6项目六PLC编程实现彩灯点亮控制 PLC编程实现彩灯点亮控制.docx
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6项目六PLC编程实现彩灯点亮控制PLC编程实现彩灯点亮控制
项目六PLC编程实现彩灯点亮控制
学习目标
理解S7-200系列PLC变量存储器的功能及应用
理解S7-200系列PLC局部变量存储器的功能及应用
掌握S7-200系列PLC数据传送指令的功能及应用
掌握S7-200系列PLC数据移位指令的功能及应用
掌握S7-200系列PLC程序控制指令的功能及应用
掌握S7-200系列PLC中断指令的功能及应用
培养小型PLC控制系统的设计能力
相关知识
一、变量存储器V
变量存储器V用于存放用户程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以用来保存与工序或任务有关的其它数据。
变量存储器V的地址编号范围根据CPU型号不同而不同，CPU224为VB0～VB5119共5KB存储容量。
二、局部变量存储器L
局部变量存储器L用来存放局部变量，它和变量存储器V很相似，主要区别在于变量存储器V是全局变量，即同一个变量可以被任何程序访问。
而局部变量存储器L只在局部有效，即变量只和特定的程序相关联。
S7-200有64个字节的局部变量存储器，其中60个字节可以作为暂时存储器，或给予程序传递参数，另4个字节作为系统的保留字节。
三、数据传送指令
1．单个数据传送指令：
一次完成一个字节、字、双字的传送。
①字节传送指令：
MOV-B
②字传送指令：
MOV-W
③双字传送指令：
MOV-DW
2．数据块传送：
一次可完成N个数据的成组传送。
①字节的数据块传送指令：
BLKMOV-B
②字的数据块传送指令：
BLKMOV-W
③双字的数据块传送指令：
BLKMOV-D
3．字节交换指令SWAP：
用来实现字的高、低字节内容的交换。
四、位移位寄存器指令
该指令有3个数据输入端。
当使能端EN有效时，数据位DATA在每一个程序扫描周期均移入寄存器的最低位（N为正时）或最高位（N为负时），寄存器的其它位则依次左移（N为正时）或右移（N为负时）一位。
N指定移位寄存器的长度，最大长度为64位。
S-BIT为移位寄存器的最低位端。
DATA为数值输入端，用边沿跳变来控制使能端的状态。
五、数据移位指令
移位指令分为左、右移位和循环左、右移位指令。
按移位数据的长度又分为字节型、字型、双字型三种。
移位指令的最大移位位数N为字节型数据，且小于或等于数据类型（B、W、D）对应的位数。
1．左、右移位指令
①左移位指令：
左移位指令有SHL-B、SHL-W、SHL-DW三条。
当使能端EN有效时，将从IN输入的字节（字或双字）左移N位后（右端补0），输出到OUT所指定的存储单元中，并将最后移出的一位保存在溢出标志位SM1.1。
②右移位指令：
右移位指令有SHR-B、SHR-W、SHR-DW三条。
当使能端EN有效时，将从IN输入的字节（字或双字）右移N位后（左端补0），输出到OUT所指定的存储单元中，并将最后移出的一位保存在溢出标志位SM1.1。
2．循环左、右移位指令：
循环移位指令将移位数据存储单元的首尾相连，同时又与溢出标志位SM1.1连接。
①循环左移指令：
循环左移指令有ROL-B、ROL-W、ROL-DW三条。
当使能端EN有效时，将从IN输入的字节（字或双字）循环左移N位后，输出到OUT所指定的存储单元中，并将最后移出的一位送SM1.1。
②循环右移指令：
循环右移指令有ROR-B、ROR-W、ROR-DW三条。
当使能端EN有效时，将从IN输入的字节（字或双字）循环右移N位后，输出到OUT所指定的存储单元中，并将最后移出的一位送SM1.1。
六、程序控制指令
1．功能图简介
功能图（SFC）又称状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC梯形图程序的基础。
功能图是按照顺序控制的思想，根据控制过程输出量的状态变化情况，将一个工作周期划分为若干顺序相连的步，在任何一步内，各输出量状态保持不变，但相邻两步输出量的状态是不同的。
因此，可以将程序的执行分成若干程序步，通常用顺序控制状态寄存器的位代表程序的状态步。
使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件。
转换条件可以是外部输入信号，如按钮、开关等，也可以是程序运行过程中产生的信号，如定时器、计数器常开触点的接通等，转换条件还可以是若干信号的逻辑运算的组合。
功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可供不同专业人员之间进行技术交流用。
2．顺序控制状态寄存器
顺序控制状态寄存器又称状态元件，主要用于组织设备的顺序操作或进入等效程序段工步。
顺序控制状态寄存器的地址编号范围为S0.0～S31.7，既可以按位寻址，也可以按字节、字或双字寻址。
3．顺序控制指令
顺序控制指令有3条，分别为顺序状态开始指令LSCR、顺序状态转移指令SCRT、顺序状态结束指令SCRE。
从LSCR指令开始到SCRE指令结束的所有指令组成一个顺序控制程序段。
LSCR指令标记一个程序段的开始，当该段的状态位为ON时，表示允许该程序段工作；当SCRT指令的输入端有效时，一方面置位下一个程序段的状态位，另一方面又同时使该程序段的状态位复位；程序段必须用SCRE指令结束。
七、中断源及优先级
1．中断源
中断源是能够向PLC发出中断请求的中断事件。
S7-200系列PLC最多有34个中断源，每个中断源都分配有一个编号用于识别，称为中断事件号。
这些中断源分为三大类：
通信中断、I/O中断、时基中断。
①通信中断：
PLC在自由通信模式下，通信口的状态可由程序来控制，用户可以通过编程来设置通信协议、波特率和奇偶检验。
表6-1为CPU224型号PLC的通信中断事件及其优先级。
表6-1通信中断事件及其优先级
中断事件号
中断事件名称
优先级
8
端口0：
接收字符
0
9
端口0：
发送完成
0
23
端口0：
接收信息完成
0
②I/O中断：
I/O中断包括外部输入中断、高速计数器中断和高速脉冲串输出中断。
外部输入中断是指系统利用I0.0～I0.3的上升沿或下降沿产生中断。
高速计数器中断可以响应当前值等于预置值、计数方向改变、计数器外部复位等事件所引起的中断。
高速脉冲串输出中断是指完成给定脉冲数输出时所引起的中断。
表6-2为CPU224型号PLC的I/O中断事件及其优先级。
表6-2I/O中断事件及其优先级
中断事件号
中断事件名称
优先级
0
I0.0上升沿
0
1
I0.0下降沿
4
2
I0.1上升沿
1
3
I0.1下降沿
5
4
I0.2上升沿
2
5
I0.2下降沿
6
6
I0.3上升沿
3
7
I0.3下降沿
7
12
HSC0当前值等于预置值
0
27
HSC0输入方向改变
16
28
HSC0外部复位
2
32
HSC3当前值等于预置值
1
29
HSC4当前值等于预置值
3
30
HSC4输入方向改变
17
31
HSC4外部复位
18
33
HSC5当前值等于预置值
19
19
PLS0脉冲数完成
14
20
PLS1脉冲数完成
15
③时基中断：
时基中断包括内部定时中断和外部定时器中断两种。
表6-3为CPU224型号PLC的时基中断事件及其优先级。
内部定时中断包括定时中断0和定时中断1。
这两个定时中断按设定的时间周期不断循环工作，可以用来以固定的时间间隔作为采样周期，对模拟量输入进行采样，也可以用来执行一个PID调节指令。
定时中断的时间间隔存储在时间间隔寄存器SMB34（定时中断0）和SMB35（定时中断1）中，它们在1～255ms之间以ms为增量单位进行设定。
外部定时器中断就是利用定时器来对一个指定的时间段产生中断。
这类中断只能使用1ms延时定时器T32和T96。
表6-3时基中断事件及其优先级
中断事件号
中断事件名称
优先级
10
定时中断0（SMB34）
0
11
定时中断1（SMB35）
1
21
定时器T32当前值等于预置值
2
22
定时器T96当前值等于预置值
3
2．中断优先级
在PLC应用系统中通常有多个中断源，当它们同时向CPU发出中断申请时，CPU先响应优先级别高的中断，若优先级别相同，则CPU按先来先服务的原则处理。
在S7-200系列PLC中，通信中断的优先级别最高，时基中断的优先级别最低。
每一类中断的不同中断事件也有不同的优先级，详细内容见表5-2-1、表5-2-2和表5-2-3。
3．中断指令
S7-200系列PLC的中断指令包括全局开中断ENI、全局关中断DISI、中断连接指令ATCH和中断分离指令DTCH。
①全局开中断ENI：
使能输入有效时，允许所有的中断申请。
②全局关中断DISI：
使能输入有效时，不允许任何一个中断事件向CPU发出中断申请。
③中断连接指令ATCH：
使能输入EN有效时，把一个中断事件号EVNT与一个中断服务程序INT联系起来，并允许该中断事件。
④中断分离指令DTCH：
使能输入EN有效时，切断一个中断事件号EVNT与所有中断服务程序的联系，并禁止该中断事件。
项目导入
如图6-1所示，有16个彩灯L1～L16，要求按下启动按钮SB1后，最左端两个灯先亮，然后从左到右以1s的速度依次移动点亮，在同一时刻只能有两个相邻的灯亮。
当最右端两个灯点亮后，再从右到左以1s的速度移动。
如此循环往复。
按下停止按钮SB2，所有灯均熄灭。
试设计PLC控制梯形图程序。
图6-1彩灯循环点亮示意图
项目分析
1．确定输入/输出设备
通过对彩灯循环点亮控制要求的分析可知，控制系统的输入设备有2个，分别为启动按钮SB1、停止按钮SB2；输出设备有16个，分别为彩灯L1～L16。
2．I/O分配
由于本控制系统有2个输入设备和16个输出设备，因此，PLC至少需要2个输入点和16个输出点。
具体I/O分配见表6-4。
表6-4彩灯循环点亮控制I/O分配表
输入
输出
输入寄存器
输入设备
输出寄存器
输出设备
I0.0
SB1
Q0.0～Q0.7
L1～L8
I0.1
SB2
Q1.0～Q1.7
L9～L16
3．编写控制程序
根据彩灯循环点亮控制要求，可采用位移位寄存器指令来实现，也可采用左/右移位指令来实现。
参考梯形图程序如图6-2所示。
图6-2彩灯循环点亮控制梯形图程序
4．绘制PLC外部接线图
根据彩灯循环点亮控制I/O的分配情况，绘制如图6-3所示的系统接线图。
图6-3彩灯循环点亮控制系统接线图
项目实施
一、工具及器材
为实现彩灯循环点亮的控制要求，需要准备的工具、器材见表6-5。
表6-5彩灯循环点亮控制所需工具、器材
序号
名称及说明
数量
备注
1
PLC主机模块（S7-CPU226）
1
2
计算机（编程/监控）
1
3
PC/PPI下载电缆
1
4
带三相插头的电源线
1
5
彩灯
16
6
按钮
2
7
连接导线
若干
8
螺丝刀
1
二、注意事项
1．不能在不同的程序中使用相同的S位。
2．不能在SCR段之间使用JMP及LBL指令，即不允许用跳转的方法跳入或跳出SCR段。
3．不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令。
三、操作步骤
1．根据如图6-3所示的彩灯循环点亮控制系统接线图，完成PLC主机模块与输入设备（启动按钮SB1、停止按钮SB2）及输出设备（彩灯L1～L16）之间的信号线、电源线连接。
2．接通电源，使工作方式拨动开关处于“TERM”位置，然后启动编程软件，输入如图6-2所示的控制梯形图程序。
3．使PLC处于“STOP”状态，编译成功后，将程序下载到PLC主机。
4．将CPU置为“RUN”状态，运行梯形图程序。
改变各输入设备的状态，观察彩灯L1～L16的亮灭情况。
四、评分标准（见表6-6）
表6-6项目小组任务完成情况评分标准
内容
I/O分配
编程
接线
调试
团队
总计
分值
20分
20分
20分
20分
20分
100分
知识拓展
一、系统控制类指令
1．暂停指令STOP：
当使能输入有效时，立即终止程序的执行。
在中断程序中执行STOP指令，该中断立即终止，并且忽略所有挂起的中断，继续扫描程序的剩余部分，在本次扫描结束后，将CPU由RUN状态切换到STOP状态。
2．结束指令END/MEND：
MEND为无条件结束指令，可以直接和左母线相连。
END为条件结束指令，只有当使能输入有效时，才可以终止用户程序的执行，返回到主程序的第一条指令处执行。
结束指令只能在主程序中使用，不能用在子程序和中断服务程序中。
3．看门狗复位指令WDR：
看门狗定时器有一个设定的重启动时间，若程序扫描周期超过300ms，最好使用看门狗复位指令WDR重新触发看门狗定时器。
二、跳转指令、循环指令
1．跳转指令JMP：
跳转指令JMP和跳转地址标号指令（LBL）配合实现程序的跳转。
当跳转指令的使能输入有效时，程序跳转到指定标号n处执行（在同一程序内）。
跳转地址标号指令标记跳转目的地的位置，跳转标号n＝0～255；使能输入无效时，程序顺序执行。
2．循环指令FOR：
程序的循环结构用于描述一段程序的重复循环执行，由FOR和NEXT指令构成程序的循环体，FOR指令标记循环的开始，NEXT指令标记循环的结束。
FOR和NEXT必须配对使用。
当使能输入EN有效时，循环体开始执行，执行到NEXT指令时返回。
每执行一次循环体，当前计数器INDX加1，直到达到终值FINAL时，循环结束。
INIT为循环次数初始值。
三、子程序调用及子程序返回指令
通常将具有特定功能，并多次使用的程序段作为子程序。
子程序有子程序调用和子程序返回两大类指令。
子程序调用指令用在主程序或其它调用子程序的程序中。
子程序返回指令又分条件返回和无条件返回指令两类。
子程序的无条件返回指令无需用户输入，梯形图指令系统能够自动生成。
1．CALLSBR-n：
子程序调用指令
2．CRET：
子程序返回指令
子程序调用指令编写在主程序中，子程序返回指令编写在子程序中。
子程序标号n的范围是0～63。
子程序可以不带参数调用，也可以带参数调用。
带参数调用的子程序必须事先在局部变量表里对参数进行定义，最多可以传递16个参数，参数的变量名最多为23个字符。
四、中断指令在彩灯循环点亮控制系统中的应用
1．控制要求：
按下启动按钮SB1，彩灯L1～L8循环点亮，间隔时间为2s；按下停止
按钮SB2，彩灯L1～L8全部熄灭。
2．I/O分配（见表6-7）
表6-7彩灯循环点亮控制I/O分配表
输入
输出
输入寄存器
输入设备
输出寄存器
输出设备
I0.0
SB1
Q0.0
L1
I0.1
SB2
Q0.1
L2
Q0.2
L3
Q0.3
L4
Q0.4
L5
Q0.5
L6
Q0.6
L7
Q0.7
L8
3．编写控制程序
采用循环左移指令与内部定时中断0相配合完成彩灯的循环点亮控制。
内部定时中断0的时间间隔存储在时间间隔寄存器SMB34中，其定时时间最长只能达到255ms，而彩灯循环点亮的间隔时间为2s。
因此，在进行程序设计时，设置定时时间为250ms，同时引入变量寄存器VB0对中断次数进行计数，中断8次后彩灯向左移动1位。
参考梯形图主程序如图6-4所示，中断服务程序如图6-5所示。
图6-4彩灯循环点亮控制主程序
图6-5彩灯循环点亮控制中断服务程序
五、电动小车自动往返运行控制
1．控制要求：
如图6-6所示，电动小车可以在甲地和乙地之间往返运行。
要求设计PLC控制程序，使小车实现以下三种运行方式：
手动运行、自动单周期运行、自动循环运行。
①手动运行：
手动选择开关处于ON状态时，按下按钮SB1且底门关闭时，小车向前运行直到压下乙地行程开关SQ2；按下按钮SB3，漏斗翻门打开，物料装入小车，10s后翻门自动关闭；按下按钮SB2，小车向后运行直到压下甲地行程开关SQ1；按下按钮SB4，小车底门打开，将物料卸下，5s后小车底门自动关闭。
②自动单周期运行：
自动单周期选择开关处于ON状态时，若小车已位于甲地且小车底门已关闭，按下启动按钮SB0，小车向前运行至乙地，压下行程开关SQ2后，翻门自动打开，10s后翻门关闭，小车开始向后运行，到达甲地压下行程开关SQ1后，底门自动打开，5s后关闭。
完成一次循环。
小车将停留在甲地等待下一次启动。
③自动循环运行：
自动循环选择开关处于ON状态时，若小车已位于甲地且小车底门已关闭，按下启动按钮SB0，小车将从甲地到乙地自动往复循环运行。
前行
后行
翻门
底门
SQ1SQ2
甲地乙地
图6-6电动小车运行示意图
2．I/O分配（见表6-8）
表6-8电动小车运行控制I/O分配表
输入
输出
输入寄存器
输入设备
输出寄存器
输出信号
I0.0
SB0
Q0.0
小车前行
I0.1
SQ2
Q0.1
翻门打开
I0.2
SQ1
Q0.2
小车后行
I0.3
手动选择开关
Q0.3
底门打开
I0.4
自动单周期选择开关
I0.5
自动循环选择开关
I0.6
SB1
I0.7
SB2
I1.0
SB3
I1.1
SB4
3．控制程序（见图6-7）
图6-7电动小车运行控制梯形图程序
思考与练习
1．按下启动按钮，L1、L2、L3依次点亮，全亮后，L1、L2、L3依次熄灭，全灭后再依次点亮…时间间隔为1秒。
按下暂停按钮，各灯状态保持不变，再按启动按钮，各灯继续工作。
按下停止按钮，灯全部熄灭，再按启动按钮，各灯重新开始工作。
2．某系统有四台设备,分别由电动机M1、M2、M3、M4拖动。
要求系统启动时按“M1→M4”的顺序启动；停止时按“M4→M1”的顺序停止，间隔时间为10秒。
3．利用子程序编写梯形图控制程序，实现以下功能：
当I0.0为ON时，若I0.7＝ON，则有一个亮灯自左向右（Q0.0～Q0.7）以1s速度移动，当移动到最右侧后，再重复上述动作，如此循环，I0.7＝OFF停止；当I0.1为ON时，若I0.7＝ON，则有一个亮灯自左向右（Q0.0～Q0.7）以1s速度移动，当移动到最右侧后，再自右向左返回最左侧，如此循环，I0.7＝OFF停止。
4．某生产车间有一自动运输小车，小车有5个停车位置，每个位置上有一要车按钮，当按下某一位置的要车按钮后，小车自动运行到该位置停车。
5．如图6-8所示，某化学反应装置由四个容器组成，容器之间用泵连接。
按下启动按钮SB1，1#、2#容器分别用泵P1、P2从碱和聚合物库中将其充满。
充满后P1、P2关闭，2#容器开始加热，到60℃时关闭加热器。
然后泵P3、P4分别将1#、2#容器中的溶液送到3#容器中，同时启动搅拌器，搅拌时间为60s。
一旦3#满或1#、2#空，则泵P3、P4关闭，等待。
当搅拌时间到，泵P5将混合液抽到4#容器，直到4#满或3#空。
成品用泵P6抽走，直到4#空。
至此，整个过程结束。
再次按下启动按钮，开始新的循环。
试根据控制要求设计PLC控制程序。
图6-8化学反应装置示意图
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