機(jī)床電氣及PLC控制（第三版） 課件 課題13 交通燈的控制

【項(xiàng)目分析】

通過(guò)用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈系統(tǒng)的控制，掌握步進(jìn)指令的編程及程序輸入、運(yùn)行調(diào)試的方法。項(xiàng)目5

交通燈的控制機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【學(xué)習(xí)目標(biāo)】應(yīng)知1.掌握步進(jìn)指令的功能。2.理解順序功能圖（SFC）的含義。應(yīng)會(huì)1.掌握順序功能圖的編寫，學(xué)會(huì)利用順序功能圖編寫步進(jìn)程序。2學(xué)會(huì)運(yùn)用步進(jìn)指令實(shí)現(xiàn)控制功能。3.進(jìn)一步熟悉編程軟件的使用。項(xiàng)目5交通燈的控制機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社任務(wù)5.2交通燈的PLC控制系統(tǒng)項(xiàng)目5

交通燈的控制機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【新課導(dǎo)入】1.簡(jiǎn)略復(fù)習(xí)“任務(wù)5.1”的內(nèi)容；2.簡(jiǎn)略介紹本次課（任務(wù)5.2）的主要教學(xué)內(nèi)容與4～12學(xué)時(shí)的教學(xué)安排。

步驟一：了解控制要求

十字路口交通燈示意圖如圖5-8所示，

控制要求如下：當(dāng)下起動(dòng)按鈕SB1之后，南北方向

紅燈亮并保持，同時(shí)東西方向綠燈亮并保持20s；20s時(shí)間到，東西綠燈閃3s（每周期1s）后熄滅；隨即東西黃燈亮3s后熄滅，東西紅燈亮并保持；此時(shí)南北紅燈滅，南北綠燈亮，保持24s；24s時(shí)間到，南北綠燈閃3s（每周期1s）后熄滅；隨即南北黃燈亮3s后熄滅；此時(shí)南北紅燈亮，東西紅燈滅，綠燈亮，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。按下停止按鈕SB2，信號(hào)系統(tǒng)停止，所有信號(hào)燈滅。其波形圖如圖5-9所示。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟P150圖5-8交通燈示意圖

步驟一：了解控制要求

P150圖5-9交通燈控制波形圖機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟

步驟二：I/O端口分配與器材配置1.I/O端口分配I/O口地址分配見表5-4，需要連接到PLC的輸入端口只有2點(diǎn)，輸出端口有6點(diǎn)，因此可選用型號(hào)為FX3U-16MR的PLC（有輸入、輸出端口各8點(diǎn)，其地址分別為X000～X007，Y000～Y007）。P151表5-4交通燈控制系統(tǒng)I/O分配表機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟輸

入輸

出X000啟動(dòng)按鈕SB1Y000東西綠燈X001停止按鈕SB2Y001東西黃燈

Y002東西紅燈

Y003南北綠燈

Y004南北黃燈

Y005南北紅燈

步驟二：I/O端口分配與器材配置2.配置器材

按表5-5準(zhǔn)備完成本任務(wù)需要使用的器材和設(shè)備：P151表5-5完成任務(wù)5.2所需的設(shè)備、工具、器材明細(xì)表機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟序號(hào)名

稱型號(hào)/規(guī)格單位數(shù)量1單相交流電源220V、36V、6V

2FX3U系列PLC主機(jī)FX3U-32MR/ES型臺(tái)13計(jì)算機(jī)裝有GX–Works2PLC編程軟件臺(tái)14模擬交通燈控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)板

塊15萬(wàn)用表MF-47型臺(tái)16塑料軟銅線

若干7電工和PLC實(shí)訓(xùn)通用工具

試電筆、榔頭、螺絲刀、電工刀、電工鉗、尖嘴鉗、剝線鉗、活絡(luò)扳手等（詳見表1-1）套1

步驟三：PLC控制系統(tǒng)接線圖PLC控制系統(tǒng)接線圖如圖5-10所示。

P151圖5-10PLC控制系統(tǒng)接線圖機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟

步驟四：編制順序功能圖

交通燈控制系統(tǒng)是典型的時(shí)序控制系統(tǒng)，使用步進(jìn)功能流程圖和順序控制指令能使控制程序的編寫思路清晰，程序更為簡(jiǎn)明易懂。用單一順序功能圖編制控制程序如圖5-11所示。此外，由于東西方向和南北方向的燈是同時(shí)運(yùn)行的，所以也可以采用并行分支的順序功能圖，兩個(gè)分支分別表示東西和南北方向，如圖5-12所示。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟

步驟四：編制順序功能圖

P152圖5-11用單一順序功能圖編制的控制程序機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟

步驟四：編制順序功能圖

P152圖5-12交通燈控制系統(tǒng)的并行分支順序功能圖機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟

步驟五：編制PLC控制梯形圖程序

⒈編制程序

用步進(jìn)指令分別對(duì)圖5-11和5-12編制的梯形圖程序如圖5-13和5-14所示。(1)在圖5-13的程序中，按下停止按鈕SB2，程序中第68步利用區(qū)間復(fù)位指令ZRST指令將所有狀態(tài)器復(fù)位，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)停止運(yùn)行功能。(2)在圖5-14的程序中，按下停止按鈕SB2，程序中第80步利用區(qū)間復(fù)位指令ZRST指令（可見“任務(wù)6.1五”）將所有狀態(tài)器復(fù)位，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)停止運(yùn)行功能。2.用GX－Works2編程軟件輸入程序。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟

步驟五：編制PLC控制梯形圖程序

P153圖5-13用步進(jìn)指令對(duì)圖5-11編制的梯形圖程序機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟

步驟五：編制PLC控制梯形圖程序

P154圖5-14用步進(jìn)指令對(duì)圖5-12編制的梯形圖程序機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟

步驟六：調(diào)試運(yùn)行

根據(jù)圖5-10電路圖接線，調(diào)試程序并試運(yùn)行，觀察控制效果；作運(yùn)行情況的記錄。

步驟七：實(shí)訓(xùn)總結(jié)

教師與學(xué)生一起對(duì)交通燈PLC控制系統(tǒng)的編程進(jìn)行總結(jié)分析。P155機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

工作步驟【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社

西門子S7-200系列的PLC產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)有較廣泛地使用，其早期的產(chǎn)品是S5系列，S7系列是S5系列的更新?lián)Q代產(chǎn)品，有S7-200（小型）、S7-300（中型）和S7-400（大型）等，在此僅對(duì)S7-200系列（圖5-15）作簡(jiǎn)單介紹。

(P156)圖5-15S7-200系列PLC【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)1.S7-200系列PLC的系統(tǒng)組成SIMATICS7-200系列PLC由主機(jī)(CPU單元)和各

種擴(kuò)展單元所組成，其它配件包括有總線連接器和總線擴(kuò)展口，如圖5-16所示。（P156）圖5-16S7-200系列PLC的系統(tǒng)組成示意圖機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)1.S7-200系列PLC的系統(tǒng)組成(1)CPU單元S7-200作為一個(gè)產(chǎn)品系列，有多種型號(hào)的CPU單元，CPU單元的第一代產(chǎn)品為CPU21*(*為編號(hào)，下同)，有CPU212、CPU214、CPU215、CPU216四種型號(hào)；近年已更新?lián)Q代為第二代產(chǎn)品CPU22*，也有四種型號(hào)，分別為CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。

①CPU221：CPU221單元有10點(diǎn)I/O(6/4)端，無(wú)I/O擴(kuò)展能力；有4KB的程序存儲(chǔ)器容量；還有4個(gè)獨(dú)立的30kHz的高速計(jì)數(shù)器，兩路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出端；1個(gè)RS-485接口；具有PPI、MPI通信協(xié)議和自由通信方式。該型號(hào)適合于I/O點(diǎn)數(shù)較少的控制系統(tǒng)。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)1.S7-200系列PLC的系統(tǒng)組成

②CPU222：CPU222單元有14點(diǎn)I/O(8/6)，可以連接兩個(gè)I/O擴(kuò)展單元，最大I/O點(diǎn)數(shù)為40/32(數(shù)字量)或者8/6(數(shù)字量)＋8/2(模擬量)；其他功能與CPU221基本相同，適合于I/O點(diǎn)數(shù)較多的控制系統(tǒng)。

③CPU224：CPU224單元有24點(diǎn)I/O(14/10)，可連接的I/O擴(kuò)展單元增加至7個(gè)，最大I/O點(diǎn)數(shù)為94/74(數(shù)字量)或者14/10(數(shù)字量)＋28/7(模擬量)；程序存儲(chǔ)器容量也增加至8KB；此外還增加了指令和高速計(jì)數(shù)器的數(shù)量，因此具有較強(qiáng)的控制能力。

④CPU226：CPU226單元在CPU224的基礎(chǔ)上功能又有進(jìn)一步的提高：主機(jī)本身有40點(diǎn)I/O(24/16)，可以連接7個(gè)I/O擴(kuò)展單元，最大I/O點(diǎn)數(shù)為128/120(數(shù)字量)或24/16(數(shù)字量)＋28/7(模擬量)；增加了通信口的數(shù)量，使通信能力大大增強(qiáng)。該型號(hào)適合于I/O點(diǎn)數(shù)較多且控制要求較高的中、小型控制系統(tǒng)。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)1.S7-200系列PLC的系統(tǒng)組成CPU221、CPU222、CPU224、CPU226的主要性能見（P157）表5-7。(2)I/O擴(kuò)展單元

當(dāng)主機(jī)(CPU單元)的I/O端口不夠用時(shí)，與其他系列一樣，可擴(kuò)接I/O擴(kuò)展單元，（P158）表5-8為各CPU單元最大I/O配置表。S7-200的I/O擴(kuò)展單元有兩種，一種是數(shù)字量I/O擴(kuò)展單元，另一種是模擬量I/O擴(kuò)展單元(即A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元)。

①數(shù)字量I/O擴(kuò)展單元有三大類共9種數(shù)字量I/O擴(kuò)展單元，見（P158）表5-9。

②模擬量I/O擴(kuò)展單元有三種型號(hào)，分別為模擬量輸入(A/D)、模擬量輸出(D/A)和模擬量輸入/輸出(A/D、D/A)單元，見（P159）表5-10。

此外，S7-200系列還配有一些特殊功能單元(如溫度控制單元)等，若需要使用可查閱產(chǎn)品手冊(cè)等有關(guān)資料。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社2.S7-200系列內(nèi)部寄存器（P159）表5-11S7-200系列內(nèi)部寄存器配置一覽表【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)

2.S7-200系列內(nèi)部寄存器(2)內(nèi)部寄存器的編址方法和尋址方式

①S7-200內(nèi)部寄存器的地址編號(hào)方法如下：

其中位地址編號(hào)為8進(jìn)制數(shù)（每字有8位）。例如：“I1．2”表示數(shù)字量輸入映象存儲(chǔ)區(qū)的第二個(gè)（字節(jié)1）的第三位（位地址為2）。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)2.S7-200系列內(nèi)部寄存器(2)內(nèi)部寄存器的編址方法和尋址方式②S7-200內(nèi)部寄存器的尋址方式

由表5-11可知，S7-200內(nèi)部寄存器的尋址方式有四種：a.位尋址——上述的標(biāo)注方式即為位尋址的方式，可以進(jìn)行位尋址的內(nèi)部寄存器有：I、Q、M、SM、L、V、S。在進(jìn)行位尋址時(shí)沒(méi)有尋址類型的標(biāo)號(hào)“T”。

除了位尋址外，還有字節(jié)、單字和雙字尋址三種方式，下面以變量存儲(chǔ)器V為例來(lái)說(shuō)明這三種尋址方式。b.字節(jié)尋址——尋址類型標(biāo)號(hào)為“B”

機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)2.S7-200系列內(nèi)部寄存器(2)內(nèi)部寄存器的編址方法和尋址方式②S7-200內(nèi)部寄存器的尋址方式

c.單字尋址——尋址類型標(biāo)號(hào)為“W”

d.雙字尋址——尋址類型標(biāo)號(hào)為“D”

由表5-11可知，可以進(jìn)行位尋址的都可以進(jìn)行字節(jié)、字和雙字尋址，此外還有累加器AC。至于模擬量輸入、輸出映象寄存器和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的編址方式，將在下面結(jié)合其功能一起介紹。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)

2.S7-200系列內(nèi)部寄存器(3)內(nèi)部寄存器簡(jiǎn)介

①I、Q寄存器

由表5-11可見，S7-200系列PLC的I、Q寄存器各有128點(diǎn)(0～15共16字節(jié)，每字節(jié)8位，8×16＝128點(diǎn))。但實(shí)際上每種CPU單元的最大I/O配置如前所述（可見表5-8），均不大于128/128（最大的CPU226為128/120）。最大I/O配置主要受到CPU單元帶擴(kuò)展單元的最大電流，以及I、Q寄存器總數(shù)的限制，未被使用的I、Q寄存器可作為通用輔助寄存器(M)等使用(注意只有整個(gè)字寄存器的所有位都未被占用的情況下才能另作他用)。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)

2.S7-200系列內(nèi)部寄存器(3)內(nèi)部寄存器簡(jiǎn)介

②AI、AQ寄存器

由表5-11可見，S7-200系列PLC的AI、AQ寄存器是按字

尋址的，每字2字節(jié)，16位，因此字地址編號(hào)從0～62按偶數(shù)編號(hào)，如AIW0、AIW2、AIW4……，

這樣AI、AQ寄存器各有32字。同數(shù)字量的I/O寄

存一樣，實(shí)際使用的模擬量最大I/O點(diǎn)數(shù)≤32/32。

但是與I、Q寄存器不同的是，未被使用的AI、AQ寄存器不可以另作他用。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)

【例5-1】

S7-200系列PLC的CPU單元和I/O擴(kuò)展單元地址編號(hào)舉例

某一控制系統(tǒng)使用CPU224單元，系統(tǒng)所需I/O點(diǎn)數(shù)為：數(shù)字量26/22，模擬量8/4，其I/O地址編號(hào)見表5-12。（P161）表5-12【例5-1】表單

元地

址主機(jī)：CPU224，數(shù)字量I/O＝14/10I0．0～I(xiàn)0．7，I1．0～I(xiàn)1．5；Q0．0～Q0．7，Q1．0～Q1．1第一級(jí)I/O擴(kuò)展單元：EM221，數(shù)字量I＝8I2．0～I(xiàn)2．7第二級(jí)I/O擴(kuò)展單元：EM222，數(shù)字量O=8Q2．0～Q2．7第三級(jí)I/O擴(kuò)展單元：EM235，模擬量I/O=4/2AIW0、AIW2、AIW4、AIW6；AQW0、AQW2第四級(jí)I/O擴(kuò)展單元：EM223，數(shù)字量I/O=4/4I3．0～I(xiàn)3．3；Q3．0～Q3．3第五級(jí)I/O擴(kuò)展單元：EM235，模擬量I/O=4/2AIW8、AIW10、AIW12、AIW14；AQW4、AQW6機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)

【例5-1】

由表5-12可見I/O地址編號(hào)的規(guī)律為：a,同一類型的輸入或O輸出點(diǎn)，按各單元的順序進(jìn)行編址；b.數(shù)字量I、Q寄存器每個(gè)字節(jié)為8位，在本單元實(shí)際位數(shù)未用完8位的，剩余的位不能分配給下一個(gè)單元使用。c.模擬量AI、AQ寄存器按偶數(shù)(1字=2字節(jié))遞增編號(hào)。

③通用輔助寄存器（M）和特殊標(biāo)志寄存器（SM）M和SM的功能分別類似于松下電工FP1的內(nèi)部繼電器和特殊內(nèi)部繼電器。

④變量寄存器（V）和局部變量寄存器（L）V和L寄存器都是用作存儲(chǔ)變量，區(qū)別是V存儲(chǔ)的是全局變量，適用于任何程序(包括主程序、子程序和中斷程序)；而L存儲(chǔ)的是局部變量，只適用于特定的程序。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)

2.S7-200系列內(nèi)部寄存器(3)內(nèi)部寄存器簡(jiǎn)介

⑤定時(shí)器（T）S7-200系列PLC提供三種類型的定時(shí)器：接通延時(shí)定時(shí)器TON、有記憶的接通延時(shí)定時(shí)器TONR和斷開延時(shí)定時(shí)器TOF。定時(shí)器的編號(hào)由T0～T255，共256個(gè)，見表5-13。

（P162）表5-13S7-200系列PLC定時(shí)器

由表5-13可見，TON與TOF的編號(hào)范圍相同，在使用中須注意不要重復(fù)編號(hào)。定時(shí)器類型分辨率(ms)最長(zhǎng)延時(shí)時(shí)間(s)定時(shí)器編號(hào)TONR132.767T0、T6410327.67T1～T4、T65～T681003276.7T5～T31、T69～T95TON、TOF132.767T32、T9610327.67T33～T36、T97～T1001003276.7T37～T63、T101～T255機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)

2.S7-200系列內(nèi)部寄存器(3)內(nèi)部寄存器簡(jiǎn)介

⑥計(jì)數(shù)器（C）S7-200系列PLC提供的計(jì)數(shù)器也有三種：加計(jì)數(shù)器CTU、加/減計(jì)數(shù)器CTUD和減計(jì)數(shù)器CTD。計(jì)數(shù)器的編號(hào)也是T0～T255，共256個(gè)。

⑦累加器（AC）S7-200系列PLC提供4個(gè)32位累加器，編號(hào)為AC0～AC3。累加器用作暫存數(shù)據(jù)，包括運(yùn)算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)。

⑧順序控制繼電器（S）

順序控制繼電器與順序控制指令結(jié)合使用，用于實(shí)現(xiàn)順序控制。機(jī)床電氣及PLC控制高等教育出版社【閱讀材料】西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介(P156)

二、S7-200系列PLC簡(jiǎn)介3.S7-200