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PLC例题与总结


PLC复习 考试题型:
1 题型:填空、简答、梯形图与指令表的转 换、 顺序控制 、控制程序设计; 2 内容:基本概念、PLC的编程与使用;

3 范围:所有课堂上讲述过的内容。

复习范围:

第二篇 S7-200系列PLC及其指令
第五章 可编程序控制器及其工作原理
PLC定义:

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第一节 可编程序控制器的产生与发展 第二节 可编程序控制器的用途及特点 第三节 可编程序控制器的硬件组成

输出接口用来连接被控对象中各种执行元件,如接触器、电 磁阀、指示灯、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)等。 开关量输出单元可分为晶体管输出、晶闸管输出和继电器 输出单元。 各种输出电路均带有输出指示。

PLC的输出电路分共点式、分组式、隔离式三种。 输出只有一个公共端子的称共点式; 分组式是将输出端子分成若干组,每组共用一个公共端子; 隔离式是具有公共端子的各输出点之间互相隔离,可各自 使用独立的电源。

第四节 PLC的软件及应用程序编程语言
1 . 系统软件
2.用户程序 编程语言: PLC提供的编程语言通常有三种:梯形图( LAD)、 指令表( STL)和顺序功能流程图(SFC) 梯形图左右两边垂直的线称为母线,母线之间是线路连 接的元件,主要是触点与线圈。 右母线可以省略。 梯形图的一个重要概念是“能流”。“能流”是一种假想 的能量流,方向从左到右,顺序从上自下。 “能流”在任何时候都不会通过接点自右向左流。

第五节 可编程序控制器的运行方式
PLC有两种基本状态,即运行状态与停止状态。 为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号, 用户程序不是只执行一次,而是反复不断地重复执行. 在每次循环过程中,PLC还要完成内部处理、通信处 理等工作。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描 工作方式。 PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。 每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。 扫描过程有“输入采样”、“程序执行”,“输出刷新” 三个阶段。

第六节 PLC的主要性能指标
1.存储容量 2.输入/输出点数 3.扫描速度 4.编程指令的种类和数量 5. 扩展能力 6. 智能单元的数量

第六章 S7-200系列可编程控制器
1.输入继电器(I) 输入继电器和PLC的输入端子相连,是专设的输入过程 映像寄存器,用来接收外部传感器或开关元件发来的信号。
注意:输入继电器不能由程序驱动,其触点也不能直接输出带动负载

2.输出继电器( Q) 输出继电器是PLC向外部负载发出控制命令的窗口, 是专设的输出过程映像寄存器。输出继电器的外部输出触 点接到输出端子上,以控制外部负载。 输出继电器的外部输出器件有三种:继电器、晶体管 和晶闸管。

3.内部标志位(M) 不直接驱动外部负载,只起中间状态的暂存作用,类似 于继电接触器系统中的中间继电器。 4.特殊标志位(SM)
分为只读及可读/可写区两大部分。只读区特殊标志位, 用户只能利用其触点。 5.定时器(T) 6.计数器(C) 7 . 高速计数器(HC) 9. 累加器(AC) 10.局部存储器(L) 11.状态元件(S) 12.模拟量输入/输出 (AIW/AQW)

8. 变量寄存器(V)

第七章 S7-200系列可编程控制器基本逻辑指令

及其程序编制
基本逻辑控制指令一般指位逻辑指令、定时器指令及 计数器指令。位逻辑指令又含触点指令、线圈指令、逻辑 堆栈指令、RS触发器等指令。 下图所示梯形图及语句表示了串联电路的并联操作指令。

执行程序时,先算出各个并联支路(或逻辑)的结果, 然后把这些结果进行与再传送到输出。

如下所示梯形图及语句表表示了生成脉冲指令的应用。

堆 栈 指 令 编 程 举 例

记忆接通延时定时器指令的应用:

断开延时定时器指令的应用:

减计数器指令的应用:

增减计数器指令的应用:

例1 自锁控制

例2.互锁控制(连锁控制) 常用于对输入开关和输出继电器的控制电路。

例3 互锁控制(二)

例4.瞬时接通/延时断开电路

例5.延时接通/延时断开电路
电路要求:有输入信号后,停一段时间输出信号才为ON;输入信号OFF 后,输出信号延时一段时间才OFF。

例6 分频电路
在许多控制场合,需要对控制信号进行分频。以二分频为例,要求输出 脉冲Q0.0是输入信号脉冲I0.1的二分频。如例图6所示。

例7.振荡电路 下图 为一振荡电路。当输入 10. 0接通时,输出 Q0. 0闪烁, 接通和断开交替进行。接通时间为1S,由定时器T33设定;断 开时间为2S,由定时器T34设定。

例8.电机顺序启/停电路 有三台电机M1、M2、M3,要求启动顺序为:先启动M1,经 TI后启动M2,再经T2后启动M3。停车时要求:先停M3,经T3 后再停M2,再经T4后停M1。

电路中有2个输入点,即启动按钮I0.0、停止按钮I0.l;3个输 出点,即分别对应M1的Q0.0、M2的Q0.1和M3的Q0.2。

例 8 电 机 顺 序 启 停 控 制

/

9. 彩灯控制 彩灯控制梯形图如图3所示。设启动按钮为 I0.0,停止按钮 为 I0.1,第一花样输出为Q0.0,第二花样输出为Q0.1,第 三花样输出为Q0.2。 按下启动按钮,第一花样绿灯亮;10s后,第二花样蓝灯亮; 20s后,第三花样红灯亮;再过10s后返回到第一花样,如此 循环,仅在第三花样后可停止。

图3 彩灯控制

第八章 顺控继电器指令
一、顺控继电器指令及状态法编程 S7-200含有256个顺序控制继电器。 顺序控制指令可以模仿控制进程的步骤,对程序逻辑分块, 将程序分成流程的顺序步骤,可同时激活多个流程. 顺序控制开始指令(SCR)、 顺序控制转换指令(SCRT)、 顺序控制结束指令(SCRE)三个指令

不能在多个程序内使用相同的Sn位。
不能在SCR段内使用JMP及LBL指令。 不能在 SCR段内使用 FOR、 NEXT或 END指令。

? 状态编程思想: 将一个较复杂的控制过程分解为一系列状态,将其之间的联 系及每个状态的任务分为两条主线表达。 状态器及顺控继电器指令是实现状态编程的专用器件及指令。 状态具有三个基本要素。 要素1.本状态做什么。 要素2.满足什么条件发生状态转移。 要素3.状态转移的下一个状态是什么。 状态流程图 绘制时,需先将过程分解为一个个的状态,并 用状态框表示,用带有短横线的线段连接起来。 线段上的短横线是状态间转移的条件,俗称“开关”。

图6 可选择的分支的功能图 本可选择的分支的对应梯形图如下:

图7

图8 并行分支和联接

图9 跳转和循环

顺序控制指令应用举例
小车运动控制示意图。

图10 小车运动控制示意图。

图11 程序结构图

图12 手动操作梯形图

图13 小车自动运行功能图

第九章 S7-200系列PLC基本功能指令及应用
功能指令(Functional Instruction)或称为应用程序 (Applied Instruction),用于数据处理,如数据的传送、 运算、变换、程序控制及通讯等功能。

第一节 功能指令的分类及用途 第二节 功能指令的表达形式及使用要素
(l)功能框及指令的标题 梯形图中功能指令多用功能框表达。功能框顶部标有该指 令的标题。 标题由两个部分组成,前部为指令的助记符,多为英语缩 写词,如加法指令 “ADD”; 后部为参与运算的数据类型,如“I”,表示为整数。

(2)语句表达格式
语句表达式一般也分为两个部分,第一部分是助记符,表示 指令的功能,一般与功能框中指令标题相同,但也可能不同; 第二部分为参加运算的数据地址或数据,也有无数据的功能指 令语句。 (3)操作数类型及长度 操作数是功能指令涉及或产生的数据。功能框及语句用“IN” 及“OUT”表示的即为操作数。 功能框左边的操作数通常是源操作数,功能框右边的为目标 操作数。 操作数的类型及长度必须和指令相配合。表示常数时,K表 示十进制,H表示十六进制。

( 4)指令的执行条件及执行形式
功能框中以“ EN”表示的输入为指令执行的条件。 ( 5)指令功能及 ENO状态 某些功能指令框右侧有ENO输出。 如指令被正常执行,ENO输出会将能流传递给下一个元素。 如果指令执行出错,ENO则为0。

第三节 S7-200系列PLC基本功能指令
一、传送类指令 二、比较指令

图 1 比 较 指 令 的 应 用

计数器 C30中的当前值大于等于 30时, Q0.0为 ON; VD1 中的实数小于 95.8且 I0.0为 ON时, Q0.1为 ON; VB1中的 值大于 VB2的值或 I0. l为 ON时, Q0.2为 ON。

-

三、数字运算类指令

图 2 加1/减 1运算指令的应用

四、逻辑操作指令 五、移位与循环移位指令

六、表指令
七、转换指令

第四节 功能指令的编程思路及应用实例
应用举例:

1 . 用比较指令编写的电机顺序启/停电路的梯形图及程序 有三台电机M1、M2、M3,要求启动顺序为:先启动M1, 经TI后启动M2,再经T2后启动M3。停车时要求:先停M3, 经T3后再停M2,再经T4后停M1。 电路中有2个输入点,即启动按钮I0.0、停止按钮I0.l; 3个输出点,即分别对应M1的Q0.0、M2的Q0.1和M3的 Q0.2。

图1

2.整数运算举例 编制把检测值转换成实际的温度值存于VD0中的程序。 对检测值的分析:当测得温度达到测温元件上限温度 200 0C 时,要求温度转换器的电流为20mA, AIW0的数值约为32767 (每毫安对应的A/D值约为32767/20);测得温度为最低温 度0C时,温度转换器的电流应该为4mA,A/D值约为 4*(32767/20)= 6553.4 被测温度为0~200C时,AIW0的对应值约为6553.4~32767。 可以算出10C对应的A/D值大约为: (32767-6553.4)/200=131.068 AIW0的数值转换为实际温度的计算公式为: VD0=(AIW0-6553.4)/131.068 如图 五 所示。

图5 整数运算

第十章 程序控制类指令及应用
包括:跳转指令、循环指令、子程序指令、中断指令等。

第一节 跳转指令
例1:

第二节 循环指令
一、循环指令及其功能 FOR / NEXT指令,循环执行FOR指令和NEXT指令之间的指令 一定次数。 梯形图表示:

语句表示:“FOR INDX,INIT, FINAL”(循环开始指 令);“NEXT”(循环结束指令)。

一、循环指令及其功能 FOR:用来标记循环体的开始。 NEXT:用来标记循环体的结束,无操作数。

循环指令中有三个数据输入端:当前循环计数INDX、循环初 值INIT和循环终值FINAL。 FOR和 NEXT之间的程序段称为循 环体,每执行一次循环体,当前计数值增1,并且将其结果同 循环终值作比较,如果大于终值,则终止循环。
说明:①FOR和NEXT指令必须成对使用。 ②FOR和NEXT可以循环嵌套,嵌套最多为8层,但各个嵌套之 间不可有交叉现象。 ③每次输入信号EN重新有效时,指令将自动复位各参数。 二、举例 1.

第三节 子程序指令
第四节 中断指令
1.中断连接指令 语句表示:“ATCH INT, EVNT” 2.中断分离指令 语句表示:“DTCH EVNT”。 3.中断返回指令

4. 中断允许指令

5.中断禁止指令

二、中断类型:
1.通讯口中断 2 .I/O中断 3.时基中断

三、中断优先级及中断队列
中断接以下固定的优先级顺序执行:通信(最高优先级)、 I/O中断、时基中断(最低优先级)。 一个程序内最多可有128个中断 。

四、中断程序编程步骤
建立中断程序“INT n”;在中断程序“INT n”中编写其应用 程序;编写中断连接指令(ATCH);允许中断(ENI)。

第十一章 S7-200系列PLC模拟量单 元及PID指令
第一节 S7-200 EM235模拟量工作单元

一、性能指标
S7-200系列目前可以提供3种模拟量扩展模块: (1)模拟量输入模块 EM-231:每个 EM-231扩展 3路模拟 量输入通道。 (2)模拟量输出模块EM-232:每个EM-232扩展2路模拟量 输出通道。 (3)模拟量输入/输出模块EM-235:每个EM-235同时扩 展3路模拟量输入通道和1路模拟量输出通道。

第二节 EM235模拟量控制应用实例(略)
第三节 PID调节及 PID指令
一、PID指令
PID回路的操作取决于存储在36字节回路表内的9个参数。 1. PID回路指令 梯形图表示:

语句表示:“PID TABLE, LOOP”。

2.PID算法
3.回路控制的组合选择 若只需PID算法中的P项(比例项)或I项(积分项)、或PI 项。对这种回路控制的功能组合的选择可通过对相关参数(常 数)的设定来完成。 若不需要积分项,应将积分时间常数设置为无穷大。 若不需要微分项,则应将微分时间常数设置为0。 4.回路输入量的转换及归一化 5. 将回路控制输出转换为按工程量标定的整数值 6.变量与范围 7.控制回路参数表(LOOP TABLE)

PID控制指令执行的形式为:“PID TABLE, LOOP”。 操作数TABLE所指定的参数控制表的结构见下表1,此表含 有9个参数,全部为32位的实数格式,占用36个字节。
表1 PID参数控制表

8.PID的编程步骤 (1)设定回路输入及输出选项; (2)设定回路参数;

在PID指令中,必须指定内存区内的36个字节参数表的首地 址。其中,要选定过程变量、设定值、回路增益、采样时间、 积分时间和微分时间,并转换成标准值存入回路表中。 (3)设定循环警报选项;
( 4)指定计算内存区域 ; PID计算需要一定的存储空间,存储暂时结果。需要指定此 计算区域的起始内存的字节地址。 (5)指定初始化子程序及中断程序; (6)生成 PID程序。

9. 编程举例
某水箱需要维持一定的水位。该水箱里的水以变化的速度从 水箱的出水管中流出。因而需要有一个水泵以不同的速度, 通过水箱的进水管向水箱供水,以维持水位不变。 被控对象为需保持一定压力的供水水箱,调节量为其水位, 给定量为满水位的75%,控制量为向水箱注水的调速电机的 转速。调节量(为单极性信号)由水位计检测后经 A/D变 换送入PLC。用于控制电机的转速信号由PLC执行PID指令 后以单极性信号经D/A变换后送出。 本工程的特点是,在系统中,水泵的机械惯性比较大,故系 统仅采用比例和积分控制。其增益和时间常数可以通过工程 计算初步确定。实际中,还需要进一步调整,以达到最优控 制效果。 本例假设采用PI控制。

增益、采样时间常数和积分时间常数选为: KC=0.25, TS=0.1S,TI=30s。 工作在手动方式下时,可以把水泵的速度( 0. 0~1.0之间 的实数)直接写入回路表中的输出寄存器。 本例中的程序仅有自动控制方式的设计。其中主程序OB1 的功能是PLC首次运行时利用SM0.l调用初始化程序SBR0。 子程序SBR_0的功能是形成PID的回路表,建立100ms的定 时中断,并且开中断。中断程序INT0的功能是输入水箱的 水面高度AIW0的值,并送入回路表。 I0.0=1时,进行PID“自动”控制。把PID运算的输出值送 到AQWO中,从而控制进水泵的速度,以保持水箱的水面高 度。

图1 主程序梯形图

图 2 子 程 序 梯 形 图

图 3 中 断 服 务 程 序 梯 形 图 1

图 4 中 断 服 务 程 序 梯 形 图 2

第十二章 S7-200系列PLC应用举例
例1: 一个密码锁,有8个按键SB1~SB8,其控制要求为: ①SB7为启动键,按下SB7键,才可进行开锁作业。 ②SB1、SB2、SB5为可按压键。开锁条件为:SB1设定按压 次数为3次,SB2设定按压次数为2次,SB5按压次数为4次。 如果按上述规定按压,则5S后,密码锁自动打开。 ③SB3、SB4为不可按压键,一按压,警报器就发出警报。

④SB6为复位键,按下SB6键后,可重新进行开锁作业。如果 按错键,则必须进行复位操作,所有的计数器都被复位。
⑤SB8为停止键,按下SB8键,停止开锁作业。

除了启动键外,不考虑按键的顺序。

1. 编程元件的地址分配
①输入输出继电器地址分配如表12-1所示。 表12-1 输入/输出继电器地址分配表

②其他编程元件地址分配如表12- 2所示。
表12- 2 其他编程元件地址分配

3.接线图
如图12-1所示。

图12-1

密码锁控制的接线图

4. 参考梯形图程序

例2.水泵控制 在一个恒压供水系统中,有4台水泵,为保持主管道压力在一 定的范围内保持恒定,可将水泵自动地依次进行切换(接通或 者切除),如图12-4所示。 控制要求如下: ①当主管道压力低于正常压 力5S后,接通水泵的开关脉 冲,被触发。
图12-4 压力控制示意图

②当主管道压力高于正常压 力5S后,切除水泵的开关脉 冲,被触发。

③所有4台水泵的运行时间和接通频率尽可能一致。 ④水泵切换的原则是:当需要切除水泵时,总是将运行时间 最长的那台水泵先切除;当需要接通水泵时,总是将停止运 行时间最长的那台水泵先接通。

1.编程元件的地址分配
输入/输出继电器地址分配表如表12-5所示。 表12-5 输入/输出继电器地址分配表

表12- 6 其它编程元件地址分配

2

. 参 考 梯 形 图 程 序

例4.机械手控制系统设计实例 机械手的动作示意如图13-12所示。它是一个水平/垂直 位移的机械设备,用来将工件从左工作台搬到右工作台。

机械手的动作过程如图13-13所示

1. 工作方式: 机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式,自 动操作方式又分为步进、单周期和连续操作方式。 手动操作:用按钮对机械手的每一步运动单独进行操作控 制。 步进操作:每按一次启动按钮,机械手完成一个动作后自 动停止。 单周期操作.机械手从原点开始按一下启动按钮,机械手 自动完成一个周期的动作后停止。 连续操作:机械手从原点开始,按下启动按钮,机械手的 动作将自动地、连续不断地周期性循环。按下停止按钮,机 械手将继续完成一个周期的动作后,回到原点自动停止。 2. 操作面板布置: 如图13-14所示。

3 . 输入输出端子地址分配 : 该机械手控制系统共使用了14个输入量,6个输出量。

4. 程序整体结构

5. 实现单操作的程序

6. 自动操作程序图

对应梯形图:

6. 步进动作状态 转移图 与图13-18相 似,但每步动作 都须增加一个启 动按钮。如图13 -20所示。 步进操作所用 的输出继电器、 定时器与其他操 作所用的输出继 电器、定时器相 同。

例5. 人行道交通灯控制
控制要求:如图14-7所示,当有人要通过横道时,按路 两边的按钮 I0. 0或 I0.1发出过街请求信号,而后交通灯以图 14-8的时序动作,完成一次过街。

PLC硬件安排及软件规划:两只过街信号按钮,用I0. 0及 I0.1输入端,车行道红、绿、黄灯占用三个输出点Q0.0~Q02, 人行道红绿灯占用两个输出点Q0.3及Q0.4 。 本例可采用并行性分支的顺控继电器编程方式。状态转移 图如14-9所示。

由状态流程图绘出梯形图程序及程序说明(见图14-10)。

图14-10

例6. 大小球分选机控制
控制要求如图14-11所示,大小球分选机用于将料箱中的 钢球依大小不同分置于小球容器及大球容器中,分选过程如 下:左上为原点,动作顺序为下降、吸球、上升、右行、下 降、释放、上升、左行。 在以上过程中,机械臂下降时,电磁铁吸住大球,下限开 关SQ2断开,若吸住小球,SQ2接通

PLC硬件安排:输入输出端口及机内器件如表14-4所示。 根据控制要求分析可知本例可采用选择性分支的顺控继 电器编程方式。状态转移图如图14-12所示。


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