PLC系统设计专题5.docx
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PLC系统设计专题5
系统设计专题
姓名*******
学院自动化与电气工程学院
专业控制科学与工程
班级*******
学号*******
指导老师*******
二〇一六年五月三十
目录
第一部分PLC及组态设计基础-3-
1.1实验系统简介及STEP7编程软件编程练习-3-
1.1.1实验系统简介-3-
1.1.2STEP7编程软件使用练习-3-
1.1.3实验小结-6-
1.2定时器功能实验-6-
1.2.1实验目的-6-
1.2.2预习要求-6-
1.2.3实验内容及步骤-6-
1.2.4实验报告-7-
1.3计数器功能实验-11-
1.3.1实验目的-11-
1.3.2预习要求-11-
1.3.3实验内容及步骤-11-
1.3.4实验报告-12-
第二部分组态软件设计基础-13-
2.1组态软件的编辑与编程-13-
2.1.1实验目的-13-
2.1.2实验步骤-13-
2.2组态软件与PLC的通讯-14-
2.2.1实验目的-15-
2.2.2实验步骤-15-
2.2.3实验结论-16-
第三部分系统综合设计-16-
3.1带时间显示的交通灯控制设计-16-
3.1.1控制要求及方案比较-16-
3.1.2系统硬件设计-18-
3.1.3系统软件设计-19-
3.1.4实验步骤-20-
3.2PLC在液体混合装置中的应用-23-
3.2.1控制要求及方案比较-24-
3.2.2系统硬件设计-25-
3.2.3系统软件设计-26-
3.2.4感想与建议-28-
第一部分PLC及组态设计基础
1.1实验系统简介及STEP7编程软件编程练习
1.1.1实验系统简介
实验装置由西门子S7-300PLC作为主控设备，配以用作编辑器的个人计算机，来控制S7-300实验台上各种控制系统的模拟对象。
编程装置是PLC的外围设备，用以输入、检查、修改、调试程序或监视PLC的工作情况。
本实验装置通过专用的MPI电缆线将PLC与电脑连接，并利用专用的SETP7编程软件进行电脑编程和监控。
实验装置提供的主机型号是西门子S7-300系列的CPU315和CPU314C，配上8路数字量I/O模块SM323。
输入点数为16，输出点数为16。
1.1.2STEP7编程软件使用练习
（一）实验目的
认识和初步掌握STEP7编程软件的使用，为完成后续S7-300PLC的编程实验做好准备。
（二）实验要求
加深对S7-300程序结构的认识，了解一个完整的项目或程序一般应包括的几个主要部分。
熟悉STEP7编程软件各界面中各菜单及各种工具图标。
学会建立一个新项目，并能利用它来进行一些初步的编程和调试练习。
（三）实验内容
按以下各示范图例给出的步骤，学习STEP7编程软件的使用，并建立一个新项目和程序，完成编程练习。
1.使用项目向导创建一个项目
STEP7提供了一种称为项目向导的工具来帮助进行项目的建立工作。
为了开发一个自动化应用程序或组织程序，STEP7用一种称为项目（Project）的文件夹。
一个项目包括所有的程序、硬件组态和一个完整应用任务的网络组态及数据。
这个项目可以包括在一个或多个CPU中使用的程序。
（1）在SIMATICManager中，选择菜单命令【File】|【‘NewProject’Wizard】
（2）在STEP7Wizard屏幕上，点击【Preview】按钮（预览窗口将提示项目开发过程中的下一个步骤），再单击【Next】按钮。
（3）在提示屏幕提示“WhichCPUareyouusinginyourproject?
”时，选择可选的CPU。
在此示例中，选择CPU315-2DP。
点击【Next】按钮继续。
（4）在提示屏幕提示“Whichblocksdoyouwanttoadd?
”时，选择OB。
选择STL（语句表）作为所有块的编程语言，其中OB1（组织块）是主程序块，STL（语句表）将是默认的编程语言。
然后单击【Next】按钮继续。
（5）在“Whatdoyouwanttocallyourproject？
”屏幕上输入项目名称。
在此示例中，使用Demo_Labor_Wizard作为项目名称。
单击【Finish】按钮，这样就创建了新的项目。
在此，通过ProjectWizard开发了一种典型的自动化项目设计方法及其构架，一个顶层文件夹，一个硬件站点，一个程序文件夹，一个代码块区域，其中包括用于编程的代码块。
2.插入一个硬件站，并进行硬件组态
一个硬件站点包括所有的物理设备的组态信息，例如：
机架，电源，CPU和I/O模块。
通过此示例，可以看到如何来建立一个站点。
当从硬件目录中选择了正确的设备及其序列号，STEP7的组态软件将自动提供I/O寻址以及与槽号相关的文件位置。
（1）在SIMATICManager中，选择项目文件Demo_Labor。
然后选择菜单命令【Insert】|【Station】，选择站点类型，在此示例中，选择SIMATIC300站点。
（2）输入PLC站点的名称。
此例名为LaborPLC。
（3）选择站点LaborPLC。
双击【Hardware】图标，打开站点和硬件组态窗口。
（4）在工具栏中选择【Catalog】工具图标。
在SIMATIC300目录下打开RACK-300文件夹将一个Rail拖放到空白的配置区。
双击对象相当于拖放它。
（5）打开子文件夹CPU-300到CPU315文件夹。
根据实验设备选择产品序列号为6ES7315-2AG10-0AB0的CPU315,然后将其拖放到机架的2号槽。
当在目录中选择一个组件时，它的详细信息将被显示在屏幕底部的子窗口中。
主机架按以下规范配置：
1号槽只能放置电源模块，2号槽只能放置CPU模块，3号槽只能放置接口模块，4~11号槽中的模块必须连续排列，可最多放置8个，这些模块包括通信模块、信号模块和功能模块等。
其中2号槽不能为空，CPU模块必须配置。
其他各槽可以根据实际情况需要进行配置。
（6）打开SM-300子文件夹，可以看到可选的数字和模拟模块。
在此例中，打开子文件夹DI/DO-300（数字量I/O模块）。
选择模块SM323DI8/DO8xDC24V/0.5A（产品序列号：
6ES7323-1BL00-0AA0）,然后将其拖放到机架上4号槽。
（7）分配或修改I/O地址。
在组态一个PLC或PC站时，输入输出模块需要一个寻址方案来把真实设备和编程地址关联起来。
STEP7和S7系列的硬件可以为数字量和模拟量I/O自动分配默认地址，也可以利用硬件组态工具修改这个默认方案。
（8）单击【Saveandcompile】工具图标编译并保存硬件站点，也可以在选择菜单命令【Station】|【Saveandcompile】来完成。
这将生成一个系统数据（SDB）。
它将出现在SIMATICManager中Demo_Labor项目站点下的Blocks子文件夹中。
（9）下载硬件组态结果。
与硬件实物完全相符（包括产品型号和序列号）的硬件组态完成后，在在线联机工作状态下，把这个组态结果下载到实物PLC的CPU中。
单击工具栏中的Download工具进行下载，也可以通过选择菜单命令【PLC】|【Download】或按下Ctrl+L组合键进行下载。
3.创建一个线性程序
在一个线性程序中，所有的程序指令都被设置放在一个连续的指令块中。
这种结构相当于用一个可编程控制器程序代替了一个固定线路中的继电器电路。
随着对整个程序的每次扫描，系统便一次次成功处理了各个单独的指令。
（1）打开项目，选择程序下的Blocks文件夹，双击【OB1】选项。
这将打开可执行每次扫描的主代码OB1。
第一次打开此块时，可以在弹出层中的CreatedinLanguange下选择编程语言。
在此示例中选择LAD。
（2）单击工具栏图标或选择菜单命令【Insert】|【ProgramElements】打开【ProgramElements】指令目录。
在【LadderProgramEditor】中，可以使用工具栏中的编程图标来插入常用的程序单元（如触点、线圈等）。
（3）通过拖放或双击将指令放置在网络中。
要输入地址，通过按Tab键或单击将光标放置在元件上，就可键入地址了。
此示例中在第一个网络中使用地址I0.0，I0.1，Q0.0。
在输入地址的过程中，语言输入方式必须是在“半角/英语”状态。
（4）单击工具栏中的【NewNetwork】图标可以插入一行新代码。
也可以选择菜单命令【Insert】|【NewNetwork】。
在【ProgramElements】中选择【MOVE】文件夹，双击【MOVE】或拖放【MOVE】指令到新网络中。
（5）将光标放置在问号标记处，输入地址。
在本例中使用MW30和MW40。
（6）单击工具栏上的【Save】工具将使程序指令保存到计算机上。
也可以选择菜单命令【File】|【Save】来保存。
4.使用符号名
符号名就是用文字、数字等作为符号地址并用来代替绝对地址在编程中进行使用，例如用“停止”来代替绝对地址I0.0，“实验程序”来代替OB1。
利用过程或设备等的名称作为符号名，可以把程序和过程及应用联系起来，使程序的开发、读取、移植更加方便易懂。
所有的程序变量、块、数据类型等等，都可以有一个符号名。
（1）在【SIMATICManager】中打开【Demo_Labor】项目并选择【S7-program】文件夹，在此文件夹中有一个【Symbols】图标，如图B-21所示。
双击此图标打开【SymbolEditor】并打开此符号文件。
在【Symbol】字段中输入名称，建立符号名称表。
然后使用TAB键选择其他字段（【Address】、【DataType】、【Comment】）。
在此示例中，完成如图B-22所示的符号表。
符号名除英文外还可以用中文来表示。
选择工具栏中的【Save】工具进行保存。
（2）在【SIMATICManager】中打开【Blocks】文件夹，双击一个代码块，打开【ProgramEditor】，可以通过多种途径来使用符号名称。
选择菜单命令【View】|【Displaywith】|【SymbolRepresentation】、【SymbolInformation】和【SymbolSelection】等，打开所有的符号选择，就可以得到所有的符号信息，如图B-23所示。
（3）在编程时可以通过下面方法使用符号名称：
在地址字段中，键入要使用的符号名称的首字母，然后在弹出列表中选出符号名称；在地址字段中，右击，在弹出的快捷菜单中选择【InsertSymbol】命令，然后选出要使用的符号名称；键入绝对地址（如I0.0），则符号名称将自动从符号表中调出来；键入符号地址的全名。
保存符号表后，程序中显示的绝对地址被符号名称替代。
5.仿真下载程序及运行（需关闭PLC电源）
PLCSIM是一个PLC仿真软件，它能够在PG/PC上模拟S7-300系列PLC/CPU的运行，可以像对真实的硬件一样，对模拟的PLC进行程序下载、测试和故诊断。
切换到SIMATICManager窗口，选择Simulation。
打开Simulation界面。
接下来选择RUN.P，再点击InsertinputVriable和InsertoutputVriable。
在【SIMATICManager】中，选中程序下的【Blocks】文件夹并单击工具栏中的【Download】工具，这将下载【Blocks】文件夹的所有内容。
在IB0.1等处点击，可以看见在QB0等处的出现“对号”（根据程序逻辑）。
1.1.3实验小结
通过以上示例的练习，总结建立了一个Demo_Labor项目的过程，可以在该项目中编写设计后续实验项目程序，并分别在对这些程序进行测试。
1.2定时器功能实验
1.2.1实验目的
掌握定时器的正确编程方法，并用编程软件对可编程序控制器运行状态进行监控。
1.2.2预习要求
（1）复习S7—300型PLC的各种定时器的对应功能及时间值的设定。
（2）进一步熟悉STEP7编程软件的功能及使用方法。
（3）按要求编写实验内容及步骤中内容
（二）和（三）中的PLC控制程序
1.2.3实验内容及步骤
接线：
（I0.0–I0.2）对应SM323输入框的（2—4），（Q0.0—Q0.1）对应SM323输出框的（22—24），基本指令编程练习框内的（V+）接（SM323数字量输入）框内的（1L+），（COM）接（1M）。
打开STEP7软件的“定时器与计数器”实验项目，调试OB1中的样例程序，调试完成后程序段删除。
记录调试结果。
（一）SP脉冲定时器
AI0.0
LS5T#5S//装入设定时间（5s）
SPT2//T2按脉冲定时器运行
AT2//使用T2的常开触点
=Q0.0
AI0.1
RT2//复位T2
（二）编制类似的SE、SD、SS、SF定时器程序
设置输入量状态，观察PLC运行情况，并记录输出量状态的变化。
画下输入量、输出量之间的状态时序图。
1.2.4实验报告
（1）按要求分别画出5种定时器程序的动态时序图。
（2）用定时器梯形图指令，程序可以如何来写？
1、脉冲定时器（SP）
图1.1脉冲定时器（SP）的动态时序图
图1.2脉冲定时器（SP）的LAD程序
脉冲定时器（SP）的工作原理：
如果输入端I0.0的信号状态从"0"变为"1"（RLO中的上升沿），则定时器T5将启动。
只要I0.0为"1"，定时器就将继续运行指定的两秒（2s）时间。
如果定时器达到预定时间前，I0.0的信号状态从"1"变为"0"，则定时器将停止。
如果输入端I0.1的信号状态从"0"变为"1"，而定时器仍在运行，则时间复位。
只要定时器运行，输出端Q4.0就是逻辑"1"，如果定时器预设时间结束或复位，则输出端Q4.0变为"0"。
2、
扩展脉冲定时器（SE）
图1.3
扩展脉冲定时器（SE）的动态时序图
图1.4扩展脉冲定时器（SE）的LAD程序
扩展脉冲定时器（SE）的工作原理：
I0.0的信号状态从"0"变为"1"（RLO中的上升沿），则定时器T5将启动。
定时器将继续运行指定的两秒（2秒）时间，而不会受到输入端S处下降沿的影响。
如果在定时器达到预定时间前，I0.0的信号状态从"0"变为"1"，则定时器将被重新触发。
只要定时器运行，输出端Q4.0就为逻辑"1"。
3、接通延时定时器（SD）
图1.5接通延时定时器（SD）的动态时序图
图1.6接通延时定时器（SD）的LAD程序
接通延时定时器（SD）的工作原理：
如果I0.0的信号状态从"0"变为"1"（RLO中的上升沿），则定时器T5将启动。
如果指定的两秒时间结束并且输入端I0.0的信号状态仍为"1"，则输出端Q4.0将为"1"。
如果I0.0的信号状态从"1"变为"0"，则定时器停止，并且Q4.0将为"0"（如果I0.1的信号状态从"0"变为"1"，则无论定时器是否运行，时间都复位）。
4、保持型接通延时定时器（SS）
图1.7保持型接通延时定时器（SS）的动态时序图
图1.8保持型接通延时定时器（SS）的LAD程序
保持型接通延时定时器（SS）的工作原理：
如果I0.0的信号状态从"0"变为"1"（RLO中的上升沿），则定时器T5将启动。
无论I0.0的信号是否从"1"变为"0"，定时器都将运行。
如果在定时器达到指定时间前，I0.0的信号状态从"0"变为"1"，则定时器将重新触发。
如果定时器达到指定时间，则输出端Q4.0将变为"1"。
（如果输入端I0.1的信号状态从"0"变为"1"，则无论S处的RLO如何，时间都将复位。
）
5、关断延时定时器（SF）
图1.9关断延时定时器（SF）的动态时序图
图1.10关断延时定时器（SF）的LAD程序
关断延时定时器（SF）的工作原理：
如果I0.0的信号状态从"1"变为"0"，则定时器启动。
I0.0为"1"或定时器运行时，Q4.0为"1"。
（如果在定时器运行期间I0.1的信号状态从"0"变为"1"，则定时器复位）。
1.3计数器功能实验
1.3.1实验目的
掌握计数器的正确编程方法，并学会定时器和计数器的扩展方法，用编程软件对可编程序控制器运行状态进行监控。
1.3.2预习要求
（1）复习S7—300的各种计数器的对应功能及初始值的设定。
（2）进一步熟悉STEP7编程软件的功能及使用方法。
（3）按要求编写实验内容及步骤内容
（二）和（三）中的PLC控制程序。
1.3.3实验内容及步骤
接线：
（I0.0–I0.3）对应SM323输入框的（2—5），（Q0.0—Q0.1）对应SM323输出框的（22—24），基本指令编程练习框内的（V+）接（SM323数字量输入）框内的（1L+），（COM）接（1M）。
（一）CD减计数器
（1）分析下面的CD减计数器的语句表指令程序，在OB1中输入程序下载到PLC中。
AI0.0
CDC20//设C20为减计数器
AI0.1
LC#7//BCD格式的计数初始值装入累加器1
SC20//置计数初始值
AI0.2
RC20//复位C20
AC20//使用计数器触点
=Q0.1
（2）调整输入量状态，观察PLC运行状况，并记录输出量状态的变化。
（二）编制类似的CU、CUD计数器程序
设置输入量状态，观察PLC运行情况，并记录输出量状态的变化。
通过在线监视工具观察程序运行状态及计数器当前值的变化情况。
答：
输入脉冲每有一个正跳沿，计数值就减1，减到0时，停止计数，触点动作，灯亮。
1.3.4实验报告
（1）编写实验内容中要求的程序，在实验过程中能否实现，写明遇到的问题。
答：
编写CD、CU的程序时能够完整的实现其功能。
编写CUD程序时遇到语法不会的问题，没有得到解决。
（2）用计数器梯形图方块指令，程序可以如何来写？
图1.11CU计数器的LAD程序图
（3）加减计数器及可逆计数器的加减基值应该怎样理解？
计数器的当前值如何读取？
其在编程中有何用？
答：
如果输入S有上升沿，S_CUD（双向计数器）预置为输入PV的值。
如果输入R为1，则计数器复位，并将计数值设置为零。
如果输入CU的信号状态从"0"切换为"1"，并且计数器的值小于"999"，则计数器的值增1。
如果输入CD有上升沿，并且计数器的值大于"0"，则计数器的值减1。
计数器的当前值可以由CV或者CV_BCD中读出，用于对当前计数值设置相应的相应，比如出发一些功能。
第二部分组态软件设计基础
2.1组态软件的编辑与编程
2.1.1实验目的
（1）通过本实验了解组态软件。
（2）练习使用“三维力控”组态软件，并学会编辑变量、画面、变量连接、脚本程序等。
图2.1水箱液位变化系统
具体要求：
用力控组态软件制作如图1所示的水箱液位变化系统。
当点击“开关0”时，进水管呈现进水状态且水箱液位上升，右边的“输出液位”将对液位进行实时显示，当液位达到100时“开关0”自动关闭，液位停止上升，当点击“开关1”时液位将降低，此时出水管将呈现出水状态，当液位降到0时“开关1”自动关闭。
当在“输入液位”中输入液位数字时水箱中的液位显示输入量。
2.1.2实验步骤
新建画面：
在桌面上打开力控组态软件，显示工程管理器。
在组态开始界面中点击新建应用工程后出现模板管理。
将项目名称改为“实验1”，一般不要修改生成路径，点击确定按扭，新工程建立，然后选中新建立的工程点击“开发系统”图标进入“开发系统”画面。
在新界面中找到窗体左边的“工程项目”下的“窗体”，然后双击。
弹出窗口属性对话框，对话框选项中选择“全屏显示”然后点击确定，新画面建立完成。
定义变量：
点击“工程项目”下的“变量”，选择“中间变量”，点击“添加变量”图标，然后在变量名中输入“液位”，类型选为“实型”用相同的方法分别添加变量“开关0”和“开关1”变量类型都设置为“整型”。
至此变量添加完毕。
关闭“变量管理”窗口。
编辑画面与变量连接：
点击窗体上面
再寻找“罐”选择与例图中相同的“罐”双击选择，所选择的罐出现在画面中，单击选择“罐”图，通过拖拽所选图的对角线来调整罐到合适的大小。
大小调整完毕后双击“罐”图出现“罐向导”，点击“表达式”右边的浏览块，出现“变量选择”框选择“中间变量”从右侧变量名中选择“液位”变量，填充色改为黄色，然后点击“阀门”选择两个与例图相同的阀门，在工具箱内点击“文本”，在两个阀门的上方添加标注文本“进水阀”和“出水阀”。
双击“进水阀”开关与变量“开关0”连接，双击“出水阀”开关与变量“开关1”连接，再点击工具箱中的“文本”分别编辑“输入液位”、“液位显示”两个标注框，再编辑两个“00000”的数字框按照例图的样式摆放好。
双击与“输入液位”对应的数字框，在对话框中的“数值输入”中点击“模拟”选项，在变量选择中选择“液位”，双击“液位显示”对应的数字框，再点击数值输出中的模拟，变量选择也为“液位”。
选择工具箱内的“矩形”工具画出两个矩形条然后将其拖拽使其与例图中管道的长度相等，再分别双击两个矩形条选择“流动属性”，然后都将变量选择为“开关0”，颜色改为黄色，用相同的方法定义另两个与“开关1”相连矩形条。
然后按照例图的样式将与变量“开关0”相连的矩形条与“进水阀”前后相连，将与变量“开关1”相连的矩形条分别与“出水阀”的前后相连，再点击点击“文本”选项输入“水箱液位变化系统”最后把所有图画按照例图摆放好。
脚本编辑：
打开“工程项目”下“动作”中的“应用程序动作”。
选择“窗口运行时周期执行”在此对话框中输入给定的脚本程序。
IF开关0==1THEN液位=液位+1
ENDIF
IF液位>100THEN液位=100
ENDIF
IF液位<=0THEN液位=0
ENDIF
IF液位==100THEN开关0=0
ENDIF
IF开关1==1THEN液位=液位-1
ENDIF
IF液位==0THEN开关1=0
ENDIF
输入完成后点击“脚本保存”按扭，脚本程序编写完毕。
至此水箱液位变化系统完成。
点击“文件→全部保存”保存文件，再点击工具箱中的“运行”图标
出现“运行系统”界面，点击“文件”→“打开”，选择DRAW1双击，进入运行状态。
运行中点击“进水阀”和“出水阀”及在“液位显示”中输入液位数字观察动化变化是否符合要求。
2.2组态软件与PLC的通讯
2.2.1实验目的
熟悉组态软件。
掌握组态软件与PLC的通讯，变量连接，动态监控。
要求：
当PLC的外部输入点I0.0、I1.0有输入时灯I0.0、I1.0变为绿色，当点击图中的开关Q0.0、Q1.0时，PLC对应的Q0.0、Q1.0输出点置位灯Q0.0、Q1.0变为绿色。
2.2.2实验步骤
（1）建立画面：
点
进入组态环境→击“文件”→“新建”建立一个新画面，点击工具箱中的“文本”在画面中编辑一个“I0.0”、一个“
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