可编程控制器技术及应用 课件模块3 S7-200 SMART PLC 基本指令的编程及应用

可编程控制器技术及应用新编21世纪高等职业教育精品教材·装备制造类主编周航刘娜PART01模块1可编程控制器概述PART02模块2了解S7-200SMART系列PLCPART03模块3S7-200SMARTPLC基本指令的编程及应用目录CONTENTSPART04模块4功能指令的编程及应用PART05模块5西门子S7-200SMARTPLC的高级应用PART06模块6网络通信的编程及应用PART03模块1S7-200SMARTPLC基本指令的编程及应用任务一编程基础知识任务二电动机连续运行的PLC控制任务三三相异步电动机正反转控制任务四单按钮控制电动机任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务六超载报警PLC控制任务一编程基础知识任务一编程基础知识知识目标（1）了解可编程控制器的编程语言；（2）掌握可编程控制器梯形图的编写规则；（3）掌握位逻辑指令。技能目标能够编写符合格式要求的梯形图。任务一编程基础知识一、PLC编程语言国际电工委员会（IEC）于1993年规定了5种编程语言。这五种语言是梯形图（LAD）、指令表（IL）、结构化文本（ST）、功能块图（FBD）和顺序功能图（SFC）。由于不是强制性标准，因此不是所有公司的PLC都支持这些语言，常用的是梯形图和顺序功能图。S7-200系列PLC的SIMATIC指令系统可以分为基本指令和功能指令两类。其中，基本指令包括逻辑指令、算术与逻辑运算指令、数据处理指令、程序控制指令等，能够满足一般应用程序的设计要求；而功能指令包括表指令、转换指令、中断指令、高速计数器与脉冲输出指令、PID指令等，实质上就是一些功能不同的子程序。合理、正确地应用功能指令，对于优化系统结构、提高应用系统的功能、简化一些复杂问题的处理有重要的作用。S7-200系列PLC的SIMATIC指令系统常用编程语言有梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）三种，无论哪一种指令形式，都由某种图形符号或操作码以及操作数组成。任务一编程基础知识1.梯形图（LAD）程序指令梯形图编程语言是在继电器控制系统原理图基础上演变而来的。PLC的梯形图与继电器控制系统的梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。在梯形图中，没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理以及控制信息在存储空间的情况，假设在梯形图中有“电流”（能流）流动。能流在梯形图中只能是单方向流动，并且按先上后下的顺序从左向右流动。在梯形图中，最左边的竖线称为起始母线，若与母线相连的触点闭合，可以使能流流过该器件到下一个器件，若触点断开，将阻止能流通过。LAD指令有三种基本形式：触点、线圈、指令盒。触点有常开、常闭等类型，用于代表输入控制信息，当一个常开触点闭合时，能流可从此触点流过。线圈代表输出，当线圈有能流流过时，输出便被接通，线圈通过输出接口电路来控制外部的指示灯、接触器等，在用户程序中，每个线圈只能使用一次。指令盒代表一些较复杂的功能，当“能流”通过指令盒时，执行指令盒所代表的功能，如定时器、计数器或数学运算指令等。任务一编程基础知识画梯形图的要求如下：（1）程序按自上而下、从左往右的顺序编写。（2）分段结构。梯形图按逻辑关系可分为梯级和网络段，网络段简称段。程序执行时按段扫描，倾斜的段结构有利于对程序的理解和调试。一个网络不能同时包含两个或两个以上的段，在图3-1（a）中，两条指令放在了一个网络段，不正确，会出现重复编译错误，如图3-1（b）所示，将其改为如图3-1（c）或图3-1（d）所示的形式。任务一编程基础知识任务一编程基础知识（3）在梯形图中线圈只能使用一次，即同名线圈不能重复输出。图3-2（a）所示为同名双线圈输出梯形图（同名线图重复输出），在编程语法上，该梯形图并不违反规定，但在实际执行中，其结果有时会和编程者的要求有所不同。编程者希望当触点I0.0、I0.1闭合，或触点I0.2、I0.3闭合时，线圈Q0.0均会得电。但在实际执行中，当触点I0.0、I0.1闭合，而触点I0.2、I0.3断开时，线圈Q0.0并不得电。这是因为PLC采用循环扫描的处理方式。在输入采样后，中央处理器对梯形图自上而下进行运算。在运算第一条电路时，线圈Q0.0得电，运算到第二条电路时，线圈Q0.0失电。在I/O刷新时，以最后的运算结果为标准，进行输出。为了达到标准的控制要求，可将其改造成如图3-2（b）所示的梯形图。（4）线圈不能直接与左母线相连。如果需要，可以通过特殊内部标志位存储器SM0.0（该位始终为1）来连接，如图3-3（b）所示。任务一编程基础知识任务一编程基础知识（5）适当安排编程顺序，以减少程序的步数。串联多的支路应尽量放在上面，并联多的支路应靠近左母线。将如图3-4（a）所示的梯形图中串联多的支路放在上面，串联少的支路放在下面，可画成如图3-4（b）所示的梯形图。改变后，梯形图功能不变，但是节省了1个字节空间，使程序更合理。同样，可将图3-4（c）中并联多的支路靠近左母线，改变后的梯形图如图3-4（d）所示，功能不变，节省了存储器的空间。任务一编程基础知识（6）对复杂的电路，用ALD、OLD等指令难以编程，可重复使用一些触点画出等效电路，然后再进行编程。（7）梯形图必须按照计算机执行程序时的顺序依次画出。2.语句表（STL）程序指令语句表程序指令由操作码和操作数组成，类似于计算机中的助记符语言，它是可编程控制器最基础的编程语言。所谓语句表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代替可编程控制器的某种操作功能。STL具有容易记忆、便于掌握的特点。3.功能块图（FBD）程序指令功能块图程序指令可以查看像普通逻辑图形的逻辑盒指令。这些指令是作为盒指令出现的，程序逻辑由盒指令之间的连接决定。功能块图程序指令由功能框元素表示。它没有梯形图编程器中的触点和线圈，但有与其等价的指令，如与/或（AND/OR）功能块图程序指令如同梯形图程序指令中的触点，用于操作布尔信号；其他类型的功能块图与梯形图程序指令中的功能框类似。任务一编程基础知识二、PLC软元件的地址分配及功能概要PLC内部有大量由软件组成的软元件，这些软元件要按一定的规则进行地址编号。在描述PLC的软元件时，经常用到以下术语：位（Bit）、数字（Digit）、字节（Byte）、字（Word）。（1）位：二进制位，由1、0组成，分别对应继电器线圈得电（ON）或失电（OFF）以及继电器触点的通（ON）或断（OFF）。（2）数字：4位二进制数构成一个数字，这个数字可以是0～9（BCD码，用于十进制数的表示），也可以是0～F（用4位二进制表示1个十六进制的数）。（3）字节：2个数字或8位二进制数构成1个字节。（4）字：2个字节构成一个字，含有16位，或者说含有16个继电器。存储器是字元件，按字使用，每个字16位。继电器是位元件，按位使用。任务一编程基础知识三、位逻辑指令位逻辑指令的基础是触点和线圈。触点用于二进制位的状态测试，线圈用来改变二进制的状态，其状态根据梯形图中的逻辑运算结果而定。基本位操作指令是CPU对输入/输出映像寄存器状态进行读写操作的指令，能够实现基本的位逻辑运算和控制。其中，触点指令代表CPU对存储器的读操作，在用户程序中触点可以反复使用，次数不受限制，线圈指令是CPU对存储器的写操作。（1）常开触点：存储器中指定的地址位。常开触点断开时，对应的存储器地址位为0；常开触点闭合时，对应的存储器地址位为1。（2）常闭触点：常闭触点闭合时，对应的存储器地址位为0；常闭触点断开时，对应的存储器地址位为1。任务一编程基础知识触点和线圈对应的梯形图如表3-1所示。任务一编程基础知识S7-200SMARTPLC基本逻辑指令如表3-2所示。任务一编程基础知识任务二电动机连续运行的PLC控制任务二电动机连续运行的PLC控制知识目标（1）掌握串联电路和并联电路的应用方法；（2）掌握使用起保停方法编写程序；（3）掌握符号表与符号地址的使用方法；（4）掌握常闭触点信号的处理方法。技能目标（1）能够熟练掌握触点和输出指令；（2）能够正确编写起保停程序。任务二电动机连续运行的PLC控制任务引用用PLC实现三相异步电动机的连续运行控制，即按下起动按钮，电动机起动并单向运转，按下停止按钮，电动机停止运转。该电路必须具有必要的短路保护、过载保护等功能。任务二电动机连续运行的PLC控制知识储备一、触点指令1.LD指令LD（Load）指令称为初始装载指令，其梯形图如图3-5（a）所示，由常开触点和位地址构成。语句表如图3-5（b）所示，由操作码LD和常开触点的位地址构成。LD指令功能：常开触点在其线圈没有能流流过时是常开的（触点的状态为OFF或0）；而线圈有能流流过时，触点是闭合的（触点的状态为ON或1）。2.LDN指令LDN（LoadNot）指令称为初始装载非指令，其梯形图如图3-6（a）所示，由常闭触点和位地址构成。语句表如图3-6（b）所示，由操作码LDN和位地址构成。任务二电动机连续运行的PLC控制知识储备一、触点指令1.LD指令LD（Load）指令称为初始装载指令，其梯形图如图3-5（a）所示，由常开触点和位地址构成。语句表如图3-5（b）所示，由操作码LD和常开触点的位地址构成。LD指令功能：常开触点在其线圈没有能流流过时是常开的（触点的状态为OFF或0）；而线圈有能流流过时，触点是闭合的（触点的状态为ON或1）。2.LDN指令LDN（LoadNot）指令称为初始装载非指令，其梯形图如图3-6（a）所示，由常闭触点和位地址构成。语句表如图3-6（b）所示，由操作码LDN和位地址构成。LDN指令功能：常闭触点在其线圈没有能流流过时是闭合的；而线圈有能流流过时，触点是断开的。任务二电动机连续运行的PLC控制任务二电动机连续运行的PLC控制3.A指令A（And）指令又称为“与”指令，其梯形图如图3-7（a）所示，由串联常开触点和位地址组成。语句表如图3-7（b）所示，由操作码A和位地址构成。当I0.0和I0.1常开触点都接通时，线圈Q0.0才有信号流流过；当I0.0或I0.1常开触点有一个不接通或都不接通时，线圈Q0.0就没有信号流流过，即线圈Q0.0是否有信号流流过取决于I0.0和I0.1的触点状态“与”关系的结果。任务二电动机连续运行的PLC控制4.AN指令AN（AndNot）指令又称为“与非”指令，其梯形图如图3-8（a）所示，由串联常闭触点和位地址组成。语句表如图3-8（b）所示，由操作码AN和位地址构成。AN指令和A指令的区别为串联的是常闭触点。任务二电动机连续运行的PLC控制5.O指令O（OR）指令又称为“或”指令，其梯形图如图3-9（a）所示，由并联常开触点和位地址组成。语句表如图3-9（b）所示。当I0.0和I0.1常开触点有一个接通或都接通时，线圈Q0.0就有信号流流过；当I0.0和I0.1常开触点都未接通时，线圈Q0.0则没有信号流流过，即线圈Q0.0是否有信号流流过取决于I0.0和I0.1触点状态“或”关系的结果。任务二电动机连续运行的PLC控制6.ON指令ON（ORNot）指令又称为“或非”指令，其梯形图如图3-10（a）所示，由并联常闭触点和其位地址组成。语句表如图3-10（b）所示，由操作码ON和位地址组成。ON指令和O指令的区别是并联的是常闭触点。7.NOT指令NOT指令又称为“取非”指令，是指对存储器位取非操作，用来改变能流的状态。梯形图指令用触点形式表示，触点左侧为1时，右侧为0，能流不能到达右侧，输出无效。反之，触点左侧为0时，右侧为1，能流可以通过触点向右传送。任务二电动机连续运行的PLC控制8.NOP指令“空操作”指令（NOP）起增加程序容量的作用。使能输入有效时，执行空操作指令，将稍微延长扫描周期长度，不影响用户程序的指令，不会使能流输出断开。二、输出指令输出指令（=）对应于梯形图中的线圈，梯形图由线圈和位地址构成，线圈驱动指令的语句由操作码、线圈和位地址构成。当执行输出指令时，新值被写入存储器的指定地址位，在每次扫描周期的最后，CPU才以批处理的方式将输出映像寄存器中的内容传送到输出点，使输出线圈接通。操作数bit：I、Q、M、SM、T、C、V、S、L。任务二电动机连续运行的PLC控制【例3-1】装入常开、常闭触点和线圈指令编程应用（见图3-11）。任务二电动机连续运行的PLC控制程序说明：（1）当I0.0闭合时，输出线圈Q0.0接通。（2）当I0.1断开时，输出线圈Q0.1接通。（3）同一编号的线圈在一个程序中使用两次或两次以上的情况叫作线圈重复输出，同名线圈在程序中只能使用一次。（4）梯形图的每一网络块均从左母线开始，接着是各种触点的逻辑连接，最后以线圈或指令盒结束。不能将触点置于线圈的右边。（5）线圈和指令盒不能和左母线直接相连，如有需要，应加上特殊存储器位SM0.0。任务二电动机连续运行的PLC控制【例3-2】触点串联连接指令编程应用（见图3-12）。任务二电动机连续运行的PLC控制程序说明：（1）I0.0与M0.0执行逻辑与运算，当I0.0与M0.0均接通时，线圈Q0.0得电。（2）Q0.0与I0.1执行逻辑与运算，当Q0.0接通且I0.1断开时，线圈Q0.1得电。这里I0.1指的是I0.1继电器，继电器断开，则其常闭触点接通。除特殊说明，触点的状态都是指其继电器线圈的状态。（3）A、AN用于一个触点（常开或常闭）与之前触点的串联，串联的数量不限制。任务二电动机连续运行的PLC控制【例3-3】触点并联连接指令编程应用（见图3-13）。任务二电动机连续运行的PLC控制程序说明：（1）I0.0与I0.1执行逻辑或运算，当I0.0与I0.1至少有一个接通时，线圈Q0.0得电。（2）I0.2与I0.3执行逻辑或运算，当I0.2接通或I0.3断开时，线圈Q0.1得电。（3）O、ON用于一个触点（常开或常闭）与之前触点的并联，并联的数量不限制。【例3-4】逻辑取反指令编程举例（见图3-14）。指令的功能是对该指令前面的逻辑运算结果取反。程序说明：由于NOT指令的存在，Q0.0的状态与I0.0相反。当I0.0闭合时，Q0.0断开；当I0.0断开时，Q0.0闭合。任务二电动机连续运行的PLC控制任务实施一、控制原理分析三相异步电动机连续运行继电器控制系统电路图如图3-15所示。起动时，闭合断路器QF，当按下起动按钮SB1时，交流接触器KM线圈得电，其主触点闭合，电动机接入三相电源而起动。同时与SB1并联的交流接触器常开辅助触点闭合而形成自锁，使交流接触器线圈有两条支路通电，这样即使松开按钮SB1，交流接触器KM的线圈仍可通过自身的辅助触点继续通电，保持电动机的连续运行。当按下停止按钮SB2时，交流接触器KM线圈失电，其主触点和常开触点复位断开，电动机因无电源而停止运行。同样，当电动机过载时，其常闭触点断开，电动机停止运行。起动保持停止电路简称起保停电路，该电路在生产实践中应用十分广泛，电动机的单向连续运行就是一个典型的起保停电路。任务二电动机连续运行的PLC控制任务二电动机连续运行的PLC控制任务实施一、控制原理分析三相异步电动机连续运行继电器控制系统电路图如图3-15所示。起动时，闭合断路器QF，当按下起动按钮SB1时，交流接触器KM线圈得电，其主触点闭合，电动机接入三相电源而起动。同时与SB1并联的交流接触器常开辅助触点闭合而形成自锁，使交流接触器线圈有两条支路通电，这样即使松开按钮SB1，交流接触器KM的线圈仍可通过自身的辅助触点继续通电，保持电动机的连续运行。当按下停止按钮SB2时，交流接触器KM线圈失电，其主触点和常开触点复位断开，电动机因无电源而停止运行。同样，当电动机过载时，其常闭触点断开，电动机停止运行。起动保持停止电路简称起保停电路，该电路在生产实践中应用十分广泛，电动机的单向连续运行就是一个典型的起保停电路。任务二电动机连续运行的PLC控制二、I/O分配从上述可知，其输入有3个：起动按钮、停止按钮、热继电器FR，在这里停止按钮和热继电器使用动合触点。其PLC的I/O地址如表3-3所示。任务二电动机连续运行的PLC控制三、PLC硬件原理图根据控制要求及I/O分配表，PLC外部接线图如图3-16所示。任务二电动机连续运行的PLC控制四、创建工程项目双击STEP7-Micro/WINSMART软件图标，开启编程软件，新建一个项目，命名为“电动机的连续运行控制”。五、编辑符号表创建本任务符号表，如图3-17所示。任务二电动机连续运行的PLC控制六、编写程序根据要求，使用起保停方法编写程序，梯形图如图3-18所示。任务二电动机连续运行的PLC控制七、调试程序按下起动按钮SB1，I0.0输入继电器得电，其常开触点接通，此时未按下停止按钮，I0.1的输入继电器不得电，其常开触点断开，常闭触点闭合，Q0.0的线圈得电，KM1接触器线圈得电，它的常开触点同时接通，电动机运转。此时，松开起动按钮，I0.0的常开触点断开，能流经Q0.0常开触点和I0.1常闭触点流过Q0.0的线圈，Q0.0仍保持得电，这就是“自锁”或“自保持”功能。按下停止按钮，I0.1常闭触点断开，使Q0.0的线圈断电，其常开触点断开，即使再松开停止按钮，I0.1的常闭触点恢复接通状态，Q0.0线圈仍然断电。热继电器动作原理与停止按钮一致。其时序图如图3-19所示。思考：如果将停止按钮、热继电器换成动断触点，PLC梯形图如何修改？任务三三相异步电动机正反转控制任务三三相异步电动机正反转控制知识目标（1）掌握串联电路和并联电路的应用方法；（2）掌握强制置位、强制复位操作指令的功能及编程方法；（3）熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法。技能目标（1）练习触点、线圈、置位/复位等基本位逻辑操作指令及逻辑运算指令的使用方法，能够正确编制三相异步电动机正反转PLC控制程序；（2）能够正确选择PLC的型号，能够独立完成三相异步电动机正反转PLC控制线路的安装；（3）能够按照规定进行通电调试，当出现故障时，能根据设计要求独立检修，直至系统正常工作。任务三三相异步电动机正反转控制任务引用（1）练习触点、线圈、置位/复位等基本位逻辑操作指令及逻辑运算指令的使用方法，能够正确编制三相异步电动机正反转PLC控制程序；（2）能够正确选择PLC的型号，能够独立完成三相异步电动机正反转PLC控制任务引入按下正转起动按钮SB1，电动机正转；按下反转起动按钮SB2，电动机反转；按下停止按钮SB3，电动机停止转动；过载保护采用热继电器FR实现。电动机正反转控制主电路如图3-20所示。线路的安装；（3）能够按照规定进行通电调试，当出现故障时，能根据设计要求独立检修，直至系统正常工作。任务三三相异步电动机正反转控制知识储备一、块和、块或指令块和、块或指令如表3-4所示。任务三三相异步电动机正反转控制指令说明：（1）两个或两个以上触点并联的电路块称为并联电路块；两个或两个以上触点串联的电路块称为串联电路块。（2）当一个并联电路块和前面的触点或电路块串联时，需要用块与指令；当一个串联电路块和前面的触点或电路块并联时，需要用块或指令。【例3-5】互锁控制梯形图及程序如图3-21所示。任务三三相异步电动机正反转控制程序说明：程序的输入信号分别是I0.0和I0.2，若I0.0先接通，则Q0.0有输出并自锁，Q0.0的常闭触点断开，因此即使I0.2再接通，也不能使Q0.1动作；若I0.2先接通，则与之相反。此程序的这种约束控制称为互锁。任务三三相异步电动机正反转控制任务三三相异步电动机正反转控制指令说明：（1）bit指定操作的起始位地址，寻址寄存器I、Q、M、S、SM、V、T、C、L的位值。（2）N指定操作的位数，其范围是1～255，可立即寻址，也可寄存器寻址（IB，QB，MB，SMB，SB，LB，VB，AC，*AC，*AD）（3）当对统一位地址进行操作的复位、置位指令同时满足执行条件时，写在后面的指令被有效执行。（4）由S强制置位的指令，只能由R来复位。【例3-6】置位、复位指令编程举例（见图3-22）。任务三三相异步电动机正反转控制程序说明：（1）S、R指令中的2表示从指定的Q0.0开始的2个触点，即Q0.0和Q0.1。（2）当I0.0上升沿到来时，输出线圈Q0.0和Q0.1被置1，之后，无论I0.0通与断，Q0.0和Q0.1一直保持1。（3）当I0.1上升沿到来时，输出线圈Q0.0和Q0.1被复位（即断开），之后，无论I0.1通与断，Q0.0和Q0.1一直断开。本模块任务二“电动机连续运行的PLC控制”也可采用置位、复位指令编写，其对应的梯形图及程序如图3-23所示。任务三三相异步电动机正反转控制任务实施一、控制要求从图3-20所示的主电路可以看出，KM1和KM2主触点不能同时吸合，否则会导致电源短路，发生严重故障，因此必须采取互锁进行限制。二、传统继电器控制方法三相异步电动机正反转电气原理图如图3-24所示。任务三三相异步电动机正反转控制控制过程如下：正转控制：按下起动按钮SB1，KM1线圈得电，KM1主触点闭合，电动机M通电，起动正转。与此同时，KM1常闭触点打开，使KM2线圈无法得电（互锁）；KM1常开触点闭合，电动机能够持续运转（自锁）。停止：按下SB3，KM1线圈失电，KM1主触点打开，电动机停止运转。与此同时，KM1常闭触点闭合，接触对KM2的互锁；KM1常开触点打开，解除自锁。反向控制：按下SB2，KM2线圈得电，KM2主触点闭合，电动机M通电起动反转。与此同时，KM2常闭触点打开，使KM1线圈无法得电（互锁）；KM2常开触点闭合，电动机能够持续运转（自锁）任务三三相异步电动机正反转控制三、PLC程序控制根据上述分析可知，三相异步电动机正反转控制项目有4个输入、2个输出，地址分配如表3-5所示。任务三三相异步电动机正反转控制三相异步电动机正反转控制主电路及PLC外部接线图如图3-25所示，这里的停止按钮、热继电器FR选用动合触点。任务三三相异步电动机正反转控制任务三三相异步电动机正反转控制此外，这个程序也可用置位、复位指令来编写。常见的电动机正反转强制置位、复位编写梯形图如图3-27所示。任务三三相异步电动机正反转控制五、上机操作及要求（1）连接主电路。（2）连接PLC外部连线，开启STEP7-Micro/WINSMART编程软件。（3）打开符号表编辑器，根据表的要求，将相应的符号与地址分别录入符号表的符号栏和地址栏。比如，符号栏写“正转起动按钮”，相应的地址栏则写“I0.2”。（4）打开梯形图编辑器，录入程序并下载到PLC中，使PLC进入运行状态。任务三三相异步电动机正反转控制（5）调试程序。使PLC进入梯形图监控状态。简单的电动机正反转强制置位、复位编写梯形图如图3-28所示。1）不做任何操作，观察I0.1、I0.2、I0.3、Q0.0、Q0.1的状态。2）交替按下正反转按钮及停止按钮，观察I0.1、I0.2、I0.3、Q0.0、Q0.1的状态。将电动机的连续运行控制程序下载到CPU中。首先，断开负载流接触器KM的电源，然后按下起动按钮SB1，观察输入点I0.0和输出点Q0.0的指示灯状态。松开起动按钮SB2，观察输出点Q0.0的指示灯是否依然点亮。按下停止按钮SB1，观察输出点Q0.0的指示灯是否熄灭。若熄灭，则再次按下起动按钮SB2，此时输出点Q0.0指示灯再次点亮，然后人工拨动热继电器FR的测试开关，观察输出点Q0.0的指示灯是否熄灭。若熄灭，则说明程序及PLC的输入外部接线正确。按下热继电器FR的复位按钮，使其触点复位，以便电动机正常工作。最后，给负载交流接触器KM供电，按上述方法操作，观察电动机的工作是否和控制要求一致。如果一致，则说明程序及外部硬件接线全部正确。任务三三相异步电动机正反转控制任务三三相异步电动机正反转控制六、项目拓展三人抢答器PLC控制：主持人配有抢答开始按钮、结束按钮和抢答开始指示灯，A、B、C三人分别配有抢答按钮和抢答成功指示灯。当主持人起动抢答开始按钮后，抢答开始指示灯点亮，第一轮抢答开始。当一人抢答成功时，其抢答成功指示灯点亮，同时抢答开始指示灯熄灭，其他人再抢答则无效。当主持人按下抢答结束按钮后，上一轮抢答者的抢答成功指示灯熄灭。另外，若主持人不按抢答开始按钮，三人按抢答按钮无效。任务分析：根据任务要求，主持人决定抢答开始与结束，可以采用置位、复位指令实现；三人仅能有一人成功抢答，可以采用互锁电路；成功抢答者必须确保抢答有效，可以采用自锁电路，也称为起保停电路。1.I/O分配及功能三人抢答器PLC地址分配如表3-6所示。任务三三相异步电动机正反转控制任务三三相异步电动机正反转控制2.PLC接线图在断电情况下，连接好PLC外部接线电路，如图3-29所示。任务三三相异步电动机正反转控制3.编写程序根据自锁、互锁电路编写程序。三人抢答梯形图如图3-30所示。4.调试在教师的现场监护下进行通电调试，验证是否符合设计要求。（1）编写梯形图程序，编译完成后将梯形图程序下载到PLC中。（2）一人抢答成功时，其抢答成功指示灯点亮，同时熄灭抢答开始指示灯，其他人再抢答则无效。（3）主持人起动抢答结束按钮后，抢答者的抢答成功指示灯熄灭；抢答开始指示灯点亮，开始新一轮抢答。5.检修如果出现故障，学生应能独立完成检修和调试，直至系统能够正常工作。（1）检查线路连接是否正确。任务三三相异步电动机正反转控制（2）检查梯形图程序中自锁、互锁电路及置位、复位指令的使用是否正确。任务四单按钮控制电动机任务四单按钮控制电动机知识目标（1）掌握边沿触发指令的功能及编程应用；（2）熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法。技能目标（1）练习边沿触发等基本操作指令的使用方法，能够正确编制单按钮起动电动机控制程序；（2）能够正确选择PLC的型号，能够独立完成单按钮、起动电动机控制线路的连接；（3）能够按照规定进行通电调试。任务四单按钮控制电动机任务引入一个按钮控制一台电动机。第一次按下按钮SB时，电动机起动；第二次按下按钮SB时，电动机停止，即奇数次起动，偶数次停止。任务四单按钮控制电动机知识储备边沿触发指令边沿触发指令就是专门检测输入信号从OFF到ON（上升沿）、从ON到OFF（下降沿）的变化，或者根据驱动信号的变化（上升沿或下降沿）输出一个扫描周期的脉冲信号的指令。边沿触发（脉冲形成）指令格式如表3-7所示。任务四单按钮控制电动机（1）P指令检测到上升沿（OFF→ON）时，则产生宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动其后的线圈。（2）N指令检测到上升沿（ON→OFF）时，则产生宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动其后的线圈。【例3-7】边沿触发指令应用，如图3-31所示。任务四单按钮控制电动机程序说明如下：（1）当检测到I0.0上升沿时，触点（EU）产生一个扫描周期的时钟脉冲，M0.0接通一个扫描周期，M0.0常开触点闭合一个扫描周期，使输出线圈Q0.0置位并保持。（2）当检测到I0.1下降沿时，触点（ED）产生一个扫描周期的时钟脉冲，M0.1接通一个扫描周期，M0.1常开触点闭合一个扫描周期，使输出线圈Q0.0复位并保持。任务四单按钮控制电动机任务实施一、控制要求（1）要求用一个控制按钮控制一台电动机的起动和停止。（2）第1次按下按钮电动机起动，第2次按下按钮电动机停止，第3次按下按钮电动机起动，如此循环。单按钮控制电动机电路图如图3-32所示。任务四单按钮控制电动机二、确定PLC类型控制对象为交流接触器，因此选择输出类型为继电器的PLC，在此选用SR20PLC。三、PLC输入输出端子分配单按钮控制PLC地址分配如表3-8所示。任务四单按钮控制电动机四、PLC外部接线PLC外部接线图如图3-33所示。五、程序设计单按钮控制电动机梯形图如图3-34所示，根据控制要求可知Q0.0=M0.0↑·Q0.0+M0.0↑·Q0.0。按照该式编写程序。任务四单按钮控制电动机六、上机操作及要求（1）连接主电路。（2）连接PLC外部电路，开启STEP7-Micro/WINSWART编程软件。（3）打开符号表编辑器，根据表的要求，将相应的符号与地址分别录入符号表的符号栏和地址栏。（4）打开梯形图编辑器，录入程序并下载到PLC中，使PLC进入运行状态。（5）使PLC进入梯形图监控状态。1）不做任何操作，观察I0.0、Q0.0的状态。2）交替按下起动按钮，观察M0.0、Q0.0的状态。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）知识目标（1）掌握定时器指令的功能及编程应用；（2）熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法；（3）熟悉STEP7-Micro/WINSMART编程软件的使用方法；（4）熟悉PLC产生方波信号的控制原理和程序设计方法。技能目标（1）练习定时器指令的基本使用方法，能够正确编写三相电动机Y-△降压起动PLC控制程序；（2）能够独立完成三相电动机Y-△降压起动PLC控制的线路安装；（3）能够按规定进行通电调试；出现故障时，能根据设计要求独立检修，直至系统正常工作。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务引入三相电动机Y-△降压起动任务要求：按下起动按钮SB1，电动机M成Y接法，电动机起动，同时开始定时；定时时间到，电动机M成△接法，正常运转。延时可以采用通电延时型定时器定时通断来实现。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）知识储备定时器指令S7-200系列PLC的定时器是内部时钟累计时间增量计时的。每个定时均有一个16位的当前值寄存器用于存放当前值（16位符号整数）；一个16位的预置值寄存器用于存放时间的设定值；还有一位状态位，反映其触点状态。1.工作方式S7-200系列PLC定时器按工作方式分三大类，其指令格式及功能如表3-9所示。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）2.时基按照时基标准，定时器分为1ms、10ms、100ms三种类型。不同的时基标准，定时精度、定时范围和定时器刷新的方式不同，定时器的类型如表3-10所示。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）1ms定时器采用中断刷新方式，每隔1ms刷新一次，与扫描周期和程序处理无关。当扫描周期较长时，1ms定时器在一个周期内可能被多次刷新，其当前值在一个扫描周期内不一定保持一致。10ms定时器则由系统在每个扫描周期开始时自动刷新。在每次程序处理阶段，其状态位及当前值不变。100ms定时器是在该定时器指令执行时被刷新。下一条执行的指令，即可使用刷新结果，方便可靠。如果在一个扫描周期内多次执行该定时器指令，则该定时器就会多计时基脉冲，可能使定时器提前动作。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）【例3-8】通电延时定时器指令编程举例如图3-35所示。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）程序说明：（1）PLC上电后的第一个扫描周期内，定时器位为断开（OFF）状态，当前值为0。输入端I0.0接通后，定时器当前值从0开始计时，在当前值达到预置值时定时器位闭合（ON），当前值仍会连续计数到32767。（2）在输入端断开后，定时器自动复位，定时器位同时断开（OFF），当前值恢复为0。（3）若再次将I0.0闭合3s后，则定时器重新开始计时。若未到定时时间I0.0已断开，则定时器复位，当前值也恢复为0。（4）在本例中，I0.0闭合3s后，定时器T33闭合，输出线圈Q0.0接通。I0.0断开，定时器复位，即定时器线圈断电，常开触点断开，常闭触点闭合。（5）通电延时定时器用于单一时间间隔的定时。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）【例3-9】断电延时定时器指令编程举例如图3-36所示。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）程序说明：（1）PLC上电后的第一个扫描周期内，定时器位为断开（OFF）状态，当前值为0。输入端I0.0接通后，定时器位为ON，当前值保持为0。当输入端由闭合变为断开时，定时器开始计时，在当前值达到预置值时定时器位断开（OFF），同时停止定时。（2）定时器动作后，若输入端由断开变为闭合，TOF定时器位及当前值复位；若输入端再次断开，定时器可以重启。（3）本例中，在PLC刚刚上电运行时，输入端I0.0没有闭合，定时器位T37为断开状态；I0.0由断开变为闭合时，定时器位T37闭合，输出端Q0.0接通，定时器并不开始定时；I0.0由闭合变为断开时，定时器当前值开始累计时间，达到3s时，定时器位T37断开，输出端Q0.0同时断开。（4）断电延时定时器用于输入端断开后的单一时间间隔定时。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）【例3-10】记忆型通电延时定时器指令编程举例如图3-37所示。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）程序说明：（1）PLC上电后的第一个扫描周期内，定时器位为断开（OFF）状态，当前值保持掉电之前的值。输入端I0.0每次接通时，定时器当前值从上次的保持值继续定时，在当前值达到预置值时定时器位闭合（ON），当前值仍会连续计数到32767。（2）TONR的定时器一旦闭合，只能用复位指令R进行复位操作，同时清除当前值。（3）在本例中，当前值最初为0，每一次输入端I0.0闭合时间累计达到5s时，定时器T65闭合，输出线圈Q0.0接通。I0.1闭合时，由复位指令复位T65的位及当前值。（4）TONR定时器的复位只能用复位指令来实现。利用TONR定时器指令的时间记忆功能，可实现对多次输入接通时间的累计，如图3-38所示。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）【例3-11】设计方波发生器。控制要求：产生周期为5s的方波信号。根据要求，方波信号是占空比（指高电平在一个周期内所占的时间比率）为0.5的高低电平信号，高低电平信号可以采用PLC输出端口是否产生输出来获得，占空比可以通过通电延时定时器定时通断来实现。程序如图3-39所示。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务实施一、控制要求用PLC实现电动机的Y-△降压起动控制，即按下起动按钮，电动机星形（Y）起动；起动结束后（起动时间为5s），电动机切换成三角形（△）运行；若按下停止按钮，电动机停止运转。系统要求起动和运行时有相应指示，同时电路还必须具有必要的短路保护、过载保护等功能。其传统继电器控制的主电路和控制电路如图3-40所示。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）KM2和KM3实现了互锁，防止二者同时接通，导致电源短路。起动过程：按下起动按钮SB1，KM1线圈通电，主电路中KM1的主触点闭合。与此同时，控制电路中KM1常开触点闭合，KT定时器开始定时，此时KM2线圈不得电，因此KM2的常闭触点闭合。KT定时器定时时间没有到，KT常闭触点闭合，因此KM3线圈闭合，主电路中KM3主触点闭合，电动机Y起动。定时时间到，KT常闭触点断开，KM3线圈失电，主电路中KM3失电，电动机Y起动停止。与此同时，KM3常闭触点闭合，常开触点闭合，KM2线圈得电，并形成自锁。主电路中，KM2主触点闭合，电动机实现△全压起动。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）二、PLC控制上述功能用PLC也可以实现。根据控制要求，PLC输入有3个，输出有5个，输出控制交流接触器线圈，因此采用继电器输出，PLC选用SR20。I/O地址分配如表3-11所示。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）主电路和PLC外部接线图如图3-41所示，其中KM2和KM3实现了硬件互锁。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）具体控制要求如下：（1）按下起动按钮SB1，接触器线圈KM1、KM2得电，主电路电动机M成Y接法，电动机起动，同时开始定时；定时时间到，接触器线圈KM2失电，KM3得电，电动机M成△接法，正常运转。（2）按下停止按钮SB2，接触器线圈均失电，主电路电动机M停止。（3）电动机过载时，FR动合触点闭合，接触器线圈均失电，电动机M停止。（4）KM2和KM3除在输出电路中有电路硬触点互锁外，在梯形图程序中有软触点互锁。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）将上述公式转换成梯形图，如图3-42所示。当按下起动按钮SB1时，触点I0.0闭合，输出继电器Q0.0得电并自锁，常开触点Q0.0闭合，导致输出继电器Q0.1也得电，此时KM1、KM2得电，电动机成星形起动；与此同时，定时器T33开始计时；2s定时时间到，常闭触点T33断开，输出继电器Q0.1失电，其常闭触点Q0.1闭合，又因为常开触点T33闭合，所以输出继电器Q0.2得电，此时KM1、KM3得电，电动机接成三角形投入稳定运行。输出线圈Q0.1和Q0.2各自电路中串联的常闭触点Q0.2和Q0.1互锁。热继电器和停止按钮的功能同前面所述。注意，在实际项目中，需要根据电动机功率的大小，对起动时间做相应的调整。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）3.顺序起动和紧急停止顺序起动和紧急停止梯形图如图3-43所示。共3个定时器，各个定时器的常开触点依次控制下一个状态的实现。起动时，按下起动按钮SB1，触点I0.1闭合，输出继电器Q0.1得电并自锁，同时定时器T60开始计数，定时6s；定时时间到，常开触点T60闭合，输出继电器Q0.2得电，同时定时器T61开始定时，直到输出继电器Q0.0得电。按下急停按钮SB2，则常闭触点I0.2断开，按梯形图顺序，依次使Q0.1、T60复位，Q0.2、T61复位，Q0.3失电，T62复位，Q0.0失电，在一个扫描周期内完成所有停止动作。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）依次控制下一个状态的实现。起动时，按下起动按钮SB1，触点I0.1闭合，输出继电器Q0.1得电并自锁，同时定时器T60开始计数，定时6s；定时时间到，常开触点T60闭合，输出继电器Q0.2得电，同时定时器T61开始定时，直到输出继电器Q0.0得电。按下急停按钮SB2，则常闭触点I0.2断开，按梯形图顺序，依次使Q0.1、T60复位，Q0.2、T61复位，Q0.3失电，T62复位，Q0.0失电，在一个扫描周期内完成所有停止动作。顺序起动、紧急停止、正常停止和过载保护功能完整的梯形图如图3-44所示，其中增加了3条梯形图，用于正常停止控制。在新增加的第1条梯形图中，按下正常停止按钮SB3时，触点I0.3闭合，M0.1得电并自锁，定时器T33开始定时，然后依次起动T34、T35，进入正常停止过程；M0.1和定时器各自的常闭触点串联到前四条梯形图中，如虚线框内所示，使线圈Q0.0、Q0.3、Q0.2、Q0.1依次失电，T60、T61、T62依次复位；当最后I0.1失电后，其常开触点断开，使T33、T34、T35复位，为下一次操作做好准备。对过载情况的处理，根据控制要求，将各热继电器的触点接入梯形图中点画线框所示位置，其作用请读者自己分析。任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务五三相电动机Y-△降压起动（定时器/计数器指令）任务六超载报警PLC控制任务六超载报警PLC控制知识目标（1）掌握计数器指令的功能及应用；（2）熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O的接线方法；（3）熟悉STEP7-Micro/WIN32V4.0SP9编程软件的使用方法；（4）熟悉超载报警PLC控制的工作原理和程序设计方法。技能目标（1）能够正确编制超载报警PLC控制程序；（2）能够独立完成超载报警PLC控制线路的连接；（3）能够按规定进行通电调试；出现故障时，能根据设计要求独立检修，直至系统正常工作。任务六超载报警PLC控制任务引用超载报警PLC控制：为了确保交通安全，客车不能超载。当乘客超过20人时，报警灯闪烁，提示司机客车超载。知识储备计数器指令计数器利用输入脉冲上升沿累计脉冲个数。S7-200系列PLC有3类计数器：增计数器（CTU）、减计数器（CTD）和增减计数器（CTUD）。计数器指令的格式及功能如表3-13所示。端子说明：PV取值范围为1～32767，计数器的号码C×××的取值范围为0～255。计数器也可通过复位指令复位。任务六超载报警PLC控制任务六超载报警PLC控制任务六超载报警PLC控制说明：梯形图指令符号中，CU为增计数器脉冲输入端，CD为减计数器脉冲输入端，R为复位脉冲输入端，LD为减计数器复位脉冲输入端，PV为预置值。编程范围为C0～C255，PV预置值最大值为32767，PV的数据类型为INT，PV操作数为VW、IW、QW、MW、SW、SMW、LW、AIW、T、C、AC、*VD、*LD和常数。【例3-12】增计数器的编程应用如图3-45所示。任务六超载报警PLC控制程序说明：（1）PLC上电后的第一个扫描周期内，计数器位为断开（OFF）状态，当前值为0。计数器脉冲输入端CU每检测到一个正跳变，当前值增加1，当前值等于预置值3时，计算器位为闭合（ON）状态。如果CU端仍有计数脉冲输入，则当前值继续累计，直到最大值为32767时，停止计数。（2）复位输入端R有效时（由OFF变为ON），计数器位将被复位为断开（OFF）状态，当前值则复位为0，也可直接用复位指令R对计数器进行复位操作。（3）在本例中，当I0.0第3次闭合时，计数器位被置位，输出线圈Q0.0接通。当I0.1闭合时，计数器位被复位，同时当前值SV=0，Q0.0断开。【例3-13】减计数器的编程应用如图3-46所示。任务六超载报警PLC控制程序说明：（1）PLC上电后的第一个扫描周期内，计数器位为断开（OFF）状态，当前值为预置值PV，即4。计数脉冲输入端CD每检测到一个正跳变，当前值减1，当前值减小至0时，停止计数，计数器位为闭合（ON）状态。（2）LD为装载输入端，当LD端有效时，计数器位复位，同时将预置值PV赋给当前值。（3）在本例中，当I0.0第4次闭合时，计数器位被置位，输出线圈Q0.0接通。当I0.1闭合时，计数器位被复位，Q0.0断开，计数器可以重新工作。【例3-14】增/减计数器的编程应用如图3-47所示