西门子PLC卡件6ES7214-1AD23-0XB8

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近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，由于体积小能耗低价格低廉设计调试的特点，带动了工业控制装置的新趋势。PLC的迅猛发展提高了操作的精准性及安全性，避免了依靠人员的操作误差，减少了工人的劳动量及劳动强度。同时对劳动人员的技术要求水平不高且能易学易于操作。对工人的需求量日益减少降低了企业的生产的成本提高了效益，并对企业的发展奠定了重要的基础。
自动控制技术在各个领域的应用越来越广泛。这项技术作为自动化强有力的措施，与计算机技术电子技术信息技术相结合，对我国现代化建设起到了举足轻重的作用。自动化控制技术是在没有人直接接触，依靠控制装置进行控制的，实现对生产设备的生产及过程的限制，要求有个恒定的物理量。到目前为止绝大部分的自动化都是计算机来控制的，计算机技术促进了自动化技术的应用及发展。

                一章  PLC概述
1.1 PLC的基本概念
  可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为PLC工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器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，这种装置的功能已经大大**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。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大
一、PLC内部运作方式
虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并较后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查"、“程式执行"、“输出状态更新"说明如下：
步骤一“输入状态检查"：PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。
步骤二“程式执行"：将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。
4、步骤三“输出状态更新"：将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。 此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生"。
二、 PLC从何处来？
    可编程控制器的10项招标指标1968年，美国通用汽车公司（GM）根据多品种、小批量、不断翻新汽车品牌的战略思想，以降低生产成本，缩短新产品开发周期为设想，针对汽当时车生产线的自控系统现状：工装基本上由继电器控制装置构成。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，因而继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，这不仅费时、费工、费料，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，希望用新的控制装置来取代继电器控制装置，并提出了以下10项招标指标：
  ①在使用者的工厂里，能以较短的中断服务时间，迅速、方便地对其控制的硬件和设备进行编程及重新进行程序的设计。
  ②所有的系统组件必须能在工厂内无特殊支持的设备、硬件及环境条件下进行。
  ③系统的维修必须简单易行。在系统中应设计有状态指示器及插入式模块，以便在在较短的停车时间内使维修和故障诊断变得简单易行；
  ④装置的体积应小于原继电器控制柜的体积，它的能耗也应较小；
  ⑤必须能与数据采集处理系统进行通信，以便监视系统的运行状态和运行情况。
  ⑥输入开关量可以是已有的标准控制系统的按钮和限位开关的交流115V(注：美国电网电压为115V，我们中国是AC220V)；
  ⑦输出的驱动信号都必须能驱动以交流运行的电动机驱动器和电磁阀线圈，每个输出量将设计为可开停和连续操纵具有交流115V，2A以下容量的电磁阀等负载设备。
  ⑧具有灵活的扩展能力。在扩展时，必须能以较小的系统变动及较短的更换、停顿时间，使原有装置从系统的较小配置扩展到系统的大配置。
  ⑨在购买和安装费用上应有与原有继电器控制和固态逻辑控制系统的竞争力，即有高的性价比。
  ⑩用户存储器容量至少在4KB1以上（根据当时汽车装配厂的要求）
三、PLC的基本结构
   PLC主要由控制单元（CPU）、存储器（RAM或ROM或 ）输入输出模块（I/O）部分、电源和编程设备组成，有的PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊的任务。术语“体系结构"是指PLC的硬件，或软件，或者二者的结合。开放式的体系结构，是指系统使用现成的标准组件，能方便的与其它生产厂家的设备和程序兼容。封闭的体系结构是指该系统为**的并且与其他系统不兼容。目前，大多数PLC系统从本质上讲都是封闭的系统，所以使用时必须确定所选用的硬件和软件与所使用的PLC是兼容的。
1.控制单元CPU
   CPU是PLC的“大脑"，通常由一个微处理器和一个存储器组成。微处理器实现逻辑处理和控制各模块间通信的功能，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存由微处理器完成的逻辑操作的结果（程序产生的数据）。  
2.I/O模块
  I/O系统构成了现场设备与控制器连接的接口，作用就是从使现场接收到的信号或送到现场的信号达到处理器的要求。输入(1nput)模块和输出(Output)模块简称为I／O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等过来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号。
3.编程器设备 （或称编程终端）
   编程设备用来向存储器中写入程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。个人计算机（PC）是的编程设备。使用编程软件可以在计算机的屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。
4．电源  
   PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC 5V，±12V，24V等直流电源。小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器(如接近开关)提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
  （ 关于PLC的硬件结构和软件体系敬请参阅*二讲内容。）
4.四、 PLC的工作原理
1、PLC替换
   PLC是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器等等。这种用计算机程序实现的“欺继电器"，与继电器系统中的物理继电器在功能上有某些相似之处。
2、PLC的工作原理分析
   它的工作有两个要点：入出信息变换、可靠物理实现。入出信息变换主要由运行存储于PLC内存中的程序实现。既有系统程序（这程序又称监控程序，或操作系统），又有用户程序。系统程序为用户程序提供编辑与运行平台，同时，还进行必要的公共处理，如自检，I/O刷新，与外设、上位计算机或其它PLC通讯等处理。用户程序由用户按照控制的要求进行设计。什么样的控制，就有什么样的用户程序。可靠物理实现主要通过输入（I， bbbbb）及输出（O， OUTPUT）电路。
   简单地说，PLC工作过程是：输入刷新---运行用户程序---输出刷新，再输入刷新---再运行用户程序---再输出刷新……停止地循环反复地进行此外，PLC上电后，也要进行系统自检及内存的初始化工作，为PLC的正常运行做好准备。用这种不断地重复运行程序以实现控制，称扫描方式工作。
3.输入/输出滞后时间
   输入/输出滞后时间又称系统响应时问，是指PLC部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。
五、PLC的特点
   从讨论PLC的工作原理知，PLC的输入与输出在物理上是彼此隔开的，其间的联系主要不是靠物理过程，不是用线路，而主要靠变换信息的程序实现。输入输出主要为软联系，而不是硬联系。它的工作基础是信息流，而不是物流、能量流。信息不同于物质与能量，有自身的规律。信息便于处理，便于传递，便于存储；信息可反复重用，重用后自身还不消失，等等。正是由于信息的这些特点，决定了PLC的基本特点。归纳起来，除了功能丰富，PLC还有以下特点：
1．工作可靠:
   用PLC实现对系统的控制是非常可靠的。这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多非常有效的根本性措施。
2．使用方便:
   用PLC实现对系统的控制是非常方便的。这是因为：首先PLC控制逻辑的建立是程序，用程序代替硬件接线。编程序比接线，更改程序比更改接线，当然要方便得多!其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的箱体或模块。而且，这些箱体或模块是配套的，已实现了系列化与规格化。
3.经济合算：
    的使用必将带来巨大的社会效益与经济效益，这是科技是生产力的体现，也是生命力之所在。
六、PLC的应用领域
   基于PLC的特点，PLC已得到广泛的应用。目前主要是：
1．用于顺序控制
   顺序控制是根据有关输入开关量的当前与历史的状况，产生所要求的开关量输出，以使系统能按一定顺序工作。
2.用于过程控制
   过程控制要用到模拟量。模拟量一般是指连续变化的量，如电流、电压、温度、压力等物理量。
3.用于运动控制
   运动控制主要指，对工作对象的位置、速度及加速度所作的控制。
4.用于信息控制
   信息控制也称数据处理，是指数据采集、存储、检索、变换、传输及数表处理等。
5．用于远程控制
   远程控制是指，对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。PLC有多种通讯接口，有很强的联网、通讯能力，并不断有新的联网的模块与结构推出。
七、PLC的类型
1．按生产厂家分有：
   德国的西门子公司、美国的AB（Allen-Bradley）公司（现已被美国的Rockwell公司收购），美国GE公司与日本FA合资的GE-FA公司、法国的施耐德公司（原美国MODICON公司已被其收购）以及日本的欧姆龙（OMRON）公司、三菱公司、松下公司、公司、富士公司、光洋公司、日立公司等等。
德国西门子公司：主品为 S7系列机，有S7200（小型）、S7300（中型）及S7400机（大型）。性能比S5大有提高。此外，还推出微型机Logo。
2.按结构特点分:
  可分为箱体式与模块式。近期还出现有内插板式。箱体式的PLC：把电源、CPU、内存、I/O系统都集成在一个小箱体内。一个主机箱体就是一台完整的PLC，就可用以实现控制。微型、小型机多为箱体式。
3.按其它特点分：
  如按电源分有：用直流24伏的，交流220/110伏的。交流也还有宽幅，有的称任意的（从80到240伏均可）与非宽幅（220、110伏可选）。
1.2 设计任务书
一 、课程设计题目：
    液体灌装机控制
     

1、控制要求：
灌装机的动作有以下4种：
1.液体容器的传送动作。它是由传送器在纵向和横向两个汽缸的带动下，实现左行、右行、前行、后行。
2.液体容器的升降动作。它由升降汽缸带动，上升到位，**开阀头，实现灌装，灌满后，容器下降，离开阀头，回原位。
3.电磁阀输出。电磁阀为二位三通电磁阀。接通输出，则接通油泵和容器；断开则使油泵和容器断开，油泵和油箱接通，完成油箱吸油的动作。
4.供油与吸油动作。当上面的电磁阀接通时，油泵和容器接通，供油汽缸前进实现供油；电磁阀断开后，油泵和油箱接通，供油汽缸后退，实现吸油；所有汽缸的双向动作都有到位检测开关。

*二章
2.1 方案及控制过程
1.液体容器的传送动作。它是由传送器在纵向和横向两个汽缸的带动下，实现左行、右行、前行、后行。
2.液体容器的升降动作。它由升降汽缸带动，上升到位，**开阀头，实现灌装，灌满后，容器下降，离开阀头，回原位。
3.电磁阀输出。电磁阀为二位三通电磁阀。接通输出，则接通油泵和容器；断开则使油泵和容器断开，油泵和油箱接通，完成油箱吸油的动作。
4.供油与吸油动作。当上面的电磁阀接通时，油泵和容器接通，供油汽缸前进实现供油；电磁阀断开后，油泵和油箱接通，供油汽缸后退，实现吸油；所有汽缸的双向动作都有到位检测开关。
2.2 I/O分配图

2.3 原理接线图


2.4 流程图

2.5 功能表图

2.6 梯形图



主程序
2.7 语句表
       
LD            20009        OR           20005       LD        20000
AND NOT  00009        AND NOT  20006       IL
LD            20000        OUT         20005       OUT      01003
OR LD                         LD          20005       OUT      01004
LD            00000        AND       00005       OUT      01005
OR LD                         OR        20006       OUT      01007
AND NOT  20001        AND NOT  20009       ILC
OUT         20000        OUT       20006       LD       20001
LD            20000        LD        20002        OUT      01000
AND        00006        AND       00002        LD       20002
OR          20001        OR        20007        OUT      01001
AND NOT  20002     AND NOT  20008        LD       20003
OUT        20001        OUT      20007        OUT      01002
LD          20001        LD        20007        LD       20004
AND        00001        AND      00007        OUT      01003
OR         20002        OR        20008        LD       20005
AND NOT  20003        AND NOT  20009        OUT      01004
OUT        20002        OUT       20008       LD        20006
LD          20002        LD        20006        OUT      01005
AND        00002        AND       20008        LD       20007
OR         20003        AND       00006       OUT      01006
AND NOT  20004        AND       00008       LD       20008
OUT       20003        OR        20009       OUT      01007
LD        20003        AND NOT  20000        LD       20010
AND       00003       AND NOT  20010         IL
OR        20004        OUT       20009        OUT      01003
AND NOT  20005        LD        20003        OUT      01004
OUT       20004        AND      00009        OUT      01005
LD        20004        OR        20010        OUT      01006
AND      00004        OUT       20010        ILC
                                              END

总结
   为期一周的实训就这样结束了，这一周让我收获了不少。本次实训只有一个项目：液体灌装机控制。
机床电器与PLC的课程设计让我对plc梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我更加了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出的设计方法。本次实训脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做实训项目的过程中要不停的讨论问题，这样，我们组员可以尽可能的统一思想，这样就不会使在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便较后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题
   通过这次的实训，让我受益匪浅。，认识了团队合作的力量，要完成一个项目不是一个人的事情，当中我们有过分歧但较终达成共识，不管结果怎样，至少我们曾经在一起努力过，体验其中的过程才是真正的收获。*二，通过这次的课程设计，我认识到了自己的不足，更感觉到了自己与别人的差距。为了明年的毕业而做准备，从各方面充实自己，使自己适应这个社会。
  总之，这次的实训给予了我不同的学习方法和体验，让我深切的认识到实践的重要性。在以后的学习过程中，我会更加注重自己的操作能力和应变能力，多与这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生的环境，相信在不久的将来，可以实现自己的人生理想