第六章 PLC项目教学情景设计.docx
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第六章PLC项目教学情景设计
第二模块提高篇
第六章PLC项目教学情景设计
6.1情景一十字路口交通灯控制
·任务一：
基本逻辑指令编程
·任务二：
定时器指令编程
·任务三：
十字路口交通灯控制
6.1.1任务一：
基本逻辑指令编程
一、学习目标
1、继续学习CP-X软件的应用。
2、掌握基本逻辑指令LD、LDNOT、AND、ANDNOT、OR、ORNOT的使用方法。
3、学会用基本逻辑指令实现顺控系统的编程。
二、设备要求
电脑一台，实验箱一台，AB接口的USB连线一条，电源线两条。
三、任务步骤
1、把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，即向下，再用AB接口的USB连线把PLC与电脑连接起来，然后给PLC上电。
2、启动CP—X软件，新建工程，进入CP—X软件编程环境。
3、根据实验内容在CP—X软件编程环境里进行编程，然后进行相关的操作。
4、对程序进行编译、调试、修改。
5、保存好的文件，做好各项实验记录。
6、把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，切断实验箱的电源，盖好实验箱的盖子。
四、任务内容
1、基本逻辑指令的练习
（1）用笔把下面两个梯形图程序的助记符写在纸上。
图2-1
图6-1
（2）把以上的两个梯形图分别在CP-X里编辑出来。
在编辑时要注意如何插入一列、一行，如何插入一条等操作。
同时要学会一些相关的设置，用鼠标点击菜单里的工具→选项，弹出如下的设置窗口。
图6-2PLC程序设置选项卡
（3）梯形图编辑完毕后，分别查看它们的助记符程序，对比看看你写的是否正确。
查看助符的办法是用鼠标点击“查看”工具栏上的“查看记忆”即可，如下图所示。
图6-3PLC程序查看工具栏
（4）把其中的一个梯形图下载PLC中，并运行监视程序的运行状态。
（5）模拟在线工作，对比在线工作，看看它们有什么异同
2、基本逻辑指令的应用
（1）自锁（保持）
自锁梯形图程序如下图所示，输入点0.00为点动输入。
请同学们先分析一下，然后运行该程序，观察自锁的作用。
图6-4自锁梯形图
（2）互锁（优先）
互锁梯形图程序如下图所示，输入点0.00、0.01为点动输入。
请同学们先分析一下，然后运行该程序，观察互锁的作用。
图6-5互锁梯形图
（3）2-4译码器
2-4译码器梯形图程序如下图所示。
请同学们运行该程序，观察它的功能。
图6-62-4译码器梯形图
3、将继电器控制系统改为PLC控制系统
（1）控制要求：
电动机能正/反转、停车；正/反转可任意切换；有自锁、互锁环节，见图6-7。
（2）I/O分配表：
输入
输出
0.00
停车按钮SB1
100.00
电动机正转
0.01
正转启动按钮SB2
100.01
电动机反转
0.02
反转启动按钮SB3
0.03
过载保护FR
（3）PLC电气原理图绘制
①主电路：
从电源到电动机的大电流电路，与继电器电路相同。
②控制电路：
由学生根据I/O分配表画出。
（4）根据I/O分配表及控制要求编写PLC梯形图程序。
图6-7三相电动机的正反转控制电路
五、任务完成书
1.任务目标。
2.任务具体步骤。
3.程序上机验证、观察与调试。
4.心得体会：
本次任务中遇到的问题、解决方法及收获。
6.1.2任务二：
定时器指令编程
一、任务目标
1、熟悉CP-X编程软件的使用方法。
2、掌握定时器指令的使用方法。
3、掌握定时器波形的画法和含义。
4、学会用PLC改造典型继电器电路的方法。
二、设备要求
电脑一台，实验箱一台，AB接口的USB连线一条，电源线两条。
三、任务步骤
1.把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，即向下，再用AB接口的USB连线把PLC与电脑连接起来，然后给PLC上电。
2.启动CP—X软件，新建工程，进入CP—X软件编程环境。
3.根据实验内容在CP—X软件编程环境里进行编程，然后进行相关的操作。
4.程序运行调试并修改。
5.保存好的文件，做好各项记录。
6、把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，切断实验箱的电源，盖好实验箱的盖子。
7、写实验报告。
四、任务内容
1、通电延时控制程序
（1）控制要求：
利用计时器指令编程实现输入/输出信号波形图6-8如下所示的程序。
图6-8通电延时时序图
图6-9通电延时梯形图
（2）参考程序如图6-9所示。
（3）把程序下载到PLC中，然
后选择“操作模式”为“监视”，
运行程序，这时你可能会观察到
计时器的当前值是以十六进制显
示的，如图6-10椭圆圈内所示。
如果要以十进制显示，则用鼠标点击菜单的视图→监视数据类型→十进制，如图6-11所示。
再运行观察程序，你会发现计时器的当前值变为以十进制显示了，如图6-12椭圆圈内所示。
图6-10
图6-11
图6-12
图6-13
（4）查找地址
如果程序很长，查找所要的
地址将是一项繁重的工作，但我
们可以用下面的方法来快速地找
到所要找的地址。
用鼠标右键点
击梯形图编辑区域，系统弹出快
捷菜单，如图6-13所示，然后用鼠
标点击“查找位地址”项，这时
系统弹出查找地址的对话框，如
图6-14所示，输入要查找的地址，
然后点击“查找下一个”按钮，如果所要查找的地址在程序中有存在，就可以找到，如图中双箭头线所示。
图6-14
（5）对计时器进行内存跟踪监视
对计时器进行内存跟踪监视操作方法是用有鼠标
点击“工程工作区”的“内存”选项，如图6-15所示。
系统弹出“PLC内存”窗口。
在窗口的最右边“数
据工作区”内有显示出PLC的CPU型号（CP1H-XA）
及各内存存储区域的名称。
我们选择“定时器/计数器
工作区（T）”，如图6-16椭圆所圈的，然后再用鼠标右
键单击已打开的“定时器/计数器工作区（T）”内存区
域窗口，系统弹出快捷菜单，点击快捷菜单的在线→
监视，如图6-16打勾的所示。
运行PLC程序，认真观察“定时器/计数器工作区图：
6-15
（T）”内存区域窗口里数据的变化，这里你会发现T0
的第一格的数据在变化，跟PLC程序里的T0的当前值是
一致的，当T0的当前值为0时，则其状态由“off”变为“on”，如图6-17所示。
图6-16
图6-17
2、断电延时控制程序
（1）控制要求：
利用计时器指令编程实现输入/输出信号波形图3-11如下所示的程序。
图6-18断电延时时序图
（2）参考程序如图6-19所示。
图6-19断电延时梯形图
（3）分析以上程序是如何实现断电延时的，然后上机运行程序，认真观察。
3、2秒方波发生器控制程序
（1）控制要求：
利用计时器指令编程实现输入/输出信号波形图6-20如下所示的程序。
图6-202秒方时序图
（2）上机编写程序，写出程序的梯形图。
4、PLC改造双速交流异步电动机自动变速控制电路
（1）控制要求：
将图6-21继电器双速交流异步电动机自动变速控制电路的控制电路改为PLC控制系统。
（2）电路控制原理分析：
该控制电路是通过控制电动机的绕组来改变电动机的运转速度。
当按下启动按钮SB2时，接触器KM1吸合，同时其常开触点闭合，三相异步电动机定子绕组接成三角形运转，此时启动按钮SB3因KM1和KM2及KM3互锁而无效，只有在停止按钮SB1按下后才有效。
另一种启动方式是启动按钮SB3按下后（前提是KM1不得电），中间继电器KA得电，同时自锁，对应的定时器触点KT瞬时导通，所以KM1闭合，因而构成三角形运转，同时定时器开始定时；定时时间到（整定时间就是定时时间4秒），定时器的常闭触点动作，KM1被断开，同时定时器的常开触点同时动作，接触器KM2和KM3相继闭合，电动机构成双星型运转，KM2常闭触点动作，中间继电器KA失电，定时器复位；所以按钮SB3实现了异步电动机从低速相高速的过渡。
电机热保护继电器为FR，当电动机过载时，KM1—KM3失电，电动机停车。
（3）参考实验一、实验二相关的实验，列出I/O分配表。
（4）画出PLC的外部输入输出电路。
（5）设计控制电路的梯形图程序。
图6-21
图3-14继电器双速交流异步电动机自动变速控制电路的主电路和控制电路
五、任务完成书
1.任务目标。
2.任务具体步骤。
3.程序上机验证、观察与调试。
4.心得体会：
本次任务中遇到的问题、解决方法及收获。
6.1.3任务三：
十字路口交通灯控制
一、任务目标
1.分析交通灯系统及I/O分配
2.正常时序控制程序的编写
3.急车强通控制程序的编写
4.用步进指令按单流程编程
二、任务说明
信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮，东西和南北的LED数码管由25秒开始倒计时，当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭，LED数码管复位显示25；南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒；东西和南北的LED数码管也开始由25秒开始倒计时，到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。
在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。
到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮，东西和南北的LED数码管又由25秒开始倒计时。
东西红灯亮维持30秒。
南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。
同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
周而复始
三、设备要求
四、任务步骤
1、输入输出接线。
输入
SD
输出
G
Y
R
输出
G
Y
R
0000
南北
10000
10001
10002
东西
10003
10004
10005
输出
D2
C2
B2
A2
D1
C1
B1
A1
10105
10104
10103
10102
10101
10100
10007
10006
所有输出端的COM与“—”相接，输入端的COM与“+”相接。
2、打开主机电源将程序下载到主机中。
3、启动并运行程序观察实验现象。
五、梯形图参考程序
6.2情景二液体混合装置控制
·任务一：
保持、微分指令编程
·任务二：
计数器指令编程
·任务三：
液体混合装置控制
6.2.1任务一：
保持、微分指令编程
一、任务目标
1、掌握保持、微分指令的使用方法。
2、学会用保持、微分指令实验顺序系统控制的编程。
3、掌握保持、微分指令波形画法及其含义。
二、设备要求
电脑一台，实验箱一台，AB接口的USB连线一条，电源线两条。
三、任务步骤
1、把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，即向下，再用AB接口的USB连线把PLC与电脑连接起来，然后给PLC上电。
2、启动CP—X软件，新建工程，进入CP—X软件编程环境。
3、根据任务内容在CP—X软件编程环境里进行编程，然后进行相关的操作。
4、程序运行调试并修改。
5、保存好的文件，做好各项记录。
6、把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，切断实验箱的电源，盖好实验箱的盖子。
四、任务内容
1、保持指令的验证
把图6-22梯形图程序录入到CP-X编辑器中，然后下载到PLC中运行，观察中间继电器w0.00是如何由“off”变化“on”的，又是如何由“on”变化“off”的，画出输入端0.00、0.01及中间继电器w0.00的波形图。
图6-22保持指令验证梯形图
2、微分指令的验证
把图6-23梯形图程序录入到CP-X编辑器中，然后下载到PLC中运行，观察计数器C0、C1、C2的当前值是如何变化的，C0与C1当前值的变化是否步，画出输入端0.00、0.01及计数器C0、C1、C2的波形图。
思考：
如果只对输入端0.00第一个脉冲的上升沿进行微分（其它脉冲的上升沿不微分，下降沿微分保持不变），以上梯形图程序应如何修改。
图6-23微分指令验证梯形图
3、单按钮单路启/停输出控制程序
（1）控制要求：
用一只按钮控制一盏灯，第一次按下时灯亮，第二次按下时灯灭，……，奇数次灯亮，偶数次灯灭。
（2）I/O分配：
输入端：
0.00——按钮输出端：
100.00——灯
（3）参考梯形图程序（见图6-24，图6-25）
图5-3一种单按钮启/停控制梯形图
图6-24
图6-25一种单按钮启/停控制梯形图
（4）程序分析：
图6-24程序：
输入端0.00上升沿到来时，中间继电器w0.00产生一个宽度为一个时钟周期的脉冲；如果此时中间继电器w0.01为“off”，则w0.01被置为“on”；如果此时w0.01为“on”，则w0.01被置为“off”，实现了程序的要求。
图6-25程序：
输入端0.00上升沿到来时，中间继电器w0.00产生一个宽度为一个时钟周期的脉冲；如果此时中间继电器w0.01为“off”，则w0.01被置为“on”；如果此时w0.01为“on”，则w0.01被复位为“off”，也实现了程序的要求。
4、单按钮双路交替启/停输出控制程序
（1）控制要求：
用一只按钮控制两盏灯，第一次按下时第一盏灯亮，第二次按下时第一盏灯灭，同时第二盏灯亮，第三次按下时两盏灯灭，……，如此规律循环下去。
（2）I/O分配：
输入端：
0.00——按钮输出端：
100.00——灯
（3）编写PLC梯形图程序。
5、简单抢答器控制程序
（1）控制要求：
在主持人侧，设置抢答器的启动和复位按钮，启动时表示选手可以抢答了，复位时表示答题完毕。
选手（设有5位）侧各设置有一个抢答按钮和一个批示灯，当选手抢到时，对应的指示灯亮。
（2）列出I/0分配表。
（3）编写PLC梯形图程序。
（4）画出PLC的外部接线图。
五、任务完成书
1.任务目标。
2.任务具体步骤。
3.程序上机验证、观察与调试。
4.心得体会：
本次任务中遇到的问题、解决方法及收获。
6.2.2任务二计数器指令编程
一、任务目标
1、掌握计数器指令的使用方法。
2、掌握计数器波形的画法和含义。
3、学会定时器、计数器的综合应用。
二、设备要求
电脑一台，实验箱一台，AB接口的USB连线一条，电源线两条。
三、任务步骤
1.把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，即向下，再用AB接口的USB连线把PLC与电脑连接起来，然后给PLC上电。
2.启动CP—X软件，新建工程，进入CP—X软件编程环境。
3.根据任务内容在CP—X软件编程环境里进行编程，然后进行相关的操作。
4.程序运行调试并修改。
5.保存好的文件，做好各项记录。
图6-26CNT指令验证梯形图
6.把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，切断实验箱的电源，盖好实验箱的盖子。
四、任务内容
1、CNT指令的验证
把图6-26梯形图程序录入
到CP-X编辑器中，然后下载
到PLC中运行，观察计数器
当前值是如何变化的、输出
100.00是什么时候被置
图6-27
为“on”的、计数器如何被
复位等。
2、运行图6-27梯形图程序，
与图6-26梯形图程序进行比较，
找出它们的异同。
3、CNTR指令的验证
运行图6-27梯形图程序，认真
观察，回答下面几个问题：
（1）可逆计数器对0.00（加法计数
）进行脉冲计数时，它的当前值是
如何变化的？
100.00在什么情况下
被置为“on”?
（2）可逆计数器对0.01（减法计数）进行脉冲计数时，它的当前值
（图6-28椭圆所圈的）是如何变化的？
100.00在什么情况下被置为“on”?
（3）当0.01为“on”时，可逆计数器能否对0.00进行加法计数?
（4）100.00在什么情况下由“on”变为“off”。
图6-28CNTR指令验证梯形图
图6-29长时间控制梯形图
4、长时间控制程序
（1）控制要求：
按下启动按钮（用输入端0.00模
拟），长定时器开始定时，此时即使
松开启动按钮，长定时器仍然继续定
时；4小时后，指示灯亮（用输出端
100.00模拟）；此时，只有压下停止
按钮（用输入端0.01模拟），指示灯
才会熄灭。
（2）参考梯形图程序（见图6-29）
（3）程序分析：
当0.00为“on”时，W0.00为“on”
并自锁；T0延时1分钟，1分钟后自复位。
计数器C0对T0的上升沿进行计数，计
到60时，CO为“on”，并自复位，些时
计时的时间=1分钟×60=1小时。
计数器
C1对C0的上升沿进行计数，计到4时，
C1为“on”，同时输出端100.00为“on”
即指示灯亮，些时总计时的时间=1分钟
×60×4=4小时。
C1的复位由输入端0.01
进行复位，0.01为“on”，C1被复位，
输出端100.00为“off”,即指示灯灭。
（注：
为了方便调试观察，T0和C0的设
定值要设置得小一些）
（4）思考：
①根据你所设定的值，指示灯亮什么时候才会亮。
②定时器的设定值不变，改变C0的设定值，可实现最长多少时间的定时。
③请画出0.00、0.01、T0、C0、C1、100.00的时序图。
5、按钮记数控制程序
（1）控制要求：
按钮0.00按下3次，信号灯100.00亮；再按下3次，信号灯灭。
（2）上机编写程序，写出程序的梯形图。
（3）上机运行程序，分析运行结果，根据输入信号的波形画出输出信号的波形图。
图6-30一种单按钮控制时序图
（4）若要求按按钮的时间按0.5秒计一次，而单次按下时，按一下，计一次，程序应作如何修改？
五、任务完成书
1.任务目标。
2.任务具体步骤。
3.程序上机验证、观察与调试。
4.心得体会：
本次任务中遇到的问题、解决方法及收获。
6.2.3任务三：
液体混合装置控制
一、任务目标
1.分析二种液体自动混合系统
2.I/O分配
3.指令的学习
4.梯形图的绘制
二、任务说明
由设备面板图可知：
本装置为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅动电机，控制要求如下：
按下启动按钮SB1，装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭：
液体A阀门打开，液体A流入容器。
当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。
液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅动电机开始搅动。
搅动电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。
当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。
停止操作:
在当前的混合液操作处理完毕后.按下停止按钮SB1，停止操作。
三、设备要求
四、任务步骤
1、输入输出接线
输入
SB1
SL1
SL2
SL3
0000
0001
0002
0003
输出
YV1
YV2
YV3
YKM
10000
10001
10002
10003
所有输出端的COM与“—”相接，输入端的COM与“+”相接。
2、打开主机电源开关将程序下载到主机中。
3、启动并运行程序观察实验现象。
五、梯形图参考程序
6.3情景三自动售货机控制
·任务一：
数据的传送、转换、比较及运算指令编程
·任务二：
移位指令编程
·任务三：
自动售货机控制
6.3.1任务一：
数据的传送、转换、比较及运算指令编程
一、任务目标
1、掌握数据的传送、转换、比较及运算指令的使用方法。
2、学会数据的传送、转换、比较及运算指令在编程中的应用。
二、设备要求
电脑一台，实验箱一台，AB接口的USB连线一条，电源线两条。
三、任务步骤
1、把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，即向下，再用AB接口的USB连线把PLC与电脑连接起来，然后给PLC上电。
2、启动CP—X软件，新建工程，进入CP—X软件编程环境。
3、根据任务内容在CP—X软件编程环境里进行编程，然后进行相关的操作。
4、程序运行调试并修改。
5、保存好的文件，做好各项记录。
6、把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，切断实验箱的电源，盖好实验箱的盖子。
四、任务内容
1、可调多谐振荡器控制程序
（1）控制要求：
多谐振荡器输出的脉冲宽度及点空比可以调整。
（2）参考梯形图程序（图6-30）
（3）程序分析：
①画出0.00、0.01、T0、T1、100.00的时序图（图6-31）
②当0.00为“on”、0.01为“off”时，数据传送指令MOV分别把立即数10传送给D0、D1，则T0、T1的设定值均为10，100.00输出的脉冲宽度为1秒，点空比为1:
1；当0.00为“off”、0.01为“on”时，数据传送指令MOV分别把立即数20和40传送给D0、D1，则T0、T1的设定值分别为20和40，100.00输出的脉冲宽度为4秒，点空比为2:
1。
（3）把图6-1梯形图程序中的“MOV”指令改为“@MOV”，然后再观察它们的运行情况，并与图6-1梯形图程序进行比较，看是否相同，说明原因。
程序中的“MOV”能否用“MOVB”或“MOVD”替代，如果可以，请在程序中修改，如果不行，说明原因。
图6-30可调多谐振荡器控制梯形图
图6-31时序图
2、BCD、CMP及数据运算指令的验证
运行图6-32梯形图程序，认真观察，回答下面几个问题：
（1）说说“BCD”指令在程序中的作用，能不能把该指令省去？
（2）程序中两个“MOV”指令，它们传送的立即数是否相同？
计时器T0、T1的设置值是否相同？
（3）程序中的“CMP”指令起着什么作用？
说说为什么D0会小于D2。
（4）程序中“+B”、“-B”和“*”三个运算指令能否用指令“+”、“-”和“*B”替换？
A
（a）
A
（b）
图6-32验证BCD、CMP及数据运算指令的梯形图
3、三个正整数相加减控制程序
（1）控制要求：
三个正整数D0、D1、D2，如果D0>=D1,则D3=D0-D1，否则D3=D0+D1；如果D3>=D2，则D4=D3-D2，否则D4=D3+D2。
（2）编写PLC梯形图程序。
五、任务完成书
1.任务目标。
2.任务具体步骤。
3.程序上机验证、观察与调试。
4.心得体会：
本次任务中遇到的问题、解决方法及收获。
6.3.2任务二：
移位指令编程
一、任务目标
1、掌握移位指令的使用方法。
2、学会移位指令在编程中的应用。
二、设备要求
电脑一台，实验箱一台，AB接口的USB连线一条，电源线两条。
三、任务步骤
1、把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，即向下，再用AB接口的USB连线把PLC与电脑连接起来，然后给PLC上电。
2、启动CP—X软件，新建工程，进入CP
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