第4章 驱动控制系统
PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的特点：抗干扰能力强、可靠性高；控制系统结构简单，通用性强；编程方便
易于使用；功能强大，成本低；设计、施工、调试的周期短，维护方便。
5.1.3 PLC的应用
初期的PLC主要在以开关量居多的电气顺序控制系统中使用，但在20世纪90年代后，PLC也被广泛地在流程工业自动化系统中使用，一直到现在的现场总线控制系统，PLC更是其中的主角，起应用面越来越广.目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车、粮食加工、化学/制药、金属/矿山、纸浆/造纸等行业。PLC的主要应用范围通常可分成以下几种： 1）中小型电气控制系统。2）制造业自动化。3）运动控制。 4）流程工业自动化。
5.2 PLC控制方案分析 5.2.1 对PLC的选取
我选取的是S7-200,以下对其进行简要说明：
S7-200系列是一类可编程逻辑控制器（Micro PLC）。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。
S7-200 CPU模块包括一个中央处理器单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。
CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制。 输入和输出是系统的控制点：输入部分从现场设备（例如传感器或开关）中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及工业过程中的其他设备。电源向CPU及其所连接的任何模块提供电力。通讯端口允许将S7-200CPU同编程器或一些设备连接起来。状态信号灯显示了CPU的工作模式（运行或停止），本机的I/O的当前状态，以及检查出来的系统错误。通过扩展模块可以增加CPU的I/O点数（CPU221不可以扩展）。通过扩展模块可以提供其通讯功能。一些CPU具有内置实时时钟，其他CPU 需要实时时钟卡。EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序传送到另一个CPU中。通过可选的插入式电池盒可延长RAM中的数据存储时间。图5-3展示了一个基本的
30
四川理工学院毕业设计
S7-200 Micro PLC.它包括一个S7-200 CPU 模块,一台个人计算机(PC),STEP 7-Micro/win32(3.1版)编程软件,以及一条通讯电缆.为了使用个人计算机(PC),你必须以下一种设备:一条PC/PPI 电缆；一个通讯处理器(PC)和多点接口(MPI)电缆；一块MPI卡,随MPI卡提供一根通讯电缆。
PLC模块的选择：采用CPU226的主机和输出扩展模块EM222简要介绍对扩展模块的选取。
S7-200PLC的I/O扩展模块有：
1）输入扩展模块EM221: 共有3种产品，即8点和16点DC、8点AC。 2)输出扩展模块EM222：共有5种产品，即8点DC和4点DC、8点AC、8点继电器和4点继电器。
3）输入/输出混合模块EM223：共有6种产品。其中DC输入/DC输出的有3种，DC输入/继电器输出的有三种，它们对应的输入/输出点数分别为4点、8点和16点。 4）模拟量输入扩展模块EM231。 模拟量输出扩展模块EM232。
5）模拟量输入/输出扩展模块EM235。
5.2.2 系统的整体设计分析
整个系统由操控面板来完成整个机械手的的操作。本机械手有八个动作，其中夹紧工件靠弹簧的张力来完成，前后左右上下移动由液压缸驱动，而液压缸由相应的电磁阀控制。电磁阀的动作由PLC控制。系统设有手动、单周期、单步和连续四种工作方式。
1、输入/输出点地址分配
将20个输入信号和6个输出信号，按各自的功能类型分好，并与PLC的I/O端一一对应，编排好地址。列出外部I/O信号与PLC I/O端地址编号对照表，如图5-2所示。
31
第4章 驱动控制系统
图5-2 输入/输出点地址分配
2、PLC外围接线图见图5-5，1M和2M分别是两组输入点内部电路的公共端，L+
32
四川理工学院毕业设计
和M端子分别是模块提供的DC24V电源的正极和负极，用该电源作输入电路的电源，1L和2L分别是两组输出点内部电路的公共端，PLC的交流电源接在L1（相线）和N（零线）端。为了保证在紧急情况下（包括PLC发生故障时）能可靠地切断PLC的负载电源，设置了交流接触器KM（见图5-3）。在PLC开始运行时按下“负载电源”按钮，使KM线圈得电并自锁，KM的主触点接通，给外部负载提供交流电源，出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。
图5-3 PLC外部接线图
33
第4章 驱动控制系统
5.3 PLC软件系统设计 5.3.1 程序的总体结构
图5-4是主程序OB1，SM0.0的常开触点一直闭合，公用程序是无条件执行的。在手动方式，I2.0为ON，执行“手动”子程序。在连续、单周期、单步工作方式，执行“自动”子程序。
图5-4 OB1程序结构
5.3.2 公用程序
公用程序（见图5-5）用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间相互切换的处理。左限位开关I0.4、上限位开关I0.2的常开触点串联电路接通时，“原点条件”M0.5变为ON。当机械手处于原点状态（M0.5为ON），在开始执行用户程序（ＳＭ0.1为ＯＮ）、系统处于手动状态（I2.0为ＯＮ）时，初始步对应的Ｍ0.0将被置位，初始步为不活动步，按下起动按钮也不能进入步Ｍ2.0，系统不能在单步、单周期和连续工作方式下工作。
当系统处于手动工作方式时，必须将图5-7中除初始步以外的各步对应的存储器位（Ｍ2.0～Ｍ3.1）复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误的动作。
在非连续方式，I2.4的常闭触点闭合，将表示连续工作状态的标志Ｍ0.7复位。
34