单片机原理教程

1模块一运用组态技术实现对三菱PLC的监控PLC、变频器、触摸屏及组态控制技术应用2模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控

任务目标1．了解组态控制技术，组态软件的功能及作用。2．熟悉MCGS工控组态软件的系统结构、操作方式。3．熟悉PLC的基本结构、工作原理和功能特点。4．掌握三菱FX2N

系列PLC的软元件和主要技术指标。5．会熟练使用FX2N

系列PLC的编程软件GXDeveloper和模拟仿真调试软件GXSimulator进行程序编辑，上传、下载程序及运行、监控程序。6．能使用FX2N编写程序完成三相异步电动机的点动及单向连续运转控制、顺序控制、正反转控制和工作台自动往返的PLC系统的软硬件设计和系统安装调试。7．能使用组态软件MCGS并配合三菱PLC，完成对各控制系统PLC运行的监控设计。

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相关知识模块一

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一、组态控制技术

1．计算机测控系统的组成图1-1计算机控制系统的结构组成4模块一

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2．计算机测控系统分类按照系统的功能分类，分为以下三种：（1）数据采集系统（DAS）

对象中带检测的模拟量通过传感器和变送器，经A/D转换进入计算机；带检测的开关量则经光电隔离后进入计算机，计算机对各信号进行巡回检测、处理后，进行显示、打印和报警输出。I/O通道只有模拟量输入（AI）和开关量输入（DI）。（2）直接数字控制(DDC)

计算机既可对生产过程中的各个参数进行巡回检测，还可以根据检测结果，按照一定算法，计算出执行器应该的状态（继电器的通断、阀门的位置、电机的转速等），完成自动控制的任务。（3）集散式控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS5模块一

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2．计算机测控系统分类按照设计方法的不同分类（1）以单片机为核心的计算机测控系统（2）以PLC（可编程控制器）为核心的计算机测控系统（3）IPC（工业PC机或称工业控制计算机）为核心的计算机测控系统6模块一

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3．组态软件、功能及使用组态软件按照使用对象分为两类：专用的组态软件和通用的组态软件

专用的组态软件主要是由一些集散控制系统厂商和PLC厂商专门为自己的系统开发的，如Honeywell的组态软件、Foxboro的组态软件、Rockwell公司的RSView、Siemens公司的WinCC、GE公司的Cimplicity。

通用的组态软件目前发展很快，也是市场潜力很大的产业。国外开发的组态软件有Fix/iFix、InTouch、Citech、Lookout、TraceMode及Wizcon等。国产的组态软件有组态王（Kingview）、昆仑通态MCGS、紫金桥Realinfo、三维力控等。7模块一

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3．组态软件、功能及使用组态软件的系统构成

组态软件一般都是由系统开发环境或称组态环境与系统运行环境两大部分组成的。系统开发环境和系统运行环境之间的联系纽带是实时数据库，三者之间的关系如图1-2所示。组态环境：组态生成应用系统实时数据库：组态结果运行环境：解释执行组态结果图1-2组态软件的系统构成图8模块一

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3．组态软件、功能及使用常见的组态方式

系统组态：对系统的结构及构成系统的基本要素进行定义。

控制组态：又称为控制回路组态。为确保生产工艺的实现，计算机控制系统要完成各种复杂的控制任务。

画面组态：为计算机控制系统提供一个操作员使用的人机界面。

数据库组态：包括实时数据库组态和历史数据库组态。

报表组态：将生产过程的实时数据形成对管理工作需要的日报、周报或月报。

报警组态：将被控或被监视的某个参数达到一定数值的时候，发出报警信号，提醒操作人员注意并采取相应的措施。

历史组态：定义历史模块的参数，形成各种浓缩算法。

环境组态：定义软件参数，建立相应的环境。

9模块一

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3．组态软件、功能及使用组态工控系统的组建过程工程项目系统分析设计用户操作菜单

画面设计与编辑编写控制程序进行调试连接设备驱动程序综合测试系统组建的一般流程如右图所示：10

二、MCGS工控组态软件模块一

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1．MCGS组态软件的系统构成MCGS组态软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。由五个窗口组成，各窗口主要功能如图所示。图1-3MCGS组态软件组成示意图11模块一

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2．MCGS组态软件的操作方式MCGS组态软件系统工作平台如图所示。图1-4MCGS系统工作台面窗口标题栏菜单条工具条工作台面12

三、可编程控制器PLC模块一

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1．可编程序控制系统结构可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）是一种专门用于工业控制的计算机，是传统继电接触控制系统的替代产品，系统组成如图所示。图1-5PLC控制系统组成及实物13模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控2．PLC的特点、应用领域及发展特点①可靠性高、抗干扰能力强

②编程简单、使用方便

③功能完善、通用性强

④设计安装简单、维护方便

⑤体积小、重量轻、能耗低模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控PLC自动控制技术的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面：开关量逻辑控制运动控制过程控制（PID闭环控制）数据处理通信联网（构成DCS、FCS系统）模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控PLC自动控制技术发展趋势①向小型化、专业化方向发展

②向高速度、信息化方向发展

③向智能化模块方向发展④向互联网功能方向的发展⑤PLC在现场总线技术中的发展16模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控3．国内外PLC产品美国：A-B（Allen-Bradly）、GE（GeneralElectric）、德州仪器（TI）公司、莫迪康（MODICON）公司欧洲：西门子（Siemens）;法国的TE（Telemecanique）日本：三菱电机（MitsubishiElectric）、欧姆龙（OMRON）、松下、富士、日立、东芝等（日本主要发展中小型PLC，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜）我国：研制和生产PLC如中国科学院自动化研究所、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等17

四、三菱FX系列可编程控制器模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-6三菱FX系列PLC18

四、三菱FX系列可编程控制器模块一

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1．三菱FX系列PLC本书主要介绍日本三菱公司的FX2N系列PLC。 FX2N系列PLC型号名称的含义如图所示。

在图中，各部分的含义如下：

①表示输入/输出的总点数：16～256。

②表示单元类型：M表示基本单元；E为输入/输出混合扩展单元与扩展模块；EX为输入专用扩展模块；EY为输出专用扩展模块。

③表示输出形式：R为继电器输出；T为晶体管输出；S为双向晶闸管输出。图1-7FX系列PLC型号名称19模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控④表示特殊品种的区别：D为DC(直流)电源，DC输出；UA1为AC(交流)电源，AC输入(AC100 V～120 V)或AC输出模块H为大电流输出扩展模块(1A/1点)；V为立式端子排的扩展模块；C为接插口输入方式；F为输入滤波时间常数为1ms的扩展模块；L为TTL输入扩展模块；S为独立端子(无公共端)扩展模块；

若无符号，则为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出(继电器输出为2A/1点；晶体管输出为0.5A/1点；双向晶闸管输出为0.3 A/1点)。20模块一

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2．FX2N系列PLC表1-1FX2N系列PLC的基本单元AC电源，24V直流输入DC电源，24V直流输入输入点数输出点数继电器输出晶体管输出继电器输出晶体管输出FX2N-16MR-001FX2N-16MT-001-----------88FX2N-32MR-001FX2N-32MT-001FX2N-32MR-DFX2N-32MT-D1616FX2N-48MR-001FX2N-48MT-001FX2N-48MR-DFX2N-48MT-D2424FX2N-64MR-001FX2N-64MT-001FX2N-64MR-DFX2N-64MT-D3232FX2N-80MR-001FX2N-80MT-001FX2N-80MR-DFX2N-80MT-D4040FX2N-128MR-001FX2N-128MT-001------------646421模块一

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2．FX2N系列PLC图1-8PLC软元件及其关系图22模块一

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3．PLC程序设计语言

梯形图：是常用的一种程序设计语言，用图形的方式进行逻辑运算、数据处理，数据的输入/输出等达到控制目标的程序表现形式。

指令表：是一种与微型计算机的汇编语中的指令相似的助记符表达式，由指令组成的程序叫指令表程序。

顺序功能图：用来描述开关量控制系统的功能，是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用于编制顺序控制程序。

功能块图：是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，功能块图语言很少使用。

23模块一

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4．三菱FX2N系列PLC常用基本逻辑指令（共27条）图1-8PLC软元件及其关系图指令符号名称功能指令符号名称功能逻辑取及驱动线圈指令LD取常开触点逻辑运算开始置位与复位指令SET置位使元件自保持ONLDI取反常闭触点逻辑运算开始RST复位使元件自保持OFF或清除数据内容OUT输出线圈驱动脉冲输出指令PLS上升沿上升沿微分输出触点串、并指令AND与常开触点串联PLF下降沿下降沿微分输出ADI与非常闭触点串联脉冲式触点指令LDP取上升沿上升沿逻辑运算OR或常开触点并联LDF取下降沿下降沿逻辑运算ORI或非常闭触点并联ANDP与上升沿上升沿串联连接电路块连接指令ORB电路块或串联电路的并联连接ANDF与下降沿下降沿串联连接ORP或上升沿上升沿并联连接ANB电路块与并联电路的串联连接ORF或下降沿下降沿并联连接多重输出电路指令MPS进栈进栈主控触点指令MC主控主控电路起点MCR主控复位主控电路终点MRD读栈读栈逻辑运算结果取反INV取反逻辑运算结果取反MPP出栈出栈空操作和程序结束指令NOP空操作无动作END结束程序回到第0步24模块一

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5．三菱PLC编程软件GXDeveloper和三菱

PLC模拟仿真调试软件GXSimulator

图1-9GXDeveloper软件编制程序界面25图1-10GXSimulator模拟仿真软件调试程序模块一

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应用案例模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-11现场设备联机控制系统图示27

应用案例模块一

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学习目的：1.划分PLC和MCGS各自的任务系统的自动控制工作既可由PLC来完成，也可以由组态软件MCGS来完成，并且MCGS进行状态监视和动画模拟。2.系统接线图（硬件部分）输入点I:获得外部信号（命令、检测信号）输出点O:送出控制信号。使PLC与现场控制对象电动机连接起来，构成系统。28

应用案例模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控3.编程传送给其输入控制要求（灌输思想）PLC梯形图程序或SFC状态转移图程序的编写思想MCGS的脚本程序的编写思想4.调试运行PLC和MCGS系统均可自动完成程序预设的控制任务。5.外部设备连接、调试运行

电动机控制系统主电路和控制电路（即PLC外部硬件线路）连接与系统联调

29模块一

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主要任务：两个方面由下位机PLC直接控制现场设备电动机运转；在上位机上利用组态软件MCGS设计制作监控系统，并与下位机设置通讯连接，由上位机对现场设备电动机进行控制。图1-1计算机控制系统的结构组成主要方法：剖析、模仿、讨论、实操体验30模块一

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任务1电动机点动及单向连续运转控制图1-12电动机点动及单向连续运转PLC控制电路图31模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-13三菱PLC控制程序输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB1启动X0电动机KMY0SB2停车X1FR过载X2表1-3

PLC控制的I/O分配表32模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-14上位机电动机监控画面33模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-15上位机与下位机三菱PLC的通讯设置34模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-16调整PLC控制程序表1-4组态数据库变量和PLCI/O变量对应表类型MCGS实时数据库变量PLC程序变量输入变量启动M0(X0)停止M1(X1)输出变量电动机Y035模块一

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任务2两台电动机顺序控制图1-17两台电动机手动顺序PLC控制电路图36模块一

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任务2两台电动机顺序控制图1-18两台电动机自动顺序PLC控制电路图37模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-19三菱PLC手动顺序控制两台电动机程序输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB1M1启动X0电动机M1KM1Y0SB2M2启动X1电动机M2KM2Y1SB3同时停止X2SB4M2停止X3FR过载X4表1-5PLC控制的I/O分配表38模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-20三菱PLC自动顺序控制两台电动机程序输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB1启动X0电动机M1KM1Y0SB2停止X2电动机M2KM2Y1FR过载X4表1-6

PLC控制的I/O分配表39模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-21上位机两台电动机监控画面40模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-22上位机与下位机三菱PLC的通讯设置41模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控表1-7组态数据库变量和PLCI/O变量对应表类型MCGS实时数据库变量PLC程序变量输入变量M1启动M0(X0)M2启动M1(X0)停止M2(X1)M2停止M3(X2)输出变量接触器KM1Y0接触器KM2Y142模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-23调整PLC控制程序(a)手动控制程序(b)自动控制程序43模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控

任务3电动机正反转控制图24电动机正反转PLC控制电路图44模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-25三菱PLC控制程序输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB2正转启动X0正转KM1Y0SB3反转启动X1反转KM2Y1SB1停止X2FR过载X3表1-8

PLC控制的I/O分配表45模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-26上位机电动机监控画面46模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-27上位机与下位机三菱PLC的通讯设置47模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-28调整PLC控制程序表1-9组态数据库变量和PLCI/O变量对应表类型MCGS实时数据库变量PLC程序变量输入变量正转M1(X0)反转M2(X1)停止M3(X2)输出变量正转接触器Y0反转接触器Y148模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控

任务4机床工作台的自动往返控制图1-29机床工作台自动往返PLC控制电路图49模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控表1-10

PLC控制的I/O分配表输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB1前进X0KM1向前Y1SB2后退X1KM2向后Y2SB3停止X2FR过载X3SQ1前进限位X4SQ3前进终端限位X6SQ2后退限位X5SQ4后退终端限位X750模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-30工作台往返控制程序51模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-31上位机工作台自动往返控制监控画面52模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-32上位机与下位机三菱PLC的通讯设置53模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控表1-11组态数据库变量和PLCI/O变量对应表类型MCGS实时数据库变量PLC程序修改变量输入变量前进X0→M0后退X1→M10停止X2→M1前进限位X4→M2后退限位X5→M3输出变量正转接触器Y1反转接触器Y254模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控添加脚本程序：'工作台移动控制脚本程序，作用是通过手动按钮控制工作台左右移动if正转接触器=1then

移动=移动+1endifif反转接触器=1then

移动=移动-1endif'检测限位开关的脚本程序,作用是当工作台触碰到限位开关时,SQ1和SQ2起作用if移动>=-2and移动<1then

后退限位=1else

后退限位=0endifif移动>=98and移动<100then

前进限位=1else

前进限位=0endif55模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控图1-33修改PLC控制程序56模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控

项目内容梳理、总结1、三菱PLC有什么特点、I/O点的类型2、三菱PLC的控制程序梯形图和状态转移图3、MCGS组态软件使用特点主控窗口、用户窗口、设备窗口、实时数据库、运行策略五个窗口的使用

4、基于MCGS的PLC监控系统构建方法57模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控

练习题一、简答题1.组态软件有何特点？2.MCGS的开发环境主要包括哪些内容？3.FX系列PLC的基本组成？4.三菱FX2N系列PLC有哪几种定时器？说明通用定时器的工作原理。5.三菱FX2N系列PLC有哪几计数器？执行指令复位后，计数器当前值和位的状态是什么？6.FX2N-48MR是基本单元还是扩展单元？有多少个I/O点？输出形式是什么？

58模块一

运用组态技术实现对三菱PLC的监控

练习题二、训练题1．设计两地控制一台电动机的PLC控制程序并用组态软件实现系统监控。2.使用定时器实现电动机循环正反转的PLC控制程序并用组态软件实现系统监控。3.有一条生产线，用光电感应开关X1检测传送带上通过的产品，有产品通过时X1为ON，如果在连续10s内没有产品通过，则发出灯光报警，如果在连续20s内没有产品通过，则灯光报警的调试发出声音报警信号，用X0输入端的开关解除报警信号，设计梯形图控制程序，并用组态软件完成组态设计，实现系统监控。

59模块二

运用组态技术实现对西门子PLC的监控PLC、变频器、触摸屏及组态控制技术应用60模块二

运用组态技术实现对西门子PLC的监控

任务目标1．了解组态控制技术，组态软件的功能及作用。2．熟悉MCGS工控组态软件的系统结构、操作方式。3．熟悉PLC的基本结构、工作原理和功能特点。4．掌握西门子S7-200系列CPU22X型PLC的软元件和主要技术指标。5．会熟练使用S7-200系列PLC的编程软件STEP7-Micro/WIN，进行程序编辑，上传、下载程序及运行等操作。6．能使用软件STEP7-Micro/WIN编写程序完成电动机延时启动控制、Y/△降压启动、电动门控制和送料小车的PLC系统软硬件设计和系统安装调试。7．能使用组态软件MCGS并配合西门子S7-200系列PLC，完成对各控制系统PLC运行的监控设计。

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西门子S7系列可编程控制器性价比较高，适合一般工业应用。分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型（超小型）可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列、CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了四个不同的基本型号，常见的有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种基本型号。

四种型号的PLC具有以下特点：

①集成的24V电源。可直接连接到传感器和变送器执行器。

②高速脉冲输出。具有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20kHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任。。

③通信口。CPU221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。CPU226、CPU226XM具有2个RS-485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。

相关知识

一、西门子S7系列可编程控制器模块二

运用组态技术实现对西门子PLC的监控62④模拟电位器。用来改变特殊寄存器中的数值，以改变程序运行时的参数。⑤中断输入。允许以极快的速度对过程信号的上升沿做出响应⑥EEPROM存储器模块。可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。⑦电池模块。用户数据可通过内部的超级电容存储大约5天。⑧不同的设备类型。CPU221~CPU226各有两种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。⑨数字量输入/输出点。CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（MOS型）两种类型。⑩高速计数器。用于捕捉比CPU扫描频率更快的脉冲信号。

模块二

运用组态技术实现对西门子PLC的监控63

1．S7-200系列CPU226型PLC结构图2-1CPU226型PLC外形模块二

运用组态技术实现对西门子PLC的监控64表2-1

CPU22X模块主要技术指标型号CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226MX用户数据存储器类型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROMEEPROM程序空间（永久保存）2048字2048字4096字4096字8192字用户数据存储器1024字1024字2560字2560字5120字数据后备（超级电容）典型值/H5050190190190主机I/O点数6/48/614/1024/1624/16可扩展模块无277724V传感器电源最大电流/电路限制mA180/600180/600280/600400/约1500400/约1500最大模拟量输入/输出无16/1628/7或1432/3232/32240VAC电源CPU输入电流/最大负载电流mA25/18025/18035/22040/16040/16024VDC电源CPU输入电流/最大负载电流mA70/60070/600120/900150/1050150/1050为扩展模块提供5VDC电源的输出电流—最大340mA最大660mA最大1000mA最大1000mA内置高速计数器4(30kHz)4(30kHz)6(30kHz)6(30kHz)6(30kHz)高速脉冲输出2(20kHz)2(20kHz)2(20kHz)2(20kHz)2(20kHz)模拟量调节电位器1个1个2个2个2个实时时钟有(时钟卡)有(时钟卡)有(内置)有(内置)有(内置)RS-485通信口11122各组输入点数4,24,48,613,1113,11各组输出点数4(DC电源)1,3(AC电源)6(DC)3,3(AC)5,5(DC)4,3,3(AC)8,8(DC)4,5,7(AC)8,8(DC)4,5,7(AC)模块二

运用组态技术实现对西门子PLC的监控65

2．扩展功能模块扩展单元及电源模块S7-200的扩展单元包括数字量扩展单元，模拟量扩展单元，热电偶、热电阻扩展模块，PROFIBUS-DP通信模块。

外部提供PLC的电源，有24VDC、220VAC两种，根据型号不同有所变化。常用扩展模块1）数字量扩展模块：S7-200PLC系列目前总共可以提供3大类9种数字量输入/输出扩展模块2）模拟量扩展模块：模拟量扩展模块可以将PLC外部的模拟量转换为数字量送入PLC内，经PLC处理后，再由模拟量扩展模块将PLC输出量转换为模拟量送给控制对象。3）热电偶、热电阻扩展模块4）PROFIBUS-DP通信模块66

3．S7-200系列PLC内部元器件

数制字节（B）字（W）双字（D）无符号整数十进制0～2550～655350～4294967295十六进制0～FF0～FFFF0～FFFFFFFF符号整数十进制-128～+127-32768～+32767-2147483648～+2147483647十六进制80～7F8000～7FFF80000000～7FFFFFFF实数32位浮点数不用不用+1.175495E-38～+3.402823E+38(正数)-1.175495E-38～-3.402823E+38(负数)表2-2数值的长度及范围数据类型：PLC的数据可以是布尔型、整型和实型67S7-200系列PLC的寻址方式1）立即寻址方式：指令直接给出操作数，操作数紧跟着操作码，在取出指令的同时也就取出了操作数，立即有操作数可用。2）直接寻址方式：指令直接使用存储器或寄存器的元件名称和地址编号，根据这个地址就可以立即找到数据。操作数的地址应按规定的格式表示。按位寻址的格式为：Ax.y存储区内另有一些元件是具有一定功能的硬件，由于元件数量很少，所以不用指出元件所在存储区域的字节，而是直接指出它的编号。其寻址格式为：Ay数据寻址格式为：ATx68S7-200系列PLC的寻址方式3）间接寻址方式：指令给出了存放操作数的存储单元的地址（也称地址指针）。建立指针建立指针必须用双字传送指令（MOVD），将存储器所要访问的单元的地址装入用来作为指针的存储器单元或寄存器，装入的是地址而不是数据本身，格式如下：例： MOVD &VB200,VD302 MOVD &MB10,AC2 MOVD &C2,LD14注意：建立指针用MOVD指令。69S7-200系列PLC的寻址方式间接存取指令中在操作数的前面加“*”表示该操作数为一个指针。下面两条指令是建立指针和间接存取的应用方法：

MOVD &VB200，AC0 MOVW *AC0，AC1若存储区的地址及单元中所存的数据如图所示修改指针下面的两条指令可以修改指针的用法：INCD AC0INCD AC0MOVW *AC0，AC1图2-2执行过程图2-3执行情况70编程元件的地址区域标识符元件区域标识符元件I输入继电器(输入映像寄存器)L局部变量存储器Q输出继电器(输出映像寄存器)S顺序控制继电器M内部辅助继电器(内部标志位)T定时器SM特殊标志继电器(特殊存储器）C计数器V变量存储器AC累加器表2-3编程元件的地址71S7-200的编程元件编程元件介绍：输入继电器（I）输出继电器（Q）通用辅助继电器（M）特殊标志继电器（SM）变量存储器（V）局部变量存储器（L）顺序控制继电器（S）定时器（T）计数器（C）模拟量输入映像寄存器（AI）、模拟量输出映像寄存器（AQ）高速计数器（HC）累加器（AC）72

4．S7-200系列PLC常用基本逻辑指令指令符号名称功能指令符号名称功能逻辑取及驱动线圈指令LD取常开触点逻辑运算开始多重输出电路指令LPS进栈进栈LDN取反常闭触点逻辑运算开始LRD读栈读栈=输出线圈驱动LPP出栈出栈触点串、并指令A与常开触点串联置位与复位指令S置位使元件自保持ONAN与非常闭触点串联R复位使元件自保持OFF或清除数据内容O或常开触点并联脉冲输出指令EU上升沿上升沿微分输出ON或非常闭触点并联ED下降沿下降沿微分输出电路块连接指令OLD电路块或串联电路的并联连接ALD电路块与并联电路的串联连接表2-4基本逻辑指令表73

定时器指令类型LADSTL说明通电延时型定时器TONTxx，PTTON:通电延时型定时器TONR:记忆型通电延时型定时器TOF:断电延时型定时器IN是使能输入端，指令盒上方输入定时器的编号Txx，范围为T0-T255,;PT是预置值输入端，最大预置值为32767.PT的数据类型为INT；PT操作数有IW,QW,WMW,T,C,VW,SW,AC，常数记忆型通电延时型定时器TONRTxx,PT断电延时型定时器TOFTxx，PTS7-200系列PLC定时器按工作方式分三类。其指令格式如表所示表2-5定时器的指令格式74

计数器指令类型LADSTL增计数指令CTUCxx,PT减计数指令CTDCxx,PT增／减计数指令CTUDCxx，PTS7-200系列PLC计数器有递增计数、增／减计数、递减计数等三类计数指令。其指令格式如表所示表2-6计数器的指令格式75

5．S7-200系列PLC的STEP7-Micro/WIN编程软件

图2-4STEP7-Micro/WIN窗口组件76图2-5PLC运行状态的动态调试77

应用案例图2-6现场设备联机控制系统图示78

应用案例

学习目的：1.划分PLC和MCGS各自的任务系统的自动控制工作既可由PLC来完成，也可以由组态软件MCGS来完成，并且MCGS进行状态监视和动画模拟。2.系统接线图（硬件部分）输入点I:获得外部信号（命令、检测信号）输出点O:送出控制信号。使PLC与现场控制对象电动机连接起来，构成系统。79

应用案例3.编程传送给其输入控制要求（灌输思想）PLC梯形图程序或SFC状态转移图程序的编写思想MCGS的脚本程序的编写思想4.调试运行PLC和MCGS系统均可自动完成程序预设的控制任务。5.外部设备连接、调试运行

电动机控制系统主电路和控制电路（即PLC外部硬件线路）连接与系统联调

80

主要任务：两个方面由下位机PLC直接控制现场设备；在上位机上利用组态软件MCGS设计制作监控系统，并与下位机设置通讯连接，由上位机对现场设备进行控制。图1-1计算机控制系统的结构组成主要方法：剖析、模仿、讨论、实操体验81

任务1电动机延时控制图2-7电动机延时启动PLC控制电路图82图2-8西门子PLC控制程序输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB1启动I0.0电动机KMQ0.0SB2停车I0.1表2-7

PLC控制的I/O分配表83图2-9上位机电动机监控画面84图2-10上位机与下位机西门子PLC的通讯设置85图2-11调整PLC控制程序表2-8组态数据库变量和PLCI/O变量对应表类型MCGS实时数据库变量PLC程序变量输入变量启动M0.0(I0.0)停止M0.1(I0.1)输出变量电动机Q0.086

任务2电动机Y/△降压启动控制图2-12电动机Y/△降压启动PLC控制电路图87图2-13西门子PLC控制电动机Y/△降压启动程序输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB1启动I0.0KMYY启动Q0.0SB2停止I0.1KM△△运行Q0.1FR过载报警I0.2KM电源Q0.2指示灯报警Q0.3表2-9

PLC控制的I/O分配表88图2-14上位机电动机监控画面89图2-15上位机与下位机西门子PLC的通讯设置90表2-10组态数据库变量和PLCI/O变量对应表类型MCGS实时数据库变量PLC程序变量输入变量启动M0.0(I0.0)停止M0.1(I0.1)过载M0.2(I0.2)输出变量星形Q0.0三角形Q0.1指示灯Q0.391图2-16调整PLC控制程序92

任务3电动门控制图2-17PLC控制电动门电路图93图1-25三菱PLC控制程序输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB1开门开关I0.0KM1开门接触器Q0.0SB2关门开关I0.1KM2关门接触器Q0.1SB3停止开关I0.2HL报警灯Q0.2SQ1开门限位I0.3BY错误提示Q0.3S12关门限位I0.4SQ3安全开关I0.5表2-11

PLC控制的I/O分配表94图2-18西门子PLC控制程序95图2-19上位机电动门监控画面96图2-20上位机与下位机西门子PLC的通讯设置97表2-12组态数据库变量和PLCI/O变量对应表类型MCGS实时数据库变量PLC程序变量输入变量开门开关M1.0(I0.0)关门开关M1.1(I0.1)停止开关M1.2(I0.2)开门限位M1.3(I0.3)关门限位M1.4(I0.4)安全压力挡板M1.5(I0.5)输出变量开门接触器Q0.0关门接触器Q0.1报警灯Q0.2错误提示Q0.398添加脚本程序：'开、关门限位控制脚本程序,作用是检测两端限位的实际位置一控制电动门的移动if水平移动>=-1then

关门限位=1else

关门限位=0endifif水平移动<=-68then

开门限位=1else

开门限位=0endif‘水平移动脚本程序，实现门移动的动画效果if开门接触器=1then

水平移动=水平移动-1endifif关门接触器=1then

水平移动=水平移动+1endif99图2-21调整PLC控制程序100

任务4送料小车的往返控制图2-22送料小车PLC控制电路图101表2-13

PLC控制的I/O分配表输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB1启动I0.0KM1正转Q0.1SQ1B端限位开关I0.1KM2反转Q0.2SQ2A端限位开关I0.2SQ3C端限位开关I0.3SB2、FR停止、过载I0.4102图2-23西门子PLC控制程序103图2-24上位机送料小车自动往返控制监控画面104图2-25上位机与下位机西门子PLC的通讯设置105表2-14组态数据库变量和PLCI/O变量对应表类型MCGS实时数据库变量PLC程序修改变量输入变量启动I0.0→M1.0A端限位I0.1→M1.1B端限位I0.2→M1.2C端限位I0.3→M1.3停止I0.4→M1.4输出变量正转接触器Q0.1反转接触器Q0.2添加脚本程序：‘水平移动距离控制脚本程序，作用是通过手动按钮控制小车左右移动if正转接触器=1then

移动=移动+1endifif反转接触器=1then

移动=移动-1endif106添加脚本程序：‘检测3个限位开关的脚本程序,作用是当小车触碰到限位开关时,SQ1、SQ2和SQ3起作用if移动>=-2and移动<2then'若小车水平移动后退到左侧时,碰到SQ2=1,否则SQ2=0A端限位=1elseA端限位=0endifif移动>=68and移动<72then'若小车水平移动前进到右侧70时,碰到SQ1=1,否则SQ1=0B端限位=1elseB端限位=0endifif移动>=100then'若小车水平移动第二次前进到右侧100时,碰到SQ3=1,否则SQ3=0C端限位=1elseC端限位=0endif107图2-26修改PLC控制程序108

项目内容梳理、总结1、西门子PLC有什么特点、I/O点的类型2、西门子PLC的控制程序梯形图和状态转移图3、MCGS组态软件使用特点主控窗口、用户窗口、设备窗口、实时数据库、运行策略五个窗口的使用

4、基于MCGS的PLC监控系统构建方法109

练习题一、简答题1.CPU22X系列PLC有哪些型号？2.S7-200有哪几种寻址方式？3.CPU226的PLC内部主要由哪几部分组成？4.S7-200系列PLC有哪几种定时器？执行指令复位后，定时器当前值和位的状态是什么？5.S7-200系列PLC有哪几计数器？执行指令复位后，计数器当前值和位的状态是什么？110

练习题二、训练题1．设计两台电动机顺序启动、逆序停止的PLC控制程序并用组态软件实现系统监控。2.设计电动机启停止控制加点动控制程序并用组态软件实现系统监控。3.使用置位、复位指令，编写两台电动机的控制程序，两台控制程序要求如下：启动时，电动机M1先启动，才能启动电动机M2；停止时，电动机M1、M2同时停止。启动时、电动机M1、M2同时启动；停止时，只有在电动机M2停止时，电动机M1才能停止。并用组态软件实现系统监控。4.设计周期为5s，占空比为20％的方波输出信号程序（输出点可以使用Q0.0）。

111模块三运用组态技术实现虚拟电梯的开发PLC、变频器、触摸屏及组态控制技术应用112

任务目标1．熟悉电梯的基本结构和工作原理。2．掌握集选控制电梯的组成及其控制原理。2．掌握MCGS组态软件的动画技术。3．掌握运用MCGS进行中等复杂程度控制工程的组态及控制策略开发技术。4．掌握较复杂MCGS工程的调试方法。5．熟悉MCGS组态软件开发的一般技巧。

113

电梯是机电一体化的大型复杂产品，分机械部分和电气控制部分。机械部分相当于人的躯体，电气控制部分相当于人的神经和大脑，机与电的高度结合，使电梯成为现代科技的综合产品。按空间位置可分为四大部分，包括：机房、井道、轿厢、层站。电梯的整体结构如图3-1所示

机械系统由曳引系统、轿厢和对重装置、导向系统、厅、轿门及开关门系统、机械安全保护系统等组成。其中曳引系统由曳引机、导向轮、曳引钢丝绳、曳引绳头等部件组成。

电气控制系统主要由控制柜、操纵箱、召唤盒、运行显示装置和安装在有关电体部件上的几十种电器元件和各种电线电缆组成。

相关知识

一、电梯的基本结构与工作原理114图3-1

电梯整体结构115图3-2电梯电气系统的原理结构图

二、电梯控制系统的组成及其控制原理116

三、电梯控制系统的主要器件

电气控制系统主要由操纵箱、指层器、召唤盒、平层装置、检修开关、层楼检测器、安全保护器件、曳引电动机、电磁制动器及开关门电器等组成。它们分布在电梯的控制机房、井道和轿厢当中。

操纵箱

操纵箱安装在电梯轿厢内靠门的轿壁上，外面仅露出操纵箱盘面，盘面上装有根据本电梯需要而设置的运行功能按钮和开关。

指层器(层楼指示器)

电梯层楼指示器用于指示电梯目前所在的位置及运行方向。通常电梯层楼指示器有电梯上下运行方向指示灯、层楼位置指示灯以及到站钟等

117召唤盒

召唤盒是给厅外乘用人员提供召唤电梯的装置。在下端站只装一个上行召唤按钮，上端站只装一个下行召唤按钮，其余的层站根据电梯功能，有装上呼和下呼两个按钮(全集选)，也有仅装一个下召唤按钮(下集选)，各按钮内均装有指示灯。检修开关盒

通常在电梯机房控制柜、轿厢顶，设有电梯检修开关盒，盒内一般有检修开关、急停按钮，开关门按钮以及慢上、慢下按钮。轿顶检修开关盒还装有电源插座、照明灯及其开关等。平层装置

为保证电梯轿厢在各层停靠时准确平层，通常在轿顶设置有平层装置118选层器

在曳引电动的轴端上安装一个与曳引电动机一起转动的光电码盘。光电码盘在同一圆周上，有着许多均匀分布的小孔。圆盘的一侧是发光器机，另一侧为光接收器。越程保护装置

为防止电梯由于控制方面的故障，使轿厢超越顶层或底层端站继续运行，必须设置越程保护装置以防止发生越程产生的严重后果和损失。超载保护装置

根据GB7588—2003《电梯制造与安装安全规范》第14.2.5条规定“在轿厢超载时，电梯上的一个装置应防止电梯正常启动及再平层。所谓超载是指超过额定载荷的10%，并至少为75kg。119相序保护装置

根据国家标准GB7588—95中规定对于供电电源的错相、缺相及低电压都应有防护措施。相序继电器在所有电梯控制系统中是不可缺少的环节。电气控制柜

电梯电路中的绝大部分的电器、电子元器件集中装在电气控制柜中，其主要作用是完成对电梯电力拖动系统的控制，从而实现对电梯功能的控制。电气控制柜通常安装在电梯的机房里，控制柜的数量因电梯型号而定。一部电梯一般用一个电气控制柜，有的用两个或三个电气控制柜。图3-3控制柜120

四、电梯常用的控制方式及其性能

电气控制系统主要由操纵箱、指层器、召唤盒、平层装置、检修开关、层楼检测器、安全保护器件、曳引电动机、电磁制动器及开关门电器等组成。它们分布在电梯的控制机房、井道和轿厢当中。

单梯集选控制方式及其性能

两台并联和多台群控电梯的性能

121

四层四站电梯共有4个指令信号、6个召唤信号（3个上召、3个下召），控制系统能够记忆召唤及指令信号，信号是否有效用不同的颜色进行区分；并在到达相应楼层时消除对应的指令和顺向的召唤信号，直驶不停站时保留召唤信号。

电梯控制要求分析

一、电梯指令召唤的记忆与消除

二、层楼继电器信号

能够根据电梯的位置检测电梯的层楼位置，位置的检测可通过轿厢的垂直方向距离变化进行检测，并随着轿厢的升降及其距离，自动反应电梯的层楼位置，并进行显示。

122

电梯能够根据电梯层楼信号及指令召唤信号自动选择电梯的运行方向，并自动判断是否在某层停靠。

三、选向与选层

四、门的控制

设置门区提前开门，当电梯选层减速到达门区范围，自动开门。设置安全触板功能，当电梯执行关门时，安全触板动作，立刻停止关门，转向开门。当电梯工作在自动运行模式时，开门6秒后，自动关门。设置门锁继电器，只有当所有的厅门开关和轿门开关均闭合时，门锁继电器有效，电梯才能执行升降运行，否则立刻停止。

五、轿厢的运行

当电梯门锁继电器有效时，电梯根据选向、选层回路，自动控制电梯的升降和停站，电梯的运行需要用轿厢的动画来进行仿真，同时，选层减速后的速度也需要体现。

123

运用MCGS进行虚拟电梯的开发开发思路：

按照电梯控制系统的组成，运用组态技术分部分逐个实现各部分的功能。通过窗口设计各部分的控制画面，通过控制策略和脚本实现各部分的控制原理，依靠实时数据库的数据实现控制画面和控制策略的联动。

图3-4虚拟电梯整体界面124

一、实时数据库的建立

二、虚拟电梯窗口画面的框架设计125

应用案例

学习目的：1.划分PLC和MCGS各自的任务系统的自动控制工作一部分由PLC来完成，另一部分由组态软件MCGS来完成，并且MCGS进行状态监视和动画模拟。2.分配PLC系统输入/输出信号输入点I:获得外部信号（命令、检测信号）输出点O:送出控制信号。126

应用案例3.编程传送给其输入控制要求（灌输思想）MCGS的脚本程序的编写思想PLC梯形图程序的编写思想4.调试运行PLC和MCGS系统均可自动完成程序预设的控制任务。

127

任务1指令召唤系统的开发图3-5指令召唤界面

指令、召唤系统的开发内容：包含轿厢内控制面板上的指令按钮及其指示、每层厅外的上、下召唤按钮及其指示。

1、指令、召唤界面的开发128图3-5虚拟电梯画面框架2、指令、召唤控制脚本的开发工作原理

电梯指令召唤系统的工作原理。一是记忆，当指令、召唤按钮（nlnxq、sznxq或xznxq，xq的x代表某层的意思）有效时，使对应的指令、召唤继电器（nlxq、szxq或xzxq）有效并保持。一是消除，当电梯到达某层消除对应层的指令继电器、及顺向（和电梯运行方向一致）的召唤继电器（nlxq、szxq或xzxq，xq的x代表某层的意思）。注意3点：电梯直驶时不消除指令召唤；正常运行时仅仅消除顺向召唤，反向召唤保留；急停时消除所有指令召唤。129控制方法

新建一个循环策略，控制脚本可采用MCGS的if-zhen-else语句实现上述原理。用到的数据如下：nln1q-nln4q：1-4层内指令按钮；szn1q-szn3q：1-3上召唤按钮；xzn2q-xzn4q：2-4下召唤按钮；nl1q-nl4q：1-4层内指令继电器；sz1q-sz3q：1-3上召唤继电器；xz2q-xz4q：2-4上召唤继电器；cl1q-cl4q：1-4层楼继电器；sfxq：上方向继电器；xfxq：下方向继电器；zsjq：直驶继电器；jtaq：急停按钮。控制脚本（略）130图3-6指令召唤调试界面3、指令、召唤系统的调试131

任务2层楼继电器系统的开发图3-7层楼继电器系统界面

层楼继电器系统的开发内容：检测电梯所在的位置，获得层楼继电器信号，并在轿厢内的控制面板和各厅召唤按钮盒上以数字形式进行显示。

1、层楼显示界面的开发

层楼继电器系统的开发内容：检测电梯所在的位置，获得层楼继电器信号，并在轿厢内的控制面板和各厅召唤按钮盒上以数字形式进行显示。

132图3-5虚拟电梯画面框架2、层楼继电器系统控制脚本的开发工作原理

电梯层楼继电器系统的工作原理。设置一个相当于数据寄存器来存储电梯的位置数据dataq，电梯在1层给其送“1”，电梯在4层给其送“4”，电梯每上升1层经过换速点dataq中数据加1，电梯每下降1层经过换速点dataq中数据减1，这样dataq中数据始终是电梯所在的层楼数据；然后，将dataq分别和1、2、3、4进行比较，等于几就将对应的层楼继电器clx置位有效，其它层复位。133控制方法

在已建循环策略中，控制脚本同样可采用MCGS的if-zhen-else语句实现上述原理。用到的数据如下：cl1q-cl4q：1-4层楼继电器；syxq：上运行继电器；xyxq：下运行继电器；hsq：直驶继电器；dataq：电梯位置数据。控制脚本（略）1343、层楼继电器系统的调试

完成界面及策略脚本设计后，可进入运行状态测试层楼继电器系统及其显示的正确性。对于有控件的数据变量可由控件进行控制操作，而对于那些还没有设置控件的变量，可人为加入一些取反操作数值，模拟这些变量，后续设计这些控件后将人为设置控件删除，如上下运行继电器syxq、xyxq，换速继电器hsq等。

135

任务3选向系统的开发

电梯选向系统的开发内容：该部分主要使仿真系统能够根据已知的检测电梯所在的位置（层楼继电器信号）、电梯的指令召唤信号，自动选择电梯的运行方向，然后驱动两个方向选择继电器（sxzq或xxzq）有效，进而决定电梯的运行方向。

1、选向系统界面的开发

电梯的选向系统一般在后台运行，在前台没有相应的显示，所以该部分没有界面开发任务。

136

2、选向系统控制脚本的开发工作原理

电梯选向系统的工作原理。在得到电梯位置信号（层楼继电器）和要求电梯去（指令继电器）以及请求电梯过来（召唤继电器）的信号后，根据指令和召唤与电梯位置的上下，决定电梯的方向，指令与召唤在实际位置之上选择“上”（sxzq=1），指令与召唤在实际位置之下选择“下”（xxzq=1）。137控制方法

方向选择的实现：首先由层楼继电器形成选向链，然后将每层的指令和召唤对应接入。实际决定电梯的运行方向有以下三种情况。1）自然选向。如上分析，电梯自己判断来选择方向。2）强迫选向。若电梯工作在司机方式，可通过操纵箱上的向上或向下按钮，来干预电梯的运行方向，即强迫使其向上或向下。3）检修选向。若电梯工作在检修方式，同样可使用向上或向下按钮，使电梯以检修的速度向上或向下运行。138控制方法

方向选择的实现：首先由层楼继电器形成选向链，然后将每层的指令和召唤对应接入。实际决定电梯的运行方向有以下三种情况。1）自然选向。如上分析，电梯自己判断来选择方向。2）强迫选向。若电梯工作在司机方式，可通过操纵箱上的向上或向下按钮，来干预电梯的运行方向，即强迫使其向上或向下。3）检修选向。若电梯工作在检修方式，同样可使用向上或向下按钮，使电梯以检修的速度向上或向下运行。

考虑以上因素，电梯的选向回路控制原理如图3-8所示。控制脚本（略）139图3-8电梯的选向回路控制原理图用到的数据如下：nl1q-nl4q：1-4层内指令继电器；sz1q-sz3q：1-3上召唤继电器；xz2q-xz4q：2-4上召唤继电器；cl1q-cl4q：1-4层楼继电器；zsjq：直驶继电器；yxjq：运行继电器；jxq：检修继电器sjq：司机继电器；sxzq：上选择继电器；xxzq：下选择继电器；xsaq：向上按钮；xxaq：向下按钮；qxsq：强迫向上继电器；qxxq：强迫向下继电器；sfxq：上方向继电器；xfxq：下方向继电器；1403、选向继电器系统的调试

图3-9选向继电器回路调试界面141

任务4选层系统的开发

电梯选层系统的开发内容：该部分主要使仿真系统能够根据已知的检测电梯所在的位置（层楼继电器信号）、电梯的指令召唤信号，自动判断电梯到该层是否停车，即“选层”。若选中该层则进行减速，准备平层、停车，若没有选层则以正常速度通过该层。

1、选层系统界面的开发

如同选向系统一样，电梯的选层