第十一章可编程控制器及其应用Word格式文档下载.docx
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扩展模块
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西门子S7-200系列CPU224的内存分配与I/O口配置见表12-2。
表12-2CPU224内存分配与I/O配置
元件名称
代表字母
编号范围
功能说明
输入寄存器
I
I0.0-I0.7,I1.0-I1.5共14点
接受外部输入设备的信号
输出寄存器
Q
Q0.0-Q0.7,Q1.0-1.1共10点
输出程序执行结果驱动外部设备
位存储器(辅助继电器)
M
M0.0-M31.7共256个
程序内部使用,不提供输出
定时器
T
T0,T64共2个
通电延时,保持型,1ms
T1~T4,T65~T68共8个
通电延时,保持型,10ms
T5~T31,T69~T95共54个
通电延时,保持型,100ms
T32,T96共2个
通电延时,1ms
T33~T36,T97~T100共8个
通电延时,10ms
T37~T63,T101~T255共182个
通电延时,100ms
计数器
C
C0~C255共256个
累加计数
HC
HC0~HC5共6个
用来累计比CPU速率更快的脉冲
顺序控制器
S
S0.0~31.7共256个
提供控制程序的逻辑分段
变量存储器
V
VB0.0~VB5119.7共40960个
数据处理用的数值存储元件
局部存储器
L
LB0.0~LB63.7共512个
暂时寄存器
特殊存储器
SM
SM0.0~SM549.7共4400个
用于CPU与用户交换信息
(只读)特殊存储器
SM(只读)
SM0.0~SM29.7共240个
CPU执行时标志位的状态
累加器
AC
AC0~AC3共4个
用来存放计算的中间值
西门子S7-200系列CPU224的外部输入/输出及电源部分的接线见图12-1。
图12-1西门子S7-200系列CPU224的外部输入/输出及电源部分的接线
输入部分的电源可以外部提供,也可以使用PLC本身提供的传感器电源,单需要考虑电源的容量是否足够。
输出部分的电源必须使用外部电源,以免用CPU部分共用电源造成干扰。
PLC的工作电源可以是交流电源也可以是直流电源,要根据PLC的型号参考使用说明。
第二节S7-200软件系统
S7-200系列PLC的基本指令共有42条,其中逻辑指令27条、控制指令15条。
主要指令介绍如表12-3。
表12-3S7-200系列PLC的主要指令
序号
指令代码(指令名称)
图形符号
含义
LD(取指令)
表示某个继电器的常开触点,并且对应的逻辑行从这个指令开始。
LDN(取非指令)
表示某个继电器的常闭触点,并且对应的逻辑行从这个指令开始。
3
=(输出指令)
输出逻辑结果,驱动一个指定的继电器。
可用于输出继电器、辅助继电器,但不能用于输入继电器。
A(与指令)
串联一个常开触点。
5
AN(与非指令)
串联一个常闭触点。
O(或指令)
并联一个常开触点。
ON(或非指令)
并联一个常闭触点。
8
ALD(电路块串联指令)
串联联接一个电路块。
9
OLD(电路块并联指令)
并联联接一个电路块。
10
TON(通电延时指令)
实现导通延时操作(相当于通电延时继电器)。
当输入端IN接通时,定时器T##开始计时,当定时器当前值大于、等于预置值(PT)时,定时器触点动作,当IN断开时,定时器复位。
定时器的定时精度分别为1ms、10ms、100ms(详见此表下面的注释1)。
11
TONR(保持型通电延时指令)
保持型通电延时继电器实现导通延时操作(同上述通电延时指令TON)。
当输入端IN断开时,定时器暂停计时,但是不复位。
12
CTU(加计数指令)
进行加法计数操作。
计数器的计数范围为-32768~32768(计数值变化详见此表下面的注释2)。
CU端是计数脉冲输入端,每输入一个计数脉冲,计数值加1,PV为设定值,当计数值大于、等于设定值PV时,计数器C##ON。
R端是复位输入端,当R端为0时计数、为1时恢复为初始计数值0。
如果R端的信号和CU端的信号同时到来,R端的信号优先起作用。
13
CTUD(加、减计数指令)
进行加法、减法计数操作。
计数器的计数范围为-32768~32768。
CU端是加计数脉冲输入端,每输入一个计数脉冲,计数值加1,CD端是减计数脉冲输入端,每输入一个计数脉冲,计数值减1,PV为设定值,当计数值大于设定值PV时,计数器C##ON。
R端是复位输入端,当R端为0时计数、为1时恢复为初始计数值。
14
SHRBDATA,S_BIT,N(移位寄存器指令)
移位寄存器指令,当EN接通时,将DATA的值移入移位寄存器。
S_BIT指定移位寄存器的起始位,N指定移位寄存器的长度和移位方向,当N>
0时左移(向高位移位),当N<
0时右移(向低位移位)。
15
SRBIN,N(右移指令)
字节右移指令。
当EN接通时,将字节IN向右移N位。
EN每接通一次右移1位,最左边的位用0填充,移位结果存放在OUT中。
16
SLBIN,N(左移指令)
字节左移指令。
当EN接通时,将字节IN向左移N位。
EN每接通一次左移1位,最右边的位用0填充,移位结果存放在OUT中。
17
NOT(取反指令)*
逻辑结果取反指令。
当左侧接通母线时输出线圈断开,当左侧与母线断开时,输出线圈接通。
18
EU(上升沿微分指令)
EU是上升沿微分指令,用于在左侧接通母线时,对应输入信号脉冲的上升沿,产生一个扫描周期的脉冲。
19
ED(下降沿微分指令)*
ED是下降沿微分指令,用于在在左侧接通母线时,对应输入信号脉冲的下降沿,产生一个扫描周期的脉冲。
20
SS-BIT,N(置位指令)
置位一个区域指令,对从S-BIT开始的N个元件置1并保持。
21
RS-BIT,N(复位指令)
复位一个区域指令,对从S-BIT开始的N个元件置0并保持。
22
END(结束指令)
表示程序的结束。
注释:
1、定时器的定时精度分别为1ms、10ms、100ms
1ms定时器由系统每隔1ms刷新一次,与扫描周期及程序无关,即采用中断刷新方式。
定时最大值32.767s。
10ms定时器由系统在每个扫描周期开始时自动刷新。
定时最大值327.67s。
100ms定时器则只有在该指令执行时被刷新。
定时最大值3276.7s。
2、计数器计数值的变化
计数器计数值的范围为-32768~32768,当达到最大值32768时,再来一个加计数脉冲,则当前值变为-32768。
同样到达最小值-32768时,再来一个减计数脉冲,则当前值变为32768。
指令应用举例:
例1:
EU指令和ED指令的使用举例,如图12-2所示。
图12-2EU指令和ED指令的使用
在例1中,当输入继电器常开触点I0.0闭合瞬间(即上升沿)时,EU指令产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲,驱动输出线圈Q0.0接通一个扫描周期。
当I0.0断电瞬间(即下降沿)时,ED指令产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲,驱动Q0.1接通一个扫描周期。
例2:
电动机正反转控制
设计用PLC控制的硬件接线图和控制梯形图,写出指令编码表。
1、I/O口分配表
进行PLC设备I/O口的分配即将控制设备、被控设备分配到PLC输入、输出接口,得到PLC外接元件与PLC接口的对照关系。
正转按钮SBF----I0.0
反转按钮SBR----I0.1
停止按钮SB------I0.2
正转接触器线圈KMF----Q0.1
反转接触器线圈KMR----Q0.2
2、PLC硬件接线图
根据I/O口分配表连接PLC硬件,接线结果如图12-3。
必须注意,在连接PLC外接按钮时,若使用常开按钮,则内部输入继电器线圈正常情况下不带电,这些继电器相应的常开、常闭触点分别处于断开、接通状态,若使用了常闭按钮,则内部输入继电器线圈直接带电,这些继电器相应的常开、常闭触点分别处于接通、断开状态,这样在设计梯形图时就必须注意。
另外,由于在PLC输出电路中串联了熔断器FU和热继电器FR的常闭触点,所以该电路的控制还具有短路和过载保护。
图12-3PLC控制电动机正反转的外部接线图
3、梯形图参考程序
设计梯形图如图12-4所示。
本设计的控制结果是:
按下正转起动按钮SBF,电动机正转起动并连续运行,按下反转起动按钮SBR电动机反转起动并连续运行,按下停止按钮SB,电动机停止运转。
该电路具有电器互锁功能。
图12-4三相异步电动机正反转控制梯形图
4、指令编码程序
根据图12-4写出指令编码如表12-4所示。
表12-4PLC的指令编码表
指令地址
指令代码
数据
0000
LD
I0.0
0001
O
Q0.0
0002
AN
I0.2
0003
Q0.1
0004
=
0005
I0.1
0006
0007
0008
0009
0010
END
例3:
电动机星形---三角形起动控制
图12-5所示为一个继电-接触控制器控制的鼠笼型三相异步电动机Y-Δ起动的电路。
起动时,按下按钮SB1,接触器KM、KT、KMY线圈通电,其常开主触头闭合,电动机绕组Y接起动,经过时间继电器KT的延时,接触器KMY线圈断电,断开电动机绕组Y接,接触器KMΔ线圈通电,电动机绕组三角形连接正常运行。
图12-5继电-接触控制器控制的鼠笼型三相异步电动机Y-Δ起动的电路
现在要将图12-5电路改为PLC控制,电动机的主电路不需要改变。
将控制设备、被控设备分配到PLC输入、输出接口,得到PLC外接元件与PLC接口的对照关系。
起动按钮SB1----------I0.0
停止按钮SB------------I0.1
接触器KM线圈------Q0.0
接触器KMY线圈----Q0.1
接触器KMΔ线圈----Q0.2
按照PLC的I/O口分配结果,连接PLC的外部接线,见图12-6。
图12-6PLC的外部接线图
按照图12-6设计梯形图程序如图12-7所示。
按下起动按钮SB1,电动机Y接起动,起动5秒钟后改为Δ接运行。
按下停止按钮SB,电动机停止运转。
图12-7鼠笼型三相异步电动机Y-Δ起动控制梯形图
按照图12-7梯形图编写语句表,指令编码见表12-5。
表12-5PLC的指令编码表
TON
T37,50
T37
Q0.2
0011
例4:
十字路口交通灯控制
接通启动开关信号灯系统开始工作:
先南北红灯亮25秒,同时东西绿灯亮20秒,东西绿灯亮20秒后闪烁3秒并熄灭,之后东西黄灯亮2秒熄灭,然后南北红灯熄灭绿灯亮,同时东西红灯亮。
东西红灯亮25秒,同时南北绿灯亮20秒,南北绿灯亮20秒后闪烁3秒并熄灭,之后南北黄灯亮2秒熄灭,然后东西红灯熄灭绿灯亮,同时南北红灯亮。
循环往复直到断开启动开关,所有信号灯都熄灭。
设计用PLC控制的硬件接线图和控制梯形图。
启动开关-----I0.0
南北红灯----Q0.2
南北黄灯----Q0.1
南北绿灯----Q0.0
东西红灯----Q0.5
东西黄灯----Q0.4
东西绿灯----Q0.3
图12-8十字路口交通灯控制PLC硬件接线图
3、时序图
图12-9十字路口交通灯控制PLC时序图
4、梯形图参考程序
十字路口交通灯控制梯形图设计如图12-10所示。
图12-10十字路口交通灯控制梯形图
5、指令编码程序(本例略)
梯形图如图12-10所示,分析如下:
网络14和网络15可以形成振荡脉冲波形。
合上开关I0.0闭合,定时器T59通电到0.5秒常开触点T59闭合,启动定时器T60通电,0.5秒后常闭触点T60打开,定时器T59断电恢复,定时器T60也断电恢复,定时器T59再次通电,循环开始。
每次循环时间为1秒,每次循环中,定时器T59线圈通电1.0秒,T60线圈通电0.5秒,T59触点通断各0.5秒。
在网络8~网络13可知,南北红灯(Q0.2)、东西红灯(Q0.5)受定时器T37控制;
东西绿灯(Q0.3)受定时器T43控制;
东西黄灯(Q0.4)受定时器T44控制;
南北绿灯(Q0.0)受定时器T38控制;
南北黄灯(Q0.1)受定时器T39控制。
在网络1中,Q合上瞬间定时器T37通电,T37通电25s后,在网络8中的T37延时常闭触点打开,即南北红灯亮25s后熄灭;
在网络2中T37延时常开触点闭合,即东西红灯亮。
在网络2中,T37通电25s后,T37延时常开触点闭合,定时器T41通电,25s后在网络1中的T41延时常闭触点打开,使定时器T37断电,在网络2中的T37延时常开触点恢复打开,定时器T41断电,网络1中的T41延时常闭触点恢复闭合,计时器T37再次通电计时,循环开始。
每次循环中定时器T37通电50s,T41通电25s。
这样在网络9中的T37延时常开闭合25s后恢复打开,所以东西红灯也亮25s。
在网络3中,Q合上瞬间I0.0闭合定时器T43通电,20s后网络4中的T43延时常开触点闭合,定时器T44通电。
在网络10中,东西绿灯受T43延时常闭触点控制持续亮20s,20s后T43延时常闭触点断开,T43延时常开触点闭合,由T59延时常开触点控制东西绿灯闪烁,定时器T44通电3s后,在网络10中的T44延时常闭触点打开,东西绿灯熄灭,同时在网络11中的T44延时常开触点闭合,启动东西黄灯亮。
此时计时器T37通电已经50s,所以一次通电结束,循环开始。
如上同样分析网络5、6、7、12、13可知南北绿灯和南北黄灯的控制情况。
PLC作业
1、设计3台电动机顺序启动、停车程序。
控制要求:
启动时,按下启动按钮SB,电动机M1立即启动,5秒后电动机M2自行启动,10秒后电动机M3自行启动(三台电动机启动间隔5秒钟)。
停车时,按下停车按钮SB1,M3立即停车,8秒后M2自动停车,再过15秒后M1自动停车。
2、编写彩灯控制程序。
有16个彩灯从左到右以0.5秒的间隔速度依次点亮,然后再从右到左以1秒间隔速度依次点亮,需要保持任何时刻只有一个彩灯亮。
3、画出下列编码表对应的梯形图。
TITLE=程序注释
Network1//网络标题//网络注释
LDI0.2
AI0.4
ANM10.1
ANM10.2
ANM10.3
ANM10.4
ANM10.5
ANM10.6
ANM10.7
ANM11.0
ANM11.1
=M10.0
Network2
LDI0.4
AM11.1
LDI0.0
ED
OLD
RM10.1,9
RM20.0,1
Network3
LDM10.0
AI0.0
LDM10.1
AI0.1
LDM10.2
AT37
LDM10.3
AI0.2
LDM10.4
AI0.3
LDM10.5
LDM10.6
AT38
LDM10.7
LDM11.0
SHRBM10.0,M10.1,+9
Network4
=Q0.5
Network5
OM10.5
=Q0.0
Network6
SM20.0,1
TONT37,+17
Network7
LDM20.0
=Q0.1
Network8
OM10.7
=Q0.2
Network9
=Q0.3
Network10
=Q0.4
Network11
TONT38,+15
4、试分析如下梯形图,当输入口I0.0闭合后经过多长时间输出Q0.0被接通。
习题4图
5、如下为电动机星形---三角形转换PLC控制梯形图,试写出其控制过程,并说明定时器T38的作用。
习题5图
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- 第十一章 可编程控制器及其应用 第十一 可编程控制器 及其 应用