PLC應用技術（S7-1200機型）課件 項目三任務1單燈控制程序設計

《可編程控制器技術應用》單燈控制程序設計主講教師：×××Microbot目錄010203第一部分：任務描述第二部分：任務準備與實施第三部分：任務檢查與評價目錄第一部分任務描述本系統(tǒng)要求設計一個單燈的控制系統(tǒng)，按下”啟動”按鈕后，HL1開始閃爍，頻率為0.5Hz，按下停止按鈕后熄滅。要求完成系統(tǒng)的接線并用博途軟件進行編程、下載、運行。一、任務描述1.任務目標（1）理解定時器功能塊參數(shù)的含義。（2）理解內(nèi)部變量的含義。（3）能使用梯形圖創(chuàng)建簡單的用戶自定義功能塊程序。（4）能繪制單燈閃爍PLC系統(tǒng)的外部接線圖。（5）能利用功能塊程序編寫單燈閃爍控制程序。一、任務描述2.實施條件（1）已經(jīng)安裝完畢的1200系列PLC系統(tǒng)一套，包含相應的數(shù)字量輸入、輸出模塊、電源模塊。（2）已經(jīng)安裝好博途軟件的計算機一臺。3.安全提示（1）PLC所有模塊的安裝與接線必須在斷電的情況下操作。（2）在安裝接線完成后，必須由指導教師檢查后才能上電運行。（3）在通電的情況下，不能用手去觸摸任何金屬端子。（4）出現(xiàn)任何異常情況先斷電，并立即向指導教師報告。目錄第二部分任務準備與實施二、任務準備與實施任務實施過程如圖3-1所示。圖3-1任務實施過程二、任務準備與實施1.PLC控制系統(tǒng)硬件設計（1）單燈控制系統(tǒng)工作原理的分析按下”啟動”按鈕SB1，燈HL1點亮，同時定時器開始啟動計時，0.5s時間到后，燈HL1熄滅，再過0.5s后，燈HL1再次點亮，如此循環(huán)下去。（2）繪制PLC外部接線原理圖并接線根據(jù)繼電器-接觸器控制原理，如圖所示完成本控制任務需要有”啟動”按鈕SB1這個主令控制信號作為輸入設備；有執(zhí)行元件（燈）HL1作為輸出設備。雖然還有定時器進行定時控制，但這種控制屬于PLC內(nèi)部的程序控制，并不對外部產(chǎn)生輸出信號。所以本系統(tǒng)共有一個輸入設備、一個輸出設備。PLC外部接線原理圖如圖3-2所示。二、任務準備與實施1.PLC控制系統(tǒng)硬件設計圖3-2PLC外部接線原理圖二、任務準備與實施2.程序設計（1）程序結構S7-1200程序主要分為OB塊（組織塊），F(xiàn)B塊（功能塊），F(xiàn)C塊（函數(shù)）以及數(shù)據(jù)塊（DB）。a.OB塊（組織塊）組織塊是操作系統(tǒng)和用戶程序之間的接口。OB用于執(zhí)行具體的程序：在CPU啟動時；在一個循環(huán)或延時時間到達時；當發(fā)生硬件中斷時；當發(fā)生故障時；組織塊根據(jù)其優(yōu)先級執(zhí)行。二、任務準備與實施2.程序設計

因此，組織塊的基本功能是調(diào)用用戶程序，同時還可以執(zhí)行自動化系統(tǒng)的啟動、循環(huán)程序的處理、中斷程序的執(zhí)行以及錯誤的處理等功能。OB組織塊分為三個優(yōu)先組，高優(yōu)先組中的組織塊可中斷低優(yōu)先組中的組織塊；如果同一個優(yōu)先組中的組織塊同時觸發(fā)將按其優(yōu)先級由高到低進行排隊依次執(zhí)行；如果同一個優(yōu)先級的組織塊同時觸發(fā)時，將按塊的編號由小到大依次執(zhí)行。編號設定如圖3-3所示。圖3-3組織塊編號設定二、任務準備與實施2.程序設計b.FB塊（功能塊）功能塊(FB)是使用背景數(shù)據(jù)塊保存其參數(shù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的代碼塊。FB具有位于數(shù)據(jù)塊(DB)或“背景”DB中的變量存儲器。背景DB提供與FB的實例（或調(diào)用）關聯(lián)的一塊存儲區(qū)并在FB完成后存儲數(shù)據(jù)?？蓪⒉煌谋尘癉B與FB的不同調(diào)用進行關聯(lián)。通過背景DB可使用一個通用FB控制多個設備。通過使一個代碼塊對FB和背景DB進行調(diào)用，來構建程序。然后，CPU執(zhí)行該FB中的程序代碼，并將塊參數(shù)和靜態(tài)局部數(shù)據(jù)存儲在背景DB中。FB執(zhí)行完成后，CPU會返回到調(diào)用該FB的代碼塊中。背景DB保留該FB實例的值。隨后在同一掃描周期或其它掃描周期中調(diào)用該功能塊時可使用這些值。圖3-4顯示了三次調(diào)用同一個FB的OB，方法是針對每次調(diào)用使用一個不同的數(shù)據(jù)塊。該結構使一個通用FB，在每次調(diào)用時為各設備分配不同的背景數(shù)據(jù)塊。每個背景DB存儲單個設備的運行數(shù)據(jù)。我們在第一個任務用使用的計數(shù)器就是這樣的一種情況。圖3-4功能塊的多次調(diào)用圖3-4功能塊的多次調(diào)用圖3-4功能塊的多次調(diào)用二、任務準備與實施2.程序設計c.FC塊（功能）功能(FC)是通常用于對一組輸入值執(zhí)行特定運算的代碼塊。FC將此運算結果存儲在存儲器位置。例如，可使用FC執(zhí)行標準運算和可重復使用的運算（例如數(shù)學計算）或者執(zhí)行工藝功能（如使用位邏輯運算執(zhí)行獨立的控制）。FC也可以在程序中的不同位置多次調(diào)用。此重復使用簡化了對經(jīng)常重復發(fā)生的任務的編程。FC不具有相關的背景數(shù)據(jù)塊(DB)。對于用于計算該運算的臨時數(shù)據(jù)，F(xiàn)C采用了局部數(shù)據(jù)堆棧。不保存臨時數(shù)據(jù)。二、任務準備與實施2.程序設計d.數(shù)據(jù)塊（DB）數(shù)據(jù)塊用于存儲程序數(shù)據(jù)，分為全局數(shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)塊就相當于其他的變量地址，訪問方式分為直接和間接尋址方式。在創(chuàng)建DB塊時，如果需要可以插入建好的。對于背景數(shù)據(jù)塊，它與函數(shù)塊相關聯(lián)，存儲FB的輸入、輸出、輸入/輸出、靜態(tài)變量的參數(shù)，其變量只能在FB中定義，不能在背景數(shù)據(jù)塊中直接創(chuàng)建，程序中調(diào)用FB時，可以分配一個創(chuàng)建的背景DB，也可以直接定義一個新的DB塊，該DB塊將自動生成并作為這個FB的背景數(shù)據(jù)塊。二、任務準備與實施2.程序設計e.用戶程序結構根據(jù)實際應用要求，可選擇線性結構或模塊化結構用于創(chuàng)建用戶程序。線性程序按順序逐條執(zhí)行用于自動化任務的所有指令。通常，線性程序將所有程序指令都放入用于循環(huán)執(zhí)行程序的OB(OB1)中。我們前面所做的程序基本都是線性程序。如圖3-5所示。圖3-5線性程序結構二、任務準備與實施2.程序設計e.用戶程序結構模塊化程序調(diào)用可執(zhí)行特定任務的特定代碼塊。要創(chuàng)建模塊化結構，需要將復雜的自動化任務劃分為與過程的工藝功能相對應的更小的次級任務。每個代碼塊都為每個次級任務提供程序段。通過從另一個塊中調(diào)用其中一個代碼塊來構建程序。如圖3-6所示。圖3-6模塊化程序結構二、任務準備與實施2.程序設計e.用戶程序結構通過創(chuàng)建可在用戶程序中重復使用的通用代碼塊，可簡化用戶程序的設計和實現(xiàn)。使用通用代碼塊具有許多優(yōu)點:可為標準任務創(chuàng)建能夠重復使用的代碼塊，如用于控制泵或電機；也可以將這些通用代碼塊存儲在可由不同的應用或解決方案使用的庫中。將用戶程序構建到與功能任務相關的模塊化組件中，可使程序的設計更易于理解和管理。模塊化組件不僅有助于標準化程序設計，也有助于使更新或修改程序代碼更加快速和容易。通過將整個程序構建為一組模塊化程序段，可在開發(fā)每個代碼塊時測試其功能。創(chuàng)建與特定工藝功能相關的模塊化組件，有助于簡化對已完成應用程序的調(diào)試，并減少調(diào)試過程中所用的時間。二、任務準備與實施2.程序設計（2）定時器與西門子傳統(tǒng)的PLC不同，S7-1200系列PLC使用了IEC格式的定時器，它們都屬于功能塊（FB），有自己專用的存儲區(qū)（背景數(shù)據(jù)），定時器的指令保存在背景數(shù)據(jù)塊中。在插入定時器或者計數(shù)器指令時，要求創(chuàng)建一個16字節(jié)的IEC_Timer數(shù)據(jù)類型或者IEC_Counter的DB結構（背景數(shù)據(jù)塊）。與傳統(tǒng)的定時器相比，減少了內(nèi)存使用，而且使用數(shù)量僅受CPU存儲容量大小限制。IEC定時器和計數(shù)器沒有編號，可以使用背景數(shù)據(jù)塊的名稱來做定時器或者計數(shù)器的標識符名稱。西門子1200定時器有4種不同類型，分別是脈沖定時器（TP）、延時導通定時器（TON）、延時斷開定時器（TOF）、時間累加器（TONR）。二、任務準備與實施2.程序設計a.脈沖定時器（TP）使用脈沖定時器（TP）的功能是將輸出Q置位保持到預設的時間。當輸入IN的邏輯運算結果(RLO)從0變?yōu)?時，啟動該指令。指令啟動時，預設的時間PT即開始計時。無論后續(xù)輸入信號的狀態(tài)如何變化，都將輸出Q置位直到PT指定的時間結束。如果IN輸入信號為1狀態(tài)，則當前時間值保持不變，否則將變?yōu)?。PT為預設時間值，ET為定時開始后經(jīng)過的時間也就是當前時間，數(shù)據(jù)類型為32位的Time，單位為ms，可以不給Q和ET指定地址。各參數(shù)可以使用I、Q、M、D、L存儲區(qū)，IN和PT也可以給定常量。如圖3-7所示，當I0.0得電，Q0.0輸出10S，其時序圖如圖XX所示。如果想中途斷開輸出，可以使用定時器復位線圈（RT）指令實現(xiàn)。二、任務準備與實施2.程序設計a.脈沖定時器（TP）

圖3-7脈沖定時器程序及波形圖二、任務準備與實施2.程序設計b.延時導通定時器（TON）如圖3-8所示。延時導通定時器（TON）的功能是將輸出Q的置位時間延時到PT指定的時間，當輸入IN的邏輯運算結果(RLO)從0變?yōu)?時，該指令啟動。當IN接通的時間大于等于PT，ET達到定時時間，輸出Q置位，IN斷開，Q復位；如果當IN接通的時間小于PT，當前時間ET被清零，輸出Q保持0狀態(tài)不變。延時導通定時器（TON）如圖XX所示，各參數(shù)可以使用I、Q、M、D、L存儲區(qū)，IN和PT也可以給定常量。二、任務準備與實施2.程序設計b.延時導通定時器（TON）圖3-8延時導通定時器程序及波形圖二、任務準備與實施2.程序設計c.延時關斷定時器（TOF）延時關斷定時器（TOF）的功能是將輸出Q的關斷時間延時到PT指定的時間，當輸入IN的邏輯運算結果(RLO)從0變?yōu)?時，將輸出Q置位。當輸入IN處的信號狀態(tài)變回0時，預設的時間PT開始計時，達到定時時間輸出Q置位。如果當前時間未達到PT預設定的值，IN輸入信號變?yōu)?，當前時間ET被清零，輸出Q保持1狀態(tài)不變。延時關斷定時器（TOF），如圖3-9所示，各參數(shù)可以使用I、Q、M、D、L存儲區(qū)，IN和PT也可以給定常量。二、任務準備與實施2.程序設計c.延時關斷定時器（TOF）圖3-9延時關斷定時器程序及波形圖二、任務準備與實施2.程序設計d.時間累加器（TONR）如圖3-10所示。時間累加器（TONR）的IN接通時開始計時，輸入斷開，累計的時間保持不變，當累計時間達到設定值，定時Q輸出變?yōu)?。時間累加器（TONR）除了具有失電保持功能外，其余功能和延時導通定時器完全一樣。其累加器復位清零是通過在復位輸入端（R）實現(xiàn)。二、任務準備與實施2.程序設計d.時間累加器（TONR）圖3-10時間累加器程序及波形圖二、任務準備與實施3.程序輸入和仿真（1）使用TON功能塊直接進行編程程序如圖3-11所示。利用timer（1s）的來控制周期的復位，用timer（0.5s）的來控制燈亮的時間。圖3-11線性編程二、任務準備與實施3.程序輸入和仿真（2）模塊化編程模塊化程序變量表如圖3-12所示。功能塊程序如圖3-13所示，主程序如圖3-14所示。圖3-12功能塊程序變量表二、任務準備與實施3.程序輸入和仿真（2）模塊化編程圖3-13功能塊程序圖二、任務準備與實施3.程序輸入和仿真（2）模塊化編程圖3-14主程序二、任務準備與實施3.程序輸入和仿真（3）程序的拓展若原系統(tǒng)的控制要求變?yōu)樾枰瑫r控制兩個燈的閃爍。對于使用了功能塊進行編程的程序來講，只要求增加一個數(shù)據(jù)DB塊就可以完成設計。具體程序如圖3-15所示。二、任務準備與實施3.程序輸入和仿真（3）程序的拓展

圖3-15雙燈控制程序二、任務準備與實施4.程序下載和運行程序下載到實體PLC并填寫下面表格當前狀態(tài)觀測對象變化啟動按鈕按下后M0.01s定時器0.5秒定時器