PL技术基础应用 3

课题三PLC功能指令应用设计174任务1八位抢答器PLC控制设计任务2交通信号灯PLC控制设计任务3八盏彩灯闪烁PLC控制设计任务4数值奇偶校验PLC控制设计任务5景观灯PLC控制设计目录175任务1八位抢答器PLC控制设计1761．掌握移动操作指令的表示形式、功能和使用方法。2．熟悉LED数码管的工作原理。3．能使用移动操作指令设计八位抢答器控制程序，并完成PLC控制线路的安装和调试。学习目标177任务描述抢答器主要用于比赛过程中，它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。本任务要求使用PLC控制方式，完成八位抢答器的设计、安装和调试。控制要求如下：1．设备可同时供8名选手（或代表队）参赛，其编号分别是1～8，每名选手有1个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，需要抢答时按下相应抢答按钮即可。1782．为主持人设置1个控制开关，用来控制系统的清零（数码管熄灭）和抢答的

开始。3．该抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按下抢答按钮，相应编号立即锁存，并通过LED数码管显示出选手的编号。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。最先抢答的选手编号一直保持到主持人将系统清零为止。179任务分析八位抢答器PLC控制系统需要9个输入信号，包括1～8号选手抢答按钮及主持人开关按钮，控制LED数码管显示的工作段A～G作为输出信号。要完成该项任务，需要学习S7-1200

PLC的移动操作指令及LED数码管工作原理。180相关知识181一、移动操作指令移动操作指令用于将数据元素复制到新的存储器地址，并可以从一种数据类型转换为另一种数据类型。移动过程不会更改源数据。S7-1200

PLC的移动操作指令如图所示。移动操作指令MOVE（移动值）、MOVE_BLK（块移动）、UMOVE_BLK（不可中断的存储区移动）指令的表示形式及功能说明见下表。182MOVE、MOVE_BLK、UMOVE_BLK指令的表示形式及功能说明1．MOVE指令MOVE指令用于将单个数据元素从参数IN指定的源地址复制到参数OUT指定的目标地址。MOVE指令的数据类型见下表。183MOVE指令的数据类型2．MOVE_BLK指令和UMOVE_BLK指令MOVE_BLK指令和UMOVE_BLK指令可将数据元素块复制到新地址。MOVE_BLK和UMOVE_BLK指令具有附加的COUNT参数，COUNT指定要复制的数据元素个数，相关参数的数据类型见下表。184MOVE_BLK和UMOVE_BLK指令的数据类型3．数据复制操作规则（1）复制Bool数据类型，应使用SET_BF、RESET_BF、R、S或输出线圈指令。（2）复制单个基本数据类型，应使用MOVE指令。（3）复制数据结构，应使用MOVE指令。（4）复制字符串中的单个字符，应使用MOVE指令。（5）复制基本数据类型数组，应使用MOVE_BLK或UMOVE_BLK指令。（6）MOVE_BLK和UMOVE_BLK指令不能用于将数组或数据结构复制到I、Q或M存储区。（7）复制字符串，应使用S_MOVE指令。185二、LED数码管LED数码管是由多个发光二极管封装在一起组成的“8”字形器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔画和公共电极端。数码管实际上是由七个发光二极管组成“8”字形，再加上小数点。这些工作段分别由字母A、B、C、D、E、F、G、DP表示，如图所示。186LED数码管当数码管特定的工作段加上电压后，这些工作段就会点亮，以显示目标字样。LED数码管有一般亮、超亮等不同亮度，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由两个或多个发光二极管组成。一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8

V左右，电流不超过30

mA。发光二极管的阳极连接在一起并连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接在一起并连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示数字或字母对应的工作段状态见下表。187188常用LED数码管显示数字或字母对应的工作段状态任务2交通信号灯PLC控制设计1891．掌握比较操作指令的表示形式、功能和使用方法。2．掌握运用流程图进行程序设计的方法。3．能使用比较指令设计交通信号灯控制程序，并完成PLC控制线路的安装和调试。学习目标190任务描述随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。十字路口的交通信号灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。某十字路口交通信号灯示意图如图所示，信号灯控制要求如下：191某十字路口交通信号灯示意图1．夜间模式由于夜间车辆较少，为了缩短通行时间，在夜间模式时，十字路口各个方向的信号灯只有黄灯以1

Hz的频率闪烁，以提醒过往车辆在路口减速慢行。2．正常模式白天交通信号灯以正常模式工作，路口的东西方向红灯亮，同时南北方向绿灯亮，20

s后南北方向的黄灯以1

Hz的频率闪烁5

s（同时东西方向依然亮红灯），然后南北方向红灯亮，同时东西方向绿灯亮，20

s后东西方向的黄灯以1

Hz的频率闪烁5

s，如此循环工作。192任务分析交通信号灯PLC控制系统需要2个输入信号，包括启动开关以及正常/夜间模式选择开关；需要6个输出信号，包括南北方向红灯、绿灯、黄灯，东西方向红灯、绿灯、黄灯。要完成该项任务，需要学习S7-1200

PLC的比较操作指令及运用流程图进行梯形图程序设计的方法。193一、比较指令比较指令用于两个相同数据类型的有符号数或无符号数IN1和IN2的比较判断操作，比较运算符有6种：等于（==）、大于等于（>=）、小于等于（<=）、大于（>）、小于（<）、不等于（<

>）。比较指令的关系类型和功能条件见下表。相关知识194195比较指令的关系类型和功能条件196等于比较指令的表示形式和功能说明等于比较指令（==）的表示形式和功能说明见下表。197比较指令参数的数据类型对于LAD和FBD，单击指令名称，可从下拉列表中选择比较指令的关系类型。单击“???”，可从下拉列表中选择比较指令参数的数据类型，比较指令参数的数据类型见下表。在梯形图中，比较指令是以动合触点的形式编程的，在动合触点的中间注明比较指令参数的数据类型（如Byte）和比较运算符（如==），当比较的结果为真时，该动合触点闭合；在功能块图中，比较指令以功能框的形式编程，当比较结果为真时，输出接通。198二、范围内值（IN_RaNgE）和范围外值（OUT_RaNgE）指令范围内值和范围外值指令的表示形式及功能说明见下表。199范围内值和范围外值指令的表示形式及功能说明200范围内值和范围外值指令参数的数据类型对于LAD和FBD，可以单击“???”并从下拉列表中选择数据类型，其参数的数据类型见下表。满足以下条件时，IN_RANGE指令比较结果为真：MIN≤VAL≤MAX满足以下条件时，OUT_RANGE指令比较结果为真：VAL<MIN或VAL>MAX任务3八盏彩灯闪烁PLC控制设计2011．掌握移位指令的表示形式、功能和使用方法。2．能使用移位指令设计八盏彩灯闪烁控制程序，并完成PLC控制线路的安装和调试。学习目标202任务描述在众多的工业控制、娱乐场所或装饰场景中，彩灯的动态闪烁效果能够营造出独特的氛围和视觉体验。本任务利用S7-1200

PLC实现对八盏彩灯的流水闪烁效果控制，具体控制要求如下：1．按下左运动启动按钮，八盏彩灯自右向左轮流点亮，每盏彩灯点亮时间为1

s，如此循环进行。2．按下右运动启动按钮，八盏彩灯自左向右轮流点亮，每盏彩灯点亮时间为1

s，如此循环进行。3．按下停止按钮，八盏彩灯全部熄灭。203任务分析将八盏彩灯的状态用八位二进制数表示，每一位代表一盏彩灯的状态，0表示熄灭，1表示点亮。由任务可知，八盏彩灯PLC控制系统需要三个输入信号（左运动启动按钮、右运动启动按钮和停止按钮）和八个输出信号（彩灯HL1～HL8）。要完成该项任务，需要学习S7-1200

PLC的移位指令。204一、左移（SHL）指令和右移（SHR）指令左/右移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。相关知识205左/右移指令的表示形式及功能说明206左/右移指令参数的数据类型使用左/右移指令时，需要注意：1．若N=0，则不移位，将IN值分配给OUT。2．用0填充移位操作清空的位。3．

如果要移位的位数（N）

超过目标值的位数（Byte为8位、Word为16位、DWord为32位），则所有原始位值将被移出并用0代替（将0分配给OUT）。4．执行移位指令后，ENO总是为TRUE。207二、循环左移（ROL）和循环右移（ROR）指令循环左/右移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。208循环左/右移指令的表示形式及功能说明209循环左/右移指令参数的数据类型使用循环左/右移指令时，需要注意：1．若N=0，则不进行循环移位，将IN值分配给OUT。2．从目标值一侧移出的位数据将循环移位到目标值的另一侧，因此原始位值不会丢失。3．

如果要移位的位数（N）超过目标值的位数（Byte为8位、Word为16位、DWord为32位），仍将执行循环移位指令。4．执行循环移位指令后，ENO始终为TRUE。210任务4

数值奇偶校验PLC控制设计2111．掌握数学函数指令的表示形式、功能和使用方法。2．掌握转换操作指令的表示形式、功能和使用方法。3．掌握拨码器的原理和接线方法。4．能使用数学函数指令和转换操作指令设计数值奇偶校验控制程序，并完成PLC控制线路的安装和调试。学习目标212任务描述某机械装备公司要设计制造一台控制设备，该设备有一项功能需要进行数值的输入运算和奇偶性校验，通过外部拨码器输入的两位数值为十进制数，将该数值加15后，判断运算后数值的奇偶性。如果该数值是奇数则奇数指示灯点亮，如果该数值是偶数则偶数指示灯点亮。213任务分析本任务要求用S7-1200

PLC实现数值奇偶校验，数值奇偶校验过程涉及数学运算和数据类型的转换。要完成该项任务，需要学习S7-1200

PLC的数学函数指令、转换操作指令及拨码器的工作原理和接线方法。214相关知识215一、数学函数指令1．加法（ADD）和减法（SUB）指令加法和减法指令的表示形式和功能说明见下表。加法和减法指令的表示形式和功能说明对于LAD和FBD，可以单击“???”并从下拉菜单中选择参数的数据类型，参数的数据类型见下表。216加法和减法指令参数的数据类型加法指令用于将多个数据相加。加法指令可以添加多个输入操作数，这使得计算过程更加灵活和高效。减法指令用于执行减法运算，通常是将一个数减去另一个数。在S7-1200

PLC中，减法指令不能添加额外的输入操作数。2．乘法（MUL）和除法（DIV）指令乘法和除法指令的表示形式和功能说明见下表。217乘法和除法指令的表示形式和功能说明乘法和除法指令的数据类型同加法和减法指令，见下表。218加法和减法指令参数的数据类型乘法指令可以对整型（Int）或实型（Real、LReal）的数据进行乘法运算。它允许通过增加输入操作数来实现多个数据的相乘，并将乘积保存在输出OUT指定的寄存器中。除法指令可以对整型或实型的数据进行除法运算，并将求得的商保存在输出OUT指定的寄存器中。需要注意的是，除法指令不存储余数。启用数学函数指令（EN

=

1）后，指令会对输入值（IN1和IN2）执行指定的运算并将结果存储在输出参数指定的存储器中。运算成功完成后，指令会设置ENO

=

1。2193．返回除法的余数（MOD）和取反（NEG）指令返回除法的余数指令和取反指令的表示形式和功能说明见下表，参数的数据类型见下表。220返回除法的余数和取反指令的表示形式和功能说明221返回除法的余数和取反指令参数的数据类型返回除法的余数指令又称为求模指令，它计算

IN1

除以

IN2

的余数。IN1

和

IN2

是输入变量或常量，分别代表被除数和除数。OUT是输出变量，存储取余操作的结果。取反指令用于将输入信号的状态反转。如果输入信号为1，则取反后的输出信号将为0；如果输入信号为0，则取反后的输出信号将为1。222二、转换操作指令在S7-1200

PLC中，转换操作指令主要用于数据类型之间的转换、数值的舍入与截断以及模拟量信号的缩放与标准化。转换操作指令主要有CONVERT（CONV）、ROUND、CEIL、FLOOR等指令，如图所示。本任务主要介绍转换、取整和取截指令。223转换操作指令1．转换（CONV）指令转换指令用于将一种数据类型转换为另一种数据类型。使用CONV指令时，需要指定输入数据类型和输出数据类型。CONV指令的表示形式和功能说明见下表，参数的数据类型见下表。224CONV指令的表示形式和功能说明225CONV指令参数的数据类型CONV指令不允许选择位字符串（Byte、Word、DWord）。若要为指令参数输入数据类型为Byte、Word或DWord的操作数，则应选择位长度相同的无符号整型数据类型。选择转换源的数据类型之后，转换目标下拉列表中将显示可能的转换项。与BCD16进行转换的仅限于Int数据类型，与BCD32进行转换的仅限于DInt数据类型。2262．取整（ROUND）和取截（TRUNC）指令取整指令是一种用于浮点数取整的转换指令。它的主要功能是将输入的浮点数“四舍五入”到最接近的整数，并将结果输出为整数类型。与常规的四舍五入不同，如果输入值恰好是两个连续整数的一半，则将其取整为偶数。取截指令通常指用于处理浮点数并将其转换为整数类型的指令。该指令用于将浮点数的小数部分直接截取掉，只保留整数部分。与取整指令不同，取截指令不进行四舍五入操作。227取整和取截指令的表示形式和功能说明见下表，参数的数据类型见下表。228取整和取截指令的表示形式和功能说明229取整和取截指令参数的数据类型三、拨码器拨码器也称为DIP开关、拨动开关等，是一种用于操作控制的地址开关，其基本原理基于二进制编码。拨码器的每位开关都有开和关两种状态，分别对应二进制数中的1和0。通过组合多个拨码器的不同状态，可以形成多种不同的二进制编码。这些编码可以在电子设备中表示不同的数值、地址或控制信号。230本任务使用的拨码器如图所示，使用其中两位数值输入。该拨码器使用8421

BCD码，这是一种最常见的BCD编码方式。在8421

BCD码中，每个十进制位被独立编码为4位二进制数，权重分别为8、4、2、1。因此，十进制数字0～9可以分别表示为0000～1001的4位二进制数。4位BCD拨码器就是根据这种编码规则，将输入的十进制数字转换为相应的4位二进制输出。4位BCD拨码器内部由4个开关单元组成，每个开关单元有两种状态，分别表示0和1。这些开关单元通常通过机械接触点或晶体管开关来实现开和关的状态。2312324位BCD拨码器BCD拨码器每位通常有5个接点，其中接C点的为输入控制线（或称为公共端），另外4根是BCD码输出信号线。当拨盘拨到不同的位置时，输入控制线C会分别与4根BCD码输出信号线中的某根或某几根接通，接通的BCD码输出信号线状态与拨盘指示的十进制数一致。233任务5景观灯PLC控制设计2341．掌握PLC用户程序代码块的用法。2．掌握用户程序的结构类型。3．能使用代码块构建用户程序，设计景观灯多种效果PLC控制程序，并完成PLC控制线路的安装和调试。学习目标235任务描述某景观灯控制示意图如图所示，控制要求如下：236景观灯控制示意图1．发散型效果按下发散型效果启动按钮SB2，HL1点亮1

s后熄灭，接着HL2、HL3、HL4、HL5点亮1

s后熄灭，接着HL6、HL7、HL8、HL9点亮1

s后熄灭，循环重复该过程，直到按下停止按钮SB1时停止。2．旋转型效果按下旋转型效果启动按钮SB3，HL1、HL2、HL7点亮1

s后熄灭，接着HL1、HL3、HL8点亮1

s后熄灭，HL1、HL4、HL9点亮1

s后熄灭，接着HL1、HL5、HL6点亮1

s后熄灭，循环重复该过程，直到按下停止按钮SB1时停止。237任务分析本任务要求使用代码块来构建用户程序，设计景观灯PLC控制程序，并完成PLC控制线路的安装和调试。根据景观灯的控制要求画出动作流程图，如图所示。从景观灯PLC控制动作流程图中可以看出，动作过程分为两个模式，每个模式是单独的循环流程，分别控制不同的灯光效果，每个循环流程都是由时间控制的，需要使用不同的定时器。238景观灯PLC控制动作流程图相关知识239一、使用代码块构建程序1．组织块组织块对应于CPU中的特定事件，并可中断用户程序的执行。用于循环执行用户程序的默认组织块（OB1）为用户程序提供基本结构。如果程序中包括其他OB，这些

OB

会中断

OB1

的执行。其他OB可执行特定功能，如执行启动任务、处理中断和错误或者按特定的时间间隔执行特定的程序代码。2．函数函数通常是用于对一组输入值执行特定运算的代码块，FC将运算结果存储在存储器位置。FC也可以在程序中的不同位置多次调用，以简化对经常重复发生任务的编程。FC没有相关的背景数据块。其临时数据存储在局部数据堆栈中，不保存临时数据。2403．函数块FB是一种需要通过背景数据块实例化、可保存内部状态、支持重复调用的模块化子程序，适用于实现带记忆功能的控制逻辑。FB使用背景数据块保存其参数和静态数据。背景DB提供与FB的实例（或调用）关联的一块存储区并在FB执行完毕后存储数据。可将不同的背景DB与FB的不同调用进行关联。通过背景DB，可使用一个通用FB控制多个设备。241调用块将参数传递到FB，并标识可存储特定调用数据或该FB实例的特定数据块。更改背景DB可使通用FB控制一组设备的运行。例如，借助包含每个泵或阀门的特定运行参数的不同背景数据块，可使用一个FB控制多个泵或阀门，如图所示。242FB多背景数据调用4．数据块在用户程序中创建数据块以存储代码块的数据。当数据块关闭或相关代码块的执行结束时，DB中存储的数据不会被删除。有两种类型的DB：（1）全局DB。全局DB存储程序中代码块的数据。任何OB、FB或FC都可访问全局DB中的数据。（2）背景DB。背景DB存储特定FB的数据。背景DB中数据的结构反映了FB的参数（Input、Output和InOut）和静态数据。FB的临时存储器不存储在背景DB中，尽管背景DB存储特定FB的数据，但任何代码块都可访问背景DB中的数据。243二、用户程序的结构类型1．线性结构程序线性结构程序按顺序逐条执行自动化任务的所有指令。通常线性结构程序将所有程序指令都放入一个程序循环OB（如OB1）中以循环执行该程序，线性结构如图所示