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Word文件下载.docx
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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
9
发送完成
23
接收信息完成
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
I0.0上升沿
1
I0.0下降沿
4
2
I0.1上升沿
3
I0.1下降沿
5
I0.2上升沿
I0.2下降沿
6
I0.3上升沿
7
I0.3下降沿
12
HSC0当前值等于预置值
27
HSC0输入方向改变
16
28
HSC0外部复位
32
HSC3当前值等于预置值
29
HSC4当前值等于预置值
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
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
10
定时中断0（SMB34）
11
定时中断1（SMB35）
21
定时器T32当前值等于预置值
22
定时器T96当前值等于预置值
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
PLC主机模块（S7-CPU226）
计算机（编程/监控）
PC/PPI下载电缆
带三相插头的电源线
彩灯
按钮
连接导线
若干
螺丝刀
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
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
Q0.0
L1
Q0.1
L2
Q0.2
L3
Q0.3
L4
Q0.4
L5
Q0.5
L6
Q0.6
L7
Q0.7
L8
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
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
输出信号
SB0
小车前行
SQ2
翻门打开
I0.2
SQ1
小车后行
I0.3
手动选择开关
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
I0.7
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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