控制基础及技术应用 1

PLC控制技术应用工作手册式教程项目5PLC控制水泵、油泵、气泵星三角降压启动与大型设备运行项目5PLC控制水泵、油泵、气泵星三角降压启动与大型设备运行PLC控制技术应用工作手册式教程项目5PLC控制水泵、油泵、气泵星三角降压启动与大型设备运行项目5PLC控制水泵、油泵、气泵星三角降压启动与大型设备运行知识目标：1.了解用户编写程序的三种编程方式。2.了解用户程序的块结构。3.掌握S7-300/400PLCOB100、OB1块、FC、FB等块的建立。4.区分FC与FB两个块的变量类型，并学会定义使用。5.区分模块化编程与结构化编程方式，并掌握其编程方法；6.了解OB组织块，掌握中断组织块。结构化编程基础一.S7-300/400PLC的用户结构程序框图

【知识准备】（1）线性化编程

对于简单的程序，通常使用线性化编程，如果复杂程序也采用这种方式编程，不但程序可读性变差，调试查错也比较麻烦，另外，由于每个周期CPU都要从前往后扫描冗长的程序会降低CPU的工作效率。（2）模块化编程在模块化编程时，程序被划分为若干块，很容易实现多个人同时对一个项目编程，程序易于阅读和调试，又因为只在需要时才调用有关的功能块，所以提高了CPU的工作效率。（3）结构化编程结构化编程可简化设计过程，缩短程序代码长度，提高编程效率，阅读、调试和查错都比较方便，比较适合编写复杂的自动化控制任务程序。

1．三种编程方式结构化编程基础【知识准备】

OB、FB、FC、SFB、SFC统称逻辑块。程序运行时所需的数据和变量存储在数据块中。系统功能块和系统功能集成在S7CPU的操作系统中，不占用用户程序空间。结构化编程基础2.S7-300/400的用户程序结构【知识准备】结构化编程基础用户程序块结构之间的关系【知识准备】结构化编程基础3.数据块的数据结构①基本数据类型基本数据类型根据IEC1131-3定义，长度不超过32位，可利用STEP7基本指令处理，能完全装入S7处理器的累加器中。基本数据类型包括：

●位数据类型：BOOL、BYTE、WORD、DWORD、CHAR。

●教字数据类型：INT、DINT、REAL。

●定时器类型：S5TIME、TIME、DATE、TIME_OF_DAY。②复杂数据类型复杂数据类型只能结合共享数据块的变量声明使用。复杂数据类型可大于32位，用装入指令不能把复杂数据类型完全装入累加器，一般利用库中的标准块（“IEC”S7程序）处理复杂数据类型。复杂数据类型包括：

●时间（DATE_AND_TIME）类型。

●数组（ARRAY）类型。

●结构（STRUCT）类型。

●字符串（STRING）类型。③用户定义数据类型（User-DefineddataType，UDT）将基本数据类型和复杂数据类型组合成长度大于32位用户定义数据类型。【知识准备】功能FC的编程【知识准备】1.启动组织块（OB100）启动组织块用于系统初始化，CPU从STOP切换到RUN，执行一次启动OB。执行完后，读入过程映像输入，开始执行OB1。默认的是OB100，一般只需要一个启动组织块。功能FC的编程功能是不带“记忆”的逻辑块。所谓不带“记忆”表示没有背景数据块。当完成操作后，数据不能保持。这些数据为临时变量，对于那些需要保存的数据只能通过共享数据块

（ShareBlock）来存储。调用功能时，需用实参来代替形参。FC有两个作用：一是作为子程序用，二是作为函数用，函数中程序的最大容量S7-300PLC为16KB，S7-400PLC为64KB输入IN：由调用FC的块提供的输入参数。

输出OUT：。返回给调用FC的块的输出参数。

输入/输出IN_OUT：初值由调用FC的块提供，被FC修改后返加调用它的块。

临时变量TEMP：暂时保存在局部数据区中的变量，只有在使用块时使用临时变量，执行完后不再保存临时变量的数值。2.功能（FC）功能FC的编程第一步定义局部变量。首先定义形参和临时变量名（如果是无参数的则不需要定义）。之后确定变量的类型及变量注释。第二步编写执行程序。在编程中若使用变量名，则变量名标识显示为前缀“#”加变量名。若使用全局符号则显示为全局符号加引号的形式。3.功能（FC）的编程步骤任务1PLC控制基于FC（不带参数）星三角降压启动【任务实施】1．控制要求

图4-1-3星形-三角形降压起动控制线路某一个车间，有一台设备的电动机要用星形一三角形降压起动，其控制线路如4-1-3所示，要求用PLC控制，采用FC编程实现手动/自动控制。【任务实施】2．程序结构与硬件组态

图4-1-4程序结构图硬件组态配置硬件S7-300CPU314C-2PN/DP，订单号6ES7314-6EH04-OABO。注意：在项目树中展开314C，双击设备组态，在设备概览窗口，可以看到24点的数字量输入，修改字节I地址为“0...2”，具体为I0.0～I2.7；16点有数字量输出，字节Q的地址为“0...1”，具体为Q0.0～Q1.7。任务1PLC控制基于FC（不带参数）星三角降压启动【任务实施】3．变量表任务1PLC控制基于FC（不带参数）星三角降压启动【任务实施】4．PLC程序图5-9添加新块图5-8启动程序OB100任务1PLC控制基于FC（不带参数）星三角降压启动【任务实施】手动子程序FC100自动子程序FC101创建函数FC100任务1PLC控制基于FC（不带参数）星三角降压启动【任务实施】自动子程序FC101任务1PLC控制基于FC（不带参数）星三角降压启动【任务实施】OB1主程序任务1PLC控制基于FC（不带参数）星三角降压启动任务2PLC控制基于FC（不带参数）搅拌控制系统【任务实施】1．控制要求图4-1-10所示为搅拌控制系统，由3个开关量液位传感器，分别检测液位的高、中和低。现要求对A、B两种液体原料按等比例混合，控制要求如下：按启动按钮后系统自动运行，首先打开进料泵1，开始加入液料A→中液位传感器动作后，则关闭进料泵1，打开进料泵2，开始加入液料B→高液位传感器动作后，关闭进料泵2，起动搅拌器→搅拌10s后，关闭搅拌器，开启放料泵→当低液位传感器动作后，延时5s后关闭放料泵，同时现次打开进料泵，循环运行。按停止按钮，系统应立即停止运行。【任务实施】2．程序结构与组态图任务2PLC控制基于FC（不带参数）搅拌控制系统【任务实施】3．变量表任务2PLC控制基于FC（不带参数）搅拌控制系统【任务实施】4．PLC程序开机起动程序OB100任务2PLC控制基于FC（不带参数）搅拌控制系统【任务实施】液料A进料控制程序FC1液料B进料控制程序FC2任务2PLC控制基于FC（不带参数）搅拌控制系统【任务实施】搅拌器控制程序FC3放料控制程序FC4任务2PLC控制基于FC（不带参数）搅拌控制系统【任务实施】主程序OB1任务2PLC控制基于FC（不带参数）搅拌控制系统任务3PLC控制基于FC（带参数）星三角降压启动【任务实施】所谓带参功能（FC），是指编辑功能（FC）时，在局部变量声明表内定义了形式参数，在功能（FC）中使用了符号地址完成控制程序的编程，以便在其他块中能重复调用有参功能（FC）。这种方式一般应用于结构化程序编写。它具有以下优点：（1）程序只需生成一次，显著地减少了编程时间。（2）该块只在用户存储器中保存一次，降低了存储器的用量。（3）该块可以被程序任意次调用，每次使用不同的地址。该块采用形式参数编程，当用户程序调用该块时，要用实际参数赋值给形式参数。1．控制要求某一车间，两台设备由两台电动机带动，两台电动机要实现星形一三角形降压起动，设备1星形转换到三角形的时间为5s，设备2星形转换到三角形的时间为10s，用FC带参数编程（只编自动），当多种设备实现同一功能时可用该方式编程。【任务实施】2．程序结构与硬件组态配置硬件S7-300CPU314C-2PN/DP，订单号6ES7314-6EH04-OABO。注意：在设备概览窗口，可以看到24点的数字量输入，修改字节I地址为“0...2”，具体为I0.0～I2.7；16点有数字量输出，字节Q的地址为“0...1”，具体为Q0.0～Q1.7。硬件组态程序结构任务3PLC控制基于FC（带参数）星三角降压启动【任务实施】3．符号变量表任务3PLC控制基于FC（带参数）星三角降压启动【任务实施】4．PLC程序添加新块初始化程序OB100任务3PLC控制基于FC（带参数）星三角降压启动【任务实施】

FC100参数与程序任务3PLC控制基于FC（带参数）星三角降压启动【任务实施】4．PLC程序图5-31主程序OB1任务3PLC控制基于FC（带参数）星三角降压启动四台电动机顺序启动与逆序停止【技能训练1】

1.控制要求基于S7-300PLC的多机组控制。电动机组控制要求如下：（1）该机组总共有4台电动机，每台电动机都要求Y-△降压启动。（2）启动时，按下启动按钮，M1电动机启动，然后每隔10s启动一台，最后M1～M4四台电动机全部启动。（3）停止时实现逆序停止。即按下停止按钮，M4先停止，过10s后M3也停止，再过10s后M2也停止，再过10s后Ml电动机也停止。这样电动机全部停止。（4）任一台电动机启动时，控制电源的接触器和丫形接法的接触器接通电源6s后，Y形接触器断开，1s后△接法接触器动作接通。2．训练要求（1）画出程序结构图。（2）列出符号表。（3）根据控制要求，设计梯形图。（4）运行、调试程序。（5）汇总整理文档。任务4.1功能FC的编程与应用巩固练习11．用FC编程实现数学公式：Y=(X+100)x2÷5，并能在OB1主程序中对该FC多次调用。2.手动/自动方式编程。手动/自动控制三只灯，控制要求如下：（1）三只灯可进行手动、自动控制，手/自动由I0.0进行切换；（2）三只灯分别可用三个开关进行手动控制。三只灯分别由Q0.0～Q0.2驱动。用I0.1手动控制Q0.0，I0.2手动控制Q0.1，I0.3手动控制Q0.2。（3）自动控制时，三只灯实现每隔1s轮流点亮，并循环。功能FB的编程【知识准备】1.功能块（FB）功能块是用户所编写的有固定存储区的块。FB为带“记忆”的逻辑块。它有一个数据结构与功能块参数表完全相同的数据块（DB）通常称该数据块为背景数据块（InstanceDataBlock）。当功能块被执行时，数据块被调用，功能块结束，调用随之结束。存放在背景数据块中的数据在FB块结束以后，仍能继续保持，具有“记忆”功能。一个功能块可以有多个背景数据块，使功能块可以被不同的对象使用。FB与FC相比，FB每次调用都必须分配一个背景数据块，功能块的所有形参和静态数据都存储在一个单独的、被指定给该功能块的数据块（DB）中，用来存储接口数据区（TEMP类型除外）和运算的中间数据。

当调用FB时，该背景数据块会自动打开，实际参数的值被存储在背景数据块中；当块退出时，背景数据块中的数据仍然保持。FB中程序的最大容量：S7-300PLC是16KB，S7-400PLC是64KB。【知识准备】1.FB没有返回值变量（RETURN），而有静态（STAT）变量类型，静态变量类型存储在FB的背景数据块中，当FB调用完以后，静态变量的数据仍然有效，其内容被保留，在PLC运行期间，能读出或修改它的值。2.可以在FB的变量声明表中给形参赋初值，它们被自动写入相应的背景数据块中。注意：实参的数据类型必须与形参一致。功能FB的编程【知识准备】2.数据块（DB）1.DB的最大容量：S7-300PLC为32KB，S7-400PLC为64KB。CPU对数据块数量及数据总量有限制，如对于CPU314，用做数据块的存储器最多为8KB，用户定义的数据总量不能超出这个限制。2.在编写程序时，对数据块必须遵循先定义后使用的原则，否则，将造成系统错误。

背景数据块与共享数据块的区别在于，在背景数据块中不可以增加或删除变量，在共享数据块中可增加或删除变量。功能FB的编程【任务实施】1．控制要求

某一车间，两台设备由两台电动机带动，两台电动机要实现星形一三角形降压起动，设备1星形转换到三角形的时间为5s，设备2星形转换到三角形的时间为10s，用FB背景数据编程（只编自动）。

2．程序结构与硬件组态图配置硬件S7-300CPU314C-2PN/DP，订单号6ES7314-6EH04-OABO。注意：在设备概览窗口，可以看到24点的数字量输入，修改字节I地址为“0...2”，具体为I0.0～I2.7；16点有数字量输出，字节Q的地址为“0...1”，具体为Q0.0～Q1.7。硬件组态：程序结构：任务4

PLC控制基于FB背景数据的星三角降压启动【任务实施】3．符号变量表任务4

PLC控制基于FB背景数据的星三角降压启动【任务实施】4．PLC程序添加新块初始化程序OB100任务4

PLC控制基于FB背景数据的星三角降压启动【任务实施】4．PLC程序FB100变量声明表任务4

PLC控制基于FB背景数据的星三角降压启动【任务实施】4．PLC程序FB100程序任务4

PLC控制基于FB背景数据的星三角降压启动子任务1基于FB背景数据的星三角降压启动PLC控制【任务实施】OB1程序【任务实施】4．PLC程序数据表中修改设备1定时时间5S任务4

PLC控制基于FB背景数据的星三角降压启动任务5

PLC控制基于FB背景数据交通信号灯【任务实施】1．控制要求南北方向信号SN_G亮SN_G闪SN_Y亮SN_R亮时间45s3s2s30s东西方向信号BW_R亮BW_G亮BW_G闪BW_Y亮时间50s25s3s2s交通信号灯的控制要求【任务实施】2．程序结构与硬件组态配置硬件S7-300CPU314C-2PN/DP，订单号6ES7314-6EH04-OABO。注意：在设备概览窗口，可以看到24点的数字量输入，修改字节I地址为“0...2”，具体为I0.0～I2.7；16点有数字量输出，字节Q的地址为“0...1”，具体为Q0.0～Q1.7。硬件组态：程序结构：任务5

PLC控制基于FB背景数据交通信号灯【任务实施】3．符号变量表任务5

PLC控制基于FB背景数据交通信号灯【任务实施】4．PLC程序OB100初始化程序程序中所用到的块任务5

PLC控制基于FB背景数据交通信号灯【任务实施】4．PLC程序FB1的局部变量任务5

PLC控制基于FB背景数据交通信号灯【任务实施】FB1程序任务5

PLC控制基于FB背景数据交通信号灯【任务实施】4．PLC程序OB1程序任务5

PLC控制基于FB背景数据交通信号灯【任务实施】OB1程序任务5

PLC控制基于FB背景数据交通信号灯【任务实施】DB1、DB2中设定定时时间任务5

PLC控制基于FB背景数据交通信号灯任务6

PLC控制基于FB多重背景数据的星三角降压启动【任务实施】1．控制要求

某一车间，3台设备由3台电动机带动，3台电动机要实现星形一三角形降压启动，设备1星形联结转换到三角形连接的时间为6s，设备2星形联结转换到三角形连接的时间为8s，设备3星形联结转换到三角形连接的时间为10s，用FB多重背景数据编程。

2．程序结构与硬件组态配置硬件S7-300CPU314C-2PN/DP，订单号6ES7314-6EH04-OABO。注意：在设备概览窗口，可以看到24点的数字量输入，修改字节I地址为“0...2”，具体为I0.0～I2.7；16点有数字量输出，字节Q的地址为“0...1”，具体为Q0.0～Q1.7。硬件组态：【任务实施】3．符号变量表任务6

PLC控制基于FB多重背景数据的星三角降压启动【任务实施】4．PLC程序添加新块初始化程序OB1任务6

PLC控制基于FB多重背景数据的星三角降压启动【任务实施】FB150程序变量参数表及程序任务6

PLC控制基于FB多重背景数据的星三角降压启动【任务实施】FB151变量参数表任务6

PLC控制基于FB多重背景数据的星三角降压启动【任务实施】FB151程序任务6

PLC控制基于FB多重背景数据的星三角降压启动【任务实施】OB1主程序仿真调试时DB10数据表任务6

PLC控制基于FB多重背景数据的星三角降压启动基于FC和FB的化工反应过程PLC控制【技能训练2】

1．控制要求如图4-2-44所示化工混合液反应过程。A料先进反应灌到达50%，然后B料加入达到100%，搅拌电动机起动开始搅拌，到一定时间后，打开放料阀放C料，1min后放料完毕关闭，直到下一批次反应。2．训练要求

（1）画出程序结构图。

（2）列出符号表。

（3）根据控制要求，设计梯形图。

（4）运行、调试程序。

（5）汇总整理文档。知识5.3功能FB的编程与应用【巩固练习2】1．填空题。（1）CPU可以同时打开（

）个共享数据块和（

）个背景数据块。用（

）指令打开DB2后，DB2.DBB0可以用（

）来访问。

（2）背景数据块中的数据是功能块的（

）中的数据（不包括临时数据）。（3）调用（

）和（

）时需要指定其背景数据块。

（4）在梯形图中调用功能块时，方框内是功能块的（

），方框外是对应的（

）。方框的左边是块的（

）参数，右边是块的（

）参数。2.功能和功能块有什么区别？3.怎样生成多重背景功能块，怎样调用多重背景？4.简述共享数据块与背景数据块的区别？5.编程实现Y=(A+X)*3÷4的算法。其中A为常数，它的值在应用时可根据需要改变，设初始值分别为3、4、5。该算法能在程序中多次调用。

（编程思路：Y=(A+X)*3÷4算法能在程序中多次调用，可用功能块FB1来实现，然后在主程序中实现对FB1的多次调用，可把常数A设置成静态变量，赋初始值分别为3、4、5）【知识准备】1.组织块的组成。在PLC处于RUN状态时，循环处理的主程序OB1在每个扫描周期都要执行一次，当OB1正在执行而需要调用其他组织块时，OB1的执行被中断。由于OB1的优先级最低，因此任何其他的OB都可以中断主程序并执行自己的程序，执行完毕后，再从断点处开始恢复执行OB1。当有比当前执行的程序优先级更高的OB被调用时，CPU将中止当前正在运行的OB，转而调用更高优先级的OB，这种处理方式称为中断程序的嵌套调用。大多数中断事件发生时，如果没有下载对应的组织块，CPU将会进入STOP模式。即使下载一个空的组织块，出现对应的中断事件时，CPU也不会进入STOP模式。【知识5.4】组织块与中断处理的编程【知识准备】OB号启动事件默认优先级说明OB1启动或上一次循环结束时执行OB11主程序循环OB10～OB17日期时间中断0～72在设置的日期时间启动OB20～OB23时间延时中断0～33～6延时后启动OB30～OB38循环中断0～8时间间隔分别为5s，2s，1s，500ms，200ms，100ms,，50ms，20ms，10ms7～15以设定的时间为周期运行OB40～OB47硬件中断0～716～23检测外部中断请求时启动OB55状态中断2DPV1中断（PROFIBUS-DP）OB56刷新中断2

OB57制造厂特殊中断2

OB60多处理中断，调用SFC35时启动25多处理中断的同步操作OB61～OB64同步循环中断1～425同步循环中断OB70I/O冗余错误25冗余故障中断只用于H系列的CPUOB72CPU冗余错误，例如一个CPU发生故障28OB73通行冗余错误中断，例如冗余连接的冗余丢失25OB80时间错误26异步错误中断OB81电源故障27OB82诊断中断28OB83插入/拔出模块中断29OB84CPU硬件故障30OB85优先级错误31OB86扩展几架、DP主站系统或分布式I/O站故障32OB87通行故障33OB88过程中断34OB90冷、热启动，删除或背景循环29背景循环OB100暖启动27启动OB101热启动（S7-300和S7-400H不具备）27OB102冷启动27OB121编程错误与引起中断的OB相同同步错误中断OB122I/O访问错误【知识5.4】组织块与中断处理的编程【知识准备】OB的变量声明表中只有临时变量。OB的临时变量可以是基本数据类型、复合数据类型或数据类型ANY。0B的临时变量【知识5.4】组织块与中断处理的编程【任务7】PLC使用循环中断组织块OB32控制彩灯【任务实施】循环中断组织块用于按精确的时间间隔循环执行中断程序，时间间隔不能小于5ms。大多数S7-300CPU只能使用OB35。其余的CPU可以使用的循环中断OB的个数与CPU的型号和订货号有关。注意本任务中使用间隔是1S，使用的是OB32（1）用循环中断组织块OB32实现控制8位彩灯循环移位（QB0.0～QB0.7），每次点亮相邻的3盏彩灯。用I0.0控制移位的方向，I0.0为1状态时彩灯左移，为0状态时彩灯右移。（2）能用SFC40“ENIRT”和SFC39“DISIRT”禁止和激活中断。（3）能观察OB100执行的次数。1．控制要求【任务实施】2．硬件组态图图5-67添加组织块OB32配置硬件S7-300CPU314C-2PN/DP，订单号6ES7314-6EH04-OABO。注意：在设备概览窗口，可以看到24点的数字量输入，修改字节I地址为“0...2”，具体为I0.0～I2.7；16点有数字量输出，字节Q的地址为“0...1”，具体为Q0.0～Q1.7。【任务7】PLC使用循环中断组织块OB32控制彩灯【任务实施】3．OB100的程序OB32程序移位MB0循环左移MB0循环右移【任务7】PLC使用循环中断组织块OB32控制彩灯【任务实施】5.激活和禁止硬件中断4.OB32程序【任务7】PLC使用循环中断组织块OB32控制彩灯【任务实施】6.仿真实验1.MB0和QB4被设置为初始值7，其低3位被初始化为1，MW6的值一直为1。因为只在OB100中访问了MW6，说明只调用了一次OB1002.OB32被自动激活，CPU每1s调用一次OB32。【任务7】PLC使用循环中断组织块OB32控制彩灯【技能训练3】使用循环中断OB35进行数据采集PLC控制某温度变送器的量程为-100℃～500℃，输出信号为4～20mA，某模拟量输入将0～20mA的电流信号转换为数字量0～27648．设转换后得到的数字为N，求以0.1℃为单位的温度值，使用循环中断OB35进行数据采集，每隔1s进行温度采集。编写转换后的PLC程序，转换结果存放在MD20中。2．训练要求（1）进行硬件组态，并设置OB35。（2）根据要求，列出温度、电流、数字量的对应关系式。（3）根据控制要求，设计梯形图程序。1.控制要求知识5.4组织块与中断处理的编程与应用【巩固练习3】1.填空题

（1）S7-300在启