1.4 案例1 電動機(jī)點(diǎn)動運(yùn)行的PLC控制

1.4.1 目的

1）掌握觸點(diǎn)指令和線圈輸出指令的應(yīng)用。

2）掌握S7-1200 PLC輸入/輸出接線方法。

3）掌握TIA博途編程軟件的簡單使用。

4）掌握S7-1200 PLC項(xiàng)目的下載方法。

5）掌握PLC的控制過程。

1.4.2 任務(wù)

使用S7-1200 PLC實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的點(diǎn)動運(yùn)行控制。

1.4.3 步驟

1.I/O分配

在PLC控制系統(tǒng)中，較為重要的是確定PLC的輸入和輸出元器件。對于初學(xué)者來說，經(jīng)常搞不清哪些元器件應(yīng)該作為PLC的輸入，哪些元器件應(yīng)該作為PLC的輸出。其實(shí)很簡單，只要記住一個(gè)原則即可：發(fā)出指令的元器件作為PLC的輸入，如按鈕、開關(guān)等；執(zhí)行動作的元器件作為PLC的輸出，如接觸器、電磁閥、指示燈等。

根據(jù)本案例的任務(wù)要求，按下按鈕SB時(shí)，交流接觸器KM線圈得電，電動機(jī)直接起動并運(yùn)行；松開按鈕SB時(shí)，交流接觸器KM線圈失電，電動機(jī)則停止運(yùn)行。可以看出，發(fā)出指令的元器件是按鈕，則SB作為PLC的輸入元器件；通過交流接觸器KM的線圈得失電，其主觸點(diǎn)閉合與斷開，使得電動機(jī)運(yùn)行或停止，則執(zhí)行元器件為交流接觸器KM，即交流接觸器KM應(yīng)作為PLC的輸出元件。根據(jù)上述分析，進(jìn)給電動機(jī)的PLC控制I/O分配如表1-3所示。

2.主電路及I/O接線圖

根據(jù)控制要求，電動機(jī)應(yīng)為直接起動，其主電路如圖1-21所示。根據(jù)控制要求和表1-3繪制出電動機(jī)點(diǎn)動運(yùn)行PLC控制的I/O接線圖如圖1-22所示。

如不特殊說明，本書均采用CPU 1214C（AC/DC/RLY，交流電源/直流輸入/繼電器輸出）型西門子S7-1200 PLC。

3.硬件連接

（1）主電路連接

首先，使用導(dǎo)線將三相斷路器QF1的出線端與熔斷器FU1的進(jìn)線端對應(yīng)相連接；其次，使用導(dǎo)線將熔斷器FU1的出線端與交流接觸器KM主觸點(diǎn)的進(jìn)線端對應(yīng)相連接；最后，使用導(dǎo)線將交流接觸器KM主觸點(diǎn)的出線端與電動機(jī)M的電源輸入端對應(yīng)相連接，電動機(jī)連接成星形或三角形，取決于所選用電動機(jī)銘牌上的連接標(biāo)注。

（2）控制電路連接

在連接控制電路之前，必須斷開S7-1200 PLC的電源。

首先，進(jìn)行PLC輸入端的外部連接：使用導(dǎo)線將PLC本身自帶的DC 24V負(fù)極性端子M與其相鄰的接線端子1M（PLC輸入信號的內(nèi)部公共端）相連接，將DC 24V正極性端子L+與按鈕SB的進(jìn)線端相連接，將按鈕SB的出線端與PLC輸入端I0.0相連接；

其次，進(jìn)行PLC輸出端的外部電路連接：使用導(dǎo)線將交流電源220V的相線（俗稱火線）端L經(jīng)熔斷器FU3后接至PLC輸出點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端1L，將交流電源220V的中性線（俗稱零線）端N接到交流接觸器KM線圈的出線端，將交流接觸器KM線圈的進(jìn)線端接與PLC輸出端Q0.0相連接。

4.創(chuàng)建工程項(xiàng)目

（1）創(chuàng)建項(xiàng)目

雙擊桌面上的圖標(biāo)，打開TIA博途編程軟件，在項(xiàng)目啟動窗口中單擊“創(chuàng)建新項(xiàng)目”選項(xiàng)，然后在右側(cè)的“創(chuàng)建新項(xiàng)目”窗口中輸入項(xiàng)目名稱“M_Diandong”，選擇項(xiàng)目保存路徑，然后單擊“創(chuàng)建”按鈕，創(chuàng)建項(xiàng)目完成。

（2）硬件組態(tài)

選擇“設(shè)備組態(tài)”選項(xiàng)，在打開的窗口右側(cè)單擊“添加新設(shè)備”，在“控制器”中選擇CPU 1214C AC/DC/RLY V4.2版本（必須選擇與硬件一致的CPU型號及版本號），雙擊選中的CPU型號或單擊右下角的“添加”按鈕，添加新設(shè)備成功，并彈出項(xiàng)目的編輯窗口。

（3）編寫程序

單擊項(xiàng)目視圖中項(xiàng)目樹下的“程序塊”，打開“程序塊”文件夾，雙擊主程序塊Main[OB1]，在項(xiàng)目樹的右側(cè)，即編程窗口中顯示程序編輯器窗口。打開程序編輯器時(shí)，自動選擇程序段1，如圖1-23a所示。

單擊程序編輯器窗口中工具欄上的常開觸點(diǎn)按鈕，（或打開右側(cè)“指令”任務(wù)卡中基本指令列表“位邏輯運(yùn)算”文件夾后，雙擊文件夾中的常開觸點(diǎn)行），在程序行的最左邊會出現(xiàn)一個(gè)常開觸點(diǎn)，觸點(diǎn)上面紅色的問號表示地址未賦值，同時(shí)在“程序段1”的左邊出現(xiàn)叉符號，表示此程序段正在編輯中，或有錯(cuò)誤，如圖1-23b所示。

繼續(xù)單擊程序編輯器工具欄上的常開觸點(diǎn)按鈕（或打開指令樹中基本指令列表“位邏輯運(yùn)算”文件夾后，雙擊文件夾中的線圈行），在梯形圖的最右端會出現(xiàn)一個(gè)線圈，如圖1-23c所示。單擊或雙擊常開觸點(diǎn)上方處，輸入常開觸點(diǎn)的地址I0.0（不區(qū)分大小寫），輸入完成后連續(xù)按兩次鍵盤上的〈Enter〉鍵，光標(biāo)自動移至下一個(gè)需要輸入地址處，再輸入線圈的地址Q0.0，如圖1-23d所示。每生成一個(gè)觸點(diǎn)或線圈時(shí)，也可在它們的上方立即添加相應(yīng)的地址。程序段編輯正確后，程序段左邊的叉符號自動消失。

程序編寫后，需要對其進(jìn)行編譯。單擊程序編輯器工具欄上的“編譯”按鈕，對項(xiàng)目進(jìn)行編譯。如果程序錯(cuò)誤，則編譯后在編輯器下面的巡視窗口中將會顯示錯(cuò)誤的具體信息。必須改正程序中所有的錯(cuò)誤才能下載。如果沒有編譯程序，在下載之前TIA博途編程軟件將會自動對程序進(jìn)行編譯。

用戶編寫或修改程序時(shí)，應(yīng)對其保存，即使程序塊沒有輸入完整，或者有錯(cuò)誤，也可以保存項(xiàng)目，只要單擊項(xiàng)目視圖中工具欄上的“保存項(xiàng)目”按鈕便可。

5.通信設(shè)置和項(xiàng)目下載

CPU通過以太網(wǎng)與運(yùn)行TIA博途軟件的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。計(jì)算機(jī)直接連接單臺CPU時(shí)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)電纜，也可以使用交叉以太網(wǎng)電纜。一對一的通信不需要交換機(jī)，兩臺以上的設(shè)備通信則需要交換機(jī)。下載項(xiàng)目之前得先對CPU和計(jì)算機(jī)進(jìn)行正確的通信設(shè)置，方可保證成功下載（TIA Portal V16軟件可以不用設(shè)置計(jì)算機(jī)的IP地址，但首次下載過程比較慢，建議將計(jì)算機(jī)和PLC的IP地址修改在同一網(wǎng)段內(nèi)）。

選中項(xiàng)目樹中的設(shè)備名稱“PLC_1”，單擊項(xiàng)目視圖中工具欄上的“下載”按鈕，（或在項(xiàng)目視圖中執(zhí)行菜單命令“在線”→“下載到設(shè)備”）打開“擴(kuò)展的下載到設(shè)備”對話框，如圖1-24所示。將“PG/PC接口的類型”選擇為“PN/IE”，如果計(jì)算機(jī)上有不止一塊以太網(wǎng)卡（如筆記本式計(jì)算機(jī)一般有一塊有線網(wǎng)卡和一塊無線網(wǎng)卡），將“PG/PC接口”選擇為實(shí)際使用的網(wǎng)卡。

選中“顯示所有兼容的設(shè)備”復(fù)選框，單擊“開始搜索”按鈕，經(jīng)過一段時(shí)間后，在下面的“目標(biāo)子網(wǎng)中的兼容設(shè)備”列表中，將會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的S7-1200 CPU以及它的以太網(wǎng)地址，計(jì)算機(jī)與PLC之間的連線由斷開變?yōu)榻油āPU所在方框的背景色填充為橙色，表示CPU進(jìn)入在線狀態(tài)，此時(shí)“下載”按鈕變?yōu)榱辽从行顟B(tài)。在圖1-24所示擴(kuò)展的下載對話框中，如果同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上有多個(gè)CPU，為了確認(rèn)設(shè)備列表中的CPU與硬件設(shè)備中哪個(gè)CPU相對應(yīng)，可選中列表中的某個(gè)CPU，勾選左邊的CPU圖標(biāo)下面的“閃爍LED”復(fù)選框，對應(yīng)的硬件設(shè)備CPU上的3個(gè)運(yùn)行狀態(tài)指示燈將會閃爍，若取消勾選“閃爍LED”復(fù)選框，3個(gè)運(yùn)行狀態(tài)指示燈停止閃爍。

選中列表中的S7-1200，單擊右下角“下載”按鈕，編程軟件首先對項(xiàng)目進(jìn)行編譯，并進(jìn)行裝載前檢查（見圖1-25），如果出現(xiàn)檢查有問題，可單擊“無動作”后的倒三角按鈕，選擇“全部停止”，此時(shí)“下載”按鈕會再次變亮，排除問題后，再次單擊“下載”按鈕，系統(tǒng)開始裝載組態(tài)，完成組態(tài)后，單擊“完成”按鈕，即下載完成。

單擊項(xiàng)目視圖工具欄上的“啟動CPU”圖標(biāo)，將PLC切換到RUN模式，RUN/STOP LED變?yōu)榫G色。

打開以太網(wǎng)接口上面的蓋板，通信正常時(shí)Link LED（綠色）亮，Rx/Tx LED（黃色）周期性閃動。

6.調(diào)試程序

本案例項(xiàng)目下載完成后，先斷開主電路電源，按下按鈕SB，使其常開觸點(diǎn)接通，觀察交流接觸器KM線圈是否得電。再松開SB，使其常開觸點(diǎn)斷開，觀察交流接觸器KM線圈是否失電。若上述現(xiàn)象與控制要求一致，則程序編寫正確，且PLC的外部線路連接正確。

在程序及控制線路均正確無誤后，合上主電路的斷路器QF1，再按上述方法進(jìn)行調(diào)試，如果電動機(jī)起停正常，則說明本案例控制任務(wù)實(shí)現(xiàn)。

上述通過按鈕的控制過程分析如下：

如圖1-26所示（將PLC的輸入電路等效為一個(gè)輸入繼電器線路），合上斷路器QF1→按下按鈕SB→輸入繼電器線圈I0.0得電→其常開觸點(diǎn)閉合→線圈Q0.0中有信號流流過→輸出繼電器線圈Q0.0得電→其常開觸點(diǎn)閉合→接觸器線圈KM得電→其常開主觸點(diǎn)閉合→電動機(jī)起動并運(yùn)行。

松開按鈕SB→輸入繼電器線圈I0.0失電→其常開觸點(diǎn)復(fù)位斷開→線圈Q0.0中沒有信號流流過→輸出繼電器線圈Q0.0失電→其常開觸點(diǎn)復(fù)位斷開→接觸器線圈KM失電→其常開主觸點(diǎn)復(fù)位斷開→電動機(jī)停止運(yùn)行。

1.4.4 訓(xùn)練

1）訓(xùn)練1：使用外部直流24V電源作為PLC的輸入信號電源實(shí)現(xiàn)本案例。

2）訓(xùn)練2：用一個(gè)開關(guān)控制一盞直流24V指示燈的亮滅。

3）訓(xùn)練3：雙按鈕實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的點(diǎn)動運(yùn)行控制（按下任意一個(gè)按鈕或同時(shí)按下兩個(gè)按鈕后電動機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動控制）。