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西門子6ES7214-1AD23-0XB8型號介紹
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近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應用正在不斷地走向深入，由于體積小能耗低價格低廉設計調(diào)試周期短的特點，帶動了工業(yè)控制裝置的新趨勢。PLC的迅猛發(fā)展提高了操作的精準性及安全性，避免了依靠人員的操作誤差，減少了工人的勞動量及勞動強度。同時對勞動人員的技術要求水平不高且能易學易于操作。對工人的需求量日益減少降低了企業(yè)的生產(chǎn)的成本提高了效益，并對企業(yè)的發(fā)展奠定了重要的基礎。
自動控制技術在各個領域的應用越來越廣泛。這項技術作為自動化強有力的措施，與計算機技術電子技術信息技術相結合，對我國現(xiàn)代化建設起到了舉足輕重的作用。自動化控制技術是在沒有人直接接觸，依靠控制裝置進行控制的，實現(xiàn)對生產(chǎn)設備的生產(chǎn)及過程的限制，要求有個恒定的物理量。到目前為止絕大部分的自動化都是計算機來控制的，計算機技術促進了自動化技術的應用及發(fā)展。
一章 PLC概述
1.1 PLC的基本概念
可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為PLC工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC,plc自1966年出現(xiàn)，美國，日本，德國的可編程控制器質量優(yōu)良，功能強大
一、PLC內(nèi)部運作方式
雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查"、“程式執(zhí)行"、“輸出狀態(tài)更新"說明如下：
步驟一“輸入狀態(tài)檢查"：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點開關或傳感器狀態(tài)（1 或0 代表開或關），并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對應之位置Xn。
步驟二“程式執(zhí)行"：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕?。輸出線圈之運算結果則存入內(nèi)存中對應之位置，暫不反應至輸出端Yn。
4、步驟三“輸出狀態(tài)更新"：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點，并且重回步驟一。 此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC 之反應時間，PLC 輸入訊號之時間若小于此反應時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結束再生"。
二、 PLC從何處來？
可編程控制器的10項招標指標1968年，美國通用汽車公司（GM）根據(jù)多品種、小批量、不斷翻新汽車品牌的戰(zhàn)略思想，以降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期為設想，針對汽當時車生產(chǎn)線的自控系統(tǒng)現(xiàn)狀：工裝基本上由繼電器控制裝置構成。當時汽車的每一次改型都直接導致繼電器控制裝置的重新設計和安裝，因而繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設計和安裝，這不僅費時、費工、費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標，希望用新的控制裝置來取代繼電器控制裝置，并提出了以下10項招標指標：
①在使用者的工廠里，能以最短的中斷服務時間，迅速、方便地對其控制的硬件和設備進行編程及重新進行程序的設計。
②所有的系統(tǒng)組件必須能在工廠內(nèi)無特殊支持的設備、硬件及環(huán)境條件下進行。
③系統(tǒng)的維修必須簡單易行。在系統(tǒng)中應設計有狀態(tài)指示器及插入式模塊，以便在在最短的停車時間內(nèi)使維修和故障診斷變得簡單易行；
④裝置的體積應小于原繼電器控制柜的體積，它的能耗也應較?。?br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; padding: 0px;"/> ⑤必須能與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進行通信，以便監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)和運行情況。
⑥輸入開關量可以是已有的標準控制系統(tǒng)的按鈕和限位開關的交流115V(注：美國電網(wǎng)電壓為115V，我們中國是AC220V)；
⑦輸出的驅動信號都必須能驅動以交流運行的電動機驅動器和電磁閥線圈，每個輸出量將設計為可開停和連續(xù)操縱具有交流115V，2A以下容量的電磁閥等負載設備。
⑧具有靈活的擴展能力。在擴展時，必須能以最小的系統(tǒng)變動及最短的更換、停頓時間，使原有裝置從系統(tǒng)的最小配置擴展到系統(tǒng)的大配置。
⑨在購買和安裝費用上應有與原有繼電器控制和固態(tài)邏輯控制系統(tǒng)的競爭力，即有高的性價比。
⑩用戶存儲器容量至少在4KB1以上（根據(jù)當時汽車裝配廠的要求）
三、PLC的基本結構
PLC主要由控制單元（CPU）、存儲器（RAM或ROM或 ）輸入輸出模塊（I/O）部分、電源和編程設備組成，有的PLC還可以配備特殊功能模塊，用來完成某些特殊的任務。術語“體系結構"是指PLC的硬件，或軟件，或者二者的結合。開放式的體系結構，是指系統(tǒng)使用現(xiàn)成的標準組件，能方便的與其它生產(chǎn)廠家的設備和程序兼容。封閉的體系結構是指該系統(tǒng)為專用的并且與其他系統(tǒng)不兼容。目前，大多數(shù)PLC系統(tǒng)從本質上講都是封閉的系統(tǒng)，所以使用時必須確定所選用的硬件和軟件與所使用的PLC是兼容的。
1.控制單元CPU
CPU是PLC的“大腦"，通常由一個微處理器和一個存儲器組成。微處理器實現(xiàn)邏輯處理和控制各模塊間通信的功能，不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存由微處理器完成的邏輯操作的結果（程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)）。
2.I/O模塊
I/O系統(tǒng)構成了現(xiàn)場設備與控制器連接的接口，作用就是從使現(xiàn)場接收到的信號或送到現(xiàn)場的信號達到處理器的要求。輸入(1nput)模塊和輸出(Output)模塊簡稱為I／O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。開關量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數(shù)字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等過來的開關量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流、電壓信號。
3.編程器設備 （或稱編程終端）
編程設備用來向存儲器中寫入程序，并用它進行編輯、檢查、修改和監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。它的體積小，價格便宜，一般用來給小型PLC編程，或者用于現(xiàn)場調(diào)試和維護。個人計算機（PC）是的編程設備。使用編程軟件可以在計算機的屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的相互轉換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送。
4．電源
PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內(nèi)部的開關電源為各模塊提供DC 5V，±12V，24V等直流電源。小型PLC一般都可以為輸入電路和外部的電子傳感器(如接近開關)提供24V直流電源，驅動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。
（ 關于PLC的硬件結構和軟件體系敬請參閱第二講內(nèi)容。）
4.四、 PLC的工作原理
1、PLC替換
PLC是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器等等。這種用計算機程序實現(xiàn)的“欺繼電器"，與繼電器系統(tǒng)中的物理繼電器在功能上有某些相似之處。
2、PLC的工作原理分析
它的工作有兩個要點：入出信息變換、可靠物理實現(xiàn)。入出信息變換主要由運行存儲于PLC內(nèi)存中的程序實現(xiàn)。既有系統(tǒng)程序（這程序又稱監(jiān)控程序，或操作系統(tǒng)），又有用戶程序。系統(tǒng)程序為用戶程序提供編輯與運行平臺，同時，還進行必要的公共處理，如自檢，I/O刷新，與外設、上位計算機或其它PLC通訊等處理。用戶程序由用戶按照控制的要求進行設計。什么樣的控制，就有什么樣的用戶程序。可靠物理實現(xiàn)主要通過輸入（I， bbbbb）及輸出（O， OUTPUT）電路。
簡單地說，PLC工作過程是：輸入刷新---運行用戶程序---輸出刷新，再輸入刷新---再運行用戶程序---再輸出刷新……停止地循環(huán)反復地進行此外，PLC上電后，也要進行系統(tǒng)自檢及內(nèi)存的初始化工作，為PLC的正常運行做好準備。用這種不斷地重復運行程序以實現(xiàn)控制，稱掃描方式工作。
3.輸入/輸出滯后時間
輸入/輸出滯后時間又稱系統(tǒng)響應時問，是指PLC部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間這三部分組成。
五、PLC的特點
從討論PLC的工作原理知，PLC的輸入與輸出在物理上是彼此隔開的，其間的聯(lián)系主要不是靠物理過程，不是用線路，而主要靠變換信息的程序實現(xiàn)。輸入輸出主要為軟聯(lián)系，而不是硬聯(lián)系。它的工作基礎是信息流，而不是物流、能量流。信息不同于物質與能量，有自身的規(guī)律。信息便于處理，便于傳遞，便于存儲；信息可反復重用，重用后自身還不消失，等等。正是由于信息的這些特點，決定了PLC的基本特點。歸納起來，除了功能豐富，PLC還有以下特點：
1．工作可靠:
用PLC實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制是非常可靠的。這是因為PLC在硬件與軟件兩個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實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制是非常方便的。這是因為：首先PLC控制邏輯的建立是程序，用程序代替硬件接線。編程序比接線，更改程序比更改接線，當然要方便得多!其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的箱體或模塊。而且，這些箱體或模塊是配套的，已實現(xiàn)了系列化與規(guī)格化。
3.經(jīng)濟合算：
的使用必將帶來巨大的社會效益與經(jīng)濟效益，這是科技是生產(chǎn)力的體現(xiàn)，也是生命力之所在。
六、PLC的應用領域
基于PLC的特點，PLC已得到廣泛的應用。目前主要是：
1．用于順序控制
順序控制是根據(jù)有關輸入開關量的當前與歷史的狀況，產(chǎn)生所要求的開關量輸出，以使系統(tǒng)能按一定順序工作。
2.用于過程控制
過程控制要用到模擬量。模擬量一般是指連續(xù)變化的量，如電流、電壓、溫度、壓力等物理量。
3.用于運動控制
運動控制主要指，對工作對象的位置、速度及加速度所作的控制。
4.用于信息控制
信息控制也稱數(shù)據(jù)處理，是指數(shù)據(jù)采集、存儲、檢索、變換、傳輸及數(shù)表處理等。
5．用于遠程控制
遠程控制是指，對系統(tǒng)的遠程部分的行為及其效果實施檢測與控制。PLC有多種通訊接口，有很強的聯(lián)網(wǎng)、通訊能力，并不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的模塊與結構推出。
七、PLC的類型
1．按生產(chǎn)廠家分有：
德國的西門子公司、美國的AB（Allen-Bradley）公司（現(xiàn)已被美國的Rockwell公司收購），美國GE公司與日本FANAC合資的GE-FANAC公司、法國的施耐德公司（原美國MODICON公司已被其收購）以及日本的歐姆龍（OMRON）公司、三菱公司、松下公司、東芝公司、富士公司、光洋公司、日立公司等等。
德國西門子公司：主流產(chǎn)品為 S7系列機，有S7200（小型）、S7300（中型）及S7400機（大型）。性能比S5大有提高。此外，還推出微型機Logo。
2.按結構特點分:
可分為箱體式與模塊式。近期還出現(xiàn)有內(nèi)插板式。箱體式的PLC：把電源、CPU、內(nèi)存、I/O系統(tǒng)都集成在一個小箱體內(nèi)。一個主機箱體就是一臺完整的PLC，就可用以實現(xiàn)控制。微型、小型機多為箱體式。
3.按其它特點分：
如按電源分有：用直流24伏的，交流220/110伏的。交流也還有寬幅，有的稱任意的（從80到240伏均可）與非寬幅（220、110伏可選）。
1.2 設計任務書
一 、課程設計題目：
液體灌裝機控制
1、控制要求：
灌裝機的動作有以下4種：
1.液體容器的傳送動作。它是由傳送器在縱向和橫向兩個汽缸的帶動下，實現(xiàn)左行、右行、前行、后行。
2.液體容器的升降動作。它由升降汽缸帶動，上升到位，頂開閥頭，實現(xiàn)灌裝，灌滿后，容器下降，離開閥頭，回原位。
3.電磁閥輸出。電磁閥為二位三通電磁閥。接通輸出，則接通油泵和容器；斷開則使油泵和容器斷開，油泵和油箱接通，完成油箱吸油的動作。
4.供油與吸油動作。當上面的電磁閥接通時，油泵和容器接通，供油汽缸前進實現(xiàn)供油；電磁閥斷開后，油泵和油箱接通，供油汽缸后退，實現(xiàn)吸油；所有汽缸的雙向動作都有到位檢測開關。
第二章
2.1 方案及控制過程
1.液體容器的傳送動作。它是由傳送器在縱向和橫向兩個汽缸的帶動下，實現(xiàn)左行、右行、前行、后行。
2.液體容器的升降動作。它由升降汽缸帶動，上升到位，頂開閥頭，實現(xiàn)灌裝，灌滿后，容器下降，離開閥頭，回原位。
3.電磁閥輸出。電磁閥為二位三通電磁閥。接通輸出，則接通油泵和容器；斷開則使油泵和容器斷開，油泵和油箱接通，完成油箱吸油的動作。
4.供油與吸油動作。當上面的電磁閥接通時，油泵和容器接通，供油汽缸前進實現(xiàn)供油；電磁閥斷開后，油泵和油箱接通，供油汽缸后退，實現(xiàn)吸油；所有汽缸的雙向動作都有到位檢測開關。
2.2 I/O分配圖
2.3 原理接線圖
2.4 流程圖
2.5 功能表圖
2.6 梯形圖
主程序
2.7 語句表
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
總結
為期一周的實訓就這樣結束了，這一周讓我收獲了不少。本次實訓只有一個項目：液體灌裝機控制。
機床電器與PLC的課程設計讓我對plc梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，也讓我更加了解了關于PLC設計原理。有很多設計理念來源于實際，從中找出的設計方法。本次實訓脫離不了集體的力量，遇到問題和同學互相討論交流。多和同學討論。我們在做實訓項目的過程中要不停的討論問題，這樣，我們組員可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便最后設計和在一起。討論不僅是一些思想的問題，還可以深入的討論一些技術上的問題，這樣可以使自己的處理問題要快一些，少走彎路。多改變自己設計的方法，在設計的過程中要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題
通過這次的實訓，讓我受益匪淺。，認識了團隊合作的力量，要完成一個項目不是一個人的事情，當中我們有過分歧但最終達成共識，不管結果怎樣，至少我們曾經(jīng)在一起努力過，體驗其中的過程才是真正的收獲。第二，通過這次的課程設計，我認識到了自己的不足，更感覺到了自己與別人的差距。為了明年的畢業(yè)而做準備，從各方面充實自己，使自己適應這個社會。
總之，這次的實訓給予了我不同的學習方法和體驗，讓我深切的認識到實踐的重要性。在以后的學習過程中，我會更加注重自己的操作能力和應變能力，多與這個社會進行接觸，讓自己更早適應這個陌生的環(huán)境，相信在不久的將來，可以實現(xiàn)自己的人生理想