教学材料《低压电器与PLC》-项目九

任务一三路抢答器PLC控制系统的设计

一、任务简述

某三路抢答器有3个抢答席和1个主持人席，每个抢答席上各有1个抢答按钮和1盏抢答指示灯。其控制要求如下:参赛者在允许抢答时，第一个按下抢答按钮的参赛者的抢答席上的指示灯将会亮，且释放抢答按钮后，指示灯仍然亮;此后另外两个抢答席上即使再按各自的抢答按钮，其指示灯也不会亮。这样主持人就可以轻易地知道是谁第一个按下抢答器的。该题抢答结束后，主持人按下主持席上的复位按钮后，指示灯熄灭，则又可以进行下一题的抢答比赛。二、相关知识

在前面已初步了解一些基本指令的基础上，下面将进一步介绍本任务需要用到的位操作指令的详细内容和用法。下一页返回任务一三路抢答器PLC控制系统的设计

1.逻辑取(LD/LDN)及线圈驱动指令﹙＝﹚1)指令功能

LD(Load:常开触点逻辑运算的开始。对应梯形图则为在左侧母线或线路。分支点处初始装载一个常开触点。

LDN(LoadNot):常闭触点逻辑运算的开始(即对操作数的状态取反)，对应梯形图则为在左侧母线或线路分支点处初始装载一个常闭触点。

=(Out):输出指令，对应梯形图则为线圈驭动。装载及线圈驱动指令的使用说明如下:①LD,LDN的操作数:I,Q,M,SM,T,C,S.②=:线圈输出指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器及计数器等，但不能用于输入继电器，同一输出触点只能用一次，否则有逻辑错误。上一页下一页返回任务一三路抢答器PLC控制系统的设计

③“=”指令的操作数:Q,M,SM,T，C，S。2)指令格式指令格式如图9一1所示。2.触点串联指令(A∕AN)1)指令功能A(And):与操作，在梯形图中表示串联连接单个常开触点。AN(AndNot):与非操作，在梯形图中表示串联连接单个常闭触点。触点串联指令使用说明如下:①A,AN指令:是单个触点指令，可连续使用。②A,AN的操作数:I,Q,M,SM,T,C,S.上一页下一页返回任务一三路抢答器PLC控制系统的设计

2)指令格式指令格式如图9一2所示。3.触点并联指令(o∕oN)1)指令功能0(Or):或操作，在梯形图中表示并联连接一个常开触点。ON(OrNot):或非操作，在梯形图中表示并联连接一个常闭触点。触点并联指令使用说明如下:(1)0,ON指令:是单个触点并联指令，可连续使用。(2)O、ON的操作数:I,Q,M,SM,T,C，S.上一页下一页返回任务一三路抢答器PLC控制系统的设计

2)指令格式指令格式如图9一3所示。4.电路块的串联指令(ALD)

1)指令功能

ALD(AndLoad):块“与”操作，用于并联电路块的串联连接。并联电路块的串联连接指令说明如下:(1)并联电路块与前面的电路串联时，使用ALD指令。电路块的起点用LD或LDN指令，并联电路块结束后，使用ALD指令与前面的电路块串联。

(2)ALD无操作数。

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2)指令格式指令格式如图9一4所示。5.电路块的并联指令(OLD)

1)指令功能

OLD(OrLoad):块“或”操作，用于串联电路块的并联连接。串并联电路块的并串联连接指令说明如下:(1)串联电路块与上面的电路并联时，使用OLD指令。电路块的起点用LD或LDN指令，串联电路块结束后，使用OLD指令与前面的电路块并联。

(2)OLD无操作数。

2)指令格式指令格式如图9一5所示。上一页下一页返回任务一三路抢答器PLC控制系统的设计

三、应用实施

抢答器系统是由PLC作为中央控制器，加上抢答按钮及指示灯和线路等组成。主要分为若干位选手和主持人两部分控制环节。每位选手面前有一个按钮用于抢答，并且有一盏指示灯表示谁先抢到问题。有的抢答器还是用蜂鸣器或者数码显示管来显示先抢到问题的那位选手。而主持人面前有一个复位按钮，用于当上一轮抢答结束后，无论哪位选手抢到问题，复位系统至初始状态，为下一轮抢答开始做准备。1.PLC的选型

从上面的分析可知本控制系统有4路输入信号，包括3个选手的抢答按钮SB1,SB2,SB3和1个主持人复位按钮SBO。上一页下一页返回任务一三路抢答器PLC控制系统的设计

有3路输出信号，即作为控制对象的3盏抢答指示灯L1,L2,L3。输入输出信号均为开关量。所以控制系统可选用CPU224，集成14输入//10输出共24个数字量I/0点，满足控制要求，而且还有一定的余量。2.I/0分配表三路抢答器PLC控制系统的I/0分配表见表9一1.3.PLC外部接线图三路抢答器PLC控制系统的外部接线如图9一6所示。4.程序设计抢答器的程序设计如图9-7所示。上一页下一页返回任务一三路抢答器PLC控制系统的设计

抢答器的程序设计的要点有两处:一是如何实现抢答器指示灯的“自锁”功能，即当某一抢答席抢答成功后，即使释放其抢答按钮，其指示灯仍然亮，直。至主持人进行复位才熄灭;二是如何保证一位选手抢答后，其他两位选手后抢无效(不会亮灯)，即“互锁”功能，同时由于是3个人抢答，所以要“两两互锁”。1)自锁环节以Q0.1为例，如图9-8所示，当I0.1接通通电后，由图9-7可得Q0.1通电，随后，即使I0.1断开，由于Q0.1仍保持得电状态，故与I0.1并联的Q0.1开关处于接通状态，因此Q0.1进入自锁状态。上一页下一页返回任务一三路抢答器PLC控制系统的设计

同理，Q0.2,Q0.3也一样能够实现自锁。

2)互锁环节继续以Q0.1为例，如图9一9所示，在Q0.1的这个通路中，Q0.2与Q0.3以常闭开关的形式串联存在，当Q0.2或Q0.3点亮时，开关Q0.2或Q0.3将断开，从而使得此条通路断开，按钮I0.1无效，实现3个按钮的两两互锁。3)复位环节在本例中，主持人可以通过操作按钮，实现抢答器指示灯的复位，这一操作实现方法如下:

以Q0.1为例，如图9一10所示，将I0.0作为一常闭开关与互锁进行串联，倘若Q0.1处于断电状态，则不起任何作用，倘若Q0.1处于通电状态，则由于常闭开关被按下后转为断开，则此条通路被断开，Q0.1断电，恢复不被点亮状态，即实现复位操作。5.程序调试检查完后将程序下载到PLC，运行调试，如有问题，检查排除故障。上一页下一页返回任务一三路抢答器PLC控制系统的设计

四、操作技能考评通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如表9一2所示。教学小结本任务主要是让同学们熟悉和掌握PLC编程中的位操作类指令，位操作指令是PLC常用的基本指令，主要包括对单个触点的操作和对多个触点形成的电路块的操作，有串联与并联两种类型，对应于逻辑上的“与”逻辑关系和“或”逻辑关系。位操作指令能够实现基本的位逻辑运算和控制。上一页返回任务二地下停车场出入口进出管制的PLC系统设计

一、任务简述

地下停车场的进出车道为单行车道，需设置红绿交通灯来管理车辆的进出，如图9一12所示。红灯表示禁止车辆进出，而绿灯表示允许车辆进出。当有车从一楼出入口处进入地下室，一楼和地下室出入口处的红灯都亮，绿灯熄灭，此时禁止车辆从地下室和一楼出入口处进出，直到该车完全通过地下室出入口处(车身全部通过单行车道，绿灯才变亮，允许车辆从一楼或地下室出入口处进出。同样，当有车从地下室出入口处离开进入一楼时，也是必须等到该车完全通过单行车道处，才允许车辆从一楼或地下室出入口处进出。PLC初启动时，一楼和地下室出入口处交通灯初始状态为:绿灯亮，红灯灭。下一页返回任务二地下停车场出入口进出管制的PLC系统设计

二、相关知识在前面已初步了解一些位操作指令的基础上，下面将进一步介绍本任务需要用到的指令的详细内容和用法。1.置位/复位指令(S/R)

1)指令功能置位指令S(Set):使能输入有效后从起始位S-bit开始的N个位置“1”并保持。复位指令R(Reset):使能输入有效后从起始位R-bit开始的N个位清“0"并保持。

2)指令格式

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指令格式如表9一3所示，用法如图9一13所示。时序分析如图9一14所示。2.边沿触发指令(EU/ED)

1)指令功能

EU(EdgeUD)指令:在EU指令前有一个上升沿时(OFF->ON)产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动其后输出线圈。

ED(EdgeDown)指令:在ED指令前有一个下降沿时(ON->OFF)产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动其后输出线圈。

2)指令格式指令格式如表9一4所示，用法如图9一15所示。上一页下一页返回任务二地下停车场出入口进出管制的PLC系统设计

时序分析如图9一16所示。程序分析如下:I0.0的上升沿，经触点(EU)产生一个扫描周期的时钟脉冲，驱动输出线圈M0.0导通一个扫描周期，M0.0的常开触点闭合一个扫描周期，使输出线圈Q0.0置位为1，并保持。I0.1的下降沿，经触点(ED)产生一个扫描周期的时钟脉冲，驱动输出线圈M0.1导通一个扫描周期，M0.1的常开触点闭合一个扫描周期，使输出线圈Q0.0复位为0，并保持。三、应用实施

地下停车场的进出车道为单行车道，即一次只能通过一辆车，因此需设置红绿交通灯来管理车辆的进出。红灯表示禁上一页下一页返回任务二地下停车场出入口进出管制的PLC系统设计

止车辆进出，而绿灯表示允许车辆进出。用于检测是否有车通过的是安装在出入口处的两个光电开关。当没有车辆通过时，光电开关处于OFF状态，当有车从一楼出入口处或地下室进出时，车身将光束遮断，光电开关为ON，直到车身全部通过，光电开关才再次回到OFF状态。1.PLC的选型

从上面的分析可知系统有2路输。入信号，包括一楼出入口处光电开关和地下室出入口处光电开关。有2路输出信号，一楼和地下室出入口处红灯，一楼和地下室出入口处绿灯。输入输出均为开关量。所以控制系统可选用CPU224，集成14输入/10输出，共24个数字量I/0点，满足控制要求，而且还有一定的余量。上一页下一页返回任务二地下停车场出入口进出管制的PLC系统设计

2.I/0地址分配地下停车场PLC控制系统的I/0地址分配如表9一5所示。3.PLC外部接线图地下停车场PLC控制系统的外部接线如图9一17所示。4.PLC程序地下停车场PLC控制系统的梯形图程序如图9一18所示。程序说明:

一楼和地下室的红灯共享信号Y1，绿灯共享信号Y2。程序的关键是当M1导通驱动Y1时，必须先判断是从一楼出入口处进入单行车道还是离开单行车道，因为两个方向车辆通过一楼出入口处时，EUM1.0指令都执行，M1.0都上一页下一页返回任务二地下停车场出入口进出管制的PLC系统设计

导通一个扫描周期，所以需用一个确认信号M5.0来确认车辆是从一楼进入单行车道的状态。同样，当M2.0导通时，必须先判断是从地下室出入口处离开单行车道还是进入单行车道，因为两个方向车辆通过地下室出入口处时，EDM2.0指令都执行，M2.0都导通一个扫描周期，所以需用一个确认信号M6.0来确认车辆是从地下室进入单行车道的状态。

1)初始设置初始设置即当PLC通电时，输出端口的取值一般默认的值皆为0。在PLC编程中使用SMO.1来执行开机初始化这一操作，即只在PLC开机时执行一次，不影响后续操作。初始设置的PLC梯形图程序如图9一19所示。从图9一19中可以看到，程序实现的功能是Q0.0的复位和Q0.1的置位，即实现一楼和地下室出入口处交通灯初始上一页下一页返回任务二地下停车场出入口进出管制的PLC系统设计

状态:绿灯亮，红灯灭。

2)各网络模块功能说明

(1)网络I和网络2。从梯形图上来看，网络1和网络2的结构是完全相同的，只是输入和输出有所不同，所以只以网络1为例进行说明。由图9-20可见，当I0.0由0变为1时，M1.0通电，当I0.0由1变为0时，M2.0通电，当I0.0通电时，M5.0被置位为1。即当一楼出入口有车辆出入时，M1.0导通，当一楼出入口车辆完成出入时，M2.0导通。

同理，网络2所表示的逻辑为，当地下室出入口有车辆出入时，M3.0导通，当地下室出入口车辆完成出入时，M4.0导通。此时M6.0被置位为1.上一页下一页返回任务二地下停车场出入口进出管制的PLC系统设计

(2)网络3。。由图9-21可见，当M1.0导通而M6.0为0时，或M3.0导通而M5.0为0时，Q0.0置位1,Q0.1复位为O。逻辑解释为:当有车从一楼前往地下室或从地下室前往一楼时，一楼和地下室出入口处红灯亮，绿灯灭。

(3)网络4。由图9-22可见，当M4.0和M5.0皆导通时，或M2.0与M6.0皆导通时，Q0.0复位为0,Q0.1置位为1.

逻辑解释为:当有车通过一楼出。入口后，随后又通过了地下室出入口，或当有车通过了地下室出入口后，随后又通上一页下一页返回任务二地下停车场出入口进出管制的PLC系统设计

过了一楼出入口，此时一楼和地下室出入。口处绿灯亮，红灯灭。(4)网络5.

由图9一23可见，当M4.0和M5.0皆导通时，或M2.0和M6.0皆导通时，M5.0与M6.0皆复位。根据网络4可以知道，网络5的逻辑解释为:在一楼和地下室出入口处绿灯亮，红灯灭之后，将两个指示变量复位，以便下次使用。5.程序调试

检查完后将程序下载到PLC，运行调试，如有问题，检查排除故障。上一页下一页返回任务二地下停车场出入口进出管制的PLC系统设计

四、操作技能考评通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如表9一6所示。教学小结本任务中掌握了置位、复位指令的使用，在上一任务中学习了梯形图中的“自锁”这一典型环节，请同学们对比这两者有何异同。边沿脉冲指令在PLC程序设计中的应用颇多，目前掌握了两种边沿脉冲指令，一种是针对上升沿产生一个扫描周期上一页下一页返回任务二地下停车场出入口进出管制的PLC系统设计

的脉冲，另一种是针对前面逻辑运算结果的下降沿产生一个扫描周期的脉冲，两者都可以用来获取启动和停止信号，运用在不同的场合。因此，时序分析在本任务中显得非常重要，希望同学们更要学会作时序图来对PLC程序进行分析，熟练地掌握时序分析法，可以为今后进行PLC的程序设计打下基础。上一页返回任务三十字路口交通灯PLC控制系统的设计

一、任务简述

控制要求:如图9-26所示，启动后，南北红灯亮并维持25s。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，1s后，东西车灯即甲亮。到20s时，东西绿灯闪亮，3s后熄灭，在东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，同时甲灭。黄灯亮2s后灭东西红灯亮。与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。1s后，南北车灯即乙亮。南北绿灯亮厂25s后闪亮，3s后熄灭，同时乙灭，黄灯亮2s后熄灭，南北红灯亮，东西绿灯亮，如此循环。二、相关知识

在前面已初步了解一些基本指令，在本任务中，采用时序下一页返回任务三十字路口交通灯PLC控制系统的设计

图对一个控制系统进行时序分析，通过找出各个输出信号的起止时刻，将各个控制对象用一张时序图表示出来，如图9-27所示，由于涉及时间参量，所以在进行系统设计时要用到S7一200系列PLC的定时器指令。这些指令在前面已经介绍过，本任务就不再介绍，现举两个实例加以说明。1.定时器指令应用举例

(1)用接在I0.0输入端的光电开关检测传送带上通过的产品，有产品通过时I0.0为ON，如果在10s内没有产品通过，由Q0.0发出报警信号，用I0.1输入端外接的开关解除报警信号。对应的梯形图如图9一28所示。

(2)在报警、娱乐场合，闪烁电路随处可见，图9-29就是一个典型的闪烁电路的例子。程序及时序分析如图9一29所示。程序分析如下:I0.0的常开触点接通后，T37的IN输入端为1状态，T37开始计时。2s后定时时间到，T37的常开触点接通，使Q0.0变为ON，同时T38开始计时。3s后T38的定时时间上一页下一页返回任务三十字路口交通灯PLC控制系统的设计

到，它的常闭触点断开，使T37的IN输入端变为0状态，T37的常开触点断开，Q0.0变为()FF，同时使T38的IN输入端变为0状态，其常闭触点接通，T37又开始定时，以后Q0.0的线圈将这样周期性地“通电”和“断电”，直到I0.0变为OFF,Q0.0线圈“通电”时间等于T38的设定值，“断电”时间等于T37的设定值。三、应用实施

交通灯在日常生活中随处可见。以简单的十字路口交通灯为例，为安全有效地控制东西、南北两个方向的车辆通行，当东西方绿灯亮时，南北方向必然是红灯亮。按照此控制规律，假设先是东西方向绿灯亮，为确保交通安全，1s后东西方向车灯亮，允许东西方向车辆通过，当东西方向绿灯时间快到的时候，先是绿灯闪烁几次，然后黄灯亮作为过渡，最后红灯亮禁止通行，同时南北方向绿灯亮起。上一页下一页返回任务三十字路口交通灯PLC控制系统的设计

1.PLC的选型

从上面的分析可知本控制系统有1路输入信号，为交通灯控制系统的启动按钮。有8路输出信号，包括南北方向的红灯、绿灯、黄灯和车灯，以及东西方向的红灯、绿灯、黄灯和车灯。输入输出信号均为开关量。所以控制系统可选用CPU224，集成14输入/10输出，共24个数字量I/0点，满足控制要求，而且还有一定的余量。2.PLC的I/0分配十字路口交通灯的PLC控制系统的I/0地址分配如表9-7所示。3.PLC外部接线图十字路口交通灯的PLC控制系统的外部接线如图9-30所