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南京江宁鑫元自动化西门子200PLC培训——PLC基本指令的应用


模块2 PLC基本指令的应用
2.1 2.2 PLC的编程语言与程序结构 S7-200PLC的内部元件

2.3
2.4 2.5 2.6 2.7 2.8

基本位逻辑指令机应用
编程注意事项及编程技巧 PLC程序设计常用的方法 定时器指令及应用 计数器指令及应用 定时器/计数器应用举例

2.1 PLC的编程语言与程序结构
2.1.1 PLC PLC程序设计语言 在PLC中有多种程序设计语言,包括梯形图、语句表、顺序 功能流程图、功能块图等。 梯形图和语句表是基本程序设计语 言,通常由一系列指令组成,用这些指令可以完成大多数简单 的控制功能,例如代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制 和逻辑控制等,通过扩展或增强指令集,它们也能执行其他的 基本操作。 供S7-200系列PLC使用的STEP7-Micro/WIN编程软件支持 SIMATIC和IEC1131-3两种基本类型的指令集。SIMATIC是PLC专 用的指令集,执行速度快,可使用梯形图、语句表、功能块图 编程语言。SIMATIC指令和IEC1131-3中的标准指令系统并不兼 容。本书重点介绍SIMATIC指令。

1.梯形图(Ladder Diagram)程序设计语言 梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言, 它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领 域,电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉,因此, 由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎,并得 到了广泛的应用.梯形图与操作原理图相对应,具有直观 性和对应性;与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是, 梯形图中的能流不是实际意义的电流,内部的继电器也不 是实际存在的继电器,因此,应用时需与原有继电器逻辑 控制技术的有关概念区别对待。LAD图形指令有触点、线 圈和指令盒3个基本形式。

(1)触点: 其基本符号如图2-1(a)、2-1(b)所示。图中的问号 代表需要指定的操作数的存储器的地址。触点代表输入条件 如外部开关、按钮及内部条件等。触点有常开触点和常闭触 点。CPU运行扫描到触点符号时,到触点操作数指定的存储 器位访问(即CPU对存储器器的读操作)。该位数据(状态)为1 时,其对应的常开触点接通,其对应的常闭触点断开。可见 常开触点和存储器的位的状态一致,常闭触点表示对存储器 的位的状态取反。计算机读操作的次数不受限制,用户程序 中,常开触点、常闭触点可以使用无数次。

??? a)常开
触点

??? b)常闭
触点

??? ) (
c)线圈

(2)线圈: 其基本符号如图2-1(c)所示。线圈表示输出结果,即 CPU对存储器的赋值操作。线圈左侧接点组成的逻辑运算 结果为1时,“能流”可以达到线圈,使线圈得电动作, CPU将线圈的操作数指定的存储器的位置为1;逻辑运算 结果为0时,线圈不通电,存储器的位置0。即线圈代表 CPU对存储器的写操作。PLC采用循环扫描的工作方式, 所以在用户程序中,每个线圈只能使用一次。 (3)指令盒。 指令盒代表一些较复杂的功能,如定时器、计数器或 数学运算指令等。当“能流”通过指令块时,执行指令块 所代表的功能。梯形图按照逻辑关系可分成网络段,分段 只是为了阅读和调试方便。在本书部分举例中,我们将网 络段标记省去。图2-2是梯形图示例。

2.语句表(Statement List)程序设计语言
语句表程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一 种程序设计语言。语句表程序设计语言与计算机中的汇编 语言非常相似。语句表设计语言是由助记符和操作数构成 的。采用助记符来表示操作功能,操作数是指定的存储器 的地址。用编程软件可以将语句表与梯形图相互转换。在 梯形图编辑器下录入的梯形图程序,打开“检视”菜单叶 选择“STL”,就可将梯形图转换成语句表。反之,也可将 语句表转化成梯形图。例如,图2-2(a)所示的梯形图转换 为2-2(b)语句表程。

(a) 梯形图 图2-2 梯形图与语句表的转换

网络1 LD I0.0 O Q0.0 AN T37 = Q0.0 TON T37, +50 网络2 LD I0.2 = Q0.1 (b) 语句表

语句表程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一 种程序设计语言。语句表程序设计语言与计算机中的汇编 语言非常相似。语句表设计语言是由助记符和操作数构成 的。采用助记符来表示操作功能,操作数是指定的存储器 的地址。用编程软件可以将语句表与梯形图相互转换。在 梯形图编辑器下录入的梯形图程序,打开“检视”菜单叶 选择“STL”,就可将梯形图转换成语句表。反之,也可 将语句表转化成梯形图。例如,图2-2(a)所示的梯形图转 换为2-2(b)语句表程。

3.顺序功能流程图(Sepuential FunctionChart)程序设计 顺序功能流程图程序设计是近年来发展起来的一种程序设 计。采用顺序功能流程图的描述,控制系统被分为若干个 子系统,从功能人手,使系统的操作具有明确的含义,便 于设计人员和操作人员设计思想的沟通,便于程序的分工 设计和检查调试。顺序功能流程图的主要元素是步、转移、 转移条件和动作,如图2-3所示。顺序功能流程图程序设 计的特点是: (1)以功能为主线,条理清楚,便于对程序操作的理解和沟通 (2)对大型程序,可分工设计,采用较为灵活的程序结构, 可节省程序设计时间和调试时间。 (3)常用于系统的规模校大、程序关系较复杂的场合。 (4)只有在活动步的命令和操作被执行后,寸对活动步后的 转换进行扫描,因此,整个程序的扫描时间大大缩短。

4.功能块图(Function Block Diagram)程序设计语言

功能块图程序设计语言是采用逻辑门电路的编程语言, 有数字电路基础的人很容易掌握。功能块图指令由输入、 输出段及逻辑关系函数组成。用STEP 7—Micro/Win编 程软件将图2-2所示的梯形图转换为FBD程序,如图2-4所 示。方框的左侧为逻辑运算的输入变量,右侧为输出变量, 输入输出端的小圆圈表示“非”运算,信号自左向右流动。

起动条件 步1 转移条件 步2 转移条件 步3 动作 动作 动作

图4-2 顺序功能流程图

图2-3 顺序功能流程图

图2-4 功能块图

2.1.2 S7-200PLC的程序结构
一个系统的控制功能是由用户程序决定的。为完成特 定的控制任务,需要编写用户程序,使得PlC能以循环扫 描的工作方式执行用户程序。在SIMATIC S7系列中,为 适应设计用户程序的不同需求,STEP7为用户提供子3种 程序设计方法,其程序结构分别为:线性化编程、分部式 编程和结构化编程。

1.程序结构
(1)线性化编程: 所谓线形化编程就是将用户程序连续放 置在一个指令块内,这个指令块在SIMATIC的PLC中,通 常称为组织块OB1。CPU周期性地扫首OB1,使用户程序 在OB1内顺序执行每条指令。 由于线性化编程将全部指 令都放在一个指令块中,它的程序结构具有简单、直接的 特点,适合由一个人编写用户程序。S7-200就是采用线性 化编程方法。

(2)分部式编程:所谓分部式编程就是将一项控制任务分成 若干个指令块,每个指令块用于控制一套设备或者完成一 部分工作。每个指令块的工作内容与其他指令块的工作内 容无关,一般没有子程序的调用,这些指令块的运行是通 过组织块OB1内的指令来调用。 (3)结构化编程:所谓结构化程序,就是处理复杂自动 化控制任务的过程中,为了使任务更易于控制,常把过程 要求类似或相关的功能进行分类,分割为可用于几个任务 的通用解决方案的小任务,这些小任务以相应的程序段表 示。OB1通过调用这些程序块来完成整个自动化控制任务, 结构化程序的特点是每个块在OB1中可能会被多次调用。

2.S7-200的程序结构
S7-200的程序结构属于线性化编程,其用户程序一般由 三部分构成:用户程序、数据块和参数块。 (1)用户程序: 一个完整的用户程序一般是由—个主程序、 若干子程序和若干个中断处理子程序组成的。对线性化编 程,主程序应安排在程序的最前面,其次为子程序和中断 程序。 如果用工业编程软件STEP7-Micro/WIN在计算机上编程, 可以用两种方法组织程序结构,一种方法是利用编程软件 的程序结构窗口,分别双击主程序、子程序和中断程序的 图标,即可进入各个程序块的编程窗口 编译时编程软件 自动对各个程序段进行连接。另一种方法是只进入主程序 窗口,将主程序、子程序和中断程序按顺序依次安排在主 程序窗口。

(3)参数块 在S7-200中,参数块中存放的是CPU组态数据,如果 在编程软件或其他编程工具上未进行CPU的组态,则系统 以默认值进行自动配置。 (4)主程序 主程序(OB1)是程序的主体,每—个项目都必须并且只 能有一个主程序。在主程序中可以调用子程序和中断程序。 主程序通过指令控制整个应用程序的执行,每次CPU扫描 都要执行一次主程序。STEP7-Micro/WIN的程序编辑器窗 口下部的标签用来选择不同的程序,因为各个程序已被分 开。

(5)子程序 子程序是一个可选的指令的集合,仅在被其他程序调用 时执行。同一子程序可以在不同的地方被多次调用,使用 子程序可以简化程序代码和减少扫描时间。设计得好的子 程序容易移植到别的项目中去。 (6)中断程序 中断程序是指令的一个可选集合,中断程序不是被主程 序调用,它们在中断事件发生时由PLC的操作系统调用。 中断程序用来处理预先规定的中断事件,因为不能预知何 时会出现中断事件,所以不允许中断程序改写可能在其他 程序中使用的存储器。

2.2 S7-200PLC的内部元件
2.2.1数据存储类型 (1)数据的长度 在计算机中使用的都是二进制数,其最基本的存储单位是位(bit),如 图2-5中的I3.2,8位二进制数组成1个字节(Byte),如图2-5中的I3,其中 的第0位为最低位(LSB),第7位为最高位(MSB), 2个字节(16位)组成1 个宇(Word),2个字(32位)组成1个双字(Double Word),如图2-6所示。
二进制数的“位”只有0和1两种取值,开关量(或数字量)也只有两种不 同的状态,如触点的断开和接通,线圈的失电和得电等。在S7-200梯 形图中,可用“位”描述它们。如果该位为1,则表示对应的线圈为得 电状态,触点为转换状态(常开触点闭合、常闭触点断开);如果该位为 0,则表示对应线圈、触点的状态与上述状态相反。 在数据长度为字或 双字时,起始字节均放在高位上。

图2-5

位数据

a)8位二进制数组成1个字节(byte)

b)两个字节组成1个字(word) 图2-6 字节、字、双字

c)2字组成一个双字(Double word)

(2)数据类型及数据范围

S7-200系列PLC的数据类型可以是字符串、布尔型(0或1)、整数型 和实数型(浮点数)。布尔型数据指字节型无符号整数;整数型数据包括 16位符号整数(INT)和32位符号整数(DINT)。实数型数据采用32位单精 度数来表示。数据类型及数据范围见表2-1。
表2-1 S7-200的数据类型及数据范围 基本数据类型 布尔型BOOL 无符 号数 字节型BYTE 位数 1 8 说明 位范围:0 1 字节范围:0~255

字型WORD
双字型DOUBLE WORD

16
32 8 16 32 32

字范围:0~65535
双字范围:0~(232-1) 字节范围:-128~+127 整数范围:-32768~+32768 双整数范围:-231~(232-1) 实数范围:IEEE浮点数

有符 号数

字节型BYTE 整数INT 双整数DINT

实数型REAL

(3)常数
S7-200的许多指令中常会使用常数。常数的数据长 度可以是字节、字和双字。CPU以二进制的形式存储常数, 书写常数可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或 实数等多种形式。书写格式如下: 十进制常数:1234;十六进制常数:16#3AC6;二进制常数: 2#1010 0001 11100000;ASCII码:“Show”;实数(浮 点数):+1.175495E-38(正数),-1.175495E-38(负数)

2.2.2 编址方式 PLC的编址就是对PLC内部的元件进行编码, 以便程序执行时可以唯一地识别每个元件。PLC 内部在数据存储区为每一种元件分配一个存储区 域,并用字母作为区域标志符,同时表示元件的 类型。例如:数字量输入写入输入映象寄存器(区 标志符为I),数字量输出写入输出映象寄存器(区 标志符为Q),模拟量输入写入模拟量输入映象寄 存器(区标志符为AI),模拟量输出写入模拟量输出 映象寄存器(区标志符为AQ)。

除了输入输出外,PLC还有其他元件,V表示 变量存储器;M表示内部标志位存储器;SM表示 特殊标志位存储器;L表示局部存储器;T表示定 时器;C表示计数器;HC表示高速计数器;S表 示顺序控制存储器;AC表示累加器.掌握各元件 的功能和使用方法是编程的基础。下面介绍元件 的编址方式。存储器的单位可以是位(bit)、字 节(Byte);字(Word)、双字(Double Word),那么 编址方式也可以分为位、字节、字、双字编址。

1.位编址 位编址的指定方式为:(区域标志符)字节号.位号,如I0.0; Q0.2;I3.2。 2.字节编址 字节编址的指定方式为:(区域标志符)B(字节号),如IB0 表示由I0.0~I0.7这8位组成的字节。 3.字编址 字编址的指定方式为:(区域标志符)W(起始字节号),且 最高有效字节为起始字节。例如VW0表示由VB0和VB1这 2字节组成的字。 4.双字编址 双字编址的指定方式为:(区域标志符)D(起始字节号), 且最高有效字节为起始字节例如VD0表示由VBO~VB3这 4字节组成的双字。

2.2.3 寻址方式
1.直接寻址 直接寻址是在指令 中直接使用存储器 或寄存器的元件名 称(区域标志)和地址 编号,直接到指定 伪区域读取或写入 数据。有按位、字 节、字、双字的寻 址方式,如图2-7所 示。
图2-7 按位、字节、字、双字的寻址方式

2.间接寻址 间接寻址时,操作数并不提供直接数据位置,而 是通过使用地址指针来存取存储器中的数据。在S7-200 中,允许使用指针对I、Q、M、V、S、T、C(仅当前值) 存储区进行间接寻址。 (1)使用间接寻址前,要先创建一个指向该位置的指针。 指针为双字(32位),存放的是另一个存储器的地址,只 能用V、L或累加器AC作指针。生成指针时,要使用双字 传送指令(MOVD),将数据所在单元的内存地址送人指针, 双字传送指令的输入操作数开始处加&符号,表示某存 储器的地址,而不是存储器内部的值。指令输出操作数 是指针地址。例如MOVD&VB200,ACl指令就是将VB200的 地址送人累加器ACl中。

(2)指针建立好后,利用指针存取数据。在使用地址指针存 取数据的指令中,操作数前加“*”号表示该操作数为地 址指针。例如MOVW*ACl AC0//MOVW表示字传送指令,指 令将ACl中的内容为起始地址的一个字长的数据(即VB200, VB201内部数据)送入AC0内,如图2-8所示。

图2-8

间接寻址

2.2.4 元件功能及地址分配
(1) 输入映像寄存器(输入继电器)
1)输入映像寄存器的工作原理。在每次扫描周期的开 始,CPU对PLC的实际输入端进行采样,并将采样值写入输 入映象寄存器中。可以形象地将输入映像寄存器比作输入 继电器,每一个“输入继电器”线圈都与相应的PLC输入 端相连(如“输入继电器”I0.0的线圈与PLC的输入端子 0.0相连),当外部开关信号闭合,则“输入继电器的线圈” 得电,将“1”写入对应的输入映像寄存器的位,在程序 中其对应的常开触点闭合,常闭触点断开。由于存储单元 可以无限次的读取,所以有无数对常开、常闭触点供编程 时使用。

编程时应注意,“输入继电器”的线圈只能由 外部信号来驱动,即输入映像寄存器的值只能由 外部的输入信号来改写,不能在程序内部用指令 来驱动,因此,在用户编制的梯形图中只应出现 “输入继电器”的触点,而不应出现“输入继电 器”的线圈。

2)输入映像寄存器的地址分配。S7-200输入映 像寄存器区域有IB0~IB15共16个字节的存储单 元。系统对输入映像寄存器是以字节(8位)为单位 进行地址分配的。输入映像寄存器可以按位进行 操作,每一位对应一个数字量的输入点。如 CPU224的基本单元输入为14点,需占用2*8=16 位,即占用IB0和IB1两个字节。而I1.6、I1.7因没 有实际输入而未使用,用户程序中不可使用。但 如果整个字节未使用如IB3~IBl5,则可作为内部 标志位(M)使用。 输入继电器可采用位、字节、字或双宇来存取。 输入继电器位存取的地址编号范围为I0.0~I15.7

(2)输出映侮寄存器(输出继电器) 1)输出映像寄存器的工作原理 在每次扫描周期的结尾,CPU用输出映象寄存器 中的数值驱动PLC输出点上的负载。可以将输出 映像寄存器形象地比作输出继电器,每一个“输 出继电器”线圈都与相应的PLC输出端相连,并 有无数对常开和常闭触点供编程时使用。除此之 外,还有一对常开触点与相应的PLC输出端相连 (如输出继电器Q0.0有一对常开触点与PLC输出端 子0.0相连)用于驱动负载。输出继电器线圈的通 断状态只能在程序内部用指令驱动。

2)输出映像寄存器的地址分配 S7-200输出映像寄存器区域有QB0~QBl5共 16个字节的存储单元。系统对输出映像寄存器也 是以字节(8位)为单位进行地址分配的。输出映像 寄存器可以按位进行操作,每一位对应一个数字 量的输出点。如CPU224的基本单元输出为10点, 需占用2*8=16位,即占用QB0和QBl两个字节。 但未使用的位和字节均可在用户程序中作为内部 标志位使用。 输出继电器可采用位、字节、字或双字来存输 出继电器位存取的地址编号范围为Q0.0~15.7。

以上介绍的输入映像寄存器、输出映像寄存器 和输入、输出设备是有联系的,因而是PLC与外 部联系的窗口。下面要介绍的存储器则是与外部 设备没有联系的,它们既不能用来接收输人信号, 也不能用来驱动外部负载,只是在编程时使用 (3)变量存储器V 变量存储器主要用于存储变量,可以存放数据 运算的中间运算结果或设置参数,在进行数据处 理时,变量存储器会被经常使用。变量存储器可 以是位寻址,也可按字节、字、双字为单位寻址, 其位存取的编号范围根据CPU的型号有所不同, CPU221/222为V0.0~V2047.7共2KB存储容量, CPU224/226为V0.0~V5119.7共5KB存储容量。

(4) 内部标志位存储器(中间继电器)M 内部标志位存储器用来保存中间操作状态和控制 信息,其作用相当于继电器控制中的中间继电器。 内部标志位存储器在PLC中没有输入/输出端与之 对应,其线圈的通断状态只能在程序内部用指令 驱动,其触点不能直接驱动外部负载,只能在程 序内部驱动输出继电器的线圈,再用输出继电器 的触点去驱动外部负载。 内部标志位存储器可采用位、字节、字或双字采 存取。其位存取的地址编号范围为M0.0 ~M31.7共32个字节。

(5) 特殊标志位存储器SM PLC中还有若干特殊标志位存储器,特 殊标志位存储器位提供大量的状态和控制 功能,用来在CPU和用户程序之间交换信 息,特殊标志位存储器能以位、字节、字 或双字来存取,CPU224的SM的位地址编 号范围为SMO.0~SMl79.7共180个字节, 其中SM0.0~SM29.7的30个字节为只读型 区域。

常用的特殊存储器的用途如下: SM0.0:运行监视。SM0.0始终为“1“状态,当 PLC运行时,可以利用其触点驱动输出继电器, 在外部显示程序是否处于运行状态。 SM0.1:初始化脉冲。每当PLC的程序开始运行 时,SM0.1线圈接通一个扫描周期,因此SM0.1 的触点常用于调用初使化程序等。 SM0.3:开机进入RUN时,接通一个扫描周期, 可用在启动操作之前,给设备提前预热。 SM0.4、SMO.5:占空比为50%的时钟脉冲。当 PLC处于运行状态时,SM0.4产生周期为lmin的 时钟脉冲,SM0.5产生周期为1s的时钟脉冲。若 将时钟脉冲信号送入计数器作为计数信号,可起 到定时器的作用。

SM0.6:扫描时钟,1个扫描周期为ON,另一为
OFF,循环交替。 SM0.7:工作方式开关位置指示,开关放置在RUN 位置时为1,开关放置在TERM位置时为0。 SMl.0:零标志位,运算结果为0时,该位置1 SMl.1:溢出标志位,结果溢出或非法值时, 该位置1。 SM1.2:负数标志位,运算结果为负数时,该位置1 。 SM1.3:被0除标志位。 其他特殊存储器的用途可查阅相关手册。

(6) 局部变量存储器L 局部变量存储器L用来存放局部变量。局部变量存储器 L和变量存储器V十分相似,主要区别在于全局变量是全局 有效,即同一个变量可以被任何程序(主程序、子程序和 中断程序)访问。而局部变量只是局部有效,即变量只和 特定的程序相关联。L也可以作为地址指针。 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,或给子程序传递参数。后4个字 节作为系统的保留字节。PLC在运行时,根据需要动态地 分配局部变量存储器,在执行主程序时,64个字节的局部 变量存储器分配给主程序,当调用子程 序或出现中 断时,局部变量存储器分配给子程序或中断程序。 局部存储器可以按位、字节、字、双字直接寻址,其 位存取的地址编号范围为L0.0~L63.7。

(7) 定时器T

PLC所提供的定时器的作用相当于继电器控制系统中的时 间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程 使用。其设定时间由程序设置。 每个定时器有一个16位的当前值寄存器,用于存储定时器 累计的时基增量值(1~32767),另有一个状态位表示定时器 的状态。若当前值寄存器累计的时基增量值大于等于设定值 时,定时器的状态位被置“1”,该定时器的常开触点闭合。 定时器的定时精度分别为1ms、10ms和l00ms三种,CPU222、 CPU224及CPU226的定时器地址编号范围为T0~T255,它们分 辨率、定时范围并不相同,用户应根据所用CPU型号及时基, 正确选用定时器的编号。

(8)计数器C 计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接 通的脉冲个数。计数器可提供无数对常 开和常闭触点供编程使用,其设定值由程序赋予。 计数器的结构与定时器基本相同,每个计数器有 一个16位的当前值寄存器用于存储计数器累计的 脉冲数,另有一个状态位表示计数器的状态,若 当前值寄存器累计的脉冲数大于等于设定值时, 计数器的状态位被置“1”,该计数器的常开触点 闭合。计数器的地址编号范围为C0~C255。

(9)高速计数器HC

一般计数器的计数频率受扫描周期的影响,不能太高。 而高速计数器可用来累计比CPU的扫描速度更快的事件。 高速计数器的当前值是一个双字长(32位)的整数,且为只 读值。高速计数器的地址编号范围根据CPU的型号有所不 同,CPU221/222各有4个高速计数器,CPU224/226各有6个 高速计数器,编号为HC0~HC5。 (10)累加器AC 累加器是用来暂存数据的寄存器,它可以用来存放运算 数据、中间数据和结果。CPU提供了4个32位的累加器,其 地址编号为AC0~AC3。累加器的可用长度为32位,可采用 字节、字、双字的存取方式,按字节、字只能存取累加器 的低8位或低16位,双字可以存取累加器全部的32位。

(11)顺序控制继电器S(状态元件) 顺序控制继电器是使用步进顺序控制指令编程时的重要状 态元件,通常与步进指令一起使用以实现顺序功能流程图 的编程。顺序控制继电器的地址编号范围为S0.0~S31.7。 (12)模拟量输入/输出映像寄存器(AI/AQ) S7-200的模拟量输入电路是将外部输入的模拟量信号转 换成1个字长的数字量存入模拟量输入映像寄存器区域,区 域标志符为AI。模拟量输出电路是将模拟量输出映像寄存 器区域的1个字长(16位)数值转换为模拟电流或电压输出, 区域标志符为AQ。 在PLC内的数字量字长为16位,即2个字节,故其地址均 以偶数表示,如AIW0、AIW2…;AQW0、AQW2…。

对模拟量输人/输出是以2个字(W)为单位分配地 址,每路模拟量输人/输出占用1个字(2个字节)。 如有3路模拟量输入,需分配4个字(AIW0、AIW2、 AIW4、AIW6),其中没有被使用的字AIW6,不可 被占用或分配给后续模块。如果有1路模拟量输出, 需分配2个字(AQW0、AQW2),其中没有被使用 的字AQW2,不可被占用或分配给后续模块。 模拟量输入/输出的地址编号范围根据CPU的型 号的不伺有所不同,CPU222为AIW0~ AIW30/AQW0~AQW30;CPU224/226为 AIW0~AIW62/AQW0~AQW62。

2.3 基本位逻辑指令及应用
2.3.1基本位操作指令介绍

位操作指令是以“位”为操作数地址的PLC常 用的基本指令。梯形图指令有触点和线圈两大类, 触点又分常开触点和常闭触点两种形式;语句表 指令有与、或、输出等逻辑关系。位操作指令能 够实现基本的位逻辑运算和控制。

1.逻辑取(装载)及线圈驱动指令LD/LDN (1)指令功能 LD(Load):常开触点逻辑运算的开始。对应梯 形图则为在左侧母线或线路分支点处初始装载一 个常开触点。 LDN(Load not):常闭触点逻辑运算的开始(即 对操作数的状态取反)。对应梯形图则为在左侧母 线或线路分支点处初始装载一个常闭触点。 =(OUT):输出指令,表示对存储器赋值的指令, 对应梯形图则为线圈驱动。对同一元件只能使用 一次。

(2)指令格式(如图2-9所示)

网络1 LD I0.0 //装载常开触点 = Q0.0 //输出线圈 网络2 LDN I0.0 //装载常闭触点 = M0.0 //输出线圈
(a) 梯形图 语句表(b)

图2-9

LD/LDN、OUT指令的使用

说明: 1)触点代表CPU对存储器的读操作:常开触点和 存储器的位状态一致,常闭触点和存储器的位状 态相反。用户程序中同触点可使用无数次。 例如:存储器I0.0的状态为1,则对应的常开触 点I0.0接通,表示能流可以通过;而对应的常闭 触点I0.0断开,表示能流不能通过。存储器I0.0的 状态为0,则对应的常开触点I0.0断开,表示能流 不能通过;而对应的常闭触点I0.0接通,表示能 流可以通过。

2)线圈代表:CPU对存储器的写操作。若线圈左侧的逻辑 运算结果为“1”,表示能流能够达到线圈,CPU将该线圈 操作数指定的存储器的位置位为“1”。若线圈左侧的逻辑 运算结果为“0”,表示能流不能够达到线圈,CPU将该线 圈操作数指定的存储器的位写入“0”。用户程序中;同一 操作数的线圈只能使用一次。 (3)LD/LDN,=指令使用说明 1)LD/LDN指令用于与输入公共母线(输入母线)相联的接 点,也可与OLD、ALD指令配合使用于分支回路的开头。 2)=指令用于Q、M、SM、T、C、 V、S,但不能用于输入 映像寄存器I。输出端不带负载时,控制线圈应尽量使用M 或其他,而不用Q。

3)可以并联使用任意次,但不能串联, 如图2-10所示。 4)LD/LDN的操作数:I、Q、M、SM、T、C、V、S。 5)=(OUT)的操作数:Q、M、SM、T、C、V、S。

LD = =

I0.0 M0.0 Q0.0

(b) 语句

图2-10 输出指令并联使用表

(a) 梯形图

2.触点串联指令A(And)、AN(And not) (1)指令功能 A(And):与操作,在梯形图 中表示串联连接单个常开触点。 AN(And not):与非操作,在 梯形图中表示串联连接单个常 闭触点。 (2)指令格式(如图2-11)

网络1 LD I0.0 A M0.0 = Q0.0 网络2 LD Q0.0 AN I0.1 = M0.0 A T37 = Q0.1

//装载常开触点 //与常开触点 //输出线圈 //装载常开触点 //与常闭触点 //输出线圈 //与常开触点 //输出线圈
(b) 语句表

图2-11 A/AN指令的使用

(a) 梯形图

(3)A/AN指令使用说明 1) AN是单个触点串联连接指 令,可连续使用,如图2-12 所示。 2)若要串联多个接点组合回路 时,必须使用ALD指令,如 图2-13所示。
(b) 语 句 表

(a) 梯形图 图2-12 单个触点串联连接

LD I0.0 A I0.1 = Q0.0 LD I0.2 AN M0.0 A M0.1 = Q0.1

图2-13

ALD的使用

3)若按正确次序编程(即输入:“左重右轻、上重下 轻”,输出:“上轻下重”),可以反复使用=指令, 如图2-14所示。但若按图2-15所示的编程次序,就不 能连续使用=指令。 ④A/AN的操作数:I、Q、M、SM、T、C、V、S。
AN I0.1 = M0.0 A T37 = Q0.1

(a) 梯形图 图2-14 反复使用=指令

(b) 语句表

图2-15不能连续使用=指令

3.触点并联指令O(Or)/ON(Or not) (1)指令功能 O:或操作,在梯形图中表示并联连接一个常开触点。 ON:或非操作,在梯形图中表示并联连接一个常闭触点: (2)指令格式(如图2-16所示) 网络1 LD I0.0 O I0.1 ON M0.0 = Q0.0 网络2 LDN Q0.0 A I0.2 O M0.1 AN I0.3 O M0.2 = M0.1
(a) 梯形图 (b) 语句

图2-16 O/ON指令的使用

(3)O/ON指令使用说明 1)O/ON指令可作为并联一个触点指令,紧接在 LD/LDN指令之后用,即对其前面的LD/LDN指令所 规定的触点并联一个触点,可以连续使用。 2)若要并联连接两个以上触点的串联回路时,须采 用OLD指令。 3)ON操作数:IQM、SM、V、S、T、C。

4.电路块的串联指令ALD (1)指令功能 ALD:块“与”操作,用于串 联连接多个并联电路绢成的电 路块。 (2)指令格式 (如图2-17所示) ALD

I0.0

M0.0 M0.1
/

Q0.0

LD I0.0 O I0.1 LD M0.0 ON M0.1 ALD = Q0.0

//装入常开触点 //或常开触点 //装入常开触点 //或常开触点 //块与操作 //输出线圈

I0.1

(b) 语句表

(a) 梯形图 图2-17 ALD指令使用

(3)ALD指令使用说明 1)并联电路块与前面电路串联连接时,使用ALD 指令。分支的起点用LD/LDN指令,并联电路结束 后使用ALD指令与前面电路串联。 2)可以顺次使用ALD指令串联多个并联电路块, 支路数量没有限制,如图2-18所示。 3)ALD指令无操作数。

ALD
LD I0.0 ON I0.3 LD I0.1 O I0.4 ALD LD I0.2 O I0.5 ALD = Q0.0
(b) 语句表 图2-18 ALD指令使用

ALD

(a) 梯形图

5.电路块的并联指令OLD (1)指令功能 OLD:块“或”操作,用于并联连接多个串 联电路组成的电路块。 (2)指令格式(如图2-19所示)
LD I0.0 A I0.1 LD I0.2 A I0.3 OLD LDN I0.4 A I0.5 OLD = Q0.0 (b) 语句表
(a) 梯形图

//装入常开触点 //与常开触点 //装入常开触点 //与常开触点 //块或操作 //装入常闭触点 //与常开触点 //块或操作 //输出线圈

图2-19

OLD指令的使用

(3)OLD指令使用说明 1)并联连接几个串联支路时,其支路的起点以LD、 LDN开始,并联结束后用OLD。 2)可以顺次使用OLD指令并联多个串联电路块, 支路数量没有限制。 3)ALD指令无操作数。 6.逻辑堆栈的操作 S7-200系列PLC采用模拟栈的结构,用于保存逻辑 运算结果及断点的地址,称为逻辑堆栈(Stack)。 S7-200系列PLC中有一个9层的堆栈。在此讨论 断点保护功能的堆栈操作。

(1)指令功能 堆栈操作指令用于处理线路的分支点。在编制控 制程序时,经常遇到多个分支电路同时受一个或 一组触点控制的情况,如图2-20所示,若采用前 述指令不容易编写程序,用堆栈操作指令则可方 便地将图2-20所示梯形图转换为语句表。 逻辑入栈(Logic Push,LPS)指令:LPS指令 把栈顶值复制后压入堆栈,栈中原来数据依次下 移一层,栈底值压出丢失。 逻辑读栈(Logic Read,LRD)指令:LRD指令 把逻辑堆栈第二层的值复制到栈顶,2~9层数据 不变,堆栈没有压入和弹出。但原栈顶的值丢失。

逻辑出栈(Logic Pop,LPP)指令:LPP指令把堆栈弹 出一级,原第二级的值变为新的栈顶值,原栈顶数据从栈 内丢失。 LPS、LRD、LPP指令的操作过程如图2-21所示。 图中Iv.x为存储在栈区的断点的地址。
LD I0.0 //装载常开触点 LPS //压入堆栈 LD I0.1 //装载常开触点 O I0.2 //或常开触点 ALD //块与操作 = Q0.0 //输出线圈 LRD //读栈 LD I0.3 //装载常开触点 O I0.4 //或常开触点 ALD //块与操作 = Q0.1 //输出线圈 LPP //弹出堆栈 (a) 梯形图

图2-21 堆栈操作过程示意图

A I0.5 = Q0.2

//与常开触点 //输出线圈
(b) 语句表

(2) 指令格式如图2-20所示 (3)指令使用说明 1)逻辑堆栈指令可以嵌套使用,最多为9层。 2)为保证程序地址指针不发生错误,入栈指令LPS和出栈指令LPP必须 成对使用,最后一次读栈操作应使用出栈指令LPP。 3)堆栈指令没有操作数。 7. 置位与复位指令 执行S(Set,置位或置1)与R(Reset,复位或置0)指令时,从指定位地 址开始的N个点的映像寄存器都被置位(变为1)或复位(变为0),并保持 该状态。指令使用说明: 1)对同一元件(同一寄存器的位)可以多次使用S/R指令(与“=”指令不 同) 。 2)由于是扫描工作方式,当置位、复位指令同时有效时,写在后面的 指令具有优先权。 3)操作数N为:VB、 IB、QB、MB、SMB、SB、LB、AC、常量、 *VD、*AC、*LD。取值范围为:0~255。数据类型为:字节。 4)操作数S-bit为: Q、 M、SM、T、C、V、S、L。数据类型为:布尔 5)置位复位指令通常成对使用,也可以单独使用或与指令盒配合 使用。

(2) 指令格式如图2-20所示 (3)指令使用说明 1)逻辑堆栈指令可以嵌套使用,最多为9层。 2)为保证程序地址指针不发生错误,入栈指令 LPS和出栈指令LPP必须成对使用,最后一次读 栈操作应使用出栈指令LPP。 3)堆栈指令没有操作数。 7. 置位与复位指令 执行S(Set,置位或置1)与R(Reset,复位或置0) 指令时,从指定位地址开始的N个点的映像寄存 器都被置位(变为1)或复位(变为0),并保持该状态。 指令使用说明:

1)对同一元件(同一寄存器的位)可以多次使用S/R 指令(与“=”指令不同)。 2)由于是扫描工作方式,当置位、复位指令同时 有效时,写在后面的指令具有优先权。 3)操作数N为:VB、 IB、QB、MB、SMB、SB、 LB、AC、常量、*VD、*AC、*LD。取值范围为: 0~255。数据类型为:字节。 4)操作数S-bit为: Q、 M、SM、T、C、V、S、 L。数据类型为:布尔。 5)置位复位指令通常成对使用,也可以单独使用 或与指令盒配合使用。 其指令格式及功能见表2-1,其应用举例及时序分析 如图2-22所示。

表2-1
指令名 称

S/R指令格式及功能
LAD S-bit ─( S ) N S-bit ─( R ) N STL 功 能

置位指 令Set

S bit,N

使能输入有效后,从指定bit地 址开始的N个位置“1”并保持

复位指 令Reset

R bit,N

使能输入有效后,从指定bit地 址开始的N个位置“0”并保持

LD I0.0 S Q0.0,1 网络4 LD I0.1 R Q0.0,1
(b)语句表
(a)梯形图

(c)时序图 图2-22 S/R指令应用的梯形图、语句表和时序图

正跳变触点检测到一次正跳变(触点的输入信号由0变为 1即上升沿脉冲)时,或负跳变触点检测到一次负跳变(触点 的输入信号由1变为0即下降沿脉冲)时,触点接通一个扫 描周期。正/负跳变指令的助记符分别为EU(Edge Up,上 升沿)和ED(Edge Down,下降沿),它们没有操作数,触 点符号中间的“P”和“N”分别表示正跳变(Positive Transition)和负跳变(Negative Transition)。其指令格式及 功能见表2-2,其应用举例及时序分析如图2-23所示。
表2-2
指令名称 正跳变指令 LAD

8. 正负跳变指令

正负跳变指令指令格式及功能
STL 功 能

EU

检测到EU指令前的逻辑运算结果有一个上升沿时, 产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲 检测到ED指令前的逻辑运算结果有一个下降沿时, 产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲

负跳变指令

ED

(a)梯形图

LD I0.0 //装入常开触点 EU //正跳变 = M0.0 //输出 网络2 LD M0.0 //装入 S Q0.0,1 //输出置位 网络3 LD I0.1 //装入 ED //负跳变 = M0.1 //输出 网络4 LD M0.1 //装入 R Q0.0,1 //输出复位
(b)语句表

(c)时序图 图2-23 EU/ED指令应用的梯形图、语句表和时序图

图2-23所示的程序运行结果分析如下: I0.0的上升沿,经触点(EU)产生一个扫描周期的时 钟脉冲,驱动输出线圈M0.0导通—个扫描周期, M0.0的常开触点闭合一个扫 描周期,使输出线 圈Q0.0置1,并保持。 I0.1的下降沿,经触点(ED)产生一个扫描周期的时 钟脉冲,驱动输出线圈M0.1导通一个扫描周期, M0.1的常开触点闭合一个扫 描周期,使输出线 圈Q0.0复位为0,并保持。

9.取反指令NOT 取反触点将它左边电路的逻辑运算结果取反,运算结果若 为1则变为0,为0则变为1,该指令没有操作数。能流到达 该触点时即停止,若能流未到达该触点,则该触点给右侧 供给能流。NOT指令将堆栈顶部的值由0改为1,或由1改为 0。其梯形图指令格式是 , ,其应用举例及时序分析 如图2-24所示。

(a)梯形图 图2-24

(b)语句表

(c)时序图

取反指令应用的梯形图、语句表和时序图

1.0.空操作指令 空操作指令只起增加程序容量的作用。当使 能输入有效时,执行空操作指令,将稍微延 长扫描周期长度,不影响用户程序的执行, 不会使能流断开。操作数N=0~255,为执 行该操作指令的次数。其梯形图指令格式是
N (NOP)

项目实施
任务1.1:设计一个单台电动机的启、停的PLC控制系统

如图2-27所示是一个用继电器接触器控制的三相 交流电动机的起停控制电路,其特点是:当按下 启动按钮时,电动机就启动连续运转;当按下停 止按钮时,电动机就停止运行。该电路采用了热 继电器FR为电动机M的过载保护。 现在要求用 PLC设计控制线路,可按下述步骤进行:

方案一

图2-27交流电动机启停控制电气原理图

(1)I/O端口分配 根据控制要求,I/O端口分配情况如表2-3所示 表2-3 I/O端口分配表
表2-3 I/O端口分配表
输入信号 PLC 地址 I0.0 电气 符号 SB1 功能说明 启动按钮,常开触点 PLC 地址 Q0.0 输出信号 电气符 号 KM1 功能说明 接触器线 圈

I0.1
I0.2

SB2
FR

停止按钮,常开触点
热继电器动合触点FR

(2)三相异步电动机单向启动、停止的PLC控制接线图如图2-28示。

1

0

2

图2-28 电动机单向启、停PLC控制接线图

(3)程序设计。 三相异步电动机单向启动、停止的PLC控制 电路程序及分析如图2-29示。

(a)梯形图

(b)语句表

图2-29 电机单向启动、停止控制的程序

(c)时序图

电动机起动、保持和停止电路(简称为“起-保-停”电 路),其对应的PLC外部接线图如图2-28,起动、停止常 开按钮SB1和SB2分别接在输入端I0.0和I0.1,负载接在输 出端Q0.0。因此输人映像寄存器I0.0的状态与起动按钮 SBl(常开按钮)的状态相对应,输入映像寄存器I0.1的状态 与停止按钮SB2(常开按钮)的状态相对应。而程序运行结 果写人输出映像寄存器Q0.0,并通过输出电路控制接触器 线圈KM。图中的起动信号I0.0和停止信号I0.1是由起动按 钮和停止按钮提供的信号,持续ON的时间一般都很短, 这种信号称为短信号。起保停电路最主要的特点是具有 “记忆”功能,按下起动按钮,I0.0的常开触点接通,如 果这时未按停止按钮,I0.1的常闭触点接通,热继电器不 动作时,I0.2 常闭触点闭合, Q0.0的线圈“通电”,

它的常开触点同时接通。松开起动按钮,I0.0的已 闭合的触点断开,“能流”经Q0.0的已闭合的触 点、I0.1的常闭触点和I0.2的常闭触点流过Q0.0的 线圈,Q0.0仍为ON,这就是所谓的“自锁”或 “自保持”功能。按下停止按钮,I0.1的常闭触 点断开,使Q0.0的线圈断电,其已闭合的常开触 点断开,以后即使放开停止按钮,I0.1的常闭触 点恢复接通状态,Q0.0的线圈仍然“断电”,使 KM线圈“断电”,电机停转。电动机过载时, I0.2的常闭触点断开,使Q0.0的线圈断电,电机 停转。时序分析如图2-29示,

方案二 采用R/S指令编程也可实现电机单向启动、停止 控制,其PLC外部接线图同图2-28相同它的程序及 时序分析如图2-30示。
I0.0

网络1

Q0.0

S
网络2

1
Q0.0

网络1 LD I0.0 S Q0.0 ,1 网络2 LD I0.1 O I0.2 R Q0.0 ,1

I0.1 I0.2

R 1

(a)梯形图 图2-30

(b)语句表 (c)时序图 电机单向启动、停止控制的R/S指令程序

任务1.2 电动机两地控制的PLC控制系统
如图2-31相异步电动机两地控制电路。其特点是:操作人员能够在不同 的两地A和B对电动机M进行启动、停止的控制。当按下电动机M的启动按钮SB1或 SB2时,电动机M就启动运转;当按下停止按钮SB3或SB4时,电动机M就停止。
QS L1 L2 L3 L11 L21 L31 FU1 L12 L22 L32 SB3 KM L13 L23 L33 KR D1 D2 D3 M 3? ? 0 KM KM SB1 5 SB2 SB4 4 FU2 1 2 3 KR

图2-31电动机两地电气控制电路图

(1)I/O端口分配 根据控制要求,I/O端口分配情况如表2-4所示
表2-4 I/O端口分配表

输入信号 PLC 地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 电气符 功能说明 号 SB1 SB2 SB3 SB4 KR PLC地 址

输出信号 电气符 功能说明 号 KM1

A地启动按钮,常开触点 Q0.0 B地启动按钮,常开触点 A地停止按钮,常开触点 B地停止按钮,常开触点 热继电器动断触点FR

接触器线 圈

(2)三相异步电动机两地控制的PLC控制接线图如图2-32所示。
SB1 SB2 SB3 SB4 L+ 1M I0.0

Q0.0

S7-200PLC

I0.1 I0.2 I0.3 2M I0.4 M

Q0.1 1L L N

KM1

AC 220V

KR

图2-32电动机两地PLC外部接线图

(3)程序设计。 三相异步电动机两地控制的PLC控制电路程 序及语句表如图2-33所示。
I0.0 I0.1 Q0.0 I0.2 / I0.3 / I0.4 Q0.0 LD O O AN AN A = I0.0 I0.1 Q0.0 I0.2 I0.3 I0.4 Q0.0

a)梯形图

(b)语句表

图2-33 三相异步电动机两地控制电路PLC控制梯形图及指令语句表

任务1.3 采用一个按钮控制两台电动机的依次顺序启动 采用一个按钮控制两台电动机的依次顺序启动, 其控制要求是:按下按钮SB1。第一台电动机M1 启动,松开按钮SB1,第二台电动机M2启动,这 样可使两条电机分开启动,从而防止两台电机同 时启动造成对电网的不良影响。按停止按钮SB2 时,两台电机都停止。如图2-34所示为一个按钮 控制两台电动机的依次顺序启动的控制电路。

L1 L2 L3

QS L11 FU1 L12 L21 L22 L32 L31 L13 L23 L33 KM1

FU2 1 3 3 KM2 L35 KR2 W2 0 KM1 KM2 KR1 KR2 SB2 5

L14 L24 L34 L15 L25 KR1 U1 V1 W1 U2 V2 M1 3~ M2 3~

KM1

SB1 7

SB1 KM1 9

KM2

图2-34 一个按钮控制两台电动机顺序启动的控制电路

(1)I/O端口分配
根据控制要求,I/O端口分配情况如表2-5所示
表2-5 I/O端口分配表

输入信号
PLC地址 I0.0
电气符号

输出信号
PLC 地址 Q0.0 电气符号 KM1 功能说明 电机M1接触器线圈

功能说明 启动按钮,常开触点

SB1

I0.1

SB2

停止按钮,常开触点

Q0.1

KM2

电机M2接触器线圈

(2)三相异步电动机两地控制的PLC控制接线图如图2-35所示。
1M SB1 I0.0 Q0.0 KM1

S7-200PLC

SB1

I0.1 M L+

Q0.1 L 1L N

KM2

图2-35 两台电动机顺序启动的PLC外部接线图

AC220V

(3)程序设计。 三相异步电动机两地控制的PLC控制电路程序及语句表 如图2-36所示。
I0.0 P M0.0 Q0.0 I0.0 N M0.1 Q0.1 I0.1 / Q0.1 M0.1 I0.1 / Q0.0 M0.0

LD = O AN = LD = LD O AN =

I0.0 EU M0.0 Q0.0 I0.1 Q0.0 I0.0 ED M0.1 M0.1 Q0.1 O0.1 Q0.1

(b)语句表

(a)梯形图
图2-36 三相异步电动机两地控制电路PLC控制梯形图及指令语句表

2.4 编程注意事项及编程技巧
2.4.1.梯形图语言中的语法规定 (1)程序应按自上而下,从左至右的顺序编写。 (2)同一操作数的输出线圈在一个程序中不能使用两次, 不同操作数的输出线圈可以并行输出。如图2-37所示。 (3)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2-38所示。

a)不正确

图2-37 不同操作数的输出线圈并行

b)正确 图2-38 线圈与母线的连接

(4)适当安排编程顺序,以减少程序的步数。 1)串联多的支路应尽量放在上部,如图2-39所示。

a)电路安排不当

b)电路安排正确

图2-39 串联多的支路应放在上部

2)并联多的支路应靠近左母线,如图2-40所示

a)电路安排不当

b)电路安排正确

图2-40 并联多的支路应靠近左母线

3)触点不能放在线圈的右边。 4)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其等效电路,然后再进 行编程,如图2-41所示。

a)复杂电路

b)等效电路 图2-41 复杂电路梯形图技巧

2.4.2 编程技巧 1.设置中间单元 在梯形图中,若多个线圈都受某一触点串并联电路的控 制,为了简化电路,在梯形图中可设置该电路控制的存 储器的位,如图2-42所示,这类似于继电器电路中的中 间继电器 。

图2-42 设置中间单元

2. 尽量减少可编程控制器的输入信号和输出信号 可编程控制器的价格与I/O点数有关,因此减少I/O 点数是降低硬件费用的主要措施。如果几个输入 器件触点的串并联电路总是作为一个整体出现, 可以将他们作为可编程控制器的一个输入信号, 只占可编程控制器的一个输入点。如果某器件的 触点只用一次并且与PLC输出端的负载串联,不 必将它们作为PLC的输入信号,可以将它们放在 PLC外部的输出回路,与外部负载串联。

3 外部联锁电路的设立 为了防止控制正反转的两个接触器同时动作造成 三相电源短路,应在PLC外部设置硬件联锁电路。 4.外部负载的额定电压 PLC的继电器输出模块和双向晶闸管输出模块一 般只能驱动额定电压AC 220V的负载,交流接触 器的线圈应选用220V的。

2.5 PLC程序设计常用的方法
2.5.1 经验设计法 经验设计法即在一些典型的控制电路程序的基础上,根据 被控制对象的具体要求,进行选择组合,并多次反复调试 和修改梯形图,有时需增加一些辅助触点和中间编程环节, 才能达到控制要求。 这种方法没有规律可遵循,设计所用的时间和设计质量与 设计者的经验有很大的关系,所以称为经验设计法。 经验设计法用于较简单的梯形图设计。应用经验设计法必 须熟记一些典型的控制电路,如前面已经介绍过起保停电 路、下面将要介绍的交流电动机正反转电路等。

2.5.2 继电器控制电路转换为梯形图法
继电器控制电路转换为梯形图设计方法的主要步骤如下: 1.熟悉现有的继电器控制线路。 2.对照PLC的I/O端子接线图,将继电器电路图上的被控器 件(如接触器线圈、指示灯、电磁阀等)换成接线图上对 应的输出点的编号,将电路图上的输入装置(如传感器、 按钮开关、行程开关等)触点都换成对应的输入点的编号。 3.将继电器电路图中的中间继电器、定时器,用PLC的辅 助继电器、定时器来代替。 4.画出全部梯形图,并予以简化和修改。 这种方法对简单的控制系统是可行的,比较方便,但较复杂 的控制电路,就不适用了。

任务2.1:设计一个单台电动机的正反转 互锁PLC控制系统
其控制要求如下:当按下正转启动按钮SB1时,电动 机M正向启动且连续运转;当按下反转启动按钮SB2时, 电动机M反向启动且连续运转。其中按钮SB1、SB2和接 触器KM1、KM2的常闭触点分别串接在对方接触器线圈回 路中,当接触器KM1通电闭合时,接触器KM2不能通电闭 合;反之当接触器KM2通电闭合时,接触器KM1不能通电 闭合,具备互锁功能。其电气控制图如图2-43所示。

L1 L2 L3

QS L11 L21 L31

FU1

L12 L22 L32

FU2 1 KR SB3

3 KM1 KM2

5 KM1 SB1 KM2 SB2 13 15 KM1 17 KM2

L13

L23 L33 KR

7 9 KM2 11

U V W M 3? ? 0

KM1

图2-43 三相异步电动机正反转电气控制电路原理图

(1)I/O端口分配 根据控制要求,I/O端口分配情况如表2-6所示
表2-6 I/O端口分配表 输入信号 PLC 地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 电气 符号 SB1 SB2 SB3 KR 功能说明 正转启动按钮,常开触点 反转启动按钮,常开触点 停止按钮,常开触点 热继电器动断触点 PLC 地址 Q0.0 Q0.1 输出信号 电气符 号 KM1 KM2 功能说明 正转接触器线 圈 反转接触器线 圈

(2)三相异步电动机正反转控制的PLC控 制接线图如图2-44所示。
SB1 SB2 SB3 KR

S7-200PLC

I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 1M M L+

Q0.0 Q0.1 1L L

KM1 KM2

KM2

KM1

AC 220V

N

图2-44 电动机正反转电路的PLC外部接线图

(3)程序设计。 根据要求,三相异步电动机正反转控制的PLC控 制电路程序及语句表如图2-45所示。在输入信号 I0.0和输入信号I0.1中,若I0.0先接通,Q0.0自保 持,使Q0.0有输出,同时Q0.0的常闭接点断开, 即使I0.1再接通,也不能使Q0.1动作,故Q0.1无 输出。若I0.1先接通,则情形与前述相反。因此 在控制环节中,该电路可实现信号互锁。

网络1

I0.0

I0.2 /

Q0.1 /

I0.3

Q0.0

Q0.0
网络2

I0.1

I0.2 /

Q0.0 /

I0.3

Q0.1

Q0.1

LD O AN AN A = LD O AN AN A =

I0.0 Q0.0 I0.2 Q0.1 I0.3 Q0.0 I0.1 Q0.1 I0.2 Q0.0 I0.3 Q0.1

(a) ? ??? ? ?
(a)梯形图

(b) ?? ?? ?? ?? ±í
(b)语句表

图2-45 三相异步电动机正反转控制电路PLC控制梯形图及指令语句表

任务2.2 :设计一个工作台工作台自动往复的PLC 控制系统
工作台自动往复接触器—继电器控制电路原理图如图2-46所示。
L1 L2 L3 QS L11 FU1 L21 L31 L12 L22 L32 FU2 1 3 KM1 KM2 5 7 SQ4 L13 L23 L33 KR U V W M 3? ? SB2 SQ1 0 9 KM1 11 13 KM2 15 KM1 KM2 SB3 SQ2 KM2 17 19 KM1 21 KR SB1 SQ3

图2-44 自动往复接触器—继电器控制电路原理图

(1)I/O端口分配 根据控制要求,I/O端口分配情况如表2-7所示
表2-7 I/O端口分配表
输入 输出 PLC地址 I0.0 I0.1 I0.2 输入 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 输出 Q0.0 Q0.1 电气符号 SB1 SB2 SB3 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 KR KM1 KM2 功能说明 停止按钮,常开触点 正转启动按钮,常开触点 反转启动按钮,常开触点 前进终端返回行程开关,常开触点 后退终端返回行程开关,常开触点 前进终端安全保护行程开关,常开触点 后退终端安全保护行程开关,常开触点 热继电器动断触点KR 正转接触器线圈 反转接触器线圈

(2)工作台工作台自动往复的PLC控制系统的 接线图如图2-45所示。
1M SB1 SB2 SB3 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 KR I0.0 I0.1 I0.3 2M I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 M L+ Q0.0 Q0.1 KM1 KM2 KM1 1L L
AC

KM2

S7-200PLC

I0.2

N

220V

图2-45 自动往复控制电路的PLC外部接线图

(3)程序设计。 设计思路: 1)按正转启动按钮SB2(I0.1),Q0.0通电并自锁。 2)按反转启动按钮SB3(I0.2),Q0.1通电并自锁。 3)正、反转启动按钮和前进、后退终端返回行程 开关的常闭触点相互串接在对方的线圈回路中, 形成联锁的关系。 4)前进、后退终端安全行程开关动作时,电动机 M停止运行。 工作台自动往复的PLC控制系统程序及语句表如 图2-46所示。

网络1

I0.1 Q0.0 I0.4 I0.2 Q0.1 I0.3

I0.0 /

I0.3 /

I0.5 /

I0.6 /

I0.7

Q0.0

LD O O AN AN AN AN A = LD O O AN AN

网络2

I0.0 /

I0.4 /

I0.5 /

I0.6 /

I0.7

Q0.1

I0.1 Q0.0 I0.4 I0.0 I0.3 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 I0.2 Q0.1 I0.3 I0.0 I0.4

AN AN A =

I0.5 I0.6 I0.7 Q0.1

(a)梯形图 (b)语句表 图2-46 三相异步电动机正反转控制电路PLC控制梯形图及指令语句表

(a) ? ??? ? ?

(b) ?? ?? ?? ?? ±í

任务2.3:设计一个抢答器的PLC控制系统 控制要求:有3组抢答台和1个主持人,每个抢 答台上各有1个抢答按钮和一盏抢答指示灯。参赛 者在允许抢答时,第一个按下抢答按钮的抢答台 上的指示灯将会亮,且释放抢答按钮后,指示灯 仍然亮,此后另外两个抢答台上即使再按各自的 抢答按钮,其指示灯也不会亮。这样主持人就可 以轻易地知道谁是第一个按下抢答器的。该题抢 答结束后,主持人按下主持台上的复位按钮,、 则指示灯熄灭,又可以进行下一题的抢答比赛。

(1)I/O端口分配 根据控制要求,抢答器的PLC输入输出端子分 配如表2-8所示
表2-8 I/O端口分配表

输入信号
PLC 地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 电气 符号 SB1 SB2 SB3 SB4 功能说明 主持人复位按钮,常开触 点 1#抢答按钮,常开触点 2#抢答按钮,常开触点 3#抢答按钮,常开触点 PLC地 址 Q0.1 Q0.2 Q0.3

输出信号
电气符号 HL1 HL2 HL3 功能说明 1#指示灯 2#指示灯 3#指示灯

(2)抢答器的PLC控制系统外部接线图如图2-47所示。
1M SB1 SB2 SB3 SB4 I0.3 M L+ I0.0 I0.1 I0.2 Q0.1 HL1 HL2

S7-200PLC

Q0.2 Q0.3 1L L N HL3
AC 220V

图2-47 抢答器的PLC接线图

(3)程序设计。 抢答器的控制程序设计如图2-48所示,本控制程 序的关键在于:(一)抢答器指示灯的“自锁” 功能,即当某一抢答台抢答成功后,即使释放其 抢答按钮,其指示灯仍然亮,直至主持人进行复 位灯才熄灭;(二)3个抢答台之间的“互锁”功 能,即只要有一个抢答台灯亮,另外两个抢答台 上即使再按各自的抢答按钮,其指示灯也不会亮。

网络1

I0.1

I0.0 /

Q0.2 /

Q0.3 /

Q0.1

LD = O AN = LD = LD O AN =

Q0.1
网络2

I0.2 Q0.2
网络3

I0.0 /

Q0.1 /

Q0.3 /

Q0.2

I0.3 Q0.3

I0.0 /

Q0.1 /

Q0.2 /

Q0.3

I0.0 EU M0.0 Q0.0 I0.1 Q0.0 I0.0 ED M0.1 M0.1 Q0.1 O0.1 Q0.1

(a)梯形图 (b)语句表 图2-48 抢答器的PLC控制系统梯形图及指令语句表

2.6 定时器指令及应用
定时器和计数器指令在控制系统中主要用来实现定时操 作及计数操作。可用于需要按时间原则控制的场合及根据 对某事件计数要求控制的场合。 2.6.1定时器指令 S7-200系列PLC的软定时器有3种类型,它们分别是接通延 时定时器TON、断开延时 定时器TOF和保持型接通延时定时器TONR,其定时时间= 预置值×时基。定时器的分辨率(时基)有1ms、10ms 和100ms三种,取决于定时器号码,如表2-9所示。定时 器的设定值和当前值均为16位的有符号整数(INT),允许 的最大值为32767。定时器的预设值PT可寻址寄存器VW、 IW、QW、MW、SMW、SW、LW、AC,AIW、T、C、 *VD、*AC及常数。

表2-9 定时器的类型
工作方式 TONR 时基(分辨率)/ms 1 10 100 TON/TOF 1 10 100 最大定时范围/s 32.767 327.67 3276.7 32.767 327.67 3276.7 定时器号 T0, T64 T1~T4,T65~T68 T5~T31, T69~T95 T32, T96 T33~T36, T97~T100 T37~T63, T101~T255

1.通电延时定时器(TON) (1)指令格式及功能见表2-10
梯形图LAD

表2-10 通电延时定时器的指令格式及功能

语句表STL

功能

Txxx

TON Txxx, 当使能输入端IN为“1”时,定时器TON开始计时; PT 当定时器TON的当前值大于或等于定时器的预置 PT时,定时器位状态为ON(该位为“1”),该定 时器动作,其常开触点闭合,常闭触点断开;当 定时器TON的使能输入端IN由“1”变为“0”时, 定时器TON复位清零

(2接通延时计时器(TON)的用法如图2-49所示。 当使能端输入有效(接通)时,定时器开始计时,当前值从0开 始递增,大于或等于设定值时,定时器输出状态位置为1(输出 触点有效),当前值的最大值为32 767。使能输入端无效(断开) 时,定时器复位(当前值清零,输出状态位置为0)。

a)梯形图

b)语句表

c)时序图

图2-49 接通延时计时器(TON)的用法

2.断开延时定时器(TOF)
梯形图LAD
Txxx

(1)指令格式及功能见表2-11 表2-11 断电延时定时器的指令格式及功能
功能
当使能输入端IN为“1”时,定时器TOF位立即接通(ON状 态)动作,即常开触点闭合,常闭触点断开,并把当前值 设为0;当输入端(IN)断开时,计时器开始计时;当定时 器TOF的当前值等于定时器的预置PT时,定时器位状态 为OFF(该位为“0”)

语句表STL
TOF Txxx, PT

(2)断电延时定时器(TOF)的用法如图2-50所示。 使能端输入有效时,定时器输出状态位立即置1,当前值复位为0。使能端断开时, 开始计时,当前值从0递增,当前值达到设定值时,定时器状态位复位置0,并 停止计时,当前值保持。
10 s I0.0 IN 1000 T98 Q0.0 PT T98 TOF LD TOF LD = I0.0 T98, 10 T98 Q0.0 T98当 前值 T98当 前状态 Q0.0当 前状态 I0.0

(a) 梯形图

(b) 语句表

(c) 时序图

图2-50 断电延时定时器(TOF)的用法

3.保持型接通延时定时器(TONR)
(1)指令格式及功能见表2-12
表2-12 保持型接通延时定时器的指令格式及功能

梯形图LAD Txxx

语句表 STL

功能

当使能输入端IN为“1”时,定时器TONR立即开 始计时,当前值等于或大于设定值时,该计时 TONR Txxx,PT 器位被置位动作,定时器的常开触点闭合,常 闭触点断开。计时器(TONR)累计值达到设定值 后,继续计时,一直计到最大值;当输入端(IN) 断开时,定时器的当前值保持不变。

注意:对于保持型接通延时定时器,当输入端(IN) 断开时,即使未达到计时器的设定值,有记忆接 通延时定时器(TONR)的当前值保持不变;当输入 端(IN)再次接通,定时器当前值从原保持值开始 再往上累计时间,继续计时,直到有记忆接通延 时计时器(TONR)的当前值等于设定值,计时器 (TONR)动作。当需要有记忆接通延时计时器 (TONR)复位清零时,可利用复位指令(R)清除有 记忆接通延时计时器(TONR)的当前值。 (2保持型接通延时定时器(TONR)的用法如图2-51所 示。

I0.0 IN 100 PT

T5 TONR I0.0 I0.0 T5, 10 T5 Q0.0 I0.1 T5, 1 10 s 5s 5s 5s

T5

Q0.0

I0.1

T5 R 1

LD TONR LD = LD R

T5当前值 I0.1 T5当前状态 Q0.0当前状态

(a) 梯形图
图2-51

(b) 指令语句 表
断 电 延 时 定 时 器 ( TO F ) 的 用 法

(c) 时 序 图

小结: 1)以上介绍的3种定时器具有不同的功能。接通延时定时器 (TON)用于单一间隔的定时;有记忆接通延时定时器 (TONR)用于累计时间间隔的定时;断开延时定时器 (TOF)用于故障事件发生后的时间延时; 2)TOF和TON 共享同一组定时器,不能重复使用,即不能 把一个定时器同时用作TOF和TON。例如,不能既有TON T32,又有TOF T32; 3) 有记忆接通延时计时器(TONR)只能通过复位指令进行复 位操作; 4) 对于断开延时计时器(TOF),需在输入端有一个负跳变(由 ON到OFF)的输入信号启动计时。

4. 定时器指令应用举例
(1)一个机器扫描周期的时钟脉冲发生器 梯形图时序如图2-52所示,使用定时器本身的常闭 触点作定时器的使能输入。定时器 的状态位置1时,依靠本身的常闭触点的断开使定时 器复位,并重新开始定时,进行循环工作。采用 不同时基标准的定时器时,会有不同的运行结果, 具体分析如下:

(a)

( b)

( d) (c) 图2-52 自身常闭触点作使能输入的脉冲发生器

1) 图2-52(a)中T32为1ms时基定时器,每隔1ms 定时器刷新一次当前值,CPU当前值若恰好在处 理常闭触点和常开触点之间被刷新,Q0.0可以接 通一个扫描周期,但这种情况出现的几率很小, 一般情况下,不会正好在这时刷新。若在执行其 他指令时,定时时间到,1ms的定时刷新,使定 时器输出状态位置位,常闭触点打开,当前值复 位,定时器输出状态位立即复位,所以输出线圈 Q0.0一般不会通电。

2)若将图2-52(a)中的定时器T32换成T33,如图 (b),时基变为10ms,当前值在每个扫描周期开 始后刷新,计时时间到时,扫描周期开始,定时 器输出状态位置位,常闭触点断开,立即将定时 器当前值清零,定时器输出状态位复位(为0)。这 样,输出线圈Q0.0永远不可能通电。 3)若用时基为100ms的定时器,如图(c)中的 T37,当前指令执行时刷新,Q0.0在T37计时时间 到时准确地接通一个扫描周期。可以输出一个断 开为延时时间,接通为一个扫描周期的时钟脉冲。 4)若将输出线圈的常闭触点作为定时器的使能输入, 如图(d)所示,则无论何种时基都能正常工作。

(2)延时断开电路 如图2-53所示,当10.0接通时,Q0.0接通并保持, 当10.0断开后,经4s延时后,Q0.0断开,T37同 时被复位。

I0.0 Q0.0
a)梯形图 2-53 延时断开电路 b)时序图

4s

如图2-54所示,电路用I0.0控制Q0.1,I0.0的常开触点 接通后,T37开始定时,9S后T37的常开触点接通,使 Q0.1变为ON,I0.0为ON时常闭触点断开,使T38复位。 I0.0变为OFF后T38开始定时,7s后T38的常闭触点断开, 使Q0.1变为OFF,T38亦被复位。
I0.0 Q0.1 T37常开触点 T38常开触点
9s 7s

a)梯形图 图2-54

b)时序图 延时接通、断开电路

(3) 闪烁电路 如图2-55中当I0.0的常开触点接通后,T37的IN输 入端为1状态,T37开始定时。2S后定时时间到, T37的常开触点接通,使Q0.0变为ON,同时T38 开始计时。3s后T38的定时时间到,它的常闭触 点断开,使T37的IN输入端变为0状态,T37的常 开触点断开,Q0.0变为OFF,同时使T38的IN输 入端变为0状态,其常闭触点接通,T37又开始定 时,以后Q0.0的线圈将这样周期性地“通电”和 “断电”,直到I0.0变为OFF,Q0.0线圈“通电” 时间等于T38的设定值,“断电”时间等于T37的 设定值。

I0.0 T37常开触点 T38常开触点
2s 3s

Q0.0
a)梯形图 b)时序图 图2-55 闪烁电路

项目实施 任务3.1:设计一个三相异步电动机Y/△降压启动的PLC 控制系统 三相异步电动机Y/△降压启动接触器—继电器控制原理图 如图2-56,其控制要求: ①按下启动按钮SB2,KM1和KM3吸合,电动机Y型起动,8 s后,KM3断开,KM2吸合,电动机△运行,启动完成; ②按下停止按钮SB1,接触器全部断开,电动机停止运行; ③如果电动机超负荷运行,热继电器FR断开,电动机停止运 行。

图2-56 三相异步电动机Y/△降压启动电气控制原理图

(1)I/O端口分配 根据控制要求,三相异步电动机Y/△降压启动的PLC输入输出端子 分配如表2-13所示
表2-13 I/O端口分配表 输入信号 PLC地址 I0.1 电气符号 SB2 功能说明 启动按钮,常触点 输出信号 PLC地址 电气符号 Q0.1 KM1 功能说明 接触器线 圈 △接法接 触器线圈

I0.2
I0.3

SB1
FR

停止按钮,常开触点
热继电器,常开触点

Q0.2
Q0.3

KM2
KM3

Y接法接触 器线圈

(2)三相异步电动机Y/△降压启动的PLC控制系统外部接线图如图2-57所示。

图2-57 Y/△降压启动的PLC接线

(3) 程序设计。 根据控制要求,其对应得梯形图程序如图2-58所示。

图2-58

抢答器的PLC控制系统梯形图及指令语句表

任务3.2:小车送料的PLC控制系统;
控制要求:有一流水线由两台小车送料,其控制要求为: 当按下按钮SB1后,小车甲由行程开关SQ1处前进至 SQ2处停10s,然后再退到SQ1处停下;而小车乙则由 行程开关SQ3处前进到SQ4处停10 s,然后再后退到 SQ3处停下。小车运动示意图如图2-59所示。
后退 小车甲 前进 后退 小车乙 前进

S Q1

SQ2

SQ3

SQ4

图2-59 小车运动示意图

(2)送料小车的PLC控制系统外部接线图如图2-60所示
1M SB1 SB2 SQ1 I0.1 Q0.0 KM1 KM2 KM3 KM4

I0.3 2M

S7-200PLC

I0.2

Q0.1 Q0.2 Q0.3

SQ2 SQ3 SQ4

I0.4 I0.5 I0.6 M L+

1L L
AC

220V

N

图2-60 送料小车的PLC外部接线图

(3)程序设计。
根据控制要求,其对应得梯形图程序及语句表如图2-61所示。
网络1

I0.1

I0.3 M0.0

I0.5

I0.4 /

I0.6 /

M0.0

网络2

M0.0

I0.2 /

I0.4 / I0.6 /

Q0.1 / Q0.3 /

Q0.0

Q0.0

Q0.2

Q0.2
网络3

LD A A O AN AN = LD O O AN AN AN = AN AN = LD AN TON LD AN TON LD O

I0.1 I0.3 I0.5 M0.0 I0.4 I0.6 M0.0 M0.0 Q0.0 Q0.2 I0.2 I0.4 Q0.1 Q0.0 I0.6 Q0.3 Q0.2 I0.4 Q0.1 T37 I0.6 Q0.3 T38 T37 Q0.1

AN AN AN = LD O AN AN AN =

I0.2 I0.3 Q0.0 Q0.1 T38 Q0.3 I0.2 I0.5 Q0.2 Q0.3

I0.4

Q0.1 / 100 Q0.3 / 100 I0.2 / I0.3 /

T37 IN PT T38 IN PT Q0.0 / Q0.1 TON TON

网络4

I0.6

网络5

100

T37

100

Q0.1
网络6

T38

I0.2 /

I0.5 /

Q0.2 /

Q0.3

Q0.3

(b)语句表 (a)梯形图 (a) 梯形图 图2-61 送料小车的PLC控制系统程序 (b) 语句表

任务3.3:三相异步电动机自耦变压器降压启动的 PLC控制系统 控制要求如下:按下电动机M启动按钮SB1,接 触器KM1通电闭合,电动机M串自耦变压器降压 启动;同时时间继电器KT通电开始计时。经过一 定时间,时间继电器KT动作,接触器KM1自动失 电释放,接触器KM2通电闭合,电动机M全压运 行。三相异步电动机接触器—继电器串自耦变压 器降压启动控制电路原理图如图2-62所示。

L1 L2 L3

QS

L11 L21 L31

FU1

L12 L22 L32 L23 L13 KM2 L33

FU2

1 FR 3 SB2 5

KM1 SB1 7

KM1 KT

KA

KA 13

L14 L24 L34 KR U1 V1 M 3~ W1 KM2

TA KM1

K 9 0 KT KA

KM1 11 KM2 15

图2-62 三相异步电动机自耦变压器降压启动电气控制线路

(1)I/O端口分配
根据控制要求,三相异步电动机自耦变压器降压启动车的PLC输 入输出端子分配如表2-15所示 输入信号 PLC地 址 I0.0 电气 符号 SB1 功能说明 启动按钮,常 开触点 停止按钮,常 开触点 热继电器,动 合触点 PLC地址 Q0.0 输出信号 电气符 号 KM1 功能说明 串自藕变压器降压 接触器线圈 电动机全压运行接 触器线圈

I0.1

SB2

Q0.1

KM2

I0.2

FR

(2)三相异步电动机自耦变压器降压启动的PLC外接 线图如图2-63所示。
S7-200PLC
1M SB1 SB2 FR I0.0 I0.1 I0.2 M L+ KM1 KM2

Q0.0 Q0.1 1L L N

AC 220V

图2-63自耦变压器降压启动的PLC外部接线图

(3)程序设计。 根据控制要求,其对应得梯形图程序及语句表如图2-64所示。
I0.0 Q0.0 I0.1 / Q0.1 / 50 T37 / T37 Q0.1 I0.1 / Q0.0 / T37 IN PT Q0.0 TON NETWORK 1 LD I0.0 O Q0.0 AN I0.1 AN Q0.1 TON T37,50 AN T37 = Q0.0 NETWORK 2 LD T37 O Q0.1 AN I0.1 AN Q0.0 = Q0.1

Q0.1

(a)梯形图 图2-64 自耦变压器降压启动梯形图程序及语句表

(b)语句表

2.7 计数器指令及应用
2.7.1计数器指令 计数器是对外部的或由程序产生的计数脉冲进 行计数。计数器是累计其计数输入端的计数脉冲 的次数。S7-200 PLC有三种类型的计数器:增计 数器(CTU)、减计数器(CTD)、增/减计数器 (CTUD)。计数器总数有256个,计数器号范围为 C(0~255)。 计数器有两个相关的变量: 当前值:计数器累计计数的当前值。 计数器位:当计数器的当前值等于或大于设定值 时,计数器位被置为“1”。

1.增计数器(CTU)
(1)指令格式及功能见表2-16 表2-16 增计数器的指令格式及功能
梯形图LAD Cxxx 语句表 STL 功能

当增计数器的计数输入端(CU)有一个计数脉冲 的上升沿(由OFF到ON)信号时,增计数器被接 CTU Cxxx,PV 通且计数值加1,计数器作递增计数。计数至 最大值32?767时停止计数;当计数器当前值等 于或大于设定值(PV)时,该计数器位被置位 (ON)。当复位输入端(R)有效时,计数器被复 位,当前值被清零

说明: 1)CU为计数器的计数脉冲输入端:R为计数器的复位输 入端;PV为计数器的预设值,取值范围在1~32767之间。 2)计数器的号码Cxxx在0~255范围内任选。 3)计数器也可通过复位指令为其复位。
(2)指令编程举例 在图2-65(a)所示的梯形图中,当计数器C20的计数输入端输 入继电器I0.0的常开触点每闭合1次,计数器C20的当前值加1。 当达到设定值(梯形图中设定为2次)时,计数器C20动作,其 常开触点闭合,输出继电器Q0.0接通,驱动外部设备。 当梯形图中输入继电器I0.1的常开触点闭合时,计数器C20 复位,其常开触点断开,输出继电器Q0.0失电断开,停止对 外部设备的驱动。

当然,若在计数器C20动作后,当输入继电器I0.2的开触 点闭合时,计数器C20也会复位。其常开触点断开,输出继 电器Q0.0失电断开,停止对外部设备的驱动。
I0.0 CU I0.1 R 2 C20 Q0.0 PV LD I0.0 C20 CTU I0.0 I0.1

LD I0.1 CTU C20, 2 LD C20 = LD R Q0.0 I0.2 C20, 1

C20当 前值 C20当 前状态 Q0.0当 前状态

I0.2

C20 R 1

(a) 梯形图

(b) 指令语句 表

(c) 时 序 图

图2-65 增计数器的用法

2.减计数器(CTD)
(1)指令格式及功能见表2-17 表2-17 减计数器的指令格式及功能 梯形图LAD 语句表STL 功能

Cxxx

当装载输入端(LD)有效时,计数器重定 CTD Cxxx,为预设置并把设定值(PV)装入当前值寄 存器(CV)中。当减计数器的计数输入端 PV (CD)有一个计数脉冲的上升沿(由OFF 到ON)信号时,计数器从设定值开始作 递减计数,直至计数器当前值等于0时, 停止计数,同时计数器位被置位。

说明: 1)CD为计数器的计数脉冲输入端;LD为计数器 的装载端;PV为计数器的预设值,取值范围在 1~32767之间。 2)计数器的号码Cxxx在0~255范围内任选。 3)减计数器(CTD)指令无复位端,它是在装载输 入端(LD)接通时,使计数器重定位并把设定值装 入当前值寄存器中。

(2)指令编程举例 减计数器(CTD)指令应用举例的梯形图、语句表和时序图 如图2-66所示。
I0.0 CD I0.1 LD 2 C20 PV Q0.0 LD LD CTD LD = I0.0 I0.1 C20, 2 C20 Q0.0 C20 I0.0 CTD I0.1 C20当前 ?

C20当前状态 Q0.0当前状态

(a) 梯形图

(b) 指令语句 表

(c) 时 序 图

图2-66

减计数器的用法

3.加减计数器(CTUD)
(1)指令格式及功能见表2-17 表2-17 减计数器的指令格式及功能 梯形图LAD Cxxx 语句表STL 功能

当计数器输入端(CU)有一个计数脉冲的 CTUD Cxxx, 上升沿(由OFF到ON)信号时,计数器 作递增计数;当计数器的另一个计数输 PV 入端(CD)有一个计数脉冲的上升沿(由 OFF到ON)信号时,计数器作递减计数。 当计数器当前值等于或大于设定值(PV) 时,该计数器被置位。当复位输入端(R) 有效时,计数器被复位。

说明: 1)计数器在达到计数最大值32 767后,下一个 CU输入端上升沿将使计数值变为最小值(-32 768), 同样在达到最小计数值(-32 768)后,下一个CD输 入端上升沿将使计数值变为最大值(32 767)。 2)计数器的号码Cxxx在0~255范围内任选。 3)当用复位指令(R)复位计数器时,计数器被复位, 计数器当前值清零。

(2)指令编程举例 加减计数器(CTUD)指令应用举例的梯形图、语句表和时序 图如图2-67所示。 C28 I0.0
CU I0.1 CD I0.2 R +4 PV Q0.0 LD LD LD LD = I0.0 I0.1 I0.2 C28 Q0.0 C28的当前值 C28当前状态 Q0.0当前状态 CTUD I0.0 I0.1 I0.2

CTUD C28, 4 C28

(a) 梯形图

(b) 指令语句 表

(c) 时 序 图

图2-67

加减计数器的用法

项目实施 任务4.1:设计一个皮带运输机的PLC控制系统 如图2-68所示为一种典型的传送带控制装置,其工 作过程为:按下启动按钮(I0.0=1),运货车到 位(I0.2=1),传送带(由Q0.0控制)开始传送 工件。件数检测仪在没有工件通过时,I0.1=1; 当有工件经过时,I0.1=0。当件数检测仪检测到3 个工件时,推板机(由Q0.1控制)推动工件到运 货车,此时传送带停止传送。当工件推到运货车 上后(行程可以由时间控制)推板机返回,计数 器复位,准备重新计数。只有当下一辆运货车到 位,并且按下启动按钮后,传送带和推板机才能 重新开始工作。

图2-68

传送带控制装置示意图

(1)I/O端口分配
根据控制要求,皮带运输机的PLC控制系统的PLC输入输出端子分配 如表2-18所示
表2-18 I/O端口分配表

输入信号
PLC地 址 电气 符号 功能说明 启动按钮,常开 触点 件数检测仪,常 开触点 运货车检测,常 闭触点 PLC地 址 电气 符号

输出信号
功能说明 传送带控制接触器 的线圈 推板机控制接触器 线圈

I0.0 I0.1 I0.2

SB1 SQ1 SQ2

Q0.0 Q0.1

KM1 KM2

(2)皮带运输机的PLC控制系统的PLC外部接线图 如图2-69所示。

图2-69皮带运输机的PLC外部接线图

(3)程序设计。
根据控制要求,其对应得梯形图程序如图2-70所示。

图2-70

皮带运输机的PLC控制系统的梯形图程序

任务4.2:设计一个运料小车的PLC控制系统

针对工业控制企业生产线上运输工程的需要设计 自动生产线上运料小车的自动控制系统的工作过 程。一小车运行过程如图2-71所示,小车原位在 后退终端,当小车压下后限位开关SQ1时,按下 启动按钮SB,小车前进,当运行至料斗下方时, 前限位开关SQ2动作,此时打开料斗给小车加料, 延时7 s后关闭料斗,小车后退返回,SQ1动作时, 打开小车底门卸料,5 s后结束,完成一次动作。 如此循环4次后系统停止。

图2-71 小车的运行过程示意图

(1)I/O端口分配 根据控制要求,运料小车控制系统的PLC输入输出端子分配如 表2-19所示
表2-19 I/O端口分配表

输入信号

输出信号

PLC地 址
I0.0 I0.1 I0.2

电气 符号
SQ1 SQ2 SB

功能说明

PLC地 电气 址 符号
KM1 KM2 YV1

功能说明 小车右行控制接触 器 小车左行控制接触 器 漏斗门电磁阀

左限位行程开关, Q0.1 常开触点 右限位行程开关, Q0.2 常开触点 启动按钮,常开 触点 Q0.3

I0.3

FR

热继电器触点, 常闭触点

Q0.4

YV2

底门电磁阀

(2)运料小车控制系统的PLC外部接线图如图2-72所示。

图2-72 运料小车的PLC外部接线图

(3) 程序设计。 1)根据控制要求,其对应得梯形图程序如图2-73所示

图2-73 运料小车 PLC控制 系统梯形 图

2)采用R/S指令设计的梯形图如图2-74

图 采 用 R /S 指 令 编 程 的 梯 形 图

2.8 定时器/计数器的应用举例
2.8.1计数器的扩展 S7-200系列PLC计数器最大的计数范围是32767,若须 更大的计数范围,则须进行扩展。如图2-75所示计数器扩 展电路。图中是两个计数器的组合电路,C1形成一个设 定值为100次自复位计数器。计数器C1对I0.1的接通次数 进行计数,I0.1的触点每闭合100次,C1自复位重新开始 计数。同时,连接到计数器C2的CU端C1常开触点闭合, 使C2计数一次,当C2计数到2000次时,I0.1共接通 100×2000次=200000次,C2的常开触点闭合,线圈 Q0.0通电。该电路的计数值为两个计数器设定值的乘积, C总=C1×C2。

I0.1
100 100 100

C1
2000

C2(Q0.0)
a)梯形图 b) 时序图

图2-69

计数器扩展电路

2.8.2 定时器的扩展
S7-200的定时器的最长定时时间为3276.7s,如果需要更长 的定时时间,可使用图2-70(a) 所示的电路。图2-70(a)中最上面一行电路是一个脉冲信号发 生器,脉冲周期等于T37的设定值(60S)。I0.0为OFF时, 100ms定时器T37和计数器以处于复位状态,它们不能工 作。I0.0为ON时,其常开触点接通,T37开始定时,60S 后T37定时时间到,其当前值等于设定值,它的常闭触点 断开,使它自己复位,复位后T37的当前值变为0,同时 它的常闭触点接通,使它自己的线圈重新“通电”又开始 定时,T37将这样周而复始地工作,直到I0.0变为OFF。 T37产生的脉冲送给C4计数器,记满60个数(即1h)后,C4 当前值等于设定值60,它的常开触点闭合。设T37和C4的 设定值分别为KT和KC,对于100ms定时器总的定时时间 为:T=0.1KTKC(s)

a)梯形图 图2-70 定时器的扩展

b) 时序图

2.8.3 闪烁计数控制
控制要求:一灯按启动按钮(I0.0)后以灭2s、亮3s的工作周期得电20 次后自动停止,按停止按钮(I0.1)后立即终止停止。根据控制要求,其梯 形图程序如下图2-71所示。

图2-71 闪烁计数控制梯形图

按下启动按钮I0.0,M0.0得电并自保,T37开始定 时。T37延时2s时间到,其常开 触点接通,使Q0.0变为ON,计数器C10加1,同 时,T38开始定时,T38定时3s时间 到,它的常闭触点断开,使T37复位,Q0.0变为 OFF,同时,T38也被复位,其常闭触点再次使 T37开始定时,系统进入起始状态,Q0.0线圈就 这样周期地“通电”和“断电”, 直到计数器C10达到计数设定值或按下停止按钮 I0.1时,M0.0断电,Q0.0停止工作

项目实施 任务5.1:多级皮带运输机循环延时顺序启停 的PLC控制系统
要求能够实现多级皮带运输机循环延时顺序启停控制, 皮带运输机由三相交流异步电动机驱动,当按下启动按钮 SB1时,1#皮带运输机立即启动运行;延时5S后,2#皮 带运输机立即启动运行;延时10S后,3#皮带运输机立即 启动运行;延时15S后,4#皮带运输机立即启动运行。任 何时候按下停止按钮SB2,皮带运输机逆启动顺序停止, 相隔延时均为8S,直到所有的皮带运输机均停止。在电动 机停止运行过程中,如果按下启动按钮SB1时,则停止过 程立即中断,皮带运输机按顺序延时启动。

(1)I/O端口分配 根据控制要求,多级皮带运输机循环延时顺序启停控 制的PLC输入输出端子分配如表2-20所示
输入信号 PLC地 址
I0.0 I0.1

输出信号 PLC地 电气 址 符号
Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 KM1 KM2 KM3 KM4 功能说明 1#皮带运输电机控制接 触器 2#皮带运输电机控制接 触器

电气 符号
SB1 SB2

功能说明 启动按钮, 常开触点 停止按钮, 常开触点

3#皮带运输电机控制接 触器
4#皮带运输电机控制接 触器

(2)多级皮带运输机循环延时顺序启停控制的PLC外 部接线图如图2-72所示。
1M SB1 SB2 I0.1 Q0.0 KM1 KM2 KM3 KM4 I0.2 I0.3 2M I0.4 I0.5 I0.6
AC

S7-200PLC

Q0.1 Q0.2 Q0.3 1L L

220V

M L+

N

图2-72

多级皮带运输机的PLC外部接线

(3)程序设计。
根据控制要求,其对应得梯形 图程序如图2-73所示
网络1

网络2

网络3

网络4

图2-73 多级皮带运输机循环延时顺序启停控制的PLC梯形图

任务5.2 :交通信号灯的PLC控制系统
在十字路口的东西南北方向装设红、绿、黄灯,它们 按照一定时序轮流发亮。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,首先南北红灯亮, 东西绿灯亮,南北红灯亮维持15 s,东西绿灯亮维持10 s; 到10 s时,东西绿灯闪亮,绿灯闪亮周期为1 s(亮0.5 s, 熄0.5 s),绿灯闪亮3 s后熄灭,东西黄灯亮,并维持2 s, 到2 s时,东西黄灯熄灭,东西红灯亮,同时南北红灯熄 灭,南北绿灯亮,绿灯亮维持10 s;到10 s时,南北绿灯 闪亮,绿灯闪亮周期为1 s(亮0.5 s,熄0.5 s),绿灯闪 亮3 s后熄灭,南北黄灯亮,并维持2 s,到2 s时,南北黄 灯熄灭,南北红灯亮,同时东西红灯熄灭,东西绿灯亮; 开始第二周期的动作,以后周而复始地循环。当启动开关 断开时,所有信号灯熄灭。十字路口交通灯控制系统的示 意图和时序图如图2-74所示,

图2-74交通灯控制系统的模拟示意图

(2)十字路口交通灯控制系统的PLC外部接线图如图2-75所示。

图2-75 交通灯控制系统的PLC外部接线

(3)程序设计。 根据控制要求,其对应得梯形图程序如图2-76所示:

图2-76 交通灯控制系统的程序

任务5.3:液体搅拌机的PLC控制系统
如图2-77所示为一液体A和液体B混合搅拌机示意图。 在图中,H为高液面,ST1为高液位传感器;M为中液面, ST2为中液位传感器;L为低液面,ST3为低液位传感器; YV1、YV2、YV3为电磁阀;当液面到达相应位置时,相 应的传感器送出ON信号,否则为OFF。 控制要求:初始 状态下,容器为空容器,电磁阀YV1、YV2、YV3为关闭 状态;传感器ST1、ST2、ST3为OFF状态,搅拌器M未 启动。其控制要求是: ①按下启动按钮SB1,电磁阀YV1打开,液体A开始注入容 器内,经过一定时间,液体达到低液面(L)处,低液位传感 器ST3=ON,继续往容器内注入液体A。 ② 当液面到达中液面(M)处时,中液面传感器ST2=ON,此 时电磁阀YV1关闭,电磁阀YV2打开,液体A停止注入, 液体B开始注入容器中。

液体B

YV2

YV1

液体A

H ST1 M ST2 L ST3

混合液体C 搅拌机 M YV3

图2-77 液体混合搅拌机示意图

③当液体到达高液面(H)处时,高液面传感器ST1= ON,电磁阀YV2关闭,液体B停止注入,同时搅 拌电动机M启动运转,对液体进行搅拌。 ④经过1 min后,搅拌机停止搅拌,电磁阀YV3打开, 放出液体。 ⑤当液面低于低液面时,低液面传感器ST3=OFF, 延时8 s后,容器中的液体放完,电磁阀YV3关闭, 搅拌机又开始执行下一个循环。

(1)I/O端口分配 根据控制要求,液体搅拌机控制系统的PLC输入输出端子分配如 表2-22所示。
表2-22 I/O端口分配表 输入信号 PLC地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 电气符号 SB1 SB2 ST1 ST2 ST3 功能说明 启动按钮,常开触点 停止按钮,常开触点 高液面传感器,常开触点 中液面传感器,常开触点 低液面传感器,常开触点 PLC 地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 输出信号 电气 符号 YV1 YV2 YV3 KM, 功能说明 电磁阀 电磁阀 电磁阀 电机控制 接触器

(2)液体搅拌机控制系统的PLC外部接线图如图2-78所示。

S7-200PLC

1M SB1 SB2 ST1 ST2 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 2M ST3 I0.4 L+
图2-78

1L Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 L
AC 220V

YV1 YV2 YV3 KM

N

搅拌机控制系统的PLC外部接线图

I0.0 I0.1

(3)程序设计。 根据控制要求,其对应得梯形图程序如图 2-79所示Q0.1 M0.0
M0.5 / M0.2 P M0.1 P M0.2 P T37 M0.3 P Q0.3 M0.4 N IN M0.5 S 1 T38 Q0.0 S 1 M0.5 R 1 Q0.0 R 1 Q0.1 S 1 M0.4 M0.7 N T37 TON R 1 Q0.3 S 1 Q0.3 R 1 M0.6

I0.2 I0.3 I0.4

M0.1

600 M0.6 T38

PT Q0.2 S 1

M0.5

M0.0

M0.3

Q0.2 R 1 M0.7 R 1 M0.7 S 1 T38 IN TON PT

80

图2-79

液体搅拌机的PLC控制系统的程序


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