S7-1200PLC應(yīng)用技術(shù)項目教程課件：流水燈的PLC控制

流水燈的PLC控制一、任務(wù)導(dǎo)入在日常生活中，經(jīng)?？吹綇V告牌上的各種彩燈在夜晚時滅時亮、有序變化，形成一種絢爛多姿的效果。本任務(wù)將以8組LED組成循環(huán)點亮的流水燈為例，圍繞其控制系統(tǒng)的實現(xiàn)介紹移動值指令、循環(huán)移位指令的編程應(yīng)用。（一）數(shù)制與基本數(shù)據(jù)類型二、知識鏈接

數(shù)制

二進(jìn)制制數(shù)進(jìn)制數(shù)的一位（bit）只有0和1兩種不同的取值，可用來表示開關(guān)量（或稱數(shù)字量）的兩種不同的狀態(tài)，如觸點斷開或接通，線圈的斷電或通電等。如果該位為1，則正邏輯情況下表示梯形圖中對應(yīng)的編程軟件的線圈“通電”，其常開觸點接通。常閉觸點斷開，反之，則相反。二進(jìn)制數(shù)用2#表示，2#1111_1001_0110_0001是一個16位二進(jìn)制數(shù)。十六進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)的表示方法：十六進(jìn)制數(shù)的16個數(shù)字由0～9這十個數(shù)字以及A、B、C、D、E、F（對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)10～15）6個字母構(gòu)成的，其運算規(guī)則為逢十六進(jìn)一，在西門子S7-1200PLC中B#16#、W#16#、DW#16#分別表示十六進(jìn)制字節(jié)、十六進(jìn)制字和十六進(jìn)制雙字常數(shù)，例如16#3D5F。在數(shù)字后面加H也可以表示十六進(jìn)制數(shù)，例如16#3D5F可以表示為3D5FH。十六進(jìn)制數(shù)的與其他數(shù)制的轉(zhuǎn)換：十六進(jìn)制與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換按照其運算規(guī)則進(jìn)行，例如B#16#2E=2×16+14×1=46；十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制則采用除16方法，1234=4×162+13×16+2=4D2H。十六進(jìn)制與二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換則注意十六進(jìn)制中每個數(shù)字占二進(jìn)制數(shù)的4位即可，例如2B7FH=0010_1011_0111_1111。補碼有符號二進(jìn)制整數(shù)用補碼來表示，其最高位為符號位，正數(shù)的符號位為0，負(fù)數(shù)的符號位為1。正數(shù)的補碼就是它本身，最大的16位二進(jìn)制正數(shù)為32767。將正數(shù)的補碼逐位取反后加1，得到絕對值與它相同的負(fù)數(shù)的補碼。例如：1158對應(yīng)的補碼為2#0000010010000110，-1158對應(yīng)的補碼為2#1111101101111010。BCD碼BCD碼是將一個十進(jìn)制數(shù)的每一位都用4位二進(jìn)制數(shù)表示，即0～9分別用0000～1001表示，而剩余6種組合（1010～1111）則沒有在BCD碼中使用。BCD碼的最高4位二進(jìn)制數(shù)用來表示符號（“-”用1111表示，“+”用0000表示），16位BCD碼字的范圍為-999～999。32位BCD碼雙字的范圍為-9999999～9999999。BCD碼實際上是十六進(jìn)制數(shù)，但是各位之間的關(guān)系是逢十進(jìn)一。十進(jìn)制數(shù)可以很方便地轉(zhuǎn)換為BCD碼，例如十進(jìn)制數(shù)192對應(yīng)的BCD碼為W#16#192或2#0000_0001_1001_0010。

基本數(shù)據(jù)類型表2-15S7-1200PLC基本數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型位數(shù)bit取值范圍舉

例位（Bool）10～10,1或FALSE，TRUE字節(jié)（Byte）816#00～16#FF16#12,16#EF字（Word）1616#0000～16#FFFF16#1234，16#01AB數(shù)據(jù)類型位數(shù)bit取值范圍舉

例雙字（DWord）3216#00000000～16#FFFFFFFF16#01234567字符（Char）816#00～16#FF‘B’,‘@’有符號短整數(shù)（SInt）8-128～127-120，120整數(shù)（Int）16-32768～32767-10000，26768雙整數(shù)（DInt）32-2147483648～2147483647-32768,32767無符號短整數(shù)（USInt）80～255100,200無符號整數(shù)（UInt）160～165535101,3000無符號雙整數(shù)（UDInt）320～42949672952000,45000浮點數(shù)（Real）32±1.175495e-38～±3.402823e+3812.45，-1.2e+12，3.4e-3雙精度浮點數(shù)（LReal）64±2.2250738585072020e-308～±1.7976931348623157e+30812345.123456789，-1.2e+40時間（Time）32T#-24d20h31m23s648ms～T#24d20h31m23s647msT#10d20h30m20s640ms雙字（DWord）3216#00000000～16#FFFFFFFF16#01234567表2-15S7-1200PLC基本數(shù)據(jù)類型（續(xù)）由表2-15可以看出，字節(jié)、字和雙字都是無符號數(shù)。8位、16位和32位整數(shù)是有符號數(shù)，整數(shù)的最高位是符號位，最高位為0時表示正數(shù)，最高位為1時表示負(fù)數(shù)。整數(shù)用補碼表示，正數(shù)的補碼就是它本身，將一個正數(shù)對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)的各位求反碼后加1，就可以得到絕對值和它相等的負(fù)數(shù)的補碼。8位、16位和32位無符號整數(shù)只取正值，使用時要根據(jù)情況選用正確的數(shù)據(jù)類型。浮點數(shù)又稱為實數(shù)（Real），最高位（第31位）為浮點數(shù)的符號位，如圖2-66所示，正數(shù)時為0，負(fù)數(shù)時為1。規(guī)定尾數(shù)的整數(shù)部分總是為1，第0～22位為尾數(shù)的小數(shù)部分。8位指數(shù)加上偏移量127后（0～255），放在第23～30位。圖2-66浮點數(shù)的格式浮點數(shù)可表示為1.m×2E，指數(shù)E是有符號數(shù)，E=e-127（其中e是二進(jìn)制整數(shù)形式的指數(shù)，取值范圍為0～255）。范圍為±1.175495×10-38～±3.402823×1038。STEP7中用小數(shù)表示浮點數(shù)。時間型數(shù)據(jù)為32數(shù)據(jù)，其格式為T#多少天（day）多少小時（hour）多少分鐘（minute）多少秒（second）多少毫秒。Time數(shù)據(jù)類型以表示毫秒時間的有符號雙精度整數(shù)形式存儲。（二）移動指令在S7-1200PLC的梯形圖中，用方框表示某些指令、函數(shù)（FC）和函數(shù)塊（FB），輸入信號均在方框的左邊，輸出信號均在方框的右邊。梯形圖中有一條提供“能流”的左側(cè)垂直線（左母線），當(dāng)其左側(cè)邏輯運算結(jié)果RLO為“1”時能流流到方框指令的左側(cè)使能輸入端EN（EnableInput），“使能”有允許的意思。使能輸入有能流時，方框指令才能執(zhí)行。如果方框指令EN端有能流輸入，而且執(zhí)行時無錯誤，則使能輸出ENO（EnableOutput）端將能流流入下一元件。如果執(zhí)行過程中有錯誤，能流在出現(xiàn)錯誤的方框指令終止。移動值指令移動值（MOVE）指令是將IN輸入端的源數(shù)據(jù)傳送（復(fù)制）到OUT1輸出的目標(biāo)地址，并且轉(zhuǎn)換為OUT1允許的數(shù)據(jù)類型（與是否進(jìn)行IEC檢查有關(guān)），源數(shù)據(jù)保持不變。IN和OUT1的數(shù)據(jù)類型可以是位字符串、整數(shù)、浮點數(shù)、定時器、日期時間、Char、WChar、Struct、Array、IEC定時器/計數(shù)器數(shù)據(jù)類型、PLC數(shù)據(jù)類型(UDT)，IN還可以是常數(shù)。注意：如果輸入IN數(shù)據(jù)類型的位長度超出輸出OUT1數(shù)據(jù)類型的位長度，則目標(biāo)值中源數(shù)據(jù)的高位會丟失。如果輸入IN數(shù)據(jù)類型的位長度小于輸出OUT1數(shù)據(jù)類型的位長度，目標(biāo)值的高位會被改寫為0。MOVE指令允許有多個輸出，單擊MOVE指令方框內(nèi)OUT1前面的“”標(biāo)記，將會增加一個輸出，增加的輸出的名稱為OUT2，以后增加的輸出的編號按順序遞增。用鼠標(biāo)右鍵單擊每某個輸出的短線，執(zhí)行快捷菜單中的“刪除”命令，將會刪除該輸出。刪除后自動調(diào)整剩下的輸出的編號。移動值指令的應(yīng)用舉例如圖2-67所示。圖2-67移動值指令的應(yīng)用

循環(huán)移位指令循環(huán)移位指令有循環(huán)左移（ROL）和循環(huán)右移（ROR）兩條，是將輸入?yún)?shù)IN指定的存儲單元的整個內(nèi)容逐位循環(huán)左移或循環(huán)右移若干位，即移出來的位又送回存儲單元另一端空出來的位，原始的位不會丟失。N為移位的位數(shù)，移位的結(jié)果保存在輸出參數(shù)OUT指定的地址。移位的位數(shù)N可以大于被移位存儲單元的位數(shù)，執(zhí)行指令后，ENO總是為“1”狀態(tài)。N為0時不移位，但將IN指定的輸入值復(fù)制給OUT指定的地址。循環(huán)移位指令說明見表2-16。指令名稱LAD/FBD操作數(shù)類型說明循環(huán)左移IN，OUT：位字符串、整數(shù)將輸入IN中操作數(shù)的內(nèi)容按位向左移N位，并輸出到OUT中。用移出來的位填充因循環(huán)移位而空出來的位參數(shù)N：USInt、UInt、UDInt表2-16循環(huán)移位指令說明指令名稱LAD/FBD操作數(shù)類型說明循環(huán)右移IN，OUT：位字符串、整數(shù)將輸入IN中操作數(shù)的內(nèi)容按位向右移N位，并輸出到OUT中。用移出來的位填充因循環(huán)移位而空出來的位參數(shù)N：USInt、UInt、UDInt表2-16循環(huán)移位指令說明（續(xù)）循環(huán)移位指令的應(yīng)用如圖2-68所示，MB2中的數(shù)據(jù)為二進(jìn)制01111011，執(zhí)行ROR指令后，MB4中的數(shù)據(jù)變?yōu)?1101111；MW6中的數(shù)據(jù)為0101001010111010，執(zhí)行ROL指令后MW8中的數(shù)據(jù)變?yōu)?001010111010010。圖2-68循環(huán)移位指令的應(yīng)用（一）任務(wù)目標(biāo)三、任務(wù)實施1）熟練掌握循環(huán)移位指令和移動值指令編程及應(yīng)用。2）會繪制流水燈控制的I/O接線圖，并能根據(jù)接線圖完成PLCI/O接線。3）能根據(jù)控制要求編寫梯形圖程序。4）熟練掌握使用博途編程軟件進(jìn)行設(shè)備組態(tài)、編制流水燈控制梯形圖，并下載至CPU進(jìn)行調(diào)試運行。表2-17所需設(shè)備與器材（二）設(shè)備與器材序號名稱符號型號規(guī)格數(shù)量備注1常用電工工具

十字起、一字起、尖嘴鉗、剝線鉗等1套表中所列設(shè)備、器材的型號規(guī)格僅供參考2計算機（安裝博途編程軟件）

1臺3西門子S7-1200PLC

CPUCPU1214CAC/DC/Rly，訂貨號：6ES7214-1AG40-0XB01臺4流水燈模擬控制掛件

1個5以太網(wǎng)通信線

1根6連接導(dǎo)線

若干（三）內(nèi)容與步驟圖2-69流水燈模擬控制面板8組LED燈組成的流水燈，模擬控制面板如圖2-69所示。按下起動按鈕時，流水燈以正序每隔1s依次點亮（HL1→HL1、HL2→HL1、HL2、HL3→HL1…），當(dāng)8組燈全亮1s后，閃亮3s；然后再重復(fù)上述過程。無論何時按下停止按鈕，流水燈全部熄滅。

任務(wù)要求

I/O地址分配與接線圖2-18流水燈控制I/O地址分配表輸

入輸

出設(shè)備名稱符號I元件地址設(shè)備名稱符號Q元件地址起動按鈕SB1I0.0流水燈1HL1Q0.0停止按鈕SB2I0.1流水燈2HL2Q0.1

………

流水燈8HL8Q0.7圖2-70

流水燈控制I/O接線圖

創(chuàng)建工程項目打開博途編程軟件，在Portal視圖中選擇“創(chuàng)建新項目”，輸入項目名稱“2RW_4”選擇項目保存路徑，然后單擊“創(chuàng)建”按鈕創(chuàng)建項目完成，并完成項目硬件組態(tài)。

編輯變量表在項目樹中，打開“PLC變量”文件夾，創(chuàng)建“變量表_1[10]”，在該變量表中根據(jù)I/O地址分配表編輯變量表如圖2-71所示。圖2-71流水燈控制變量表

編寫程序

系統(tǒng)存儲器字節(jié)的設(shè)置在本任務(wù)硬件組態(tài)界面，雙擊項目樹下“PLC_1[CPU1214CAC/DC/Rly]”文件夾中的“設(shè)備組態(tài)”，打開該PLC的設(shè)備視圖。選中CPU后，再選中巡視窗口中“屬性”下的“常規(guī)”選項，打開在“脈沖發(fā)生器”文件夾中的“系統(tǒng)和時鐘存儲器”選項，便可對它們進(jìn)行設(shè)置。單擊右邊窗口的復(fù)選框“啟用系統(tǒng)存儲器字節(jié)”，采用默認(rèn)的MB1作為系統(tǒng)存儲器字節(jié)，如圖2-72所示，可以修改系統(tǒng)存儲器字節(jié)的地址。將MB1設(shè)置為系統(tǒng)存儲器字節(jié)后，該字節(jié)中的M1.0～M1.3的意義如下：M1.0（首次循環(huán)）：僅在CPU進(jìn)入RUN模式時的首次掃描時為“1”狀態(tài)，以后一直為“0”狀態(tài)。M1.1（診斷圖形已更改）：CPU登錄了診斷事件時，在一個掃描周期內(nèi)為“1”狀態(tài)。M1.2（始終為1）：在CPU進(jìn)入RUN模式時一直為“1”狀態(tài)。其常開觸點總是閉合的。M1.3（始終為0）：在CPU進(jìn)入RUN模式時一直為“0”狀態(tài)。其常閉觸點總是閉合的。

時鐘存儲器字節(jié)的設(shè)置在圖2-72界面，單擊右邊窗口的復(fù)選框“啟用時鐘存儲器字節(jié)”，采用默認(rèn)的MB0作為時鐘存儲器字節(jié)，也可以修改時鐘存儲器字節(jié)的地址。圖2-72組態(tài)系統(tǒng)存儲器字節(jié)與時鐘存儲器字節(jié)時鐘脈沖是一個周期內(nèi)“0”狀態(tài)和“1”狀態(tài)所占的時間各為50%的方波信號，時鐘存儲器字節(jié)各位對應(yīng)的時鐘脈沖的周期和頻率見表2-19。CPU在掃描循環(huán)開始時初始化這些位。位M0.7M0.6M0.5M0.4M0.3M0.2M0.1M0.0周期/s21.610.80.50.40.20.1頻率/Hz0.50.62511.2522.5510表2-19時鐘存儲器字節(jié)各位對應(yīng)的時鐘脈沖周期與頻率這里需要特別強調(diào)的是：指定了系統(tǒng)存儲器和時鐘存儲器字節(jié)后，這兩個字節(jié)就不能再用于其他用途，并且這兩個字節(jié)的12位只能使用它們的觸點，不能使用其線圈，否則將會使用戶程序運行出錯，甚至造成設(shè)備損壞或人身傷害。

編寫程序圖2-73流水燈控制梯形圖圖2-73流水燈控制梯形圖（續(xù)）將設(shè)備組態(tài)及圖2-73所示的梯形圖程序編譯后下載到CPU中，啟動CPU，將CPU切換至RUN模式下，然后按照圖2-70進(jìn)行PLC輸入、輸出接線，調(diào)試運行，觀察運行結(jié)果。

調(diào)試運行（四）分析與思考1）在圖2-73梯形圖程序中，閃亮3s是如何實現(xiàn)的，8組燈在閃亮?xí)r亮、滅各多長時間？2）如果本任務(wù)改為跑馬燈的PLC控制，即8組等每隔1s輪流點亮，其它條件不變，梯形圖程序應(yīng)如何編制？3）如果將流水燈循環(huán)移位及閃爍控制的秒脈沖改用定時器指令實現(xiàn)，其梯形圖程序應(yīng)如何編制？4）若本任務(wù)流水燈要求反向依次點亮（即HL8→HL8、HL7→HL8、HL7、HL6→HL8…），其梯形圖程序應(yīng)如何編制？四、任務(wù)考核表2-20任務(wù)實施考核表序號考核內(nèi)容考核要求評分標(biāo)準(zhǔn)配分得分1電路及程序設(shè)計（1）能正確分配I/O地址，并繪制I/O接線圖（2）設(shè)備組態(tài)（3）根據(jù)控制要求，正確編制梯形圖（1）I/O地址分配錯或少，每個扣5分（2）I/O接線圖設(shè)計不全或有錯，每處扣5分（3）CPU組態(tài)、通信模塊組態(tài)與現(xiàn)場設(shè)備型號不匹配，每項扣10分（4）梯形圖表達(dá)不正確或畫法不規(guī)范，每處扣5分40分2安裝與連線根據(jù)I/O接線圖，正確連接電路（1）連線錯一處，扣5分（2）損壞元器件，每只扣5～10分（3）損壞連接線，每根扣5～10分20分3調(diào)試與運行能熟練使用編程軟件編制程序下載至CPU，并按要求調(diào)試運行（1）不能熟練使用編程軟件進(jìn)行梯形圖的編輯、修改、轉(zhuǎn)換、寫入及監(jiān)視，每項2分（2）不能按照控制要求完成相應(yīng)的功能，每卻一項扣5分20分4安全操作確保人身和設(shè)備安全違反安全文明操作規(guī)程，扣10～20分20分5合計（一）移位指令（SHL、SHR）五、知識拓展移位指令SHL和SHR將輸入?yún)?shù)IN指定的存儲單元的整個內(nèi)容逐位左移或右移若干位，移位的位數(shù)用輸入?yún)?shù)N來定義，移位的結(jié)果保存在輸出參數(shù)OUT指定的地址。無符號數(shù)移位和有符號數(shù)左移后空出來的位用0填充。有符號數(shù)右移后空出來的位用符號位（原來的最高位填充），正數(shù)的符號位為0，負(fù)數(shù)的符號位為1。移位的位數(shù)N為0時不會移位，但是IN指定的輸入值被復(fù)制給OUT指定的地址。如果N大于被移位存儲單元的位數(shù)，所有原來的位都被移出后，全部被0或符號位取代。移位操作的ENO總是為“1”狀態(tài)。指令名稱LAD/FBD操作數(shù)類型說明左移IN，OUT：位字符串、整數(shù)將輸入IN中操作數(shù)的內(nèi)容按位向左移N位，并輸出到OUT中。當(dāng)進(jìn)行無符號數(shù)移位時，用0填充操作數(shù)右側(cè)區(qū)域空出的位，如果指定的數(shù)有符號，則用符號位的信號狀態(tài)填充空出的位參數(shù)N：USInt、UInt、UDInt表2-21

移位指令說明指令名稱LAD/FBD操作數(shù)類型說明右移IN，OUT：位字符串、整數(shù)將輸入IN中操作數(shù)的內(nèi)容按位向右移N位，并輸出到OUT中。當(dāng)進(jìn)行無符號數(shù)移位時，用0填充操作數(shù)左側(cè)區(qū)域空出的位，如果指定的數(shù)有符號，則用符號位的信號狀態(tài)填充空出的位參數(shù)N：USInt、UInt、UDInt表2-21移位指令說明（續(xù)）將基本指令列表中的移位指令拖放到梯形圖后，單擊移位指令后將在方框名稱下面的右側(cè)和名稱的右上角出現(xiàn)黃色三角形符號，將鼠標(biāo)移至（或單擊）方框名稱下面和右上角出現(xiàn)的黃色三角符號，會出現(xiàn)“”圖標(biāo)，單擊指令名稱下面右側(cè)的“”圖標(biāo)，可以用下拉式列表設(shè)置變量的數(shù)據(jù)類型