的。鉴于可靠工作是PLC的重要特点，至关重要，故有关提高MTBF及降低MTTR的措施如何，以及PLC的MTBF与MTTR值也成为PLC性能的重要指标。8经济指标以上七条讲的都是PLC的技术性能。其实，使用PLC还要考虑经济指标。经济是基础，经济上不合算，不能带来经济效益，使用PLC也就没有基础。所以经济指标也是重要的。经济指标简单说就是看价格。一般讲，同样技术性能的PLC，价格低其经济指标就好。3S7-200编程软件STEP7-Micro/WIN3.23.1如何控制程序作业S7-200在程序的控制逻辑中不断循环，读取和写入数据。当您将程序下载至PLC并将PLC放置在RUN（运行）模式时，PLC的中央处理器（CPU）按下列顺序执行程序：1S7-200读取输入状态。2存储在S7-200中的程序使用这些输入评估（或执行）控制逻辑。3当程序经过评估，S7-200将程序逻辑结果存储在称作进程图像输出寄存器的输出内存区中。4在程序结束时，S7-200将数据从进程图像输出寄存器写入至域输出。5重复任务循环。S7-200反复执行一系列任务。该循环执行任务被称作扫描循环。S7-200在扫描循环过程中执行大多数或全部下列任务：1读取输入：S7-200将实际输入状态复制至进程图像输入寄存器。2在程序中执行控制逻辑：S7-200执行程序的指令，并将数值存储在不同的内存区。3处理所有通讯请求：S7-200执行点至点或网络通讯要求的所有任务。4执行CPU自测试诊断程序：S7-200保证固件、程序内存和所有扩充模块均正常作业。5向输出写入：存储在进程图像输出寄存器中的数值被写入实际输出。扫描循环的执行取决于S7-200是位于STOP（停止）模式还是RUN（运行）模式。在RUN（运行）模式中，程序被执行；在STOP（停止）模式中，程序不被执行.在程序执行过程中，最好使用进程图像寄存器，而不要直接存取输入或输出。使用图像寄存器共同扫描开始的所有输入取样会使扫描循环的程序执行阶段的输入数值同步化，并冻结这些数值。3.2编程语言的形式最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。编程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是完全相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。 指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统。 程序：PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。 梯形图：梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。3.3STEP7程序的使用1创建一个项目结构，项目就象一个文件夹，所有数据都以分层的结构存在于其中，任何时候你都可以使用。在创建一个项目之后，所有其他任务都在这个项目下执行。2组态一个站，组态一个站就是指定你要使用的可编程控制器，例如S7300、S7400等。3组态硬件，组态硬件就是在组态表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用户程序中以什么样的地址来访问这些模板，地址一般不用修改由程序自动生成。模板的特性也可以用参数进行赋值。4组态网络和通讯连接，通讯的基础是预先组态网络，也就是要创建一个满足你的控制方案的子网，设置网络特性、设置网络连接特性以及任何联网的站所需要的连接。网络地址也是程序自动生成如果没有更改经验一定不要修改。5定义符号，可以在符号表中定义局部或共享符号，在你的用户程序中用这些更具描述性的符号名替代绝对地址。符号的命名一般用字母编写不超过8个字节，最好不要使用很长的汉字进行描述，否则对程序的执行有很大的影响。6创建程序，用梯形图编程语言创建一个与模板相连结或与模板无关的程序并存储。创建程序是我们控制工程的重要工作之一，一般可以采用线形编程（基于一个块内，OB1）、分布编程（编写功能块FB,OB1组织调用）、结构化编程（编写通用块）。我们最常采用的是结构化编程和分布编程配合使用，很少采用线形编程。7下载程序到可编程控制器，完成所有的组态、参数赋值和编程任务之后，可以下载整个用户程序到可编程控制器。在下载程序时可编程控制器必须在允许下载的工作模式下（STOP或RUN-P），RUN-P模式表示，这个程序将一次下载一个块，如果重写一个旧的CPU程序就可能出现冲突，所以一般在下载前将CPU切换到STOP模式。3.4STEP7Micro/Win V3.21在Step 7Micro/WinV3.2中新建一个项目。2输入程序，编译正确后在文件菜单中导出为AWL文件。3打开仿真软件，点“配置”-“CPU型号”（或在已有的CPU图案上双击）。4在弹出的对话框中选择CPU型号，要与你项目中的型号相同。5点击“程序”-“载入程序”（或工具条中的第2个按钮）。6会有个对话框，只选择“逻辑块（L）”并选择Step 7 MicroWin V3.2的版本，点击“确定”。7将先前导出的AWL文件打开。若第6步选择全部，则此时会提示无法打开文件，这里出现错误的原因是无法打数据块和CPU配置文件，不要管它，直接确定。8点击“查看（E）”-“内存监视（M）”（或工具条中的第12个按钮)输入想要监视的地址。9点“PLC”-“运行”(或工具栏上的绿色三角按钮)，程序开始模拟运行。4传送带控制要求4.1控制要求 物料传送系统中，在出料口下方设置有皮带传送装置，其主要是带式传送机，现采用变频调速来驱动传送带，整个系统由PLC和变频器配合，实现根据传送不同物料的多种速度要求选择的多段速控制。1按设计要求，用光电传感器来检测物料，把信号送给变频器，又由变频器驱动一台电动机带动传送皮带，按照给定的固定频率输送。2在开始或终止加速时，需要减小振动和冲击，应采用S形加速方式。3变频器的启动信号由按钮和光电传感器共同作用，变频器的输出频率选择由PLC- 200根据输入端口的不同状态组合，经过程序的处理，使输出端口Q0.3,Q0.4,Q0.5输出对应的状态来确定输出频率段。4变频器调速通过三段速控制来实现。系统控制流程图可设计为如图4.1所示。图4.1系统控制流程图4.2工作过程当按下启动按钮时，数字输入端口I0.6为“ON”，光电传感器检测到物体，PLC的输入映像寄存器I0.4为“ON”时，允许电动机启动;当要求调整为低速运行时，PLC的输入映像寄存器I0.0为“ON”，使Q0.4“ON”,Q0.5“OFF”，变频器输出频率为15Hz,当要求调整为中速运行时，PLC的输入映像寄存器I0.1为“ON”，使Q0.4“OFF”，Q0.5“ON”，变频器输出频率为25Hz,当要求调整为低速运行时，PLC的输入映像寄存器I0.2为“ON”，使Q0.4“ON”,Q0.5“ON”，变频器输出频率为40Hz。如有需要可通过按变频器操作面板上的（）键来改变（P1001、P1002和P1003）的值，从而改变频率段。5控制系统设计5.1软件系统设计1系统设计的基本步骤：（1）系统设计与设备选型。分析你所控制的设备或系统。PLC最主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程；判断一下你所要控制的设备或系统的输入输出点数是否符合可编程控制器的点数要求；判断一下你所要控制的设备或系统的复杂程度，分析内存容量是否够。（2）I/O赋值（分配输入输出）。将你所要控制的设备或系统的输入信号进行赋值，与PLC的输入编号相对应；将你所要控制的设备或系统的输出信号进行赋值，与PLC的输出编号相对应。2执行程序的过程及特点：PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。（1）输入采样阶段：在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。（2）程序执行阶段：在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。（3）输出刷新阶段：程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中输出。对于小型PLC，其I/O点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。而对于大中型PLC，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。从上述分析可知，当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这种现象称为PLC输入输出响应滞后。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。应该注意的是，这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟，以及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟，同时还与程序设计有关。滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。5.2硬件系统设计1应用系统总体方案设计：（1）PLC控制系统类型：由PLC构成的单机控制系统；由PLC构成的集中控制系统；由PLC构成的分布式控制系统；用PLC构成远程I/0控制系统。（2）系统的运行方式：手动运行方式；半自动运行方式；自动运行方式。2系统硬件设计根据：（1）工艺要求；（2）设备状况；（3）控制功能；（4）I/0点数和种类；（5）系统的先进性。3可编程序控制器的机型选择：（1）CPU的功能；（2）I/0点数；（3）响应速度；（4）指令系统；（5）机型选择的其他考虑。4输入/输出模板的选择：（1）数字量输入模块的选择；（2）数字量输出模块的选择；（3）模拟量模块的选择；（4）智能I/0模块的应用选择。5系统硬件设计文件：（1）系统硬件配置图；（2）模块统计表；（3）I/0硬件接口图及I/0地址表。6系统供电设计：（1）供电系统的保护措施；（2）电源模块的选择；（3）I/0模块供电电源设计；（4）系统接地设计；（5）可编程序控制器供电系统设计；（6）电缆设计和敷设。6可编程控制器硬件设计与仿真6.1硬件1光电传感器光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，由三部分构成，它们分别为发送器、接收器和检测电路，如图6.1所示。图6.1光电传感器原理图发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源、发光二极管（LED）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器由光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜、光圈等。在其后面是检测电路，它能过滤出有效信号和应用信号。2变频器（1）控制电机的启动电流。当电机通过工频直接启动时，它将会产生78倍的电机额定电流。而变频调速则可以在零速零电压启动（当然可以适当加转矩提升）。一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带动负载进行工作。使用变频调速能充分降低启动电流，提高绕组承受力，用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低、电机的寿命则相应增加。（2）可控的加速功能。变频调速能在零速启动并按照用户的需要进行光滑地加速，而且也可以选择其加速曲线（直线加速、S形加速或者半S形加速）。而通过工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动。这种振动将进一步加剧机械的磨损和损耗，降低机械部件和电机的寿命。另外，变频启动还能应用在类似灌装线上，