立体仓库模型实验指导书.docx

第1 章 系统介绍 
一、QSPLC-CK1立体仓库系统简介 

  QSPLC-CK1 立体仓库模型是用来储存、分类货物的。送货时，根据货物的属性将不同的物体送入到指定的仓位中去；取货时，根据需求从指定的仓位中取出货物，由四层十二个仓位组成,采用滚珠丝杆、直线导轨、普通丝杆作为传动装置，由PLC 编程实现X、Y、、Z 轴位置控制，可完成仓库车模的自动或手动存取。 
     该装置从机构上分为：1）立体仓库本体单元、2）PLC 控制单元、3）接口单元、4）电源单元等组成。 
1、 立体仓库本体单元：该单元由四层十二层仓位、巷道起重机等组成。 
2、 PLC 控制单元：该单元可分别由松下PLC、西门子PLC、OMRON 型PLC、三菱PLC 等厂家组成。PLC 主体具有脉冲输出功能，能同时实现两轴定位功能。 
3、 接口单元：该单元将系统中所有控制单元、执行单元、检测单元、输入输出单元的信号都引到面板上，由学生自行完成线路连接设计，不同性质的节点采用不同的颜色进行标识，并且每个单元自身的线路具有独立性，具备扩展功能。 
4、 电源单元：电源单元是由开关电源提供系统工作的直流24V 电压。 
保护功能：该系统在设计上设置了各种包括功能，包括短路保护、反向保护、限位保护、定位保护。TVT-99C 立体仓库系统中为了防止不确定因素对于系统硬件的损坏，分别在机械手臂运行的横轴和纵轴上设置了仓库的定位孔，当机械手臂运行时，位于移动模块下方的光电传感器分别检测运行X 轴、Y 轴的定位点，当且仅当机械手臂停止于定位孔点时，对应的Z 轴才能进行取货和移货的动作。 
二、系统各部件名称与功能 
该系统由仓库本体、巷道起重机、PLC 控制单元、电源单元、接口单元，其部件的实物结构如下图所示： 

QSPLC-CK1
立体仓库模型

QSPL-CK1立体仓库结构实物示意图 

1、 仓库本体 
仓库本体分为二个区，分别为转货区、储货区。转货区是主要由载货台组成，用来周转
货物的，当货物入库以及货物出库时，都是通过转货区来完成的；储货区是由十二个仓位组成，分成四行、三列，主要用于储存不同的货物。 
在转货区、储货区都分别安装了检测传感器，用于检测实现对货物的定位。 
转货区、储货区如下图所示： 

2、巷道起重机 
巷道起重机由二轴行走机构、送料台、驱动器等组成，如下图所示： 

巷道起重机总共具有三个自由度，能实现水平移动、垂直移动、前后移动等操作，货物的转移主要是由其完成操作的。 
操作流程： 
1、送操作：复位到初始位→水平移动到转货台位置 →取货→水平、垂直移动指定仓位→放货→复位到初始位 
2、取操作：复位到初始位→水平、垂直移动指定仓位→取货→水平、垂直移动到转货台→放货→复位到初始位 
3、 PLC 控制单元 
PLC 控制单元采用西门子公司生产的 S7-200 CPU226 型可编程序控制器，型号为CPU226CN DC/DC/DC，所有操作控制指令都是由PLC 发出的。 
其基本参数如下表所示：

4、电源单元 
 电源单元是用于给系统提供DC 24V 电源，输出功率为150W。 
三、系统功能 
该装置是将PLC 控制技术、位置控制技术、步进电机驱动技术、直流电机驱动技术、传感器检测技术等有机结合成一种的教学仪器设备，适用于大中专院校学生毕业设计、课程设计、实习实验等，也可作为教师研究开发等实物实训。在实训过程中，主要完成下面两方面的训练： 
（1）硬件方面的训练 
该装置中所有器件的接口全部开放，在认真学习了该设备硬件原理的基础上，按照系统
原理接线框图，可要求学生单独完成系统的硬件接线工作。 
（2）软件方面的训练 
在充分了解机械手工作过程基础上以及熟悉PLC 指令系统后，按照系统流程框图进行编程训练；可要求学生理解系统程序设计思想，掌握系统的编程设计方法。 
出厂配置： 
1、立体仓库一套 （含滚珠丝杆三套、立体仓库本体一台） 
2、主机模块（S7-200 CPU226）1 个 
3、步进电机驱动器2 个  
4、电源单元1 个 
5、编程电缆1根 
6、接口板1块 
7、连接导线若干 
四、控制原理及工作流程 
系统在电气设计上，电机主要采用步进电机和直流电机，分别控制水平移动、垂直移动
及送货台的动作。传感器采用对射式、反射式传感器以及微动开关，用于完成货物的检测和
限位保护等。 
系统在机构设计上采用滚珠丝杠、滑杠和普通丝杠作为主要传动机构。当码垛机平台移
动到货架的指定位置时，送货台向前伸出可将货物取出或送入，当取到货物或货已送入，则
铲叉向后缩回。整个系统需要三维的位置控制。其工作流程如下： 
1）接通电源。 
2）系统自检。 
3）将功能开关置于自动位置。 
4）将一带托盘汽车模型置于 10#仓位，放置模型时，入位要准确，并注意到仓位底部检测开关已动作。 
5）执行取指令 
a)选择欲取仓位号（如10#），按动仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。 
b)按动“取”指令按钮，执行取出动作，若 0#仓位内已有汽车，则该指令不被执行。需要由用户手动将货物移走。 
c)指令完成后，机系统自动返回。 
d)如执行取出指令前，被选仓位（如10#）无汽车，则送指令将不被执行。 
6）执行送指令 
a)选择欲送仓位号（如10#），按动仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。 
b)按动送指令按钮，若被选择10#仓位内已有汽车，则该指令不被执行。需要由用户手动将货物移走。 
c)指令完成后，系统自动返回。 
d)如执行送入指令前，0#仓位无汽车，则送指令将不被执行。 
根据前面的分析，该立体仓库系统的运行情况归纳如下： 
当按下启动按钮后，允许进行立体仓库运行的控制。在正常的情况下，按下某一仓位的
按钮和“取”或“送”按钮，系统将进行相应的动作，此时控制面板上的数码管显示相应的
仓位号。当出现故障时，电机停止运行。在紧急情况下，按下紧急按钮，送货物送回原来的
位置，只有当故障排除后，才能重新运行。  

第2章  使用说明 

一、安装环境： 
避免将设备安装到下列场所： 
  1、日光直射或者环境温度超出0 到50℃范围的场所。 
2、相对湿度超出35%RH 到75%范围或者由于剧烈温度变化产生结露的场所。 
3、空气中存在腐蚀气体或可燃气体场所。 
4、对本体造成直接振动或撞击的场所。 
5、粉尘、铁屑或盐分较多的场所。 
6、会使本设备附着水、油或化学物质的场所。 
  7、空气中含有有机溶济的例如苯、涂料稀释济、酒精或者强碱物质如氨和苛性碱的场所。 
 二、静电防护： 
在干燥的环境下有产生静电累积的危险，所以当需要触摸设备时，应选通过接地设备
对其进行放电再触摸。 
三、清洗 
四不要使用稀料或类似的溶液清洗，因为会溶解本体的某些部件并且会造成褪色。 

四、供电顺序 
在给变频器供电之前控制单元应处于停止工作状态。 
 五、在接通电源之前 
当您是第一次接通供电时，请注意以下事项： 
  1、请确认没有接线的碎屑或者尤其是导电物质在印制电路板上。 
  2、确认电源接线、输入/输出接线和电压是正确的。 
3、确认控制单元是处于停止工作状态。 

第3章  安装 
一、设备的安装 
1、 实验桌的选择： 
QSPLC-CK1采用平板式结构，应放置在一个平台上，同时为了实验需要，最好配备一台
电脑，其尺寸应满足： 
 长度 ≥1600mm 
 宽度 ≥800mm 
 高度 ≥750mm 
2、电源的选择 
 供电电压：交流AC 220V 
 输出功率：大于150W 
3、电脑配置 
 CPU：主频600MHz 以上。 
 RAM：256MB 内存（推荐512MB） 
 空余磁盘空间：600MB 以上。 
 显示设备：XGA，支持1024*768 分辨率，16bit 以上彩色深度。 
二、接线 
（1）电源引线的连接 
在接口单元板上每一侧都有电源输出端，如下图所示： 

当系统需要DC 电源供电时，只需要从最近的电源输出端引出电源线。注意上述图示的四个电源输出正端部已经内部短接，四个电源输出负端也已经内部短接。 
如果电源输出电压不正常，请先检查外部供电电源是否正常，然后再检查保险丝是否损坏，检查完毕如果都正常，请查看开关电源是否正确。 
    （2）PLC 的输入输出接线 
PLC 的输入输出端子在接线之前，应将其对应的公共端与电源的相关的端子进行连接。具体连接方式如下： 
PLC 输入端的“M”接电源输出正端，PLC 输出端的“M”接电源输出的负端，“L+”接电源输出的正端。见下图所示。 
连接完PLC 的公共端以后，根据系统的I/O 接线图将对应的输入输出端子与各执行器或检测器件进行连接，以I0.0 接SQ2，Q0.0 接Z 轴F 端（正转）为例，如下图所示： 
     （3）外围设备的接线 
1）传感器的接线 
在该系统中，涉及到的传感器从功能上分为：光电传感器、光电开关、行程开关等。 
从接线方式上分为两种，一种是三线式，另一种是二线式。光电传感器采用三线式
接线方式，光电开关、行程开关是二线式。 
三线式传感器分为电源线和信号线，其中电源线为两根，分别接24V 直流电源的正负端子，信号线根据I/O 分配表与PLC 的输入端进行连接。（关于与PLC 之间的连接可参见PLC 的输入输出接线方式）。具体的接线方式如下图所示： 

二线式传感器分为信号线和公共线，公共线接24V 直流电源的负端子，信号线根
据I/O 分配表与PLC 的输入端进行连接。具体接线方式如下图所示： 

在系统设计时，为了节省接线，将传感器的电源线都短接在一起，因此在使用过程
中可以预先将传感器的电源线与电源输出端进行连接（参见电源引线的连接）。 
下面以光电开关SQ1 为例说明一下传感器的连接。光电开关的信号SQ1 与PLC 的
输入端I0.0 进行连接。 
    其接线如下图所示： 

 2）矩阵键盘及仓库检测的接线 
为了方便外部指令的输入，系统设置了矩阵键盘区。矩阵输入是一种高效的输入方式，通过设定系统的扫描时钟，可以方便的以矩阵的行数a和列数b来表征矩阵内部各点的状态，即以较少的点数（a+b）来表示较多的状态（a*b）。 
在PLC 的接线方面，一般是将行系列（H0、H1、H2、H3）设定为扫描检测，列系列（D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7）设定为输入检测，即将PLC 的输出端口接到矩阵的行系列，将PLC 的输入端口接到矩阵的列系列，下面以PLC 的输入端口I0.0、I0.1、I0.2、I0.3作为列系列，输出端口Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3 作为行系列为例说明，其接线如下图所示： 

 3）调试开关的接线 
为了实验方便，在每个接口板的右下方都设有调试开关区，用作手动调试时作为输入信号使用，也可作为PLC 的模拟输入信号。 
开关的接线方式为二线式，其中一根为信号线，另一根为公共端。 
信号线与PLC 的输入端连接，公共端与电源输出的负端进行短接。 
在设计实验单元板时，为了节省布线，将所有开关的公共端短接在一起。 
以一个开关的接线为例，假设开关的信号线为I0.0，则其实际接线图如下所示： 

4) 直流电机的接线 
直流电机的控制是应用 PLC 控制外部继电器的吸合从而控制直流电机两端的电压方
向，达到控制电流电机正反转的目的，其直流电机控制接线如下所示： 

5) 步进电机的接线 
步进电机的控制是应用PLC 的脉冲输出功能，对于西门子S7-200 CPU 来说，只有晶体
管输出型能输出高速脉冲列和脉冲宽度可调的波形。因此对于步进电机的接线方式来说，脉
冲端CP 只能与Q0.0 或Q0.1 连接。在习惯上为了接线方便，一般将Q0.2 或Q0.3 作为步进电机的方向控制。步进电机的公共端接电源输出的负端。 
步进电机是接有源的器件，因此在控制之前，需要外接24V 直流电源。这样步进电机控制的接线如下所示： 

  对于脱机电平，当输入高电平信号时，电机处于无扭矩状态，是用来保护电机运行的，
在正常情况下，可以不需要接此信号。 

第4章  系统的实训实验课题 

4.1 基本指令操作训练 
实验1、输入输出指令操作训练 
例题1：拨动控制开关SW0,信号灯L0 亮，拨动控制开关SW1，信号灯L0 熄灭。 
例题解析： 
（1）根据系统要求，系统IO 分配表如下：
(2) 系统接线图 

（3）梯形图程序如下所示： 

（4）思考题： 
1）用一个开关如何完成题目要求的实验内容。 
2）按照下述时序图编写程序。 

提示：采用上升沿指令和下降沿指令来完成控制。 

3） 按照下述时序图编写程序。 

   提示：可以采用计数器指令来完成实验控制。 

例题2：在三个不同的地方分别用三个开关控制一盏信号灯，任何一地的开关动作都可以使
灯的状态发生改变，即不管开关的当前状态是打开还是关闭，只要有开关动作则灯的状态就
发生改变。 
例题解析： 
根据该控制，系统用三个开关实际上达到了12 种状态的输入，这12 种状态分别是： 
1）开关1 打开时，指示灯处于闭合状态； 
2）开关1 打开时，指示灯处于打开状态； 
3）开关1 闭合时，指示灯处于打开状态； 
4）开关1 闭合时，指示灯处于闭合状态； 
5）开关2 打开时，指示灯处于闭合状态； 
6）开关2 打开时，指示灯处于打开状态； 
7）开关2 闭合时，指示灯处于打开状态； 
8）开关2 闭合时，指示灯处于闭合状态； 
9）开关3 打开时，指示灯处于闭合状态； 
10）开关3 打开时，指示灯处于打开状态； 
11）开关3 闭合时，指示灯处于打开状态； 
12）开关3 闭合时，指示灯处于闭合状态； 
上述12 状态分别对应于两种结果，实际上就类似于一个“翻转”操作，可以成对使用置位指令和复位指令。 
（1）根据系统要求，系统IO 分配表如下： 
（2）系统接线图

（3）程序梯形图如下所示： 

（4）思考题 
1）、现在一些宾馆和家庭客厅中的装饰灯，是利用一个开关来实现不同的控制组合。 
例如，房间内有1，2，3 号三个灯，按动一下开关，三个灯全亮；再按一下，1，3 号灯亮，
2 号灭；再按一下，2 号灯亮，1，3 号灭；再按一下全部灭。写出I/O 分配表，设计梯形图程序。 

实验2、顺序控制指令操作训练 
例题3：拨动控制开关SW0，延迟10S 后信号灯L0 亮，经过10S 后信号灯断开。 
例题解析： 
（1）根据系统要求，系统IO 分配表如下： 
(2) 系统接线图 

（3）程序设计如下图所示： 

程序解释： 
当控制开关I0.0 上电闭合时，中间继电器M0.0 得电自锁，定时器T37 开始工作，当达到设定时间10s 后，其常开触点闭合，常闭触点断开，故M0.0 失电，Q0.0 得电自锁.此时定时器T38 得电开始工作，当达到设定值10s 后，Q0.0 断开。 
（4）思考题 
1）、设计一个密码锁控制电路，用拨码开关输入，正确输入65 后2 秒室内照明灯开。
正确输入87 后2 秒室内空调通电运行。 

例题4：用控制开关SW0 控制三盏信号灯的动作。要求：打开控制开关SW0，信号灯L0
亮，延迟2S 后熄灭，紧接着信号灯L1 亮，延迟2S 后熄灭，紧接着信号灯L2 亮，延迟2S
后熄灭，然后信号灯L0 亮，依次循环下去，直到控制开关SW0 关闭，所有动作停止。 
例题解析： 
（1）根据系统要求，系统IO 分配表如下： 
(2) 系统接线图 

（3）梯形图程序如下所示： 

（4）程序解释： 
当控制开关I0.0 触发时，Q0.0 得电自锁，启动定时器T37，经过2 秒后断开，将Q0.0
复位。 
当定时器T37 触发后，Q0.1 得电自锁，同时启动定时器T38，经过经过2 秒后断开，将Q0.1 复位。 
当定时器T38 触发后，Q0.2 得电自锁，同时启动定时器T39，经过经过2 秒后断开，将Q0.2 复位。 
当定时器T39 触发后，Q0.0 得电自锁，同时启动定时器T37，经过经过2 秒后断开，将Q0.0 复位，依次循环下去。 
（5）思考题： 
设计一个梯形图程序完成如下功能：有9 盏彩灯，排列成同心圆形状，其中L1 为圆心，
L2、L3、L4、L5 排列为小圆，L6、L7、L8、L9 排列为大圆。要求当启动按钮按下后，首先
是L1 亮，延时1s 后L1 灭，L2、L3、L4、L5 亮，再延时1s 后，L2、L3、L4、L5 灭，L6、
L7、L8、L9 亮，形成内外的放射效果，再延时1s 后L6、L7、L8、L9 灭，L1 亮，开始下一个循环。任何时候按下停止按钮，所有的灯都灭。但在下一次启动时应接着上一次停止时的状态重新开始循环。 

实验3、键盘装置扫描检测及显示技术操作训练 
例题5：利用矩阵描述技术和数码管显示完成实验要求。当按下矩阵键盘K1～K3 时，对应
的数码管显示1～3，当按下矩阵键盘K5～K7 时，对应的数码管显示4～6，当按下矩阵键盘K9～K11 时，对应的数码管显示7～9，当按下矩阵键盘K13～K15 时，对应的数码管显示10～12，按下K4 键时，显示归零。 
 例题解释: 
 键盘扫描技术就是要求通过扫描H0、H1、H2、H3 端口来判断当前按钮的状态。当按下
K5 时，H1 触发时，X4 输入信号有效，这样就可以进行判断是哪一个按键。 
  数码显示是采用BCD 编码方式的，故采用四个端口就可以表示16 个数字状态。 
（1）根据系统要求，系统IO 分配表如下： 
输入接口
输出接口
PLC 端
单元板端口
注释
PLC 端
单元板接口
注释
I0.4
D4
矩阵按钮的第一列
Q1.4
B00
数码显示的0 位
I0.5
D5
矩阵按钮的第二列
Q1.5
B01
数码显示的1 位
I0.6
D6
矩阵按钮的第三列
Q1.6
B02
数码显示的2 位
I0.7
D7
矩阵按钮的第四列
Q1.7
B03
数码显示的3 位
(2) 系统接线图 

主程序 

SCAN 子程序： 

 （4）程序分析 
1）程序第一段是用于调用子程序，VW238 是用于存储当前的按键号，VW270 是用于存储数码显示区的数据，通过位传送给输出端口用于七段码显示。 
2）程序第二段是用于将子程序判断的数字传送给VW238。 
3）程序第三段是用于清除当前显示数字。 
SCAN 子程序是用于判断哪个按键被按下。 
子程序的的第一段是用于状态初始化，对状态寄存器MW10 清零。 
子程序的第二段是制作一个脉冲发生器，用于产生周期为0.08s 的周期时序脉冲。 
子程序的第三段是用脉冲发生器扫描输出端口 Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7，使其处于顺
序接通状态，接通周期与扫描周期一致。 
子程序的第四段就是用于传送状态信号至VD200，为主程序作逻辑判断提供依据。 
（5）思考题 
1）、理解矩阵扫描的思想，利用上述程序，请编写一个显示程序，显示最后一个入库的货物的仓位号。 
2）如果仓库的仓位数量超过16 个，如何显示？

4.2 步进电机控制操作训练 
实验1、单轴步进电机定位控制 
例题1：当按下控制开关SW0 时，机械手从当前位置沿X 轴右行10cm，当拨回控制开关
SW0 时，机械手回到初始位置。 
例题解释： 
 根据题意，电机的运动轨迹可以描述如下图所示： 

 由于题意中未设定电机的运行速度，不妨假设的电机的速度为1000 脉冲/s，这样问题就归结于控制一个电机恒速运转一段脉冲的问题，只需要用PLC 自带的脉冲输出信号PLS
指令就可以完成要求。 
（1）根据系统要求，系统IO 分配表如下：

(2) 系统接线图 

 （3）系统程序设计如下： 

（4）程序分析： 
第一段程序是用于初始化脉冲发生器PTO0，通过对控制字节SMB67 传送16#8D，实
现单段脉冲输出，扫描时间为1ms.。对控制字SMW68、SMD72 传送0 实现系统的初始化。 
第二段程序是用于控制脉冲发生器PTO0 发出13300 个脉冲，用于完成10cm 的行走。 
第三段程序是用于控制步进电机的方向信号Q0.2。  
  第四段程序是用于控制巷道起重机回到初始位置。 
（5）思考题： 
1）、如何测算电机的脉冲数与其实际行走距离之间的换算关系？ 
   参考：可以测算1000 个单位脉冲所行走的距离，然后进行换算。 
2）、如果考虑电机的左右限位，应该如何修改程序。 
3）、参照程序，编写电机行走15cm 的梯形图程序，并上机调试。 

实验2、单轴步进电机速度控制 
例题2：当按下控制开关SW0 时，机械手从当前位置以500Hz 速度运行5cm，然后以1000Hz
速度运行5cm，接着以1500Hz 速度运行5cm，最后以500Hz 速度运行5cm 结束，打开控制
开关SW0 时，系统回到初始位置。 

例题解释： 
    该要求与上题的区别之处在于系统要求改变运行速度，这就要求改变PTO/PWM 周期
值SMB68 并且考虑行进的时序性，可以采取步进指令来完成该程序设计。 
（1）根据系统要求，系统IO 分配表如下： 
(2) 系统接线图 

（3）系统程序设计如下： 

（4）程序分析 
1）程序第一段是用于完成脉冲发生器PTO0 的初始化。 
2）程序第二段至第八段是完成第一速度的行进，第九段至第十四段完成第二速度的行进，第十五段至第二十段完成第三速度的行进，第二十一段至二十五段完成第四速度的进。 
3）程序第二十六段完成系统的复位。 
（5）思考题 
1）不用步进指令，完成题目要求。 
2）仔细观察电机在不同速度下的行走情况，试分析其原理，找出一个最佳速度，并说明理由。

实验3、双轴步进电机定位控制 
例题3、使用下面图示的两种路径完成起重机的动作。要求起重机从初始点A 运行到目标点
B，以两种路径进行，速度要求为1000 脉冲/s 
（1） 路径A：起重机从X 轴右行20cm，然后沿Y 轴下行15cm，如路径1 所示轨迹到达
B 点。 
（2） 路径B：起重机的X 轴、Y 轴同动，合成轨迹为路径2，同样到达B 点。 

例题解释： 
起重机的双轴控制实际上就是同时控制两个脉冲发生器的动作。两路脉冲的输出可分
成两种形式： 
1）串行输出方式。顾名思义，就是让脉冲发生器一个一个的动作，依次完成脉冲输出的动作，所有的动作轨迹均为直线。 
2）并行输出方式。多路脉冲发生器同时动作，被控对象以合成速度运行，动作轨迹既可以是直线，也可以是曲线。 
本题目就是要求分别用上述两种方式完成实验。第一种输出方式的控制可以参见前面的实验。第二种输出方式所走的轨轨迹是一条直线，故要求电机所给的速度应该与其路径成正比。 
（1）根据系统要求，系统IO 分配表如下： 
  (2) 系统接线图 

（3）程序设计如下所示： 
1）按照轨迹1 设计的梯形图程序如下所示： 

2）按照轨迹2 设计的梯形图程序如下所示： 

 程序分析： 
轨迹1 的程序实际就是顺序控制两个脉冲发生器动作，起到过渡作用的信号是第一个脉冲发生器的状态标志位SM66.7，通过巧妙的取其动作边沿，达到了在脉冲发生器PTO0 完
成脉冲输出后立即启动脉冲发生器PTO1 的作用。 
轨迹2 的程序相对而言比较易于理解，利用一个控制信号同时控制两个脉冲发生器，达到实现两个脉冲发生器动作的目的。 
（5）思考题 
1）试分析上述两种控制方法的适用环境。 
    参考：由于运行轨迹不同，故其适用的场合有差异。 
2）选择一种理解方便的方法，完成三个坐标点之间的转移。

实验4、双轴步进电机速度控制 
课题4：控制机械手完成例题3 所要求的路径B 的同时，机械手的运行过程分为三个过程：
起动、运行、停止，其速度曲线如下图所示： 

例题解释： 
  在实际的电机控制过程中，电机的启停体现在速度的变化上一般是某种特定的曲线，最
常见的方式就是如上图所示的包络线。 
西门子公司为了方便用户控制电机实际包络线控制电机，在软件设计上增加了向导功能，利用向导可以方便的实现电机的控制。 
（1）根据系统要求，系统IO 分配表如下： 
(2) 系统接线图 

（3）程序设计： 
1）进入指令向导界面。点击“工具”，进入“位置控制向导”。弹出的对话框要求用户选择是用内置的脉冲发生器还是使用扩展单元 EM253， 根据设备情况，我们选择“配置S7-200PLC 内置PTO/PWM 操作“模式，如下图所示。设置完成后，点击下一步。 

2） 在弹出的对话框中要求用户选择一个脉冲发生器。S7-200 型PLC 提供了两个脉冲发生器，一个分配在数字输出点Q0.0，另一个分配在数字输出点Q0.1。首先选择脉冲发生器Q0.0，如下图所示：  
 3） 在弹出的对话框中选择“线性脉冲串输出（PTO）”方式，如下图所示，设置完成后点击下一步： 

 4）弹出的对话框是要求用户设置电机的速度，分别设置电机的最高速度为5000 脉冲/秒，
启停速度为500 脉冲/秒，如下图所示： 
 5）弹出的对话框是要求用户设置加减速时间，分别设定为300ms，如下图所示： 

 6）弹出的对话框是要求用户实际包络线的绘制，点击新包络线，系统会提示您是否“增加
一个新的运动包络线”，如下图所示： 

7）确认完成增加一个新的运动包络线后，系统将要求定义包络线，包括指定的目标速度和
位置。设定操作模式为相关位置，目标速度为1500 脉冲/秒，目标位置为1500 个脉冲，如
下图所示，设定完成后点击“绘制包络线”，在右边的方框中则会显示出预期的包络线图案，
如下图所示： 

 8） 完成包络线的定义后，需要给系统分配一定的存储区，用于存储上述的设定。系统会自动从VB0 开始，根据配置要求自动完成地址的输入，如下图所示： 

 9）完成上述设定后，系统会自动生成三个子程序，如下图所示，在程序中直接调用即可。 

  10）配置另一个脉冲发生器，基本步骤与上述方式一致，只是在选择脉冲发生器的对话框中选择“Q0.1”，如下图所示： 
  11） 设定完成后系统会自动为Q0.1 同样生成一组子程序用于完成包络线的控制。 

 12）回到主程序，调用刚才设定的子程序，如下图所示： 

（4）程序分析： 
利用向导完成的位置控制程序，简单易读，程序的第一段和第二段分别是用于控制脉冲
发生器的停止操作。 
第三段和第四段是用于控制脉冲发生器按照绘制的包络线完成步进电机的动作。 
 （5）思考题： 
1）根据上述程序，完成两轴同时动作程序设计 
参考：两轴同时动作的程序在第一段和第二段的设计上面没有什么差导，只是在控制信
号上选择同个信号即可，如下图所示： 

（2）利用指令向导，分别完成前面几个课题的设计任务。 

4.3  传感器检测技术训练 
实验1、光电传感器定位及限位检测技术操作训练 
例题1：分别用六个传感器检测三个轴的原点及限位，要求：当系统初始化时，各个轴回到自己的原点；当系统运行过程中达到某个轴的限位时，立即停止当前轴的动作。 
例题解释： 
 传感器在系统的设计过程中一般是用于定位及限位作用的。定位就是利用传感器来判定
系统是否处于指定位置，而限位就是要求系统不能超过指定位置。因此在程序设计中常利用
传感器实现系统的定位以及限位保护。 
（1）根据系统要求，系统IO 分配表如下： 
 （2）系统接线图

 （3）系统程序设计如下所示： 

 （4）程序分析： 
程序第一段、第二段、第三段是实现系统的初始化，即让各个轴回到初始位置。 
程序的第四段、第五段、第六段、第七段是实现各个轴的限位的。 
关于子程序PLS_CH0、PLS_CH1 是分别用于控制脉冲发生器PTO1、PTO1 输出脉冲
的。 
STOP_CH0、STOP_CH1 是分别控制脉冲发生器PTO1、PTO1 停止输出脉冲的。 
至于其详细程序，请参见后述章节的说明。 
（5）思考题： 
1）分析传感器限位和定位在程序设计中不同点。 
2）思考在限位过程中为何需要用上升指令？ 

4.4 仓库管理操作训练 
实验一、仓库的仓位坐标定位 
例题1、仓库的形状如下图所示，已经仓位0 的坐标是（10，7.9），仓库上下层及左右层之
间的间隔是87，试用程序分别计算出各个仓位的坐标。 

10#
11#
12#

7#
8#
9#

4#
5#
6#
0#
1#
2#
3#

例题解释： 
  在仓库的管理系统中，各仓位坐标是一个基本参数，关于坐标的计算方法，原本可归结
于一个数学问题，之所以单独列出，是想提出一种利用PLC 计算坐标系统的方案，为后面
进行仓库管理提供一个平台。 
  为了便于后面章节的引用，故程序采用子程序的方式进行编写。子程序的入口参数为指
定的仓位号（从0-12），出口参数包括该仓位的X 轴坐标值和Y 轴坐标值。在程序中用#DEPOT 来代表指定的仓位号，用#OUT_X 和#OUT_Y 来代表该仓位的X 轴坐标值和Y 轴坐标值。X 轴坐标值分别存放在数据寄存区VD616、VD620、VD624、VD628 中，Y 轴的坐标值分别存放在数据寄存区VD600、VD604、VD608、VD612 中。 
（1）程序设计如下所示：

（2）程序分析 
  程序的第一段是用来计算仓库0、仓库1、仓库2、仓库3 的X 轴坐标值，第二段是用业计算仓库1、仓库4、仓库7、仓库10 的Y 轴坐标值。 
  程序的第三段至第十段是分别计算各个仓位的X 轴、Y 轴坐标值。由于仓位是一个长
方形结构，故任何一个仓位的坐标值都可以通过仓库0～仓库3 的X 轴坐标值和仓库1、仓
库4、仓库7、仓库10 的Y 轴坐标值来表示。 
 程序的第十一段是用于给其它程序传送仓位的坐标值。 
 这种程序设计方法的优点是于机动灵活，便于仓库扩展及修改坐标参数，在实际仓库控制系统中被大量采用。 
（3）思考题： 
1）如果仓库的数量扩展到十五个（高度上面再增加一层），如何修改程序？ 
2）直接采用数字传递的方式编写一个程序，完成上述功能，试对比程序的差异及优缺点。 

实验2 、绝对坐标系统下的位置控制训练 
例题2、编写步进电机程序，要求在绝对坐标系统下实现系统的位置控制。要求：步进电机
根据系统提供的脉冲坐标数进行移动，当目标值大于当前值时，步进电机正转，当目标值小
于当前值时，电机反转，当目标值与当前值相等时，电机不动作。 
例题解释： 
 在仓库的控制系统中，由于起重机运行于各个仓位之间，而每个仓位的坐标是一个定位，
故要求其位置控制最好在一个绝对系统下工作，这样通过输入不同的仓位坐标值，系统能自
动完成起重机的上下左右行进工作。 
 在程序的编写过程中，仅仅依靠前面章节讲述的步进控制方式，已经不足以完成系统的
控制，故下面介绍一种方式，通过自制子程序完成步进电机的绝对控制方式。这个子程序就
是在前面章节中用到的PLS_CH0，这个子程序的入口参数有三个，包括电机的起始速度、
运行速度和目标值，分别用参数#speed_L，#speed_H， #p osition 来表示。其中目标值是采用绝对坐标方式来描述的，它代表的含义是系统即将到达的目标脉冲数，而不是常规意义下的增量脉冲数。 
（1）根据系统要求，系统IO 分配表如下：
     （2）子程序梯形图如下所示： 

 程序分析： 
该子程序是用于PLC 发出三段包络线的脉冲。对于给定了起始频率、运行频率以及行程的包络线，可以根据公式计算出频率上升的斜率，基于此原则，子程序是假定外部给定三个娈量：起始频率、运行频率、脉冲数（即行程），计算出各段运行脉冲数。