任務一　搶答器控制

【任務目標】

1.學習S7-200系列PLC的位邏輯指令。

2.掌握使用位邏輯指令進行編程的基本方法。

3.掌握S7-200系列PLC輸出繼電器分組形式及配線方法。

【任務分析】

在各種知識競賽中，經常用到搶答器?，F有四人搶答器，通過CPU224型PLC來實現控制。其硬件組成及布局如圖2-1所示。4個搶答器按鈕SB1～SB4分別與PLC的4個輸入端子I0.1～I0.4相連，與之對應的4路輸出指示燈HL1～HL4則分別與PLC的4個輸出端子Q0.1～Q0.4相連?？刂埔螅褐挥凶钤绨聪聯尨鸢粹o的參賽方，才能點亮其序號相同的輸出指示燈。后續者無論是否按下搶答按鈕，均不會有輸出。當組織人按下復位按鈕SB0后，輸入端I0.0接通，搶答器復位，從而進入下一輪競賽。

【相關知識】

梯形圖指令與語句表指令是可編程控制器程序最常用的兩種表述工具，它們之間有著密切的對應關系。邏輯控制指令是PLC中最基本最常見的指令，是構成梯形圖及語句表的基本成分。

基本邏輯控制指令一般指位邏輯指令、定時器指令及計數器指令。位邏輯指令又含觸點指令、線圈指令、邏輯堆棧指令、RS觸發器指令等。有關邏輯堆棧指令的相關內容將在后續項目中學習。這些指令處理的對象大多為位邏輯量，主要用于邏輯控制類程序中。

1.編程相關問題

（1）PLC I/O端點的分配方法。每一個傳感器或開關輸入對應一個PLC確定的輸入點，每一個負載對應一個PLC確定的輸出點。外部按鈕（包括啟動和停車）一般用動合觸點。

（2）輸出繼電器的使用方法。PLC在寫輸出階段要將輸出映像寄存器的內容送至輸出點Q，采用繼電器輸出方式時，PLC的繼電器觸點要動作，所以輸出端不帶負載時，控制線圈應使用內部繼電器M或其他，盡可能不要使用輸出繼電器Q的線圈。

（3）梯形圖程序繪制方法。梯形圖程序是利用STEP7編程軟件在梯形圖區按照自左而右、自上而下的原則繪制的。為提高PLC運行速度，觸點的并聯網絡多連在左側母線，線圈位于最右側。

（4）梯形圖網絡段結構。梯形圖網絡段的結構是軟件系統為程序注釋和編譯附加的，雙擊網絡題目區，可以在彈出的對話框中填寫程序段注釋。網絡段結構不增加程序長度，并且軟件的編譯結果可以明確指出程序錯誤語句所在的網絡段。清晰的網絡結構有利于程序的調試。正確地使用網絡段有利于程序的結構化設計，使程序簡明易懂。

2.觸點及線圈指令

觸點及線圈是梯形圖最基本的元素，從元件角度出發，觸點及線圈是元件的組成部分，線圈得電則該元件的常開觸點閉合，常閉觸點斷開；反之，線圈失電則常開觸點恢復斷開，常閉觸點恢復接通。從梯形圖的結構而言，觸點是線圈的工作條件，線圈的動作是觸點運算的結果。觸點指令含標準觸點指令、立即觸點指令、取反指令及正、負跳變指令，由于觸點分常開及常閉兩種類型，以上提及的指令又可分為針對常開觸點和針對常閉觸點的。

立即觸點指令是針對快速輸入需要而設立的。立即觸點指令的操作數是輸入口。立即觸點可以不受掃描周期的影響，即時地反映輸入狀態的變化。

取反指令（NOT）改變能流輸入的狀態，當到達取反指令的能流為1時，經過取反指令后能流則為0；當到達取反指令的能流為0時，經過取反指令后能流則為1。

正跳變指令（EU）可用來檢測由0到1的正跳變，負跳變指令（ED）可用來檢測由l到0的負跳變，正、負跳變允許能流通過一個掃描周期。

（1）觸點指令。表2-2列出了觸點指令的類型、梯形圖符號及使用說明。

觸點指令運用示例參見表2-3。

（2）線圈指令。線圈指令含線圈輸出指令、立即輸出指令及置位復位、立即置位復位指令等，見表2-4。線圈輸出指令與置位指令的區別在于線圈的工作條件滿足時，線圈有輸出，條件失去時，輸出停止。而置位指令具有保持功能，在某掃描周期中置位發生后，不經復位指令處理，輸出將保持不變。如表2-3中Q0.3。

立即置位及立即復位是針對輸出繼電器的，可不受掃描周期的影響，將輸出繼電器立即置位或復位。

線圈指令運用示例參見表2-5。

3.塊“與”及塊“或”操作指令

較復雜的梯形圖邏輯電路圖，繪制雖然非常簡單，但觸點的串、并聯關系不能全部用簡單的與、或、非邏輯關系描述。語句表指令系統中設計了電路塊的“與”操作和電路塊的“或”操作指令。

電路塊是指以LD為起始的觸點串、并聯網絡。下面對這類指令加以說明。

（1）塊“與”指令ALD。將多觸點電路塊（一般是并聯電路塊）與前面的電路塊串聯，它不帶元件號。ALD指令相當于兩個電路塊之間的串聯連線，該點也可以視為它右邊的電路塊的LD點。需要串聯的電路塊的起始觸點使用LD、LDN、LDI或LDNI指令，完成了兩個電路塊的內部連接后，用ALD指令將它前面已經連接好的兩塊電路串聯。如表2-6網絡1中，I0.0與I0.3是一個并聯電路塊，I0.1與I0.2是另一個并聯電路塊，指令表中通過“ALD”將二者串聯起來。

（2）塊“或”指令OLD。將多觸點電路塊（一般是串聯電路塊）與前面的電路塊并聯，它不帶元件號。OLD指令相當于電路塊之間右側的一段垂直連線。需要并聯的電路塊的起始觸點使用LD、LDN、LDI或LDNI指令，完成了電路塊的內部連接后，用OLD指令將它前面已經連接好的兩塊電路并聯。如表2-6網絡2中，Q0.0與I0.4是一個串聯電路塊，M10.0與I0.7是另一個串聯電路塊，指令表中通過“OLD”將二者并聯起來。

表2-6是塊“與”指令ALD及塊“或”指令OLD的運用示例。

4. RS觸發器指令

RS觸發器指令包括置位優先觸發器指令（SR）和復位優先觸發器指令（RS）。

置位優先觸發器是一個置位優先的鎖存器。當置位信號S1和復位信號R都為1時，輸出為1。復位優先觸發器是一個復位優先的鎖存器。當置位信號S和復位信號R1都為1時，輸出為0。bit參數用于指定被置位或者復位的位元件。

表2-7給出了RS觸發器指令的梯形圖符號及反映指令功能的真值表。梯形圖符號采用指令盒形式，輸入/輸出端子數據類型及有效操作數見表2-8。表2-9為RS觸發器指令運用示例。

S7-200 PLC沒有與RS觸發器相對應的指令表程序，通過STEP 7-Micro/Win編程軟件只能編輯梯形圖程序。通過編譯，軟件能自動生成與RS觸發器相對應功能的指令表程序。以表2-9中網絡1所示RS觸發器梯形圖指令為例，其指令表格式為：

LD　　I0.0

LD　　 I0.1

NOT

A　　　 Q0.0

OLD

=　　　 Q0.0

顯然，它們是由一組基本邏輯指令構成的，分析不難發現，該網絡完全可用圖2-2所示梯形圖所取代。不過，采用RS觸發器的梯形圖編程更為方便。即使編輯圖2-2所示梯形圖程序，軟件在編譯時也會將其變成表2-9所示RS觸發器標準指令格式。

5.編程注意事項

（1）雙線圈輸出。如果在同一個程序中，同一元件的線圈使用了兩次或多次，稱為雙線圈輸出。對于輸出繼電器來說，在掃描周期結束時，真正輸出的是最后一個Q0.0的線圈的狀態。

Q0.0的線圈的通斷狀態除了對外部負載起作用外，通過它的觸點，還可能對程序中其他元件的狀態產生影響。圖2-3（a）中兩個Q0.0線圈所在的電路將梯形圖劃分為3個區域。因為PLC是循環執行程序的，如果兩個線圈的通斷狀態相反，不同區域中Q0.0的觸點的狀態也是相反的，可能使程序運行異常。為避免因雙線圈引起的輸出繼電器快速振蕩的異常現象。可以將圖2-3（a）雙線圈輸出改為圖2-3（b）所示形式。

（2）程序的優化設計。在設計并聯電路時，應將單個觸點的支路放在下面；設計串聯電路時，應將單個觸點放在右邊，否則將多使用指令，影響PLC運行速度。在圖2-4所示兩種電路中，優化設計的梯形圖可少用4條指令。

建議在有輸出線圈的并聯電路中，將單個線圈放在上面，如將圖2-4（a）的電路改為圖2-4（b）的電路，可以避免使用入棧指令LPS和出棧指令LPP。

（3）編程元件的位置。輸出類元件（例如輸出指令“=”、置位指令“S”、復位指令“R”和大多數功能指令）應放在梯形圖的最右邊，它們不能直接與左側母線相連。

【操作指導】

1. 畫出接線圖，安裝電路

根據任務要求，采用S7-200 CPU224 AC/DC/RLY型PLC，其I/O接線圖如圖2-5所示。

輸入輸出繼電器地址分配如表2-10所示。

在教師指導下，按圖2-5搶答器I/O接線圖完成電路的硬件接線。在滿足一般電氣安裝基本要求外，還應注意以下幾點。

（1）所有導線兩端必須安裝號碼管，其編號除注明外一律采用PLC輸入/輸出端子號。1M及M間的連接線采用“M”進行編號。號碼管安裝完成后，字頭應統一朝左或上。

（2）輸入按鈕及輸出指示燈按布局圖安裝在按鈕安裝支架上，并通過連接電纜與主板接線端子相連。連接電纜應采用尼龍繞線管進行保護。

（3）為保證接線安全可靠，所有電氣元件接線端子上，只允許安裝最多兩根導線，電氣接點上導線較多時，可采用串聯的方法進行連接。

（4）系統工作電源通過單相電源插頭線，接至TX后再接入小型斷路器QS進線端。

2.自檢

檢查布線。對照圖檢查是否掉線、錯線，是否漏編、錯編，接線是否牢固等。

3.編輯控制程序

在裝有STEP7-Micro/WIN V4.0 SP6編程軟件的個人電腦上，編輯PLC控制程序并編譯后保存為“*.mwp”文件備用。搶答器控制參考梯形圖及指令表程序見圖2-6。

4.程序下載

① 在PLC斷電狀態下，用USB/PPI電纜連接電腦與PLC。

② 合上控制電源開關QS，將運行模式選擇開關撥到STOP位置，通過軟件將編制好的控制程序下載到PLC。

注意：一定要在斷開QS的情況下插拔適配電纜，否則極易損壞PLC通信接口。

5.運行搶答器控制程序

① 將運行模式選擇開關撥到RUN位置，使PLC進入運行方式。

② 根據任務分析要求，按下SB0、SB1、SB2等按鈕，觀察PLC上輸入、輸出指示燈的工作狀態及HL1～HL4工作情況。滿足控制要求即表明程序運行正常。

【課后思考】

1. PLC梯形圖程序中的網絡是什么？

2. CPU224 DC/AC/RLY型PLC的輸入端子和輸出端子是如何分組的？如果被控電器需要采用不同的供電電源，PLC輸出電路應怎樣接線？