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第7章 可编程逻辑控制器实验可编程逻辑控制器（PLC）是以微处理器为核心的通用工业自动控制装置，它具有控制能力强、可靠性高、易于扩展、通用性强、使用灵活方便等优点。现代的PLC不仅可以取代继电器控制系统，还可以进行复杂的生产自动控制，是现代自动化生产线上必不可少的控制设备。本章从工程应用的角度出发，以最基本的起停、自锁、互锁、定时、计数控制，到闭环控制、数据传输等高级功能讲述PLC学习过程中，必须熟练掌握的指令系统、软件设计与开发思路。最后通过组态软件（上位机）与PLC的连接实现PLC数据的通信功能。目前市场上PLC的种类繁多，但其应用领域、工作原理、基本结构和设计思想都基本类似，本章以国内工矿企业应用比较典型的产品西门子S7-200系列PLC为核心展开实验，读者可以通过对该系列PLC的深入了解后，扩展对其它系列PLC的学习。7.1 基本逻辑指令实验学习完PLC硬件系统配置，对PLC的输入输出端口和数据存储方式有了一定了解，利用基本逻辑指令实验进一步巩固PLC的逻辑控制方面的知识，理解从继电器控制系统到PLC控制系统转化的必然性。在基本逻辑指令实验中，主要了解PLC各存储区（V、I、Q、M、S、L、SM等）空间的大小与区别；了解PLC各中变量（字、字节、字、双字）的存储方式与相互关系；了解定时器的特点和用法；了解计数器的特点和用法；了解PLC编程中的一些典型编程方法。7.1.1 位逻辑指令启、停控制程序实验实验1. 通用双按钮（启动、停止）控制的启停控制输入端口：启动I0.0 停止I0.1输出端口：输出指示Q0.0控制说明：启动I0.0采用常开按钮，停止I0.1采用常闭按钮（通常是红色按钮，为了与工业现场应用保持一致，本文中所有独立的停止按钮都采用常闭按钮进行连接，如果实验中没有常闭按钮，请注意程序的编写），当启动I0.0闭合On时，输出Q0.0闭合并且保持，当停止I0.1按钮断开Off时，Q0.0断开且保持。注意：I0.1停止按钮对应的梯形图中为何为常开。硬件连接示意图如图7-1所示：图7-1. 双按钮启、停控制硬件连接示意图梯形图如下：实验2.单按钮启停控制输入端口：启动、停止I0.0输出端口：输出指示Q0.0位存储区：M0.0 M0.1控制说明：输入端口I0.0在应用中既作为启动按钮使用，又作为停止按钮使用，系统上电时I0.0断开，输出指示Q0.0断开；当I0.0闭合一次后，输出指示Q0.0闭合并保持；再下一次I0.0闭合一次后，输出Q0.0断开并保持；如此反复。硬件连接示意图如图7-2所示：图7-2. 单按钮启、停控制硬件连接示意图梯形图如下：实验3. 多个位置启停控制输入端口：启动1 I0.0、停止1 I0.1、启动2 I0.2、停止2 I0.3输出端口：输出指示Q0.0控制说明：多个位置控制一个设备的启动、停止，跟楼上、楼下控制楼梯中间的一个灯的概念一样，启动按钮I0.0和I0.2都可以使输出Q0.0闭合，停止按钮I0.1和I0.3都可以使输出Q0.0断开。硬件连接示意图如图7-3所示：图7-3. 多位置启、停控制硬件连接示意图梯形图如下：实验4. 顺序启停控制输入端口：启动I0.0、急停按钮I0.1、顺停按钮I0.2、逆停按钮I0.3、输出端口：输出指示Q0.0、输出指示Q0.1、输出指示Q0.2内部定时器：T37 T38 T39 T40（100ms接通延时定时器）内部位寄存器：M0.0、M0.1、M0.2、M0.3、M0.4、M0.5、M0.6、M0.7、M1.0、M1.1、M1.2、M1.3、M1.4、M1.5、M1.6控制说明：系统由启动按钮I0.0控制三个输出指示按顺序启动，顺序启动延时时间由两个定时器设定；急停按钮接通时，三个输出指示同时关闭；顺停按钮接通时，三个输出指示按照原启动顺序断开；逆停按钮闭合时，三个输出指示按照原启动顺序逆序断开。注意：了解各种定时器的使用区别（定时时间间隔、工作方式）。硬件连接示意图如图7-4所示： 图7-4. 顺序启、停控制硬件连接示意图网络梯形图如下：7.1.2 位逻辑指令自锁、联锁、互锁程序实验实验1. 自锁、联锁控制实验输入端口：启动1 I0.0、停止1 I0.1、启动2 I0.2、停止2 I0.3输出端口：输出指示1 Q0.0、输出指示2 Q0.1内部位寄存器：无控制说明：自锁是输出线圈对应的同名常开触点与启动按钮并联，在启动闭合让输出线圈导通后使输出线圈保持输出导通状态的连接方式。联锁是系统中两个或两个以上输出线圈的工作条件由其中某一个或多个线圈的输出导通为条件的连接方式，其软件实现方式就是将其中1号输出线圈所对应的同名常开触点串联在2号联锁输出线圈的回路中，确保只有当1号输出有效时，2号输出才会导通，即2号输出线圈被1号输出线圈所联锁。硬件连接示意图如图7-5所示：图7-5. 自锁、联锁控制实验硬件连接示意图梯形图如下：实验2. 互锁控制实验输入端口：启动1 I0.0、停止1 I0.1、启动2 I0.2、停止2 I0.3输出端口：输出指示1 Q0.0、输出指示2 Q0.1硬件连接示意图如图7-6所示：图7-6. 互锁控制实验硬件连接示意图内部位寄存器：无控制说明：互锁控制是以对方输出无效作为自己输出有效为前提的工作方式，本程序中为输出指示1闭合的前提为输出指示2没有闭合；而输出指示2闭合的前提为输出指示1没有闭合。其实质是在双方回路中串联自己的常闭触点。硬件连接示意图：见上图7-6。梯形图如下：实验3. 抢答器控制实验输入端口：启动1 I0.0、启动2 I0.1、启动3 I0.2、启动4 I0.3、复位I0.4输出端口：输出指示1 Q0.0、输出指示2 Q0.1、输出指示3 Q0.2、输出指示4 Q0.3内部位寄存器：无控制说明：在四个输入信号中，任何一个信号首先闭合，例如启动1I0.0首先闭合，则输出指示1Q0.0线圈闭合，其常闭触点断开，这时，其它信号I0.1、I0.2、I0.3输入端闭合时无法使对应输出Q0.1、Q0.2、Q0.3线圈闭合，从而可以迅速判断出哪个输入信号是首先发出的。I0.4为复位信号。硬件连接示意图如图7-7所示： 图7-7. 抢答器控制实验硬件连接示意图梯形图如下：7.1.3 定时器控制程序实验实验1. 延时导通定时器输入端口：启动1 I0.0、停止1 I0.1输出端口：输出指示1 Q0.0、输出指示2 Q0.1内部定时器：T37控制说明：接通延时定时器（TON）指令在启动输入端为闭合时，开始计时。当前值（Txxx）大于或等于预设时间（PT）时，定时器触点闭合。启动输入端为断开时，接通延时定时器当前值被清除，定时器触点断开。定时过程中，达到预设值后，定时器仍继续计时，达到最大值32767时，停止计时。TON、TONR和TOF定时器有三种分辨率。分辨率由定时器号码决定。每一个当前值都是时间基准的倍数。例如，10毫秒定时器中的计数50表示500毫秒。本例程中，启动1闭合时，输出指示1闭合，延时设定时间后，输出指示2闭合；停止1按钮闭合时，输出指示1和输出指示2都断开。硬件连接示意图：（略）梯形图如下：实验2. 延时断开电路输入端口：启动1 I0.0、停止1 I0.1输出端口：输出指示1 Q0.0、输出指示2 Q0.1内部定时器：T37控制说明：断开延时定时器（TOF）用于在输入关闭后，延迟设定的一段时间再关闭输出。启动输入端闭合时，定时器常开触点立即闭合，当前值被设为0。输入端断开时，定时器开始计时，直到延时时间达到预设时间。达到预设值后，定时器常开触点断开，当前值停止计时。如果输入端断开的时间短于预设数值，则定时器常开触点仍保持闭合状态。TOF指令必须遇到从闭合至断开的转换才开始计时。本例程中，启动1闭合时，输出指示1和输出指示2都闭合，停止按钮1闭合时，输出指示1立即断开，而定时器开始定时，延时设定时间后，输出指示2断开。硬件连接示意图：（略）梯形图如下：实验3. 长时间延时电路输入端口：启动1 I0.0、停止1 I0.1输出端口：输出指示1 Q0.0、输出指示2 Q0.1内部定时器：T37，T38，T39控制说明： 启动按钮闭合后输出指示1闭合，通过3个定时器串联延时后，输出指示2闭合。硬件连接示意图：（略）梯形图：实验4. 交通灯控制实验输入端口：启动1 I0.0、停止1 I0.1、手动方式I0.2、手动延时I0.3输出端口：东西绿灯 Q0.0、东西黄灯 Q0.1、东西红灯Q0.2、南北绿灯Q0.3、南北黄灯Q0.4、南北红灯Q0.5内部定时器：T37，T38，T39控制说明： 启动按钮闭合后，东西绿灯亮60s后闪4s灭；东西黄灯亮4s；东西红灯亮68s；由此循环，对应东西绿灯、黄灯亮时，南北红灯亮68s，接着绿灯亮60s后闪4s灭；黄灯亮4s后，红灯又亮循环。增加手动方式，手动启动按钮闭合时进入手动方式，按一次手动延时后东西红灯亮8s灭，东西绿灯亮，南北绿灯闪4s灭，南北黄灯亮4s，南北红灯亮；再按一次手动延时后，东西绿灯闪烁4s灭，东西黄灯亮4s，东西红灯亮；当东西红灯亮时，南北绿灯开始亮；循环。硬件连接示意图：（略）网络梯形图如下：实验5. 计数器长延时控制程序实验实验目的：了解计数器、定时器工作原理输入端口：启动1 I0.0、停止1 I0.1、复位I0.2输出端口：定时时间到指示灯Q0.0内部寄存器：T37、C0、M0.0控制说明：启动按钮闭合后，定时器T37开始定时，定时时间到，T37常开触点闭合，随后T37常闭端口断开，将自己复位，T37常开触点断开，由此产生一个脉冲，该脉冲触发计数器C0计数，每计一个数，其时间增加T37定时设定时间，当到达C0计数设定值后，触发Q0.0输出。同时将定时器断开。停止按钮闭合后，暂停计时。复位控制端闭合时将计数器复位。硬件连接示意图：（略）梯形图如下：7.2 基本功能指令实验了解PLC的基本功能指令，包括传送类指令、比较类指令、数字运算类指令、逻辑操作类指令、移位与循环移位指令、表指令、转换指令和时钟指令，学习其基本用法，体会其应用环境；进一步了解PLC各中变量（字、字节、字、双字）的存储方式及其相互关系；实验1. 数据块传送与比较实验实验目的：了解字节、字、双字、实数等数据在PLC中的存储方式输入端口：清零 I0.0、字节传送 I0.1、字传送I0.2、双字传送I0.3 、实数传送 I0.4输出端口：双字整数大于1指示Q0.0、 实数大于1.0指示Q0.1内部寄存器：VB100、VB101、VB102、VB103控制说明：首先按下清零按钮I0.0，存储空间VB100VB103被清零，当按下字节传送按钮I0.1，程序往VB100传送立即数1，当按下字传送按钮I0.2，程序往VW100传送立即数1，当按下双字传送按钮I0.3，程序往VD100传送立即数1，当按下实数传送按钮I0.4，程序往VD100传送立即数1.0，在这些按键闭合的过程中，程序将对存储空间VB100VB103作为一个双字整数（实数）来判断是否大于1（1.0），如果大于1（1.0）则输出指示Q0.0（Q0.1）闭合。观察按钮闭合前后各存储空间字节数据的变化。梯形图如下：实验2. 编码键盘输入实验实验目的：了解字节、字、双字、实数等数据在PLC中的存储方式输入端口：地址编辑按钮I0.0、数字编辑按钮I0.1、确认按钮I0.2、字节输入IB1输出端口：无内部寄存器：VD100、VB104、VB105、VW106、VD108控制说明：单击地址编辑按钮I0.0，进入地址编辑状态，通过编码键盘IB1输入数字，使用两个编码键盘，分别对应 I1.7I1.4 和 I1.3I1.0，数据编辑按钮I0.1闭合则将地址数据保存在VB104内，同时取消地址编辑状态，而进入数据编辑状态，通过编码键盘IB1 输入数字，同样使用两个四位二进制位，单击确定按钮将输入的数据保存至之前指向的存储空间，同时取消数据编辑状态。梯形图如下：实验3. 独立数字键盘输入实验实验目的：了解字节、字、双字、实数等数据在PLC中的存储方式输入端口：数字输入I0.0、I0.1、 I1.0、I1.1对应09共十个数字此处可以按红字进行修改，前面的I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.0、I1.1没有完整写出来，但是有“”符号，应该可以理解。按键、地址编辑按钮I1.2、数字编辑按钮I1.3、确认按钮I1.4输出端口：无内部寄存器：VD100、VB104、VB105、VW106、VD108控制说明：单击地址编辑按钮I1.2，进入地址编辑状态，按顺序输入数字后，按数字编辑键I1.3，进入数据编辑状态，同时将地址数据偏移量保存在VB0内，然后按顺序输入数字，单击确定按钮I1.4将输入的数据保存至之前指向的存储空间，同时取消数据编辑状态。梯形图图中没有能显示完的字符是因为软件只能显示4个汉字，在下面的符号描述列表中有详细的描述，在此处您可以用*号代替。图2.3中MOV-DW指令中的地址基准应该是：地址基准存储区：网络2中MOV-W指令中“临时数字”应该为：临时数字存储“临时按键MW2”应该是：临时按键存储：MW2；“临时移位VD2044”应该是：临时移位数据区VD2044；“移位最低：VB2047”应该是：移位最低半字节区：VB2047；“地址基准：VD100”应该是：地址基准存储区：VD100；“临时移位：VD2044”应该是：临时移位数据区；“临时按键：MW2”应该是：临时按键存储：MW2；实验4. 时钟读取实验实验目的：了解PLC内部实时时钟的存储格式和读写方式。输入端口：无输出端口：无内部寄存器：分钟VB14、临时数据分钟VW50、间隔数VD32、间隔余数VW32、间隔商VW34、数据区起始地址VB100、存储数据指针VD2044、每5分钟个数VD70。控制说明：利用实时时钟，每5分钟保存一次采集数据至一段从VW100开始的连续空间，以字形式存储。梯形图：7.3 程序控制指令实验实验1. 子程序指令实验实验目的：了解子程序编写原则，子程序执行过程输入端口：I0.0输出端口：无内部寄存器：VW0、VD2、LW0、LD2控制说明：输入控制端I0.0 闭合时，调用子程序，以VW0内数据为半径，计算圆面积，以实数形式输出在VD2中。梯形图：实验2. 求最大、排序实验实验目的：用普通指令实现求最大、排序等算法输入端口：启动求最大值I0.0、启动排序I0.1输出端口：无内部寄存器：最大数VW2010、基准地址VD2012、开始地址VW100、指针VD2016、求数范围VW2020、结束地址VD2022、最大数地址VD2026、指针2VD2030、启动求最大值M0.0、开始求最大值M0.1、完成求最大值M0.2、启动排序寄存器M1.0、开始排序寄存器M1.1、完成排序寄存器M1.2控制说明：本程序完成两个功能，当I0.0闭合而I0.1断开时，完成求最大值实验，当I0.0断开而I0.1闭合时，完成排序实验；程序首先从存储空间VW100开始初始化一段数据，并初始化这段数据的大小至数据范围VW2020； 按启动求最大值按钮I0.0，进行一次最大值空间、基准地址、指针、结束地址等空间的初始化；最后每个扫描周期执行一次最大值比较的子程序调用，该子程序在SBR0中，直到最后一个数据比较完成；第二部分排序功能由I0.1闭合引发，排序实验中使用了两个指针进行数据交换，排序子程序在SBR1中。梯形图：实验3. 模拟信号定时读取实验实验目的：学习中断服务程序的编程方法，进一步了解模拟量数据的获取输入端口：模拟量输入AIW0输出端口：无内部寄存器： 数据存放起始地址VB100、当前数据个数VB99、显示缓冲区VW2000、求和指针VD2020、结束地址VD2024、总和VD2028、平均数VW2032、求和寄存器VD2034、存数指针VD2038、求和开始M0.0、求和结束M0.1、存数开始M0.2、存数结束M0.3控制说明： 本任务通过PLC内部定时器中断0SMB34，产生100ms中断，在每个中断内读取一次模拟量AIW0的数据，并存储在一段存储空间中，主程序内对最近的数据进行16平均16平均表示16个数据的平均，一般在数字处理中是这样表达的。，每秒钟刷新一次。梯形图：实验4. 交流异步电动机的星-三角启动控制实验实验目的：学习PLC编程中的步进控制编程方法输入端口：启动按钮I0.0、停止按钮I0.1输出端口：主电源开关Q0.0、星型电源开关Q0.1、三角形电源开关Q0.2内部寄存器： 常闭触点SM0.0、首次扫描闭合触点SM0.1、S0.1S0.7、T33、T37此处需要添加控制说明： 三相异步电动机接触器继电器控制Y-降压启动控制，当按下启动按钮I0.0时，接触器KM1（Q0.0）、KM3（Q0.2）闭合，电动机定子绕组接成Y接法启动；经过一定时间后，接触器KM3（Q0.2）失电释放，接触器KM2（Q0.1）闭合，电动机定子绕组接成接法全压运行。硬件连接示意图如图7-8所示： 图7-8. 交流异步电动机的星-三角启动控制实验硬件连接示意图梯形图： 7.4 高速计数、脉冲输出实验实验1. 高速计数功能实验实验目的：学习利用PLC中的高速计数模块实现高速计数的编程方法输入端口：A时钟I0.6、B时钟I0.7、复位I0.2、启动I1.1输出端口：无内部寄存器： SMB47，SMD48，SMD52控制说明：将高速计数器1定义为具有启动和复位输入的正交模式的计数器，4倍数模式；当HSC1的当前值等于预置值时，连接中断服务程序INT_0到事件13。在中断中清除HSC1的初值，重新写入初值并使能。硬件连接示意图：（略）梯形图：高速计数功能实验2. 高速脉冲输出功能实验实验目的：学习利用P