6项目六PLC编程实现彩灯点亮控制 PLC编程实现彩灯点亮.doc

项目六 PLC编程实现彩灯点亮控制学习目标l 理解S7-200系列PLC变量存储器的功能及应用l 理解S7-200系列PLC局部变量存储器的功能及应用l 掌握S7-200系列PLC数据传送指令的功能及应用l 掌握S7-200系列PLC数据移位指令的功能及应用l 掌握S7-200系列PLC程序控制指令的功能及应用l 掌握S7-200系列PLC中断指令的功能及应用l 培养小型PLC控制系统的设计能力相关知识 一、变量存储器V变量存储器V用于存放用户程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以用来保存与工序或任务有关的其它数据。变量存储器V的地址编号范围根据CPU型号不同而不同，CPU 224为VB0VB5119共5KB存储容量。二、局部变量存储器L局部变量存储器L用来存放局部变量，它和变量存储器V很相似，主要区别在于变量存储器V是全局变量，即同一个变量可以被任何程序访问。而局部变量存储器L只在局部有效，即变量只和特定的程序相关联。S7-200有64个字节的局部变量存储器，其中60个字节可以作为暂时存储器，或给予程序传递参数，另4个字节作为系统的保留字节。三、数据传送指令1单个数据传送指令：一次完成一个字节、字、双字的传送。 字节传送指令：MOV-B 字传送指令：MOV-W 双字传送指令：MOV-DW2数据块传送：一次可完成N个数据的成组传送。 字节的数据块传送指令：BLKMOV-B 字的数据块传送指令：BLKMOV-W 双字的数据块传送指令：BLKMOV-D3字节交换指令SWAP：用来实现字的高、低字节内容的交换。四、位移位寄存器指令该指令有3个数据输入端。当使能端EN有效时，数据位DATA在每一个程序扫描周期均移入寄存器的最低位（N为正时）或最高位（N为负时），寄存器的其它位则依次左移（N为正时）或右移（N为负时）一位。N指定移位寄存器的长度，最大长度为64位。S-BIT为移位寄存器的最低位端。DATA为数值输入端，用边沿跳变来控制使能端的状态。五、数据移位指令移位指令分为左、右移位和循环左、右移位指令。按移位数据的长度又分为字节型、字型、双字型三种。移位指令的最大移位位数N为字节型数据，且小于或等于数据类型（B、W、D）对应的位数。1左、右移位指令 左移位指令：左移位指令有SHL-B、SHL-W、SHL-DW三条。当使能端EN有效时，将从IN输入的字节（字或双字）左移N位后（右端补0），输出到OUT所指定的存储单元中，并将最后移出的一位保存在溢出标志位SM1.1。 右移位指令：右移位指令有SHR-B、SHR-W、SHR-DW三条。当使能端EN有效时，将从IN输入的字节（字或双字）右移N位后（左端补0），输出到OUT所指定的存储单元中，并将最后移出的一位保存在溢出标志位SM1.1。2循环左、右移位指令：循环移位指令将移位数据存储单元的首尾相连，同时又与溢出标志位SM1.1连接。 循环左移指令：循环左移指令有ROL-B、ROL-W、ROL-DW三条。当使能端EN有效时，将从IN输入的字节（字或双字）循环左移N位后，输出到OUT所指定的存储单元中，并将最后移出的一位送SM1.1。 循环右移指令：循环右移指令有ROR-B、ROR-W、ROR-DW三条。当使能端EN有效时，将从IN输入的字节（字或双字）循环右移N位后，输出到OUT所指定的存储单元中，并将最后移出的一位送SM1.1。六、程序控制指令1功能图简介功能图（SFC）又称状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC梯形图程序的基础。功能图是按照顺序控制的思想，根据控制过程输出量的状态变化情况，将一个工作周期划分为若干顺序相连的步，在任何一步内，各输出量状态保持不变，但相邻两步输出量的状态是不同的。因此，可以将程序的执行分成若干程序步，通常用顺序控制状态寄存器的位代表程序的状态步。使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件。转换条件可以是外部输入信号，如按钮、开关等，也可以是程序运行过程中产生的信号，如定时器、计数器常开触点的接通等，转换条件还可以是若干信号的逻辑运算的组合。功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可供不同专业人员之间进行技术交流用。2顺序控制状态寄存器顺序控制状态寄存器又称状态元件，主要用于组织设备的顺序操作或进入等效程序段工步。顺序控制状态寄存器的地址编号范围为S0.0S31.7，既可以按位寻址，也可以按字节、字或双字寻址。3顺序控制指令顺序控制指令有3条，分别为顺序状态开始指令LSCR、顺序状态转移指令SCRT、顺序状态结束指令SCRE。从LSCR指令开始到SCRE指令结束的所有指令组成一个顺序控制程序段。LSCR指令标记一个程序段的开始，当该段的状态位为ON时，表示允许该程序段工作；当SCRT指令的输入端有效时，一方面置位下一个程序段的状态位，另一方面又同时使该程序段的状态位复位；程序段必须用SCRE指令结束。七、中断源及优先级1中断源中断源是能够向PLC发出中断请求的中断事件。S7-200系列PLC最多有34个中断源，每个中断源都分配有一个编号用于识别，称为中断事件号。这些中断源分为三大类：通信中断、I/O中断、时基中断。 通信中断：PLC在自由通信模式下，通信口的状态可由程序来控制，用户可以通过编程来设置通信协议、波特率和奇偶检验。表6-1为CPU 224型号PLC的通信中断事件及其优先级。表6-1 通信中断事件及其优先级中 断 事 件 号中 断 事 件 名 称优 先 级8端口0：接收字符09端口0：发送完成023端口0：接收信息完成0 I/O中断：I/O中断包括外部输入中断、高速计数器中断和高速脉冲串输出中断。外部输入中断是指系统利用I0.0I0.3的上升沿或下降沿产生中断。高速计数器中断可以响应当前值等于预置值、计数方向改变、计数器外部复位等事件所引起的中断。高速脉冲串输出中断是指完成给定脉冲数输出时所引起的中断。表6-2为CPU 224型号PLC的I/O中断事件及其优先级。表6-2 I/O中断事件及其优先级中 断 事 件 号中 断 事 件 名 称优 先 级0I0.0上升沿01I0.0下降沿42I0.1上升沿13I0.1下降沿54I0.2上升沿25I0.2下降沿66I0.3上升沿37I0.3下降沿712HSC0当前值等于预置值027HSC0输入方向改变1628HSC0外部复位232HSC3当前值等于预置值129HSC4当前值等于预置值330HSC4输入方向改变1731HSC4外部复位1833HSC5当前值等于预置值1919PLS0脉冲数完成1420PLS1脉冲数完成15 时基中断：时基中断包括内部定时中断和外部定时器中断两种。表6-3为CPU 224型号PLC的时基中断事件及其优先级。内部定时中断包括定时中断0和定时中断1。这两个定时中断按设定的时间周期不断循环工作，可以用来以固定的时间间隔作为采样周期，对模拟量输入进行采样，也可以用来执行一个PID调节指令。定时中断的时间间隔存储在时间间隔寄存器SMB34（定时中断0）和SMB35（定时中断1）中，它们在1255ms之间以ms为增量单位进行设定。外部定时器中断就是利用定时器来对一个指定的时间段产生中断。这类中断只能使用1ms延时定时器T32和T96。表6-3时基中断事件及其优先级中 断 事 件 号中 断 事 件 名 称优 先 级10定时中断0（SMB34）011定时中断1（SMB35）121定时器T32当前值等于预置值222定时器T96当前值等于预置值32中断优先级在PLC应用系统中通常有多个中断源，当它们同时向CPU发出中断申请时，CPU先响应优先级别高的中断，若优先级别相同，则CPU按先来先服务的原则处理。在S7-200系列PLC中，通信中断的优先级别最高，时基中断的优先级别最低。每一类中断的不同中断事件也有不同的优先级，详细内容见表5-2-1、表5-2-2和表5-2-3。3中断指令S7-200系列PLC的中断指令包括全局开中断ENI、全局关中断DISI、中断连接指令ATCH和中断分离指令DTCH。 全局开中断ENI：使能输入有效时，允许所有的中断申请。 全局关中断DISI：使能输入有效时，不允许任何一个中断事件向CPU发出中断申请。 中断连接指令ATCH：使能输入EN有效时，把一个中断事件号EVNT与一个中断服务程序INT联系起来，并允许该中断事件。 中断分离指令DTCH：使能输入EN有效时，切断一个中断事件号EVNT与所有中断服务程序的联系，并禁止该中断事件。项目导入如图6-1所示，有16个彩灯L1L16，要求按下启动按钮SB1后，最左端两个灯先亮，然后从左到右以1s的速度依次移动点亮，在同一时刻只能有两个相邻的灯亮。当最右端两个灯点亮后，再从右到左以1s的速度移动。如此循环往复。按下停止按钮SB2，所有灯均熄灭。试设计PLC控制梯形图程序。图6-1 彩灯循环点亮示意图 项目分析1确定输入/输出设备通过对彩灯循环点亮控制要求的分析可知，控制系统的输入设备有2个，分别为启动按钮SB1、停止按钮SB2；输出设备有16个，分别为彩灯L1L16。2I/O分配由于本控制系统有2个输入设备和16个输出设备，因此，PLC至少需要2个输入点和16个输出点。具体I/O分配见表6-4。表6-4 彩灯循环点亮控制I/O分配表输 入输 出输入寄存器输入设备输出寄存器输出设备 I0.0SB1Q0.0Q0.7L1L8I0.1SB2Q1.0Q1.7L9L163编写控制程序根据彩灯循环点亮控制要求，可采用位移位寄存器指令来实现，也可采用左/右移位指令来实现。参考梯形图程序如图6-2所示。图6-2 彩灯循环点亮控制梯形图程序4绘制PLC外部接线图根据彩灯循环点亮控制I/O的分配情况，绘制如图6-3所示的系统接线图。图6-3 彩灯循环点亮控制系统接线图项目实施一、工具及器材为实现彩灯循环点亮的控制要求，需要准备的工具、器材见表6-5。表6-5 彩灯循环点亮控制所需工具、器材序号名 称 及 说 明数量备注1PLC主机模块（S7-CPU 226）12计算机（编程/监控）13PC/PPI下载电缆14带三相插头的电源线15彩灯166按钮27连接导线若干8螺丝刀1二、注意事项1不能在不同的程序中使用相同的S位。2不能在SCR段之间使用JMP及LBL指令，即不允许用跳转的方法跳入或跳出SCR段。3不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令。三、操作步骤1根据如图6-3所示的彩灯循环点亮控制系统接线图，完成PLC主机模块与输入设备（启动按钮SB1、停止按钮SB2）及输出设备（彩灯L1L16）之间的信号线、电源线连接。2接通电源，使工作方式拨动开关处于“TERM”位置，然后启动编程软件，输入如图6-2所示的控制梯形图程序。3使PLC处于“STOP”状态，编译成功后，将程序下载到PLC主机。4将CPU置为“RUN”状态，运行梯形图程序。改变各输入设备的状态，观察彩灯L1L16的亮灭情况。四、评分标准（见表6-6）表6-6 项目小组任务完成情况评分标准内容I/O分配编程接线调试团队总计分值20分20分20分20分20分100分知识拓展一、系统控制类指令1暂停指令STOP：当使能输入有效时，立即终止程序的执行。在中断程序中执行STOP指令，该中断立即终止，并且忽略所有挂起的中断，继续扫描程序的剩余部分，在本次扫描结束后，将CPU由RUN状态切换到STOP状态。2结束指令END / MEND：MEND为无条件结束指令，可以直接和左母线相连。END为条件结束指令，只有当使能输入有效时，才可以终止用户程序的执行，返回到主程序的第一条指令处执行。结束指令只能在主程序中使用，不能用在子程序和中断服务程序中。3看门狗复位指令WDR：看门狗定时器有一个设定的重启动时间，若程序扫描周期超过300ms，最好使用看门狗复位指令WDR重新触发看门狗定时器。二、跳转指令、循环指令1跳转指令JMP：跳转指令JMP和跳转地址标号指令（LBL）配合实现程序的跳转。当跳转指令的使能输入有效时，程序跳转到指定标号n处执行（在同一程序内）。跳转地址标号指令标记跳转目的地的位置，跳转标号n0255；使能输入无效时，程序顺序执行。2循环指令FOR：程序的循环结构用于描述一段程序的重复循环执行，由FOR和NEXT指令构成程序的循环体，FOR指令标记循环的开始，NEXT指令标记循环的结束。FOR和NEXT必须配对使用。当使能输入EN有效时，循环体开始执行，执行到NEXT指令时返回。每执行一次循环体，当前计数器INDX加1，直到达到终值FINAL时，循环结束。INIT为循环次数初始值。三、子程序调用及子程序返回指令通常将具有特定功能，并多次使用的程序段作为子程序。子程序有子程序调用和子程序返回两大类指令。子程序调用指令用在主程序或其它调用子程序的程序中。子程序返回指令又分条件返回和无条件返回指令两类。子程序的无条件返回指令无需用户输入，梯形图指令系统能够自动生成。1 CALL SBR-n：子程序调用指令2 CRET：子程序返回指令子程序调用指令编写在主程序中，子程序返回指令编写在子程序中。子程序标号n的范围是063。子程序可以不带参数调用，也可以带参数调用。带参数调用的子程序必须事先在局部变量表里对参数进行定义，最多可以传递16个参数，参数的变量名最多为23个字符。四、中断指令在彩灯循环点亮控制系统中的应用1控制要求：按下启动按钮SB1，彩灯L1L8循环点亮，间隔时间为2s；按下停止按钮SB2，彩灯L1L8全部熄灭。2I/O分配（见表6-7）表6-7 彩灯循环点亮控制I/O分配表输 入输 出输入寄存器输入设备输出寄存器输出设备 I0.0SB1Q0.0L1I0.1SB2Q0.1L2Q0.2L3Q0.3L4Q0.4L5Q0.5L6Q0.6L7Q0.7L83编写控制程序采用循环左移指令与内部定时中断0相配合完成彩灯的循环点亮控制。内部定时中断0的时间间隔存储在时间间隔寄存器SMB34中，其定时时间最长只能达到255ms，而彩灯循环点亮的间隔时间为2s。因此，在进行程序设计时，设置定时时间为250ms，同时引入变量寄存器VB0对中断次数进行计数，中断8次后彩灯向左移动1位。参考梯形图主程序如图6-4所示，中断服务程序如图6-5所示。图6-4 彩灯循环点亮控制主程序图6-5 彩灯循环点亮控制中断服务程序五、电动小车自动往返运行控制1控制要求：如图6-6所示，电动小车可以在甲地和乙地之间往返运行。要求设计PLC控制程序，使小车实现以下三种运行方式：手动运行、自动单周期运行、自动循环运行。 手动运行：手动选择开关处于ON状态时，按下按钮SB1且底门关闭时，小车向前运行直到压下乙地行程开关SQ2；按下按钮SB3，漏斗翻门打开，物料装入小车，10s后翻门自动关闭；按下按钮SB2，小车向后运行直到压下甲地行程开关SQ1；按下按钮SB4，小车底门打开，将物料卸下，5s后小车底门自动关闭。 自动单周期运行：自动单周期选择开关处于ON状态时，若小车已位于甲地且小车底门已关闭，按下启动按钮SB0，小车向前运行至乙地，压下行程开关SQ2后，翻门自动打开，10s后翻门关闭，小车开始向后运行，到达甲地压下行程开关SQ1后，底门自动打开，5s后关闭。完成一次循环。小车将停留在甲地等待下一次启动。 自动循环运行：自动循环选择开关处于ON状态时，若小车已位于甲地且小车底门已关闭，按下启动按钮SB0，小车将从甲地到乙地自动往复循环运行。 前行后行 翻门 底门SQ1 SQ2 甲地 乙地图6-6 电动小车运行示意图2I/O分配（见表6-8）表6-8 电动小车运行控制I/O分配表输 入输 出输入寄存器输入设备输出寄存器输出信号I0.0SB0Q0.0小车前行I0.1SQ2Q0.1翻门打开I0.2SQ1Q0.2小车后行I0.3手动选择开关Q0.3底门打开I0.4自动单周期选择开关I0.5自动循环选择开关I0.6SB1I0.7SB2I1.0SB3I1.1SB43控制程序（见图6-7）图6-7 电动小车运