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国家开放大学一网一平台电大可编程控制器应用实训形考任务3及6试题答案形考任务3实验目的：通过使用PLC的指令编程，并通过编程软件进行程序的编制、编译、调试相关的组态等工作，使学生掌握各类PLC指令的应用。实验要求：1.根据功能控制要求，编写PLC程序，并通过编程软件进行程序的编制、编译、调试相关的组态等工作：2.同一班级中，可按照个人或小组在指导教师的指导下进行选题。实训内容1） 1FX系列PLC简介（1）FX系歹IPLC特点FX系列可编程控制器是当前国内外新型的具有特色和代表性的微型PLC.它由口本三菱电机公司研制开发的。FX系列PLC基于“基本功能、高速处理、便于使用”的研发理念，使其具有数据传送与比较、四则运算与逻辑循环与移动等应用系统。除此之外，还具有输入输出刷新、中断、高速计数器比较指令、高速脉冲输出等高速处理指令，以及在SFC控制方面，将机械控制的标准动作封装化的状态初始化指令等，使功能大大增强。2） ）FX系列PLC型号的含义FX系列可编程控制器型号格式如图所示：（3）硬件简介、上端子排、下端子排、串口、拨动开关（4）PX系列PLC主要性能指标硬件指标：软件指标：（5）F系列PLC的一般技术指标FX系列PLC的一般技术指标包括基本性能指标、输入技术指标及输出技术指标。由于继电器控制系统的电路图与梯形图在结构形式、元件符号以及逻辑控制功能等方面的相似性，使得可以将一些继电器控制系统电路图的概念用于梯形图，常用的有触点概念和继电器概念。可编程序控制器编程元件的名称、地址编号、功能和使用方法、分述如下。1.输入继电器X输入继电器用来接收PLC外部开关信号,PLC通过输入接口将外部输入信号状态（接通时为“1”，断开时为“0”）读入并存储在输入映像寄存器中。输入继电器的编号即是输入端口的编号，也是输入映像寄存器对应位的地址代号。输入继电器在PLC内部与输入端子相连，它有无数的常开触点和常闭触点，这些动合、动断触点可在PLC编程时随意使用。FX2N输入继电器的编号采用八进制编码，范围为X0X267（184点）。注意，基本单元输入继电器的编号是固定的，扩展单元和扩展模块按与基本单元最靠近顺序进行编号。2 .输出继电器丫输出继电器用来将PLC内部信号输出传送给外部负载(用户输出设备)。输出继电器线圈是由PLC内部程序的指令驱动，其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元对应的硬触点来驱动外部负载。3 .辅助继电器M在逻辑运算中经常需要一些中间继电器作为辅助运算用。这些元件不直接对外输入、输出，但经常用作状态暂存、移动运算等，它的数量常比软元件X、Y多，这就是辅助继电器。辅助继电器的动合和动断触点使用次数不限，在PLC内可以自由使用。但是，这些辅助继电器的触点不能对外直接输出驱动外部负载,只能作为中间状态的控制信号存放在存储器中，外部负载必须由输出继电器驱动。1 .通用辅助继电器(MOOO一M499)FXZN系列共有500个通用辅助继电器。通用辅助继电器在PLC运行时，如果电源断电，则线圈断开。当电源再次接通时，除了因外部输入信号而变为接通的以外，其余的仍将保持断开状态，它们没有断电保护功能。通用辅助继电器常在逻辑运算中作为辅助运算、状态暂存、移位等。2 .断电保持辅助继电器(M500M3071)FXZN系列有M500'M3071共2572个断电保持辅助继电器。它与通用辅助继电器不同的是具有断电保护功能，即能记忆电源中断瞬时的状态，并在重新通电后再现其状态。比较图6T5(a)和图6-15(b),当XO接通时，Mo和M600都接通并自锁，若此时突然停电后再来电，则MO处于断开状态，而M600仍然处于接通状态(如果Xl常闭触点开路,则M600也是断开的).5。定时器T可编程序控制器中的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。FXZN系列中定时器可分为通用定时器、积算定时器2种。定时器的定时值由设定值给定，定时器根据时钟脉冲累积计时,计时到达设定值时，其触点动作。定时器提供无限对常开和常闭延时触点供编程使用。定时器编号采用十进制，其编号和设定时间如下：设定方法为：(1)定时精度为100ms的定时器TOo(TTI99,共计200点，设定值范围0.13276.7s.(2)定时精度为10ms的定时器T200245,共计46点,设定值范围0.01327.67s.(3)定时精度为ImS的积算定时器T246T249,共4点，是对ImS时钟脉冲进行累积计数，设定值范围0.OOISy2.767s.(4)定时精度为100ms的积算定时器T250T255,共6点，是对100ms时钟脉冲进行累积计数，设定值范围0.ls3276.7s.6 .计数器C它在执行扫描操作时对内部元件X、丫、M、S、T、C的信号进行计数。1)低速计数器低速计数器分为：16位加计数器、32位加/减计数器。2）内部高速计数器（C）高速计数器只能刻录约定的经输入端子（输入继电器）送入的外部信号，而且这个信号的频率可以高达几千赫。还可以从输入端子直接进行复位的操作。7、状态器S状态器是在编制步进顺序控制时使用的编程元件，它与步进顺控指令STL组合使用，运用状态转移图，编制高效易懂的程序。状态器的触点使用同辅助继电器触点，使用次数不限。应用步进控制时，由初始状态器S0S9进入步进控制发位状态器SI0S19只用于没备回原位时的步进控制，并由初始状态器置位:通用状态器S20S499用于设备工作步进控制，也需由初始状态器置位。7 .指针分支指令用POP62P64P127共127点。指针POP62、P64P127为标号，用来指定条件跳转，子程序调用等分支指令的跳转目标。P63为结束跳转用,中断用指针IO口口18口共9点。其中输入中断6点，定时器中断3点。8.数据寄存器D可编程控制器中的寄存器用于存储模拟量控制、位置量控制、数据IO所需的数据及工作参数。每一个数据寄存器都是16位（最高位为符号位），可以用两个数据寄存器合并起来存放32位数据最高位为符号位）。（1）通用数据寄存器D0D199（200点（2）停电保持数据寄存器D200D511（312点）（3）特殊数据寄存器D8000cD8255（256点）（4）文件寄存器D1000oD2999（2000点）2.1PLC的基本指令1.LD、LDI、01JT指令符号名称功能掾作兀件LD取常开触点理就运算起始X、Y、M、S、T、CLDl取反常用触点逻新运。起始X、Y、M.S.T.COirT输出线骤动Y、M、$、T、C1）程序举例，2）例题说明I3）指令使用说明I2.ANO、ANI指令符号名称功能操作元件AND与常开触点申取遥接X.Y、M,S.T.CANI与整常闭触点串联连接X.Y.M、S.TCD程序举例2）例密说明3）指令说明：3.OR.ORI符号名林功能掾作兀件OR或常开触点并联连接X、Y、M.S.T、CORI或小常用触点并联连接X.Y.M.S.T、C1）程序举例:2）例题说明3）指令说明:4 .电路块并联指令ORB、电路块串联指令AMB）程序举例:2）例题说明：3指令说明：5 .堆栈指令MPS、MRD、MPP1 .进栈指令MPSMPS指令用于分支的开始处,将运算结果送入栈存储器的第一层，同时将先前送入的数据依次移到下一层。2 .读栈指令MRDMRD指令用于分支的中间段，将栈存储器的第一层数据（最后进栈的数据）读出且该数据继续保存在栈存储器的第一层，栈内各层的数据不发生移动。3 .出栈指令MPPMPP指令用于分支的结束处，将栈存储器的第一层数据（最后进栈的数据）读出且该数据从栈中消失，同时将栈中各层数据依次上移。6 .主控指令MC、MCR1）程序举例2）例题说明3）指令说明：7 .置位指令SET、复位指令RSTSET指令称为置位指令:功能为驱动线圈输出，使动作保持，具有自锁功能。RST指令称为复位指令:功能为清除保持的动作，以及寄存器的清零。1）程序举例2）例题说明3）指令说明：8 .上升沿微分脉冲指令PLS、下降沿微分脉冲指令PLFFLS指令:上升沿微分脉冲指令，当检测到逻辑关系的结果为上升沿信号时，驱动的操作软元件产生一个脉冲宽度为一个扫描周期的脉冲信号-FLW指令下降沿微分脉冲指令，当检测到逻辑关系的结果为下降沿信号时，驱动的操作软元件产生一个脉冲宽度为一个扫福周期的脉冲信号。17J积序举例2）例题说明3）指令说明预览与源文档一致下载高清无水印8.:P职玩省令欢V指令是将即将执行INV指令之.前的运算结果反转的指令，无操作软元件。1）程序举例2）例题说明3指令说明30空作省会NP、结京突令EHD1） NOP指令:称为空操作指令，无任何操作完,39. END指令:称为结束指令，无操作元件。其场能是输入输出处理和返回到百步程序.3指令说明：40. 1.EF.LDF、AIP.ANDF.GRP、CRF指令）LDPe上升沿检测运算开始（检测到信号的上升沿时闭合一个扫描周期）.1.DF:下降沿检测运算开始（检测到信号的下降沿时闭合一个扫描周期）ANDPrt牙沿检测思联到接（检冽到包软元件上升沿信号时闭合一个扫描周期）ANDF:下沿拾测母联球接（检画到诬教冠件下降沿信号时团合一个扫描周期ORP:脉冲上升沿检测并联连接（检测到位软元件上升沿信号时闭合一个扫播周期）ORF:脉冲下降沿检测并联连接（检测到位软元件下降沿信号时闭合一个扫描周期）2）上述6个指令的操作软元件都为X。YoM、S、T、C.3）程序举例：3.1状态转移图及状态的功能3.1.1状态转移图用梯形图或指令表方式编程固然广为电气技术人员接受，但对宇一个女杂的控制系统F尤其是顺序控制系统，由于内部的联锁。互动关系极其复杂，其梯形图往往过长。另外，在梯形图上如果不加注释,这种梯形图的可读性也会大大降低。3.1.2FX2N系列PLC的步进顺控指令FXx系列PLC的步进指令有两条:步进接点指令STL和步进返回指令RET.1.STL（StepLadder）:步进接点指令（梯形图符号为一一）STL指令的意义为激活某个状态。在梯形图上体现为从母线上引出的状态接点。STL指令有建立子母线的功能，以使该状态的所有操作均在子母线上进行。2. RET（Return）:步进返回指令RET指令用于返回主母线。使步进顺控程序执行完毕时，非状态程序的操作在主母线上完成，防止出现逻辑错误。状态转移程序的结尾必须使用RET指令。3运用状态编程思想解决顺控阿题的方法步骤1.将整个过程按任务要求分解，其中的每个工序均对应一个状态，并分配状态元件。2.弄清每个状态的功能作用。3.找出每个状态的转移条件，即在什么条件将下将某个状态“激活”。状态转移图就是状态和状态转移条件及转移方向构成的流程图，弄清转移条件当然是必要的。3.2单流程状态转移图的编程3. 2.1流程的概念所谓单流程，是指状态转移只可能有一种顺序。上个模块介绍的台车自动往返的控制过程只有一种顺序SO-S20S21-$22-S23-$24-S0,没有其他可能，所以叫单流程。当然，现实当中并非所有的顺序控制均为一种顺序。含多种路径的叫分支流程。本模块即为并联分支流程。2.2单流程状态转移图的编程方法1.状态转移图的编程方法(1)状态的三要素对状态转移图进行编程，不仅是使用STL,RET指令的问题，还要搞清楚状态的特性及要素。(2)状态转移图的编程方法，步进顺控的编程原则为先进行负载驱动处理，然后进行状态转移处理。2 .状态的开启与关闭及状态转移图执行的特点STL指令的含意是提供一个步进接点，其对应状态的三个要素均在步进接点之后的子母线上实现。若对应的状态是开启的(即激活)，则状态的负载驱动和转移才有可能。若对应状态是关闭的，则负载驱动和状态转移就不可能发生。因此，除初始状态外，其他所有状态只有在其前一个状态处于激活且转移条件成立时才能开启。同时一旦下一个状态被“激活，上一个状态会自动关闭。从PLC程序的循环扫描执行原理出发，在状态编程程序段落中，所谓激活可以理解为该段程序被扫描执行。而“关闭”则可以理解为该段程序被扫描，却不执行。3 .编程要点及注意事项D状态编程颠序为;先进行驱动，再进行转移，不能颠倒。(2)对状态处理，编程时必须使用步进接点指令STL.(3)程序的最后必须使用步进返回指令RET,返回主母线。(4)驱动负载使用OUT指令负载的驱动、状态转移条件可能为多个元件的逻辑组合，视具体情况，按串、并联关系处理，不遗漏。(6)若为顺序不连续转移，不能使用SET指令进行状态转移，应改用OUT指令进行状态转移。(7)在STL与RET指令之间不能使用MC、MCR指令。(8)初始状态可由其他状态驱动，但运行开始必须用其他方法预先作好驱动，否则状态流程不可能向下进行。3. 3选择性分支与汇合的编程存在多种工作顺序的状态流程图为分支、汇合流程图。分支流程可分为选择性分支和并行性分支两种。下面介绍分支、汇合流程的编程。4. 3.1选择性分支状态转移图的特点从多个流程顺序中选择执行一个流程，称为选择性分支。3.3.2选择性分支、汇合的编程编程原则是先集中处理分支状态，然后再集中处理汇合状态。L分支状态的编程编程方法是先进行分支状态的驱动处理，再依顺序进行转移处理。2.汇合状态的编程编程方法是先进行汇合前状态的驱动处理，再依顺序进行向汇合状态的转移处理。5. 4并行性分支与汇合的编程6. 41并行分支状态转移图及其特点多个流程分支可同时执行的分支流程称为并行性分支。3.42并行性分支状态转移图的编程编程原则是先集中进行并行性分支的转移处理，然后处理每条分支的内容，最后再集中进行汇合处理。1。并行分支处理编程方法是首先进行驱动处理，然后按顺序进行状态转移处理。2 .并行性分支汇合处理编程方法是首先进行汇合前状态的驱动处理，然后按顺序进行汇合状态的转移处理。3 .选择性分支、并行性分支汇合编程应注意的问题主要实训软件PLC实训步骤例1小车两地卸料控制线路，个工作周期的控制工艺要求如下：1)按下启动按钮SB,小车前进，碰到限位开关SQl停5秒后，小车后退；2)小车后退压合SQ2后，小车停5s后，第二次前进，碰到限位开关SQ3,再次后退t3)后退再次碰到限位开关SQ2时，小车停止。(PLC接线图(2)将整个过程按任务要求分解为各状态，并分配状态元件：(3)弄清每个状态的功能、作用。(4)状态转移图及梯形图例十字路口交通灯的控制(D问题的提出a控制开关信号灯受启动及停止按钮的控制，当按动启动按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按动停止按钮时，系统将停止在初始壮态，即南北红灯亮，禁止通行:东西绿灯亮，允许通行。b控制要求1)南北红灯亮维持30秒，在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，并维持25秒，到25秒时，东西方向绿灯闪，闪亮3秒后，绿灯灭。在东西绿灯熄灭的同时，东西黄灯亮，并维持？秒，到？秒时，东西黄灯灭，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。2)东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持25秒，然后闪亮3秒，再熄灭。同时南北方向黄灯亮,并维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。(2硬件及接线(3)软件设计例3分捡小球大球的机械装置的控制，工作顺序是向下，吸抓住球，向上，向右运行，向下，释放，向上和向左运行至左上点(原点)，抓球和释放球的时间均为1秒。(1)PLC的Eo接线图(2)状态转移图4.PLC编程的基本规则(1)程序应按自上而下，从左至右的顺序编制。(2)同一编号的输出元件在一个程序中使用两次，即形成双线圈输出，双线圈输出容易引起误操作，应尽量避免。但不同编号的输出元件可以并行输出。线圈不能直接与左母线相连。如果需要，可以通过一个没有使用元件的常闭触点或特殊辅助继电器M8000(常ON)来连接，(4)适当安排编程顺序，以减小程序步数。串联多的电路应尽量放在上部并联多的电路应靠近左母线(5)不能编程的电路应进行等效变换后再编程。桥式电路应进行变换后才能编程。线圈右边的触点应放在线圈的左边才能编程边对发杂电路，用ANB.ORB等指令难以编程，可重复使用一些触点画出其等效电路，然后再进行编程心得体会使用PLC的指令编程，并通过编程软件进行程序的编制、编译、调试相关的组态等工作，使我掌握各类PLC指令的应用。形考任务6交通信号灯PLC控制系统的实现一、实训目的：掌握PLC在实际生产中的典型应用，并能够独立进行简单控制系统的系统设计（系统配置及输入/输出继电器地址分配、系统的I/O接线图、系统的流程图、控制程序的设计、编程及调试）,二、实训要求：1 .选择社会生活或生产实践中某一种典型的PLC控制系统或产品，并能够独立进行简单控制系统的系统设计（系统配置及输入/输出继电器地址分配、系统的I/O接线图、系统的流程图、控制程序的设计、编程及调试）；2 .设计选用西门子S7200系列PLC,对其I/O口进行分配，列出PLC控制程序（梯形图进行截图，语句表可直接拷贝）并对程序作出解释。三、实训内容：应用PLC控制交通灯各灯按要求亮灭，并通过七段LED数码管对红灯点亮时间进行倒计时显示，并且可以重复循环。按下起动按钮交通灯开始工作，南北向红灯亮起并维持10s,南北向红灯工作同时东西向绿灯亮4s,接着以IHZ频率闪烁3s最后熄灭，绿灯熄灭同时东西向黄灯亮并维持3s;黄灯熄灭时东西向红灯开始公主并维持10s,东西向红灯工作同时南北向绿灯亮4s闪3s以IHZ频率最后熄灭，绿灯熄灭同时南北向黄灯亮并维持3s,黄灯熄灭时南北向红灯再次亮起循环反复。交通灯工作同时一个七段LED数码管对红灯点亮时间进行倒计时显示，先对南北向红灯倒计时，显示9876-5-4-3-21一0,然后对东西向红灯倒计时。四、主要实训软件硬件（D常用电工工具、万用表等。（2）PC机（3）所需设备、材料见表LR闾I整幅YH3鲫¾箱*M殍IPLCS7-200CNCPU226AC/DC/RLA16ES7216-28D23-0XB82SFl停止按钮LA10-2H1红色3SF2起动按钮LA10-2H1绿色4PGl-6指示灯24V直流电源指示灯6红黄绿5LED数码管LG230llII6Qli隔离开关DZ47LE-3P+N17UR电源DR-120-24124V内流电源8PPI通信电缆RS232-48519XT接线端子JX2-Y010若干表1设备、材料明细表五、实训步骤（一）硬件设计L系统原理图按下停止按钮，交通灯控制系统停止工作。交通信号灯控制PLC接线图如图1所示为交通信号灯控制系统PLC接线图。文地信号灯控M南北红灯南北绿灯南北黄灯东西红灯东西缄灯 东西黄灯LEDO LED1 LED2 LE03 LED4 LED5 LED6Sl交通信导灯PIX投制建用B2.硬件连接操作（1）根据表1配齐电器元件，并检查各电器元件的质量。（2）根据PLC接线图2,画出电器元件布置图2。SF12红0 际。® ® ®黄绿红红原黄000URS7-200XT图2电器元件布置图(3)根据图2电器元件布置图安装元件，各元件的安装位置整齐、匀称、间距合理，便于元件的更换，元件紧固时用力均匀，紧固程度适当。(4)接线。按照图3电气接线图，先接PLC、开关电源的电源和PLC输入输出点的电源，再接输入电路，图3交通信号灯PLC控制接线图电源聚置信号灯X亶图4交通信号灯PLC控制实物图(5)检查电路。通电前，认真检杳有无错接、漏接等现象。(二)编写实训程序本设计可以采用经验设计法来完成。经过分析本设计任务可以分成两部分来完成，控制交通灯转换部分和红灯倒计时显示部分。分析交通灯转换部分可以发现，交通灯一次完整的工作周期为20s,每一组灯都在这20s中固定时间段进行工作，由此我们可以把每组灯的工作时间用比较指令标示出来，并控制相应的灯组在该时间段点亮工作，程序如图5所示。另外20s的工作周期可以用定时器指令来实现。网络3IMOOT37T37QOOII1>I1<e|I'C)0100图5比较指令程序红灯倒计时显示主要是通过7段LED数码管显示来实现，在S7-200的指令中段码指令可以实现7段LED数码管显示控制，程序如图6所示。网络9图6段码指令程序本次设计梯形图如图7所示。Mia45Ml*14图7交通信号灯PLC控制程序六、调试实训程序根据图3进行安装接线，然后将编制好的交通灯PLC控制程序下载到PLC,并进行程序调试直到设备运行满足设计要求。1.工作模式选择。将PLC的工作模式开关拨至运行或者通过STEP7Ticro/WlN编程软件执行“PLC”菜单F“运行”子菜单命令。2.监控。单击执行“调试”菜单下的“开始程序状态监控"子菜单命令，梯形图程序进入监控状态。程序调试监控图如图8所示。七、观察实训结果1 .运行交通灯。按下起动按钮SF2,观察输出线圈QO.0飞0.5、Ql.OQ1.6和所有指示灯和数码管的现象,南北向红灯亮起并维持10s,南北向红灯工作的同时东西绿灯向亮4s,接着以IHZ频率闪烁3s最后熄灭,绿灯熄灭同时东西向黄灯亮并维持3s;黄灯熄灭时东西向红灯开始公主并维持10s,东西向红灯工作同时南北向绿灯亮4s闪3s以IHZ频率最后熄灭，绿灯熄灭同时南北向黄灯亮并维持3s,黄灯熄灭时南北向红灯再次亮起循环反笈。交通灯工作时数码管对红灯点亮时间进行倒计时显示，先对南北向红灯倒计时，显示9一876543210,然后对东西向红灯倒计时。2 .停止交通灯运行。按下停止按钮SFL观察PLC输出线圈Q0.0Q0.5QL(TQL6,线圈Q0.0Q0.5、QI.0'QL6全部失电，交通灯灯全部熄灭，数码管熄灭。八、心得体会通过本课程的学习能够使我们掌握PLC的基本结构，工作原理，PLC控制系统程序设计与调试方法.其中，PLC控制系统的程序设计是教学的重点，由于PLC课程的实践性很强，所以上好PLC的实验课很重要。以S7-200PLC为讲授对象，应用比较总结法教学，把理论教学与实践教学融为一体，使学习容易理解记忆，极大的激发了我们的学习兴趣。