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

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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

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2.12.1 任务资讯任务资讯

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。

2.1.12.1.1 任务目标任务目标序号类别目标

一知识点1.掌握 PLC 的基本组成2.掌握 PLC 的编程元件3.掌握 PLC 的定时器指令

二技能

1.PLC 安装接线2.编程软件的熟练应用3.利用定时器指令编程4.程序的调试方法5.电气设备的运行监控

三职业素养1.学生的沟通能力及团队协作精神2.良好的职业道德3.质量、成本、安全、环保意识

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。

2.1.2PLC2.1.2PLC 的基本组成的基本组成

PLCPLC 硬件系统组成硬件系统组成

外部设备

现场用户输出设备

微处理器（ CPU）

运算器控制器

输出部件

输入部件

系统存储器

用户存储器

I/O扩展接口

通讯及编程接口

编程设备

计算机

打印机等

传感器

按钮、开关

现场信号

电磁阀

中间继电器

执行器

现场用户输入设备

扩展设备

扩展单元

通讯模块

功能模块

电源变换器～ 110V/220V市电

PLC基本单元

PLC 系统结构示意图

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. 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。


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）。

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。

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。

2.1.2PLC2.1.2PLC 的编程元件的编程元件

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 。

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。

2.1.32.1.3 定时器指令定时器指令

(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。

(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。


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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。

2.22.2 任务分析任务分析


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2.32.3 任务决策任务决策

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。


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2.42.4 任务计划任务计划

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。

2.4.12.4.1 硬件设计硬件设计

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。

2.4.2PLC2.4.2PLC 资源分配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

表铁塔之光 I/O分配Q0.0 彩灯 L1Q0.1 彩灯 L2Q0.2 彩灯 L3Q0.3 彩灯 L4Q0.4 彩灯 L5Q0.5 彩灯 L6Q0.6 彩灯 L7Q0.7 彩灯 L8Q1.0 彩灯 L9

2.4.32.4.3 流水灯控制时间计划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：

2.4.42.4.4 时间进度管理甘特图：时间进度管理甘特图：


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2.52.5 任务实施任务实施

2.5.12.5.1 硬件安装硬件安装（ 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

2.5.22.5.2 软件编程软件编程（ 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。

2.5.32.5.3 相关指令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。

流水灯控制的梯形图流水灯控制的梯形图

由于控制规律是相似的，故每个网络也相似；本网络中， T37 为启动条件， T38为延时和退出条件， M10.0为驱动控制。

2.5.42.5.4 程序调试程序调试点击工具条中的下载图标或者在命令菜单中选择 File>Download来下载程序。

单击工具条中的运行图标或者在命令菜单中选择 PLC>RUN。

选择 Debug>Program Status来监控程序。


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2.62.6 评价提高评价提高

2.6.12.6.1 评价验收评价验收依据国家标准对工程进行验收，验收过程可以分为几个小组，当一个小组担当工程实施施工队伍，而另一组的将做为监理队伍实施全过程监理。有依据工程建设标准的模板设计的表格，针对上述施工的项目，对应相应的条目，进行施工质量的验收。

2.6.22.6.2 总结总结 1.可编程控制器主要由 CPU 、存储器、输入输出

接口、外围设备、电源组成。 2. 掌握 S7-200PLC 的内部资源便于熟练编程。 3. 定时器指令的要素较多，掌握该指令对于有时

间控制的场合是必需的。

2.6.32.6.3提高提高

设计多功能流水灯，按下开关 I0.0 ， 8只灯自上向下亮，循环往复；按下开关 I0.1 ，8只灯自下向上亮，循环往复。

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