《PLC技术及应用（西门子）》课件全套 课题1-5　PLC 基础知识 -PLC 综合应用设计

课题一PLC基础知识1任务1认识PLC任务2西门子S7-1200PLC的硬件及安装任务3西门子TIAPortal软件的使用目录2任务1认识PLC31．了解PLC的特点和控制功能。2．掌握PLC的硬件结构。3．理解PLC的基本工作原理。4．能正确查阅PLC相关资料。学习目标4任务描述可编程序控制器（简称PLC）是在继电器逻辑控制基础上发展起来的，是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种通用工业自动控制装置。PLC具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用等一系列优点，具备高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，已经广泛应用于自动控制的各个领域，并与CAD/CAM技术、工业机器人共同成为现代工业控制的三大支柱。本任务要求初步认识PLC的特点和功能、硬件结构、工作原理，并通过参观实训室和企业、观看视频、上网查阅资料等方式了解PLC在实际生产工作中的应用。5国际电工委员会（IEC）对PLC的定义为：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。相关知识6一、PLC的特点和控制功能1．PLC的特点（1）抗干扰能力强，可靠性高。此外，为了保证PLC能够适应恶劣的工作环境，它在硬件和软件的设计与制造过程中均采取了一些抗干扰的措施，具体如下：1）PLC一般采用光电耦合器来传递信号，有效抑制了外部电路与PLC内部之间的电磁干扰。2）主机的输入、输出电路采用独立电源供电，避免了电源之间的干扰。73）PLC的电源和输入、输出电路中设置了多种滤波电路，避免了高频信号的干扰。4）PLC内部设置了联锁、故障检测和诊断电路，出现问题时可及时发出警报信息，保证其工作安全性。5）在应用程序中，技术人员还可以编入外围元件的故障自诊断程序，使PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护，提高了软件方面的可靠性。6）PLC采用密封、防尘、抗振的外壳封装，可以在恶劣的环境下工作。8（2）功能完善，适应性强。目前的PLC已经标准化、系列化和模块化，不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，还具有A/D转换、D/A转换、算术运算、数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它能根据实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统，可以控制一台机器、一条生产线，也可以控制一组机器、多条生产线；可以进行现场控制，也可以实现远程控制。（3）编程语言易学易用。作为通用工业控制装置，PLC的编程语言简单易学，梯形图语言的图形符号、表达方式与继电器电路图相当接近，初学者也能较容易地掌握。9（4）调试、使用、维修方便。PLC用软件编程代替传统继电器控制装置的硬件接线，大大减少了控制设备的外部接线，使控制系统设计及搭建周期大大缩短。它的模块化结构使得系统构成十分灵活。PLC的故障率很低，一旦发生故障可以依靠系统的自诊断能力和指示灯的状态迅速查明原因，排除故障。（5）易于实现机电一体化。PLC体积小，很容易装入机械装置内部，是实现机电一体化的理想控制设备。102．PLC的控制功能（1）开关量控制。开关量控制也就是逻辑控制，这是PLC最基本的功能，运用在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面，如机床电气控制、起重机控制、包装机械控制、注塑机控制、电梯控制等。（2）模拟量控制。目前，各种型号的PLC都具有模拟量处理功能，通过模拟量I/O模块可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制，编程非常方便。11自动焊机控制、锅炉运行控制、连轧机速度和位置控制等都运用了模拟量的闭环控制，模拟量的闭环控制如图所示。12模拟量的闭环控制（3）运动控制。运动控制包括位置、速度、加速度、转矩等的控制。其中位置控制是通过高速计数模块和位置控制模块进行单轴或多轴控制，实现直线运动或圆周运动。早期PLC通过开关量I/O模块与位置传感器和执行机构的连接来实现这一功能，现在一般使用专用的运动控制模块来完成。（4）数据处理。现代PLC能够完成数学运算（函数运算、矩阵运算、逻辑运算），数据的移位、比较、传递，数值的转换，查表等操作，对数据进行采集、分析和处理。柔性制造系统、工业机器人控制系统、多点同步运行控制系统中均运用了PLC的数据处理功能。13（5）监控功能。PLC能监视系统各部分运行状态和进程，对系统出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时、计数等设定值或强制修改I/O状态。PLC多机组控制监控系统如图所示。14PLC多机组控制监控系统（6）通信联网。PLC通信指PLC与PLC之间、PLC与上位计算机或PLC与智能仪表和智能执行装置（如变频器）之间的通信。PLC与工业互联网、工业物联网结合，已经成为新技术的热点，新型PLC集PC机、OPC服务器、边缘网管为一体，具有监测、控制、数据采集、视觉处理、过程控制、云服务等功能，实质上是一个工业物联网核心。15二、PLC的硬件结构PLC一般分为整体式和模块式两类：整体式机型大多应用于小型单机控制场景，其外形如图所示；模块式机型大多应用于大型多机网络式控制场景，其外形如图所示。16整体式PLC模块式PLC现以整体式PLC为例，说明其内部硬件结构组成及各部分的作用。整体式PLC的硬件结构组成示意图如图所示。17整体式PLC的硬件结构组成示意图1．中央处理单元中央处理单元即CPU，它是PLC的运算、控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O（输入/输出）以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。PLC的档次越高，所用的CPU的位数也越多，运算速度也越快，功能越强。182．存储器按用途，PLC存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等，由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。用户存储器用来存放用户编制的控制程序。存储器常用类型有随机存储器RAM以及只读存储器ROM、EPROM和EEPROM等。193．输入/输出单元输入/输出单元又称为I/O单元或I/O接口，PLC通过I/O接口与工业生产现场联系。为了保证PLC能在恶劣的工业环境中使用，I/O接口都设有光电隔离装置，使外部电路与PLC内部之间完全避免了电的联系，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响，还可防止外部强电窜入内部CPU。在PLC电源电路和输入、输出电路中设置有多种滤波电路，可有效抑制高频干扰信号。20（1）开关量输入接口。PLC输入接口都采用光电耦合器，能有效地避免输入端引线可能引入的电磁场干扰和辐射干扰。在光敏输出端设置RC滤波器，是为了防止用开关类触头输入时触头抖动等引起的误动作，因此PLC内部约有10ms的响应滞后。当各种传感器（如接近开关、光电开关、霍尔开关等）作为输入元件时，可以用PLC机内提供的电源或外部独立电源供电，且规定了具体的接线方法，使用时应加注意。直流开关量输入接口原理及接线图如图所示。2122直流开关量输入接口原理及接线图（2）开关量输出接口。PLC的输出形式主要有3种：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。1）继电器输出型：开关速度低，负载能力强，适用于低频交直流负载，继电器输出接口原理及接线图如图所示。23继电器输出接口原理及接线图2）晶体管输出型：开关速度高，负载能力弱，适用于高频直流负载，晶体管输出接口原理及接线图如图所示。24晶体管输出接口原理及接线图3）晶闸管输出型：开关速度高，负载能力弱，适用于高频交直流负载，晶闸管输出接口原理及接线图如图所示。25晶闸管输出接口原理及接线图4）PLC输出接口相关注意事项如下：①PLC输出接口是分组的，每一组有一个公共端口，只能使用同一种电源电压。②PLC输出负载能力有限，具体参数请阅读相关资料。③对于电感性负载应加阻容保护。④当负载采用的直流电源小于30V时，为了缩短响应时间，可采用并接续流二极管的方法。264．电源PLC配有开关型稳压电源作为电源模块，用来将外部供电电源转换成PLC内部CPU、存储器、I/O接口等电路工作所需的直流电源。5．I/O扩展口I/O扩展口是PLC的总线接口，当用户所需的I/O点数超出主机的点数时，可以通过加接I/O扩展单元来解决，主机与I/O扩展单元通过扩展口连接。6．外部设备接口外部设备通过该接口与PLC通信，完成人机交互，PLC也通过此接口与专用编程器或计算机相连，以编写、下载、调试、修改PLC程序，在线监视PLC的工作状态等。27三、PLC的基本工作原理PLC采用循环扫描工作方式，当PLC运行时，它先以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算，并将结果送入相应元件映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将元件映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，完成一个扫描周期。如此循环，直到停止运行，循环扫描工作方式如图所示。每个扫描过程分为3个阶段，每重复一次就是一个扫描周期。281．输入采样阶段这一阶段也称为输入刷新阶段，即PLC先以扫描方式按顺序将所有输入端的信号状态读入输入映像寄存器（过程映像输入区）。输入采样结束后，即使输入信号状态发生改变，输入映像寄存器中的相应内容也不会发生改变。29循环扫描工作方式2．程序执行阶段PLC将按从上至下、从左到右的顺序，对由各种继电器、定时器、计数器等触点构成的梯形图控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新过程映像输出区或系统内部继电器的状态。3．输出刷新阶段当所有的指令执行完毕时，PLC输出映像寄存器（过程映像输出区）中所有状态通过输出电路输出，驱动用户输出设备（负载），也就是PLC的输出刷新阶段。输出刷新后，PLC再次执行输入采样，开始一个新的扫描周期。30任务2西门子S7-1200PLC的硬件及安装311．了解西门子系列PLC产品。2．熟悉西门子S7-1200PLC的硬件结构。3．掌握PLC的选型方法，能够根据控制要求进行PLC选型。4．能正确安装西门子S7-1200PLC硬件并进行接线。学习目标32任务描述某工厂需要对原车间电气控制设备进行PLC控制的升级改造，经初步统计，设备上用到的按钮、行程开关、接近开关等开关量输入信号共10个，接触器、电磁阀等开关量输出信号共8个，无其他特殊功能要求，请根据控制信号的要求进行PLC的选型及安装接线。33任务分析德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程逻辑控制器在我国的应用相当广泛，在冶金、化工、印刷等领域都有应用。本任务需要了解西门子系列PLC产品的型号及模块技术参数，掌握PLC的选型方法，根据任务要求正确选择PLC型号及模块。熟悉PLC安装与拆卸工艺，掌握PLC控制的数字量输入/输出接线方法，设计PLC硬件接线图并进行安装接线。34一、西门子S7-1200PLC简述西门子公司的PLC产品包括LOGO！、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400、S7-1500等，如图所示。西门子S7系列PLC体积小、响应速度快、标准化程度高，具有网络通信能力，功能强大，可靠性高。相关知识3536西门子PLC产品家族S7-1200是SIMATICS7-1200的简称，是一款紧凑型、模块化的PLC。S7-1200功能强大、使用安全、抗干扰能力强，适合各种工业控制应用场合。S7-1200的CPU采用计算速度更快的处理芯片，布尔运算执行速度从S7-200的0.22μs提升到0.08μs，非常接近S7-300的水平。S7-1200的CPU工作存储器在容量和灵活性方面远超S7-200的存储器，支持存储卡的容量甚至超过了S7-300所支持的存储卡容量，标配PROFINET以太网接口以及全面的集成工艺功能，可以作为一个组件集成在完整的综合自动化解决方案中。其创新的设计使调试和安全操作简单便捷，使用集成于博途的诊断功能，通过简单配置即可实现对设备运行状态的诊断，简化工程组态，并降低项目成本。37西门子S7-1200控制器具有以下特点：1．扩展功能强大西门子S7-1200的CPU有五种不同模块，分别为CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C和CPU1217C。其中的每一种模块都可以进行扩展，以完全满足控制系统需要。2．安装简单方便S7-1200硬件都有内置的卡扣，可简单方便地安装在标准的35mmDIN导轨上。内置卡扣也可以拉出，当需要安装面板时，可提供安装孔。S7-1200硬件可以水平或竖直安装。383．设计节省空间S7-1200硬件都经过专门设计，以节省控制面板的空间。如CPU1214C的宽度仅为110mm，CPU1212C和CPU1211C的宽度仅为90mm。同时通信和信号模块占用空间较小，这种模块化的紧凑系统能够提供高效性和灵活性，在安装过程中节省宝贵空间。4．功能设计模块化S7-1200集成了PROFINET接口，使其具有强大的集成技术功能，以及高可扩展性和高灵活度的设计架构。能够实现简便的通信连接、有效的技术解决方案，并完全满足各类独立自动化场景的需求。39二、西门子S7-1200硬件结构1．CPU模块S7-1200的CPU模块将微处理器、集成电源、输入和输出电路、PROFINET接口、高速运动控制I/O以及板载模拟量输入模块组合到一个设计紧凑的外壳中，形成功能强大的控制器，外形结构如图所示。CPU提供一个PROFINET端口，用于通过PROFINET网络进行通信。还可使用附加模块通过PROFIBUS、GPRS、RS485或RS232网络进行通信。40S7-1200控制器CPU模块外形图①—电源接口②—存储卡插槽（上部保护盖下面）③—可拆卸用户接线连接器（保护盖下面）④—板载I/O的状态LED

⑤—一个或两个PROFINET连接器（CPU的底部）412．信号板（SB）S7-1200CPU支持一个插入式信号板，可以为CPU提供附加的输入/输出通道，信号板连接在CPU的前端，如图所示。可以通过为控制器添加数字量或模拟量输入/输出通道来量身定制CPU，而不必改变其体积。42信号板①—状态LED

②—可拆卸用户接线连接器

3．信号模块（SM）信号模块包括数字量输入模块（简称DI模块）、数字量输出模块（简称DQ模块）、模拟量输入模块（简称AI模块）和模拟量输出模块（简称AQ模块）。SM连接在CPU右侧，如图所示。43信号模块①—状态LED

②—总线连接器滑动接头

③—可拆卸用户接线连接器4．通信模块（CM）S7-1200CPU最多可以添加3个通信模块，通信模块连接在CPU的左侧，

如图所示。可以添加点到点通信模块、PROFIBUS主站模块和从站模块、工业远程通信模块、AS-i接口模块和标示系统的通信模块。44通信模块①—状态LED

②—通信连接器三、PLC的选型方法1．PLC品牌选择PLC品牌时，应考虑品牌的可靠性、设计者的熟悉程度、配套产品的一致性以及技术服务等因素。在同一个企业中，应尽量使用同一型号的PLC，以便于技术培训和维护。2．功能要求选择PLC时应确保其能够满足控制系统的功能需求，包括运算、定时、计数、通信等功能。453．‌结构形式和安装方式PLC的结构形式包括整体式和模块式。整体式PLC的特点是结构紧凑、体积小、I/O点的平均价格较低，一般适用于小型控制系统；模块式PLC功能扩展灵活，适用于复杂系统和环境较差的场合。安装方式包括集中式、远程I/O式和多台PLC联网的分布式。4．I/O点数确定PLC的I/O点数时，应考虑控制设备所需的I/O点数，并留有一定的余量。通常在统计的I/O点数的基础上，再增加10%～20%的余量。465．存储器容量和响应速度存储器容量需足够大，以存储用户程序和系统数据，通常按数字量I/O点数的10～15倍加上模拟量I/O点数的100倍进行估算，并考虑一定的余量。PLC的响应速度对其性能有重要影响。对于大多数应用场合，一般PLC的响应速度可以满足要求，但对于某些特定场合，为了缩短I/O响应延迟时间，可以选择扫描速度快的PLC或具有快速响应模块的PLC。47任务3西门子TIAPortal软件的使用481．熟悉S7-1200控制器的用户程序执行及用户程序结构。2．掌握S7-1200控制器的数据存储、存储区和数据类型。3．熟悉TIAPortal软件基本界面及编程语言。4．能正确使用TIAPortalV16软件进行程序编写及调试。学习目标49任务描述在电动机控制系统中，有时按下某一启动按钮，电动机就旋转，当松开这个按钮时，电动机就停转，这种控制方式称为电动机的点动控制。电动机点动控制电路是用按钮和接触器控制电动机的最简单的控制电路，主要用于需要经常启动和停车的机械电气控制中，如机床的快速进给、桥式起重机的控制等。50点动控制电路如图所示，分为主电路和控制电路两部分。51电动机点动控制电路图点动控制电路的工作过程较为简单：合上电源开关QF，按下点动按钮SB（1-2），接触器KM的线圈通电，接触器KM三相主触点闭合，电动机得电运行。松开点动按钮SB（1-2），KM线圈断电，接触器KM三相主触点断开，电动机断电停止运行。本任务将上图所示的继电器控制方式改为PLC控制方式，完成三相异步电动机点动PLC控制线路的设计、安装和调试。52任务分析本任务利用PLC改造继电器控制线路，主要是针对控制电路进行改造，主电路一般保持不变，即利用PLC的硬件接线和软件程序控制来替代继电器控制电路的控制动作。点动按钮SB属于PLC的输入信号，与PLC输入端子连接；接触器KM线圈属于输出信号（负载），与PLC输出端子连接。由于选用的S7-1200PLC主机型号为CPU1214CDC/DC/DC，因此实际工作中需要使用继电器转换电路进行控制，以适应PLC输出端子的控制要求，本任务进行了简化处理。后续任务中如遇相同情况都进行了相应处理。53任务分析完成本任务需要掌握PLC控制逻辑的分析方法，掌握梯形图程序设计方法，熟悉西门子TIAPortalV16编程软件的基本界面及梯形图程序的录入调试操作。54一、S7-1200的用户程序执行1．CPU的工作模式CPU有三种工作模式：STOP模式、STARTUP模式和RUN模式。CPU前面的状态LED指示当前工作模式。（1）在STOP模式下，CPU不执行任何程序，用户可以下载项目。RUN/STOPLED为黄色且持续点亮。相关知识55（2）在STARTUP模式下，CPU会执行任何启动逻辑（如果存在）。在启动模式下，CPU不会处理中断事件。RUN/STOPLED为绿色和黄色交替闪烁。（3）在RUN模式下，扫描周期重复执行。在程序循环阶段的任何时刻都可能发生中断事件，CPU也可以随时处理这些中断事件。用户可以在RUN模式下下载项目的某些部分。RUN/STOPLED为绿色且持续点亮。562．在RUN模式下处理扫描周期在每个扫描周期中，CPU都会写入输出、读取输入、执行用户程序、更新通信模块以及响应用户中断事件和通信请求，在扫描期间会定期处理通信请求，以上操作（用户中断事件除外）按先后顺序定期进行处理。对于已启用的用户中断事件，将根据优先级按其发生顺序进行处理。系统要保证扫描周期在一定的时间（即最大循环时间）内完成，否则将生成时间错误事件。57（1）写入输出。在每个扫描周期的开始，从过程映像输出区重新获取数字量及模拟量输出的当前值，然后将其写入CPU、SB和SM上组态为自动I/O更新（默认组态）的物理输出。此阶段的特点是输出集中更新，避免程序执行过程中输出状态的频繁变化导致设备抖动。（2）读取输入。随后，在该扫描周期中，读取CPU、SB和SM上组态为自动I/O更新的数字量及模拟量输入的当前值，然后将这些值写入过程映像输入区。这些值在一个扫描周期中保持不变，确保执行用户指令逻辑的稳定性。58（3）执行用户程序。读取输入后，系统将从第一条指令开始执行用户程序，一直执行到最后一条指令。其中包括所有的程序循环OB（组织块）及其所有关联的FC（函数）和FB（函数块），CPU执行用户指令逻辑，并更新过程映像输出区的值，而不是写入实际的物理输出。（4）执行自检诊断。自诊断检查包括定期检查系统和检查I/O模块的状态。59二、S7-1200的用户程序结构为了创建有效的用户程序结构，S7-1200CPU支持组织块（OB）、函数块（FB）、函数（FC）和数据块（DB）等类型的代码块。1．组织块组织块是操作系统和用户程序之间的接口，起到调用用户程序的作用，同时具有自动化系统启动、循环程序处理、中断程序执行以及错误处理等功能，根据不同的触发条件执行相应的程序逻辑。60OB分为三个优先组，高优先组中的组织块可中断低优先组中的组织块。如果同一个优先组中的组织块同时触发，将按其优先级由高到低依次执行；如果同一个优先级的组织块同时触发，将按块的编号由小到大依次执行。常见的OB类型有OB1、OB35和OB82，它们的功能如下：（1）OB1是主循环组织块，是整个用户程序循环执行的主体部分，大多数用户程序都会在OB1中编写。（2）OB35用于定时中断处理，用户可以设置固定的时间间隔，当到达这个时间间隔时，OB35中的程序就会被执行。（3）OB82是系统发生故障时执行的组织块，可在OB82中编写故障处理程序。612．函数块FB是由用户编写的带有自己存储区的代码块。这意味着FB内部的变量等数据有独立的存储区域（称为背景数据块），与其他块相对隔离。与FB关联的背景数据块存储FB的接口参数，如输入、输出、输入/输出、静态变量等参数。在程序中调用FB时，可以分配一个已经创建好的背景DB，也可以直接定义一个新的DB，该DB将自动生成并作为这个FB的背景数据块。可多次调用FB，每次调用都采用唯一的背景数据块。调用带有不同背景数据块的同一FB不会对其他任何背景数据块的数据值产生影响。623．函数FC是由用户编写的没有固定存储区的块，其临时变量存储在局部数据堆栈中。这就导致FC执行结束后，临时变量的数据会丢失，常用于对一组输入值执行特定运算。FC可以在程序中的不同位置多次调用，这种特性简化了对重复发生任务的编程。使用带参数的FC时，打开FC后需要在FC的接口定义相关的接口参数，调用FC时需要给FC的所有形参分配实参。634．数据块DB用于存储可能被用户程序使用的数据。DB分为全局数据块和背景数据块，其访问方式分为直接和间接寻址方式。如前所述，背景数据块与FB密切相关，存储FB的相关参数。全局数据块则可以在整个程序的不同部分进行数据共享和存储操作，方便在不同的程序块之间传递数据。用户程序、数据及组态的大小受CPU中可用装载存储器和工作存储器的限制。对各个OB、FC、FB和DB的数量没有特殊限制，但是块的总数限制在1024个之内。64三、S7-1200的数据存储、存储区和数据类型1．S7-1200的数据存储PLC程序中，用户为数据地址创建符号名称或变量，作为与存储器地址和I/O点相关的PLC变量，或在代码块中使用的局部变量。要在用户程序中使用这些变量，只需输入指令参数的变量名称。65CPU提供了以下几个选项，用于在执行用户程序期间存储数据：（1）全局存储器。CPU提供了各种专用存储区，其中包括过程映像输入（I）、过程映像输出（Q）和位存储器（M）。所有代码块可以无限制地访问该存储器。（2）PLC变量表。在PLC变量表中，可以输入特定存储单元的符号名称。这些变量在PLC程序中为全局变量，并允许用户使用应用程序中有具体含义的名称进行命名。66（3）数据块。可在用户程序中加入DB以存储代码块的数据。从相关代码块开始执行一直到执行结束，存储的数据始终存在。全局DB存储所有代码块均可使用的数据，而背景DB存储特定FB的数据并且由FB的参数进行构造。（4）临时存储器。只要调用代码块，CPU的操作系统就会分配要在执行块期间使用的临时或本地存储器（L）。代码块执行完毕后，CPU将重新分配本地存储器，用于执行其他代码块。672．S7-1200的存储区每个存储单元都有唯一的地址。用户程序通过这些地址访问存储单元中的信息，S7-1200的存储区见下表。68S7-1200的存储区3．S7-1200的数据类型数据类型用于指定数据元素的存储方式和范围。每个指令参数至少支持一种数据类型，有些参数支持多种数据类型。在编程软件中，将光标停在指令的参数域上，便可看到该参数所支持的数据类型。S7-1200支持的常用数据类型见下表。69S7-1200支持的常用数据类型70S7-1200支持的常用数据类型四、TIAPortal软件简述博途是西门子TIAPortal软件的简称，它在一个软件应用程序中集成了各种SIMATIC产品，使用这一软件可以提高生产力和生产效率。TIA产品在博途中协同工作，能够为创建自动化解决方案提供各个方面的支持，使用户能够通过高效的配置，快速、直观地执行自动化和驱动任务。它为控制器PLC、人机接口（HMI）和驱动器搭建了标准化资源平台，为共享数据存储和一致性提供了标准化的操作概念。71博途包括控制器编程和组态软件STEP7、设计和运行过程可视化的软件WinCC（windowscontrolcenter，视窗控制中心）以及软件的在线帮助。STEP7软件提供了一个友好的用户环境，提供用户开发、编辑和监视控制应用所需的逻辑，其中包括用于管理和组态项目中所有设备（如控制器和HMI等设备）的工具，博途控制过程如图所示。72博途控制过程1．S7-1200的编程语言（1）LAD（梯形图）。梯形图是一种图形编程语言，它使用基于电路图的表示法。电路图中的元件（如常闭触点、常开触点和线圈）相互连接构成程序段，如图所示。73梯形图（2）FBD（功能块图）。功能块图是基于布尔代数中使用的图形逻辑符号的编程语言，如图所示。74功能块图（3）SCL（结构化控制语言）。结构化控制语言是一种基于文本的高级编程语言。SCL支持STEP7的块结构，还可以将用LAD和FBD编写的程序块包含在用SCL编写的程序块中，如图所示。75结构化控制语言2．TIA‌Portal界面视图（1）门户视图（Portal视图）。Portal视图是面向任务的视图，包含了门户选项、门户选项对应的操作、操作选择面板、切换到项目视图键和当前打开的项目的显示区域，如图所示。76Portal视图（2）项目视图。项目视图（如图所示）是面向项目的视图，它是项目所有组件的结构化视图。77项目视图3．TIA‌Portal系统配置TIAPortal的V16版本多用于PLC编程与仿真操作，该版本增强了性能，提高了兼容性，完美支持Windows10操作系统，增强了对SIMATICS7-1200、S7-1500、S7-300/400和WinCC控制器的支持，支持简体中文、英文等多种语言。TIAPortalV16的计算机硬件配置要求见下表。78TIAPortalV16的计算机硬件配置要求794．博途创建项目的基本步骤（1）新建项目。（2）配置硬件并进行设备组网。（3）对PLC进行编程。（4）组态可视化操作界面。（5）加载组态数据。（6）使用在线和诊断功能。80课题二PLC基本指令应用设计81任务1电动机连续正转PLC控制设计任务2电动机点动与连续混合运行PLC控制设计任务3电动机正反转PLC控制设计任务4电动机星-三角降压启动PLC控制设计任务5单按钮启停电动机PLC控制设计目录82任务6传送带顺序启动、逆序停止PLC控制设计任务1电动机连续正转PLC控制设计831．掌握过程映像输入/输出（I/Q）的功能和使用方法。2．掌握触点指令及线圈输出指令的功能、表示形式和使用方法。3．掌握与、或、异或逻辑运算指令及取反_x0007_RLO指令的功能、表示形式和使用方法。4．能使用触点和线圈输出指令设计电动机连续正转控制程序，并完成PLC控制线路的安装和调试。学习目标84任务描述在电动机控制系统中，大部分工作需要电动机连续正转运行。当按下启动按钮时，电动机正向转动，松开启动按钮，电动机不会停止转动，只有按下停止按钮时，电动机才能停止运行，这种控制方式称为电动机连续正转控制。85电动机连续正转控制电路如图所示。图中的QF为低压断路器，KM为交流接触器，M为三相交流异步电动机，SB1为停止按钮，SB2为启动按钮，KH为热继电器，FU1、FU2为熔断器。86电动机连续正转控制电路图电路的工作原理如下：合上电源开关QF，接通电源。1．启动控制按下启动按钮SB2时，启动按钮SB2常开触点（3-4）闭合，KM线圈通电，KM三相主触点闭合，电动机通电正转运行。同时，与启动按钮SB2并联的KM常开辅助触点（3-4）也闭合，此时松开SB2，KM线圈仍保持通电状态。这种依靠接触器自身的常开辅助触点保持其线圈通电的电路，称为自锁电路，常开辅助触点称为自锁触点。872．停止控制当电动机需要停止时，按下停止按钮SB1，停止按钮SB1常闭触点（2-3）断开，KM线圈断电，KM三相主触点断开，电动机断电停止运行。同时，KM的常开辅助触点（3-4）也断开。此时，松开停止按钮SB1，KM的线圈也不会通电，电动机不能自行启动。若要使电动机再次启动，则需再次按下启动按钮SB2。当停止使用电动机时，需关断电源开关QF。此电路具有短路保护、过载保护、失压和欠压保护的功能。88任务分析本任务要求将电动机连续正转控制的传统继电器控制方式改为PLC控制方式，完成电动机连续正转PLC控制系统的设计、安装和调试。要完成该任务，需学习S7-1200PLC的编程元件过程映像输入/输出（I/Q）、基本指令（如触点指令、线圈输出指令、与指令、或指令、非指令等）的使用方法及梯形图程序的设计方法。89相关知识90一、过程映像输入和过程映像输出1．过程映像输入过程映像输入（又称为输入继电器）在用户程序中的标识符为I，它是PLC接收外部输入的数字量信号的窗口，其实质是存储单元。通过过程映像输入，为PLC的存储系统与外部输入端子（输入点）建立明确对应的连接关系。每一个过程映像输入都对应PLC的一个输入点，在每个扫描周期的输入采样阶段接收由现场送来的输入信号的状态（1或0）。当外部开关触点闭合时，对应的过程映像输入的状态为1，程序中对应的过程映像输入的常开触点闭合、常闭触点断开。由于存储单元可以无限次地读取，所以有无数对过程映像输入的常开、常闭触点供编程使用。编程时应注意，用户编制的梯形图中只应出现过程映像输入的触点，而不应出现过程映像输入的线圈。91过程映像输入可采用位、字节、字或存取。一般按“字节.位”的编址方式来读取一个过程映像输入的状态，也可以按字节（8位）或者按字（2字节、16位）来读取连续多个过程映像输入的状态，过程映像输入的绝对地址见下表。92过程映像输入的绝对地址2．过程映像输出过程映像输出（又称为输出继电器）在用户程序中的标识符为Q，CPU将存储在过程映像输出中的值复制到物理输出点。用户程序访问PLC的输入和输出地址区时，不是读、写数字量模块中信号的状态，而是访问CPU的过程映像区。在扫描循环中，用户程序计算输出值，并将它们存入过程映像输出区。在下一个扫描循环开始时，将过程映像输出区的内容写到数字量输出点，再由后者驱动外部负载。93过程映像输出的状态由过程映像输入的触点和其他内部元件的触点决定，即它的状态完全由编写的用户程序决定。和过程映像输入一样，可以无限次地读取过程映像输出的存储单元，可以有无数对过程映像输出的常开、常闭触点供编程使用。过程映像输出与其他内部元件的一个显著不同在于，它有且仅有一个实实在在的物理动合触点，用来接通负载，这个动合触点可以是有触点的（继电器输出型）或者是无触点的（晶体管输出型或晶闸管输出型）。过程映像输出的线圈不能直接与梯形图的左逻辑母线连接，如果某个线圈确实不需要经过任何编程元件触点的控制，可借助某个常闭触点进行控制。94可以按位、字节、字或双字访问过程映像输出，过程映像输出允许读访问和写访问。过程映像输出的绝对地址见下表。95过程映像输出的绝对地址二、位逻辑指令西门子S7-1200PLC支持梯形图、功能块图和结构化控制语言三种编程语言，使用者可根据程序设计应用情况选择合适的语言进行编程。初学者一般选用梯形图编程语言。PLC的位逻辑指令多用于开关量逻辑控制。触点指令和线圈输出指令是最基本的位逻辑指令，在梯形图中分别对应触点和线圈。961．触点指令在梯形图中常使用与继电器控制电路图中触点类似的常开触点和常闭触点作为条件进行程序运算，常开触点和常闭触点指令的表示形式及功能说明见下表。97常开触点和常闭触点指令的表示形式及功能说明2．线圈输出指令线圈输出指令就是赋值指令。线圈输出指令写入输出位的值。如果用户指定的输出位使用存储器标识符Q，则CPU接通或断开过程映像寄存器中的输出位，同时将指定的位设置为等于“能流”状态，赋值和赋值取反指令的表示形式及功能说明见下表。98赋值和赋值取反指令的表示形式及功能说明在FBD编程中，LAD线圈变为分配（=和/=）功能框，可在其中为功能框输出指定位地址。功能框输入和输出可连接到其他功能框逻辑，用户也可以输入位地址。通过在Q偏移量后加“

：P”（如Q3.4：P），可立即写入物理输出。立即写入即将位数据值写入过程映像输出并直接写入物理输出。控制执行器的输出信号连接到PLC的Q端子。在RUN模式下，PLC将连续扫描输入信号，并根据程序逻辑处理输入状态，然后通过在过程映像输出寄存器中设置新的输出状态值进行响应。PLC会将存储在过程映像寄存器中的新的输出状态响应传送到已连接的输出端子。993．与、或、异或逻辑运算指令在S7-1200PLC中，并不是所有的LAD、FBD指令都能一一对应，实际使用时可根据所要实现的控制功能和程序设计人员的习惯去选择。与、或、异或逻辑运算指令的表示形式及功能说明见下表。100与、或、异或逻辑运算指令的表示形式及功能说明4．取反RLO指令RLO是逻辑运算结果（resultoflogicoperation）的简称，取反RLO指令也称为NOT逻辑反相器，取反RLO指令的表示形式及功能说明见下表。101取反RLO指令的表示形式及功能说明任务2电动机点动与连续混合运行PLC控制设计1021．掌握位存储器M的功能和使用方法。2．掌握系统和时钟存储器的启用及使用方法。3．掌握置位和复位指令的功能、表示形式和使用方法。4．能使用位存储器M和置位与复位指令设计电动机点动与连续混合运行控制程序，并完成PLC控制线路的安装和调试。学习目标103任务描述机床设备在正常工作时，一般需要电动机处于连续运行状态。但在试车或调整刀具与工件的相对位置时，又需要电动机能点动运行，实现这种工艺要求的电路是点动与连续混合运行控制电路。点动与连续混合运行控制电路如图所示。104电动机点动与连续混合运行控制电路图控制电路的工作原理如下：合上电源开关QF，接通电源。1．连续运行控制启动：按下启动按钮SB2后，启动按钮SB2的常开触点（3-4）闭合，接触器KM线圈得电，KM的主触点闭合，同时KM自锁触点闭合，电动机通电启动正转并连续运行。停止：按下停止按钮SB1后，停止按钮SB1常闭触点（2-3）断开，接触器KM线圈断电，KM的主触点断开，KM自锁触点也同时断开，电动机断电停止运行。1052．点动运行控制启动：按下点动按钮SB3，SB3的常闭触点（3-5）先断开，切断了接触器KM线圈的自锁回路，SB3的常开触点（3-4）后闭合，KM线圈得电，KM的主触点闭合，电动机通电启动正转。停止：松开点动按钮SB3，SB3的常开触点（3-4）先断开，KM线圈断电，KM的主触点断开，电动机断电停止运行。SB3的常闭触点（3-5）后闭合，由于接触器自锁触点已经断开，所以KM线圈不能得电。当停止使用电动机时，关断电源开关QF。106任务分析本任务要求将电动机点动与连续混合运行控制的传统继电器控制方式改为PLC控制方式，完成电动机点动与连续混合运行PLC控制线路的设计、安装和调试。电动机点动与连续混合运行PLC控制系统需要点动启动、连续启动、停止3个输入信号，交流接触器线圈驱动1个输出信号。要完成该项任务，需要学习S7-1200PLC的编程元件位存储器M的使用方法、系统及时钟存储器的启用及使用方法，掌握置位和复位指令的应用及梯形图程序的设计方法。107一、位存储器M位存储器（又称为辅助继电器）在用户程序中的标识符为M，它是PLC的系统存储器之一，用来存储运算的中间操作状态或其他控制信息，不能直接驱动外部负载，其作用与继电器控制系统中的中间继电器相似。位存储器的常开与常闭触点在PLC编程过程中可无限次使用。可以用位、字节、字或双字读/写位存储器。位存储器的绝对地址见下表。相关知识108109位存储器的绝对地址MB10代表位存储器的第10字节的存储区。MW10代表位存储器的第10字的存储区，由字节MB10和MB11组成，其中MB10为高字节，MB11为低字节。MD12代表位存储器的第12双字的存储区，由字MW12和MW14或字节MB12、MB13、MB14、MB15组成，其中MB12为最高字节，MB15为最低字节。二、系统和时钟存储器1．系统存储器可将位存储器的一个字节分配给系统存储器，其中的各个位会在发生特定事件时启用（值=1），如图所示。系统存储器各位的说明见下表。110系统存储器位系统存储器各位说明1112．时钟存储器可将位存储器的一个字节分配给时钟存储器，被组态为时钟存储器的字节中的每一位都可生成方波脉冲。时钟存储器字节提供了8种不同的频率，其范围从0.5Hz（慢）到10Hz（快），如图所示。这些位可作为控制位（尤其在与沿指令结合使用时），用于在用户程序中周期性触发动作。时钟存储器各位对应的周期和频率见下表。112时钟存储器各位对应的周期和频率113时钟存储器位三、置位与复位指令1．置位和复位输出指令置位和复位输出指令的表示形式及功能说明见下表。执行S指令时，将指令操作数（bit）指定的地址位置位（即变为1并保持）；执行R指令时，将指令操作数（bit）指定的地址位复位（即变为0并保持）。114置位和复位输出指令的表示形式及功能说明2．置位和复位位域指令置位和复位位域指令的表示形式及功能说明见下表。执行置位位域指令时，将指定地址开始的连续的若干个位地址置位。执行复位位域指令时，将指定地址开始的连续的若干个位地址复位。115置位和复位位域指令的表示形式及功能说明3．复位/置位和置位/复位触发器指令复位/置位和置位/复位触发器指令的表示形式及功能说明见下表。116复位/置位和置位/复位触发器指令的表示形式及功能说明任务3电动机正反转PLC控制设计1171．掌握上升沿、下降沿跳变检测指令的表示形式、功能和使用方法。2．能使用上升沿、下降沿跳变检测指令设计电动机正反转控制程序，并完成PLC控制线路的安装和调试。学习目标118任务描述生产机械的运动部件往往需要做正、反两个方向的运动，如车床主轴的正转和反转、工作台的前进和后退等，这就要求拖动生产机械的电动机能实现正反转控制。若要实现电动机反向控制，只需将电源的三根相线中的任意两根对调（称为换相）即可，常采用接触器联锁正反转控制电路。119接触器联锁正反转控制电路如图所示。电路中采用了两个接触器，即正转接触器KM1和反转接触器KM2，它们分别由正转启动按钮SB2和反转启动按钮SB3控制。从主电路可以看出，接触器KM1连接电源的相序为L1-L2-L3，KM2连接电源的相序为L3-L2-L1。必须注意，KM1和KM2的主触点绝对不允许同时闭合，否则将造成L1-L3两相电源短路事故。为了避免KM1和KM2线圈同时得电，应分别为KM1、KM2线圈串联对方的辅助常闭触点。120121接触器联锁正反转控制电路图将一个接触器的辅助常闭触点串联在另一个接触器线圈的电路中，使两个接触器相互制约的控制，称为互锁控制或联锁控制。利用接触器的辅助常闭触点的联锁，称为电气联锁（或接触器联锁），用符号“

”表示。实现联锁作用的辅助常闭触点称为联锁触点。控制电路的工作原理如下：合上电源开关QF，接通电源。1221．正转控制按下正转启动按钮SB2后，SB2常开触点（3-4）闭合，KM1线圈通电，KM1的辅助常闭触点（6-7）先断开，实现对KM2的联锁保护，KM1的辅助常开触点（3-4）后闭合，实现自锁，KM1主触点闭合，电动机M得电正转运行。这时，如果按下反转启动按钮SB3，KM2线圈不会通电，避免了电源短路，保证了电路的安全。2．正转停止控制按下停止按钮SB1后，停止按钮SB1常闭触点（2-3）断开，KM1线圈断电，KM1的辅助常开触点（3-4）先断开，解除自锁，KM1主触点断开，电动机M断电停止运行。KM1的辅助常闭触点（6-7）后闭合，解除对KM2的联锁保护。1233．反转控制按下反转启动按钮SB3后，SB3常开触点（3-6）闭合，KM2线圈通电，KM2的辅助常闭触点（4-5）先断开，实现对KM1的联锁保护，KM2的辅助常开触点（3-6）后闭合，实现自锁，KM2主触点闭合，电动机M得电反转运行。4．反转停止控制反转停止控制动作与正转停止控制动作类似，可自行分析。停止使用时，关断电源开关QF。124任务分析本任务要求将电动机正反转控制的传统继电器控制方式改为PLC控制方式，完成电动机正反转PLC控制线路的设计、安装和调试。电动机正反转PLC控制系统有正转启动、反转启动、停止3个输入信号，正转和反转交流接触器线圈驱动2个输出信号。要完成该项任务，需要学习S7-1200PLC的上升沿、下降沿指令，使用PLC的触点串联/并联方法和上升沿、下降沿跳变检测指令等进行梯形图程序的设计。125很多控制过程不仅用到触点和线圈指令，有时还要采集某个信号的变化瞬间，如触点和线圈的接通瞬间或断开瞬间。触点/线圈上升沿（用字母P表示）指令表示在触点/线圈闭合瞬间接通一个扫描周期，触点/线圈下降沿（用字母N表示）指令表示在触点/线圈断开瞬间接通一个扫描周期。上升沿和下降沿跳变检测指令包括P和N触点指令及P和N线圈指令。相关知识126一、P和N触点指令P和N触点指令的表示形式及功能说明见下表。127P和N触点指令的表示形式及功能说明二、P和N线圈指令P和N线圈指令的表示形式及功能说明见下表。128P和N线圈指令的表示形式及功能说明每次执行上升沿、下降沿跳变检测指令时都会对输入和存储器位值进行评估，包括第一次执行。在程序设计期间必须考虑输入和存储器位的初始状态，以允许或避免在第一次扫描时进行上升沿、下降沿检测。由于存储器位必须从一次执行保留到下一次执行，所以对每个上升沿、下降沿跳变检测指令都应该使用唯一的位，并且不应在程序中的任何其他位置使用该位。还应避免使用临时存储器和其他可能受系统功能（如I/O更新）影响的存储器。129三、P和N指令的应用以电动机连续正转控制程序为例，在启动按钮SB2处应用P触点指令，如图所示。130P触点指令的应用对比如图所示程序，两个控制程序的动作时序图（包括正常工作情况和启动按钮有故障时的工作情况）如图所示。131电动机连续正转控制梯形图程序两个控制程序的动作时序图正常工作情况下，按下启动按钮SB2时，两个程序的KM线圈都会得电，电动机通电启动并连续运行。按下停止按钮SB1时，KM线圈都断电。当启动按钮SB2有故障时，如松开SB2后，机械卡壳、触点粘连等故障导致其触点未能断开，原程序中的电动机会在按下停止按钮SB1后断电停止运行，松开停止按钮SB1后自动得电（由于SB2触点未断开）。由于新程序中使用了P触点指令，KM断电后电动机不会再次得电，因为PLC检测的是SB2触点由断开到闭合的状态，SB2因故障而一直闭合，就不会再次发出含有上升沿的启动信号，只有解除SB2故障、使触点由断开到闭合，才能再次使KM线圈得电。132任务4

电动机星-三角降压启动PLC控制设计1331．掌握定时器指令的表示形式、功能和使用方法。2．能使用定时器指令设计电动机星-三角降压启动控制程序，并完成PLC控制线路的安装和调试。学习目标134任务描述定子绕组为三角形联结的三相笼形异步电动机，正常运行时均可采用星-三角降压启动的方法，以达到限制启动电流的目的。启动时，定子绕组先做星形联结降压启动，待转速上升到接近额定转速时，定子绕组改为三角形联结，电动机进入全压运行状态。电动机星-三角降压启动继电器控制电路如图所示，其中接触器KM为引入电源用，接触器KMY

为星形降压启动用，接触器KM△为三角形运行用，时间继电器KT用来控制星形降压启动时间，完成星-三角运行自动切换。SB1是启动按钮，SB2是停止按钮，FU1用作主电路的短路保护，FU2用作辅助电路的短路保护，KH用作电动机过载保护。135电动机星-三角降压启动控制电路的工作原理如下：合上电源开关QF，接通电源。1．电动机星形降压启动按下启动按钮SB1，SB1常开触点（3-4）闭合，KT和KMY线圈同时得电，KMY的辅助常闭触点（7-8）先断开，切断KM

△线圈的回路实现联锁保护。KMY的主触点闭合，电动机定子绕组接成星形，KMY的辅助常开触点（5-7）后闭合，使KM线圈得电。KM自锁触点（3-7）闭合自锁，KM主触点闭合，电动机做星形联结降压启动。1362．电动机三角形全压运行经启动整定延时后，时间继电器KT的常闭触点（5-6）断开，使接触器KMY线圈断电，KMY主触点断开，切除电动机星形联结。KMY辅助常开触点（5-7）断开，使KT线圈断电，KMY联锁触点（7-8）闭合，解除对KM

△的联锁保护，KM△线圈得电，KM△联锁触点（4-5）断开，实现对星形启动电路的联锁保护，KM△主触点闭合，电动机做三角形联结全压运行。1373．停止控制按下停止按钮SB2，无论电动机处于星形启动还是三角形运行阶段，所有接触器、继电器线圈都会断电，电动机停止工作。注意：时间继电器延迟时间的长短，可依据电动机容量决定，电动机容量大则延迟时间长、容量小则延迟时间短。138任务分析本任务要求将电动机星-三角降压启动继电器控制方式改为PLC控制方式，完成电动机星-三角降压启动PLC控制线路的设计、安装和调试。电动机星-三角降压启动PLC控制系统需要启动按钮SB1、停止按钮SB2两个输入设备，交流接触器KM、KMY、KM△三个输出设备。要完成该项任务，需要学习S7-1200PLC的定时器指令及梯形图程序的设计方法。139相关知识140一、定时器的类型定时器是PLC最常见的编程元件之一，其功能与继电器控制系统中的时间继电器相似，起延时作用。用户程序中可以使用的定时器个数受CPU存储器容量限制。定时器均使用16字节的IEC_Timer数据类型的DB结构来存储功能框或线圈指令顶部指定的定时器数据，S7-1200会在插入定时器指令时自动创建该DB。S7-1200PLC的定时器分为脉冲定时器TP、接通延时定时器TON、关断延时定时器TOF和时间累加器TONR。其中，接通延时定时器最常用。定时器指令的表示形式及功能说明见下表。141定时器指令的表示形式及功能说明定时器参数的数据类型及说明见下表。142定时器参数的数据类型及说明当IN收到上升沿信号时，TP、TON、TONR定时器开始定时；当IN收到下降沿信号时，TOF定时器开始定时。参数PT为预设时间值，ET为启动定时器后的当前定时值，

它们为32位的Time数据类型，单位为ms，输入格式为T#D_H_M_S_MS，大写字母D、H、M、S、MS依次代表日、小时、分、

秒和毫秒，最大定时时间

为T#24D_20H_31M_23S_647MS。定时器指令可以放在程序段的中间或结束处。定时器属于函数块，调用时需要指定配套的背景数据块，定时器指令的数据保存在背景数据块中，因此，定时器必须配合背景数据块使用。143二、接通延时定时器1．功能说明接通延时定时器用于将输出Q的置位操作延迟PT指定的一段时间，其工作时序图如图所示。144TON工作时序图TON指令在输入IN发生由0到1的状态变化时开始计时，当到达PT指定的时间后，输出Q为1状态。此后只要输入仍为1状态，则输出将保持为1状态。如果输入的状态由1变为0，则输出被复位，ET复位。如果在输入端检测到一个新的上升沿信号，那么定时器指令将重新开始计时。当ET未达到预设时间时，用户可以通过输出ET来确定从输入IN出现上升沿到当前持续的时间。1452．应用举例【例】使用接通延时定时器设计一个延时接通程序，梯形图程序如图所示。146使用接通延时定时器的延时接通程序当I0.3接通时，定时器开始计时。当计时时间等于预设值5s时（即I0.3接通5s后），输出Q0.3变为1状态。当计时时间大于预设值5s时，当前值ET保持不变，输出Q0.3保持1状态。当I0.3断开时，定时器复位，当前值ET变为0，输出Q0.3变为0状态。注意：定时器类型较多，对于每个定时器的认知学习，都需要像学习TON指令一样，先掌握元件的工作原理，再通过实际的应用程序进行操作运用，并且通过监控表的监控数值进一步验证其工作过程，以达到对每种定时器的掌握。147任务5单按钮启停电动机PLC控制设计1481．掌握计数器指令的表示形式、功能和使用方法。2．能使用计数器指令设计电动机单按钮启停控制程序，并完成PLC控制线路的安装和调试。学习目标149任务描述电动机控制系统中，某些特殊场合（如多点控制和远距离控制时，需要大量的导线和按钮，因此要节省连接导线和减少按钮数量）或某些特殊设备需要采用一个按钮控制电动机的启动和停止，如全自动洗衣机的“启动/停止”按钮控制洗衣机的启动和停止。接通电源后，按一下按钮，洗衣机开始运行，再按一下按钮，洗衣机停止运行；如果继续按动按钮，洗衣机会重复切换运行与停止的状态。150本任务要求完成电动机单按钮启停PLC控制线路的设计、安装和调试。控制要求如下：用一个按钮控制电动机的启动和停止，即第一次按下按钮，电动机启动；第二次按下按钮，电动机停止；继续按下按钮，电动机重复切换启动与停止状态。151任务分析电动机单按钮启停PLC控制系统需要1个启动/停止输入信号，1个交流接触器线圈驱动输出信号。要完成该项任务，需要学习S7-1200PLC的计数器指令及梯形图程序的设计方法。152相关知识153一、计数器的类型计数器是对控制过程中的动作进行计数的软元件，S7-1200PLC计数器分为两大类：一类是IEC计数器，另一类是高速计数器。IEC计数器的个数受CPU存储容量的限制，其最高计数频率受OB1扫描时间的限制。如果需要使用频率更高的计数器，可以使用CPU内置的高速计数器。S7-1200PLC提供了三种类型的IEC计数器，即加计数器（CTU）、减计数器（CTD）和加减计数器（CTUD）。计数器指令的表示形式及功能说明见下表，参数的数据类型见下表。154计数器指令的表示形式及功能说明155计数器指令参数的数据类型每个计数器都使用数据块中存储的结构来保存计数器数据。对于LAD和FBD，TIAPortalV16会在插入指令时自动创建DB。用户程序中可以使用的计数器数仅受CPU存储器容量限制。计数器占用3个字节（表示SInt或USInt）、6个字节（表示Int或UInt）或12个字节（表示DInt或UDInt）。在编程软件右侧指令窗口中双击“计数器操作”文件夹，可以找到计数器指令，如图所示。156计数器指令二、加计数器当参数CU的值从0变为1时，CTU计数器就会使计数值CV加1。下图显示了具有无符号整数计数值的CTU计数器的运行过程（其中PV=3）。如果参数CV的值大于或等于参数PV的值，则计数器输出参数Q=1。如果复位参数R的值从0变为1，则CV复位为0。157加计数器时序图（PV=3）任务6传送带顺序启动、逆序停止PLC控制设计1581．熟悉常用的梯形图程序设计方法。2．掌握全局数据块的使用方法。3．能使用基本指令设计传送带顺序启动、逆序停止控制程序，并完成PLC控制线路的安装和调试。学习目标159任务描述传送带用于实现物料的自动传输，如图所示为由三台电动机控制的三级传送带传输系统。为了防止物料在传送带上堆积，要求传送带启动时从出料端向进料端依次启动各级电动机，电动机启动顺序为M3→M2→M1。停止运行时要求将物料全部传输完再停止，就需要从进料端向出料端依次停止各级电动机，电动机停止顺序为M1→M2→M3。这个过程被称为顺序启动、逆序停止过程。160161三级传送带示意图三级传送带传输系统的电动机主电路如图所示。启动间隔时间和停止间隔时间通常根据传送带具体情况确定，一般启动时是空载运行，时间间隔较短，而停止间隔时间需要根据传送带传输距离及传输速度来确定。162三级传送带传输系统的电动机主电路本任务要求设计三级传送带顺序启动、逆序停止PLC控制程序，并完成控制线路的设计、安装和调试。具体控制要求为：按下启动按钮后，电动机M3启动运行，延时2s后电动机M2启动，再延时2s后电动机M1启动，三级传送带完成启动过程，进入正常运行状态；按下停止按钮后，电动机M1先停止，延时4s后电动机M2停止，再延时4s后电动机M3停止，三级传送带运行结束。163任务分析三级传送带顺序启动、逆序停止PLC控制系统需要两个按钮分别控制传送带的启动和停止，三个交流接触器作为输出设备分别驱动三台电动机运行。要完成该项任务，需要学习S7-1200PLC的全局数据块的使用方法及梯形图程序的设计方法。164相关知识165一、梯形图程序设计方法1．经验设计法经验设计法是沿用设计继电器电路图的方法来设计PLC梯形图程序，即在某些典型电路的基础上，根据对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要反复地调试和修改梯形图，通过不断地增加中间编程元件和辅助触点，最后才能得到一个较为满意的结果。因此，所谓的经验设计法是指利用编程设计人员已有的经验（对一些典型的控制程序、控制方法等的掌握），对典型控制程序进行重新组合或改造，再经过反复修改，最终得到符合要求的控制程序。这种设计方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果也不是唯一的，设计所用的时间、设计质量与设计者的经验有很大的关系，它是其他设计方法的基础，用于较简单的梯形图程序设计。电动机的控制作为梯形图编程的入门课题，其程序就是采用基于继电器电路图的经验设计法进行设计的。1662．解析法可利用组合逻辑或时序逻辑的理论，并运用相应的解析方法，进行逻辑关系的求解，然后再根据求解的结果，画出梯形图或直接写出程序。解析法比较严密，可以运用一定的标准使程序优化，可避免编程的盲目性，是较有效的设计方法。3．图解法常用的图解法有波形图法、流程图法。波形图法适用于时间控制电路，将对应信号的波形画出后，再依据时间逻辑关系进行组合，梯形图设计较为简易。流程图法是用框图表示PLC程序执行过程及输入条件与输出关系，再使用步进指令、移位指令等相关指令进行设计，用此方法设计梯形图程序更简便。167二、全局数据块的应用无论将定时器放在什么位置（OB、FC或FB），所创建的全局数据块存储的定时器参数控制选项都有效。为定时器指令添加全局数据块作为背景数据块的步骤如下：1．创建一个全局数据块。具体操作步骤如下：（1）在项目树中双击“程序块”中的“添加新块”选项，如图所示。168双击“添加新块”选项（2）在弹出的“添加新块”对话框中进