情境4：舞台灯光控制系统

1、PLC课题教案课题情境4：舞台灯光控制系统教学目标知识目标1、S7-200数据传送指令的格式、功能和应用。2、S7-200数据比较指令的格式、功能和应用。3、S7-200数据移位指令的格式、功能和应用。能力目标1、能够进行S7-200基本数据处理指令的编写和外部接线连接。2、能够使用触摸屏的窗口设置和按钮、彩灯等参数设置。素质目标1、培养学生分析问题和解决实际问题的综合能力；2、培养学生的团队合作精神和交流合作能力。教学重点1、S7-200数据的传送、比较、移位等基本数据处理的指令。2、触摸屏的窗口设置和各参数设置。教学难点S7-200数据的传送、比较、移位等基本数据处理的指令。教学准备1、西

2、门子可编程控制器 1台2、ZYPLC31 PLC模拟控制实验（一）挂箱 1个3、安装了STEP7-Micro/WIN编程软件的PC机 1台4、PC/PPI编程电缆 1根5、连接导线 若干课 型理实一体课时12课时教学过程教学内容教学方法手 段师生活动时间分配导入清点人数、组织秩序，并导入项目课程导入新课：本章以设计舞台灯光控制系统为目的，首先从彩灯的移位控制和彩灯模拟喷泉控制入手，学会数据的传送、移位等指令，最终完成舞台灯光控制系统设计，使学生有应对PLC基本数据处理问题的能力。情境教学法、多媒体1、教师讲解；2、学生听课5分钟教学实施告知一、舞台灯光控制系统介绍随着科学技术的发展以及人民生活

3、水平的提高，在现代生活中，彩灯作为一种装饰，既可以增强人们的感观，起到广告宣传的作用，又可以增添节日气氛，为人们的生活增添亮丽，而用在舞台上则会增强晚会的灯光效果，如图4-1所示。用PLC实现舞台灯光控制，可以根据用户需要编写若干种亮灯模式，利用其内部定时器、计数器，满足亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，驱动各种颜色的彩灯亮或灭。 图4-1 舞台灯光效果图二、知识链接在实际的控制过程中，通常需要对生产现场的数据进行采集、分析和处理，进而实现对生产过程的自动控制。PLC数据处理功能主要包括数据的传送、比较、移位、转换和运算等，而本章主要涉及到数据的传送、比较和移位功能。1、

4、数据的传送：数据传送指令实现将输入数据IN(常数或某存储器中的数据)传送到输出OUT（存储器）中的功能，传送的过程中不改变数据的原值。数据传送指令格式及功能如表4-1所示。表4-1 数据传送指令梯形图程序语句表指令功能MOVB IN, OUTMOVW IN, OUTMOVD IN, OUTMOVR IN, OUT数据传送指令：实现字节、字、双字、实数的数据传送当使能输入EN为1时，把输入端数据IN传送到输出端OUT说明：1）操作码中的B（字节）、W（字）、D（双字）和R（实数），代表被传送数据的类型；2）操作数的寻址范围与指令码一致，比如字节数据传送只能寻址字节型存储器，OUT不能寻址常数，块

5、传送指令IN、OUT皆不能寻址常数。【例4.1】在程序初始化的过程中常需要将某些字节、字或双字存储器清0或设置初值，为后面的控制操作做准备。若开机运行时，字变量VW0设初值1000、字节变量VB0清0，如何操作？图 4-2 变量初始化梯形图程序 分析：1）当程序运行时，在第一扫描周期，字节传送指令将0传送给VB0，字传送指令将1000传送至VW0，完成程序初始化；2）在为变量赋初值时，为保证数据传送只执行一次，数据传送指令一般与SM0.1或跳变指令联合使用。其他数据传送类指令如表4-2所示。表4-2 其他数据传送类指令梯形图程序语句表指令功能BMB IN，OUT，NBMW IN，OUT，NBM

6、D IN，OUT，N快传送指令：用来进行一次多个数据的传送，数据块类型可以是字节块、字块、双字块BIR IN，OUTBIR IN，OUT指令立即读指令立即写SWAP IN字节交换指令：用来交换输入字IN的高字节与低字节说明：1）字节立即读MOV_BIR指令读取1个字节的物理输入IN，将结果写入OUT，不刷新输入过程映像寄存器， IN只能是IB；字节立即写MOV_BIW指令将输入给出的1个字节的数值写入到物理输入OUT，同时刷新相应的输出过程映像寄存器，OUT只能是QB。2）SWAP指令的操作数只能是字（W）型数据存储器。数据传送指令编程举例如表4-3所示。表4-3 数据传送指令编程举例梯形图程

7、序描述当输入I0.0为1时，传送指令将实数10传送给VD0，如果指令执行无误，则输出Q0.0为1当输入I0.0为1时，将VB20、VB21、VB22中的数据10、11、12送到VB30、VB31、VB32中当输入I0.0为1时，字节立即写指令MOV_BIW指令将存储器VB0中的数据写入QB0当输入I0.0为1时，将VW50中的高低字节交换执行前：VW50 01111110 11000011执行后：VW50 11000011 01111110【例4.2】用数据传送指令实现8个彩灯同时点亮和熄灭。I/O分配：I0.0为起动信号，I0.1为停止信号，8个彩灯分别由Q0.0-Q0.7驱动，对应的梯形图

8、程序如图4-3所示。图4-3 彩灯控制梯形图程序2、数据的比较比较指令是将两个操作数按指定的条件进行比较，操作数可以是整数，也可以是实数，在梯形图中用带参数和运算符的触点表示比较指令。比较指令格式及功能如表4-4所示。表4-4 比较指令梯形图程序语句表程序指令功能LDB=IN1,IN2AB=IN1,IN2OB=IN1,IN2字节比较指令：用于比较两个无符号字节数的大小 LDW=IN1,IN2AW=IN1,IN2OW=IN1,IN2字整数比较指令：用于比较两个有符号整数的大小LDD=IN1,IN2AD=IN1,IN2OD=IN1,IN2双字整数比较指令：用于比较两个有符号字双字整数的大小LDR=

9、IN1,IN2AR=IN1,IN2OR=IN1,IN2实数比较指令：用于比较两个有符号实数的大小LDS=IN1,IN2AS=IN1,IN2OS=IN1,IN2字符串比较指令：用于比较两个字符串的ASCII码字符是否相等 说明：1）表中给出了相等比较的指令格式，数据比较运算符还有<=、>=、<、>、< >，字符串比较运算符还有< >。2）字整数比较指令，梯形图是I，语句表是W。3）数据比较IN1，IN2操作数的寻址范围为：I，Q，M，SM，V，S，L，AC，VD，LD，常数。【例4.3】初始化程序时，在VW10中存放着数据100，模拟量输入AIW0

10、中采集现场数据，当AIW0数值小于或等于VW10时，Q0.0输出；当AIW0大于VW10时，Q0.1输出。如何操作？梯形图程序如图4-4所示。图4-4 数据比较梯形图程序【例4.4】3台电动机分时启动控制。控制要求：起动按钮按下后，3台电动机每隔2s分别依次启动，按下停止按钮，三台电动机每隔2s依次停止。I/O分配如表4-5所示。表4-5 I/O分配输入PLC地址说明输出PLC地址说明I0.0启动按钮Q0.0电动机1I0.1停止按钮Q0.1电动机2Q0.2电动机3梯形图程序如图4-5所示。 图4-5 三台电机分时启动控制梯形图程序3、数据的移位移位指令的作用是将存储区中的数据按要求进行移位。在

11、控制系统中可用于数据的处理、跟踪、步进控制等。移位指令分为左、右移位和循环左、右移位及寄存器移位指令三大类。前两类移位指令按移位数据的长度又分为字节型、字型、双字型3种，移位指令最大移位位数N数据类型(B、W、DW)对应的位数，移位位数(次数)N为字节型数据。移位指令格式如表4-6所示。表4-6 移位指令梯形图程序语句表程序指令功能SLB OUT，NSLW OUT，NSLD OUT，N字节、字、双字左移N位指令SRB OUT，NSRW OUT，NSRD OUT，N字节、字、双字右移N位指令RLB OUT，NRLW OUT，NRLD OUT，N字节、字、双字循环左移N位指令RRB OUT，NRR

12、W OUT，NRRD OUT，N字节、字、双字循环右移N位指令SHRB DATA，S_BIN，N移位寄存器说明：1）左移位指令：使能输入有效时，将输入的无符号数字节、字或双字左移N位后，移出位自动补0，将结果输出到OUT所指定的存储单元中，如果移位次数大于0，最后一次移出位保存在“溢出”存储器位SM1.1。如果移位结果为0，零标志位SM1.0置1。2）右移位指令：使能输入有效时，将输入的无符号数字节、字或双字右移N位后，移出位自动补0，将结果输出到OUT指定的存储单元中。最后一次移出位保存在SM1.1。3）循环移位指令将输入IN中的各位向右或向左循环移动N位后，送给输出OUT。循环移位是环形的

13、，即被移出来的位将返回到另一端空出来的位置。移出的最后一位的数值放在溢出位SM1.1。4）移位寄存器指令SHRB是移位长度可调的移位指令，将从DATA端输入的二进制数值移入到移位寄存器中。S_BIT为寄存器的最低位地址。字节型变量N为移位寄存器的长度（164），N为正时表示左移位，输入数据（DATA）移入移位寄存器的最低位（S_BIT），并移出移位寄存器的最高位，移出的数据被放置在溢出位（SM1.1）中；N为负表示右移位，输入数据移入移位寄存器的最高位中，并移出最低位（S_BIT），移出的数据被放置在溢出位（SM1.1）中。移位指令和移位寄存器编程举例分别如表4-7和4-8所示。表4-7 移位

14、指令编程举例梯形图程序说 明表4-8 移位寄存器编程举例梯形图程序说 明讲授法；引导文法；多媒体；1、教师讲解；2、学生个人发言、分组讨论。2课时初步训练初步训练-彩灯的移位控制项目一：8位彩灯的移位控制l 训练目标通过本次练习，掌握S7-200正常使用时各接线口如何连接，掌握数据处理中移位指令的使用。l 控制要求：制作彩灯控制器。要求按下“启动”按钮，8个彩灯从左到右，以1s的速度依次点亮，保持任意时刻只有一个指示灯亮，到达最右端后，再从左到右依次点亮，如此循环。按下“停止”按钮后，彩灯循环停止。l 控制方案设计1、输入输出元件及控制功能案例教学法1、教师演示；2、学生分两组讨论。4课时表4

15、-9 I/O分配类型PLC地址对应元件元件名称控制功能输入端口I0.0SB1启动按钮彩灯开启I0.1SB2停止按钮彩灯关闭输出端口Q0.0Q0.7LEDLED小灯彩灯2、硬件设计（图略）3、梯形图程序打开Step7-MicroWIN V4.0，编写梯形图程序。 图4-7 彩灯移位控制程序8个彩灯分别接Q0.0Q0.7，可以用字节的循环移位指令，进行循环移位控制。置彩灯的初始状态为QB0=1，即左边第一盏灯亮；接着灯从左到右以1s的速度依次点亮，即要求字节QB0中的“1”用循环左移位指令每1s移动一位，因此须在ROL-B指令的EN端接一个1s的移位脉冲。4. 演示操作1）按图4-6所示连接控制电

16、路，检查无误后接通220伏电源。2）打开计算机中的编程软件，将图4-7所示程序下载给PLC。3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动PLC的运行开关运行或停止程序。 4）在运行状态下，打开程序状态监控，观察结果，反复调试，直至满足要求。项目二：彩灯模拟喷泉控制l 训练目标通过本次练习，进一步掌握S7-200外部接线图的接线方法，深入理解数据处理基本指令的使用。l 控制要求：用PLC构成喷泉的控制。喷泉的12个喷水注用L1L12来表示，喷水注的布局如图4-8所示。按下起动按钮后，L1喷0.5秒后停，接着L2喷0.5秒后停， 接着L3喷0.5秒后停，接着L4喷0.5秒后停，接着L5、L9喷0.5

17、秒后停，接着L6、L10喷0.5秒后停，接着L7、L11喷0.5秒后停，接着L8、L12喷0.5秒后停， L1喷0.5秒后停，如此循环下去，直至按下停止按钮。图4-8 彩灯模拟喷泉控制示意图l 控制方案设计1、输入输出元件及控制功能表4-10 I/O分配类型PLC地址对应元件（符号）元件名称控制功能输入端口I0.0SB1控制按钮启动按钮I0.1SB2控制按钮停止按钮输出端口Q0.0Q0.3L1L4LED小灯模拟喷水柱14Q0.4L5、L9LED小灯模拟喷水柱5、9Q0.5L6、L10LED小灯模拟喷水柱6、10Q0.6L7、L11LED小灯模拟喷水柱7、11Q0.7L8、L12LED小灯模拟喷

18、水柱8、122、硬件设计（图略）3、梯形图程序打开Step7-MicroWIN V4.0，编写梯形图程序。 图4-10 彩灯模拟喷泉控制梯形图程序在移位寄存器指令SHRB中，EN连接移位脉冲T37，每来一个脉冲的上升沿，移位寄存器移动一位。M1.0为数据输入端DATA。根据控制要求，每次只有一个输出，因此只需要在第1个移位脉冲到来时由M1.0送入移位寄存器S-BIT位（Q0.0）一个“1”，在第2个脉冲至第8个脉冲到来时由M1.0送入Q0.0的值均为0，这在程序中由定时器T38延时0.5s导通一个扫描周期实现，第8个脉冲到来时Q0.7置位为1，同时通过与T38并联的Q0.7常开触点使M1.0置

19、位为1，在第9个脉冲到来时由M1.0送入Q0.0的值又为1，如此循环下去，直至按下停止按钮。4、 演示操作1）按图4-9所示连接控制电路，检查无误后接通220伏电源。2）打开计算机中的编程软件，将图4-10所示程序下载给PLC。3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动PLC的运行开关运行或停止程序。 4）在运行状态下，观察并调试调试，直至满足控制要求。强化训练项目：舞台灯光控制通过学生在初步训练中所掌握的知识，以小组的形式，独立完成四人抢答器的训练，教师负责指导、检查和评价。通过读者们在初步训练中所掌握的知识，以小组的形式，独立完成四人抢答器的训练，教师负责指导、检查和评价。设计要求：模拟舞

20、台灯光的控制：舞台灯光模型如图4-11所示。合上起动按钮后，按照如下规律显示灯光：1-2-3-4-5-6-7-8-12-1234-123456-12345678-5678-78-15-26-48-26-15-1357-2468-1 如此循环，间隔时间1s。图4-11 舞台灯光模型图任务分析：用PLC实现舞台灯光的动态变化控制，当灯光系统建立好后，只需要改变程序即可达到不同的控制要求。本任务中，灯光控制的每个循环(根据总的灯光状态不同)可分为21步。使用“位”存储区的连续的21个位来标记每一步。不同“步”上对应着不同的灯光效果。灯光的控制过程，就是1在移位寄存器中的移位过程。编写程序在每个时间间

21、隔(“脉冲发生器”)执行一次SHRB指令，让1在这21个位上移动，即实现了不同步之间的切换。要注意的是，如何实现最初1的送入以及1如何由最后一步送到第一步，实现新的循环。任务实施：1、输入输出地址分配类型PLC地址对应元件（符号）元件名称控制功能输入端口I0.1K1开关灯光开关输出端口Q0.0LED1小灯1组模拟灯光1Q0.1LED2小灯2组模拟灯光2Q0.2LED3小灯3组模拟灯光3Q0.3LED4小灯4组模拟灯光4Q0.4LED5小灯5组模拟灯光5Q0.5LED6小灯6组模拟灯光6Q0.6LED7小灯7组模拟灯光7Q0.7LED8小灯8组模拟灯光8位存储区M10.0将要移入的位寄存器DAT

22、AM10.1M12.521个步寄存器移位寄存器2、硬件设计(图略) 3、梯形图程序（图略）学生根据梯形图，分组讨论，读懂程序。然后打开Step7-MicroWIN V4.0，打开程序块部分，编写梯形图程序。4、演示操作1）按图4-12所示连接控制电路，检查无误后接通220伏电源。2）打开计算机中的编程软件，将图4-13所示程序下载给PLC。3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动PLC的运行开关运行或停止程序。 4）观察并调试程序，使之能按控制要求进行演示。5、任务验收6、举一反三项目教学法1、教师引导、示范、指导；2、学生分组，单独对项目进行操作。4课时拓展训练项目：用触摸屏实现节日彩灯的

23、PLC控制设计要求：要求彩灯按照预设频率和预设花样闪亮，在整个过程中定时实现花样的变换。设定彩灯共有8盏，按下启动按钮后，按照如下规律闪亮：1-34-2-45-3-56-4-67-5-78-6-81-7-12-8-23-1 ，如此循环，中间间隔0.5s。任务分析：按PLC程序设计和触摸屏组态两部分设计此控制系统。程序设计涉及到数据的传送和移位指令，触摸屏组态部分要做好与PLC之间的通信。PLC输入地址可用1个，输出地址可用8个。任务实施：1、输入、输出地址分配项目教学法教师指导、学生练习2课时表4-13节日彩灯控制地址分配表触摸屏变量名称PLC地址读/写类型启动按钮M2.0只写小灯1Q0.0只

24、读小灯2Q0.1只读小灯3Q0.2只读小灯4Q0.3只读小灯5Q0.4只读小灯6Q0.5只读小灯7Q0.6只读小灯8Q0.7只读在昆仑通泰触摸屏中，I寄存器为只读，不能读写，所以分配I/O地址时，用M寄存器代替I寄存器，这样就可以通过触摸屏读写PLC数据。2、梯形图程序3、制作触摸屏组态画面1) 打开软件，建立变量 打开MCGS触摸屏软件，进入组态环境的工作台窗口，如图4-16所示。图4-16 触摸屏组态环境工作台 配置设备窗口：进入“设备窗口”选项卡后，点击设备组态命令，后单击鼠标右键，出现如图4-17快捷菜单，然后执行“设备工具箱”命令，打开“设备工具箱”对话框，添加设备。图4-17 快捷

25、菜单在“设备工具箱”对话框中，双击“通用串口父设备”和“西门子_S7200PPI”，把它们添加到“设备组态”窗口中，如图4-18所示。图4-18 设备组态图4-19 通用串口设备属性在“通用串口设备”属性中，将串口端口号改为COM1，将数据校验方式改为偶校验，波特率和PLC的波特率保持一致，如图4-19所示。单击“设备0西门子_S7200PPI”，打开设备编辑窗口，先删除全部设备通道，然后根据表4-13增加1个M通道，8个Q通道，如图4-20所示。最后保存设置结果。图4-20 设备编辑窗口 在实时数据库里新增对象变量，并在数据对象属性设置窗口设置变量的属性，如图4-21所示。注意对象类型设为开

26、关型。 图4-21 在实时数据库创建变量 将组态软件中的实时数据和PLC变量进行连接。选中需要进行连接的变量，双击该变量，查找连接对象后，双击该对象，如图4-22所示。这一步非常关键，组态画面使用的是实时数据库里的变量(如“启动按钮”、“小灯1”等)，而PLC编程使用的是PLC变量(如M2.0、Q0.0等)，用触摸屏监控PLC，必须把组态软件中的实时数据和PLC变量连接起来。图4-22 组态软件实时数据与PLC变量连接图2) 在用户窗口中绘制监控画面，并进行设置 新建用户窗口：在用户窗口，新建1个窗口，点击窗口属性，设置窗口名称，如设置为“节日彩灯控制”。 设置按钮：在工具箱中，点击“插入元件

27、”图标，选择开关9，设置按钮的属性为“取反”，如图4-23所示。图4-23 设置按钮属性 设置指示灯：从元件库中选择指示灯，设置指示灯时，属性设置选择“闪烁效果”，如图4-24所示。在可见度标签页选择“对应图符可见”，最后点击确认按钮。 图4-24 设置指示灯属性 将组态画面及相关数据下载到触摸屏。用USB线连接计算机和触摸屏硬件，执行组态软件的“工具”“下载配置”菜单命令，出现对话框，设置“连机运行”为“USB通讯”，单击“工程下载”。3) PLC与触摸屏连线，实现节日彩灯控制。用PPI通讯电缆，把485端口接到PLC通讯口，另一端接到触摸屏，触摸屏用24V直流供电。可参考图4-25所示，制作节日彩灯控制系统画面。图4-25 节日彩灯控制触摸屏画面4、任务验收按验收表所示，验收与评价任务完成情况。项目检查每个小组的任务完成过程中或完成后，小组讨论，老师现场对学生的完成情况及存在的问题进行检查和指正，进行任务验收。 讲授法评价法教师评价、学生发言10分钟总结评价本章首先从彩灯的移位控制和彩灯模拟喷泉控制入手，引入数据的传