情境 2 ：流水灯的 PLC 控制

情境2：流水灯的PLC控制 2.1任务资讯 2.2任务分析 2.3任务决策 2.4任务计划 2.5任务实施 2.6评价提高 S7-200 S7-200

2.1任务资讯 流水灯是利用彩灯对建筑物等进行装饰，达到烘托效果。这实际上是考虑了PLC输出的空间效果（上下、内外等）和时间顺序(先后)，而针对不同的场合对彩灯的运行方式也有不同的要求，对于要求彩灯有多种不同运行方式的情况下，采用PLC中的定时器指令来进行控制非常方便。

2.1.1任务目标

2.1.2PLC的基本组成 整体式PLC的硬件系统包括：（1）微处理器（CPU）；（2）存储器（EPROM，RAM）；（3）输入/输出接口（I/O）；（4）外围设备；（5）电源。

PLC基本单元 电源变换器～110V/220V市电现场用户输入设备现场用户输出设备现场信号输入部件输出部件执行器微处理器（CPU）按钮、开关中间继电器运算器控制器传感器电磁阀外部设备扩展设备通讯及编程接口系统存储器用户存储器 I/O 扩展接口扩展单元编程设备通讯模块计算机功能模块打印机等 PLC系统结构示意图 PLC硬件系统组成

2.1.1PLC的基本组成 • 1.微处理器（CPU） • 接收并存储用户程序和数据； • 诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误； • 接收输入信号，送入数据寄存器并保存； • 运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 • 程序的各种操作； • 将用户程序的执行结果送至输出端。

CPU型号： （1）通用微处理器（8086、80286等）；（2）单片机；（3）位片式微处理器；

CPU位数： （1）8位，小型机，价格低，通用性好；（2）16、32位，中型机，集成度高，可靠；（3）位片式微处理器，大型机，灵活、快速。专业生产PLC的厂家均采用自己开发的CPU芯片。

2.1.1PLC的基本组成 • 2.存储器 • 存放系统工作程序（监控程序）； • 存放模块化应用功能子程序； • 存放命令解释程序； • 存放功能子程序的调用管理程序； • 存放存储系统参数。

2.1.1PLC的基本组成 • 用户存储器——RAM/EPROM/EEPROM • 存放用户工作程序； • 存放工作数据。

3.输入单元——带光电隔离电路 • 多种辅助电源类型：AC电源DC24V输入 • DC电源DC24V输入 • DC电源DC12V输入 • 接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）； • 接收模拟量信号（模拟量输入单元）； • 接收按钮或开关命令（数字量输入单元）； • 接收传感器输出信号。

3.输出单元——带光电隔离器及滤波器 • 多种输出方式：晶体管 • 晶闸管 • 继电器 • 驱动直流负载（晶体管输出单元）； • 驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）； • 驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。

2.1.1PLC的基本组成 • 4.外围设备—采用PC/PPI电缆 • 连接专用编程器； • 连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控； • 连接工控机，实现编程及在线监控； • 连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯； • 连接打印机等计算机外设。

I/O扩展接口——采用并行通讯方式 • 扩展I/O模块； • 扩展位置控制模块； • 扩展通讯模块； • 扩展模拟量控制模块。

5.电源 • 外接220V交流电 • 提供5V供本机使用 • 提供24V供输入端使用。

2.1.2PLC的编程元件 PLC和其他计算机一样，数据存储器都作了分区，为每个存储单元编排了地址，并且经机内系统程序为每个存储单元赋予了不同的功能，形成了专用的存储元件。这就是编程“软”元件。为了理解的方便，PLC的编程元件用“继电器”命名，认为它们像继电器一样具有线圈及触点，且线圈得电，触点动作。所谓线圈得电不过是存储单元置1，线圈失电，不过是存储单元置0，也正因为如此，我们称之为“软”元件。

1.输入继电器（I） • 输入继电器(又称输入映像寄存器)用于接受及存储输入端子的输入信号。机箱上每个输入端子都有一个输入继电器与之对应。输入信号通过隔离电路改变输入继电器的状态，一个输入继电器在存储区中占一位。输入继电器的状态不受程序的执行所左右。

2.输出继电器（Q） • 输出继电器(又称输出映像寄存器)存储程序执行的结果。每个输出继电器在存储区中占一位，每一个输出继电器与一个输出口相对应。输出继电器通过隔离电路，将程序运算结果送到输出口并决定输出口所连接器件的工作状态。正常运行中输出继电器的状态只由程序的执行决定。

3.辅助继电器（M） 辅助继电器也叫内部标志位，是PLC中数量较大的一种编程元件。它不直接接受外界信号，也不能用来直接驱动输出元件，作用类似于继电接触器电路中的中间继电器。辅助继电器常用来存放逻辑运算的中间结果。编址范围M0.0~M31.7。

4.特殊辅助继电器（SM） • 特殊辅助继电器是PLC中用于特殊用途的存储器。它可以作为用户与系统程序之间的界面，为用户提供一些特殊的控制功能及系统信息。用户操作的一些特殊要求也可以通过特殊辅助继电器通知系统。

5.定时器（T） • 定时器相当于继电接触器系统中的时间继电器，用于时间控制。PLC中定时器具有一个位元件，用来表示计时是否完成，还有一个字元件用来存储定时器的计时当前值，可以参与某些运算，因而称为位复合元件。

6.计数器（C） • 普通计数器主要用来对程序中反映的信号或外部输入端低频信号进行计数，称为机内计数器。高速计数器则用来对高于PLC扫描频率的机外脉冲计数。高速计数器一般工作在中断状态。计数器工作中需一个位元件及一个存储计数当前值的字元件，也为位复合元件。

7.数据存储器（V） • 数据存储器用来存放“数字”类数据，有的PLC中称为变量存储器。PLC中的运算数据有2、8、10、16进制等。可以是整数，也可是浮点制小数。占用的存储单元可以是字节、字，也可以是双字。如PID指令的回路表、网络读写缓冲区及自由端口缓冲区等都要用到数据存储器。数据存储量一般比较大，某些机型的PLC还有专门的模拟量存储单元。

8.顺控继电器（S） • 顺序控制继电器S又称状态元件，用来组织机器操作或进入等效程序段工步，以实现顺序控制和步进控制。顺控继电器用于顺序功能图法编程。每一个状态器可以用来代表控制状态中的一个步序，能为编程提供方便。可以按位、字节、字或双字来存取S位，编址范围S0.0~S31.7。

9.局部存储器(L) • 局部存储器(L)和变量存储器(V)很相似，主要区别在于局部存储器(L)是局部有效的，变量存储器(V)则是全局有效。全局有效是指同一个存储器可以被任何程序(如主程序，中断程序或子程序)存取，局部有效是指存储区和特定的程序相关联。

10.累加器(AC) • CPU提供了4个32位累加器(AC0~AC3)，可以按字节、字和双字来存取累加器中的数据。按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位，双字存取全部的32位，存取的数据长度由所用的指令决定。可以像存储器那样使用读/写单元，例如可以用它向子程序传递参数，或从子程序返回参数，以及用来存放计算的中间值。

11.高速计数器(HC) • CPU22XPLC提供了6个高速计数器(每个计数器最高频率为30kHz)用来累计比CPU扫描速率更快的事件。高速计数器的当前值为双字长的符号整数，且为只读值。高速计数器的地址由符号HC和编号组成，如HC0~HC5。

2.1.3定时器指令 定时器指令用来规定定时器的功能，西门子S7-200系列PLC定时器有三种。3条指令规定了三种不同功能的定时器。在有些品种的PLC中可能只有接通延时定时器而没有断开延时定时器。

(1)编号、类型及分辨率。S7-200系列PLC配置了256只定时器，编号为T0~T255。定时器有1、10、l00ms三种分辨率，编号和类型与分辨率有关，选用前应先查表以确定合适的编号。(1)编号、类型及分辨率。S7-200系列PLC配置了256只定时器，编号为T0~T255。定时器有1、10、l00ms三种分辨率，编号和类型与分辨率有关，选用前应先查表以确定合适的编号。

(2)预置值。也叫设定值。预置值即编程时设定的延时时间的长短。时基计数值称为当前值，存储在当前值寄存器中。预置值在使用梯形图编程时，标在定时器功能框的“PT”（Preset Time）端。定时器和计数器的预置值的数据类型均为整数，除了常数外，还可以用VW、IW等作它们的预置值。

(3)工作条件。工作条件也叫使能输入。从梯形图的角度看，定时器功能框中“IN”端连接的是定时器的工作条件。对于接通延时定时器来说，有能流流到“IN”端时开始计时；对于关断延时定时器来说，能流从有变到无时开始计时。对无记忆的定时器来说，工作条件失去，如延时接通定时器能流从有变到无时，无论定时器计时是否达到预置值，定时器均复位，前边的计时值清零。(3)工作条件。工作条件也叫使能输入。从梯形图的角度看，定时器功能框中“IN”端连接的是定时器的工作条件。对于接通延时定时器来说，有能流流到“IN”端时开始计时；对于关断延时定时器来说，能流从有变到无时开始计时。对无记忆的定时器来说，工作条件失去，如延时接通定时器能流从有变到无时，无论定时器计时是否达到预置值，定时器均复位，前边的计时值清零。

(4)工作对象。工作对象指定时间到时，利用定时器的触点控制的元器件或工作过程。(4)工作对象。工作对象指定时间到时，利用定时器的触点控制的元器件或工作过程。

S7-200系列PLC定时器的工作过程如下： • 每个定时器均有一个16Bit当前值寄存器及一个1Bit的状态位。接通延时定时器和有记忆的接通延时定时器在“IN”端接通，定时器的当前值大于等于PT端的预置值时，该定时器位被置位。当达到预设时间后，接通延时定时器和有记忆接通延时定时器继续计时，一直计到最大值32767，若工作条件未失去，则保持最大值32767。此外，使用定时器的当前值可扩大控制范围。

2.2任务分析 本实例中，天塔之光的控制要求： PLC运行后，灯光自动开始显示，有时每次只亮一盏灯，顺序从上向下，或是从下向上；有时从底层从下向上全部点亮，然后又从上向下熄灭。运行方式多样，学生可自行设计。具体讲，共有8盏灯，每灯亮1s，顺序依次为L1→L2→L3→L4→L5→L6→L7→L8 →L9 →L7→L6→L5→L4→L3→L2，循环往复。

2.3任务决策 完成本项目有多个方案：软件方案：（1）定时器指令；（2）移位指令；（3）传送指令；（4）算术指令。

2.4任务计划 整个项目计划书主要包含以下几个方面内容：项目设计、材料准备、项目实施、项目验收。

2.4.1硬件设计 1.输入电路本系统上电后自动运行，无输入电路。 2.输出电路输出电路由9只发光二极管组成。 3.电源使用220V、50HZ的交流电，接在L+、M端。图中输入侧的直流电源由PLC提供，而输出侧的直流电源需另配备。

2.4.2PLC资源分配 • 该任务中有9个输出，无输入信号，用于自锁、互锁的触点无须占用外部接线端子而是由内部“软开关”代替，故不占用I/O点数，资源分配如表

2.4.3流水灯控制时间计划 • 采用项目管理的方法计划4个过程，分别用4个任务描述：

2.4.4时间进度管理甘特图：

2.5任务实施 2.5.1硬件安装（1）将PLC与热源、高电压和电子噪声隔离开；（2）为接线和散热留出适当的空间（3）电源定额（4）接地和接线

2.5.2软件编程 （1）STEP 7-Micro/WIN编程软件；（2）连接S7-200 CPU；（3）通信配置；（4）编程基本操作。

2.5.3相关指令 本项目中重点使用定时器指令，使用要素较多。使用时主要是要弄清指令的逻辑含义和梯形图表达形式。特别是如何实现循环显示。

情境 2 ：流水灯的 PLC 控制

情境 2 ：流水灯的 PLC 控制

Presentation Transcript