電氣控制與PLC技術博學多能厚德篤行項目九西門子S7-200系列PLC在一般控制系統中的應用任務一三路搶答器PLC控制系統的設計應知點：1、 了解S7-200PLC邏輯取及線圈驅動指令的使用；2、 了解S7-200PLC觸點串聯、并聯指令的使用；3、 了解S7-200PLC電路塊串聯、并聯指令的使用。應會點：1、掌握電氣控制中“自鎖”控制規律在梯形圖程序設計中的應用；2、掌握電氣控制中“互鎖”控制規律在梯形圖程序設計中的應用。一、任務簡述某三路搶答器有3個搶答席和1個主持人席，每個搶答席上各有1個搶答按鈕和1盞搶答指示燈。其控制要求如下：參賽者在允許搶答時，第一個按下搶答按鈕的參賽者的搶答席上的指示燈將會亮，且釋放搶答按鈕后，指示燈仍然亮；此后另外兩個搶答席上即使再按各自的搶答按鈕，其指示燈也不會亮。這樣主持人就可以輕易的知道是誰第一個按下搶答器的。該題搶答結束后，主持人按下主持席上的復位按鈕后，指示燈熄滅，則又可以進行下一題的搶答比賽。任務一三路搶答器PLC控制系統的設計二、相關知識在前面我們已初步了解一些基本指令的基礎上，下面我們將進一步介紹本任務需要用到的位操作指令的詳細內容和用法。1、邏輯取（LD/LDN）及線圈驅動指令（=）（1）指令功能LD（load）：常開觸點邏輯運算的開始。對應梯形圖則為在左側母線或線路分支點處初始裝載一個常開觸點。LDN（loadnot）：常閉觸點邏輯運算的開始（即對操作數的狀態取反），對應梯形圖則為在左側母線或線路分支點處初始裝載一個常閉觸點。

=（OUT）：輸出指令，對應梯形圖則為線圈驅動。

任務一三路搶答器PLC控制系統的設計裝載及線圈驅動指令的使用說明如下：①LD、LDN的操作數：I，Q，M，SM，T，C，S。②=：線圈輸出指令，可用于輸出繼電器、輔助繼電器、定時器及計數器等，但不能用于輸入繼電器，同一輸出觸點只能用一次，否則有邏輯錯誤。③“=”指令的操作數：Q，M，SM，T，C，S。（2）指令格式如圖9-1所示。

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2、觸點串聯指令（A/AN）（1）指令功能A（And）：與操作，在梯形圖中表示串聯連接單個常開觸點。AN（Andnot）：與非操作，在梯形圖中表示串聯連接單個常閉觸點。觸點串聯指令使用說明如下：①A、AN指令：是單個觸點指令，可連續使用。②A、AN的操作數：I，Q，M，SM，T，C，S。任務一三路搶答器PLC控制系統的設計

（2）指令格式如圖9-2所示

任務一三路搶答器PLC控制系統的設計3、觸點并聯指令（O/ON）（1）指令功能O（Or）：或操作，在梯形圖中表示并聯連接一個常開觸點。ON（Ornot）：或非操作，在梯形圖中表示并聯連接一個常閉觸點。觸點并聯指令使用說明如下：①O、ON指令：是單個觸點并聯指令，可連續使用。

②O、ON的操作數：I，Q，M，SM，T，C，S。

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（2）指令格式如圖9-3所示

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4、電路塊的串聯指令（ALD）（1）指令功能ALD（AndLoad）：塊“與”操作，用于并聯電路塊的串聯連接。并聯電路塊的串聯連接指令說明如下：①并聯電路塊與前面的電路串聯時，使用ALD指令。電路塊的起點用LD或LDN指令，并聯電路塊結束后，使用ALD指令與前面的電路塊串聯。②ALD無操作數。任務一三路搶答器PLC控制系統的設計

（2）指令格式如圖9-4所示任務一三路搶答器PLC控制系統的設計

5、電路塊的并聯指令（OLD）（1）指令功能OLD（OrLoad）：塊“或”操作，用于串聯電路塊的并聯連接。串并聯電路塊的并串聯連接指令說明如下：①串聯電路塊與上面的電路并聯時，使用OLD指令。電路塊的起點用LD或LDN指令，串聯電路塊結束后，使用OLD指令與前面的電路塊并聯。②OLD無操作數。

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（2）指令格式如圖9-5所示。任務一三路搶答器PLC控制系統的設計三、應用實施搶答器系統是由PLC作為中央控制器，加上搶答按鈕及指示燈和線路等組成。主要分為若干位選手和主持人兩部分控制環節。每位選手面前有一個按鈕用于搶答，并且有一盞指示燈表示誰先搶到問題。有的搶答器還是用蜂鳴器或者數碼顯示管來顯示先搶到問題的哪位選手。而主持人面前有一個復位按鈕，用于當上一輪搶答結束后，無論哪位選手搶到問題，復位系統至初始狀態，為下一輪搶答開始做準備。任務一三路搶答器PLC控制系統的設計

1、PLC的選型從上面的分析可知本控制系統有4路輸入信號，包括3個選手的搶答按鈕SB1、SB2、SB3和1個主持人復位按鈕SB0。有3路輸出信號，即作為控制對象的3盞搶答指示燈L1、L2、L3。輸入輸出信號均為開關量。所以控制系統可選用CPU224，集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點，滿足控制要求，而且還有一定的余量。

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2、I/O分配表三路搶答器PLC控制系統的I/O分配表見表9-1

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3、PLC外部接線圖三路搶答器PLC控制系統的外部接線圖見圖9-6。任務一三路搶答器PLC控制系統的設計

4、程序設計搶答器的程序設計如圖9-7所示。

任務一三路搶答器PLC控制系統的設計搶答器的程序設計的要點有兩處：一是如何實現搶答器指示燈的“自鎖”功能，即當某一搶答席搶答成功后，即使釋放其搶答按鈕，其指示燈仍然亮，直至主持人進行復位才熄滅。二是如何保證一位選手搶答后，其他兩位選手后搶無效（不會亮燈），即“互鎖”功能，同時由于是三個人搶答，所以要“兩兩互鎖”。

（1）自鎖環節以Q0.1為例，見圖9-8，當I0.1接通通電后，由圖9-7可得Q0.1通電，隨后，即使I0.1斷開，由于Q0.1仍保持得電狀態，故與I0.1并聯的Q0.1開關處于接通狀態，因此Q0.1進入自鎖狀態。同理，Q0.2、Q0.3也一樣能夠實現自鎖。

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（2）互鎖環節繼續以Q0.1為例，見圖9-9，在Q0.1的這個通路中，Q0.2與Q0.3以常閉開關的形式串聯存在，當Q0.2或Q0.3點亮時，開關Q0.2或Q0.3將斷開，從而使得此條通路斷開，按鈕I0.1無效，實現三個按鈕的兩兩互鎖。

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（3）復位環節在本例中，主持人可以通過操作按鈕，實現搶答器指示燈的復位，這一操作實現方法如下：以Q0.1為例，見圖9-10，將I0.0作為一常閉開關與互鎖進行串聯，倘若Q0.1處于斷電狀態，則不起任何作用，倘若Q0.1處于通電狀態，則由于復位按鈕被按下后，I0.0常閉觸點斷開，使得Q0.1線圈斷電，其自鎖觸點斷開；松開復位按鈕，I0.0常閉觸點恢復閉合，但由于Q0.1自鎖觸點已斷開，Q0.1線圈無法恢復得電，即實現復位操作。5、程序調試

檢查完后將程序下載到PLC，運行調試，如有問題，檢查排除故障。

任務一三路搶答器PLC控制系統的設計四、操作技能考評通過對本任務相關知識的了解和應用操作實施，對本任務實際掌握情況進行操作技能考評，具體考核要求和考核標準如下表9-2進行。任務一三路搶答器PLC控制系統的設計教學小結本任務主要是讓同學們熟悉和掌握PLC編程中的位操作類指令，位操作指令是PLC常用的基本指令，主要包括對單個觸點的操作和對多個觸點形成的電路塊的操作，有串聯與并聯兩種類型，對應于邏輯上的“與”邏輯關系和“或”邏輯關系。位操作指令能夠實現基本的位邏輯運算和控制。任務一三路搶答器PLC控制系統的設計任務二水塔水位自動控制系統的設計應知點：1、了解S7-200PLC置位復位指令的使用；2、了解S7-200PLC邊沿脈沖指令的使用。應會點：掌握時序圖對PLC程序進行分析的能力。

任務二水塔水位自動控制系統的設計一、任務簡述水塔與水池的工作方式：當水池水位低于下限水位S4時，電磁閥Y打開給水池注水；當水池水位高于上限水位S3時，電磁閥Y關閉。當水塔水位低于下限水位S2時，水泵M工作，抽取水池中的水，向水塔供水；當水塔水位高于上限水位S1時，水泵M停止工作。

當水塔水位低于下限水位S2，但同時水池水位也低于其下限水位S4時，水泵M不啟動。S1、S2、S3、S4為四個液位傳感器，用于測量水位的高低，其工作原理是：當水位漫過液位傳感器時，該傳感器為ON，否則為OFF。任務二水塔水位自動控制系統的設計任務二水塔水位自動控制系統的設計圖9-12水塔水位自動控制系統示意圖二、相關知識在前面我們已初步了解一些位操作指令的基礎上，下面我們將進一步介紹本任務需要用到的指令的詳細內容和用法。1、置位/復位指令（S/R）（1）指令功能置位指令S（Set）：使能輸入有效后從起始位S-bit開始的N個位置“1”并保持。復位指令R（Reset）：使能輸入有效后從起始位R-bit開始的N個位清“0”并保持。

任務二水塔水位自動控制系統的設計（2）指令格式如表9-3所示，用法如圖9-13所示。時序分析如圖9-14所示。任務二水塔水位自動控制系統的設計2、邊沿觸發指令（EU/ED）（1）指令功能EU（EdgeUp）指令：在EU指令前有一個上升沿時（OFF→ON）產生一個寬度為一個掃描周期的脈沖，驅動其后輸出線圈。ED（EdgeDown）指令：在ED指令前有一個下降沿時（ON→OFF）產生一個寬度為一個掃描周期的脈沖，驅動其后輸出線圈。

任務二水塔水位自動控制系統的設計（2）指令格式如表9-4所示，用法如圖9-15。任務二水塔水位自動控制系統的設計時序分析見圖9-16：程序分析如下：I0.0的上升沿，經觸點（EU）產生一個掃描周期的時鐘脈沖，驅動輸出線圈M0.0導通一個掃描周期，M0.0的常開觸點閉合一個掃描周期，使輸出線圈Q0.0置位為1，并保持。I0.1的下降沿，經觸點（ED）產生一個掃描周期的時鐘脈沖，驅動輸出線圈M0.1導通一個掃描周期，M0.1的常開觸點閉合一個掃描周期，使輸出線圈Q0.0復位為0，并保持。

任務二水塔水位自動控制系統的設計三、應用實施該任務的設計難點在于要區分蓄水和用水兩個過程中水位的變化。對于水池而言，電磁閥打開是蓄水，水泵打開則是用水；對于水塔而言，水泵打開則是蓄水，而水塔用的水減少則是因為用戶使用或自然蒸發所致。對于這兩個過程中，一定要把握好對電磁閥和水泵的啟動、停止條件的判斷。對于水位基于上限位和下限位之間時，究竟是繼續蓄水還是不啟動蓄水，則要看是處在哪個過程中，即要明確水位變化的方向。任務二水塔水位自動控制系統的設計1、PLC的選型從上面的分析可知系統有4路輸入信號，包括水池和水塔的上下限位開關。有2路輸出信號，用于水池蓄水的電磁閥和給水池抽水給水塔蓄水的水泵電機。輸入輸出均為開關量。所以控制系統可選用CPU224，集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點，滿足控制要求，而且還有一定的余量。任務二水塔水位自動控制系統的設計2、I/O地址分配水塔水位自動控制系統的I/O地址分配見表9-5。任務二水塔水位自動控制系統的設計3、PLC外部接線圖水塔水位自動控制系統的外部接線圖如圖9-17。任務二水塔水位自動控制系統的設計4、PLC程序水塔水位自動控制系統的梯形圖程序見圖9-18。任務二水塔水位自動控制系統的設計任務二水塔水位自動控制系統的設計程序說明：網絡1：初始狀態，水池和水塔內皆為空，電磁閥、水泵及所有液位傳感器都為OFF；網絡2：當水池水位降至下限位時，S4發出信號；網絡3：當水池水位降至下限位時，或者水池中本身無水，則打開電磁閥Y給水池注水；網絡4：當水池水位升至上限位時，S3發出信號；網絡5：當水池水位升至上限位時，關閉電磁閥，停止給水池注水；網絡6：當水塔水位降至下限位時，S2發出信號；任務二水塔水位自動控制系統的設計程序說明：網絡7：當水塔水位降至下限位時，或者水塔中本身就沒有水，則啟動水泵M從水池中抽水，但前提是水池中有水（水池水位必須在下限位以上）；網絡8：當水塔水位升至上限位時，S1發出信號；網絡9：當水塔水位升至上限位，或者水池中本身無水，水泵都停止工作。任務二水塔水位自動控制系統的設計四、操作技能考評通過對本任務相關知識的了解和應用操作實施，對本任務實際掌握情況進行操作技能考評，具體考核要求和考核標準如下表9-6進行。任務二水塔水位自動控制系統的設計教學小結本任務，我們掌握了置位、復位指令的使用，在上一任務中，我們學習了梯形圖中的“自鎖”這一典型環節，請同學們對比這兩者有何異同。邊沿脈沖指令在PLC程序設計中的應用頗多，目前我們掌握了兩種邊沿脈沖指令，一種是針對上升沿產生一個掃描周期的脈沖，另一種是針對前面邏輯運算結果的下降沿產生一個掃描周期的脈沖，兩者都可以用來獲取啟動和停止信號，運用在不同的場合。因此，時序分析在本任務顯得非常重要，希望同學們更要學會作時序圖來對PLC程序進行分析，熟練的掌握時序分析法，可以為今后進行PLC的程序設計打下基礎。

任務二水塔水位自動控制系統的設計任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計應知點：了解S7-200PLC定時器指令的使用。應會點：掌握根據時序圖設計PLC梯形圖程序的能力。

任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計一、任務簡述該交通燈系統設有啟動、停止和屏蔽開關，其中屏蔽開關接通時，交通燈系統仍然運行，但沒有輸出信號，作為系統的內部測試使用。

當觸發啟動信號后，南北方向紅燈亮時，東西方向綠燈亮，當東西方向綠燈亮到設定時間時（10s），綠燈閃爍三次，閃爍周期為1s，然后黃燈亮2s，當東西方向黃燈熄滅后，南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，當南北方向綠燈亮到設定時間時（10s），綠燈閃爍三次，閃爍周期為1s，然后黃燈亮2s，當南北方向黃燈熄滅后，再轉回南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮……周而復始，不斷循環，如圖9-22所示。任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計

圖9-22十字路口交通燈控制示意圖任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計二、相關知識在前面我們已初步了解一些基本指令，在本任務中，我們采用了時序圖對一個控制系統進行時序分析，通過找出各個輸出信號的起止時刻，將各個控制對象用一張時序圖表示出來，如圖9-23所示。任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計1、定時器指令應用舉例(1)用接在I0.0輸入端的光電開關檢測傳送帶上通過的產品，有產品通過時I0.0為ON，如果在10s內沒有產品通過，由Q0.0發出報警信號，用I0.1輸入端外接的開關解除報警信號。對應的梯形圖如圖9-28所示。任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計（2）在報警、娛樂場合，閃爍電路隨處可見，下圖就是一個典型的閃爍電路的例子。程序及時序分析如圖9-29所示。

任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計三、應用實施1、PLC選型從上面的分析可知本控制系統有3路輸入信號，分別為交通燈控制系統的啟動、停止和屏蔽開關。有6路輸出信號，包括南北方向的紅燈、綠燈和黃燈，以及東西方向的紅燈、綠燈和黃燈。輸入輸出信號均為開關量。所以控制系統可選用CPU224，集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點，滿足控制要求，而且還有一定的余量。任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計2、PLC的I/O分配十字路口交通燈的PLC控制系統的I/O地址分配見表9-7表9-7十字路口交通燈的PLC控制系統的I/O地址分配表

任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計3、PLC外部接線圖十字路口交通燈的PLC控制系統的外部接線圖如圖9-26。

任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計4、梯形圖程序十字路口交通燈的PLC控制系統的梯形圖程序見圖9-31。

任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計5、程序調試 檢查完后將程序下載到PLC，運行調試，如有問題，檢查排除故障。四、操作技能考評通過對本任務相關知識的了解和應用操作實施，對本任務實際掌握情況進行操作技能考評，具體考核要求和考核標準如下表9-8進行。任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計任務三十字路口交通燈PLC控制系統的設計教學小結定時器是PLC中最常用的元器件之一。用好定時器對PLC程序設計非常重要。西門子S7-200PLC中常用的定時器主要有TON、TOF和TONR，前兩種分別對應繼電器控制系統中的通電延時型繼電器和斷電延時型定時器，第三種是PLC特有的保持型定時器。在包含定時器的PLC程序中，作時序圖非常重要，不僅可以根據梯形圖畫出時序圖（即時序分析），也可以根據時序圖反過來設計梯形圖程序。根據時序圖設計梯形圖的關鍵在于，如果準確的找出了各線圈的可靠的開啟和關斷條件，則它的程序也就編寫出來了。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的設計應知點：了解S7-200PLC計數器指令的使用。應會點：掌握根據工程狀態設計PLC梯形圖程序的能力。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計一、任務簡述全自動洗衣機的工作方式：（1）按啟動按鈕，首先進水電磁閥打開，進水指示燈亮。（2）當水位到達上限時，進水指示燈滅，攪拌輪正反輪流攪拌，各兩次。（3）等待幾秒鐘，排水閥打開，排水指示燈亮，而后甩干桶燈亮了又滅。（4）當水位降至下限時，排水指示燈滅，進水指示燈亮。（5）重復兩次（1）~（4）的過程。（6）水位第三次降至下限時，蜂鳴器報警5s后，整個過程結束。操作過程中，如果按下停止按鈕，可隨時終止洗衣機的運行。手動排水按鈕是獨立操作命令，手動排水的前提是水位沒有降至下限位。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計圖9-30全自動洗衣機控制系統示意圖

任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計二、相關知識1．計數器指令介紹計數器利用輸入脈沖上升沿累計脈沖個數。計數器當前值大于或等于預置值時，狀態位置1。S7-200系列PLC有三類計數器：CTU-加計數器，CTUD-加/減計數器，CTD-減計數。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計（1）計數器指令格式如表9-10所示任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計（2）計數器工作原理分析①加計數器指令（CTU）當CU端有上升沿輸入時，計數器當前值加1。當計數器當前值大于或等于設定值（PV）時，該計數器的狀態位置1，即其常開觸點閉合。計數器仍計數，但不影響計數器的狀態位。直至計數達到最大值（32767）。當R=1時，計數器復位，即當前值清零，狀態位也清零。②加/減計數指令（CTUD）當CU端（CD端）有上升沿輸入時，計數器當前值加1（減1）。當計數器當前值大于或等于設定值時，狀態位置1，即其常開觸點閉合。當R=1時，計數器復位，即當前值清零，狀態位也清零。加減計數器計數范圍：–32768~32767。

任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計（2）計數器工作原理分析③減計數指令（CTD）當復位LD有效時，LD=1，計數器把設定值（PV）裝入當前值存儲器，計數器狀態位復位（置0）。當LD=0，即計數脈沖有效時，開始計數，CD端每來一個輸入脈沖上升沿，減計數的當前值從設定值開始遞減計數，當前值等于0時，計數器狀態位置位（置1），停止計數。

任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計2．計數器指令舉例加減計數器指令應用示例，程序及運行時序如圖9-32所示。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計三、應用實施工業洗衣機適用于洗滌各種棉織、毛紡、麻類、化纖混紡等衣物織品，在服裝廠、水洗廠、工礦企業、學校、賓館、酒店、醫院等的洗衣房具有廣泛應用，是減輕勞動強度，提高工作效率，降低能耗的理想設備。從世界上第一臺洗衣機問世，工業洗衣機就相伴而生。就像整個工業革命帶來的巨變一樣，今天越來越自動化的洗滌機械使當年用手搓洗的生活改頭換面。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計1、PLC的選型從上面的分析可知本控制系統有5路輸入信號，為兩個液位傳感器和三個控制按鈕。有6路輸出信號，包括兩個電磁閥、三個接觸器和一個蜂鳴器。輸入輸出信號均為開關量。所以控制系統可選用CPU224，集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點，滿足控制要求，而且還有一定的余量。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計2、I/O地址分配全自動洗衣機的PLC控制系統的I/O地址分配見表9-11。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計3、PLC外部接線圖全自動洗衣機的PLC控制系統的外部接線圖如圖9-33。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計4、PLC程序全自動洗衣機的PLC控制系統的梯形圖程序見圖9-34。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計4、PLC程序全自動洗衣機的PLC控制系統的梯形圖程序見圖9-34。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計4、PLC程序全自動洗衣機的PLC控制系統的梯形圖程序見圖9-34。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計4、PLC程序全自動洗衣機的PLC控制系統的梯形圖程序見圖9-34。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計4、PLC程序全自動洗衣機的PLC控制系統的梯形圖程序見圖9-34。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計4、PLC程序全自動洗衣機的PLC控制系統的梯形圖程序見圖9-34。任務四全自動洗衣機PLC控制系統的

設計4、PLC程序全自動洗衣機的PLC控制系統的梯形圖程序見圖9-34。任務四全自動洗衣機P