第2篇 基本技能

第3章 S7—200系列PLC基本指令的應用

任務1 三相異步電動機的點動運行控制

任務目的

掌握電動機點動運行控制的電氣原理圖和接線

掌握LD、LDN、OUT指令

掌握編程元件輸入繼電器（I）、輸出繼電器（Q）

掌握梯形圖的特點和設計規(guī)則

能利用所掌握的基本指令編程實現(xiàn)簡單的PLC控制

會使用簡易編程器和編程軟件

熟悉PLC的外部結構和外部接線方法

任務要求

圖3-1所示為三相異步電動機的點動運行電路， SB1 為起動按鈕，KM 為交流接觸器。起動時，合上QS，引入三相電源。按下 SB1，KM 線圈得電，主觸點閉合，電動機 M 接通電源直接起動運行；松開SB1，KM線圈斷電釋放，KM常開主觸點釋放，三相電源斷開，電動機M停止運行。

任務要求用電氣控制和 PLC 兩種方法來實現(xiàn)圖3-1所示的三相異步電動機的點動運行控制電路，其控制時序圖如圖3-2所示。

利用PLC基本指令中的邏輯取指令、線圈驅動指令和編程元件中的輸入繼電器及輸出繼電器可實現(xiàn)上述控制要求。

相關知識點

1. 三相異步電動機的起動控制

電動機起動是指電動機的轉子由靜止狀態(tài)變?yōu)檎＿\轉狀態(tài)的過程。籠型異步電動機有兩種起動方式，即直接起動和降壓起動。直接起動也叫全壓起動。電動機直接起動時，起動電流很大，約為額定值的4 ～7 倍，過大的起動電流會引起供電線路上很大的壓降，影響線路上其他用電設備的正常運行。而且，電動機頻繁起動會嚴重發(fā)熱，加速線圈老化，縮短電動機的壽命。因而對容量較大的電動機，一般采用降壓起動，以減小起動電流。

一般中小型機床的主電動機都采用接觸器直接起動。接觸器直接起動電路分成主電路和控制電路兩部分。主電路（即動力電路）由接觸器的主觸點接通與斷開，控制電路由觸點組合，控制接觸器線圈的通/斷電，實現(xiàn)對主電路的通/斷控制。

2. 三相異步電動機的點動控制

實際工作中，除要求電動機長期運轉外，有時還需短時或瞬時工作，稱為點動。例如，機床調整時，需主軸稍轉一下，如圖3-3（a）所示。當按下按鈕 SB 時，KM 線圈得電，其主觸頭閉合，電動機轉動；松開SB，按鈕復位斷開，KM線圈斷電，其主觸頭斷開，電動機停轉。

長動控制電路中的接觸器線圈得電后能自鎖，而點動控制電路卻不能自鎖。當機械設備要求電動機既能持續(xù)工作，又能方便瞬時工作時，電路必須同時具有長動和點動的控制功能，如圖3-3（b）和（c）所示。

在圖3-3（b）中，需電動機點動時，開關SA斷開，當按下按鈕SB2 時，線圈KM 得電，但由于不能構成自鎖，因此能實現(xiàn)點動功能。需電動機長期工作時，開關SA合上，當按下按鈕SB2 時，線圈KM得電，其常開輔助觸頭閉合，即可形成自鎖，實現(xiàn)電動機的長期工作。

在圖3-3（c）中，按下按鈕SB2 時，線圈 KM 得電，其常開輔助觸頭閉合，即可形成自鎖，實現(xiàn)電動機長期工作。當按下按鈕SB3 時，其常閉觸點先斷開，常開觸點再閉合，線圈KM得電，其常開輔助觸頭閉合，但由于沒有形成自鎖，因此可實現(xiàn)點動功能。

3. PLC基本指令

1）指令功能

（1）LD（取指令）：常開觸點邏輯運算開始指令，用于與左母線連接的常開觸點。

（2）=（OUT）：線圈驅動指令，將運算結果輸出到指定的繼電器。

LD、OUT指令的梯形圖及語句表見表3-1。

2）指令使用說明

（1）LD指令將指定操作元件中的內容取出并送入操作器。

（2）OUT指令在使用時不能直接從左母線輸出（應用步進指令控制除外）；不能串聯(lián)使用；在梯形圖中位于邏輯行末尾；可以連續(xù)使用，相當于并聯(lián)輸出；如未特別設置（輸出線圈使用設置），則同名輸出繼電器的線圈只能使用一次OUT指令。

4. 編程元件

1）輸入繼電器（I） 輸入繼電器就是PLC的存儲系統(tǒng)中的輸入映像寄存器。它的作用是接收來自現(xiàn)場的控制按鈕、行程開關及各種傳感器等的輸入信號。通過輸入繼電器，將PLC的存儲系統(tǒng)與外部輸入端子（輸入點）建立起明確對應的連接關系，它的每一位對應1個數(shù)字量輸入點。輸入繼電器的狀態(tài)是在每個掃描周期的輸入采樣階段接收到的由現(xiàn)場送來的輸入信號的狀態(tài)（“1”或“0”）。不能通過編程的方式改變輸入繼電器的狀態(tài)，但可以在編程時，通過使用輸入繼電器的觸點，無限制地使用輸入繼電器的狀態(tài)。若沒在輸入端子上接器件，那這個輸入繼電器只能空著，不能挪作他用。

輸入繼電器可按位、字節(jié)、字、雙字等方式進行編址，如I0．2、IB3、IW4、ID0。

S7—200的PLC輸入繼電器的區(qū)域有I0 ～I15 共16個字節(jié)單元，輸入繼電器按位操作，每一位代表一個數(shù)字量的輸入點。如 CPU224的基本單元有14個數(shù)字量的輸入點：I0.0 ～I0.7、I1.0～I1.5 占用了兩個字節(jié)IB0、IB1。

2）輸出繼電器（Q） 輸出繼電器就是PLC存儲系統(tǒng)中的輸出映像寄存器。通過輸出繼電器，將PLC的存儲系統(tǒng)與外部輸出端子（輸出點）建立起明確對應的連接關系。輸出繼電器的狀態(tài)可以由輸入繼電器的觸點、其他內部器件的觸點，以及它自己的觸點來驅動，即它完全是由編程的方式決定其狀態(tài)。也可以像使用輸入繼電器觸點那樣，通過使用輸出繼電器的觸點，無限制地使用輸出繼電器的狀態(tài)。輸出繼電器與其他內部器件的一個顯著不同在于它有一個、且僅有一個實實在在的物理動合觸點，用于接通負載。這個動合觸點可以是有觸點的（繼電器輸出型），或者是無觸點的（晶體管輸出型或雙向晶閘管輸出型）。沒有使用的輸出繼電器可以做內部繼電器使用，但一般不推薦這種用法，這種用法可能引起不必要的誤解。

輸出繼電器Q的線圈一般不能直接與梯形圖的邏輯母線連接，如果某個線圈確實不需要經過任何編程元件觸點的控制，可借助于特殊繼電器SM0．0的動合觸點。

輸出繼電器可按位、字節(jié)、字、雙字等方式進行編址，如Q0．2、QB3、QW4、QD0。

S7—200的PLC輸出繼電器的區(qū)域有Q0～Q15 共16個字節(jié)單元，輸出繼電器按位操作，每一位代表一個數(shù)字量的輸出點。如 CPU224的基本單元有16個數(shù)字量的輸出點：Q0.0～Q 0.7、Q1.0～Q1.7 占用了兩個字節(jié)QB0、QB1。

任務實現(xiàn)

1. 方法一：電氣控制實現(xiàn)

（1）分析控制要求。

（2）畫出電氣原理圖，分別畫出主電路和控制電路，如圖3-1所示。

（3）按照電氣原理圖進行硬件接線。

（4）對控制電路進行檢測、運行。

2. 方法二：PLC實現(xiàn)

1）I/O（輸入/輸出）地址分配分析上述任務控制要求，可確定 PLC 需要1個輸入點，1個輸出點，其I/O地址分配如下所述。

I0．0：起/停按鈕SB1

Q0．0：運行用交流接觸器KM

2）編程 梯形圖及語句表如圖3-4所示。

3）硬件接線 PLC的外部硬件接線如圖3-5所示。

知識進階

1. 基本指令

1）指令功能

（1）LDN（取反指令）：邏輯運算開始指令，用于與左母線連接的常閉觸點。

（2）指令格式：邏輯取反LDN的梯形圖及語句表格式如圖3-6所示。

2）指令使用說明

（1）LD、LDN指令用于與梯形圖左側母線相連的觸點，也可以與 OLD、ALD 指令配合使用于分支回路的開頭。

（2）并聯(lián)的=指令可以連續(xù)使用任意次。

（3）LD、LDN指令的操作數(shù)：I，O，M，SM，T，C，V，S；=指令的操作數(shù)：Q，M，SM，T，C，S。

（4）在同一程序中不能使用雙線圈輸出，即同一元器件在同一程序中只能使用一次=指令。

注意

=指令不能用于驅動輸入繼電器I的線圈。

圖3-7所示梯形圖及語句表表示了上述三條基本指令的用法。

2. 梯形圖的特點及設計規(guī)則

梯形圖是一種從電氣控制電路圖演變而來的圖形語言。它是借助類似于繼電器的動合、動斷觸點、線圈，以及串/并聯(lián)等術語和符號，根據(jù)控制要求連接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關系的圖形，直觀易懂。

梯形圖中常用 和圖形符號分別表示PLC編程元件的動合和動斷觸點；用（）表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號及標注的字母或數(shù)加以區(qū)別。觸點和線圈等組成的獨立電路稱為網絡，用編程軟件生成的梯形圖和語句表程序中有網絡編號，允許以網絡為單位給梯形圖加注釋。

1）梯形圖的特點

（1）梯形圖按從左到右、自上而下地順序排列。每一邏輯行（或稱梯級）起始于左母線，然后是觸點的串/并聯(lián)連接，最后是線圈。

（2）梯形圖中每個梯級流過的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒有電源。這個“概念電流”只是用于形象地描述用戶程序執(zhí)行中應滿足線圈接通的條件。

（3）輸入寄存器用于接收外部輸入信號，而不能由PLC內部其他繼電器的觸點來驅動。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入寄存器的觸點，而不出現(xiàn)其線圈。輸出寄存器則輸出程序執(zhí)行結果給外部輸出設備，當梯形圖中的輸出寄存器線圈得電時，就有信號輸出，但不是直接驅動輸出設備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實現(xiàn)。輸出寄存器的觸點也可供內部編程使用。

2）梯形圖設計規(guī)則

（1）觸點應畫在水平線上，并且根據(jù)自左至右、自上而下的原則和對輸出線圈的控制路徑來畫。

（2）不包含觸點的分支應放在垂直方向，以便于識別觸點的組合和對輸出線圈的控制路徑。

（3）在有幾個串聯(lián)回路相并聯(lián)時，應將觸頭多的那個串聯(lián)回路放在梯形圖的最上面。在有幾個并聯(lián)回路相串聯(lián)時，應將觸點最多的并聯(lián)回路放在梯形圖的最左面。這樣所編制的程序簡潔明了，語句較少。

（4）不能將觸點畫在線圈的右邊。

任務2 三相異步電動機的連續(xù)運行

任務目的

掌握電動機連續(xù)運行控制的電氣原理圖和接線

掌握A、AN、O、ON、S、R指令

掌握編程元件輔助繼電器（M）、計數(shù)器

能使用觸點串/并聯(lián)、置位/復位指令及計數(shù)器來實現(xiàn)三相異步電動機的連續(xù)運行

熟悉PLC的外部結構和外部接線方法

任務要求

圖3-8所示為三相異步電動機的連續(xù)運行電路。起動時，合上QS，引入三相電源。按下SB2，交流接觸器KM線圈得電，主觸點閉合，電動機接通電源直接起動。同時，與SB2并聯(lián)的常開輔助觸點閉合，使接觸器線圈有兩條線路通電。這樣即使松開SB2，接觸器KM的線圈仍可通過自己的輔助觸點繼續(xù)通電，保持電動機的連續(xù)運行。

任務要求用電氣控制與PLC兩種方法來實現(xiàn)圖3-8所示的三相異步電動機的連續(xù)運行電路，其控制時序圖如圖3-9所示。

利用PLC基本指令中的觸點串/并聯(lián)指令或置位/復位指令可實現(xiàn)上述控制要求。

相關知識點

1. 三相異步電動機的連續(xù)運行控制

機械設備長時間運轉，即電動機持續(xù)工作，稱為長動（也稱連續(xù)運行）。

1）手動開關實現(xiàn)連續(xù)運行 對容量較小，且工作要求簡單的電動機，如小型臺鉆、砂輪機、冷卻泵的電動機，可用手動開關直接接通電源起動，如圖3-10所示的控制電路。

2）通過接觸器實現(xiàn)連續(xù)運行 一般中小型機床的主電動機都采用接觸器來實現(xiàn)起動控制，如圖3-11所示的控制電路。

具體控制過程分析如下：合總開關QS，按下常開按鈕SB2，使得接觸器KM線圈得電，其常開主觸點閉合，三相電源接通，電動機起動并運行。KM輔助動合觸點閉合，起動按鈕被短路，暫時失去控制作用。KM的線圈通電時，其輔助動合觸點閉合，而輔助動合觸點閉合又維持其線圈通電，這一相互依存的現(xiàn)象稱為“自鎖”或“自保持”。所以松開可復位的按鈕SB2 時，該KM線圈不失電，電動機得以持續(xù)運行。電動機需停止時，按下常閉按鈕SB1，KM線圈失電，其常開主觸點和輔助觸點均斷開，電動機脫離三相電源停止轉動。

2. PLC基本指令

1）指令功能

（1）觸點串聯(lián)指令A（And）、AN（And Not）。

A（And）：與指令，串聯(lián)一個常開觸點

指令格式：A bit

AN（And Not）：與非指令，串聯(lián)一個常閉觸點

指令格式：AN bit

圖3-12所示梯形圖及指令表表示了上述兩條基本指令的用法。

（2）觸點并聯(lián)指令O（Or）、ON（Or Not）。

O（Or）：或指令，并聯(lián)一個常開觸點

指令格式：O bit

ON（Or Not）：或非指令，并聯(lián)一個常閉觸點

指令格式：ON bit

圖3-13所示梯形圖及語句表表示了O及ON指令的用法。

（3）置位S（Set）、復位R（Reset）指令。置位/復位指令格式及功能描述見表3-2。圖3-14所示為S/R指令應用程序及時序圖。

2）指令使用說明

（1）A、AN是單個觸點串聯(lián)連接指令，可連續(xù)使用；若按正確次序編程，可以反復使用=指令；A、AN的操作數(shù)為I，Q，M，SM，T，C，V，S。

（2）O、ON指令可作為一個接點的并聯(lián)連接指令，緊接在LD、LDN指令之后用，即對其前面LD、LDN指令所規(guī)定的觸點再并聯(lián)一個觸點，可以連續(xù)使用；O、ON的操作數(shù)為I，O，M，SM，T，C，V，S。

（3）對位元件來說，一旦被置位，就保持在通電狀態(tài)，除非對它復位；而一旦被復位就保持在斷電狀態(tài)，除非再對它置位；S/R指令可以互換次序使用，但由于PLC采用掃描工作方式，所以寫在后面的指令具有優(yōu)先權。如在圖3-14 中，若I0.0 和I0.1 同時為1，則Q0.0肯定處于復位狀態(tài)而為0；如果對計數(shù)器和定時器復位，則計數(shù)器和定時器的當前值被清零；N的范圍為1～255，N可為 VB、IB、QB、MB、SMB、SB、LB、AC、常數(shù)、?VD、?AC和?LD，一般情況下使用常數(shù)；S/R 指令的操作數(shù)為 Q，M，SM，T，C，V，S和L。

3. 編程元件

1）輔助繼電器（M） 在邏輯運算中，經常需要一些輔助繼電器，它的功能與傳統(tǒng)的繼電器控制電路中的中間繼電器相同，用于存儲中間操作數(shù)或其他控制信息。在 PLC 中沒有I/O端與之對應，輔助繼電器與外部沒有任何聯(lián)系，不可能直接驅動任何負載。每個輔助繼電器對應著數(shù)據(jù)存儲區(qū)的一個基本單元，它可以由所有的編程元件觸點（當然包括它自己的觸點）來驅動。它的狀態(tài)同樣可以無限制使用。借助于輔助繼電器的編程，可使 I/O之間建立復雜的邏輯關系和聯(lián)鎖關系，以滿足不同的控制要求。S7—200 PLC的 CPU22X 系列的輔助繼電器的數(shù)量為256個（32B，256位）。

在S7—200 PLC中，有時也將輔助繼電器稱為位存儲區(qū)的內部標志位（Marker），所以輔助繼電器一般以位為單位使用，可按位、字節(jié)、字、雙字來存/取數(shù)據(jù)，如 M25．4、MB1、MW12、MD30。建議用戶存儲數(shù)據(jù)時使用變量寄存器（V）。

S7—200的PLC位存儲器的尋址區(qū)域為M0.0～M31.7。

2）計數(shù)器 用于累計輸入脈沖的次數(shù)，其結構與定時器類似，使用時要提前輸入它的設定值（計數(shù)的個數(shù)），通常設定值在程序中賦予，有時也可根據(jù)需求在外部進行設定。

計數(shù)器也是廣泛應用的重要編程元件，用于對輸入脈沖的個數(shù)進行累計，實現(xiàn)計數(shù)操作。使用計數(shù)器時，要事先在程序中給出計數(shù)的設定值（也稱預置值，即要進行計數(shù)的脈沖數(shù)）。

計數(shù)器包含兩方面的信息，即計數(shù)器狀態(tài)位和計數(shù)器當前值。

計數(shù)器狀態(tài)位：當計數(shù)器的當前值達到設定值時，C?bit為“ON”

計數(shù)器當前值：在計數(shù)器當前值寄存器中存儲的當前所累計的脈沖個數(shù)，用16位符號整數(shù)表示

PLC的計數(shù)器的設定值和定時器的設定值，一般不僅可以用程序設定，也可以通過PLC內部的模擬電位器或PLC外界的撥碼開關方便、直觀地隨時修改。

計數(shù)器利用輸入脈沖上升沿累計脈沖個數(shù)，在實際應用中用于對產品進行計數(shù)或完成復雜的邏輯控制任務。S7—200 系列PLC有遞增計數(shù)（CTU）、增/減計數(shù)（CTUD）、遞減計數(shù)（CTD）3類計數(shù)指令。計數(shù)器的使用方法和基本結構與定時器基本相同，主要由預置值寄存器、當前值寄存器、狀態(tài)位等組成。

（1）指令格式：計數(shù)器的梯形圖指令符號為指令盒形式，其指令格式及功能描述見表3-3。

梯形圖指令符號中CU為增1計數(shù)脈沖輸入端；CD為減1 計數(shù)脈沖輸入端；R為復位脈沖輸入端；LD為減計數(shù)器的復位脈沖輸入端。編程范圍C0～C225；PV預置值最大范圍32767；PV數(shù)據(jù)類型：INT。

（2）工作原理分析：下面從原理、應用等方面，分別敘述增計數(shù)指令（CTU）、增/減計數(shù)指令（CTUD）、減計數(shù)指令（CTD）3 種類型計數(shù)指令的應用方法。

增計數(shù)指令CTU（Count Up）：計數(shù)指令在 CU 端輸入脈沖上升沿，計數(shù)器的當前值增1 計數(shù)。當前值大于或等于預置值（PV）時，計數(shù)器狀態(tài)位置1。當前值累加的最大值為32767。復位輸入（R）有效時，計數(shù)器狀態(tài)位復位（置“0”），當前計數(shù)值清零。增計數(shù)指令的應用可以參考圖3-15 理解

增/減計數(shù)指令 CTUD（Count Up/Down）：增/減計數(shù)器有兩個脈沖輸入端，其中 CU端用于遞增計數(shù)，CD端用于遞減計數(shù)，執(zhí)行增/減計數(shù)指令時，CU/CD 端的計數(shù)脈沖上升沿增1/減1 計數(shù)。當前值大于或等于計數(shù)器預置值（PV）時，計數(shù)器狀態(tài)位置位。復位輸入（R）有效或執(zhí)行復位指令時，計數(shù)器狀態(tài)位復位，當前值清零。達到計數(shù)器最大值32767 后，下一個CU輸入上升沿將使計數(shù)值變?yōu)樽钚≈担? 32768）。同 樣，達 到 最 小 值（-32768）后，下一個 CD 輸入上升沿將使計數(shù)值變?yōu)樽畲笾担?2767）。增/減計數(shù)器指令應用程序及運行時序如圖3-16所示

減計數(shù)指令CTD（Count Down）：復位輸入（LD）有效時，計數(shù)器把預置值（PV）裝入當前值存儲器，計數(shù)器狀態(tài)位復位（置0）。CD端每一個輸入脈沖上升沿，減計數(shù)器的當前值從預置值開始遞減計數(shù)，當前值等于0 時，計數(shù)器狀態(tài)位置位（置“1”），停止計數(shù)。減計數(shù)指令應用程序及運行時序如圖3-17所示。減計數(shù)器在計數(shù)脈沖I3.0的上升沿減1計數(shù)，當前值從預置值開始減至0時，定時器輸出狀態(tài)位置“1”，Q0.0通電（置“1”）。在復位脈沖I1.0的上升沿，定時器狀態(tài)位置“0”（復位），當前值等于預置值，為下次計數(shù)工作做好準備

任務實現(xiàn)

1. 方法一：電氣控制實現(xiàn)

（1）分析控制要求。

（2）畫出電氣原理圖，分別畫出主電路和控制電路，如圖3-8所示。

（3）按照電氣原理圖進行硬件接線。

（4）測試、運行。

2. 方法二：PLC實現(xiàn)

1）I/O（輸入/輸出）地址分配 分析上述任務控制要求可確定PLC需要2個輸入點， 1個輸出點，其I/O地址分配如下所述。

I0．0：起動按鈕SB2

I0．1：停止按鈕SB1

Q0．0：運行用交流接觸器KM

2）編程 根據(jù)I/O地址分配及圖3-9控制時序圖可知，當按鈕SB2 被按下時，輸入繼電器I0.2接通，輸出繼電器Q0.0 置“1”，交流接觸器KM線圈得電，這時電動機連續(xù)運行。此時即便按鈕SB2 被松開，輸出繼電器Q0.0仍保持接通狀態(tài)，這就是“自鎖”或“自保持功能”；當按下停止按鈕SB1 時，輸入繼電器I0.1置“0”，電動機停止運行。從以上分析可知，滿足電動機連續(xù)運行的控制要求，需要用到起動和復位控制程序。可以通過下面兩種方案來實現(xiàn)PLC控制電動機連續(xù)運行電路的要求。

（1）方案一：直接用起動、停止來實現(xiàn)，其梯形圖及指令表如圖3-18所示。

圖3-18所示電路又稱為“起—保—停”電路，它是梯形圖中最基本的電路之一。“起—保—停”電路在梯形圖中的應用極為廣泛，其最主要的特點是具有“記憶”功能。

（2）方案二：利用置位/復位指令來實現(xiàn)，其梯形圖及指令表如圖3-19所示。

圖3-19所示的置位/復位電路與圖3-18所示的“起—保—停”電路的功能完全相同。該電路的記憶作用是通過置位、復位指令實現(xiàn)的。置位/復位電路也是梯形圖中的基本電路之一。

3）硬件接線 PLC 的外部硬件接線如圖3-20所示。

任務3 三相異步電動機的正/反轉控制

任務目的

掌握三相異步電動機正/反轉控制的原理及接線

掌握ALD、OLD、LPS、LRD、LPP、LDS指令

能利用“起—保—停”基本電路、置位/復位電路及堆棧指令分別實現(xiàn)電動機正/反轉運行

任務要求

圖3-21所示為三相異步電動機正/反轉運行電路。起動時，合上QS，引入三相電源。按下正轉控制按鈕SB2，KM1 線圈得電，其常開觸點閉合，電動機正轉并實現(xiàn)自鎖。當電動機需要反轉時，按下反轉控制按鈕SB3，KM1 線圈斷電，KM2 線圈得電，KM2 的常開觸點閉合，電動機反轉并實現(xiàn)自鎖，按鈕SB1 為總停止按鈕。

任務要求用電氣控制及PLC來實現(xiàn)圖3-21所示的三相異步電動機的正/反轉運行電路，其控制時序圖如圖3-22所示。利用PLC基本指令中的塊及多重I/O指令可實現(xiàn)上述控制要求。

相關知識點

1. 電動機正/反轉控制

生產實踐中，很多設備需要兩個相反的運行方向，如主軸的正向和反向轉動，機床工作臺的前進和后退，起重機吊鉤的上升和下降等，這樣兩個相反方向的運動均可通過電動機的正轉和反轉來實現(xiàn)。我們知道，只要將三相電源中的任意兩相交換就可改變電源相序，從而使電動機改變旋轉方向。實際電路構成時，可在主電路中用兩個接觸器的主觸點實現(xiàn)正轉相序接線和反轉相序接線，在控制電路中控制正轉接觸器線圈得電，其主觸點閉合，電動機正轉，或者控制反轉接觸器線圈通電，主觸點閉合，電動機反轉。

2. 按鈕控制的電動機正/反轉控制電路

圖3-23所示為按鈕控制的正/反轉控制電路，其主電路中的接觸器KM1 和KM2 構成正/反轉的相序接線。在圖3-23（a）所示的控制電路中，按下正向起動按鈕SB2，正向控制接觸器KM1 線圈得電動作，其主觸點閉合，電動機正向轉動；按下停止按鈕SB1，電動機停轉；按下反向起動按鈕SB3，反向接觸器KM2 線圈得電動作，其主觸點閉合，給電動機送入反相序電源，電動機反轉。

由主電路可知，若KM1 與KM2 的主觸點同時閉合，將會造成電源短路，因此任何時候，只能允許一個接觸器通電工作。要實現(xiàn)這樣的控制要求，通常是在控制電路中將兩接觸器的動斷觸點分別串接在對方的工作線圈電路里，如圖3-23（a）中KM1 與KM2 的動斷觸點那樣，這樣可以構成互相制約關系，以保證電路安全正常的工作。這種互相制約的關系稱為“聯(lián)鎖”，也稱為“互鎖”。

在圖3-23（a）所示的控制電路中，當變換電動機轉向時，必須先按下停止按鈕，才能實現(xiàn)反向運行，這樣很不方便。圖3-23（b）所示的控制電路利用復合按鈕SB3、SB2，可直接實現(xiàn)由正轉變?yōu)榉崔D的控制（反之亦然）。

復合按鈕具有聯(lián)鎖功能。當某一線圈工作時，按下其回路中的動斷觸點，此線圈失電，而后另一線圈得電。

3. 往復自動循環(huán)控制電路

機械設備中如機床的工作臺、高爐的加料設備等均需在一定的距離內能自動往復不斷循環(huán)，以實現(xiàn)所要求的運動。圖3-24所示為機床工作臺往返循環(huán)的控制電路。它實質上是用行程開關來自動實現(xiàn)電動機正/反轉的。組合機床、銑床等的工作臺常用這種電路來實現(xiàn)往返循環(huán)。在圖3-24中，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4 為行程開關，按要求安裝在床身固定的位置上，反映加工終點與原位（即行程）的長短。當撞塊壓下行程開關時，其常開觸點閉合，常閉觸點打開。這其實是在一定行程的起點和終點用撞塊壓行程開關，以代替人工操作按鈕。

合上電源開關QS，按下正向起動按鈕SB2，接觸器KM1 得電動作并自鎖，電動機正轉使工作臺前進；當運行到SQ2 位置時，其常閉觸點斷開，KM1 線圈失電，電動機脫離電源，同時，SQ2 常開觸點閉合，使KM2 線圈通電，電動機實現(xiàn)反轉，工作臺后退；當撞塊又壓下SQ1 時，使KM2 線圈斷電，KM1 線圈又得電，電動機又正轉使工作臺前進，這樣可一直循環(huán)下去。

SB1為停止接鈕，SB3 與SB2 為不同方向的復合起動按鈕。之所以用復合按鈕，是為了滿足改變工作臺方向時，不按停止按鈕便可直接操作的要求。限位開關SQ3 與SQ4 安裝在極限位置。若由于某種故障使工作臺到達SQ1（或SQ2）位置時未能切斷KM2（或KM1），則工作臺繼續(xù)移動到極限位置，壓下SQ3（或SQ4），此時可最終把控制電路斷開，使電動機停止，避免工作臺由于越出允許位置所導致的事故。因此，SQ3、SQ4 起極限位置保護作用。

4. PLC基本指令

1）基本指令 包括ALD、OLD、LPS、LRD、LPP、LDS。

（1）塊“與”指令ALD（And Load）：用于兩個或兩個以上觸點并聯(lián)連接的電路之間的串聯(lián)，稱為并聯(lián)電路塊的串聯(lián)連接，是將梯形圖中以LD/LDN起始的電路塊與另一以LD/LDN起始的電路塊串聯(lián)起來。

指令格式：ALD

塊“與”指令ALD的操作示例如圖3-25所示。

（2）塊“或”指令OLD（Or Load）：用于兩個或兩個以上觸點串聯(lián)連接的電路之間的并聯(lián)，稱為串聯(lián)電路塊的并聯(lián)連接，是將梯形圖中以LD/LDN起始的電路塊和另一以LD/LDN起始的電路塊并聯(lián)起來。

指令格式：OLD

塊“或”指令OLD操作示例如圖3-26所示。

（3）棧操作指令：即邏輯堆棧操作指令。堆棧是一組能夠存儲和取出數(shù)據(jù)的暫存單元，其特點是“先進后出”。每次進行入棧操作，新值放入棧頂，棧底值丟失；每次進行出棧操作，棧頂值彈出，棧底值補進隨機數(shù)。邏輯堆棧指令主要用于完成對觸點進行的復雜連接，其主要作用是用于一個觸點（或觸點組）同時控制兩個或兩個以上線圈的編程。邏輯堆棧指令無操作數(shù)（LDS例外）。

LPS：邏輯入棧指令（分支電路開始指令）。在梯形圖的分支結構中，可以形象地看出，它用于生成一條新的母線，其左側為原來的主邏輯塊，右側為新的從邏輯塊，因此可以直接編程。從堆棧使用上來講，LPS指令的作用是把棧頂值復制后壓入堆棧

LRD：邏輯讀棧指令。在梯形圖分支結構中，當新母線左側為主邏輯塊時LPS開始右側的第1個從邏輯塊編程，LRD開始第2個以后的從邏輯塊編程。從堆棧使用上來講，LRD讀取最近的LPS壓入堆棧的內容，而堆棧本身不進行入棧和出棧工作

LPP：邏輯出棧指令（分支電路結束指令）。在梯形圖分支結構中，LPP用于LPS產生的新母線右側的最后一個從邏輯塊編程，它在讀取完離它最近的LPS壓入堆棧內容的同時復位該條新母線。從堆棧使用上來講，LPP把堆棧彈出一級，堆棧內容依次上移

上述這三條指令也稱為多重輸出指令，主要用于一些復雜邏輯的輸出處理。其用法如圖3-27所示。

LDS（Load Stack）：裝入堆棧指令。它的功能是復制堆棧中的第n個值到棧頂，而棧底丟失。

指令格式：LDS n（n為0～8的整數(shù)）

該指令在編程中使用較少，不多說明。

2）指令使用說明

（1）ALD指令使用說明：

分支電路（并聯(lián)電路塊）與前面電路串聯(lián)連接時，使用 ALD 指令。分支的起始點用LD、LDN指令，并聯(lián)電路塊結束后，使用ALD指令與前面電路串聯(lián)

如果有多個并聯(lián)電路塊串聯(lián)，順次以ALD指令與前面支路連接，支路數(shù)量沒有限制

ALD指令無操作數(shù)

（2）OLD指令使用說明：

幾個串聯(lián)支路并聯(lián)連接時，其支路的起點以LD、LDN開始，支路終點用OLD指令

若需要將多個支路并聯(lián)，從第2條支路開始，在每一支路后面加 OLD 指令。用這種方法編程時，對并聯(lián)支路的個數(shù)沒有限制

OLD指令無操作數(shù)

任務實現(xiàn)

1. 方法一：電氣控制實現(xiàn)

（1）分析控制要求。

（2）畫出電氣原理圖，分別畫出主電路和控制電路，如圖3-21所示。

（3）按照電氣原理圖進行硬件接線。

（4）測試、運行。

2. 方法二：PLC實現(xiàn)

1）I/O（輸入/輸出）地址分配 由上述控制要求可確定PLC需要3個輸入點，2個輸出點，其I/O地址分配如下所述。

I0．0：停止按鈕SB1

I0．1：正轉起動按鈕SB2

I0．2：正轉起動按鈕SB3

Q0．0：正轉運行用交流接觸器KM1

Q0．1：反轉運行用交流接觸器KM2

2）編程 根據(jù)I/O地址分配及圖3-22所示的控制時序圖，當正轉起動按鈕SB2 被按下時，輸入繼電器I0．1接通，輸出繼電器Q0．0置“1”，交流接觸器KM1 線圈得電并自保，這時電動機正轉連續(xù)運行；當按下停止按鈕SB1 時，輸入繼電器I0．0接通，輸出繼電器Q0．0置“0”，電動機停止運行；當按下反轉起動按鈕SB3 時，輸入繼電器I0．2接通，輸出繼電器Q0．1置“1”，交流接觸器KM2 線圈得電并自鎖，這時電動機反轉連續(xù)運行；當按下停止按鈕SB1時，輸入繼電器接通I0．0，輸入繼電器Q0．1置“0”，電動機停止運行。從圖3-21所示的繼電器控制電路可知，不僅正/反轉按鈕實行了互鎖，而且正/反轉運行接觸器之間也實行了互鎖。結合以上的編程分析及所學的“起—保—停”基本編程環(huán)節(jié)、置位/復位指令和棧操作指令，可以通過下面3種方案來實現(xiàn)PLC控制三相異步電動機連續(xù)運行電路的要求。

（1）方案一：直接用“起一保一停”基本電路來實現(xiàn)，其梯形圖及指令表如圖3-28所示。

此方案通過在正轉運行支路中串入I0．2常閉觸點和Q0．1的常閉觸點，在反轉運行支路中串入I0．1常閉觸點和Q0．0的常閉觸點來實現(xiàn)按鈕及接觸器的互鎖。

（2）方案二：利用“置位/復位”基本電路來實現(xiàn)，其梯形圖及指令表如圖3-29所示。

（3）方案三：利用棧操作指令來實現(xiàn)，其梯形圖及指令表如圖3-30所示。

3）硬件接線 PLC 的外部硬件接線圖如圖3-31所示。

由圖3-31可知，外部硬件輸出電路中使用KM1、KM2的常閉觸點進行了互鎖。這是因為PLC內部軟繼電器互鎖只相差一個掃描周期，來不及響應。例如，雖然斷開，可能觸點還未斷開，在沒有外部硬件互鎖的情況下，KM2的觸點可能接通，引起主電路短路。因此，不僅要在梯形圖中加入軟繼電器的互鎖觸點，而且還要在外部硬件輸出電路中進行互鎖，這也就是常說的“軟、硬件雙重互鎖”。采用雙重互鎖，同時也避免了因接觸器KM1 和KM2的主觸點熔焊而引起電動機主電路短路。

任務4 兩臺電動機順序起動逆序停止控制

任務目的

掌握兩臺電動機順序起動逆序停止控制的原理及電氣控制接線

掌握編程元件定時器

能用所學的指令和編程器件實現(xiàn)兩臺電動機順序起動逆序停止控制

能熟練地應用延時控制電路

任務要求

圖3-32所示為兩臺電動機順序起動逆序停止的控制電路圖。按下起動按鈕SB2，第1臺電動機M1 開始運行，5s后第2臺電動機M2 開始運行；按下停止按鈕SB3，第2臺電動機M2 停止運行，10s后第1臺電動機M1 停止運行；SB1 為緊急停止按鈕，當出現(xiàn)故障時，只要按下SB1，兩臺電動機均立即停止運行。

任務要求用電氣控制和PLC來實現(xiàn)圖3-32所示的兩臺電動機順序起動逆序停止的控制電路，其控制時序圖如圖3-33所示。

利用PLC的定時器及其通電延時控制電路可實現(xiàn)上述控制要求。

相關知識點

1. 多臺電動機順序起/停控制電路

在裝有多臺電動機的生產機械上，各電動機所起的作用不同，有時需要按一定的順序起動才能保證操作過程的合理和工作的安全可靠。例如，在銑床上就要求先起動主軸電動機，然后才能啟動進給電動機。又如，帶有液壓系統(tǒng)的機床，一般都要先起動液壓泵電動機，然后才能起動其他電動機。這些順序關系反映在控制電路上，稱為順序控制。

圖3-34所示的是兩臺電動機M1 和M2 的順序控制電路。該電路的特點是，電動機M2的控制電路是接在接觸器KM1 的常開輔助觸點之后。這就保證了只有當KM1 接通，M1 起動后，M2 才能起動。如果由于某種原因（如過載或失壓等）使KM1 失電，M1 停轉，那么M2也立即停止，即M1 和M2 同時停止。

圖3-35所示的是其他兩種順序控制電路（主電路未畫出）。圖3-35（a）所示控制電路的特點是，將接觸器KM1 的另一常開觸點串聯(lián)在接觸器KM2 線圈的控制電路中，同樣保持了圖3-34中的順序控制作用；該電路還可實現(xiàn)M2 單獨停止。

圖3-35（b）所示控制電路的特點是，由于在SB12停止按鈕兩端并聯(lián)著一個KM2 的常開觸點，因此只有先使接觸器KM2 線圈斷電，即電動機M2 停止后，才能按動SB12，斷開接觸器KM1 線圈電路，使電動機M1 停止。

2. 編程元件——定時器

定時器是PLC中最常用的元器件之一，掌握它的工作原理對PLC的程序設計非常重要。

S7—200 PLC的定時器為增量型定時器，用于實現(xiàn)時間控制，可以按照工作方式和時間基準（時基）分類，時間基準又稱定時精度或分辨率。

1）工作方式 按照工作方式，定時器可分為通電延時型（TON）、有記憶的通電延時型（TONR）、斷電延時型（TOF）3種。

2）時基標準 按照時基標準，定時器可分為1ms、10ms、100ms 3種類型。不同的時基標準，其定時精度、定時范圍和定時器的刷新方式不同。

（1）定時精度：定時器的工作原理是定時器使能輸入有效后，當前值寄存器對PLC內部的時基脈沖增1計數(shù)，最小計時單位為時基脈沖的寬度。故時間基準代表著定時器的定時精度（又稱分辨率）。

（2）定時范圍：定時器使能輸入有效后，當前值寄存器對時基脈沖遞增計數(shù)，當計數(shù)值大于或等于定時器的預置值后，狀態(tài)位置“1”。從定時器輸入有效到狀態(tài)位輸出有效經過的時間為定時時間。定時時間 T 等于時基乘預置值，時基越大，定時時間越長，但精度越差。

（3）定時器的刷新方式：1ms定時器每隔1ms刷新一次，定時器刷新與掃描周期和程序處理無關，它采用的是中斷刷新方式。掃描周期較長時，定時器一個周期內可能多次被刷新（多次改變當前值）。

10ms定時器在每個掃描周期開始時刷新。每個掃描周期之內當前值不變（如果定時器的輸出與復位操作時間間隔很短，調節(jié)定時器指令盒與輸出觸點在網絡段中位置是必要的）。

100ms定時器是在定時器指令執(zhí)行時被刷新，下一條執(zhí)行的指令即可使用刷新后的結果，非常符合正常思維，使用方便可靠。但應當注意，如果該定時器的指令不是每個周期都執(zhí)行（如條件跳轉時），定時器就不能及時刷新，可能會導致出錯。

CPU 22X系列PLC的256個定時器分屬TON（TOF）和TONR工作方式，以及3種時基標準，TOF和 TON 共享同一組定時器，不能重復使用。定時器工作方式及分類見表3-4。

使用定時器時，應參照表3-4的時基標準和工作方式合理選擇定時器編號，同時要考慮刷新方式對程序執(zhí)行的影響。

3）定時器指令格式 定時器指令格式及功能描述見表3-5。表中，IN 是使能輸入端，編程范圍T0～T225；PT是預置值輸入端，最大預置值32767；PT數(shù)據(jù)類型為INT。

4）定時器工作原理分析 下面從原理、應用等方面，分別敘述通電延時型（TON）等3 種類型定進器的使用方法。

（1）通電延時定時器 TON：使能端（IN）輸入有效時，定時器開始計時，當前值從0開始遞增，大于或等于預置值（PT）時，定時器輸出狀態(tài)位置“1” （輸出觸點有效），當前值的最大值為32767。使能端無效（斷開）時，定時器復位（當前值清零，輸出狀態(tài)位置“0”）。TON 定時器應用程序及運行結果時序分析如圖3-36所示。

（2）有記憶通電延時型TONR：使能端（IN）輸入有效時（接通），定時器開始計時，當前值遞增，當前值大于或等于預置值（PT）時，輸出狀態(tài)位置“1”。使能端輸入無效（斷開）時，當前值保持（記憶）；使能端（IN）再次接通有效時，在原記憶值的基礎上遞增計時。TONR定時器采用線圈的復位指令（R）進行復位操作，當復位線圈有效時，定時器當前值清零，輸出狀態(tài)位置“0”。TONR 定時器的應用程序及運行結果時序分析如圖3-37所示。

（3）斷電延時型TOF：使能端（IN）輸入有效時，定時器輸出狀態(tài)位立即置“1”，當前值復位（為0）。使能端（IN）斷開時，開始計時，當前值從0遞增，當前值達到預置值時，定時器狀態(tài)位復位置“0”，并停止計時，當前值保持。TOF定時器應用程序及程序運行結果時序分析如圖3-38所示。

5）S7—200 系列PLC的定時器的正確使用 圖3-39所示為使用定時器本身的動斷觸點作為激勵輸入，希望經過延時產生一個機器掃描周期的時鐘脈沖輸出。定時器狀態(tài)位置位時，依靠本身的動斷觸點（激勵輸入）的斷開使定時器復位，重新開始設定時間，進行循環(huán)工作。采用不同時基標準的定時器時會有不同的運行結果，具體分析如下所述。

（1）T32為1ms時基定時器，每隔1ms定時器刷新一次當前值，CPU當前值若恰好在處理動斷觸點和動合觸點之間被刷新，Q0．0可以接通一個掃描周期，但這種情況出現(xiàn)的概率很小，一般情況下，不會正好在此時刷新。若在執(zhí)行其他指令時，定時時間到，1ms的定時刷新，使定時器輸出狀態(tài)位置位，動斷觸點打開，當前值復位，定時器輸出狀態(tài)位立即復位，所以輸出線圈Q0．0一般不會通電。

（2）若將圖3-39中定時器T32換成T33，時基變?yōu)?0ms，當前值在每個掃描周期開始刷新，定時器輸出狀態(tài)位置位，動斷觸點斷開，立即將定時器當前值清零，定時器輸出狀態(tài)位復位（為0），這樣輸出線圈Q0．0永遠不可能通電（ON）。

（3）若將圖3-39 中定時器 T32 換成 T37，時基變?yōu)?00ms，當前指令執(zhí)行時刷新， Q0.0在T37計時時間到時準確地接通一個掃描周期。可以輸出一個OFF時間為定時時間， ON時間為一個掃描周期的時鐘脈沖。

結論：綜上所述，用本身觸點激勵輸入的定時器，時基為lms和10ms時不能可靠工作，一般不宜使用本身觸點作為激勵輸入。若將圖3-39改成圖3-40，無論何種時基都能正常工作。

任務實現(xiàn)

1. 方法一：電氣控制實現(xiàn)

（1）分析控制要求。

（2）畫出電氣原理圖，分別畫出主電路和控制電路，如圖3-32所示。

（3）按照電氣原理圖進行硬件接線。

（4）對控制電路進行檢測、運行。

2. 方法二：PLC實現(xiàn)

1）I/O（輸入/輸出）地址分配 由上述控制要求可確定PLC需要3個輸入點，2個輸出點，其I/O地址分配如下所述。

I0．0：緊急停止按鈕SB1

I0．1：起動按鈕SB2

I0．2：停止按鈕SB3

Q0．1：電動機M1 運行用交流接觸器KM1

Q0．2：電動機M2 運行用交流接觸器KM2

2）編程 根據(jù)I/O地址分配及圖3-33控制時序圖可知，當起動按鈕SB2 被按下時，輸入繼電器I0．1接通，輸出繼電器Q0．1置“1”，交流接觸器KM1 線圈得電并自保，這時第1臺電動機M1 運行，5s后輸出繼電器Q0．2置“1”，第2臺電動機M2 開始運行；當按下停止按鈕SB3 時，輸入繼電器I0．2接通，輸出繼電器Q0．2置“0”，第2臺電動機M2 停止運行，10s后輸出繼電器Q0．1置“0”。其梯形圖及語句表如圖3-41所示。

3）硬件接線 PLC的外部硬件接線圖如圖3-42所示。

任務5 —△降壓起動控制

任務目的

掌握—△降壓起動控制的原理及電氣控制接線

掌握PLC邏輯指令的綜合應用

任務要求

圖3-43所示為三相異步電動機—△降壓起動的原理圖。KM1 為電源接觸器。KM2 為△聯(lián)結接觸器，KM3 為聯(lián)結接觸器，KT為起動時間繼電器。其工作原理是，起動時合上電源開關QS，按下起動按鈕SB2，則KM1、KM3 和KT同時吸合并自鎖，這時電動機接成聯(lián)結起動。隨著轉速升高，電動機電流下降，KT延時5s后，其延時斷開的常閉觸點斷開，其延時閉合的常開觸點閉合，從而使KM3 斷電釋放，KM2 通電吸合自鎖，這時電動機換接成△聯(lián)結正常運行。停止時只要按下停止按鈕SB1，KM1 和KM2 相繼斷電釋放，電動機停止。

任務要求用電氣控制及 PLC 來實現(xiàn)圖3-43所示—△降壓起動的控制電路，其控制時序圖如圖3-44所示。

利用PLC基本指令中的邏輯指令可實現(xiàn)上述控制要求。

相關知識點

電動機起動時接成聯(lián)結，繞組電壓降為額定電壓的1/，正常運轉時換接成△聯(lián)結。由電工知識可知，I△L = 3I L（分別代表兩種接法時的線電流）。接成聯(lián)結時，起動電流僅為△聯(lián)結時的1/3，相應的起動轉矩也是△聯(lián)結時的1/3。因此，—△起動僅適用于正常運行時按△聯(lián)結的電動機的空載或輕載起動。

在電動機起動時，定子繞組首先接成星形，至起動即將完成時再換接成三角形。圖3-45所示的是—△降壓起動的控制電路。圖中，主電路由3組接觸器主觸點分別將電動機的定子繞組接成三角形或星形。當KM3 線圈得電，主觸點閉合時，繞組接成星形；當KM2 主觸點閉合時，接為三角形。KM1 用于接通電源。兩種接線方式的切換需在極短的時間內完成，在控制電路中采用了時間繼電器，可定時自動切換。

電路的工作過程可通過電器動作順序表來描述。—△降壓起動控制電路的工作過程為，合上開關QS，為起動做準備；按下起動按鈕 SB2 時，KM1、KM3、KT線圈同時得電，KM1 輔助觸頭閉合形成自鎖；KM1，KM3 主觸頭閉合，電動機以星形起動，當KT延時時間到時，其常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，KM3 線圈斷電，KM2 線圈得電自鎖，KM3 主觸頭斷開，KM2 主觸頭閉合，電動機轉為三角形正常運行；當電動機正常運行時，KM2 常閉輔助觸頭斷開，可讓 KT線圈斷電，以節(jié)約電能；需電動機停止時，按下SB1 即可。

電路圖中常閉觸點KM2 和KM3 構成了互鎖，保證電動機繞組只能連接成一種形式，即星形或三角形，以防止同時連接成星形或三角形而造成電源短路，使電路可靠工作。

任務實現(xiàn)

1. 方法一：電氣控制實現(xiàn)

（1）分析控制要求。

（2）畫出電氣原理圖，分別畫出主電路和控制電路，如圖3-43所示。

（3）按照電氣原理圖進行硬件接線。

（4）對控制電路進行檢測、運行。

2. 方法二：PLC實現(xiàn)

1）I/O（輸入/輸出）地址分配 由上述控制要求可確定PLC需要2個輸入點，3個輸出點，其I/O地址分配見表3-6。

2）編程 直接用串聯(lián)、并聯(lián)及輸出指令來實現(xiàn)，其梯形圖及語句表如圖3-46所示。

3）硬件接線 PLC的外部硬件接線圖如圖3-47所示。

任務6 人行橫道交通信號燈控制

任務目的

掌握微分指令、取反指令及空操作指令

能利用所學的指令來編寫梯形圖完成常用的邏輯功能，如五組搶答器控制、三電動機的循環(huán)起/停運轉控制、分頻電路等

任務要求

這是一條公路與人行橫道之間的信號燈順序控制，沒有人橫穿公路時，公路綠燈與人行橫道紅燈始終都是亮的，當有人需過公路時按路邊設有的按鈕（兩側均設SB1或SB2，15s后公路綠燈滅、黃燈亮，再過10s后黃燈滅、紅燈亮，然后過5s人行橫道紅燈滅、綠燈亮，綠燈亮10s后又閃爍4．5s后紅燈又亮了，再過5s公路紅燈滅、綠燈亮，在這個過程中按路邊的按鈕是不起作用的，只有當整個過程結束后也就是公路綠燈與人行橫道紅燈同時亮時再按按鈕才起作用。

任務要求利用PLC設計完成人行橫道交通信號燈控制，交通信號燈時序圖如圖3-48所示。

相關知識點

1. 指令功能

邊沿脈沖指令：EU（Edge Up）、ED（Edge Down）。邊沿脈沖指令 EU/ED 的用法如圖3-49所示。

EU指令對其之前的邏輯運算結果的上升沿產生一個寬度為一個掃描周期的脈沖；ED指令對邏輯運算結果的下降沿產生一個寬度為一個掃描周期的脈沖。這兩個脈沖可以用于啟動一個運算過程、啟動一個控制程序、記憶一個瞬時過程、結束一個控制過程等。

例3-1 圖3-50所示的是一個車庫門自動控制示意圖。當有汽車接近車庫門時，超聲波開關動作（超聲波開關為ON），車庫門打開，直到上限位開關動作，汽車通過車庫門，紅外線光電開關動作（汽車遮擋了光束，光電開關為ON），汽車完全進入車庫門后，車庫門開始關門，直到下限位開關動作，完成一個自動控制過程。

根據(jù)上述過程，地址分配和控制程序如圖3-51所示。當汽車完全進入車庫門后，光電開關 OFF，由邊沿脈沖指令 ED給出一個只有一個掃描周期的脈沖 M0．0使QO．1動作并自鎖。其余程序請讀者自己分析。

2. 指令使用說明

邊沿脈沖指令格式及功能描述見表3-7。

任務實現(xiàn)

1）I/O（輸入/輸出）地址分配 由上述控制要求可確定PLC需要2個輸入點，5個輸出點，其I/O地址分配如下所述。

I0．0：行人過路按鈕（SB1）

I0．1：行人過路按鈕（SB2）

Q0．0：公路綠燈

Q0．1：公路黃燈

Q0．2：公路紅燈

Q0．3：人行橫道紅燈

Q0．4：人行橫道綠燈

2）編程 控制程序的梯形圖和語句表分別如圖3-52和圖3-53所示。

3）硬件接線 PLC的外部硬件接線如圖3-54所示。

知識進階

1）取反和空操作指令

（1）取反指令NOT：指將它左邊電路的運算結果取反，運算結果若為1則變?yōu)?，為0則變?yōu)?，該指令沒有操作數(shù)。能流到達該觸點時停止，若能流未到達該觸點，該觸點給右側供給能流。NOT指令將堆棧頊部的值從0改為1，或從1改為0。

（2）空操作指令NOP：起增加程序容量的作用。使能輸入有效時，執(zhí)行空操作指令，將稍微延長掃描周期長度，不影響用戶程序的執(zhí)行，不會使能流輸出斷開。

操作數(shù)N為執(zhí)行空操作指令的次數(shù)，N=0 ～255。

取反和空操作指令格式及功能描述見表3-8。

取反和空操作指令的用法如圖3-55所示。

2）觸發(fā)器指令 觸發(fā)器指令分為SR觸發(fā)器和RS觸發(fā)器，它是根據(jù)輸入端的優(yōu)先權決定輸出是置位或復位，SR觸發(fā)器是置位優(yōu)先，RS觸發(fā)器是復位優(yōu)先。操作數(shù)為Q、V、M、S。SR觸發(fā)器和RS觸發(fā)器的指令格式及功能描述見表3-9。

如設計一個單按鈕控制起/停的電路，也是一個二分頻電路，它的控制梯形圖如圖3-56所示。它是由RS觸發(fā)器構成的，復位優(yōu)先，I0．0第1個脈沖來時，Q0．0置位；第2個脈沖來時，Q0．0復位。

小結

本章介紹了SIMATIC指令集LAD和STL編程語言的四大類基本操作指令的指令格式、原理分析和使用方法。主要學習了基本位操作指令，包括位操作、置/復位、邊沿觸發(fā)、定時、計數(shù)、比較等指令，這些指令是梯形圖基本指令的基礎，也是最常用的指令類型。

思考題

（1）寫出梯形圖程序對應的語句表指令。

（2）根據(jù)下列語句表程序，寫出梯形圖程序。

（3）使用置位、復位指令，編寫兩套電動機（兩臺）的控制程序，這兩套程序的控制要求如下所述。

①起動時，電動機M1 起動后才能起動電動機M2；停止時，電動機M1 和M2 同時停止。

②起動時，電動機M1、M2 同時起動；停止時，只有在電動機M2 停止時電動機M1 才能停止。

（4）設計周期為5s，占空比為20%的方波輸出信號程序（輸出點可以使用Q0．0）。

（5）編寫斷電延時5s后，M0．0置位的程序。