Plc基本指令应用教案

课 题

Plc基本指令应用

授课班级

电气可编程控制器培训班

授课时间

2015.8.18/2015.8.25

教学目标

1、能够运用主控指令MC/MCR、栈指令MPS/MRD/MPP的功能

2、能够正确使用主控指令MC/MCR、栈指令MPS/MRD/MPP

3、能够运用置位、复位指令编写程序

教学重点

运用主控指令MC/MCR、栈指令MPS/MRD/MPP的功能

运用置位、复位指令编写程序

教学难点

正确使用主控指令MC/MCR、栈指令MPS/MRD/MPP

正确使用置位、复位指令编写程序

教学内容纲要

教法与说明

Plc基本指令应用

对于图1所示的梯形图可以用基本指令写出相应的指令语句表。但是对图2所示的梯形图则不能用已经讲过的基本指令进行编程。若写成如图2所示的指令则是错误的。因此，要正确写出图2所示的梯形图的指令语句表，则必须学习多路输出指令 。

图 1 图 2

一、基本指令介绍

多路输出指令是一个触点或触点组控制多个逻辑行的梯形图结构，多路输出指令共有两组，一组是MC/MCR指令，一组是MPS/MRD/MPP指令。现分别介绍：

（一）、MC/MCR指令

1、MC指令：MC指令称为“主控指令”。

功能是：通过MC指令的操作元件的常开触点将左母线临时移到所需要的位置，产生一个临时左母线，形成一个主控电路块。

MC指令的操作元件由两部分组成，一部分是主控指令使用次数（N0～N7），也称主控嵌套层数，一定要从小到大按顺序使用，另一部分是具体操作元件，可以是输出继电器Y或辅助继电器M中的其中一个。一般使用辅助继电器M。但是不能使用特殊辅助继电器。

2、MCR指令：

称为“主控复位指令”。功能是取消临时左母线，即将左母线返回到原来位置，结束主控电路块。MCR指令是主控电路块的终点。

MCR指令的操作元件只有主控指令使用次数N0～N7，但是一定要与MC指令中嵌套层数一致。如果是多级嵌套，则主控返回时，一定要从大到小按顺序返回。

MC/MCR使用举例如图3所示：

图 3

3、MC/MCR指令使用注意事项：

（1） MC指令的操作元件可以是输出继电器Y或辅助继电器M中的其中一个。一般使用辅助继电器M。但是不能使用特殊辅助继电器。

（2） 执行MC指令后，因左母线移到临时位置，所以，主控电路块必须用LD或LDI指令开始写指令语句表。

（3） MC指令后，必须用MCR指令使左母线有临时位置返回到原来位置。

（4）MC/MCR指令可以嵌套使用，嵌套级号是从N0～N7按顺序增加，顺序不能颠倒。最后主控返回用MCR指令时，必须按从N7～N0顺序返回，不能颠倒，最后一定是MCR N0指令。

（二）、 MPS/MRD/MPP指令

1、MPS指令：称为“进栈指令”。功能是将触点的逻辑运算结果推入栈存储器1号单元中，存储器每个单元中原来的数据依次向下推移。

MPS指令没有操作元件。

执行一次MPS指令，完成两个动作。第一个动作是栈存储器中每个单中数据依次向下一个单元推移，腾出1号单元，这个动作称为数据下压。第二个动作是将新的逻辑运算结果存入1号单元中。

2、MRD指令：称为“读栈指令”。功能是将栈存储器中1号单元的内容读出。

MRD指令没有操作元件。

执行MRD指令时，栈存储器中每个单元中内容不发生变化，即不会使数据下压，也不会使数据上托。

3、MPP指令：称为“出栈指令”。功能是：将1号单元中结果取出，存储器其他单元的数据依次向上推移。

MPP指令没有操作元件。

执行MPP指令时，完成两个动作。第一个动作是将栈存储器中号单元中结果取出。第二个动作使将2号单元中结果移到1号单元中。这个动作称为数据上托。

MPS/MRD/MPP指令的使用如图4、图5所示。

图4 图5

4、MPS/MRD/MPP指令使用注意事项：

（1）MPS指令与MPP指令必须成对使用，缺一不可。MRD指令有时可以不用。

（2）MPS指令连续使用次数最多不能超过11次。

（3）指令MPS或MRD或MPP之后若有单个常闭触点或常开触点串联，则应用ANI或AND指令。

（4）指令MPS或MRD或MPP之后若有触点组成的电路块串联，则应该用ANB指令。

（5）指令MPS或MRD或MPP之后无触点串联，直接驱动线圈，则应用OUT指令。

二、基本指令介绍

（一）、置位与复位指令

1、置位指令（SET）：功能是：驱动线圈，使其具有自锁功能，维持接通状态。

操作元件：输出继电器Y、辅助继电器M、状态继电器S。

2、复位指令（RST）：功能是：使线圈复位。

操作元件：输出继电器Y、辅助继电器M、状态继电器S、定时器T、计数器C。

置位指令（SET）和复位指令（RST）使用如图6所示。

图 6

（二）、脉冲微分指令：

脉冲微分指令主要用于检测输入的上升沿或下降沿，当条件满足时，产生一个很窄的脉冲信号输出。

1、PLS指令：

称为：“上升沿脉冲微分指令”。功能是：当检测到输入脉冲的上升沿时，PLS指令的操作元件Y或M的线圈得到一个扫描周期，产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲信号输出。

PLS指令操作元件为：输出继电器Y、辅助继电器M，不含特殊继电器。

2、PLF指令：

称为“下降沿脉冲微分指令”。功能是：当检测到输入脉冲的下降沿时，PLF指令的操作元件Y或M的线圈得到一个扫描周期，产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲信号输出。

PLF指令操作元件为：输出继电器Y、辅助继电器M，不含特殊继电器。

PLS指令和PLF指令使用如图7所示。

图 7

（三）、空操作与结束指令

1、NOP指令：

称为“空操作指令”。功能是：在调试程序时，用来取代一些不必要的指令。

没有操作元件。

2、END指令：

称为“结束指令”。功能是：执行到END指令后，END指令后的程序不再执行。

没有操作元件。

注意：END指令不是停机指令，而是执行用户程序的一个周期结束。

例: 1、任务：用PLC控制舞台艺术灯饰

2、要求：我们平时看到五光十色的舞台灯光,可以用PLC来控制。如图所示的舞台灯饰，共有7道灯，上方4道呈拱形，下方3道呈阶梯形。

要求1～7 号灯闪亮的时序如图所示：

3、分析：7号灯一亮一灭交替进行，间隔时间为5S；6、5、4号3道灯由内到外依次点亮，间隔时间为10S；3、2、1号阶梯灯由上至下依次点亮，间隔时间为10S，再全灭；整个过程需要60秒，循环往复。

操作要领讲解

1、根据时序图分析控制要求；

2、根据控制要求和面板确定PLC的I/O点数；

3、确定I/O的地址，并绘制出PLC的I/O接线图，如图3所示；

4、设计梯形图；

5、写出指令语句表。

6、程序录入到PLC，调试。

讲授法

引入法

讲授法、强调法

强调MC、MCR指令的区别及应用范围

强调法

强调MC、MCR指令的使用注意事项

讲授法，强调法

强调MPS、MRD、MPP指令的使用范围

举例法

讲授法

讲授法

图示法

讲授法

举例法

教学

反思

1、MC/MCR主控指令使用次数最多8层（N0～N7），一定要从小（大）到大（小）按顺序使用。

2、MPS指令与MPP指令必须成对使用，缺一不可。MRD指令有时可以不用。

3、MPS指令连续使用次数最多不能超过11次

4、SET/RST操作元件：输出继电器Y、辅助继电器M、状态继电器S、积算定时器T、计数器C。

5、PLS/PLF指令的操作元件是：输出继电器Y、辅助继电器M，不含特殊继电器。

6、执行到END指令后，END指令后的程序不再执行。END指令不是停机指令，而是执行用户程序的一个周期结束。

作业

布置

练习使用MPS/MRD/MPP指令编写程序

一段完整程序，最后如果没有END指令，会产生什么结果？

如何用PLC编译程序控制电机点动？一体化实训教学设计轻松学会

任务描述：

图1.1所示是三相交流异步电动机点动的继电控制线路，启动时，合上自动开关QA0，主电路引入三相电源。按下启动按钮SF2，交流接触器QA1线圈通电，其主触点闭合，电动机接通电源启动。这样当松开启动按钮SF2后，接触器QA1线圈断电，其主触点断开，电动机停止。这种依靠接触器本身主触点使其线圈通断电的现象称作点动。在电力拖动控制中，通常是用继电器来实现的，现在来学习用PLC实现对三相异步电动机正转点动的控制。

PLC是一种以逻辑和顺序方式控制机器动作的控制器。

1．控制要求

（1）能够利用基本的驱动指令编程实现三相交流异步电动机的点动控制。

（2）能够掌握绘制PLC的外部接线图。

2．继电器的控制电气原理图

继电器控制的三相交流异步电动机点动继电控制电气原理图如图1.1所示。

图1.1 三相异步电动机点动继电控制线路

学习目标：

（一） 专业能力目标

1、简单了解可编程控制器及其与继电接触器控制的区别。

2、掌握西门子S7-200系列PLC的基本指令。

3、掌握编程软件Step7-Micro/Win SP9的基本使用方法。

4、了解认识PLC的硬件接线图与I/O分配表。

5、掌握基本PLC控制系统的安装、调试等操作过程。

（二）方法能力目标

1. 具有获取、分析、类比、归纳新知识的能力。

2. 具有自学能力、理解能力和表达能力。

3. 具有根据设计方案动手实施的能力。

（三）社会能力目标

1. 具有良好的职业道德和一丝不苟的敬业精神。

2. 具有良好的团队意识和互助协作能力。

知识拓展：

一、 什么是可编程控制器？它与 继电接触器控制有什么的区别？

1、可编程控制器的定义：可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC。 PLC 是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其相关设备都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。

2、PLC与继电接触器控制的区别

（1）组成器件不同

继电接触器控制系统是由许多硬件继电器、接触器组成的，而PLC 控制系统则 是由许多“软继电器”组成的。传统的继电接触器控制系统由于用了大量的机械触点， 因物理性能疲劳、尘埃的隔离性及电弧的影响使系统的可靠性大大降低，而PLC 控 制系统采用无机械触点的微电子技术，复杂的控制由PLC 控制系统内部的运算器完 成，故寿命长，可靠性高。

（2）触点数量不同

继电接触器的触点数较少，一般只有4～8对；而“软继电器”可供编程的触点数有无限对。

（3）控制方法不同

继电接触器控制系统是通过元件之间的硬接线来实现的，其控制功能是固定的。 PLC控制功能是通过软件编程来实现的，只要改变程序，功能即可改变。

（4）工作方式不同

在继电接触器控制电路中，当电源接通时，电路中各继电器都处于受制约状态。 在PLC 控制系统中，各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中，每个“软继电 器”受制约接通的时间是短暂的。

二、 梯形图

在PLC应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。PLC编程语言是多种多样的，但最主要的两种类型为：① 采用字符表达方式的编程语言，如语句表等；② 采用图形符号表达方式的编程语言，如梯形图等。

表1.1中的梯形图就是三相异步电机点动控制线路梯形图。

梯形图中有两个PLC的基本指令，分别是LD、OUT。

（1）指令功能

a）LD（取指令）。逻辑运算开始指令，用于与左母线连接的常开触点。

b）OUT（输出指令）。驱动线圈的输出指令，将运算结果输出到指定的继电器。

表1.1 梯形图与指令表

（2）程序逻辑运算功能

a）能流概念

在梯形图的设计过程中引入能流概念，有助于理解程序逻辑。能流是一个虚构的概念“电流”，梯形图中左边的垂直线称为左母线（起始母线），右边的垂直线成为右母线（终止母线），而能流的流动方向是从左母线流至右母线。可以将左母线近似为电路中的正极，右母线近似为负极，这样能流（“电流”）则从正极经过各种中间环节流入负极。

b）程序逻辑运算方向

PLC采用循环顺序扫描的工作方式。在一个周期内，CPU从主程序第一条语句开始，按从左到右、从上到下的顺序扫描到最后一条语句（包括中间出现的中断服务程序），每个周期结束后后回到第一条语句开始下一周期的扫描。

三、三相交流异步电动机的点动控制线路中主要元器件的功能

三相交流异步电动机的点动控制线路中主要元器件的功能如表1.2所示。

表1.2 元器件功能表

四、绘制PLC 硬件接线图

绘制PLC硬件接线图如图1.2所示。

图1.2 三相异步电机点动控制PLC硬件接线图

任务实施：

一、安装

1．工具、仪表及器材如表1.3所示。

（1）工具：螺丝刀、剥线钳、尖嘴钳等。

（2）仪表：万用表1只。

（3）器材选择（填写器材清单，此清单按此标准并根据实际电路由学生自己制作）。

表1.3 工具、仪表及器材清单

序号

名称

型号

数量

作用

1

PLC

西门子CPU226

1台

控制

2

计算机

XP或WIN7

1台

编写程序和监控

3

按钮

常开

1个

起动输入

4

接触器

1个

驱动电机

5

三相异步电机

1台

被控对象

6

通信电缆

1根

下载监控调试程序

7

断路器

三相四线

1个

电压开关

8

熔断器

4个

保护

2．绘制元件布置图。

元件经检查合格后根据绘制好的元件布置图在控制板上安装电气元件，如图1.6所示。

电器安装应牢固，并符合工艺要求，并根据接线图接线。

二、输入/输出点分配

输入/输出点分配如表1.4所示。

表1.4 I/O分配表

输 入

输 出

输入元件

作用

PLC

输入继电器

输出元件

作用

PLC

输出继电器

SB

起动按钮

I0.0

KM

交流接触器

Q0.0

三、程序的编写与输入

编程软件为用户编辑和监控应用程序提供了良好的编程环境。在计算机中安装西门子

S7-200系列PLC编程软件V4.0 STEP7-Micro/Win SP9。桌面上显示图标如图1.4所示。

图1.4 STEP7 Micro/WIN 编程软件

（1）双击计算机屏幕上的STEP7 Micro/WIN图标，进入西门子S7-200PLC编程软件界面，如图1.5所示。

图1.5 STEP7 Micro/WIN编程软件界面

（2）编写新的程序，用鼠标把程序指令拖拽到程序编辑区域，如图1.6所示。

图1.6 选择梯形图指令

（3）S7-200的梯形图不用在程序最后使用“结束”指令。

图1.7 梯形图的编辑

（4）S7-200PLC的RS-485的通信口可与计算机的RS-232串行口通过PC/PPI电缆进行连接，如图1.8和图1.9所示。

图1.8 通信端口图1.9 S7-200PLC(CPU226DC/DC/DC)

(5)点击“通信”功能，如图1.10所示。

图1.10 使用“通信”功能

（6）在图1.11中双击刷新，查找联机PLC。

图1.11 查找与编程联机的S7-200PLC

（6）找到连接到计算机的PLC后，点击“确认”按钮，如图1.12。

图1.12 确认联机的PLC

（7）然后点击“下载”，出现程序下载对话框，如图1.13和图1.14所示。

图1.13 点击程序下载工具按钮

图1.14 程序下载对话框

（8）下载程序前，软件提示将PLC置于“STOP”状态，下载完成后，软件提示将PLC重新置于“RUN”状态，如图1.15和图1.16所示。

图1.15 将PLC置为“STOP” 图1.16 将PLC置为“RUN”

（9）点击在线工具按钮，使STEP7-Micro/WIN软件处于在线监控状态，如图1.17所示。

图1.17 在线监控模式

当SB按钮按下时，对应的I0.0触点被接通，同时Q0.0得电，可以通过在线监控状态观察I0.0和Q0.0的变化，其中蓝色表示已经接通，通过在线监控模式监控各输入和输出的状态可以理解PLC的工作原理和调试程序，如图1.18所示。

图1.18 在线监控-程序状态

四、程序调试

程序输入完毕后进行自检，并使用万用表检查线路。要求确保无误后才允许通电调试。

按表1.5所示的步骤进行，并填写观察结果。

表1.5 程序调试步骤

操作步骤

操作内容

观察内容

记录观察结果

思考内容

第一步

将程序下载

到PLC后，RUN

KM的动作

RUN

运行

第二步

按下SB

KM吸合

理解PLC的工作过程

第三步

松开SB

KM断电

操作要求

安全教育

难题待解

五、故障排除

(1)调试过程中若出现软件/硬件的错误/故障，应根据具体情况进行排除。分别从主电路、

控制电路、通信线路、PLC参数等方面考虑排故。

（2）根据要求填写表1.6所示的故障处理表。

表1.6 故障处理表

姓名

学号

设 备 编 号

设备名称

故障时间

故障现象及现场调查

原因分析

实施维修计划

原因总结

1

2

处理结果

问题点

处理方法

效果

1

2

注：故障排除时均使用该表格进行故障记录。

六、任务验收

程序调试成功后，根据验收要求进行任务验收，填写表1.7所示的任务验收表。

序号

主要内容

考核要求

评分标准

配分

扣分

得分

1

元件安装

1.按图纸的要求，正确使用工具和仪表，熟练安装电气元器件

2.元件在配电板上布置要合理，安装要准确、紧固

1.元件布置不整齐、不匀称、不合理，每处扣 2 分

2.元件安装不牢固、漏装螺钉，每处扣 2 分

3.损坏元件或设备，每次扣 10 分

20

2

程序编写

1、指令应用是否合理；

2、是否按照提意要求编程；

3.I/O分配是否合理；

1.选用导线不合理，每处扣 5 分

2.不按原理图配线，每处扣5分

3.指令使用错误，每处扣 5 分

6.I/O分配扣10 分

40

3

通电调试

配线正确，通电试验正常

1.输入输出状态不对，每处扣 5 分

2.通电运行不正常，扣30分

30

4

安全与文明生产

遵守国家相关专业安全文明生产规程

违反安全文明生产规程，扣5～10分

10

备注

合计

100

考评员签字

年 月 日

表1.7 任务验收表

七、安全注意事项

本实践训练要接触到强电电路，安装与接线错误及操作不当会损坏设备，危及人的生命 安全，必须严肃认真、格外注意实践训练中的设备和人身安全。

1）强电电路的实践训练，必须在指导老师检查后方可通电试车；

2）强电电路的安装与接线要穿戴好必要的保护措施（绝缘鞋及绝缘手套等）；

3）强电电路的安装与接线及调试要养成单手作业的习惯；

4）掌握必要的故障下的自救和抢救方法。

思考：

任务练习：用PLC实现对三相异步电机的连续运行控制线路，并加上停止按钮。

第一步：列出输入/输出分配表。

第二步：画出PLC控制系统原理图。

第三步：设计控制程序并调试，按照提示步骤进行操作。

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