1.4 案例1 電動機點動運行的PLC控制

1.4.1 目的

1）掌握觸點指令和線圈輸出指令的應用。

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項目的下載方法。

5）掌握PLC的控制過程。

1.4.2 任務

使用S7-1200 PLC實現電動機的點動運行控制。

1.4.3 步驟

1.I/O分配

在PLC控制系統中，較為重要的是確定PLC的輸入和輸出元器件。對于初學者來說，經常搞不清哪些元器件應該作為PLC的輸入，哪些元器件應該作為PLC的輸出。其實很簡單，只要記住一個原則即可：發出指令的元器件作為PLC的輸入，如按鈕、開關等；執行動作的元器件作為PLC的輸出，如接觸器、電磁閥、指示燈等。

根據本案例的任務要求，按下按鈕SB時，交流接觸器KM線圈得電，電動機直接起動并運行；松開按鈕SB時，交流接觸器KM線圈失電，電動機則停止運行。可以看出，發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，其主觸點閉合與斷開，使得電動機運行或停止，則執行元器件為交流接觸器KM，即交流接觸器KM應作為PLC的輸出元件。根據上述分析，進給電動機的PLC控制I/O分配如表1-3所示。

2.主電路及I/O接線圖

根據控制要求，電動機應為直接起動，其主電路如圖1-21所示。根據控制要求和表1-3繪制出電動機點動運行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，使用導線將三相斷路器QF1的出線端與熔斷器FU1的進線端對應相連接；其次，使用導線將熔斷器FU1的出線端與交流接觸器KM主觸點的進線端對應相連接；最后，使用導線將交流接觸器KM主觸點的出線端與電動機M的電源輸入端對應相連接，電動機連接成星形或三角形，取決于所選用電動機銘牌上的連接標注。

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

其次，進行PLC輸出端的外部電路連接：使用導線將交流電源220V的相線（俗稱火線）端L經熔斷器FU3后接至PLC輸出點內部電路的公共端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線圈的進線端接與PLC輸出端Q0.0相連接。

4.創建工程項目

（1）創建項目

雙擊桌面上的圖標，打開TIA博途編程軟件，在項目啟動窗口中單擊“創建新項目”選項，然后在右側的“創建新項目”窗口中輸入項目名稱“M_Diandong”，選擇項目保存路徑，然后單擊“創建”按鈕，創建項目完成。

（2）硬件組態

選擇“設備組態”選項，在打開的窗口右側單擊“添加新設備”，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，添加新設備成功，并彈出項目的編輯窗口。

（3）編寫程序

單擊項目視圖中項目樹下的“程序塊”，打開“程序塊”文件夾，雙擊主程序塊Main[OB1]，在項目樹的右側，即編程窗口中顯示程序編輯器窗口。打開程序編輯器時，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按鈕，（或打開右側“指令”任務卡中基本指令列表“位邏輯運算”文件夾后，雙擊文件夾中的常開觸點行），在程序行的最左邊會出現一個常開觸點，觸點上面紅色的問號表示地址未賦值，同時在“程序段1”的左邊出現叉符號，表示此程序段正在編輯中，或有錯誤，如圖1-23b所示。

繼續單擊程序編輯器工具欄上的常開觸點按鈕（或打開指令樹中基本指令列表“位邏輯運算”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一個線圈，如圖1-23c所示。單擊或雙擊常開觸點上方處，輸入常開觸點的地址I0.0（不區分大小寫），輸入完成后連續按兩次鍵盤上的〈Enter〉鍵，光標自動移至下一個需要輸入地址處，再輸入線圈的地址Q0.0，如圖1-23d所示。每生成一個觸點或線圈時，也可在它們的上方立即添加相應的地址。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，需要對其進行編譯。單擊程序編輯器工具欄上的“編譯”按鈕，對項目進行編譯。如果程序錯誤，則編譯后在編輯器下面的巡視窗口中將會顯示錯誤的具體信息。必須改正程序中所有的錯誤才能下載。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行編譯。

用戶編寫或修改程序時，應對其保存，即使程序塊沒有輸入完整，或者有錯誤，也可以保存項目，只要單擊項目視圖中工具欄上的“保存項目”按鈕便可。

5.通信設置和項目下載

CPU通過以太網與運行TIA博途軟件的計算機進行通信。計算機直接連接單臺CPU時，可以使用標準的以太網電纜，也可以使用交叉以太網電纜。一對一的通信不需要交換機，兩臺以上的設備通信則需要交換機。下載項目之前得先對CPU和計算機進行正確的通信設置，方可保證成功下載（TIA Portal V16軟件可以不用設置計算機的IP地址，但首次下載過程比較慢，建議將計算機和PLC的IP地址修改在同一網段內）。

選中項目樹中的設備名稱“PLC_1”，單擊項目視圖中工具欄上的“下載”按鈕，（或在項目視圖中執行菜單命令“在線”→“下載到設備”）打開“擴展的下載到設備”對話框，如圖1-24所示。將“PG/PC接口的類型”選擇為“PN/IE”，如果計算機上有不止一塊以太網卡（如筆記本式計算機一般有一塊有線網卡和一塊無線網卡），將“PG/PC接口”選擇為實際使用的網卡。

選中“顯示所有兼容的設備”復選框，單擊“開始搜索”按鈕，經過一段時間后，在下面的“目標子網中的兼容設備”列表中，將會出現網絡上的S7-1200 CPU以及它的以太網地址，計算機與PLC之間的連線由斷開變為接通。CPU所在方框的背景色填充為橙色，表示CPU進入在線狀態，此時“下載”按鈕變為亮色，即有效狀態。在圖1-24所示擴展的下載對話框中，如果同一個網絡上有多個CPU，為了確認設備列表中的CPU與硬件設備中哪個CPU相對應，可選中列表中的某個CPU，勾選左邊的CPU圖標下面的“閃爍LED”復選框，對應的硬件設備CPU上的3個運行狀態指示燈將會閃爍，若取消勾選“閃爍LED”復選框，3個運行狀態指示燈停止閃爍。

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

單擊項目視圖工具欄上的“啟動CPU”圖標，將PLC切換到RUN模式，RUN/STOP LED變為綠色。

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

6.調試程序

本案例項目下載完成后，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，使其常開觸點斷開，觀察交流接觸器KM線圈是否失電。若上述現象與控制要求一致，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，再按上述方法進行調試，如果電動機起停正常，則說明本案例控制任務實現。

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→其常開觸點閉合→接觸器線圈KM得電→其常開主觸點閉合→電動機起動并運行。

松開按鈕SB→輸入繼電器線圈I0.0失電→其常開觸點復位斷開→線圈Q0.0中沒有信號流流過→輸出繼電器線圈Q0.0失電→其常開觸點復位斷開→接觸器線圈KM失電→其常開主觸點復位斷開→電動機停止運行。

1.4.4 訓練

1）訓練1：使用外部直流24V電源作為PLC的輸入信號電源實現本案例。

2）訓練2：用一個開關控制一盞直流24V指示燈的亮滅。

3）訓練3：雙按鈕實現電動機的點動運行控制（按下任意一個按鈕或同時按下兩個按鈕后電動機實現點動控制）。