PLC编程与应用（西门子）电子教案 项目四 任务3：自动售货机控制

课题授课教案一、教案头序号：本次课题项目四任务三：自动售货机控制授课教师审阅授课时间课时授课班级知识目标1.学会数学函数类指令的功能和使用方法；2.能灵活运用数学函数指令进行综合项目设计。能力目标1.能够根据任务要求制定任务计划、合理高效的实施任务；2.能够借助网络媒体查阅资料，理解新知，独立解决任务中的问题；3.能够应用功能指令完成自动售货机控制系统的编程与调试。情感目标1.培养善于独立思考、交流沟通的协作能力；2.培养学习兴趣，树立积极乐观的学习态度；3.树立自信心，增强克服困难的意志，养成和谐和健康向上的品格。4.使学生树立“天才在于勤奋，知识在于积累。”的意识。教学重点、难点重点1.运用数学函数指令进行综合项目设计；2.应用功能指令完成自动售货机控制系统的编程与调试。难点1.运用数学函数指令进行综合项目设计；2.应用功能指令完成自动售货机控制系统的编程与调试。教学准备1、西门子S7-1200可编程控制器实训装置，主机模块2、电脑一台（具有PROTALV13软件平台）3、24V直流电源、交流220V电源各一处4、实训连接导线若干5、Profilnet通讯电缆一根二、教学设计步骤教学内容教师活动学生活动课前检查1、检查学生的劳保服装。2、检查学生的出勤情况并做好记录。3、强调实习安全。督导检查做好记录学生自检互检情景引入自动售货机越来越受人们欢迎，贩卖的商品也更是五花八门，几乎囊括了生活里每个所需。从最开始的投币模式，到接受银行卡支付、并连接互联网，自动售货机的运行方式变得多样。本节课通过学习S7-1200的数学函数类指令来完成一个PLC控制的自动售货机，请扫描二维码阅读详细任务要求。引导学生扫码学习扫码获取任务任务资讯知识点1：递增指令（INC）和递减指令（DEC）对无符号或有符号整数分别进行自动增加或减小1个单位的操作。说明：数据长度可以是字节、字或双字；（2）单击???可选择数据类型，该指令支持的数据类型为各种整型变量，在输入IN/OUT变量的参数时应注意选用匹配的地址长度。图4-3-4INC指令支持的数据类型指令各端口功能如下：EN：使能输入端，使能输入EN的信号状态由“0”变为“1”时，执行1次递增或递减指令。ENO：使能输出端，当使能输入EN为1，ENO输出为1；EN为0，则ENO为0。如果在执行期间未发生溢出错误，则使能输出ENO的信号状态也为“1”。IN/OUT：此端口填写一个地址可以是I、Q、M、D、L，输出数据为递增（递减）后的数值。每执行一次递增（递减）指令，地址中的数值自动加1（减1）。小任务：用一个点动按键作为PLC的输入信号，记录按键点动的次数并存储在MB20地址中。任务分析：INC指令可以用来检测I0.0按键动作的次数，应在INC的使能输入端接检测能流上升沿的P_TRIG指令，否则在I0.0状态为1的每一个循环扫描周期，MB20都要被累加1。梯形图程序如图4-3-5。图4-3-5梯形图程序知识点2：四则运算指令四则运算指令包括加法指令ADD、减法指令SUB、乘法指令MUL、除法指令DIV四种。1.加法指令ADD执行加法指令ADD将输入IN1的值与输入IN2的值相加，并将加得结果存储在OUT设定的寄存器中。图4-3-7ADD指令支持的数据类型加法指令各端口的定义如下

EN：使能输入端，EN为1时执行加法指令，EN为0时不执行。

ENO：使能输出端，当指令正确执行期间使能输出端ENO为1，指令结果超出输出OUT指定数据类型的允许范围或浮点数为无效值时ENO为0。IN1/IN2：要相加的数值，可以是寄存器的地址或常数，单击ADD指令下的星标可以扩展输入的数目。

OUT：加法计算结果输出，IN1+IN2=OUT，OUT端一般填写寄存器地址。

小提示：可以从指令框的“<???>”下拉列表中选择该指令的数据类型，当地址长度与数据类型不匹配时，会将输入数值隐式转换为指定的数据类型，编译不会报错，但运行过程中可能会出错。如图4-3-8图4-3-8数据类型的选择(2)减法指令SUB执行减法指令SUB，将由被减数IN1的值减去减数IN2的值，并将结果存入OUT设定的寄存器地址中。图4-3-10SUB指令支持的数据类型减法指令各端口的定义如下

EN：使能输入端，EN为1时执行加法指令，EN为0时不执行。

ENO：使能输出端，当指令正确执行期间使能输出端ENO为1，指令结果超出输出OUT指定数据类型的允许范围或浮点数为无效值时ENO为0。IN1：被减数，可以是寄存器地址或常数。IN2：减数，可以是寄存器地址或常数。

OUT：减法计算结果输出，IN1-IN2=OUT，OUT端一般填写寄存器地址。

（3）乘法指令MUL乘法指令MUL将输入IN1的值与输入IN2的值相乘，并将乘积保存在输出OUT指定的寄存器中。

图4-3-12MUL指令支持的数据类型乘法指令各端口的定义如下EN:使能输入端，EN为1时执行加法指令，EN为0时不执行。ENO:使能输出端，指令正确执行期间ENO输出为1，IN1:乘数，可以是寄存器地址或常数。IN2:乘数，可以是寄存器地址或常数。Inn:可以添加多个相乘的数。OUT:输出乘积存入指定的寄存器中。（4）除法指令DIV除法指令DIV将输入IN1的值除以输入IN2的值，并将除得的商保存在输出OUT指定的寄存器中。DIV指令支持各种整型和实数型数据。图4-3-14DIV指令支持的数据类型除法指令各端口的定义如下EN:使能输入，EN为1时执行加法指令，EN为0时不执行。ENO:使能输出，指令正确执行期间ENO状态为1。IN1:被除数，可以是寄存器地址、整数或浮点数，需要与所选数据类型匹配。IN2:除数，可以是寄存器地址、整数或浮点数，需要与所选数据类型匹配。OUT:商值，输出OUT为执行除法指令得到的商，数据类型为无符号整数，余数被省略不计。小提示：在使用除法指令DIV时，OUT输出端为除得的商值，数据类型为无符号整型，余数被省略不显示，如果需要求余数需使用MOD指令。如图4-3-15图4-3-15小任务：温度传感器将采集到的温度值转换为电压信号输入给PLC，测量范围是0～100Co，数值经过被CPU集成的模拟量通道0（地址为IW64）转换为0～27648的数字，假设转换后的数字为T，试求以为Co单位的温度值。任务分析：0～100Co的温度值经A/D转换后的数字为0～27648，设转换后得到的数字为T，转换公式为：T=×100在编辑指令时，为了保证运算精度，应先乘后除。因为公式中IW64乘以100的运算结果可能会大于16位整数的最大值32767（IW64为16位存储器，模拟值为二进制的补码，最高位为符号位，0为负，1为正），因此应将IW64中的数值数据类型转换为实数再进行乘除运算。知识点3：计算指令CALCULATE可以使用“计算”指令自定义计算公式，根据所选数据类型计算数学运算或复杂逻辑运算。图4-3-16“计算”指令（1）从指令框的“<???>”下拉列表中选择该指令的数据类型。根据所选的数据类型，可以组合某些指令的函数以执行复杂计算。（2）单击指令框上方的“计算器”(Calculator)图标可打开一个对话框。在该对话框中可由用户自定义计算公式，计算公式包含输入参数的名称和指令的语法。不能指定操作数名称和操作数地址。在初始状态下，指令框至少包含两个输入IN1和IN2，也可以扩展输入数目。在功能框中按升序对插入的输入编号。讲解讲解理解记忆聆听理解任务实施任务布置如下图4-3-41所示为自动售货机实验模块，由三个点动按键M1、M2、M3分别模拟投入1元、5元、10元面额的钱币，多次投入不同面额或同一面额的钱币可以进行累加，数码管显示钱数。当投入钱币总值大于商品单价时，可以购买的商品指示灯会亮起，选择商品进行购买后，系统自动计算余额并由数码管显示。图4-3-17自动售货机实验模块任务实施（1）任务分析该任务整体控制要求比较复杂，建议用经验设计法编写程序。系统主要应具备的功能是：完成投币总金额的计算；投入钱币与商品单价进行比较并显示可购买的商品；在完成购买后能够正确找回零钱。完成核心任务可以应用本节课学习的数学函数类指令，用累加指令INC对单一面额钱币的投入张数进行计数；用乘法指令MUL将钱币张数乘以钱币面额；用加法指令将1元、5元和10元钱币的总额相加得到投币总金额；用减法指令SUB计算找回零钱。将整体任务分成如下几步编写程序：用运算指令完成投币金额，商品比价，零钱找回功能的程序编写。将投币总金额、找回零钱金额即时显示在LED数码管上。加入相应的商品选择、商品购买、零钱找回指示灯功能。完整程序的调试，对逻辑错误和不符合任务要求的部分进行修改。（2）I/O地址分配表该系统共有6个输入，8个输出，资源分配如下表4-3-1。输入部分器件名称符号作用输入地址点动按键M11元投币按键I0.0点动按键M25元投币按键I0.1点动按键M310元投币按键I0.2点动按键QS汽水选择按键I0.3点动按键CF咖啡选择按键I0.4点动按键ZL找回零钱按键I0.5输出部分器件名称符号作用输出地址数码管Y输出给数码管信号Q0.0指示灯A汽水可购买指示灯Q0.1指示灯B咖啡可购买指示灯Q0.2指示灯C选择购买汽水指示灯Q0.3指示灯D选择购买咖啡指示灯Q0.4指示灯E模拟汽水出货指示灯Q0.5指示灯F模拟咖啡出货指示灯Q0.6指示灯G模拟找零钱指示灯Q0.7表4-3-1I/O地址分配表按照I/O分配表设置PLC变量，在PortalV13软件中设置PLC变量表如图4-3-18所示图4-3-18PLC变量表（3）硬件接线图

按照任务的控制要求和I/O地址分配表画出硬件接线图并插接导线，如图4-3-19。图4-3-19PLC外部硬件接线（4）梯形图程序重点难点详解：M1、M2、M3分别模拟投币1元钱、5元钱、10元钱，因为点动s按动按键M1模拟1元纸币投入，信号每出现第一个上升沿则认为投入一张纸币，使能端EN有能流流入，累加指令INC执行一次，将累加的结果存入寄存器MB10中。按动按键M2表示有5元钱纸币投入，用累加指令INC检测投入纸币的张数并存入寄存器MB20中，再使用乘法指令将5元纸币的张数乘以面额5得到5元纸币总金额并保存在寄存器MB21中，同理求出10元纸币总金额并存入寄存器MB31中。最后应用加法指令将1元、5元和10元纸币总数相加得到投币总金额存入MB60中。布置任务巡回指导记录分析小组讨论任务实施巡回指导在学生操作过程中，教师检查学生实习位置、操作姿势、操作方法、安全文明生产和元器件质量、数量等是否正确，如有不正确应及时纠正。认真做好个别指导、集体指导，同时做好过程评价。指导评价任务实施总结评价1、对当次实习操作的具体情况进行总结，对任务