1、任務3機械手的PLC控制 S7-200的跳轉及標號指令應用；知識目標技能目標 掌握子程序設計技巧； 具備分析較復雜控制系統，并編制PLC控制程序的技能。 S7-200的子程序設計。任務描述下圖分別是機械手工作流程圖和工作示意圖，左上方為原點。一、控制要求（1）工作方式設置為自動/手動、連續/單周期、單步、回原點。（2）自動循環工作時，按工作示意圖所示順序動作。二、工作內容（1）初始狀態 機械手在原點位置，左限位SQ4為ON，上限位SQ2為ON。（2）啟動運行 按下啟動按鈕，機械手按照下降夾緊（延時1S）上升右行下降松開（延時1S）上升左行的順序依次從左向右轉送工件。下降/上升、左移/右移、夾緊

2、/松開均使用電磁閥控制。（3）停止操作 按下停止按鈕，機械手完成當前工作過程，停在原點位置。任務分析 根據控制要求，按照工作方式將控制程序分為3部分：其中第一部分為自動程序，包括連續/單周期、單步控制方式，采用主程序進行控制；第二部分為手動程序，采用子程序SBR0進行控制；第三部分為回原點程序，采用子程序SBR1進行控制。相關知識一、跳轉與標號指令跳轉與標號指令的梯形圖及語句表 ，操作數N為常數0255。 相關知識一、跳轉與標號指令 跳轉與標號指令的應用如下圖所示。當觸發信號接通時，跳轉指令JMP線圈有信號流流過，跳轉指令使程序流程跳轉到與JMP指令編號相同的標號LBL處，順序執行標號指令以下

3、的程序，而跳轉指令與標號指令之間的程序不執行。若觸發信號斷開時，跳轉指令JMP線圈沒有信號流流過，順序執行跳轉指令與標號指令之間的程序。相關知識一、跳轉與標號指令 跳轉與標號指令可以在主程序、子程序或者中斷程序中使用，但跳轉指令和與之對應的標號指令必須位于同一段程序塊中，并且不能從主程序跳到子程序或中斷程序中，同樣也不能從子程序或中斷程序中跳出。另外，可以在SCR程序段中使用跳轉指令，但相應的標號指令也必須在同一個SCR段中。 編號相同的兩個或多個JMP指令可以用在同一程序里。但在同一程序中，不可以使用相同編號的兩個或多個LBL指令。多個JMP指令的使用如下圖所示。 相關知識一、跳轉與標號指令

4、相關知識二、子程序的編寫與應用 子程序常用于需要多次反復執行相同任務的地方，只需要寫一次子程序，別的程序在需要子程序的時候調用它，而無需重寫該程序。子程序的調用是有條件的，未調用它時不會執行子程序的指令，因此使用子程序可以減少掃描時間。 使用子程序可以將程序分成容易管理的小塊，使程序結構簡單清晰，易于查錯和維護。如果程序中只引用參數和局部變量，可以將子程序移植到其他項目。為了移植子程序，應避免使用全局符號和變量，如I、Q、M、SM、AI、AQ、V、T、C、S、AC等存儲器中的絕對地址。相關知識1.子程序的創建 可采用下列方法創建子程序：在菜單欄中選擇“編輯/插入/子程序”，或在程序編輯器視窗中

5、單擊右鍵，從彈出菜單中選擇“插入/子程序”。程序編輯器將進入新的子程序，底部將出現標志新的子程序的新標簽，在程序編輯器窗口中可以對新的子程序編程。可以使用該子程序的局部變量表定義參數，各子程序最多可以定義16個IN、OUT參數。相關知識1.子程序的創建 假設創建了一個名為EXPLME的子程序，首先在該子程序的局部變量表中，定義一個名為“in”的雙字輸入變量、一個名為“out”的雙字輸出變量和一個名為TMP1的雙字臨時變量。在子程序中，輸入變量被乘以4000，再除以300，運算結果作為子程序的輸出。相關知識2.子程序的調用 可以在主程序、另一子程序或中斷程序中調用子程序，但是不能在子程序中調用自

6、己。調用子程序時將執行子程序的全部指令，直至子程序結束，然后返回調用程序中子程序調用指令的下一條指令之處。 創建子程序后，V4.0 STEP 7-MicroWIN在指令樹最下面的“子程序”圖標下自動生成剛創建的子程序EXPLME對應的圖標。對于梯形圖程序，在子程序局部變量表中為該子程序定義參數后，將生成客戶化調用指令塊。指令塊中自動包含了子程序的輸入參數和輸出參數。相關知識 3.調用帶參數的子程序 在子程序中可以使用參數IN、IN_OUT和OUT。 IN（輸入）是傳入子程序的輸入參數。如果參數是直接尋址（如VB10），指定地址的值被傳入子程序。如果參數是間接尋址（如*AC1），指針指定地址的值

7、被傳入子程序。如果參數是常數（如DW#12345）或地址（如&VB100），它們的值被傳入子程序，“#”為常數描述符。 OUT（輸出）是子程序的執行結果，它被返回給調用它的程序組織單元。常數和地址（如&VB100）不能作輸出參數。 IN_OUT（輸入/輸出）將參數的初始值傳給子程序，子程序的執行結果返回給同一地址。常數和地址不能作輸入/輸出參數。 TEMP是局部存儲變量，不能用來傳遞參數，它們只能在子程序中使用。相關知識 3.調用帶參數的子程序 子程序傳遞的參數放在子程序的局部變量表中，局部變量表最左邊的一列是每個被傳遞的參數的局部存儲器地址。調用子程序，輸入參數被復制到子程序的局部存儲器，子

8、程序執行完后，從局部存儲器復制輸出參數到指定的輸出參數地址。數據單元的大小和類型用參數的代碼表示。在子程序中局部存儲器的參數值分配如下： （1）按子程序指令的調用順序，給參數值分配局部存儲器，起始地址 是L0。 （2）18個連續位參數分配一個字節，字節中的位地址為Lx.0Lx.7。 （3）字節、字和雙字值在局部存儲器中按字節順序分配，如LBx，LWx 或 LDx。 在帶參數調用子程序指令中，參數必須按一定的順序排列，輸入參數在最前面，其次是輸入/輸出參數，最后是輸出參數。 相關知識子程序調用和返回 相關知識 4.子程序的嵌套調用 程序中最多可創建64個子程序。子程序可以嵌套調用（在子程序中調用

9、別的子程序），最大嵌套深度為8。 在子程序中，用觸點電路控制CRET（從子程序有條件返回）指令，觸點電路接通時條件滿足，子程序被終止。編譯時，在程序結束的地方會自動加入無條件結束指令END、MEND、RET或RETI。如果在程序里加了這些指令，編譯時反而會出錯。 5.子程序的有條件返回相關知識三、具有多種工作方式控制系統的梯形圖設計 為了滿足生產的需要，很多設備要求設置多種工作方式，如手動和自動（包括連續、單周期、單步等）工作方式。手動程序比較簡單，一般用經驗法設計；復雜的自動程序，一般根據系統的順序功能圖用順序控制法設計。 具有多種工作方式控制系統的梯形圖總體結構如下圖所示。選擇手動工作方式

10、時，手動開關I1.0為ON，將跳過自動程序，執行公用程序和手動程序。選擇自動工作方式時，I1.0為OFF，將跳過手動程序，執行公用程序和自動程序。 工具、設備清單 任務準備序號名稱規格數量1計算機硬盤空間350M以上12操作系統Windows 2000,SP3以上13S7-200 CPUCPU221以上14PC/PPI電纜RS-232C/PPI或USB/PPI15編程軟件STEP7-Micro/WIN V4.016機械送料手臂控制系統模擬板 與PLC和電源匹配1任務實施一、PLC硬件接線 按照機械手工作過程制作的控制操作面板如下圖所示。組合開關的5個位置分別對應于系統的手動、單周期、單步、連續

11、和回原點工作方式，操作面板左下部的6個按鈕是手動按鈕。任務實施一、PLC硬件接線 下圖是PLC的硬件接線圖，其中輸出Q0.1為1時夾緊工件，為0時松開工件。為了保證在緊急情況下（包括PLC發生故障時）能可靠地切斷PLC的負載電源，設置了交流接觸器KM。在PLC開始運行時按下“接通電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點接通，給外部負載提供交流電源，出現緊急情況時用“急停按鈕”斷開負載電源。任務實施二、編輯符號表任務實施三、設計梯形圖程序機械手控制系統梯形圖程序如下圖所示。主程序主要完成自動工作方式中的連續、單周期、單步控制。任務實施任務實施任務實施任務實施任務實施任務實施任務實施子程序（

12、SBR0）主要完成手動控制 任務實施子程序SBR1主要完成回原點控制 檢查評議評分表1項目主要內容評分標準配分扣分得分任務完成情況安裝與接線 1.元件布置不整齊、不勻稱、不合理； 每只扣2分 2.元件安裝不牢固、漏裝螺釘； 每只扣1分 3.損壞元件； 扣5分 4.接點松動、露銅過長、反圈、壓絕緣層；每處扣1分 5.損傷導線絕緣或線芯； 每根扣1分 6.不按PLC控制I/O接線圖接線； 每處扣2分40程序輸入及調試1.不會熟練操作計算機鍵盤輸入指令； 扣2分2.不會用刪除、插入、修改等指令； 每項扣2分3. 第一次調試不成功； 扣8分第二次次不成功； 扣15分第三次次不成功； 扣30分40檢查評

13、議評分表2項目主要內容評分標準配分扣分得分綜合能力職業素養1.學習主動性差，學習準備不充分； 扣2分2.團隊合作意識差，缺乏協作精神； 扣2分3.語言表達不規范； 扣2分4.時間觀念不強，工作效率低； 扣2分5.不注重工作質量與工作成本； 扣2分10安全文明生產1.安全意識差，不安安全生產規程操作； 扣10分2.勞動保護穿戴不整齊； 扣10分3.施工后不清理現場； 扣5分10定額時間15min，每超時5min 扣5分備注除定額時間外，各項目的最高扣分不應超過配分數合計100開始時間結束時間實際用時教師綜合評價：擴展知識一、工業電氣控制系統的PLC改造工業電氣控制系統的PLC改造步驟如下圖所示

14、擴展知識1深入了解被控制系統 這一步是系統設計的基礎。設計前應熟悉圖紙資料，深入調查研究，與工藝、機械方面的技術人員和現場操作人員密切配合，共同討論，解決設計中有可能遇到的問題。應詳細了解被控對象的全部功能，如機械部件的動作順序、動作條件、必要的保護與聯鎖，系統要求哪些工作方式（如手動、自動、半自動等），設備內部機械、液壓、氣動、儀表、電氣幾大系統之間的關系，PLC與其他智能設備（如其他PLC、計算機、變頻器等）之間的關系，PLC是否需要通信聯網，需要顯示哪些數據及顯示的方式，電源突然停電及緊急情況的處理，安全電路的設計等。有時需要設置PLC之外的手動、機械和電氣的聯鎖裝置，以防止危險的操作。

15、 對于大型復雜的控制系統，需要考慮將系統分解為幾個獨立的部分，各部分分別用單獨的PLC或其他控制裝置來控制，并考慮它們之間的通信方式。 這一階段應確定哪些信號需要輸入給PLC，哪些負載由PLC驅動，分類統計出各輸入量和輸出量的性質，是數字量還是模擬量，是直流量還是交流量，以及電壓的等級等。并考慮需要設置什么樣的操作員接口，如是否需要設置人機界面，或用上位計算機作操作員接口。擴展知識2與硬件有關的設計 （1）確定系統輸入元件和輸出元件的型號規格。 （2）根據設備的操作任務和操作方式，確定操作面板所需的元件，如指示燈、數字顯示裝置、開關和按鈕等。有的系統可能需要智能的操作面板，如與S7-200配套

16、的TD200文本顯示器，或有圖形顯示功能和觸摸屏功能的操作員面板。 （3）確定PLC的輸入點和輸出點。列表統計PLC的輸入信號和輸出信號，在表中標明各信號的意義和類型，如信號是數字量還是模擬量，模擬信號的范圍等。 （4）確定PLC的型號和硬件設備。如確定CPU模塊的型號、擴展模塊的型號和塊數等。 （5）給各輸入、輸出量分配地址，梯形圖中物理地址與PLC的外部接線端子號是一致的。這一步為繪制硬件接線圖做好了準備，也為梯形圖的設計做好了準備。 （6）畫出PLC的外部硬件接線圖。給輸入量、輸出量分配好地址后，畫出PLC的外部硬件接線圖，以及其他電氣原理圖和接線圖。 （7）畫出操作站和控制柜面板的布置

17、圖和內部安裝圖。 （8）建立符號表。建立符號表后，可以在程序中顯示各絕對地址的符號名，有利于程序的設計和閱讀。擴展知識3設計梯形圖程序 首先應根據總體要求和控制系統的具體情況，確定用戶程序的基本結構，畫出程序流程圖或數字量控制系統的順序功能圖。它們是編程的主要依據，應盡可能地準確和詳細。 一般先對用戶程序作模擬調試，根據順序功能圖，用小開關和按鈕來模擬PLC實際的輸入信號。例如，用它們發出操作指令，或在適當的時候用它們來模擬實際的反饋信號，如限位開關觸點的接通和斷開。通過模塊上各輸出位對應的發光二極管，觀察各輸出信號的變化是否滿足設計的要求。 調試順序控制程序的主要任務是檢查程序的運行是否符合

18、順序功能圖的規定，即在某一轉換實現時，是否發生步的活動狀態的正確變化，該轉換所有的前級步是否變為不活動步，所有的后續步是否變為活動步，以及各步被驅動的負載是否發生相應的變化。4梯形圖程序的模擬調試擴展知識5現場調試 在調試時，應充分考慮各種可能的情況，對系統各種不同的工作方式、順序功能圖中的每一條支路、各種可能的進展路線，都應逐一檢查，不能遺漏。發現問題后，及時修改程序，直到在各種可能的情況下輸入信號與輸出信號之間的關系完全符合要求。如果程序中某些定時器或計數器的設定值過大，為了縮短調試時間，可以在調試時將它們減小，模擬調試結束后再寫入它們的實際設定值。 在設計和模擬調試程序的同時，可以設計、

19、制作控制臺或控制柜，PLC之外的其它硬件的安裝、接線工作也可以同時進行。 完成上述工作后，將PLC安裝在控制現場，接入實際的輸入信號和負載。在聯機總調試過程中，將系統暴露出傳感器、執行器和接線等硬件方面的問題，以及PLC的外部接線圖和梯形圖設計中的問題，盡可能在現場加以解決，直到完全符合要求。擴展知識6編寫技術文件 系統交付使用后，應根據調試的最終結果整理出完整的技術文件，并提供給用戶，以利于系統的維修和改進。技術文件應包括： （1）PLC的外部硬件接線圖和其他電氣圖樣。 （2）PLC的編程元件表，包括程序中使用的輸入位、輸出位、存儲器位、定時器、計數器和順序控制繼電器等的地址、名稱、功能，以

20、及定時器、計數器的設定值等。 （3）順序功能圖、帶注釋的梯形圖和必要的總體文字說明。擴展知識二、節省PLC輸入、輸出點數的方法1.減少所需輸入點數的方法 （1）分時分組輸入 自動程序和手動程序不會同時執行，自動和手動這兩種工作方式分別使用的輸入量可以分成兩組輸入。 下圖中的二極管用來切斷寄生電路。假設圖中沒有二極管，系統處于自動狀態，S1、S2、S3閉合，S4斷開，這時電流從L+ 端子流出，經S3、S1、S2 形成的寄生回路流入I0.1端子，使輸入位I0.1錯誤地變為ON。各開關串聯了二極管后，切斷了寄生回路，避免了錯誤輸入的產生。擴展知識 （2）輸入觸點的合并 如果某些外部輸入信號總是以某種

21、“與或非”組合的整體形式出現在梯形圖中，可以將它們對應的觸點在PLC外部串、并聯后作為一個整體輸入PLC，只占PLC的一個輸入點。 例如，某負載可在多處啟動和停止，可以將3個啟動信號并聯，將3個停止信號串聯，分別送給PLC的兩個輸入點，如下圖所示。與每一個啟動信號和停止信號占用一個輸入點的方法相比，不僅節約了輸入點，還簡化了梯形圖程序。擴展知識 （3）將信號設置在PLC之外 系統的某些輸入信號，如手動操作按鈕、保護動作后需手動復位的熱繼電器常閉觸點提供的信號，可以設置在PLC外部的硬件電路中，如下圖所示。某些手動按鈕需要串接一些安全聯鎖觸點，如果外部硬件聯鎖電路過于復雜，則應考慮仍將有關信號送

22、入PLC，用梯形圖實現聯鎖。擴展知識2.減少所需輸出點數的方法 （1）減少所需數字量輸出點數的方法 在PLC輸出功率允許的條件下，通、斷狀態完全相同的多個負載并聯后，可以共用一個輸出點。通過外部的或PLC控制的轉換開關的切換，一個輸出點可以控制兩個或多個不同時工作的負載。與外部元件的觸點配合，可以用一個輸出點控制兩個或多個有不同要求的負載。用一個輸出點控制指示燈常亮或閃爍，可以顯示兩種不同的信息。 在需要用指示燈顯示PLC驅動的負載（如接觸器線圈）狀態時，可以將指示燈與負載并聯，并聯時指示燈與負載的額定電壓應相同，總電流不應超過允許值。可選用電流小、工作可靠的指示燈（發光二極管LED）。 系統中某些相對獨立或比較簡單的部分，可以不進PLC，直接用繼電器電路來控制，這樣同時減少了所需的PLC的輸入點和輸出點。擴展知識 （2）減少數字顯示所需輸出點數的方法 如果直接用數字量輸出點來控制多位LED七段顯示器，所需的輸出點是很多的。 在如下圖所示的電路中，用具有鎖存、譯碼、驅動功能的芯片CD4513驅動共陰極LED七段顯示器，兩只CD4513的數據輸入端AD共用PLC的4個輸出端