基于S7-200装瓶流水线的PLC控制

学号**********
课程设计
（2011级本科）
题目：基于S7-200装瓶流水线的PLC控制
系（部）院：物理与机电工程学院
专业：电气工程及其自动化
作者姓名：马彦虎
指导教师：张静职称：副教授
完成日期：2014 年7 月 1 日
二○一四年七月
《电气控制与P LC 技术》课程设计任务书
目录
第1章 PLC的概述 (1)
1.1PLC的概念 (1)
1.2 PLC的组成 (1)
1.3 PLC的工作原理及其特点 (1)
1.4 PLC的应用 (2)
第2章装瓶流水线的PLC控制设计 (2)
2.1 设计目的 (2)
2.2 设计任务及要求 (2)
2.2.1 任务描述 (2)
2.2.2 控制任务和要求 (2)
第3章硬件选择及其设备 (3)
3.1PLC 选型 (3)
3.2 硬件设计 (4)
3.2.1 输入/输出点地址分配 (4)
3.2.2 装瓶流水线的PLC控制外部硬件连线图 (4)
第4章系统软件设计 (5)
4.1 PLC的编程语言 (5)
4.2 工作流程图 (5)
4.3 设计源程序 (6)
4.3.1梯形图程序 (6)
第5章程序的调试 (8)
5.1实物挂件使用STEP 7-MicroWIN仿真 (8)
5.1.1 自动控制 (9)
5.1.2手动控制 (9)
5.2调试过程 (9)
5.2.1STEP 7-MicroWIN程序状态监控 (9)
5.2.2 实验挂件实际操作效果 (11)
5.2.2.1 自动控制方式操作视频 (11)
5.2.2.2 手动控制方式操作视频 (12)
5.2.2.3 相关控制过程状态拍摄图片 (12)
设计总结 (15)
附录A 本设计相关文件下载地址 (16)
附录B 本设计图标目录 (17)
参考文献 (18)
参考文献 (18)
第1章PLC的概述
1.1PLC的概念
可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。

但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。

它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

1.2 PLC的组成
PLC的构成：PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。

PLC的硬件系统结构如图1所示：
图 1 PLC的硬件系统结构
1.3 PLC的工作原理及其特点
PLC的工作原理：PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。

然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

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。

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。

1.4 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：
◎中小型电气控制系统；
◎制造业自动化；
◎运动控制；
◎流程工业自动化。

第2章装瓶流水线的PLC控制设计
2.1 设计目的
1.设计出PLC控制的装瓶流水线系统；
2.掌握PLC 编程软件、移位寄存器、定时器等指令的编程方法；
3.培养学生逻辑思维能力、设计能力、分析问题与解决问题能力。

2.2 设计任务及要求
2.2.1 任务描述
有选瓶、装瓶、盖盖、帖签、传送、成品入库生产线操作工序，用A1~A10十盏灯来模拟；并有启动、停止、移位、复位按钮进行操作，如图2所示。

采用S7-200PLC 进行控制，实现手动，自动等四种以上的装瓶流水线工序控制。

2.2.2 控制任务和要求
(1)手动控制方式：装瓶流水线控制系统有10道操作工序，用指示灯来模拟。

即：A5、A1（传送、选瓶）→A6、A2（传送、装瓶）→A7、A3（传送、盖盖）→A8、A4（传
送、贴签）→A9、A10（传送、入库）→A5、A1（传送、选瓶）→A6、A2（传送、装瓶）→A7、A3（传送、盖盖）→A8、A4（传送、贴签）→A9、A10（传送、入库）。

启动、停止、移位为控制输入，控制系统的工作状态．按下启动按钮，手动移位完成一道操作工序，循环两次；按下复位按钮，系统回到第一道工序；按下停止按钮，系统停止工作。

(2)自动控制方式：装瓶流水线控制系统有10道操作工序，用指示灯来模拟。

即：A5、A1（传送、选瓶）→A6、A2（传送、装瓶）→A7、A3（传送、盖盖）→A8、A4（传送、贴签）→A9、A10（传送、入库）→A5、A1（传送、选瓶）→A6、A2（传送、装瓶）→A7、A3（传送、盖盖）→A8、A4（传送、贴签）→A9、A10（传送、入库）。

启动、停止、移位为控制输入，控制系统的工作状态；按下启动按钮，每5秒钟完成一道操作工序，循环两次；按下复位按钮，回到初始工序，重新开始运行；按下停止按钮，系统停止工作。

图 2 装瓶流水线结构示意图
第3章硬件选择及其设备
3.1PLC 选型
本设计采用西门子公司的S7-200系列整体式PLC实现装瓶流水线的自动控制。

由分析可以知道，系统共有开关量输入点5个、开关输出点10个；故CPU模块采用CPU224(AC/DC/继电器）模块。

CPU224简介：
集成14输入/10输出共24个数字量I/O 点。

可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。

13K字节程序和数据存储空间。

6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器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、独立的设备中如下图所示
图 3 S7-200 CPU外型图
图4展示了一个基本的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。

图 4 S7-200 Micro PLC 系统的组成
3.2 硬件设计
3.2.1 输入/输出点地址分配
3.2.2 装瓶流水线的PLC控制外部硬件连线图
装瓶流水线的I/O接线图如图5所示：
图 5 输入输出点地址分配和PLC外部接线
第4章系统软件设计
4.1 PLC的编程语言
PLC的编程语言一般有五种：顺序功能图(Sequential Function Chart)、梯形图(Ladder Diagram)、功能块图(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List)和结构文本(Structured Text)。

其中，顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能块图(FBD)是图形编程语言，指令表(IL)和结构文本(ST)是文字语言。

梯形图(LD)是目前使用最广泛的PLC图形编程语言，梯形图与继电器控制系统的电路图相似，比较易于掌握、程序表达清楚。

本系统PLC程序的编写采用梯形图语言。

4.2 工作流程图
图 6 工作流程图
4.3 设计源程序4.3.1梯形图程序
第5章程序的调试
5.1实物挂件使用STEP 7-MicroWIN仿真
实验台接线如下图
图7 实验台接线
5.1.1 自动控制
接好线路，按下自动启动按钮SB0,即I0.0闭合，灯L1和L5亮定时器开始定时5秒钟之后灯L2和L6亮，再5秒钟之后灯L3和L7亮，又5秒钟之后灯L4和L8亮，最后5秒钟之后灯L9和L10亮，整个过程循环两次。

按下复位按钮SB2,即I0.2闭合灯L1和L5L亮，即回到了第一道工序。

按下停止按钮SB4,即I0.4闭合所有灯灭，即系统停止工作。

5.1.2手动控制
按下手动启动按钮SB3和移位按钮SB1,即I0.3和I0.1闭合，灯L1和L5亮，再按下按钮SB1,灯L2和L6亮，同理顺次再按下SB1按钮3次完成整个手动控制操作工序。

按下复位按钮SB2,即I0.2闭合灯L1和L5L亮，即回到了第一道工序。

按下停止按钮SB4,即I0.4闭合所有灯灭，即系统停止工作。

调试成功，证明所设计的程序是正确的。

5.2调试过程
5.2.1STEP 7-MicroWIN程序状态监控
开始程序状态监控后，将相关调试过程进行截屏，附于下：
图8 实验调试截图1
图9实验调试截图2
图10 实验调试截图3
5.2.2 实验挂件实际操作效果
将PC与PLC通过电缆连接，将源程序下载到PLC中运行，可以获得相关工业模拟控制的运行
效果。

通过整理将现场拍摄的图片、视频文件也附于下：
5.2.2.1 自动控制方式操作视频
5.2.2.2 手动控制方式操作视频
5.2.2.3 相关控制过程状态拍摄图片
图11 状态1 ——A5、A1（传送、选瓶）
图12 状态2——A6、A2（传送、装瓶）
图13 状态3——A7、A3（传送、盖盖）
图14 状态4——A8、A4（传送、贴签）
图15 状态5——A9、A10（传送、入库）
设计总结
通过本次课程设计，对PLC的特点有了更深的理解。

利用PLC的特点，对按钮，开关等输入、输出进行控制，实现了自动化控制。

本程序运用了左移指令，更加简化了设计的步骤，方便了程序的运行。

通过模拟软件，实现了装瓶流水线的手动控制和自动控制两种控制方式。

在实际过程中，通过装瓶流水线的PLC控制实现了该控制系统能够达到生产所提出的速度和效率要求。

并且该控制系统扩展性和通用性良好。

此外，在本次课程设计的仿真环节中，我更深刻地理解和掌握了软件的使用。

发现该程序有缺点和不足，例如：该程序的步骤过长，没有简化设计步骤。

这使我明白在以后的学习过程中应该更加努力地学习。

经过方案设计，比较，论证，探讨等步骤。

经过不懈的努力和反复的验证，终于成功地完成了本次课程设计。

通过本次设计我学到了很多，实践出真知。

在做的过程中也碰到很多不懂得地方，但是通过请教同学，都能够得到解决！总之，感觉学习真的功夫在平时，不能总是临时抱佛脚，平时认真学了，肯定学的更扎实更深刻！而且在学习的过程中，要多请教同学，互相讨论，能够很好的促进学习提高学习效率！
在课程设计中碰到了很多的问题，通过查阅相关书籍、资料，通过自己钻研，特别是得到了张静副教授的谆谆教诲、悉心指导才得以解决。

老师给予了我很大的帮助，不仅给了我思路上的开阔，还让我认识到了自己对以前所学知识的不足方面。

在本次设计中，指导教师给予了细心的指导，在此我再次表示衷心的感谢。

附录A 本设计相关文件下载地址
通过整理汇总，提供本设计相关文件的下载地址：
/file-514872.html装瓶流水线PLC控制.mwp
/file-513361.html工作流程图.png
/file-513362.html实验台接线.jpg
/file-513363.html实验调试截图1.png
/file-513364.html实验调试截图2.png
/file-513365.html实验调试截图3.png
/file-513366.html输入输出点地址分配和PLC外部接线.vsd /file-513367.html网络1.png
/file-513368.html网络2.png
/file-513369.html网络3.png
/file-513370.html网络4.png
/file-514870.html网络5.png
/file-514871.html网络6.png
/file-513373.html网络7.png
/file-513374.html网络8.png
/file-513375.html网络9.png
/file-513376.html网络10.png
/file-513377.html网络11.png
/file-513378.html网络12.png
/file-513379.html网络13.png
/file-513380.html网络14.png
/file-513381.html网络15.png
/file-513382.html网络16.png
/file-513384.html装瓶流水线结构示意图.png
/file-513385.html状态1_——A5、A1_传送、选瓶_.jpg /file-513386.html状态2——A6、A2_传送、装瓶_.jpg /file-513387.html状态3——A7、A3_传送、盖盖_.jpg /file-513388.html状态4——A8、A4_传送、贴签_.jpg /file-513389.html状态5——A9、A10_传送、入库_.jpg
附录B 本设计图标目录
图 1 PLC的硬件系统结构 (1)
图 2 装瓶流水线结构示意图 (3)
图 3 S7-200 CPU外型图 (4)
图 4 S7-200 Micro PLC 系统的组成 (4)
图 5 输入输出点地址分配和PLC外部接线 (5)
图 6 工作流程图 (5)
图7 实验台接线 (9)
图8 实验调试截图1 (10)
图9实验调试截图2 (10)
图10 实验调试截图3 (11)
图11 状态1 ——A5、A1（传送、选瓶） (12)
图12 状态2——A6、A2（传送、装瓶） (13)
图13 状态3——A7、A3（传送、盖盖） (13)
图14 状态4——A8、A4（传送、贴签） (13)
图15 状态5——A9、A10（传送、入库） (14)
参考文献
[1] 张晓锋，张静.电气控制与可编程控制技术及应用.北京：国防工业出版社，2010.
[2] 宋伯生.PLC编程控制指南.北京：机械工业出版社，2007.
[3] 史国生.电气控制与可编程控制技术.北京：化学工业出版社，2004.
[4] 张万忠.可编程控制器入门与应用实例（西门子S7-200系列).北京：清华大学出版社，2007.
[5] 王鑫.PLC机电控制系统应用设计技术.北京：电子工业出版社，2010.
[6] 赵化启，王越男，于贵文.电气控制与可编程控制器.北京：电子工业出版社，2009.
[7] 王阿根.电气可编程控制原理与应用.北京：清华大学出版社，2007.
[8] 何文雪.刘华波.吴贺荣.LIC编程与应用.北京：机械工业出版社，2010.
18
电气控制与PLC课程设计成绩评定表。