項目導入傳統的繼電器-接觸器控制系統安裝、調試都比較復雜，容易出錯，且不易進行故障檢查。另外改型換代費事，需要重新設計電路。隨著技術的發展，有沒有一種比較好的方法能夠克服上述缺點？項目八：電動機單向運轉PLC控制系統設計口罩生產線項目預期學習目標

知識目標：PLC的結構與工作原理；S7-1200PLC軟硬件認知。

技能目標：能夠根據電動機單向運行PLC控制原理圖正確安裝PLC控制系統硬件電路，并理解其工作原理；能夠使用博途軟件編寫PLC梯形圖程序，并進行仿真調試與在線調試。

素質目標：養成良好的職業素養，具備工匠精神。任務一PLC認知任務二S7-1200PLC認知任務三電機單向運轉PLC控制設計項目任務總覽任務四項目所用PLC指令認知任務五PLC控制工作原理分析任務六項目拓展繼電器控制PLC控制項目導入電動機單向運轉PLC控制用PLC實現電動機點動與長動控制任務一PLC認知弄清楚以下幾個問題：一、什么是PLC？二、PLC是怎么來的？三、PLC能夠用在什么地方？四、PLC有哪些特點？五、PLC由哪些部分組成？六、主流的PLC有哪些？七、PLC有哪些編程語言？任務一PLC認知一、什么是PLC？PLC是一種應用于工業環境的計算機控制設備，它是英文名字ProgrammableLogicController的縮寫，中文名字為可編程控制器。

1987年，國際電工委員會(IEC)的定義：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲和執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作命令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。

可編程控制器是在電器控制技術和計算機技術的基礎上開發出來的，并逐漸發展成為以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通訊技術融為一體的新型工業控制裝置。可編程控制器（PLC）的定義二、PLC的由來

傳統繼電器-接觸器控制系統的優缺點及適用范圍：1.優點：控制方法簡單，成本低。2.缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應性差，當生產工藝發生變化時，需要重新設計、安裝，造成時間和資金的浪費。3.適用范圍：適用于固定動作要求的控制設備，不適合較復雜和控制要求經常改變的設備。1）編程簡單、現場可修改程序；2）維護方便、采用插件式結構；3）可靠性高于繼電器控制系統；4）體積小于繼電器控制系統；5）數據可以直接送入計算機；6）成本可與繼電器系統競爭；7）輸入可為市電（交流115V，2A以上）；8）輸出可為市電，能直接驅動電磁閥、交流接觸器等；9）通用性強、易于擴展；10）用戶存儲器大于4K。1968年美國通用汽車公司提出的替代繼電器控制系統的新型控制器的十項指標：1969年，美國數字設備公司（DEC），根據GM公司的要求，首先研制成功第一臺可編程序控制器，并應用在通用汽車的生產線上，取得成功，從而開創了工業控制的新局面。從此這一技術在工業領域迅速發展起來。自1969年第一臺PLC面世以來，PLC已成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業控制器，與機器人、CAD/CAM技術并稱為工業生產自動化的三大支柱。三、PLC的主要用途（應用領域）（1）用于開關量邏輯控制；（2）用于運動控制；（3）用于閉環過程控制；（4）用于數據處理；（5）用于通信與聯網。四、PLC的特點（1）可靠性高、抗干擾能力強；（2）功能完善，適用性強；（3）編程簡單，易學易用；（4）設計安裝簡單，使用維護方便；（5）體積小、重量輕、功耗低。五、PLC的結構組成PLC硬件由CPU、存儲器、輸入/輸出單元（I/O接口）、編程器及電源等部分組成。?PLC常用的處理器類型主要包括通用微處理器（8086）、單片微處理器（即單片機）(C51)和位片式微處理器(AMD2900)?。CPU：從存儲器中讀取指令；執行指令；準備取下一條指令；處理中斷。存儲器：ROM—存放系統程序、檢查程序、翻譯程序、監控程序。RAM—存放用戶程序、邏輯變量、供內部程序使用的工作單元。電源部件：采用開關式穩壓電源供電。輸入部分：由光電耦合電路和微電腦輸入接口電路組成。輸出部分：由輸出接口電路和功率放大電路組成。PLC各部分功能介紹：PLC的輸入/輸出接口輸入輸出接口是PLC和工業現場輸入輸出設備連接的部分，其中輸入部分接按鈕、行程開關、傳感器等，輸出接口接接觸器線圈、電磁閥、指示燈等。

CPU

模塊

輸出模塊輸入模塊可編程控制器~接觸器電磁閥指示燈電源按鈕選擇開關限位開關電源編程裝置輸入接口輸出接口繼電器輸出晶體管輸出晶閘管輸出PLC輸出類型優點缺點繼電器輸出(交流/直流)交流及直流負載都可以驅動；負載額定電流大（可達2A/點）動作頻率不能太高，同時繼電器是有壽命的，一般100萬次晶體管輸出(直流)動作頻率可以達到幾百KHz，無觸點，因此不存在機械壽命的說法（老化）只能接直流負載（一般DC30V以下），電流比較小（0.2A/點）晶閘管輸出(交流)動作頻率比較高，壽命長只能接交流的負載，但負載的額定電流也比較小(0.5A/點)PLC的三種輸出類型比較六、主流PLC的品牌與型號世界上PLC產品可按地域分成三大流派：美國產品、歐洲產品、日本產品。?美國PLC產品

美國是PLC生產大國，有100多家PLC廠商，著名的有AB公司（羅克韋爾）、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州儀器（TI）公司、西屋公司等。

?歐州PLC產品

德國的西門子（SIEMENS）公司，法國的TE公司。德國的西門子的電子產品以性能精良而久負盛名。西門子PLC主要產品是S5、S7系列。

?日本PLC產品

日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型PLC市場上，日本產品約占有70％的份額。

?國產的PLC產品臺灣的有：永宏、臺達、盟立、安控、士林、豐煒、智國、臺安等。

大陸的有：北京和利時、無錫信捷、深圳匯川、浙大中控、南大傲拓、黃石科威、上海正航、蘭州全志、南京冠德、中山智達、洛陽易達、廈門海為等。（1）西門子PLC：S7-200、S7-300、S7-1200、S7-1500系列；（2）三菱PLC：FX1N、FX2N、FX3N系列；（3）臺達PLC：DVP-EH3、DVP-ES2/EX2/ES2-C系列；（4）松下PLC：FP0、FP1、FP2系列。當前流行的PLC總結：PLC四大品牌：西門子，施耐德，AB（羅克韋爾），GE。中國PLC市場主要廠商為Siemens、Mitsubishi、Omron、Rockwell、Schneider、Ge-fanuc等國際大公司，歐美公司在大、中型plc領域占有絕對優勢，日本公司在小型plc領域占據十分重要的位置。七、PLC的編程語言PLC常用的編程語言有梯形圖(LAD)、指令表(IL)、功能塊圖(FBD)、結構文本(ST)、順序功能圖(SFC)等。S7-1200屬于新一代小型PLC，其主機單元上集成了微處理器、電源、Profinet通信端口以及一定數量的輸入/輸出（I/O）點，自身即可組成一個小的控制系統。如果需其他控制功能（如串口通信、模擬量輸入輸出處理等），僅需外擴相應的模塊即可.校內實驗室所用的PLCS7-1200CPU1214CDC/DC/DCPLC&CPU1215CAC/DC/RLYPLC任務二S7-1200

PLC認知校內實驗室所用的S7-1500CPU1516-3PN/DPPLCS7-1200CPU目前有五種型號的CPU模塊：CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C以及CPU1217C。主要技術參數S7-1200系列PLC型號說明：CPU1211C：6輸入/4輸出，共10點；CPU1212C：8輸入/6輸出，共14點；CPU1214C：14輸入/10輸出，共24點；2AI；CPU1215C：14輸入/10輸出，共24點；2AI/2AO；CPU1217C：14輸入/10輸出，共24點；2AI/2AO；CPU指S7-1200基本模塊（主機）的型號，擴展模塊用SB、SM、CM等表示，如SB1221、SM1221、CM1241等。注：SM信號模塊、SB信號板、CM通信模塊版本電源電壓DI輸入電壓DO輸出電壓DO輸出電流DC/DC/DCDC24VDC24VDC24V0.5A,MOSFETDC/DC/RelayDC24VDC24VDC5

30VAC5

250V2A,DC30W/AC200WAC/DC/RelayAC85

264VDC24VDC5

30VAC5

250V2A,DC30W/AC200WS7-1200CPU的3種電源類型CPU1214CDC/DC/DC型號：第一個“DC”表示該款型號PLC的供電電源為直流24V，第二個“DC”表示PLC的輸入接口電路為直流24V，第三個“DC”表示PLC的數字量輸出類型為晶體管型。CPU1215CAC/DC/RLY型號：第一個“AC”表示該款型號PLC的供電電源為交流220V，第二個“DC”表示PLC的輸入接口電路為直流24V，而“RLY”表示數字量的輸出類型為繼電器型。CPU1214CAC/DC/Relay的外部接線圖CPU1214CDC/DC/DC的外部接線圖CPU1214CDC/DC/Relay的外部接線圖S7-1200的擴展模塊：信號板（SB）、信號模塊（SM）、通訊模塊（CM）

分組認知實踐任務：根據S7-1200PLC的實物圖片，通過查閱課本或網上資料，了解PLC上各符號所代表的含義，如CPU1215CAC/DC/RLY、DIAG、RUN/STOP、ERROR、MAINT、DIa、DQa、AI、AO、L+、M、1M、PROFINET等。S7-1200PLC的編程語言S7-1200PLC編程語言有梯形圖LAD、功能塊圖FBD、結構化控制語言SCL（基于PASCAL）等。IF("I0.0"OR"Q0.0")AND(NOT"I0.1")THEN//StatementsectionIF"Q0.0":=1;ELSE"Q0.0":=0;END_IF;梯形圖：梯形圖是在原繼電器—接觸器控制系統的繼電器梯形圖基礎上演變而來的一種圖形語言。它是目前用得最多的PLC編程語言。課堂小測試未完待續！項目導入電動機單向運轉的PLC控制電路是如何設計的？電動機單向運轉的PLC控制電路是如何工作的？在電動機單向運轉PLC控制電路的基礎上，如何采用PLC來實現電動機點動和長動混合控制？項目八：電動機單向運轉PLC控制系統設計上節課內容回歸—弄清楚以下幾個問題：一、什么是PLC？二、PLC是怎么來的？三、PLC能夠用在什么地方？四、PLC有哪些特點？五、PLC由哪些部分組成？六、主流的PLC有哪些？七、PLC有哪些編程語言？八、S7-1200PLC有哪些類型與編程語言？傳統的繼電器控制原理圖任務三電動機單向運行PLC控制系統設計確定與分配輸入輸出信號繪制輸入輸出接線圖編寫PLC梯形圖與模擬仿真安裝接線與調試41231、設計流程（1）確定與分配輸入輸出信號輸入輸出元器件代號元器件功能輸入繼電器元器件代號元器件功能輸出繼電器SB1起動按鈕I0.0KM控制電機起停Q0.0SB2停止按鈕I0.1KML1L3L2FU1KMQSSB1FU2KMM3～FRFRSB2（2）繪制輸入輸出接線圖（PLC控制原理圖）CPU1211CAC/DC/RLY型號PLC控制原理圖（2）繪制輸入輸出接線圖（PLC控制原理圖）CPU1211CDC/DC/DC型號PLC控制原理圖（3）PLC梯形圖設計TIAPortalV17軟件應用（4）PLC梯形圖編程與仿真TIAPortalV17軟件使用介紹TIA(TotallyIntegratedAutomation，全集成自動化)Portal（博圖）是西門子公司開發的高集成度工程組態系統，包括STEP7Basic與WinCCBasic。它提供了直觀易用的編輯器，用于對S7-1200、1500和精簡系列面板進行高效組態。TIA提供了兩種編程語言(LAD和FBD)。S7-PLCSIMV17程序仿真（5）PLC控制系統安裝與調試程序下載實時工業以太網是現場總線發展的趨勢，Profinet是基于工業以太網的現場總線，是開放式的工業以太網標準，它使工業以太網的應用擴展到了控制網絡最底層的現場設備。S7-1200與編程計算機可通過Profinet或CM1241（RS485）點對點連接通信，進行程序下載與上傳。運行調試1.位邏輯指令

表8-4

基本邏輯指令主要包括觸點和線圈指令、位操作指令和位檢測指令等17種。任務四項目所用PLC指令認知1.位邏輯指令

表8-4

基本邏輯指令任務四項目所用PLC指令介紹本項目所用指令說明

1.觸點指令和線圈指令

觸點指令有常開和常閉觸點，線圈指令包括輸出線圈、取反線圈等，這些是構成邏輯的基本元件和要素。2.置位和復位指令

置位（Set）和復位（Reset）指令的LAD形式及功能。

表4-2

置位和復位指令的功能表6061I0.0閉合后，Q0.0線圈被置位為1（始終得電）；I0.1閉合后，Q0.0線圈被復位為0（始終失電）。I0.0和I0.1同時閉合后，M2.0、M2.1及M2.2三個線圈（M2.0開始的3個位）同時被置位為1，線圈保持得電狀態；I0.0和I0.2同時閉合后，M2.0、M2.1及M2.2三個線圈同時被復位為0，線圈保持失電狀態。623.觸發器指令SR觸發器和RS觸發器指令的LAD形式及功能如表所示。

表4-3

SR觸發器和RS觸發器指令的功能表

63SR復位優先觸發器RS置位優先觸發器SR1輸出位RS1輸出位00保持前一狀態00保持前一狀態010100101011110111SR觸發器、RS觸發器的真值表：分別用觸點線圈指令、置位復位指令、觸發器指令等幾種編程方法編寫電動機單向運轉PLC控制梯形圖，并進行仿真調試。方法一：觸點線圈指令其它方法自行思考任務五PLC控制系統工作原理分析為什么起動按鈕按下后，電動機會起動？為什么停止按鈕要接常開觸點？能不能接常閉觸點？1.S7-1200PLC的數據存儲地址及尋址方式◆輸入過程映像區（Ｉ）◆輸出過程映像區（Q）◆位存儲區（M）◆臨時數據存儲區（L）◆數據塊存儲區（DB）一、S7-1200PLC的編程元件及其功能2.S7-1200PLC各編程軟元件的含義及其作用（1）輸入映像存儲區（Ｉ）用于存放PLC輸入信號的狀態值（2）輸出映像存儲區（Q）用于存放程序的運算結果，驅動外部設備（3）位存儲區（M）用于存放程序運行時所需要的大量中間變量和臨時數據，與中間繼電器功能相似。（4）臨時數據存儲區（L）用于存放FC或FB執行時所需的臨時變量。（5）數據塊存儲區（DB）用于存放用戶的各種數據。

相當于一個宿舍的房間號編排方式。存儲器地址的表示有位、字節、字、雙字等格式。（1）位尋址：Ax.y

。這里的A是存儲器區域標識符、x是字節地址號、y是位號。存儲器區域識符類似于樓號，x類似于樓層號，y類似于房號。3.S7-1200的編址方式I4.5（2）字節尋址：8位二進制數組成1個字節(Byte):MW100（3）字尋址：2個8位字節組成1個字(Word):MD100（4）雙字尋址：2個16位字組成1個雙字(DWord):MB100701.了解PLC的工作過程二、PLC控制系統的工作原理

PLC采用循環掃描的工作方式。CPU從第一條指令開始按指令步序號作周期性的循環掃描，如果無跳轉指令,則從第一條指令開始逐條順序執行用戶程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，周而復始不斷循環，每一個循環稱為一個掃描周期。一個掃描周期大約幾十毫秒。（1）讀取I0.0、I0.1狀態（2）執行程序：（3）輸出Q0.0狀態

一個掃描周期主要分為三個階段：輸入采樣階段、程序執行階段、輸出刷新階段。

輸入刷新

程序執行輸出刷新一個掃描周期輸入刷新用戶輸出設備輸入端子輸入鎖存器輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出鎖存器輸出端子程序執行用戶輸入設備寫讀讀等