十年工控人：如何学PLC，弄懂控制程序及项目编程实例无压力

一、系统配线及控制原理：

彩钢瓦是一种建筑材料，出厂成型料长度是固定的（如15米），有些需要的却是长度不一的材料，如用人工裁切，每根长度都需测量，费时费力。用PLC、文本屏、变频器控制实施自动裁切，操作工只要将此三种裁切长度值和裁切数量值从文本屏画面输入，设备就会自动切出这三种长度规格的彩钢瓦来。

原设备是采用西门子变频器和触摸屏进行控制的，但因PLC和触摸屏严重损坏，不宜修复。应用户要求，现在用LS型PLC和YD20型文本屏，对其进行改造式修复。

原设备的控制线路的主电路，见图5-45彩钢瓦自动裁切设备主电路，可分为三部分：

油泵控制线路，为常规启、停电路，不受PLC控制，上班后由操作人员进行启/停控制，为气压阀提供压力源；

变频器控制线路，具有手动进、退和自动中的两段速运行控制，由手动和PLC自动控制，完成对彩钢瓦材料的输送；

刀具上行、下行的气压阀控制线路，对彩钢瓦进行裁切和控制刀具复位，由PLC自动控制。PLC的控制过程：裁切长度和数量由文本屏输入到PLC的程序中。由旋转编码器采集彩钢瓦的长度信号，经程序计算，控制变频器的启、停和气压阀的裁切动作。

彩钢瓦自动裁切设备主电路

整机控制电源由空气断路器QF1控制，再由380V/220V隔离变压器供给控制电路，以提高抗干扰性能和操作安全性，也避免了采用火、零二线220V供电时，零线接触不良时的供电不稳。设置SA0急停开关，在系统运行异常时，可快速停掉控制电源，无论手动或自动运行都被中止。

油泵的运行提供裁切刀具的工作压力，油泵的起/停由SB1、SB2按钮手动控制；刀具的上行（抬起归位）、下行（裁切）由PLC的输出接点驱动KA1、KA2两只继电器，再由继电器驱动KP1、KP2两只压力电磁阀；变频器的起/停、运转方向、运行速度均可以有手动/自动两种工作方式。手动裁切时用SB3、SB4按钮实现反转和运行控制，用SB5按钮控制手动下刀裁切。自动裁切时按设置好的两段速——高速和低速进行彩钢瓦输送、裁切前低速运行的控制，用继电器KA1、KA2控制刀具的下切和返回。

对变频器的参数设置。将P2端子设置为A段速运行控制端子，其运行频率为7Hz；将P3端子设置为B段速运行端子，将运行频率设置为35Hz；停车方式：自由停车；加、减速时间的设置，据现场运行要求设定。

彩钢瓦自动裁切设备PLC控制接线图

PLC控制接线图，因原机型为西门子型PLC，输出端子在上部，输入端子在下部，为对应原线路配置和操作工人读图习惯，也将PLC输出端子线路画于上部，将输入端子画于下部了，读图时需予注意。

图中SA1为手动自/动运行方式选择开关，闭合时为自动运行方式，SB4为自动运行暂停开关；P06、P07端子输入刀具下、下限位信号；P0、P1输入高速计数脉冲信号。YD20文本屏的工作电源，取自PLC的24V、24G电源供给端子。

与可调定长裁切装置不同，程序电路的重点，是对多种剪切数量和多种前剪切长度进行处理，按设置要求完成对设置根数和长度的裁切任务。本装置最多能完成8组长度和根数各不相同的裁切任务。当然，如果需要，可完成更多组数的裁切设置。

控制系统的裁切动作，是按屏面设置数据来进行的，因而制作文开屏画面，就成为编写程序的一个重要内容，而且程序电路要与画面内容有机地结合在一起。还是按照先编写程序电路，再依据程序电路的元件地址制作文本屏画面的步骤来进行。

二、PLC程序程序电路与对应画面：

以程序电路左侧的步号为序进行程序电路的讲解。0-9步电路，为一个计数电路、计数清零控制电路。C0为剪切张数计数器，输入信号为剪切动作信号，下刀剪切一次，即输入一次计数信号，计数设定值是来自寄存器D3530（屏）内的剪切张数设定值，此值由第二段程序电路所传送，可为1至8组设定值中的任意一组剪切张数设定值。

彩钢瓦自动裁切设备PLC程序电路第一段

C0当前计数值的清零：1）当计数值等于当前设定值时，对应位元件C0常开触点闭合，计数器复位电路接通，将当前计数值自行清零；2）当自动运行信号接通，M50产生一个扫描周期内的接通信号，“D M50”指令的作用，是将输入信号转变为（上升沿）脉冲输出，将C1计数器内的当前值清零。

在此段电路中，可看出脉冲信号的作用：当手动/自动开关打到自动位置时，P3触点处于常态的接通状态中，若直接用P3触点为C1复位，则因其在常态接通状态——C1复位电路一直在强制复位状态——下，会导致C1不能完成正常计数任务。在这里自动起动后的清零动作，只能是一个瞬态的脉冲信号！将常态信号转化为脉冲信号，大多是为了适应电路对瞬态信号需求的，并非要对其作无谓的转换。

9-15步电路。是完成组计数的功能，当各组的剪切任务都完成后，计数器C1的常闭触点开断，使自动运行停止，C1起到了自动停止的控制作用，见28-32步电路。

15-28步电路。为当前组数监控数据处理电路，将组计数C1中的数据传送至D3592。因监控显示为1-8，最低显示数为1，显示“0组”毫无意义。故采用ADD加法指令，将D3592（监控画面寄存器）之中数值预先加1，使之从数字1开始，显示1-8组数。

下图5-48，34-154步，是传送指令和条件比较指令的应用。对应长度数据为32位数据，传送指令为DMOV，在画面设置中，长度设定值采用的寄存器被定义为32位数据寄存器，以便与高速脉冲计数形成的32位数据相统一，而剪切数量则采用MOV，16位数据传送指令。在对传送指令应用时，要注意其数据形式。

彩钢瓦自动裁切设备PLC程序电路第二段

实际工作中，每一组的长度值和剪切数量（根数）都不一样，在进行长度值和剪切数量的设置时，是以组序为区别，进行设置的，每一组都有两个量需要处理：1）该组剪切数量（根数）；2）该组剪切长度。如第一组要求将彩钢瓦剪切长度为5米，剪切数量8根。第二组……。第三组……。那么程序电路是如何进行区别，按设置要求进行自动裁切的呢？

对每组剪切长度和剪切数量的区别，是通过条件比较指令来进行的。第一段程序电路中，剪切组计数器C1的计数输入信号，为剪切张数计数器C0的触点动作信号。当剪切张数与设定值相等时——某一组张数剪切完毕后，C0触点动作，向C1输入一个计数信号。利用计数器C1的当前数值和给定数字值比较，对现在剪切组别进行逻辑判断。

并将设置好的剪切数量传送至计数器C0中，做为其计数设定值；同时也将该组设定值传送到D3510，经第四段程序电路的算术处理，做为对应剪切长度的总脉冲数，与旋转编码器输入脉冲数进行比较，二者相等时，下刀剪切。

34-49步电路，为第一组的组别判断和第一组剪切长度传送电路、第一组剪切张数传送电路。其工作过程是这样的：系统启动时，计数器C1中计数值为0，34-49步数据传送电路的输入回路接通（以下传送电路均无输入回路接通条件而不工作），数据传送电路将第一组剪切长度数据D3560（来自屏设定画面）传送至D3510寄存器。

此时第四段程序电路中的170-220步电路，所计算得出的总脉冲数（对应剪切长度）即为34-49电路所传送的第一组剪切长度值；同时，34-49电路也将剪切数量的数据传送到D3530中，作为第一段程序电路中剪切数量计数器C0的设定值；当实际下刀次数（剪切数量）与第一组设定数量相等时，C0自清零，同时向C1（组计数）输入一个计数信号，使C1的当前计数值为1。

C1的当前计数值为1，从而使49-64步电路被激活，第二组剪切长度与剪切张数传送电路的输入回路接通，将第二组剪切长度数据传送至总脉冲数计算电路，同时也将第二组剪切张数的数据传送至C0，作为CO的计数设定值。也可以认为，D3510、D3530的内部数据同时被刷新为第二组的设定数据。以下各组剪切数据的工作传送方式依此类推，直至剪切完毕，系统自动停机。

每组剪切长度及剪切张数的设置画面如下：

采用文本屏型号为TD20，LS型PLC与电脑的通讯电缆和与文本屏的通讯电缆相同，不必另行更换电缆。第一步，是选择PLC类型，其通讯协议可以用默认配置，不须另设。然后进入画面编辑。按主画面、其它画面的次序逐一进行编辑，定义元件（寄存器），设置画面转换功能键等。其画面编辑方法同上述的YD204VL4文本屏，不予赘述了。

TD20文本屏剪切长度、数量设置画面一

第一组剪切长度：32位数据寄存器D3560，剪切张数：16位数据寄存器D3562；

第二组剪切长度：32位数据寄存器D3564，剪切张数：16位数据寄存器D3566；

第三组剪切长度：32位数据寄存器D3568，剪切张数：16位数据寄存器D3570；

第四组剪切长度：32位数据寄存器D3572，剪切张数：16位数据寄存器D3574。

注意：当指定D3560为32位寄存器时，D3561同时被占用（D3560储存低16位数据，D3561储存高16位数据），D3564（D3565）等数据寄存器，也都被指定为32位数据寄存器。

将SEC定义为隐形键，实现向画面1的转换；将下行箭头键定义为画面跳转功能键，按此键时转换到设置2画面。 因为一个画面只能处理和显示四行文字，须用两个画面才能完成对八组剪切数据的设置。

TD20文本屏剪切长度、数量设置画面二

第五组剪切长度：32位数据寄存器D3576，剪切张数：16位数据寄存器D3578；

第六组剪切长度：32位数据寄存器D3580，剪切张数：16位数据寄存器D3582；

第七组剪切长度：32位数据寄存器D3584，剪切张数：16位数据寄存器D3586；

第八组剪切长度：32位数据寄存器D3588，剪切张数：16位数据寄存器D3590。

将SEC定义为隐形键，实现向画面1的转换；将下行箭头键定义为画面跳转功能键，按此键时，转换到设置1画面。

彩钢瓦自动裁切设备PLC程序电路第三段

彩钢瓦自动裁切设备PLC程序电路第四段

170-220步（见图5-52），为长度脉冲数、减速距离脉冲数及长度监控值（将脉冲数转换为毫米值显示）的算术电路，与本章第三节的可调定长裁切装置的算术电路相同，请读者自行分析电路原理。另外，系统的起动/停止，和变频器高、低速的控制，及与控制相关的逻辑判断电路，也编写在该段程序中。

220-243步程序电路（见图5-53），为高速计数和计数清零电路。247-263步电路，为变频器低速和下刀信号处理电路，与第一节程序电路内容相近，不予赘述。247-277步程序电路，为自动/手动下刀裁切控制电路，下刀信号与上/下限位信号相配合，对下刀电磁阀进行控制。

此处，用SET置位指令“强制”了M10的接通（RST M10指令并没有成对出现），这是因为下刀裁切，只是一个瞬时过程，而抬起刀具，则为一个常态保持动作。在不明了实际的动作要求时，遇到这种不够规则的指令应用现象，就会感到不解。现场调试和程序修改，有点“头疼医头脚疼医脚”的意思，某种情势下，往往不是出于全面的周密的逻辑思考，而是考虑到先把问题解决了再说，因而某些指令用法的不规则和程序电路中偶尔出现的“凌乱”现象，就是在所难免的了。这是我们“读程序”时应该注意的方面了。同时在编程工作中，也要尽量养成一个“按规则编写程序电路”的好习惯。

文本屏的设置画面如下：

TD20文本屏的“机械设定”画面

该画面描述：机械设定画面，用于（主轴）轮周长、编码脉冲、减速长度三个量的设置。

轮周长设置：16位数据寄存器D3512；编码脉冲数/周设置：16位数据寄存器D3514；减速长度设置：16位数据寄存器D3500。

关于此次的PLC与文本屏、编码器、变频器程序案例就分享到这啦！

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张跟华 ，从事工业自动控制相关工作15年，高级工程师，目前就职于某科技公司担任项目经理。在工业控制领域有自己的建树，

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本书目录

第1章　PLC编程基础1

1.1　PLC概述1

1.1.1　PLC工作原理1

1.1.2　西门子S7-1200 PLC介绍2

1.2　硬件介绍2

1.2.1　模块概述2

1.2.2　CPU模块功能3

1.2.3　CPU选型4

1.2.4　CPU支持的块5

1.3　PLC数据访问6

1.3.1　数据存储6

1.3.2　访问PLC中的数据7

1.3.3　组态IO9

1.4　数据类型介绍10

1.4.1　基本数据类型11

1.4.2　结构数据类型（Struct）13

1.4.3　PLC数据类型（UDT）15

1.4.4　数组数据类型（ARRAY）17

1.4.5　系统数据类型（SDT）19

1.4.6　参数数据类型（Variant）20

1.4.7　日期和时间数据类型（DTL）22

1.4.8　指针数据类型 25

第 2 章　博途TIA软件入门28

2.1　软件概述与安装28

2.1.1　软件安装对系统的要求28

2.1.2　与其他STEP产品的兼容性29

2.1.3　所支持的虚拟系统29

2.1.4　博途V15.1软件的安装30

2.2　博途软件界面介绍33

2.2.1　Portal视图33

2.2.2　项目视图34

2.3　项目树35

2.4　程序编译和下载37

2.5　程序上传40

2.5.1　设备作为新站上传程序40

2.5.2　已知设备型号，上传软件程序41

2.6　程序比较43

第 3 章　S7-1200 PLC编程基本指令46

3.1　位逻辑指令46

3.1.1　指令说明46

3.1.2　应用示例49

3.2　定时器指令 49

3.2.1　生成脉冲定时器指令50

3.2.2　接通延时定时器指令50

3.2.3　关断延时定时器指令51

3.2.4　时间累加器指令52

3.2.5　应用示例：电机星形转三角形启动53

3.3　计数器指令54

3.3.1　加计数器指令54

3.3.2　减计数器指令55

3.3.3　加减计数器指令56

3.3.4　应用示例：饮料装箱程序57

3.4　比较指令59

3.4.1　指令说明59

3.4.2　应用示例：养殖场自动清洗程序59

3.5　数学函数指令60

3.5.1　计算指令61

3.5.2　数学函数指令说明61

3.5.3　应用示例：编写模拟量运算程序64

3.6　数据移动指令65

3.7　移位和循环指令66

3.7.1　指令说明66

3.7.2　应用示例：流水灯控制程序67

3.8　数据转换指令68

3.8.1　指令说明68

3.8.2　应用示例：温度传感器控制69

3.9　字逻辑运算指令70

第 4 章　组织块、函数块和数据块 73

4.1　组织块73

4.1.1　组织块的概念73

4.1.2　组织块的功能74

4.1.3　组织块的类型75

4.1.4　组织块的创建76

4.2　数据块77

4.2.1　数据块的概念77

4.2.2　数据块的创建78

4.2.3　数据块的访问80

4.2.4　数据块的优化访问80

4.3　函数和函数块82

4.3.1　函数的概念82

4.3.2　函数块的概念82

4.3.3　函数和函数块的区别83

4.3.4　函数或函数块的创建83

第 5 章　S7-PLCSIM仿真软件的使用84

5.1　S7-PLCSIM软件简介84

5.2　精简视图和项目视图86

5.2.1　精简视图86

5.2.2　项目视图86

5.2.3　在精简视图和项目视图之间进行切换87

5.2.4　分离仿真和项目87

5.2.5　启动和停止仿真 87

5.2.6　仿真状态89

5.2.7　仿真PLC与真实PLC之间的区别89

第 6 章　以太网通信及应用示例99

6.1　PROFINET接口简介99

6.2　PROFINET通信100

6.2.1　PROFINET通信介绍100

6.2.2　PROFINET的3种传输方式101

6.2.3　S7-1200 PLC PROFINET的通信能力101

6.2.4　PROFINET通信应用示例102

6.3　开放式用户（TCP）通信105

6.3.1　TCON指令105

6.3.2　TSEND指令108

6.3.3　TRCV指令110

6.3.4　应用示例112

6.4　Modbus TCP通信121

6.4.1　Modbus TCP概述121

6.4.2　Modbus TCP通信的特点121

6.4.3　Modbus TCP客户端通信示例122

6.5　ISO on TCP通信125

6.5.1　ISO on TCP通信概述125

6.5.2　ISO on TCP通信应用示例125

6.6　S7通信134

6.6.1　S7通信概述134

6.6.2　S7通信应用示例135

第 7 章　串行通信及应用实例139

7.1　模块介绍139

7.2　PtP接线方式141

7.3　PtP通信指令介绍143

7.4　Modbus RTU协议介绍145

7.4.1　Modbus功能代码145

7.4.2　指令说明146

7.4.3　Modbus RTU通信示例155

第 8 章　S7-1200与HMI通信163

8.1　HMI介绍163

8.2　HMI画面制作165

第 9 章　PID控制器应用实例170

9.1　S7-1200 PID功能概述170

9.2　创建PID指令171

9.3　如何选择PID指令174

9.4　PID Compact V2指令介绍175

9.5　调用PID Compact V2的步骤178

9.5.1　基本设置179

9.5.2　过程值设置180

9.5.3　高级设置181

9.6　PID自整定功能186

9.6.1　功能介绍186

9.6.2　PID_3Step V2指令介绍189

9.6.3　S7-1200 PID_3Step V2组态步骤及设置194

第 10 章　S7-1200与G120变频器进行USS通信201

10.1　USS概述201

10.1.1　USS协议介绍201

10.1.2　USS协议的通信数据格式202

10.2　USS通信原理与函数块编程203

10.2.1　S7-1200 PLC与G120通过USS通信的基本原理203

10.2.2　USS函数块编辑204

10.2.3　工程实例208

第 11 章　S7-1200与智能仪表通信215

11.1　SENTRON PAC3200仪表介绍215

11.2　SENTRON PAC3200与S7-1200进行通信217

第 12 章　创建数据日志225

12.1　数据日志的指令概述225

12.2　创建数据日志226

12.2.1　操作步骤226

12.2.2　完整程序232

第 13 章　工程案例分析234

13.1　案例1：运动控制234

13.1.1　对轴进行组态237

13.1.2　控制程序241

13.2　案例2：水箱水位控制系统246

13.3　案例3：电梯控制系统255

13.4　案例4：伺服电机控制系统263

13.5　案例5：物料分拣控制系统273

参考文献283

本文摘自《西门子S7-1200 PLC编程与应用实例》，获出版社和作者授权发布。

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