PLC控制题集：基本构成、方波输出、电动机控制和速度控制

项目七　S7-300/400 PLC程序设计及调试

工作任务1　位逻辑指令应用

教学导航

任务目标

① 会设计简单的PLC控制程序。

② 会用PLCSIM软件进行仿真调试。

③ 会进行硬件接线和系统调试。

④ 掌握S7-300 PLC的指令和功能。

⑤ 掌握程序设计的方法和步骤。

⑥ 掌握程序调试的方法。

知识分布网络

任务分析

位逻辑指令是编程中最常用的指令形式，位逻辑指令使用两个数字1和0，对于触点和线圈而言，1表示已激活或已励磁，0表示未激活或未励磁。在本任务中通过四路抢答器控制、电动机正反转控制、风机运行状态监控、地下停车场车辆出入控制等程序的编写和调试，掌握S7-300位逻辑指令的应用。

知识链接

一、S7-300的数据类型与存储区

1.数制

S7-300中常用的数制为二进制、十六进制和BCD码。

二进制数能够表示两种不同的状态——0和1。在S7-300中，二进制数常用2#表示，例如2#10010010用来表示一个8位二进制数。在使用中，l状态和0状态也可以用TRUE和FALSE表示。

4位二进制数可以用1位十六进制数表示，使得计数更加简洁。十六进制数由0～9和A～F 16个数字符号组成。在S7-300中，十六进制数用B#16#、W#16#或DW#16#后面加十六进制数的形式表示，前面的字母B表示字节，例如B#16#7F。字母W表示字，例如W#16#35A8。字母DW表示双字，例如DW#16#25D9B60E。

2.数据类型

用户程序中的所有数据必须被数据类型识别。S7-300有以下三种数据类型。

① 基本数据类型。

② 复杂数据类型（用户可以通过组合基本数据类型创建）。

③ 参数类型（用来定义传送到FB或FC的参数）。

基本数据类型语句表、梯形图和功能块图指令使用特定长度的数据对象。例如位逻辑指令使用位。装载和传递指令（STL）以及移动指令（LAD和FBD）使用字节、字和双字。

3.存储区

在学习指令之前，要先了解有关PLC的存储区域的概念。不同品牌的PLC，梯形图指令均大同小异，但是，存储区的名字及地址的表示方法却差异很大。如图7-1所示是S7-300/400存储地址示意图。

图7-2所示是存储区域输入/输出映像区，西门子S7-300/400PLC的存储区域分为以下几种。

输入映像区（I或PI）：开关量输入DI模块影射到I区，模拟量输入AI模块影射到PI区。输入映像区为只读区。

输出映像区（Q或PQ）：Q区写入与之对应的开关量，输出DO模块；PQ区写入与之对应的模拟量，输出AO模块。Q区可读、写，PQ只写，不可读。

位存储区（M）：又叫中间继电器，可读、写。

DB块：用户定义的数据块，必须先定义后使用，可读、写。

T区：定时器名。

C区：计数器名。

L区：这是局部数据区。上面提到的存储区都是全局数据区，所谓全局数据区，就是所有的程序（OB块、FC块、FB块）都可以访问，而且访问到的是同一个变量；局部数据区则不然，每个独立的OB块、FC块、FB块都有一个独立的L区，例如，OB1和FC1中都有L0.0，但它们却不是同一个变量。

图7-1　S7-300/400存储地址示意图

图7-2　输入/输出映像区

DB：数据块地址寄存器，DBX、DBB、DBW、DBD分别表示数据块的位、字节、字、双字。

在STEP 7的梯形图指令中，不同类型的常数的格式都有严格的规定。如byte、word和dword类型的常数，在输入时要以“16#”作为前缀，后面跟十六进制的数据；dint类型的数据在输入时要以“L#”作为前缀，后面跟十进制的数据；real类型的数据，在输入时，后面一定要带小数部分，如没有小数部分，则加上“.0”；计时器的时间常数则以“S5T#”为前缀，后面加上a H_bbM_ccS_dddMS（表示：几小时_几分_几秒_几毫秒），“S5T#2.5S”表示2.5秒。

STEP 7中的变量，从是否使用符号的角度，可以分为符号名变量和地址名变量。地址名变量是以存储区域名为前缀，后面紧跟代表二进制长度的B、W、D（分别代表字节、字和双字），然后是起始字节的地址；位的地址名变量是存储区域名，加上位所在的字节地址，加“.”，加上位的序号。例如：IB0、IW0、ID0、I0.0；QB0、QW0、QD0、Q0.0；MB0、MW0、MD0、M0.0；LB0、LW0、LD0、L0.0；DB1.DBX0.0、DB1.DBB0、DB1.DBW0、DB1.DBD0。

定时器变量名以T开头加上一个0～max之间的数字来表示，如T0、T1等。计数器变量名以C开头加上一个0～max之间的数字来表示，如C0、C1等。（注：max代表某型号的CPU所具有的最大定时器数。）建议大家尽量少用地址名变量，而使用符号名变量。符号名变量可以通过符号编辑器（symbol editor）来建立，也可以直接在使用了地址名变量后，用鼠标右键单击它，在弹出的快捷菜单中选择“编辑符号”命令，来建立符号。在STEP 7中，不仅可以为地址名变量建立符号名变量，还可以为组织块、功能块、功能、数据块建立符号名，并使用符号名来编写程序。一旦建立了符号名，在编写程序的过程中，系统会自动提示，以便用户正确输入变量。

L区的变量是局域变量，从程序进入该块到结束的过程中，局域变量是稳定的，当程序再次进入时，该局域变量的内容是不可知的，系统可能覆盖了它。除此之外，其他存储区域的变量为全局变量，组织块、功能块、功能均可访问它们，系统不会改变它们的内容。

二、位逻辑指令

STEP 7是S7-300/400系列PLC应用设计软件包，所支持的PLC编程语言非常丰富。其中STL（语句表）、LAD（梯形图）及FBD（功能块图）是PLC编程的三种基本语言。

由于以上三种语言在STEP 7中可以相互转换，在介绍位逻辑指令时主要使LAD语言。在STEP 7的程序编辑器（STL、LAD、FBD）中，当切换到梯形图状况时，在编辑器左方的指令区可展开位逻辑指令，如图7-3所示。

位逻辑指令处理的对象为二进制位信号。位逻辑指令扫描信号状态“1”和“0”，并根据布尔逻辑对它们进行组合，所产生的结果（“l”或“0”）称为逻辑运算结果，存储在状态字RLO中。位逻辑指令包括触点与线圈指令、基本逻辑指令、置位和复位指令及跳变沿检测指令等。

1.触点指令

触点指令说明如表7-1所示。

图7-3　位逻辑指令展开图

表7-1　触点指令说明

续表

2.线圈指令

线圈指令说明如表7-2所示。

表7-2　线圈指令说明

续表

3.触发器指令

触发器指令说明如表7-3所示。

表7-3　触发器指令说明

三、梯形图与语句表的转换

在前面对位逻辑指令的介绍都是使用梯形图（LAD）指令，在STEP 7中，可以通过设置菜单将梯形图转换为语句表（STL）或功能块图（FBD），如图7-4所示。

语句表中用字母A和AN（And）表示逻辑“与”操作指令，A用于常开触点的串联，AN用于常闭触点的串联；字母O（Or）表示逻辑“或”操作指令，用于常开触点的并联；ON（Not Or）用于常闭触点的并联。如图7-5所示。

图7-4　梯形图与语句表的转换

图7-5　梯形图程序和转换的语句表程序

任务实施

子任务1 四路抢答器控制

一、控制要求

① 有4组进行抢答，抢答按钮为SB1～SB4，对应4个抢答指示灯为L1～L4。

② 主持人按钮为SB0，主持人按下SB0，所有指示灯复位。

③ 最先按下抢答按钮的组指示灯亮，其他后按下的组指示灯不亮。

二、I/O地址分配表

I/O地址分配表如表7-4所示。

表7-4　I/O地址分配表

三、硬件接线图

PLC硬件接线图如图7-6所示。

图7-6　PLC硬件接线图

四、硬件组态

① 硬件组态的基本步骤如图7-7所示。

图7-7　硬件组态的基本步骤

② 插槽配置的规则如下。

RACK（0）：

插槽1：电源模板或为空。

插槽2：CPU模板。

插槽3：接口模板或为空。

插槽4～11：信号模板、功能模板、通信模板或为空。

RACK（1～3）：

插槽1：电源模板或为空。

插槽2：为空。

插槽3：接口模板。

插槽4～11：信号模板、功能模板、通信模板（如为IM365，则该机架上不能插入CP模板）或为空。

组态的硬件必须与PLC导轨上的PLC元器件订货号相符合（订货号标识在元器件的下方），如图7-8所示。

1.启动SIMATIC管理器

图7-8　元器件订货号

启动时，双击桌面上的图标，可以打开SIMATIC管理器，如图7-9所示。

图7-9　SIMATIC管理器界面

2.新建一个项目

在启动的管理器界面中单击“新建”按钮中可以新建设一个项目，可在“名称”位置输入项目名称，单击“浏览”按钮可修改项目存储路径，如图7-10所示，设置完成后单击“确定”按钮。

图7-10　新建一个项目

3.插入一个SIMATIC 300站点

图7-11所示，插入一个SIMATIC 300站点。

图7-11　插入一个SIMATIC 300站点

4.组态S7-300机架

双击“硬件”图标，如图7-12所示，选择RACK-300下的Rail选项。

图7-12　组态S7-300机架

5.组态电源

在机架的1号槽中组态电源如图7-13所示。

图7-13　组态电源

6.组态CPU

2号槽添加CPU，如图7-14所示，硬件目录中的某些CPU型号有多种操作系统版本，在添加CPU时，CPU的型号和操作系统版本都要与实际硬件一致。

图7-14　组态CPU

如果需要扩展机架，则应该在IM-300目录下找到相应的接口模板，添加到3号槽。如无扩展机架，3号槽留空，如图7-15所示。

图7-15　接口模板

7.插入输入模块SM321

在4～11号槽中可以添加信号模板、功能模板、通信处理器等，如图7-16所示。

图7-16　组态输入模块SM321

8.插入输出模块SM322

插入输出模块SM322，如图7-17所示。

图7-17　组态输出模块SM322

模块地址可以是系统默认设定，也可以由用户来设定。取消选中“系统默认”复选框，在地址栏中输入数字0，表示输入起始地址为0。

双击图7-18中的“DO32×DC24V/0.5”选项，就会显示如图7-19所示的开关量输出属性。

图7-18　更改DO地址

在弹出的对话框中，取消选中图7-19中“系统默认”复选框，将“开始”文本框中的4改为0，单击“确认”按钮。

注意：模块地址是软件编程的前提。

9.项目结构图

单击工具栏上的“保存”和“编译”按钮可得到STEP 7 项目结构图。

项目是以分层结构保存对象数据的文件夹，包含了自动控制系统中所有的数据，如图7-20所示的左边是项目树形结构窗格。第一层为项目，第二层为站，站是组态硬件的起点。站的下面是CPU，“S7程序”文件夹是编写程序的起点，所有的用户程序均存放在该文件夹中。

图7-19　更改属性设置

图7-20　STEP 7项目结构图

单击“块”可显示OB1，双击OB1，就会显示如图7-21所示的“属性—组织块”对话框，选择LAD（梯形图），单击“确定”按钮后就可进入编程状态，如图7-22所示。

图7-21　“属性—组织块”对话框

图7-22　编程状态

五、编写梯形图程序

4组抢答器控制程序如图7-23所示。

图7-23　抢答器程序

六、程序的下载与上传

程序的下载是指将计算机（PC）中设计好的程序写入PLC；程序的上传是指将PLC中的程序读入编程计算机（PC）。不管是程序的下载还是程序的上传，均需要使计算机与PLC进行通信。下载方式有MPI、OP、以太网三种。MPI 方式适用于所有的S7-300/400 PLC，所有的PLC都带有MPI接口。DP方式适用于带有DP接口的PLC，如CPU 315-2DP。以太网方式适用于带有以太网口的PLC，如CPU315-2PN/DP，或者PLC上面带有以太网模块（如CP341-1）。

1.计算机与PLC的通信

计算机与PLC通信有三种连接方式。

（1） 在计算机中安装通信卡（如CP5511、CP5512、CP5611等）

CP5511：PCMOA TYPEⅡ卡，用于笔记本电脑编程和通信，具有网络诊断功能，通信速率最高可达12 Mbps。

CP5512：PCMOA TYPEⅡCardBus（32位）卡，用于笔记本电脑编程和通信，具有网络诊断功能，通信速率最高可达12 Mbps。上面两种通信卡价格相对较高。

CP5611：PCI卡，用于台式计算机编程和通信，具有网络诊断功能，通信速率最高可达12 Mbps，价格适中。

计算机通过通信卡与PLC通信，可对硬件和网络进行自动检测。该方式成本高，不推荐使用。

（2） 两者使用PC/MPI方式通信

如计算机带有串口（RS-232C接口，或称COM口），可使用PC/MPI适配器与PLC通信。

（3） PC Adapter（PC适配器）

一端连接到PC的USB口，另一端连接到CPU的MPI接口，它没有网络诊断功能，通信速率最高为1.5 Mbps，价格较低。

现计算机大多不带RS-232C接口，而用USB口作为基本接口，故目前常用该方式进行计算机与PLC通信。

目前很多的笔记本电脑不再提供串口，但如果只有RS-232 PC-Adapter适配器时，建议购买USB PC-Adapter适配器，也可以使用从市场上购买的USB转RS-232的转换器来连接RS-232PC-Adapter适配器，如图7-24所示。

① 要使用PC适配器与PLC连接，必须在计算机中安装该适配器的驱动程序（PC Adapter USB）。

② 驱动程序安装好后，用PC适配器将计算机的USB接口与CPU模块的MPI接口连接起来。

图7-24　PC适配器

③ 通信设置。在STEP 7中进行通信设置，在SIMATIC Manager窗口中执行“选项”→“设置PG/PC接口”命令，选择其中的“PC Adapter（MPI）”选项，再单击“属性”按钮，弹出如图7-25所示的对话框，这里保持默认设置，单击“本地连接”选项，将连接端口设为USB，确定后设置生效。

图7-25　通信设置

注意：

① 如果选择与CPU相连的是PROFIBUS接口，此时S70NLINE（STEP 7）为PCAdapter（PROFIBUS），单击该按钮，设置PROFIBUS和串口的属性。

② 如果在使用PC Adapter连接CPU的MPI口或DP口时不知道CPU口的波特率，此时没有办法按照前面的介绍设置MPI口或是DP口的波特率，可以在“PG/PC Interface”中选择S70NLINE （STEP 7）为PC-Adapter（Auto），如图7-26所示。

图7-26　设置PG/PC接

2.下载硬件组态与程序

下载方式有如下几种。

① 选择Options选项→Set PG/PC interface选项，然后选择PC Adapter（MPI）/（Auto）或CP5611（MPI）/（Auto）选项，因为PLC的DP接口没有初始化，而MPI接口默认地址2，波特率为187.5 KB/s。

② 如果是通过DP接口，就在Set PG/PC接口处选择PC Adapter（PROFIBUS），不过PC Adapter（Auto）是通用的、自动的，最保险。如果计算机上安装了CP5611等网卡的话就选择相对应的选项CP5611（DP）即可。

③ 通过以太网或PN口下载。直接通过TCP/IP或ISO的方式即可，具体做法是可以通过STEP 7的Edit-Edit ethernet node-Browse搜索CP或CPU的集成PN口，在线分配IP地址后就可以直接以TCP/IP的方式进行下载。在STEP 7-Options-Set PG/PC接口中将S7ONLINE （STEP 7）指向ISO Ind.Ethernet，即本机网卡。

设置好PC/PG接口后就可下载硬件组态和程序。

下载整个站点：如果要将整个STEP 7的某个S7-300站点内容（程序块OB和硬件组态信息等系统数据）下载到CPU，应选中项目窗口中的某个站点，然后执行“PLC”→“下载”命令，如图7-27所示；也可在某站点上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“PLC”→“下载”命令，如图7-28所示；还可以在选中某个站点后直接单击工具栏上的工具，同样也可将整个站点内容下载到CPU中，如图7-29所示。

图7-27　执行菜单命令下载整个站点

图7-28　单击鼠标右键下载整个站点

图7-29　单击工具栏下载整个站点

下载程序块：如果仅下载项目中的某个（或某些）程序块，可选中该程序块，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“PLC”→“下载”命令，如图7-30所示，即可将选中的程序块下载到CPU中，下载程序块也可使用前面介绍的菜单命令或下载工具。

图7-30　下载程序块

3.程序的上传

如果要编辑某站点CPU中的程序，可以先将CPU中的程序读入STEP 7中，然后进行编辑，再重新下载到CPU。将CPU模块中的程序读入STEP 7中方法是：在SIMATIC Manager窗口执行“PLC”→“将站点上传到PG”命令，如图7-31所示，弹出“选择节点地址”对话框，在“目标站点”选项组中选中“本地”单选按钮，单击“显示”按钮，选择CPU后再确定，就会将该CPU中的内容上传到STEP 7中，在SIMATIC Manager窗口会自动插入一个站点名称，并且包含硬件组态和程序目录，选择该站点的硬件或程序，即可更改硬件或程序。

图7-31　程序上传

七、程序调试

程序下载到机架的CPU后，将CPU模块的工作模式开关切换到RUN模式，然后操作各个按钮，观察是否满足控制要求，如不满足，可对硬件系统和程序进行检查、修改。

子任务2 电动机正反转控制

一、控制要求

某送料机的控制由一台电动机驱动，其往复运动采用电动机正转和反转来完成，正转完成送料，反转完成取料，由操作台控制。

电动机在正转运行时，按反转按钮，电动机不能反转；只有按停止按钮后，再按反转按钮，电动机才能反转运行。同理，在电动机反转时，也不能直接进入正转运行。

二、I/O地址分配表

I/O地址分配如表7-5所示。

表7-5　I/O地址分配表

三、硬件接线图

本方案选择的CPU为CPU313C-2DP，是紧凑型CPU，它集成了数字量输入（DI16）/数字量输出（DO16）和一个PROFIBUS-DP的主站/从站通信接口。硬件接线图如图7-32所示。

图7-32　硬件接线图

四、硬件组态

图7-33所示为硬件配置，从配置文件中找到送料机PLC所需要的RACK（机架）、PS-300（电源）和CPU 300依次进行添加。

图7-33　硬件组态

五、定义符号地址

在前面项目编写的梯形图中，元件的地址采用字母和数字表示，如I0.0、Q0.1等。这样不容易读懂程序，尤其是工程比较复杂，程序比较多的情况下，如果采用中文符号定义元件地址更加直观方便，使程序的可读性、可维护性大大增强。符号表主要是针对I、Q、PI、PQ、M这几个存储区域，还包括FC、FB、DB块，这些块的符号可以在“插入”时，通过对象属性对话框输入符号。

STEP 7的符号编辑器具有定义符号地址的功能。在SIMATIC Manager左侧窗格中单击“S7程序”，在窗格右侧出现“符号”图标，如图7-34，双击该图标，会打开符号编辑器，如图7-35所示。

图7-34　“符号”图标

图7-35 符号编辑器

在符号编辑器的第二行表格的符号列输入“停止按钮”，在地址列输入“I0.0”，在数据类型列会自动生成“BOOL”。同理输入其他符号及地址，如图7-36所示。

图7-36　编辑符号及地址

六、梯形图程序

电机正反转PLC梯形图程序如图7-37所示。

图7-37　电动机正反转梯形图

七、下载程序并调试

程序下载到机架的CPU后，将CPU模块的工作模式开关切换到RUN模式，然后操作各个按钮，观察是否满足控制要求，如不满足，可对硬件系统和程序进行检查、修改。

子任务3 风机运行状态监控

一、控制要求

在实际工作中，需要对设备的工作状态进行监控，某设备有三台风机进行散热降温，当设备处于运行状态时，三台风机正常转动，则指示灯常亮；如果风机有两台转动，则指示灯以2 Hz的频率闪烁；如果仅有一台风机转动，则指示灯以0.5 Hz的频率闪烁；如果没有任何风机转动，则指示灯不亮。

二、I/O地址分配表

I/O地址分配如表7-6所示。

表7-6　I/O地址分配

三、硬件接线图

硬件接线如图7-38所示。

图7-38　硬件接线图

四、梯形图程序

PLC程序梯形图如图7-39所示。

图7-39　PLC程序梯形图

输入位I0.0、I0.1、I0.2分别表示1号风机、2号风机、3号风机，存储位M100.3为2 Hz的频率信号，M100.7为0.5 Hz的信号，风机转动状态指示灯由Q0.0控制，存储位M10.1为1时用于表示有三台风机转动，M10.0为1时表示有两台风机转动。

存储位M100.3、M100.7频率信号可在硬件中通过双击CPU 313C-2 DP，在周期/时钟存储器中设定，如图7-40所示。

图7-40　存储位设置

五、程序调试

集成在STEP 7中的S7-PLCSIM是S7-300/400中功能强大、使用方便的仿真软件，它可以代替PLC硬件来调试用户程序。

安装S7-PLCSIM后，SIMATIC管理器工具栏上的按钮由灰色变为深色，如图7-41所示，单击该按钮，打开S7-PLCSIM后，会弹出如图7-42所示对话框，单击“确定”按钮，弹出如图7-43所示对话框，选择“MPI”站点后，单击“确定”按钮，自动建立了STEP 7与仿真CPU的MPI连接，打开仿真界面如图7-44所示。

图7-41　打开仿真器

图7-42　“打开项目”对话框(www.xing528.com)

图7-43　选择站点

图7-44　仿真界面

单击仿真界面中的按钮插入输入变量和输出变量。

打开仿真界面后，在STOP状态下，选中SIMATIC管理器中的OB1块，单击工具栏上的下载按钮，将OB1块和系统数据下载到仿真PLC中，而后单击OB1编辑界面上工具栏上的图标，接着在仿真界面上的CPU窗口中，将工作模式转换为RUN运行状态，可观测到程序运行情况，如图7-45所示。

图7-45　运行仿真程序

子任务4 地下停车场车辆出入控制

一、控制要求

在地下停车场的出入口处，同时只允许一辆车进出，在进出通道的两端设置有红绿灯，如图7-46所示。光电开关I0.0和I0.1用来检测是否有车经过，光线被车遮住时，I0.0或I0.1为1状态，有车出入通道时（光电开关检测到车的前沿），两端的绿灯灭，红灯亮，以警示双方后来的车辆不能进入通道。车离开通道时，光电开关检测到车的后沿，两端的绿灯亮，红灯灭，其他车辆可以进入通道。

二、I/O地址分配表

图7-46　地下停车场的出入口示意图

I/O地址分配如表7-7所示。

表7-7　I/O地址分配

三、定义符号地址

符号地址表如图7-47所示。

图7-47　符号地址表

四、梯形图程序

PLC程序梯形图如图7-48所示。

五、使用变量表程序调试

1.新建变量表

在SIMATIC管理器界面右侧右击，打开快捷菜单，选择“插入新对象”→“变量表”命令，如图7-49所示。

2.设置变量属性表

在如图7-50所示“属性-变量表”对话框中进行设置后；单击“确定”按钮，则在管理器界面右侧窗格中出现变量表的图标，如图7-51所示。

图7-48　PLC程序梯形图

图7-49　新建变量表

图7-50　“属性-变量表”对话框

图7-51　变量表图标

3.编辑变量表

双击变量表图标打开变量表，将地址输入到变量表中，则变量表的符号会按照设置自动填入，如图7-52所示。

图7-52　编辑变量表

4.调试程序

如果仿真PLC运行在RUN模式，在“修改数值”列输入PLC时，将会出现“（DOA1）功能在当前保护级别中不被允许”的对话框，必须将仿真PLC切换到RUN-P模式，才能修改PLC中的数据，如图7-53所示。

图7-53　调试程序

技能训练

多台电动机单个按钮控制

通常一个电路的启动和停止控制是由两个按钮分别完成的。当一个PLC控制多个这种需要启、停操作的电路时，将占用很多的I/O资源。一般PLC的I/O点是按3：2的比例配置的。由于大多数被控系统是输入信号多，输出信号少，有时在设计一个不太复杂的控制系统时，也会面临输入点不足的问题，因此用单按钮实现启、停控制的意义很重要。

一、控制要求

设某设备有两台电动机，要求用PLC实现两个按钮同时对两台电动机的控制。具体要求如下。

① 第1次按动按钮时，只有第1台电动机工作。

② 第2次按动按钮时，第1台电动机停车，第2台电动机工作。

③ 第3次按动按钮时，两台电动机同时停车。

分析思路如下。

要用逻辑指令实现两台电动机的单按钮启、停控制，必须为每次操作设置一个状态标志。本次操作中该状态标志必须为l，而其他状态标志必须为0。

第1次按操作按钮之前，两台电动机都处于停机状态，对应接触器KM1和KM2的常开触点闭合，因此可用KM1和KM2的常闭触点设置状态标志Fl。

第2次按操作按钮之前，第1台电动机处于工作状态，第2台电动机处于停机状态，对应接触器KM1的常开触点闭合，KM2的常闭触点闭合，因此可用KM1的常开触点和KM2的常闭触点设置状态标志F2。

第3次按操作按钮之前，第1台电动机处于停机状态，第2台电动机处于工作状态。

二、训练要求

① 列I/O分配表。

② 画PLC的I/O接线图。

③ 根据控制要求设计梯形图。

④ 运行、调试程序。

⑤ 汇总整理文档。

三、技能训练考核标准

技能训练评价表

工作任务2　定时器指令、计数器指令应用

任务目标

① 掌握各种定时器的结构和定时原理。

② 掌握各种计数器的结构和计数原理。

③ 会画定时器和计数器的时序图。

④ 掌握定时器和计数器的综合应用。

任务分析

在工业生产的控制任务中，经常需要各种各样的定时器和计数器，如电动机的星形启动经延时后转换到三角形运行；锅炉引风机和鼓风机控制是首先启动引风机延时后才能启动鼓风机；停车场车位的控制要用到计数器；经常需要用到定时器和计数器配合实现送料小车的控制。

知识链接

一、定时器

S7-300/400 PLC有以下5种定时器。

●S_PULSE（脉冲定时器）。

●S_PEXT（扩展脉冲定时器）。

●S_ODT（接通延时定时器）。

●S_ODTS（保持型接通延时定时器）。

●S_OFFDT（断电延时型定时器）。

定时器的指令有两种形式：块图指令和线圈指令［如S_ODT 和（SD）］，如图7-54所示。

图7-54　定时器指令的两种形式

下面对定时器的输入/输出端做简单的介绍。

① S端：启动端，当0到1的信号变化作用在启动输入端（S）时，定时器启动。

② R端：复位端，作用在复位输入端（R）的信号（1有效）用于停止定时器。当前时间被置为0，定时器的触点输出端（Q）被复位。

③ Q端：触点输出端，定时器的触点输出端（Q）的信号状态（0或1），取决于定时器的种类及当前的工作状态。

④ TV端：设置定时时间，定时器的运行时间设定值由TV端输入。

⑤ 时间值输出端：定时器的当前时间值可分别从BI输出端和BCD输出端输出。BI输出端输出的是不带时基的十六进制整数格式的定时器当前值，BCD输出端输出的是BCD码格式的定时器当前时间值和时基。

SIMATIC S7系列PLC为用户提供了一定数量的具有不同功能的定时器。如CPU 314提供了128个定时器，分别是从T0到T127。

系统时间格式：时间值设定可以使用下列格式预装一个时间值。

① 十六进制数：W#16#wxyz，其中的w是时间基准，w和时基的关系如表7-8所示。xyz是BCD码形式的时间值。

表7-8　W与时基的关系

如W#16#3999，定时时间为：999 × 10 s=9 990 s。

W#16#1100，定时时间为：100 × 0.1 s=10 s。

② S5T#ah_bm_cs_dms：h是小时，m是分钟，s是秒，ms是毫秒；a、b、c、d由用户定义，时基是CPU自动选择，时间值按其所取时基取整为下一个较小的数。可以输入的最大值是9 990 s，或2h_46m_30s。

例如：S5T#100s、S5T#10ms、S5T#2ms、S5T#1h2m3s等。

定时器字的位12和位13包含二进制码的时基。时基可定义时间值递减的单位间隔。最小时基为10 ms；最大时基为10 s，如表7-8所示。

1.脉冲定时器

I0.0提供的启动输入信号S的上升沿，脉冲定时器开始定时，输出Q4.0变为1。定时时间到，当前时间值变为0，Q输出变为0状态。在定时期间，如果I0.0的常开触点断开，定时停止，当前值变为0，Q4.0的线圈断电。

t为定时器的预置值，R是复位输入端，在定时器输出为l时，如果复位输入I0.1由0为1，定时器被复位，复位后输出Q0.4变为0状态，当前时间值被清0。

SP_PULSE脉冲定时器指令及时序图如图7-55所示。

2.扩展脉冲定时器

启动输入信号S的上升沿，脉冲定时器开始定时，在定时期间，Q输出端为l状态，直到定时结束。在定时期间即使S输入变为0状态，仍继续定时，Q输出端为l状态，直到定时结束。在定时期间，如果S输入又由0变为1状态，定时器被重新启动，开始以预置的时间值定时。

图7-55　SP_PULSE脉冲定时器指令及时序图

（a）块图指令；（b）线圈指令；（c）时序图

R输入由0变为l状态时，定时器被复位，停止定时。复位后Q输出端变为0状态，当前时间被清0。

S_PEXT扩展脉冲定时器指令及时序图如图7-56所示。

图7-56　S_PEXT扩展脉冲定时器指令及时序图

（a）块图指令；（b）线圈指令；（c）时序图

扩展脉冲定时器（SE）线圈的功能和S5扩展脉冲定时器的功能相同，定时器位为l时，定时器的常开触点闭合，常闭触点打开。

3.接通延时定时器

接通延时定时器是使用的最多的定时器，启动输入信号S的上升沿，定时器开始定时。如果定时期间S的状态一直为l，定时时间到时，当前时间值变为0，Q输出端变为1状态，使Q4.0的线圈通电。此后如果S输入由l变为0，Q输出端的信号状态也变为0。

在定时期间，如果S输入由1变为0，则停止定时，当前时间值保持不变，S又变为l时，又以预置值开始定时。

R是复位输入信号，定时器的S输入为l时，不管定时时间是否已到，只要复位输出R由0变为l，定时器都要被复位，复位后当前时间被清0。如果定时时间已到，复位后输出Q将由l变为0。

接通延时定时器（SD）线圈的功能和S_ODT接通延时定时器的功能相同，定时器位为1时，定时器的常开触点闭合，常闭触点打开。如图7-57所示是接通延时定时器指令及时序图。

4.保持型接通延时定时器

启动输入信号S的上升沿到来时，定时器开始定时，定时期间即使输入S变为0，仍继续定时，定时时间到时，输出Q变为l并保持。在定时期间，如果输入S又由0变为1，定时器被重新启动，又从预置值开始定时。不管输入S是什么状态，只要复位输入R从0变为1，定时器又被复位，输出Q变为0。S_ODTS保持型接通延时定时器如图7-58所示。

图7-57　接通延时定时器指令及时序图

（a）块图指令；（b）线圈指令；（c）时序图

图7-58　S_ODTS保持型接通延时定时器指令及时序图

（a）块图指令；（b）线圈指令；（c）时序图

5.断开延时定时器

启动输入信号S的上升沿，定时器的Q输出信号变为1状态，当前时间值为0。在输入S下降沿，定时器开始定时到定时时间时，输出Q变为0状态。

定时过程中，如果S信号由0变为1，定时器的时间值保持不变，停止定时。如果输入S重新变为0，定时器将从预置值开始重新启动定时。

复位输入I1.1为1状态时，定时器被复位，时间值被清零，输出Q变为0状态。S_ OFFDI断开延时定时器如图7-59所示。

图7-59　S_OFFDI断开延时定时器指令及时序图

（a）块图指令；（b）线圈指令；（c）时序图

二、计数器

S7-300/400 PLC的计数器有以下三种类型。

① S_CU（加计数器）。

② S_CD（减计数器）。

③ S_CUD（加减计数器）。

S7-300/400 PLC的计数器有256个（0～255），计数范围是0～999。当计数上限达到999时，累加停止；计数值达到下限0时，将不再减少。

1.加法计数器

加法计数器的指令格式如图7-60所示。

① C×为计数器的编号。

② CU为加计数器的输入端，该端每出现一个上升沿，计数器自动加1，当计数器的当前值为999时，计数值保持为999，加1操作无效。

③ S为预置信号输入端，该端出现上升沿时，将计数初值作为当前值。

④ PV为计数初值输入端，初值的范围为0～999。可通过字（如MW0等）为计数器提供初值，也可直接提供数值，如C#10、C#999。

⑤ R为计数器复位输入端，任何情况下，只要该端出现上升沿，计数器马上复位，复位后当前值为0，输出状态为0。

⑥ CV为以整数形式输出计数的当前值，如16#0012，该端可以连接各种字存储器，如MW0、IW2、QW0，也可以悬空。

⑦ CV_BCD以BCD码形式输出计数器的当前值，如C#123，该端可以接各种字存储器，如MW0、IW2、QW0，也可以悬空。

⑧ Q为计数器状态输出端，只要计数器的当前值不为0，计数器的状态就为1，该端可以连接位存储器，如Q1.0、M1.2，也可以悬空。图7-61所示是加法计数指令使用的例子。

图7-60　加法计数器的指令格式

图7-61　加法计数指令使用时序图

（a）加法计数器的使用；（b）时序图

图7-62　减法计数器指令格式

2.减法计数器

减法计数器的指令格式如图7-62所示。

减法计数器的各引脚定义与加法计数器基本一致，只是计数脉冲的输入变为CD，S端出现上升沿时，将计数初值作为当前值。CD端上升沿时，如当前值大于0时做减1计数。如当前值不为0，输出状态为1；当减法计数值变为0时，输出状态为0。

图7-63所示是减法计数指令使用的时序图。

图7-63　减法计数指令使用时序图

（a）减法计数器使用；（b）时序图

图7-64　加/减计数器指令格式

3.加/减计数器

加/减计数器指令格式如图7-64所示。

加/减计数器的各个引脚与前面的加计数器和减计数器基本一致，计数初值在S端的上升沿装载到计数器字中，在CU的上升沿进行加法计数，在CD的上升沿进行减法计数，Q端的输出与加法计数和减法计数相同。

图7-65所示是加/减法计数指令使用时序图。

图7-65　加/减法计数指令使用时序图

（a）加/减计数器使用；（b）时序图

4.线圈形式的计数器

除了前面介绍的块图形式的计数器以外，还有用线圈形式表示的计数器，这些计数器有计数初值预置指令SC、加计数指令CU、减计数指令CD，如图7-66所示。

图7-66　线圈形式的计数器

（a）初始预置指令；（b）加计数指令；（c）减计数指令

计数初值预置指令SC若与加计数指令CU配合可实现S_CU的功能；计数初值预置指令SC若与减计数指令CD配合可实现S_CD的功能；计数初值预置指令SC若与加计数指令CU和减计数指令CD配合可实现S_CUD的功能，如图7-67所示。

图7-67　加/减计数梯形图

（a）加计数；（b）减计数；（c）加/减计数

任务实施

子任务1 多级皮带运输系统PLC控制

一、控制要求

某传输线由三条传送带A、B、C组成，分别由电动机M1、M2、M3拖动，如图7-68所示为三条传送带的时序图，要求如下。

① 按A→B→C顺序启动。

② 停止时按C→B→A逆序停止。

③ 若某传送带的电动机出现故障，该传送带电动机前面的皮带电动机立即停止，后面的传送带电动机依次延时5 s后停止。

图7-68　传送带的运输系统及时序图

（a）多级皮带运输系统；（b）时序图

二、I/O分配

I/O分配表如表7-9所示。

表7-9　I/O分配表

三、硬件接线图

PLC硬件接线如图7-69所示。

图7-69　PLC硬件接线图

四、梯形图

PLC程序梯形图如图7-70所示。

图7-70　PLC程序梯形图

图7-70　PLC程序梯形图

子任务2 停车场车位计数控制

一、控制要求

图7-71所示，某地下停车场有100个车位，其入口处与出口处各有一个接近开关，以检测车辆的进入与驶出。当停车场尚有车位时，入口处的栏杆才可以将门打开，车辆可以进入停车场停放。若停车场车位未满，则使用指示灯表示尚有车位；若停车场车位已满，则有一个指示灯显示车位已满，并且入口处的栏杆不能将门打开让车辆进入。

图7-71　地下停车场示意图

二、I/O分配

PLC的I/O 分配表如表7-10所示

表7-10　I/O 分配表

三、硬件接线图

PLC接线图如图7-72所示。

图7-72　PLC接线图

四、梯形图

PLC程序梯形图如图7-73所示。

图7-73　PLC程序梯形图

子任务3 运货小车控制

一、控制要求

图7-74是运货小车运动示意图，当按下启动按钮后，小车在A 地等待1 min进行装货，然后向B 地前进，到达B地停止，2 min卸货，卸货后再返回A地停下，等待1 min又进行装货，然后向C地前进（途经B地不停，继续前进），到达C地停止，3 min卸货，卸货后再返回A地停下（A、B、C三地各设有一个接近开关）。

图7-74　运货小车运动示意图

二、I/O分配表

由控制要求分析可知，该设计需要5个输入和2个输出，其I/O分配表如表7-11所示。

表7-11　I/O分配表

三、硬件接线图

图7-75所示是PLC的硬件接线图。

图7-75　PLC的硬件接线图

四、梯形图

小车到达A地、B地、C地是分别用SQ1、SQ2、SQ3来定位，由于小车在第一次到达B地要改变运行方向，第二次、第三次到达B地时不需改变运行方向，可利用计数器的计数功能来决定是否改变运行方向，设计的PLC程序梯形图如图7-76所示。

图7-76　PLC程序梯形图（一）

图7-76　PLC程序梯形图（二）

思考练习题

7-1 使用置位指令复位指令，编写两套程序，控制要求如下。

① 启动时，电动机M1先启动，电动机M1启动后，才能启动电动机M2；停止时，电动机M1、M2同时停止

图7-77　7-2题图

② 启动时，电动机M1、M2同时启动；停止时，只有在电动机M2停止后，电动机M1才能停止。

7-2 用S、R和跃变指令设计出如图7-77所示波形图的梯形图。

7-3 画出如图7-78所示程序的Q0.0的波形图。

图7-78　7-3题图

（a）梯形图；（b）时序图

7-4 用PLC设计多重输入电路的梯形图。

要求：I0.0、I0.1闭合，I0.0、I0.3闭合，I0.2、I0.1闭合，I0.2、I0.3闭合皆可使Q0.0接通。

7-5 用PLC设计保持电路梯形图

要求：将输入信号加以保持记忆。

当I0.0接通一下，辅助继电器M0.0接通并自保持，Q0.0有输出，停电后再通电，Q0.0仍然有输出。只有I0.1触点断开，才使M0.0自我保持消失，使Q0.0无输出。

7-6 用PLC设计优先电路的梯形图。

要求：若输入信号I0.1或输入信号I0.2中先到者取得优先权，Q0.0有输出，后到者无效。

7-7 用PLC设计比较电路的梯形图。

该电路预先设定好输出的要求，然后对输入信号I0.1和输入信号I0.2作比较，接通某一输出。

I0.1、I0.2同时接通，Q0.1有输出。

I0.1、I0.2皆不接通，Q0.2有输出。

I0.1不通、I0.2接通，Q0.3有输出。

I0.1接通、I0.2不接通，Q0.4有输出。