发布时间 : 星期一 文章基于PLC的生产流水线电气控制系统设计更新完毕开始阅读af048e69c5da50e2524d7fcf
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
I/O模块分为开关量输入、开关量输出、模拟量输入和模拟量输出等模块。I/O模块上通常还有I/O接线端子排和状态显示，便于用来链接和监视。开关量模块按电压分有220V AC、110V AC、24V DC等规格；按照隔离方式分有晶闸管输出、继电器输出、晶体管输出等类型。模拟量模块按照信号类型分有电流型、电压型等规格；按照精度分有12位、14位等规格。
（4）电源
PLC中不同的电路单元需要不同的工作电源，在整个PLC系统中电源起着十分重要的作用。PLC一般都配有开关式稳压电源，用来给PLC的内部电路以及各模块的集成电路提供工作电源。有些机型还向外提供24V的直流电源，用于给外部输入信号或传感器供电，减少了外部连线，为用户提供了方便。在有些PLC中把CPU与电源合二为一，而有些是分开的。在输出类型上，有110V或者220V的交流输入，还有24V的直流输入。
（5）外部模块
①编程设备。常见的有简易手持编程器、基于PC的编程软件、智能图形编程器等。编程设备用于输入和编辑用户程序，设定一些系统参数、监控PLC及其控制系统的状态。编程设备是PLC在应用系统设计与调试、监控运行、检查维护中不可或缺的部件，但其不直接地参与现场控制。
②其他外设。除了编程设备外，PLC还有用来记录程序和信息的盒式磁带机、用来打印程序和报表的打印机、用来显示或监视系统中相关部分运行状态的图形监控器等外部设备。
当PLC处于停止工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容。在运行模式下，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能，为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。PLC这种周而复始的工作方式称为循环扫描工作方式。当PLC投入运行后，它的工作过程一般分为三个阶段，也就是输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段[4]。完成这三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（1）输入采样阶段
在此阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O
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映象区中的相应单元内。采样结束后转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中相应单元的状态和数据也不会改变。
（2）用户程序执行阶段
在此阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次扫描梯形图。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新系统RAM存储区中该逻辑线圈对应位的状态，或者刷新I/O映象区中该输出线圈对应位的状态，或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的数据和状态不会发生变化，而输出点和软设备在系统RAM存储区或者I/O映象区内的状态和数据都可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的梯形图起作用，相反，排在下面的梯形图，其被刷新的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 （3）输出刷新阶段
在扫描用户程序结束以后，PLC就会进入输出刷新阶段。在此阶段，CPU按照I/O映象区内对应的数据和状态刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外部设备。这时才是PLC的真正输出。
3.1.2 S7-200 PLC简介
西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能强，可靠性高[5]。其中，S7-200系列是整体式的，CPU模块、I/O模块和电源模块都在一个模块内，称为CPU模块。同一机架上的模块之间是通过模块正上方的数据接头连接的。它的编程语言有三种，即语句表（STL）、梯形图（LAD）、功能块图（FBD）。
S7-200 PLC发展至今，大致经历了两代：第一代产品，其CPU模块为CPU 21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同配置的CPU单元：CPU 212，CPU 214，CPU 215和CPU 216。第二代产品，其CPU模块为CPU 22X，主机都可进行扩展，具有五种不同配置的CPU单元：CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226和CPU226XM，除CPU 221之外，其它都可加扩展模块，是目前小型PLC的主流产品。西门子S7-200 PLC在实时模式速度快，有较高的生产力，可以与其他控制器结合使用。
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S7-200硬件系统由基本单元（CPU）、扩展单元、特殊功能模块、相关设备组成。 S7-200 PLC具有以下特点：
（1）集成的24V电源。可直接连接到传感器，其中，CPU224输出280mA，可用作负载电源。
（2）通信口。其中，CPU221、CPU222以及CPU224具有1个RS-485通信口，CPU226具有2个RS-485通信口，S7-200支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。
（3）高速脉冲输出。S7-200具有两路高速脉冲输出端，频率达20KHZ，可用于控制步进电机或者伺服电机。
（4）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿做出响应。
（5）电池模块。用户数据可通过内部的超级电容存储大约5天。选用电池模块能延长存储时间到200天。电池模块插在存储器模块的卡槽中。
（6）数字量输入/输出点。CPU221具有6输入/4输出；CPU222具有8输入/6输出；CPU224具有14输入/10输出；CPU226具有24输入/16输出。
（7）高速计数器。具有几个高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更高的脉冲信号。
S7-200 PLC的应用领域从更换继电器和接触器一直扩展到单机、网络以及分布式配置更复杂的自动化领域。S7-200 PLC具有结构紧凑小巧、大容量程序和数据存储、实时响应快、操作顺序和过程控制快速和精确、易于配合STEP7-Micro/WIN32工程软件使用等优点。
3.1.3 I/O地址分配
此次课题中使用的S7-200 PLC 的CPU 224XP CN，其具有14个输入点和10个输出点。结合此设计需要满足的功能要求以及开关元件，考虑PLC与变频器之间的输入输出控制关系，S7-200 I/O地址可按如下分配：
表3-1 I/O地址分配表
功能 启动 停止 调试 正转 反转 单选
输入 元件 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6
地址 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6
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输出 功能 DIN3 DIN4 DIN5 DIN1 DIN2
地址 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5
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一速 二速 三速 四速 五速 自动
SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SB12
I0.7 I1.3 I1.4 I1.0 I1.1 I1.2
3.1.4 S7-200 PLC接线图
图3-1为S7-200PLC（CPU 224XP CN）DC电源/DC输入/DC输出端子接线图，DC输入端由1M、I0.0~I0.7构成的第一组和由2M、I1.0~I1.5构成的第二组组成，1M和2M分别为各组公共端，DC 24V的负极接公共端1M或者2M，输入开关的一端接DC 24V的正极，输入开关的另一端接CPU 224XP CN各输入端；DC输出端由1M、1L+、Q0.0~Q0.4构成的第一组和由2M、2L+、Q0.5~Q1.1构成的第二组组成，1M和2M分别为各组公共端，DC 24V的负极接1M、2M端，正极接1L+、2L+端，Q0.1~Q0.4输出一端接CPU 224XP CN各输出端，另一端分别与变频器端7、端8、端16、端5连接。
图3-1 S7-200 PLC接线图
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