PLC编程与应用（西门子）电子教案 项目三 任务1：电机顺序启动逆序停止控制

课题授课教案一、教案头序号：本次课题项目三任务一：电机顺序启动逆序停止控制授课教师审阅授课时间课时授课班级知识目标1.顺序控制设计法的概念；2.知道顺序控制的几个概念，并会划分的工作步；3.会找出每步的转换条件及转换方向，并能画出顺序控制功能图。能力目标1.能够根据任务要求制定任务计划、合理高效的实施任务；2.能够借助网络媒体查阅资料，理解新知，独立解决任务中的问题。情感目标1.培养善于独立思考、交流沟通的协作能力；2.培养学习兴趣，树立积极乐观的学习态度；3.树立自信心，增强克服困难的意志，养成和谐和健康向上的品格。4.引导学生执行6S管理模式5.“吾尝终日而思矣，不如须臾之所学也；吾尝跂而望矣，不如登高之博见也...君子生非异也，善假于物也。”顺序控制可以通过结构简化设计。教学重点、难点重点1.每步的转换条件及转换方向；2.绘制顺序控制功能图。难点1.绘制顺序控制功能图；2.顺序控制设计法运用。教学准备1、西门子S7-1200可编程控制器实训装置，主机模块2、电脑一台（具有PROTALV13软件平台）3、24V直流电源、交流220V电源各一处4、实训连接导线若干5、Profilnet通讯电缆一根二、教学设计步骤教学内容教师活动学生活动课前检查1、检查学生的劳保服装。2、检查学生的出勤情况并做好记录。3、强调实习安全。督导检查做好记录学生自检互检情景引入经验设计法很难入门、阅读和修改，设计过程存在着一定的难度。本节课通过PLC实现对传送带的自动控制，知道什么是顺序控制的设计方法，并会画顺序功能图。讲解聆听任务资讯知识点1：顺序控制法的概念定义：针对较复杂的工序能按步骤一步一步完成执行控制任务，并按周期性变化的循环控制程序的设计。顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号和内部软元件的作用下，根据输出量的状态变化和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有顺序地循环进行操作的控制。利用顺序控制法设计图需要首先画出顺序功能图，它是一种编程语言。顺序功能图（SequentialFunctionChart,SFC)是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形语言，也是设计PLC的顺序控制程序的依据。有的PLC为用户提供了顺序功能语言，例如S7-300/400和S7－1500中的S7Graph语言，在编程软件中生成顺序功能图后便完成了编程工作。当前许多PLC（包括S7－1200）没有配备顺序功能图语言。但可用顺序功能图来描述系统的控制功能，根据它来写梯形图。顺序控制设计法的条件：1、该控制系统可分解成几个独立的控制动作；2、这些动作必须按一定的先后次序执行；3、循环操作的系统。知识点2：顺序控功能图的几个基本概念每一个顺序功能图都是由步、有向线段、转换条件和动作（或命令）组成的。（1）步的基本概念顺序控制设计法最基本的思想是根据输出量的变化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（Step），并用编程元件（例如：辅助继电器M）来代替各步的编号，如：M0.0、M0.1、M0.2、……等，即实际工作中所说的工序。（2）步的分类：步分为初始步、不活动步和活动步。=1\*GB3①初始步与系统的初始状态相对应的步称为初始步。初始步一般是系统等待启动命令的相对静止的状态，即该步的输出都处于OFF状态，如上例中小车开始在原始点压合着行程开关QS2为它的初始步。初始步在顺序功能图中放在最上面，且用双线框来表示（其它步用单线框表示），每个顺序功能图中至少要有一个初始步。初始步可用辅助继电器M0.0、M1.0、M2.0、M3.0、M4.0等表示，但一定要注意不能用系统存储器字节来表示。=2\*GB3②不活动步当系统程序没有正处在该步时，该步就为不活动步。如在上例中，当小车左移时，小车右移、装料和卸料就是不活动步。在不活动步时，该步的非存储型动作就不会执行。同时，向下的转换条件满足了，下一步也不会被激活，即不会转换到下一步。如：小车左移时即使按下启动按钮SB1也料仓的电磁阀也不会打开。=3\*GB3③活动步当系统程序正运行到某一步所在阶段时，该步即为活动步。当该步为活动步时，执行相应的动作；当向下转换的条件满足时，就会转换到下一步。如小车右移时，该步就为活动步，正转线圈KM1得电，当压合行程开关SQ1（I0.1）时，它就会转换到下一步：停止移动并开始卸料。提示：每个活动步在满足转移条件时，都会转移到下一步，并结束上一步，因此必须清楚各步要完成的任务、转移的条件和转移的方向。（2）有向线段在画顺序功能图时，将代表各步的方框按时间的推移和内部状态的改变，按进展的顺序排列起来，在框与框之间用有向线段将它们连接起来，进展的方向用有向线段的箭头来表示。（如是垂直线时，箭头可以省略）（3）转换从一个步到另外一步之间存在着步的转换，即用转换将相邻两个步隔离开，用在有向线段上与之垂直的短线来表示。步的活动状态的改变是由转换的实现来完成的。（4）转换条件转换条件是发生转换时的条件，它标注在转换短线的旁边。转换条件可以是外部的输入信号，如：按钮、行程开关、传感器等的接通或断开；也可以是PLC内部产生的信号，如：辅助继电器、定时器、计数器等触点的接通或断开。转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式、图形符号或逻辑符号来表示，使用最多的是布尔代数表达式。即如图3-1-3所示：M0.5为活动步时，只有当时满足输入信号I0.5常开触点和输入信号I0.1常闭触点同时闭合时才能转换到下一步。提示：转换的实现必须同时满足两个条件：一、该转换的所有前一步都必须是活动步。二、相应的所有转换条件都必须得到满足。转换实现的结果有两个：一、使所有转换有向线段所指的后续步都成为“活动步”。二、使所有转换有向线段相连的前级步都成为“不活动步”。条件可以是一个信号也可以是多个信号的逻辑组合。（5）动作（或称为命令）在实际工作中，将“命令”和“动作”统称为动作，并把动作用文字或符号写在矩形框内，放在该步的右侧且用直线连接起来。如果是多个动作则把矩形框分成多个矩形框水平排列或竖直排列，把表示动作的文字和符号写在其中，如3-1-4所示。排列的顺序并不代表这些动作有先后顺序，而是同时执行的。知识点3：顺序功能图的画法（1）画顺序功能图的步骤=1\*GB3①画顺序功能图前，应根据控制系统的需要，分配PLC的输入和输出点。=2\*GB3②为了清晰地分析控制过程，要求画出时序图。=3\*GB3③一个完整的状态流程图必须有初始状态，即首先确定它的初始状态。然后将复杂的控制任务或工作过程根据输出状态的变化分成若干个步（即工序），分解后的每步都应分配一个或多个工作任务，即本步做什么。各步的任务明确而具体，每个状态都有驱动负载的能力，能使输出执行元件动作。=4\*GB3④画顺序功能图。根据控制顺序把代表每一步用编程元件（M）的地址写在方框内，它所执行的动作写在该步的右面，并用一条水平直线连接。下一步写在下面，并用箭头连接，表示转移的方向，在竖线上画一横线把转换条件写在横线的旁边。若满足转移条件，则上步判断，开始下一步的运行，以此类推。最后一步，当满足转换条件恢复到原始状态，从该步用直线连接到初始步，一个完整的顺序功能图即完成。如运料小车自动往返顺序控制的顺序功能图如图3-1-5所示：（2）画顺序功能图时的注意事项图3-1-5运料小车自动往返顺序控制的顺序功能图=1\*GB3①两个步不能直接相连，两个步之间必须有转换及转换条件图3-1-5运料小车自动往返顺序控制的顺序功能图=2\*GB3②两个转换也不能直接相连，必须用步隔开=3\*GB3③初始步就是系统的等待启动的初始状态，而不是过程步，在此可能没有输出量，但初始步必不可少。=4\*GB3④在系统组态时，在CPU的属性→脉冲发生器→选择系统和时钟存储器中选择启动系统存储器字节的地址，默认状态下是MB1，也可设置为其它字节。如选MB1时就用M1.0这个初始化脉冲常开触点来启动初始步，否则初始步就不是活动步。因在顺序控制系统中，只有当前步为活动步，该步才有可能成为活动步。因此不用初始化脉冲来启动初始步，系统中将没有活动步，程序也不可能向下进行。=5\*GB3⑤自动控制系统中一般情况下是能重复执行某一控制过程的，因此控制过程应该是闭环的。例：星－三角降压启动的要求如下：当按下启动按钮SB1（I0.0）时，KM1（Q0.0）得电主触头闭合，电动机接通电源，同时KM2（Q0.1）也得电，它的主触头闭合电动机定子绕组接成星形，电动机星形启动。启动10s后KM2（Q0.1）失电，为避免产生事故，再延长1s，1s后KM3（Q0.2）得电，使主触头闭合，电动机定子绕组接成三角形，实现了星三角降压启动的过程，当按下停止按钮时，电动机停止运行，一个周期完成，等待下一个周期的进行。解：根据题意画出时序图如3-1-6所示：图3-1-6星－三角降压启动的时序图根据时序图中输出的动作，可将控制分为三步：星启→延时→三角形运行，在初始步电动机停止，没有任何输出。星启时的动作有：KM1(Q0.0)和KM2(Q0.1)得电动作；延时1s时，只有KM1(Q0.0)得电；三角形运行时，KM1(Q0.1)和KM3(Q0.2）得电动作。转换条件：初始步到第一步的转换条件是按下启动按钮SB1；第一步转换到第二步的条件是定时器T1时间到，它的常开触点闭合；第二步转换到第三步的条件是定时器T2时间到，它的常开触点闭合；由第三步回到原始步的条件是按下停止按钮SB2。画出顺序功能图，如右图3-1-7所示。知识点3：顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构有：单序列、选择性序列和并行序列三种。（1）单序列结构单序列结构是由一系列的按一定的顺序相激活的步组成的，每一个步下面只有一个转换，一个转换只有一个步。单序列的特点是没有分支和合并，是最简单的顺序功能图，如右图3-1-8所示。（2）选择性序列结构选择性序列结构是在步的组成中，有选择性分支。即有的步下面不只具有一个转换（即不是一个步），该步下面有两个或两个以上的转换分支组成的，但是它们的转换不是同时发生的，即当条件满足时只能选择该条件下的一条支路被激活，如右图中的图3-1-9所示。（3）并行序列结构并行序列结构是在步的组成中，有的步下面在相同条件下有两个及两个以上的后续步同时被激活，每条分支中的的活动步的进展是相互独立的。为了强调它们的转换是同时发生的，并行序列在开始分支时用双水平线来表示，转换条件写在双水平线的上方，如图3-1-10所示。讲解聆听任务实施任务布置传送带工作示意图如3-1-11所示。其中1#、2#和3#为三条皮带，分别由电动机M1、M2和M3控制。图3-1-11传送带工作示意图(1)逆物流方向顺序起动。按下起动按钮SB1后，起动3#皮带；按下起动按钮SB2后，起动2#皮带；按下起动按钮SB3后，起动1#皮带，同时开启漏斗闸门（YV=ON），起动完毕。图3-1-11传送带工作示意图(2)顺物流方向顺序停车。按下停止按钮SB4，关闭漏斗闸门，为防止货物堆积需延时8s，然后再停止1#皮带；按下停止按钮SB5，停止2#皮带；按下停止按钮SB6，停止3#皮带,停车完毕。(说明：漏斗闸门由单向电磁阀YV控制，YV得电，闸门打开，反之，闸门关闭。)任务实施任务分析该任务所完成的功能比较复杂，用经验设计法需要设定多个互锁触点，稍有不慎就有可能出现故障，或出现双线圈输出的问题。采用顺序控制它是按步来完成的，每一步完成的任务非常清晰，并且在执行过程中只有一个活动步这就克服了双线圈的出现，也不用太多的互锁触点了。分配I/O地址表：该系统有三个启动按钮、三个停止按钮共六个输入，三个接触器一个电磁阀共4个输出，资源分配如下表3-1-1所示。输入输出输入器件文字符号作用输入继电器输出器件文字符号作用输出继电器启动按钮SB1启动M3I0.0接触器KM1控制M1Q0.0启动按钮SB2启动M2I0.1接触器KM2控制M2Q0.1启动按钮SB3启动M1I0.2接触器KM3控制M3Q0.2停止按钮SB4停止M1I0.3电磁阀YV控制漏斗Q0.3停止按钮SB5停止M2I0.4停止按钮SB6停止M3I0.5表3-3-1I/O地址分配表（3）PLC选型：根据控制要求可知，该任务只需要开关量控制，且需要6个点动按钮SB和3个接触器KM，即6个输入3个输出。这样可选S7－1200系列CPU1214C（AC/DC/RLY）模块。由于教学条件的限制，在本项目中都选择S7－1200系列CPU1214C（AC/DC/RLY），不再根据存储容量，输入输出点数来等需要来进行实际选型，除非有特殊要求。绘制并安装PLC控制线路小组成员分工合作，在同学画控制接线图时，另外的学生可先接主电路，然后再根据画出的接线图接控制线路，接线完毕后由画图的学生检查。三条皮带的控制线路接线图如图3-1-10所示，在安装时，为了安全在未把程序调试成功之前先不接输出负载。在接线时各种电路保护：短路（FU）、过载（FR）、工作接零（PE）一定要安装全面，硬件上实现了各种保护软件上就不设置了。图3-1-12三条皮带的控制线路接线图提示：安装时一定要在断电的状态下进行，并穿戴好安全防护用器。提示：安装时一定要在断电的状态下进行，并穿戴好安全防护用器。设计顺序功能图依据顺序控制设计的步骤，先根据控制要求画出时序，再根据输出状态的变化划分控制的“步”，再画出顺序功能图。打开编程软件，建立新项目，添加新设备→控制器→SIMTICS7－1200→CPU1214CAC/DC/RLY→6ES7214-1BG40-0XB0,在对PLC的CPU组态时，设置MB1为系统存储器字节,这样M1.0为仅在首次扫描循环时为1状态，M1.2的常开触点一直闭合。编辑地址符号表（如表3-1-2所示）绘制顺序功能图=1\*GB3①划分工作步划分工作步是顺序控制的关键和首要任务。分析三条皮带的控制要求，可把其控制过程的一个周期分为以下各步：（参考下面图3-1-11所示时序图）初始步M2.0——漏斗关闭（Q0.3＝0），三条皮带都处于停止状态（Q0.0＝0、Q0.1＝0、Q0.2＝0）。第一步M2.1——启动3#皮带即接触器KM3得电（Q0.2＝1）第二步M2.2——启动2#皮带即接触器KM2得电（Q0.1＝1）第三步M2.3——启动1#皮带即接触器KM1得电（Q0.0＝1），同时物料漏斗打开即电磁阀YV得电（Q0.3＝1）第四步M2.4——关闭漏斗即电磁阀YV失电（Q0.3＝0）,并延时8S第五步M2.5——停止1#皮带即接触器KM1失电（Q0.0＝0）第六步M2.6——停止2#皮带即接触器KM2失电（Q0.1＝0）第七步M2.7——停止3#皮带即接触器KM3失电（Q0.2＝0）=2\*GB3②确定转移条件根据控制要求，可以确定各步的转换条件如下：初始步M2.0的两种转换条件为：系统刚开始运行的时候，如果设置默认的MB1为系统存储器字节地址，则必须使用开机后仅在PLC进入RUN模式时接通一个扫描周期的M1.0位存储器的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步，这样就为系统工作做好了准备。当第一条皮带停止后，整个三条皮带的逆启顺停的工作完成，即由工作步M2.7返回到初始步M2.0，转换条件是KM3线圈失电即Q0.2常闭点