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摘 要
隨著工業(yè)自動(dòng)化水平日益提高，眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng)生產(chǎn)線的改造和重新設(shè)計(jì)問(wèn)題。PLC（可編程序控制器）是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。
作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。在飲料行業(yè)，自動(dòng)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)方式是推廣的最普及的一種生產(chǎn)模式，它促使灌裝的速度大幅提升，同時(shí)也使得灌裝精度更高，給企業(yè)帶來(lái)了不可小覷的生產(chǎn)力。鑒于此，設(shè)計(jì)者利用PLC的功能和特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了一款飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)。 本文所涉及的飲料灌裝自動(dòng)化生產(chǎn)線采用PLC控制，流量計(jì)計(jì)量，確保了灌裝的速度和精度。
本文詳細(xì)論述了飲料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟，通過(guò)對(duì)灌裝機(jī)系統(tǒng)的充分了解，以行業(yè)現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合其他行業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用情況，提出了基于PLC的飲料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中完成了飲料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的硬件的配置和軟件方面的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了飲料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化。對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，對(duì)飲料的質(zhì)量和產(chǎn)量的提高都具有深遠(yuǎn)的意義。利用PLC控制飲料灌裝生產(chǎn)過(guò)程，可有效提高灌裝生產(chǎn)效率，并顯著增加控制系統(tǒng)的可靠性和柔性。
關(guān)鍵詞：可編程控制器；自動(dòng)化；灌裝；生產(chǎn)線
Ⅰ
Abstract
With?the?increasing?level?of?industrial?automation,?many? industrial?enterprises?are?faced?with?the?transformation?of?traditional?production?line?and?re-design?problem.?PLC?(programmable?logic?controller)?is?a?microprocessor?as?the?core?of?industrial?control?devices,?it?will?relay?the?traditional? control?system?combined?with?computer?technology?in?recent?years?in?industrial?automation,?mechanical?and?electrical?integration,?the?transformation? of?traditional?industries?such?as?generally?applied.?
As?a?general-purpose?industrial?control?computer,?the?realization?of?industrial?control?wiring?logical?leap?in?logic?to?storage,?industrial?control ?in?the?world?is?playing?an?increasingly?important?role.?In?beverage?industry,automated?production?line?mode?of?production?is?to?promote?the?most?popular?a?kind?of?production?mode,?it?causes?the?filling?speed?increases,?but?make?the?filling?a?higher?precision,?to?bring?enterprise?cannot?small? gaze?of?productivity.?In?view?of?this,?the?designers?of?the?use?of?PLC?functions?and?features?designed?a?beverage?filling?production?line?control?system.????
This?paper?involves?the?drinks?filling?automation?production?line? adopts?PLC?control,?flow?meter?metering,?insure?the?filling?speed?and?precision.?This?paper?describes?in?detail?the?control?system?of?the?drinksfilling?machine?design?steps,?a?brief?introduction?of?the?drinks?filling?machine?control?system?and?baseon?the?self-industry?and?the?application?of?the?other?trade?on?auto-control?technique,?proposed?the?frame?of?the?control?system?based?on?programmable?logical?controller.?This?design?completes?the?drinks?production?line?hardware?configuration?and?software?design,to?achieve?the?automation?of?the?carbonated?drinks?filling?machine.?Not?only?improve?the?labor?productivity,?but?also?has?far-reaching?significance?of?the?improvement?of?quality?and?yield.?PLC?control?of?the?use?of?beverage?filling?production?process,?which?can?effectively?improve?the?production?efficiency?of?filling,?and?significantly?increase?the?reliability?of?controlsystems?and?flexible.??
Keywords:?Programmable?controller；Automation；Filling；Production?line
第一章 可編程控制器概述
1.1 PLC的定義:
可編程控制器，簡(jiǎn)稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義:
PLC是一種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。
總之可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)，它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用、配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。
1.2 PLC的組成:
PLC的基本組成可歸為四大部件：
1．中央處理單元（CPU板）——控制器的核心；
2. 輸入部件 （I/O部件）——連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與CPU之間的接口電路；
3. 輸出部件 ——送出PLC運(yùn)算后得出的控制信息；
4. 電源部件 ——為PLC內(nèi)部電路提供能源。
另外，還必須有編程器——將用戶程序?qū)戇M(jìn)規(guī)定的存儲(chǔ)器內(nèi)。
PLC的基本組成框圖如圖1-1所示：
圖 1-1
1.3 可編程控制器的分類(lèi)和發(fā)展:
1.3.1分類(lèi)
按I/O點(diǎn)數(shù)可分為大、中、小型三大類(lèi)，通?？梢远x為：
小型：I/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下；
中型：I/O點(diǎn)數(shù)在256～1024點(diǎn)之間
大型：I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上。
1.3.2可編程序控制器及其網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史
1968年，美國(guó)通用汽車(chē)公司（GM）根據(jù)市場(chǎng)形勢(shì)與生產(chǎn)發(fā)展的需要，提出了“多品種、小批量、不斷翻新汽車(chē)品牌型號(hào)”的戰(zhàn)略。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)戰(zhàn)略決策，依靠原有的工業(yè)控制裝置顯然不行，
而必須有一種新的工業(yè)控制裝置，它可以隨著生產(chǎn)品種的改變，靈活方便地改變控制方案以滿足對(duì)控制的不同要求。1969年，著名的美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)GM的功能要求，研制出了這種新的工業(yè)控制裝置，并在GM公司的一條汽車(chē)自動(dòng)化生產(chǎn)線上首次運(yùn)行取得成功。根據(jù)這種新型工業(yè)控制裝置可以通過(guò)編程改變控制方案這一特點(diǎn)，以及專門(mén)用于邏輯控制的情況，稱這種新的工業(yè)控制裝置為可編程序控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC。
從1968年到現(xiàn)在，PLC經(jīng)歷了四次換代：第一代PLC大多用一位機(jī)開(kāi)發(fā)，用磁芯存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，只有邏輯控制功能。在第二代PLC產(chǎn)品中換成了8位微處理器及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，PLC產(chǎn)品開(kāi)始系列化。第三代PLC產(chǎn)品隨著高性能微處理器及位片式CPU在PLC中大量使用，PLC的處理速度大大提高，從而促使它向多功能及聯(lián)網(wǎng)通信方向發(fā)展。第四代PLC產(chǎn)品不僅全面使用16位、32位高性能微處理器，高性能位片式微處理器，RISC（Reduced instruction set computer）精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)CPU等高級(jí)CPU，而且在一臺(tái)PLC中配置多個(gè)處理器，進(jìn)行多通道處理。同時(shí)生產(chǎn)了大量?jī)?nèi)含微處理器的智能模板，使得第四代PLC產(chǎn)品成為具有邏輯控制功能、過(guò)程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能的真正名符其實(shí)的多功能控制器。同一時(shí)期，由PLC組成的PLC網(wǎng)絡(luò)也得到飛速發(fā)展。PLC與PLC網(wǎng)絡(luò)成為工廠企業(yè)中首選的工業(yè)控制裝置，由PLC組成的多級(jí)分布式PLC網(wǎng)絡(luò)成為CIMS（computer-integrated manufacturing system）系統(tǒng)不可或缺的基本組成部分。人們高度評(píng)價(jià)PLC及其網(wǎng)絡(luò)的重要性，認(rèn)為它是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之一。
1.3.3發(fā)展方向
發(fā)展方向分小型化和大型化兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。小型PLC有兩個(gè)發(fā)展方向，即小（微）型化和專業(yè)化。大型化指的是大中型PLC向著大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制。
1.4 PLC的功能
1. 邏輯控制；
2. 定時(shí)控制；
3. 計(jì)數(shù)控制；
4. 步進(jìn)(順序)控制；
5. PID 控制；
6. 數(shù)據(jù)控制，PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力；
7. 通信和聯(lián)網(wǎng)；
8. 其它PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如定位控制模塊、CRT 模塊。
1.5 PLC的應(yīng)用范圍
目前，在國(guó)內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車(chē)、輕工、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)，隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。從應(yīng)用類(lèi)型看，PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個(gè)方面：
（1）開(kāi)關(guān)量邏輯控制
利用PLC最基本的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等，例如：機(jī)床、
注塑機(jī)、印刷機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
（2）運(yùn)動(dòng)控制
大多數(shù)PLC都有拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備，如對(duì)各種機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。
（3）過(guò)程控制
大、中型PLC都具有多路模擬量I/O模塊和PID控制功能，有的小型PLC也具有模擬量輸入輸出。所以PLC可實(shí)現(xiàn)模擬量控制，而且具有PID控制功能的PLC可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過(guò)程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。
（4）數(shù)據(jù)處理
現(xiàn)代的PLC都具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時(shí)可通過(guò)通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其它智能裝置，如計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備，進(jìn)行處理。
第二章 任務(wù)及相關(guān)設(shè)計(jì)方案
2.1任務(wù)的分析
近年來(lái)，飲料工業(yè)發(fā)展迅猛，碳酸飲料、果汁飲料、蔬菜汁飲料、含乳飲料、
瓶裝飲用水、茶飲料等品種不斷豐富，產(chǎn)量上的“飄紅”使得對(duì)設(shè)備市場(chǎng)的需求也呈“牛市”。因此，這方面的計(jì)術(shù)還要進(jìn)一步發(fā)展和完善，以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的需要。 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是以s7-200系列PLC作為處理核心，用行程開(kāi)關(guān)、傳感器將生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)（如空瓶的運(yùn)行的位置、飲料瓶的大小等等）處理后送給PLC處理器，由PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，然后輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)（如接觸器、電磁閥等等）來(lái)完成飲料罐裝生產(chǎn)過(guò)程的流水線操作。
該系統(tǒng)的總體思路：此生產(chǎn)線為全自動(dòng)控制的，生產(chǎn)線一旦上電，PLC將通
過(guò)軟件對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)控制：通過(guò)輸出繼電器控制傳送帶的停轉(zhuǎn)和對(duì)飲料瓶灌裝的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，并且通過(guò)PLC內(nèi)部的計(jì)數(shù)器對(duì)所生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)。
傳統(tǒng)的飲料罐裝生產(chǎn)線的電氣設(shè)備控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)的繼電器——接觸器控制方式,在使用的過(guò)程中，生產(chǎn)工效低，人機(jī)對(duì)話靠指示燈+按鈕+訊響器的工作方式，響應(yīng)慢，故障率高，可靠性差，系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障處理、設(shè)備監(jiān)控與維護(hù)只能憑經(jīng)驗(yàn)被動(dòng)的去查找故障點(diǎn)。且在生產(chǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生二次污染，造成合格率低，生產(chǎn)成本增加。而自動(dòng)化生產(chǎn)線在眾多領(lǐng)域應(yīng)用得非常廣泛，其控制部分常常采用PLC 控制，它使自動(dòng)化生產(chǎn)線運(yùn)行更加平穩(wěn)，定位更加準(zhǔn)確，功能更加完善，操作更加方便。為適應(yīng)發(fā)展，故提出下面的PLC控制技術(shù)改造現(xiàn)有生產(chǎn)線。本文介紹了德國(guó)西門(mén)子PLCS7- 200 在自動(dòng)化飲料罐裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并從硬件和軟件兩方面進(jìn)行了分析和研究。文章探討了如何利用德國(guó)西門(mén)子PLC S7-200 進(jìn)行飲料灌裝生產(chǎn)流水線的控制，重點(diǎn)分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)部分，并給出了系統(tǒng)硬件接線圖、PLC 控制I/O 端口分配表以及整體程序流程圖等，實(shí)現(xiàn)了飲料灌裝的自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
2.2硬件設(shè)計(jì)方案
飲料的灌裝是采用了飲料灌裝機(jī)，飲料灌裝機(jī)將灌裝裝置以及封蓋裝置集合
在一起，使飲料的灌裝穩(wěn)定、高效的完成。對(duì)于飲料瓶大小的區(qū)別是通過(guò)反射式光電傳感器工作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。利用輔助繼電器對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行正電平觸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所生產(chǎn)產(chǎn)品的計(jì)數(shù)。
2.3 飲料灌裝結(jié)構(gòu)圖
如圖2-1，圖2-2，圖2-3所示
圖 2-1
圖2-2
圖 2-3
系統(tǒng)的工作原理：系統(tǒng)一旦上電，傳送帶驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，待空飲料瓶行至
行程開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)閉合，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，灌裝設(shè)備通過(guò)閥門(mén)的關(guān)斷來(lái)控制飲料灌裝的時(shí)間，待飲料灌裝過(guò)程完畢后電動(dòng)機(jī)恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的自動(dòng)控制。對(duì)于傳送帶上的飲料瓶大小的區(qū)分，是通過(guò)所在位置的反射式光電傳感器工作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
2.4 項(xiàng)目目標(biāo)
整個(gè)流水線由主傳送帶（M1）、次品傳送帶（M2）、灌裝裝置、次品推動(dòng)裝置、光電傳感器（定位）、壓力傳感器等組成。流水線的實(shí)時(shí)監(jiān)控，由傳感器檢測(cè)。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，灌裝裝置的灌裝，次品的檢測(cè)、推動(dòng)和計(jì)數(shù)由PLC控制。
2.5 生產(chǎn)流程
按下啟動(dòng)按鈕后，生產(chǎn)線進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)，具備工作條件后，瓶子隨著傳送帶進(jìn)入灌裝工序，灌裝完成后傳送帶繼續(xù)啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)瓶子隨著主傳送帶平穩(wěn)的進(jìn)入灌裝架時(shí)，灌裝架的光電傳感器信號(hào)送給PLC，主傳送帶停止1秒，并且?jiàn)A瓶裝置固定，一秒后，罐裝架的電磁閥打開(kāi)，汽缸啟動(dòng)并罐飲料，罐裝到5S（及罐滿）后自動(dòng)停止，灌裝過(guò)程中有報(bào)警提示，罐裝結(jié)束后，主傳送帶開(kāi)始啟動(dòng)，通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)是否滿瓶，沒(méi)裝滿的由推桿推入次品傳送帶。檢測(cè)滿瓶過(guò)程中計(jì)數(shù)（正品與次品分別計(jì)數(shù)）。
2.6軟件設(shè)計(jì)方案
PLC軟件方案設(shè)計(jì)的方法有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，邏輯設(shè)計(jì)法等。
2.6.1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法
梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是比較廣泛的一種方法。這種方法沒(méi)有普遍的規(guī)律可以
遵循,具有很大的試探性很隨意性,最后的結(jié)果不是唯一的。該方法的核心是輸出
線圈。以下是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的基本步驟：
1.了解和熟悉被控設(shè)備的工藝過(guò)程和機(jī)械的動(dòng)作情況。
2.確定PLC的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載，畫(huà)出PLC的外部接線圖。
3.確定與繼電器電路圖的中間繼電器，時(shí)間繼電器對(duì)應(yīng)的梯形圖中的輔助繼電器（M）和定時(shí)器（T）的元件號(hào)。
4.根據(jù)前面的對(duì)應(yīng)關(guān)系畫(huà)出梯形圖。
2.6.2邏輯設(shè)計(jì)方法
邏輯設(shè)計(jì)法的理論基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)。而繼電器控制系統(tǒng)的本質(zhì)是邏輯線路。
看一個(gè)電氣控制線路都會(huì)發(fā)現(xiàn),線路的接通和斷開(kāi),都是通過(guò)繼電器等元件的觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,故控制線路的種種功能必定取決于這些觸點(diǎn)的開(kāi)，合兩種狀態(tài)。因此電氣控制電路從本質(zhì)上說(shuō)是一種邏輯線路,它符合邏輯運(yùn)算的基本規(guī)律。
2.7具體控制要求
2.7.1 M1主傳送帶電動(dòng)機(jī)
（1）功能：帶動(dòng)主傳送帶運(yùn)行。
（2） 控制要求：
①一旦啟動(dòng)，M1主傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并保持到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作或者灌裝設(shè)備下的傳感器檢測(cè)到一個(gè)瓶子時(shí)停止，瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測(cè)到一個(gè)瓶子或停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作。 ②通過(guò)交流接觸器實(shí)現(xiàn)失壓。欠壓保護(hù)。③通過(guò)熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載，欠相保護(hù)。
2.7.2 M2次品傳送帶電動(dòng)機(jī)
（1） 功能：帶動(dòng)次品傳送帶運(yùn)行
（2） 控制要求：
?、僖坏﹩?dòng)，則M2次品傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，并保持到停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
?、谕ㄟ^(guò)交流接觸器實(shí)現(xiàn)失壓。欠壓保護(hù)。
③通過(guò)熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載，欠相保護(hù)。
2.7.3 M3灌裝電動(dòng)機(jī)
（1） 功能：保持料箱液位
（2） 控制要求：
?、佼?dāng)料箱中下陷位傳感器動(dòng)作時(shí)，M3啟動(dòng)給飲料注入原料，當(dāng)上限位傳感器動(dòng)作時(shí)，M3停止。
②通過(guò)熔斷器實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。
③通過(guò)交流接觸器實(shí)現(xiàn)失壓。欠壓保護(hù)。
?、芡ㄟ^(guò)熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載，欠相保護(hù)。
2.7.4 灌裝機(jī)
（1） 功能：在設(shè)定時(shí)間里定量灌裝。
（2） 控制要求：
①當(dāng)瓶子定位在灌裝設(shè)備下時(shí)，停頓1S，灌裝設(shè)備開(kāi)始工作，灌裝過(guò)程為5S，灌裝過(guò)程應(yīng)有報(bào)警顯示，5S后停止灌裝并不再顯示報(bào)警。
②保護(hù)
（3）實(shí)現(xiàn)方法：
電磁閥灌裝：電磁閥灌裝閥的開(kāi)關(guān)由電磁閥控制，灌裝精度更高，計(jì)時(shí)恒壓定量灌裝原理，可使灌裝的誤差在千分之五以下。電動(dòng)定量灌裝系統(tǒng)及電磁閥控制計(jì)量裝置，可進(jìn)行精確灌裝，減少浪費(fèi)。
在恒壓儲(chǔ)液罐灌液中，里面有上限位和下限位傳感器，他們被淹沒(méi)時(shí)是1狀態(tài)。液面低于下陷位液面是恒壓儲(chǔ)液罐為空。飲料通過(guò)進(jìn)液電磁閥流入恒壓儲(chǔ)液罐，液面到達(dá)上限位時(shí)進(jìn)液電磁閥斷電關(guān)閉，使液位保持穩(wěn)定。
恒壓儲(chǔ)液罐下面是灌裝頭部分，夾瓶裝置由汽缸1驅(qū)動(dòng)下降，下降到位后，夾瓶裝置由汽缸2加緊定位，定位夾緊后，灌裝頭由汽缸3驅(qū)動(dòng)下降，到位后灌裝頭電磁閥打開(kāi)，開(kāi)始灌裝，延時(shí)5秒電磁閥關(guān)閉，灌裝頭上升，夾瓶裝置放松上升，傳送帶電機(jī)啟動(dòng)。
2.7.5 質(zhì)量檢測(cè)與次品的分離
（1）功能：檢測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量，將次品分離。
第三章 元器件的選擇
3.1 PLC的選擇S7—200
PLC的選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。
S7-200系列PLC是西門(mén)子公司20世紀(jì)90年代推出的整體式小型可編程控制器。早些時(shí)候稱為CPU21X，其后的改進(jìn)型稱為CPU22X。其結(jié)構(gòu)緊湊、功能強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比，在中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中應(yīng)用廣泛。
S7-22X系列PLC可提供5種不同的基本單元和多種規(guī)格的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成除基本單元、擴(kuò)展單元外，還有編程器、存儲(chǔ)卡、寫(xiě)入器、文本顯示器等。
表3-1給出了22X系列CPU的基本配置。從表中可以看出，22X系列CPU具有很強(qiáng)的功能，如自帶高速計(jì)數(shù)器、通訊口、具有脈沖輸出功能、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、能進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算等。此外，S7-200系列PLC允許在程序中立即讀寫(xiě)輸入、輸出口，允許在程序中使用中斷，允許設(shè)定通訊任務(wù)的處理時(shí)間，允許設(shè)置停止模式數(shù)字量輸出狀態(tài)，可以由用戶自己定義存儲(chǔ)器的掉電保護(hù)區(qū)，可以允許數(shù)字量時(shí)間，允許設(shè)置停止模式數(shù)字量輸出狀態(tài)，可以由用戶自己定義存儲(chǔ)器的掉電保護(hù)區(qū)，可以允許數(shù)字量及模擬量輸入加濾波器，還具有窄脈沖捕捉功能，為復(fù)雜的工業(yè)控制提供了方便。
表3-1 22X系列CPU的基本配置
特性
CPU221
CPU222
CPU224
CPU226
CPU226XM
外型尺寸/mm×mm×mm
90×80×62
90×80×62
120.5×80×62
190×80×62
190×80×62
程序存儲(chǔ)區(qū)
2048字
2048字
4096字
4096字
8192字
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)
1024字
1024字
2560字
2560字
5120字
掉電保持時(shí)間/h
50
50
190
190
190
本機(jī)I/O
6入/4出
8入/6出
14入/10出
24入/16出
24入/16出
擴(kuò)展模塊數(shù)量
0
2
7
7
7
高速計(jì)數(shù)器
單相
雙相
4路30KHZ
2路20KHZ
4路30KHZ
2路20KHZ
6路30KHZ
4路20KHZ
6路30KHZ
4路20KHZ
6路30KHZ
4路20KHZ
脈沖輸出（DC）
2路20KHZ
2路20KHZ
2路20KHZ
2路20KHZ
2路20KHZ
模擬電位器
1
1
2
2
2
實(shí)時(shí)時(shí)鐘
配置時(shí)鐘卡
配置時(shí)鐘卡
內(nèi)置
內(nèi)置
內(nèi)置
通訊口
1RS-485
1RS-485
1RS-485
2RS-485
2RS-485
在飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)中我們只用了11個(gè)輸入8個(gè)輸出,和簡(jiǎn)單的邏輯和計(jì)數(shù)功能，配置基本單元就可以滿足要求，即選用CPU224的西門(mén)子S7-200系列PLC作為控制器構(gòu)成飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)。
結(jié)構(gòu)描述：
S7-200 CPU將一個(gè)微處理器、一個(gè)集成電源和數(shù)字量I/O點(diǎn)集成在一個(gè)緊湊的封裝中，從而形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的小型可編程邏輯控制器。CPU結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：
圖 3-1
3.2 電機(jī)的選擇
電動(dòng)機(jī)M1型號(hào)為Y132M-4，額定電壓為交流380V，額定電流為15A， 頻率為50HZ，功率為7.5KW，轉(zhuǎn)速為1440r/min。
銘牌：型號(hào)：Y132M-4 功率：7.5KW 頻率：50HZ
電壓：380V 電流：16.4A 接法：△
轉(zhuǎn)速：1440r/min
電機(jī)上一般有這樣的銘牌，用來(lái)表示電機(jī)參數(shù)。介紹一下Y132M-4，Y表示三相異步電動(dòng)機(jī)；132表示機(jī)座中心高；M機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)（分為SML短中長(zhǎng)），4為磁極個(gè)數(shù)（2P磁極對(duì)數(shù)）。如表2-2所示
表3-2 電機(jī)磁極個(gè)數(shù)及轉(zhuǎn)速
磁極個(gè)數(shù)
2極
4極
6極
8極
P（磁極對(duì)數(shù)）
1
2
3
4
轉(zhuǎn)速
3000
1500
1000
750
銘牌所標(biāo)的為磁極個(gè)數(shù)，即幾極電機(jī)，對(duì)應(yīng)對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)速。
p——電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)。（實(shí)際上，由于轉(zhuǎn)差率的存在，電機(jī).實(shí)際轉(zhuǎn)速略低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速）
電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率的公式
n=60f/p
上式中
n——電機(jī)的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）；
60——每分鐘（秒）；
f——電源頻率（HZ）；
在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，根據(jù)公式n=60f/p可知：
改變頻率f就可改變轉(zhuǎn)速
降低頻率↓f，轉(zhuǎn)速就變?。杭?60 f↓ / p = n↓
增加頻率↑f，轉(zhuǎn)速就加大： 即 60 f↑ / p = n↑
表3-3 物理量與單位
物理量?
符號(hào)
基本單位
單位符號(hào)
公式
功
W
焦耳（焦）
J
W=Fs=Pt
功率
P
瓦特（瓦）
W
P=W/t=Fv
電流
I
安培（安)
A
I=U/R=W/R
電壓
U
伏特（伏）
V
U=IR
電阻
R
歐姆（歐）
Ω
R=U/I=W/II
電功
W
焦耳（焦）
J
W=UIt=Wt
電功率
P
瓦特（瓦）
W
P=W/t=UI=IIR
電動(dòng)機(jī)M2型號(hào)為Y90S-4，額定電壓為交流380V，額定電流為2.8A，頻率為50HZ，功率為1.1KW，轉(zhuǎn)速為1440r/min。
電動(dòng)機(jī)M3選與電動(dòng)機(jī)M2一樣的型號(hào)即可。
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要盡量小，設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速為盡量小，綜合考慮到工作環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)效益方面，暫選電動(dòng)機(jī)為Y90S-4.轉(zhuǎn)速1400r/min ,效率為78%，功率1.1kw，質(zhì)量23kg.
我們采用三角形的接法，接法如圖3-2所示
圖 3-2
3.3 傳感器的選擇
本設(shè)計(jì)需要用多個(gè)傳感器，有檢測(cè)空瓶的光電傳感器，檢測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量的壓力傳感器與檢測(cè)飲料罐液位的液位傳感器。
3.3.1 光電傳感器
TCRT5000傳感器的工作原理與一般的紅外傳感器一樣,一傳一感.TCRT5000具有一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)紅外接收管.當(dāng)發(fā)射管的紅外信號(hào)經(jīng)反射被接收管接收后,接收管的電阻會(huì)發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來(lái)。電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號(hào)強(qiáng)度,常表現(xiàn)在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面.
3.3.2 壓力傳感器
選用稱重傳感器DJWX-08，DJWX-08這個(gè)型號(hào)的稱重傳感器外形結(jié)構(gòu)是單點(diǎn)式的，是目前用于稱重使用行業(yè)最多的一種結(jié)構(gòu)其測(cè)量精度等級(jí)較高，可以達(dá)到0.02%的，特點(diǎn)及外形如圖3-3所示。
其在使用安裝方式屬于一端固定一端受力，這樣安裝方式也叫適應(yīng)于稱重的整體結(jié)構(gòu)以上是稱重傳感器的選型原因。
生產(chǎn)廠家：上海狄佳傳感科技有限公司
根據(jù)我們飲料的重量以及經(jīng)濟(jì)實(shí)用性等綜合考慮選用：
圖3-3
3.3.3 液位傳感器
選用的佳樂(lè)VP03EP，工作方式如圖3-4所示
圖3-4
3.3.4 接近開(kāi)關(guān)
1、接近開(kāi)關(guān)有兩線制和三線制之區(qū)別，三線制接近開(kāi)關(guān)又分為NPN型和PNP型，它們的接線是不同的。
2、兩線制接近開(kāi)關(guān)的接線比較簡(jiǎn)單，接近開(kāi)關(guān)與負(fù)載串聯(lián)后接到電源即可。
3、接近開(kāi)關(guān)的負(fù)載可以是信號(hào)燈、繼電器線圈或可編程控制器PLC的數(shù)字量輸入模塊。
4、SN04-Y交流二線式方形接近開(kāi)關(guān)，感應(yīng)距離4mm,交流90~250V供電。請(qǐng)見(jiàn)圖3-5所示：
圖3-5接近開(kāi)關(guān)接線圖
2.5 原件明細(xì)表
符號(hào)
名稱
型號(hào)
數(shù)量
M1
主傳送帶電動(dòng)機(jī)
Y132M-4
1
M2
次品傳送帶電動(dòng)機(jī)
Y90S-4
1
M3
灌裝裝置電動(dòng)機(jī)
Y90S-4
1
FR1-3
熱繼電器
JR10-10
3
QF1-5
斷路器
NS100N
5
PLC
可編程控制器
CPU 224 CN
AC/DC/RLY
1
X1
光電傳感器
EDA-2DNA-YL
2
X2
稱重傳感器
DJWX-08
1
X3
液位傳感器
VP03EP
2
X4
電磁閥
VT317-4G-02
2
X5
直線氣缸
NSAL 32*125
3
X6
氣爪
NHZA2-16S
1
HL
指示燈
AD16
1
表3-4 原件明細(xì)表
第四章 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)
4.1系統(tǒng)原理圖
系統(tǒng)原理圖如圖4-1
圖4-1 系統(tǒng)原理圖
4.2系統(tǒng)流程圖
4.3 I/O分配表
表4-1 I/O分配表
輸出
輸出
符號(hào)
地址
備注
符號(hào)
地址
備注
SB1
I0.0
啟動(dòng)
KA1
Q0.0
M1電機(jī)
SB2
I0.1
停止
KA2
Q0.1
M2電機(jī)
SB3
I0.2
手動(dòng)清零
KA3
Q0.2
M3電機(jī)、電磁閥1
KS1
I0.3
光電傳感器
KA4
Q0.3
汽缸1
KS2
I0.4
上限位液位傳感器
KA5
Q0.4
汽缸2
KS3
I0.5
下限位液位傳感器
KA6
Q0.5
汽缸3
KP
I0.6
壓力傳感器
KA7
Q0.6
灌水電磁閥、指示燈
KS4
I0.7
位置傳感器1
KA8
Q0.7
汽缸4
KS5
I1.0
位置傳感器2
KS6
I1.1
位置傳感器3
KS7
I1.2
光電傳感器2
注：汽缸1，2，3分別控制夾緊裝置的下降，夾緊，灌裝頭下降，汽缸4控制次品推動(dòng)裝置。
飲料灌裝生產(chǎn)流水線的操作方式分為手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式主要指連續(xù)操作方式。手動(dòng)操作是指用開(kāi)關(guān)對(duì)系統(tǒng)的操作模式進(jìn)行設(shè)置。例如，當(dāng)選擇自動(dòng)操作模式時(shí)，啟用連續(xù)操作方式。連續(xù)操作是指從原點(diǎn)開(kāi)始，按一下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，系統(tǒng)將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。
4.4 編程軟件STEP 7 Micro/WIN32
4.4.1TEP 7 Micro/WIN32編程軟件的主界面
STEP 7 Micro/WIN32是S7-200的專用編程軟件，它工作在Windows平臺(tái)下，其主界面如下圖所示。
圖 4-1
4.4.2 項(xiàng)目（Project）
主界面的標(biāo)題是STEP 7 Micro/WIN32-Project1。
項(xiàng)目包含的基本組件為：
（1） 程序塊（Program Block）
程序塊由可執(zhí)行的代碼和注釋組成，可執(zhí)行的代碼由主程序（OB1）、子程序（可選）、中斷服務(wù)程序（可選）組成。代碼被編譯并下裝到PLC，而程序注釋則被忽略。
（2） 符號(hào)表（Symbol Table）
為便于記憶和理解，編程人員可通過(guò)符號(hào)表編寫(xiě)符號(hào)地址。程序編譯后下裝到PLC時(shí)所有的符號(hào)地址被轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址。
（3） 狀態(tài)表（Status Chart）
在程序執(zhí)行時(shí)，可通過(guò)狀態(tài)表監(jiān)控指定的內(nèi)部變量的狀態(tài)。狀態(tài)表并不下裝到PLC中，它只是用于監(jiān)控用戶程序運(yùn)行情況的工具。
（4） 數(shù)據(jù)塊（Data Block）
數(shù)據(jù)塊由數(shù)據(jù)（存儲(chǔ)器的初始值和常數(shù)值）和注釋組成，只有數(shù)據(jù)被編譯并下裝到PLC中。
（5） 系統(tǒng)塊（System Block）
系統(tǒng)塊用于設(shè)置系統(tǒng)的組態(tài)參數(shù)，常用的系統(tǒng)組態(tài)包括設(shè)置數(shù)字量輸入濾波、模擬量輸入濾波，設(shè)置脈沖捕捉，配置數(shù)字量輸出表，定義存儲(chǔ)器保持范圍，設(shè)置CPU密碼，設(shè)置通信參數(shù)，設(shè)置模擬電位器，設(shè)置高速計(jì)數(shù)器，設(shè)置高速脈沖輸出等。
系統(tǒng)塊的信息需要下裝到PLC中，如無(wú)特殊要求，可采用系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)值，如果不需要設(shè)置CPU密碼，可選擇“全部特權(quán)（1級(jí)）”。
（6） 交叉引用表（Cross Reference）
交叉引用表用于索引用戶程序中所用的各個(gè)操作數(shù)的位置和指令的助記符。還可以使用交叉引用表查看存儲(chǔ)器的哪些區(qū)域已經(jīng)被使用，是作為位使用還是作為字節(jié)使用。在運(yùn)行模式下編輯程序時(shí)，可以查看當(dāng)前正在使用的跳變信號(hào)的地址。交叉引用表不下裝到PLC中，但只有在編譯程序成功后，才能使用交叉引用表。在交叉引用表中雙擊某個(gè)操作數(shù)，可以顯示包含該操作數(shù)的那一部分程序。
（7） 通信（Communications）
當(dāng)計(jì)算機(jī)與PLC建立在線連接后，就可以對(duì)PLC進(jìn)行通信參數(shù)設(shè)置。上裝或下裝用戶程序時(shí)，都是通過(guò)通信方式完成的。
4.4.3 使用PC/PPI電纜建立通信連接及設(shè)置通信參數(shù)
（1） PC/PPI電纜的安裝與設(shè)置
用計(jì)算機(jī)作為編程器時(shí)，計(jì)算機(jī)與PLC之間的連接一般是通過(guò)PC/PPI電纜進(jìn)行通信的。
PC/PPI電纜帶有RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，將標(biāo)有“PC”的RS-232端連接到計(jì)算機(jī)的RS-232通信接口，將標(biāo)有“PPI”的RS-485端連接到PLC的通信接口。
在用PC/PPI電纜上的DIP開(kāi)關(guān)設(shè)置波特率時(shí)應(yīng)與編程軟件中設(shè)置的波特率相同，默認(rèn)值為9 600bps,DIP開(kāi)關(guān)的第4位用于選擇10位或11位通信模式，第5位用于選擇將RS-232口設(shè)置為數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）模式或數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）模式。
在編程軟件STEP 7 Micro/EIN32中設(shè)置通信參數(shù)時(shí)，可用鼠標(biāo)單擊“通信”圖標(biāo)“ ”，或從菜單欄中選擇“檢視（View）”,在彈出的下拉菜單中選擇“通信（Communications）”，出現(xiàn)“通信連接（Communications Links）”對(duì)話框，在對(duì)話框中雙擊PC/PPI電纜圖標(biāo)“ ”，再單擊對(duì)話框中“屬性（Properties）”按鈕，出現(xiàn)“PC/PPI電纜屬性”對(duì)話框后，即可進(jìn)行通信參數(shù)設(shè)置。
（2） 建立計(jì)算機(jī)與PLC的在線連接
如果在“通信連接”對(duì)話框中，顯示為尚未建立通信連接，雙擊對(duì)話框中的“刷新”圖標(biāo)“ ”，編程軟件將檢查所有可能與計(jì)算機(jī)連接的S7-200 CPU站，并在對(duì)話框中顯示已建立起連接的每個(gè)站的CPU圖標(biāo)、CPU型號(hào)和站地址。
（3） 設(shè)置和修改通信參數(shù)
在“通信連接”對(duì)話框中，雙擊PC/PPI電纜圖標(biāo)，在對(duì)話框中單擊“屬性（Properties）”按鈕，出現(xiàn)“PC/PPI電纜屬性”對(duì)話后，即可進(jìn)行通信參數(shù)設(shè)置。
STEP 7 Micro/WIN32的默認(rèn)設(shè)置為多主站PPI協(xié)議，此協(xié)議允許STEP 7 Micro/WIN32與其它主站（TD200等）在網(wǎng)絡(luò)中同為主站。在屬性對(duì)話框中選中多主站網(wǎng)絡(luò)（Multiple Master Network），即可啟動(dòng)多主站PPI協(xié)議。未選擇時(shí)為單主站協(xié)議。
設(shè)置PPI參數(shù)的步驟如下：
1 在“PC/PPI電纜屬性”對(duì)話框中，單PPI按鈕，在站參數(shù)區(qū)（Station Parameter）的地址（Address）框中，設(shè)置站地址。運(yùn)行編程軟件STEP 7 Micro/WIN32的計(jì)算機(jī)的默認(rèn)地址為0,網(wǎng)絡(luò)中第一臺(tái)PLC的默認(rèn)地址為2。
2 在超時(shí)（Time-out）框中設(shè)置通信設(shè)備建立聯(lián)系的最長(zhǎng)時(shí)間，默認(rèn)值為1s。
3 如果使用多主站PPI協(xié)議，選中“多主網(wǎng)絡(luò)”（Multiple Master Network）。使用調(diào)制解調(diào)器或Windows NT4.0時(shí),不支持主站網(wǎng)絡(luò)。
4 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信的波特率。
5 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備數(shù)據(jù)選擇最高站地址，這是STEP 7 Micro/WIN32停止尋找網(wǎng)絡(luò)中其它主站的地址。
6 單擊“本機(jī)連接（Local Connection）”按鈕，選擇連接PC/PPI電纜的計(jì)算機(jī)的通信口，以及是否使用調(diào)制調(diào)解器。
7 單擊“確定”（OK）按鈕，完成通信參數(shù)設(shè)置。
（4） 讀取PLC的信息
如果想知道PLC的型號(hào)與版本、工作方式、掃描速度、I/O模式設(shè)置以及CPU和I/O模板的錯(cuò)誤，可選擇菜單欄中的“PLC”，在下拉菜單欄中選擇“信息（Information…）后，將是示出PLC的RUN/STOP狀態(tài)，以ms為單位的掃描速度、CPU的版本|錯(cuò)誤的情況及各個(gè)模板的信息。
4.4.4 程序的編寫(xiě)與下裝操作
（1）程序編寫(xiě)的操作步驟
1 創(chuàng)建項(xiàng)目：在為控制系統(tǒng)編寫(xiě)應(yīng)用程序前，首先應(yīng)當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目（Project）。可用菜單命令“文件→新建”或按工具條中“新建項(xiàng)目”按鈕，創(chuàng)建一個(gè)新的項(xiàng)目。使用菜單命令“文件→另存為”，可修改項(xiàng)目的名稱和項(xiàng)目文件所在的目錄。
2 打開(kāi)一個(gè)已有的項(xiàng)目：使用菜單命令“文件→打開(kāi)”，可打開(kāi)一個(gè)已有的項(xiàng)目。如果最近在某個(gè)項(xiàng)目上工作過(guò)，它將在文件菜單的下部列出，可直接選擇。項(xiàng)目存放在*.mwp的文件中。
3設(shè)置與讀取PLC的型號(hào)：在給PLC編程前，為防止創(chuàng)建程序時(shí)發(fā)生編程錯(cuò)誤，應(yīng)正確地設(shè)置PLC的型號(hào)。使用菜單命令“PLC→類(lèi)型”，在出現(xiàn)的對(duì)話框中，選擇PLC的型號(hào)。在建立了通信連接后，單擊對(duì)話框中的“讀PLC”按鈕，可讀取PLC的型號(hào)與硬件版本。
4 選擇編程語(yǔ)言和指令集：使用菜單命令“工具（Tools）→選項(xiàng)（Options）”，就彈出選項(xiàng)對(duì)話框，單擊“通用（General）”按鈕，可選擇SIMATIC指令集或IEC1131-3指令集。還可以選擇程序編輯器（LAD、FBD及STL）的類(lèi)型。
5 確定程序結(jié)構(gòu)：數(shù)字量控制程序一般只有主程序，系統(tǒng)較大，功能復(fù)雜的程序，還可能有子程序、中斷程序和數(shù)據(jù)塊。
● 主程序（在S7-200中為OB1）在每個(gè)掃描周期被順序執(zhí)行一次。
● 子程序的指令存放在獨(dú)立的程序塊中，僅在被別的程序調(diào)用時(shí)才執(zhí)行。
● 中斷程序也被存放在獨(dú)立的程序塊中，用于處理預(yù)先規(guī)定的中斷事件。中斷程序不由主程序調(diào)用，在中斷事件發(fā)生時(shí)由操作系統(tǒng)調(diào)用。
6 編寫(xiě)符號(hào)表：為便于記憶和理解，可采用符號(hào)地址編程，通過(guò)編寫(xiě)符號(hào)表，可以用符號(hào)地址代替編程元件的地址。
7 編寫(xiě)數(shù)據(jù)塊：數(shù)據(jù)塊用于對(duì)變量寄存器V進(jìn)行初始數(shù)據(jù)賦值，數(shù)字量控制程序一般不需要數(shù)據(jù)塊。
8 編寫(xiě)用戶程序：用選擇的程序編輯器（編程語(yǔ)言）編寫(xiě)用戶程序。
使用梯形圖語(yǔ)言編程時(shí)，單擊工具欄中的觸點(diǎn)圖標(biāo)，可在矩形光標(biāo)的位置上放置一個(gè)觸點(diǎn)，在與新觸點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)的窗口中，可選擇觸點(diǎn)的類(lèi)型。單擊觸點(diǎn)上面或下面的紅色問(wèn)號(hào)，可設(shè)置該觸點(diǎn)的地址或其他參數(shù)。用相同的方法可在梯形圖中放置線圈和功能框。單擊工具條中帶箭頭的線段，可在矩形光標(biāo)處連接觸點(diǎn)間的連線。雙擊梯形圖中的網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，在彈出的窗口中可輸入網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)題和網(wǎng)絡(luò)的注釋。
9 編譯程序：用戶程序編寫(xiě)完成后，要進(jìn)行程序編譯。使用菜單命令“PLC→編譯（Compile）”或“PLC→全部編譯（Compile All）”，或按工具條中的編譯按鈕、全部編譯按鈕，進(jìn)行程序編譯。編譯后在屏幕下部的輸出窗口顯示語(yǔ)法錯(cuò)誤的數(shù)量、各條語(yǔ)法錯(cuò)誤的原因和產(chǎn)生錯(cuò)誤的位置。雙擊輸出窗口中的某一條錯(cuò)誤，程序編輯器中的光標(biāo)會(huì)自動(dòng)移到程序中產(chǎn)生錯(cuò)誤的位置。必須改正程序中所有的錯(cuò)誤，且編譯成功后，才可能下裝到PLC中。
10 程序的下裝、上裝及清除：當(dāng)計(jì)算機(jī)與PLC建立起通信連接，且用戶程序編譯成功后，可以進(jìn)行程序的下裝操作。
下裝操作需在PLC的運(yùn)行模式選擇開(kāi)關(guān)處于STOP的位置時(shí)才能進(jìn)行，如果運(yùn)行模式選擇開(kāi)關(guān)不在STOP位置，可將CPU上的運(yùn)行模式選擇開(kāi)關(guān)撥到STOP位置?；蛘邌螕艄ぞ邨l中的停止按鈕，或者選擇菜單命令“PLC→停止（STOP）”，也可以使PLC進(jìn)入到STOP工作模式。
單擊工具欄中的下裝按鈕，或者選擇菜單命令“文件→下裝（Download）”，將會(huì)出現(xiàn)下裝對(duì)話框。在對(duì)話框中可以分別選擇是否下裝程序塊、數(shù)據(jù)塊和系統(tǒng)塊。單擊“確定”按鈕后開(kāi)始將計(jì)算機(jī)中的信息下裝到PLC中。下裝成功后，確認(rèn)框顯示“下裝成功”。
如果在編程軟件中設(shè)置的PLC型號(hào)與實(shí)際型號(hào)不符，將出現(xiàn)警告信息，應(yīng)在修改PLC的型號(hào)后再進(jìn)行下裝操作。
也可以將PLC中的程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊上裝到運(yùn)行編程軟件的計(jì)算機(jī)中。上裝前應(yīng)在STEP 7 Micro/WIN32中建立或打開(kāi)一個(gè)項(xiàng)目，最好新建一個(gè)空的項(xiàng)目，用于保存從PLC中上裝的塊。單擊工具欄的上裝按鈕，或者選擇菜單命令“文件→上裝”，在上裝對(duì)話框中選擇需要上裝的塊后，單擊“確定”按鈕。
（2）程序編寫(xiě)及下裝舉例
下圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字量控制系統(tǒng)──鼠籠型電動(dòng)機(jī)串電阻進(jìn)行降壓?jiǎn)?dòng)的控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。
按下啟動(dòng)按鈕SB1后，電動(dòng)機(jī)的定子接觸器KM1串聯(lián)啟動(dòng)電阻進(jìn)行降壓?jiǎn)?dòng)，設(shè)啟動(dòng)時(shí)間為5s，啟動(dòng)結(jié)束后，短接接觸器KM2將啟動(dòng)電阻短接，電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行。按下停止按鈕SB2后，電動(dòng)機(jī)停車(chē)。該系統(tǒng)具有熱繼電器FR做過(guò)載保護(hù)，過(guò)載后FR的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，也會(huì)使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。
首先在斷電的狀態(tài)下，用PC/PPI電纜連接好計(jì)算機(jī)與PLC，然后為計(jì)算機(jī)與PLC通電，打開(kāi)編程軟件STEP 7Micro/WIN32，創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目（Project）。用菜單命令“PLC→類(lèi)型（Type）”設(shè)置PLC的型號(hào)，如CPU222。用菜單命令“工具（Tools）→選項(xiàng)（Options）”，在彈出的對(duì)話框中單擊“通用（Genenal）” 按鈕，選擇SIMATIC編程模式和梯形圖編輯器。由于這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的數(shù)字量控制程序，可以沒(méi)有子程序、中斷程序和數(shù)據(jù)塊，不使用局部變量表L，全部程序都在主程序中。一般的數(shù)字量控制程序通常都采用這種程序結(jié)構(gòu)，圖4-3為此實(shí)例的PLC梯形圖。
圖 4-2 串電阻降壓?jiǎn)?dòng)的原理圖及PLC外部接線圖
圖 4-3 串電阻降壓?jiǎn)?dòng)的PLC梯形圖 圖 4-4 顯示符號(hào)地址的梯形圖
由于控制系統(tǒng)對(duì)CPU和輸入/輸出特性沒(méi)有特殊的要求，可以全部采用系統(tǒng)塊的默認(rèn)值。
為了使程序有良好的可讀性，且便于高調(diào)試，可以使用符號(hào)表編程，尤其是當(dāng)系統(tǒng)的控制規(guī)模較大時(shí)，一般都要采用符號(hào)表編程。在此例中，編寫(xiě)的符號(hào)表如下表所示。
符號(hào)表
元件符號(hào)
編程元件地址
編程符號(hào)
注 釋
SB1
I0.0
啟動(dòng)
啟動(dòng)按鈕的動(dòng)合觸點(diǎn)
SB2
I0.1
停止
停止按鈕的動(dòng)合觸點(diǎn)
FR
I0.2
過(guò)載
熱繼電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)
KM1
Q0.0
電源
接通交流電源的接觸器
KM2
Q0.1
短接
短接啟動(dòng)電阻的接觸器
T37
啟動(dòng)延時(shí)
延時(shí)5s
編寫(xiě)控制程序時(shí)，可以輸入編程元件的符號(hào)地址，也可以輸入編程元件的絕對(duì)地址。使用編程元件的絕對(duì)地址時(shí)，會(huì)被自動(dòng)轉(zhuǎn)換為符號(hào)地址，在梯形圖程序中也將顯示符號(hào)地址。
在下裝操作進(jìn)行之前，應(yīng)設(shè)置好計(jì)算機(jī)與PLC的的通信參數(shù)。在確認(rèn)控制程序正確的前提下，即用戶程序全部編譯成功后，在STOP的工作模式下，使用菜單命令“文件→下裝（Download）”，將計(jì)算機(jī)中的的信息下裝到PLC中。初次下裝時(shí)，可選擇下裝程序代碼塊和系統(tǒng)塊。
下裝成功后，可進(jìn)行模擬調(diào)試。
1 將I0.2端子與DC24V的L+端連接，模擬熱繼電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)在正常運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。
2 將I0.0端子與DC24V的L+端連接一下并隨即斷開(kāi)，模擬按下啟動(dòng)按鈕又松開(kāi),觀察Q0.0的LED燈是否為ON。
3 5s后，觀察Q0.1的LED燈是否為ON。
4 將I0.1端子與DC24V的L+端連接一下并隨即斷開(kāi)，模擬按下停止按鈕又松開(kāi)，觀察Q0.0、Q0.1的LED燈是否為OFF。
5 再次將I0.0端子與DC24V的L+端連接,模擬系統(tǒng)再次啟動(dòng)，觀察啟動(dòng)過(guò)程是否正常。
6 斷開(kāi)I0.2端子與DC24V的L+端的連接，模擬熱繼電器過(guò)載動(dòng)作，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，觀察Q0.0、Q0.1的LDE燈是否為OFF。
（3）數(shù)據(jù)塊的使用
1在數(shù)據(jù)塊中對(duì)地址和數(shù)據(jù)賦值
數(shù)據(jù)塊用于對(duì)變量寄存器V賦初值，可用字節(jié)、字或者雙字賦值。數(shù)據(jù)塊中的典型行包括起始地址以及一個(gè)以上的數(shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)塊中的第一行必須包含明確的地址，以后的行可不包括明確的地址。如果在單地址后面鍵入多個(gè)數(shù)據(jù)，或者鍵入只包含數(shù)據(jù)值的行時(shí)，由程序編輯器根據(jù)前面的地址和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（字節(jié)、字、雙字），自動(dòng)進(jìn)行地址賦值。數(shù)據(jù)塊編輯器接收大小寫(xiě)字母，并允許用逗號(hào)、制表符或空格作為地址和數(shù)據(jù)的分隔符號(hào)，例如，一個(gè)從VB3到VB13數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)如下：
VB3 -25 ∥從VB3開(kāi)始的字節(jié)數(shù)據(jù)（只占用VB3一個(gè)字節(jié)）
VD4 100.5 ∥從VD4開(kāi)始的雙字實(shí)數(shù)數(shù)值(占用VB4~VB7的4個(gè)字節(jié))
VW8 3，4，56 ∥從VW8開(kāi)始的3個(gè)字?jǐn)?shù)值（占用VB8~VB13的6個(gè)字節(jié)）
2輸入錯(cuò)誤的顯示與處理
如果數(shù)據(jù)塊位于激活窗口，可以用菜單命令“PLC→編譯”進(jìn)行編譯，如果數(shù)據(jù)塊不在當(dāng)前激活窗口，可以用菜單命令“PLC→全部編譯”進(jìn)行編譯。
在對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編譯時(shí)，如果編譯器發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，將在輸出窗口顯示錯(cuò)誤。雙擊錯(cuò)誤信息，則在數(shù)據(jù)塊窗口顯示有錯(cuò)誤的行。
如果在對(duì)數(shù)據(jù)塊賦值過(guò)程中，某行出現(xiàn)輸入錯(cuò)誤，當(dāng)在行尾鍵入回車(chē)鍵后，將在錯(cuò)誤行的左邊出現(xiàn)一個(gè)叉號(hào)，顯示輸入錯(cuò)誤。改正后還要重新進(jìn)行編譯，直到改正所有的錯(cuò)誤。
4.4.5 用編程軟件監(jiān)視與調(diào)試程序
（1）用狀態(tài)表監(jiān)視與調(diào)試程序
●打開(kāi)和編輯狀態(tài)表
在程序運(yùn)行時(shí),可以用狀態(tài)表來(lái)讀、寫(xiě)、強(qiáng)制和監(jiān)視PLC的內(nèi)部編程元件。單擊指令樹(shù)中的狀態(tài)表圖標(biāo)，或者用菜單命令“檢視（View）→狀態(tài)表（Status Chart）”均可打開(kāi)已有的狀態(tài)表，并可以進(jìn)行編輯。如果一個(gè)項(xiàng)目中有多個(gè)狀態(tài)表，可以用狀態(tài)表底部的標(biāo)簽按鈕進(jìn)行切換。
在啟動(dòng)狀態(tài)表前，可在狀態(tài)表中輸入監(jiān)視的編程元件的地址和數(shù)據(jù)類(lèi)型，定時(shí)器和計(jì)數(shù)器可按位或者按字進(jìn)行監(jiān)視。如果按位監(jiān)視，顯示的是它們輸出位的1/0狀態(tài)；如果按字監(jiān)視，則顯示的是它們的當(dāng)前值。
用菜單命令“編輯插入”，或者用鼠標(biāo)右鍵單擊狀態(tài)表中的單元，可以在狀態(tài)表當(dāng)前光標(biāo)位置的上部插入新的行。也可以將光標(biāo)置于最后一行中的任意單元后，單擊向下的箭頭鍵，將新的行插在狀態(tài)表的底部。在附表中選擇編輯元件，并將其復(fù)制到狀態(tài)表中，可以加快創(chuàng)建狀態(tài)表的速度。
●創(chuàng)建新的狀態(tài)表
可以將要監(jiān)視的編程元件進(jìn)行分組監(jiān)視，分別創(chuàng)建幾個(gè)狀態(tài)表，用鼠標(biāo)右鍵單擊指令樹(shù)中的狀態(tài)表圖標(biāo)，就彈出一個(gè)窗口，在窗口中選擇“插入狀態(tài)表”選項(xiàng)可創(chuàng)建新的狀態(tài)表。
●啟動(dòng)和關(guān)閉狀態(tài)表
當(dāng)計(jì)算機(jī)與PLC的的通信連接成功后，用菜單命令“調(diào)試（Debug）→狀態(tài)表（Status Chart）”打開(kāi)狀態(tài)表，或者用鼠標(biāo)單擊調(diào)試工具條上的“狀態(tài)表”圖標(biāo)“ ”來(lái)啟動(dòng)狀態(tài)表。再操作一次就可以關(guān)閉狀態(tài)表。
啟動(dòng)狀態(tài)表以后，編程軟件從PLC中收集狀態(tài)信息，并對(duì)表中的數(shù)據(jù)更新，還可以根據(jù)需要強(qiáng)制修改狀態(tài)表的數(shù)據(jù)。
●單次讀取狀態(tài)信息
狀態(tài)表被關(guān)閉時(shí)，用菜單命令“調(diào)試（Debug）→單次讀?。⊿ingle Read）”，可以從PLC中讀取當(dāng)前的數(shù)據(jù)，并在狀態(tài)表中顯示當(dāng)前數(shù)值，在執(zhí)行用戶程序時(shí)對(duì)狀態(tài)表中的數(shù)值不進(jìn)行更新。
（2）用狀態(tài)表強(qiáng)制改變數(shù)值
當(dāng)PLC工作在RUN模式下,可對(duì)程序中的某些變量進(jìn)行強(qiáng)制性的賦值操作。S7-200CPU允許強(qiáng)制性地給所有的I/O點(diǎn)賦值，此外還可以改變最多16個(gè)內(nèi)部寄存器（如V、M）的數(shù)據(jù)，或者模擬量I/O（AI或AQ）的數(shù)據(jù)。對(duì)V或M可按字節(jié)、字、雙字來(lái)改變。對(duì)模擬量只能從偶數(shù)字節(jié)開(kāi)始，以字為單位來(lái)改變模擬量。強(qiáng)制的數(shù)據(jù)可以永久性地存儲(chǔ)在CPU的EEPROM中。
在讀取輸入（輸入采樣）階段，強(qiáng)制值被當(dāng)做輸入讀入；在程序執(zhí)行階段，強(qiáng)制數(shù)據(jù)用于由立即讀和立即寫(xiě)指令指定的I/O點(diǎn)；在通信處理階段，強(qiáng)制值用于通信的讀/寫(xiě)請(qǐng)求。在修改輸出（輸出刷新）階段，強(qiáng)制數(shù)據(jù)被當(dāng)做輸出寫(xiě)入輸出電路。當(dāng)進(jìn)入STOP狀態(tài)時(shí)，輸出將為強(qiáng)制值，而不是系統(tǒng)中設(shè)置的值。
通過(guò)強(qiáng)制V、M、T或C，強(qiáng)制功能可用來(lái)模擬立即條件；通過(guò)強(qiáng)制I/O點(diǎn)，強(qiáng)制功能可用來(lái)模擬物理?xiàng)l件。值得注意的是，強(qiáng)制操作可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)無(wú)法預(yù)料的情況，甚至引起人員傷亡或設(shè)備損壞。
顯示狀態(tài)表后，可以用“調(diào)試（Debug）