第4篇 展翅 项目九 西门子PLC编程与调试讲解

职业教育“工程实践创新项目”应用课程系列教材“全国职业院校技能大赛”教学资源转化成果机器人技术应用项目教程第4篇——展翅项目九西门子PLC编程与调试目录CONTENTS任务一、西门子S7-200smartPLC的使用任务二、PLC控制气缸的伸出与缩回任务三、PLC控制PCB产品的检测任务四、PLC与机器人的IO通讯任务一西门子S7-200smartPLC的使用目录CONTENTS1.知识点准备（1）认识PLC

PLC（ProgrammableLogicController）是可编程逻辑控制器的简称，全球的PLC共有200多种，常用的PLC包括德国西门子，法国施耐德，美国AB、GE，日本欧姆龙、三菱，国内汇川、信捷等。【任务准备】【任务目标】

1.认识西门子S7-200smartPLC2.使用西门子S7-200smart编程软件（2）PLC的组成PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程软件组成。PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。a．CPU模块

CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。S7-200smart将CPU模块简称为CPU。b．输入/输出（I/O）模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，他们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。CPU模块集成了输入电路和输出电路。c．编程软件使用编程软件可以用计算机直接生成和编辑梯形图或指令表程序，以实现不同编程语言之间的相互转换。d．电源

PLC使用AC220V电源或者DC24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。2.技能点准备（1）能够对S7-200smartPLC上电工作。（2）能够在电脑上安装S7-200smartPLC编程软件，并与PLC建立通讯。3.设备准备（1）S7-200smartPLC主机及扩展模块。（2）电脑及S7-200smartPLC编程软件。（3）PLC的用途目前，PLC在国内外已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。使用情况可归纳为：开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网等。一、认识西门子S7-200smartPLC1.S7-200smartPLC的主机S7-200smartPLC的主机将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路组合到一个结构紧凑的外壳中形成功能强大的MicroPLC。【任务实施】（1）CPU模块全新的S7-200smart带来两种不同类型的CPU模块，标准型和经济型，全方位满足不同行业、不同客户、不同设备的各种需求。2．S7-200smartPLC扩展模块（1）可扩展的CPU模块标准型作为可以扩展的CPU模块，有继电器输出型和晶体管输出型，可满足对I/O规模有较大需求、逻辑控制较为复杂的应用，下表为可加扩展模块的CPU。特性CPUSR20CPUSR40、ST40CPUSR60、ST60尺寸：H×W×D(mm)90×100×81125×100×81175×100×81用户存储程序12KB24KB30KB用户数据8KB16KB20KB保持性最大10KB最大10KB最大10KB板载数字量I/O输入12DI24DI36DI输出8DQ16DQ24DQ高速计数器共4个60kHz时4个，针对单相40kHz时2个，针对A/B相共4个60kHz时4个，针对单相40kHz时2个，针对A/B相共4个60kHz时4个，针对单相40kHz时2个，针对A/B相特性CPUSR20CPUSR40、ST40CPUSR60、ST60扩展模块最多4个最多4个最多4个信号板111脉冲输出2个，100kHz3个，100kHz3个，100kHzPID回路888实时时钟，备用时间7天有有有（2）信号模块和信号板为当前提供的扩展模块，如表所示。类型仅输入仅输出输入/输出组合其它数字信号模块8个直流输入8个直流输出8个继电器输出8个直流输入/8个直流输出8个直流输入/8个继电器输出16个直流输入/16个直流输出16个直流输入/16个继电器输出

模拟信号模块4个模拟量输入2个RTD输入2个模拟量输出4个模拟量输入/2个模拟量输出

信号板1个模拟量输出

2个直流输入/2个直流输出RS485/RS232（3）S7-200smart的通信模块选项S7-200smart可实现CPU、编程设备和HMI之间的多种通信：以太网：—编程设备到CPU的数据交换—HMI与CPU间的数据交换RS485：—共支持126个可寻址设备（每个程序段32个设备）—支持PPI（点对点接口）协议—HMI与CPU间的数据交换—使用自有端口在设备与CPU之间交换数据（XMT/RCV指令）RS232：—支持与一台设备的点对点连接—支持PPI协议—HMI与CPU间的数据交换—使用自有端口在设备与CPU之间交换数据（XMT/RCV指令）二、认识西门子S7-200smart编程软件软件全面支持梯形图、语句表与功能图方式编程。STEP7-Micro/WINsmart是S7-200smart控制器的组态、编程和操作软件。1．硬件组态硬件组态的任务就是用系统块生成一个与实际的硬件系统相同的系统，组态的模块和信号板与实际硬件安装的位置和型号最好完全一致。下载项目时，如果项目中组态的CPU型号或固件版本号与实际的CPU型号或固件版本号不匹配，STEP7-Micro/WINsmart将发出警告消息。2．上传和下载PLC程序(1)设置通信节点在STEP7-Micro/WINsmart中，可在图所示用户界面的项目树中，双击①“通信”节点，弹出“通信”对话框见图，组态与CPU的通信。也可以单击导航栏中的②“通信”按钮，或者在“视图”菜单功能区的“窗口”区域内，从“组件”下拉列表中选择“通信”。3．编程界面简介4．常用软元件清单S7-200smart常用软元件清单见表序号软元件名称软元件符号序号软元件名称软元件符号1输入寄存器I8特殊存储器SM2输出寄存器Q9定时器T3模拟量输入(只读)AIW10计数器C4模拟量输出(只写)AQW11高速计数器HC5变量存储器VB12顺序控制继电器S6局部存储器L13累加器寄存器AC7位存储器M

【思考与练习】 1.PLC中如果是一个空程序，对工作站的流程有什么影响？ 2.把一个空的程序下载到PLC中，并将PLC切换到运行状态？ 3.利用输入/输出寄存器写出一个电动机点动运转程序？ 4.利用输入/输出寄存器写出一个带有自锁保护的电动机运转程序？

任务二PLC控制气缸的伸出与缩回目录CONTENTS（2）梯形图元件及其工作原理符号名称含义触点表示逻辑输入条件，用于模拟开关、按钮、内部条件等线圈通常表示逻辑输出结果，用于模拟灯、电动机启动器、干预继电器、内部输出条件及其他输出方框表示附加指令，例如定时器、计数器或数学运算指令【任务目标】1.能够写出PLC的输入输出地址分配表。2.能够画出PLC硬件接线图。3.可以编程实现单个气缸的伸出与缩回动作。【任务准备】1.知识点准备（1）I/O地址分配与外部接线（3）新建LAD程序

当STEP7-Micro/WINsmart已经运行时，打开新项目，可使用一下任何一种方法创建和打开新项目（在创建和打开新项目前先保存当前项目）1）单击“文件”（File）菜单功能区中“操作”（Operations）区域的“新建”（New）按钮。2）在快速访问工具栏中，单击“新建”（New）按钮。3）按<Ctrl+N>快捷键组合。（4）置位、复位指令

置位(S)和复位(R)指令用于置位（接通）或复位（断开）从指定地址（位）开始的一组位(N)。可以置位或复位1至255个位。

如果复位指令指定定时器位（T地址）或计数器位（C地址），则该指令将对定时器或计数器位进行复位并清零定时器或计数器的当前值。【任务实施】

任务简介：通过PLC检测工作台控制系统，与实际应用相结合。通过西门子S7-200smartPLC完成对机器人ABB120工作台的控制。检测工作台主要分为四个单元，每个单元都有一组推动和上升气缸。需要通过PLC编程完成1号、2号、3号、4号推动气缸的伸出或缩回，完成1号、2号、3号、4号升降气缸的上升或下降。编写程序功能要求包括：1．工作台分为手动和自动控制。2．手动控制的时候，可以通过触摸屏来实现推动的伸出或缩回。3．推动气缸处于缩回位时，是正处于检测阶段，检测指示灯亮。2.技能点准备

能够熟悉使用PLC编程软件，编写简单的输入输出程序。3.设备准备

（1）PLC与电脑连接完毕。

（2）工作站准备就绪。一、PLC输入/输出地址分配表PLC输入/输出地址分配表。输入地址注释输入地址注释输入地址注释I0.0急停I1.0上升气缸1上限I2.0推动气缸1伸出位I0.1手动/自动I1.1上升气缸1下限I2.1推动气缸1缩回位I0.2启动I1.2上升气缸2上限I2.2推动气缸2伸出位I0.3停止I1.3上升气缸2下限I2.3推动气缸2缩回位Q0.4推动气缸1Q1.0检测指示灯1Q2.4启动指示灯Q0.5推动气缸2Q1.1检测指示灯2Q12.7PLC检测结果二、编程实现气缸伸出和退回动作1.实现推动气缸伸出练一练：给出示例程序，即在升降气缸处于伸出位时，位置信号I1.0为ON的状态下，按下启动按钮I0.2，Q0.0线圈得电，则推动气缸1执行气缸伸出动作。示例程序如图所示。（1）使用输出线圈实现（2）使用置位指令实现2.实现推动气缸伸出给出示例程序，即在升降气缸处于伸出位时，位置信号I1.0为ON的状态下，按下停止按钮I0.3，Q0.0线圈失电，则推动气缸1执行气缸缩回动作。（1）使用输出线圈实现（2）使用置位指令实现1.参考程序，试编写程序实现推动气缸2的伸出与缩回动作。2.编写程序，实现推动气缸1缩回时，升降气缸1下降，随之检测指示灯1点亮。【思考与练习】任务三PLC控制PCB产品的检测目录CONTENTS【任务目标】1.熟悉使用PLC线圈得电驱动外部设备。2.能够编程实现单个PCB产品的检测。3.能够编程实现多次检测动作。【任务准备】1.知识点准备（1）定时器指令常用的定时器指令右TON、TONR、TOF，见表。LAD/FBDSTL说明TONTxxx，PTTON接通延时定时器，用于定时单个时间间隔TONRTxxx，PTTONR保持型接通延时定时器，用于累积多个定时时间间隔的时间值TOFTxxx，PTTOF断开延时定时器，用于在OFF（或FALSE）条件之后延长一定时间间隔，例如冷却电机的延时定时器类型分辨率最大值定时器编号TON、TOF1ms10ms100ms32.767s327.67s3276.7sT32、T96T33~T36，T79~T100T37~T63，T101~T255TONR1ms10ms100ms32.767s327.67s3276.7sT0、T64T1~T4，T65~T68T5~T31，T69~T95LAD/FBDSTL说明CTUCxxx,PVSTL操作：

R复位输入是堆栈顶值

CU加计数输入装载到第二堆栈层中每次加计数CU输入从关断转换为接通时，CTU加计数指令就会从当前值开始加计数。当前值Cxxx大于或等于预设值PV时，计数器位Cxxx接通。当复位输入R接通或对Cxxx地址执行复位指令时，当前计数值会复位。达到最大值32,767时，计数器停止计数。CTDCxxx,PVSTL操作：

LD装载输入是堆栈顶值

CD减计数输入值会装载到第二堆栈层中每次CD减计数输入从关断转换为接通时，CTD减计数指令就会从计数器的当前值开始减计数。当前值Cxxx等于0时，计数器位Cxxx打开。LD装载输入接通时，计数器复位计数器位Cxxx并用预设值PV装载当前值。达到零后，计数器停止，计数器位Cxxx接通。CTUDCxxx,PVSTL操作：

R复位输入是堆栈顶值

CD减计数输入值会装载到第二堆栈层中

CU加计数输入值会装载到第三堆栈层中每次CU加计数输入从关断转换为接通时，CTUD加/减计数指令就会加计数，每次CD减计数输入从关断转换为接通时，该指令就会减计数。计数器的当前值Cxxx保持当前计数值。每次执行计数器指令时，都会将PV预设值与当前值进行比较。达到最大值32,767时，加计数输入处的下一上升沿导致当前计数值变为最小值-32,768。达到最小值-32,768时，减计数输入处的下一上升沿导致当前计数值变为最大值32,767。当前值Cxxx大于或等于PV预设值时，计数器位Cxxx接通。否则，计数器位关断。当R复位输入接通或对Cxxx地址执行复位指令时，计数器复位。（2）计数器类型操作计数器位上电循环/首次扫描CTUCU增加当前值。当前值持续增加，直至达到32,767。以下情况下，计数器位接通：当前值>=预设值计数器位关断。当前值可保留1CTDCD减少当前值，直至当前值达到0。以下情况下，计数器位接通：当前值=0计数器位关断。当前值可保留1CTUDCU增加当前值。CD减少当前值。当前值持续增加或减少，直至计数器复位。以下情况下，计数器位接通：当前值>=预设值计数器位关断。当前值可保留1（3）比较指令比较指令输出仅在以下条件下为TRUE==(LAD/FBD)==(STL)IN1等于IN2<>

IN1不等于IN2>=IN1大于或等于IN2<=IN1小于或等于IN2>

IN1大于IN2<

IN1小于IN2数据类型标识符所需IN1、IN2的数据类型B无符号字节W有符号字整数D有符号双字整数R有符号实数LAD触点比较结果比较两个无符号字节值如果IN1=IN2，则结果为TRUE比较两个有符号整数值如果IN1=IN2，则结果为TRUE比较两个有符号双整数值如果IN1=IN2，则结果为TRUE比较两个有符号实数值如果IN1=IN2，则结果为TRUE输入/输出数据类型操作顺IN1、IN2BYTEIB、QB、VB、MB、SMB、SB、LB、AC、*VD、*LD、*AC、常数INTIW、QW、VW、MW、SMW、SW、T、C、LW、AC、AIW、*VD、*LD、*AC、常数DINTID、QD、VD、MD、SMD、SD、LD、AC、HC、*VD、*LD、*AC、常数REALID、QD、VD、MD、SMD、SD、LD、AC、*VD、*LD、*AC、常数OUTBOOLLAD:能流FBD:I、Q、V、M、SM、S、T、C、L、逻辑流LAD触点说

明比较两个STRING数据类型的字符串：如果字符串IN1等于字符串IN2，则结果为TRUE比较两个STRING数据类型的字符串：如果字符串IN1不等于字符串IN2，则结果为TRUE输入/输出数据类型操作数IN1STRINGVB、LB、*VD、*LD、*AC、常数字符串IN2STRINGVB、LB、*VD、*LD、*ACOUTBOOLLAD:能流FBD:I、Q、V、M、SM、S、T、C、L、逻辑流2.技能点准备能够熟悉使用PLC编程软件，编写简单的输入输出程序。3.设备准备（1）PLC与电脑连接完毕。（2）工作站准备就绪。【任务实施】

任务简介：在初始状态下要求按下启动按钮后推动气缸缩回，推动气缸缩回后升降气缸下降，检测LED灯闪烁（周期1秒）3秒。检测结束后升降气缸升起、推动气缸伸出。检测结束后，检测结果用指示灯表示，红色指示灯亮表示产品为废品，即NG，绿色指示灯亮表示产品为成品，即OK。多次检测即为让产品多次重复实现上述检测动作。

一、PLC输入输出地址分配表

分析控制要求，通过STEP7-Micro/WINsmartPLC实现PCB工作站的产品检测功能。初始状态为推动气缸处于伸出位、升降气缸处于上升位。定义其IO地址（见表4-18）。输入地址注释输出地址注释I0.0启动按钮Q0.0推动气缸退回动作I0.1停止按钮Q0.1升降气缸下降动作I0.2推动气缸伸出到位Q0.2检测LED灯亮I0.3推动气缸缩回到位Q0.3绿灯亮I0.4升降气缸上升到位Q0.4红灯亮I0.5升降气缸下降到位

二、编程实现单个PCB产品的检测动作1．检测指示灯动作实现

要让输出检测LED灯闪烁，可以在程序中加入特殊专用继电器SM0.5（周期为1s的时钟脉冲）。2．检测动作实现（1）推动气缸缩回部分参考程序（方法一）如图所示，采用线圈输出指令。推动气缸缩回部分参考程序（方法二）如图所示，采用置位/复位指令。（2）升降气缸动作参考程序如图所示，推动气缸缩回到位以后，升降气缸下降动作。（3）输出检测结果部分程序如图所示，检测指示灯闪烁以后随机输出检测结果OK或NG，即亮红灯或绿灯。三、编程实现多次检测动作1．引入计数指令和比较指令要实现多次检测，可以在程序中加入计数指令和比较指令。2．练一练：参考多次检测动作的示例程序，调试完成并实现外部设备的多次动作。1.完成编写程序，使得产品2第一次检测结果为NG，第二次检测结果仍为NG，第三次检测结果为OK。2.完成编写程序，使得产品1、产品2第一次同时检测结果分别为OK、NG。【思考与练习】任务四PLC与机器人的IO通讯目录CONTENTS【任务准备】1.知识点准备（1）PLC与机器人控制器的输入输出关系2.技能点准备（1）能够熟悉使用PLC编程软件，编写简单的输入输出程序。（2）熟悉使用示教器各IO信号。3.设备准备（1）PLC与机器人通讯连接完毕。（2）工作站准备就绪。1.PLC与机器人通讯定义与设置2.用PLC的输出控制机器人的输入3.用机器人的输出控制PLC的输入【任务目标】【任务实施】一、PLC与机器人通讯定义与设置PLC与机器人的IO通讯，即PLC的输入与输出跟机器人的输出与输入采用导线相连。1．机器人的输入信号与PLC的输出信号相连，其IO口定