PLC編程與應(yīng)用（西門子）電子教案 項(xiàng)目四 任務(wù)1：彩燈循環(huán)閃亮PLC控制

課題授課教案一、教案頭序號(hào)：本次課題項(xiàng)目四任務(wù)1：彩燈循環(huán)閃亮PLC控制授課教師審閱授課時(shí)間課時(shí)授課班級知識(shí)目標(biāo)1.學(xué)會(huì)移動(dòng)指令的功能及使用；2.學(xué)會(huì)移位指令、循環(huán)移位指令的功能及應(yīng)用；3.了解PLC主程序與子程序的概念及應(yīng)用。能力目標(biāo)1.能夠根據(jù)任務(wù)要求制定任務(wù)計(jì)劃、合理高效的實(shí)施任務(wù)；2.能夠借助網(wǎng)絡(luò)媒體查閱資料，理解新知，獨(dú)立解決任務(wù)中的問題；3.能夠完成花樣燈電路的編程與調(diào)試情感目標(biāo)1.培養(yǎng)善于獨(dú)立思考、交流溝通的協(xié)作能力；2.培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，樹立積極樂觀的學(xué)習(xí)態(tài)度；3.樹立自信心，增強(qiáng)克服困難的意志，養(yǎng)成和諧和健康向上的品格。4.使學(xué)生領(lǐng)悟“道人善，即是善。人知之，愈思勉。揚(yáng)人惡，即是惡。疾之甚，禍且作。”的做人道理。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)1.移動(dòng)指令的功能及使用；2.移位指令、循環(huán)移位指令的功能及應(yīng)用。難點(diǎn)1.移動(dòng)指令的功能及使用；2.移位指令、循環(huán)移位指令的功能及應(yīng)用。教學(xué)準(zhǔn)備1、西門子S7-1200可編程控制器實(shí)訓(xùn)裝置，主機(jī)模塊2、電腦一臺(tái)（具有PROTALV13軟件平臺(tái)）3、24V直流電源、交流220V電源各一處4、實(shí)訓(xùn)連接導(dǎo)線若干5、Profilnet通訊電纜一根二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)課前檢查1、檢查學(xué)生的勞保服裝。2、檢查學(xué)生的出勤情況并做好記錄。3、強(qiáng)調(diào)實(shí)習(xí)安全。督導(dǎo)檢查做好記錄學(xué)生自檢互檢情景引入無論是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法還是順序控制設(shè)計(jì)法，對于比較復(fù)雜的任務(wù)都會(huì)產(chǎn)生大量的程序段，在編程過程中還需要時(shí)刻注意避免輸出線圈地址重復(fù)的問題，程序整體可讀性比較差，尤其是在出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候不易修改。本節(jié)課通過PLC實(shí)現(xiàn)花樣彩燈的控制，掌握數(shù)據(jù)傳送指令，移位指令的應(yīng)用，并學(xué)會(huì)應(yīng)用程序塊簡化程序。引導(dǎo)學(xué)生掃碼學(xué)習(xí)掃碼看視頻任務(wù)資訊知識(shí)點(diǎn)1：移動(dòng)值MOVE指令MOVE指令用于將IN輸入端的源操作數(shù)（數(shù)值或地址中的數(shù)據(jù)）賦值給輸出端OUT1指定的地址中，指令執(zhí)行后源操作數(shù)保持不變。該指令支持的數(shù)據(jù)類型為除Bool（布爾型）數(shù)據(jù)之外的所有數(shù)據(jù)類型。如下圖程序段是PLC上電后將Q0口清零，也就是Q0.0~Q0.7均被復(fù)位。該類型指令多用于程序中的初始化和上電復(fù)位操作。圖4-1-1MOVE指令如果輸入端IN數(shù)據(jù)類型的位長度超出輸出OUT1數(shù)據(jù)類型的位長度，則源值的高位會(huì)丟失。如果輸入IN數(shù)據(jù)類型的位長度低于輸出OUT1數(shù)據(jù)類型的位長度，則目標(biāo)值的高位會(huì)被改寫為0。移動(dòng)指令MOVE一般用于批量給輸出寄存器Q賦值，或者在輸入信號(hào)較多的情況下批量讀取輸入寄存器I中的數(shù)據(jù)。例如控制PLC的Q1.0～Q1.7端口上連接的8位彩燈隔一跳一點(diǎn)亮。

圖4-1-2MOVE指令控制Q0口輸出讀取一個(gè)一位撥碼開關(guān)輸入的數(shù)值并保存在輔助寄存器M中圖4-1-3MOVE指令讀取寄存器I中的值知識(shí)點(diǎn)2：移位指令移位指令包含向右移位指令SHL和向左移位指令SHR，其功能是將輸入端IN指定的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)逐位左移或右移一定的位數(shù)，移動(dòng)的位數(shù)是由輸入?yún)?shù)N來定義的。移位后的結(jié)果將保存在輸出參數(shù)OUT指定的地址中。下面以右移位指令為例來講解該類指令的使用方法。可以使用“右移”指令將輸入IN中操作數(shù)的內(nèi)容按位向右移位，并在輸出OUT中查詢結(jié)果。參數(shù)N用于指定將指定值移位的位數(shù)。當(dāng)參數(shù)N的值為“0”時(shí)，輸入IN的值將復(fù)制到輸出OUT中的操作數(shù)中。如果參數(shù)N的值大于可用位數(shù)，則輸入IN中的操作數(shù)值將向右移動(dòng)可用位數(shù)個(gè)位。無符號(hào)值移位時(shí)，用零填充操作數(shù)左側(cè)區(qū)域中空出的位。如果指定值有符號(hào)，則用符號(hào)位的信號(hào)狀態(tài)填充空出的位。圖4-1-7說明了如何將整數(shù)數(shù)據(jù)類型操作數(shù)的內(nèi)容向右移動(dòng)4位：圖4-1-7整數(shù)數(shù)據(jù)類型操作數(shù)的內(nèi)容向右移動(dòng)4位移位指令使用的注意事項(xiàng)：=1\*GB3①移動(dòng)的位數(shù)N為0時(shí)不會(huì)發(fā)生移位，而IN指定的輸入值會(huì)被復(fù)制輸入到OUT指定的地址中。=2\*GB3②如果移動(dòng)的位數(shù)N大于被移位的存儲(chǔ)單元的位數(shù)，IN指定的輸入值將被全部移出，此時(shí)該存儲(chǔ)單元全部被0或符號(hào)為填充。=3\*GB3③移位指令支持幾種數(shù)據(jù)類型，如圖4-1-8，在指令的輸入端IN和輸出端OUT處的寄存器應(yīng)與指令設(shè)定的數(shù)據(jù)類型保持一致。圖4-1-8移位指令支持的幾種數(shù)據(jù)類型知識(shí)拓展：（1）移位的位數(shù)N設(shè)為0時(shí)不發(fā)生位移，而是直接將IN端地址中的數(shù)據(jù)直接復(fù)制給OUT端指定的地址；移位的位數(shù)N大于設(shè)定存儲(chǔ)器的范圍時(shí)，數(shù)據(jù)全部被移出并用0取代。ENO輸出始終為1。（2）如果移位指令的IN與OUT指定的是不同寄存器地址，無論EN端連接的是常開觸點(diǎn)還是檢測信號(hào)上升沿指令,移位指令只執(zhí)行一次，與EN通電時(shí)間的長短和次數(shù)無關(guān)。（3）如果移位指令的IN與OUT端指定的是相同地址，每執(zhí)行一次移位指令，結(jié)果都會(huì)送回原地址，移位指令的EN端需要接檢測信號(hào)上升沿指令，如果接常開觸點(diǎn)，在得電的一個(gè)周期內(nèi)，移位指令會(huì)執(zhí)行多次導(dǎo)致執(zhí)行結(jié)果不正確。小任務(wù)：PLC的I0.0、I0.1分別外接1個(gè)點(diǎn)動(dòng)按鍵，按下I0.0，將MB10中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)左移2位送到MB20中，每按下I0.1一次，都將MW100中原有的數(shù)據(jù)左移動(dòng)1位并送到MW300中。任務(wù)分析：將MB10中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)左移2位送到MB20中，實(shí)現(xiàn)此功能應(yīng)選擇左移位指令SHL，注意選擇的數(shù)據(jù)類型為Byte，因?yàn)橹灰笠苿?dòng)一次數(shù)據(jù)，所以SHL指令的使能端EN可接檢測信號(hào)上升指令也可以接常開觸點(diǎn)。每按下I0.1一次，都將MW100中原有的數(shù)據(jù)右移動(dòng)1位并送到MW300中，要求每按下一次I0.2外接的按鍵，都要觸發(fā)一次SHL指令，所以指令的IN端和OUT端應(yīng)設(shè)置為同一地址。知識(shí)點(diǎn)3：循環(huán)移位指令循環(huán)右移指令ROR循環(huán)右移指令將輸入端IN端地址的內(nèi)容按位向右循環(huán)移位，并傳輸?shù)捷敵龆薕UT指定的地址中。參數(shù)N用于指定循環(huán)移位中移動(dòng)的位數(shù)。用移出的位填充因循環(huán)移位而空出的位。當(dāng)參數(shù)N的值為0時(shí)不會(huì)發(fā)生移位，輸入IN的值將復(fù)制到輸出OUT中的操作數(shù)中。如果參數(shù)N的值大于可用位數(shù)，則輸入IN中的操作數(shù)值仍會(huì)循環(huán)移動(dòng)指定位數(shù)。圖4-1-9說明了如何將Byte數(shù)據(jù)類型操作數(shù)的內(nèi)容向右循環(huán)移動(dòng)2位：圖4-1-9循環(huán)右移指令ROR應(yīng)用MB11中的數(shù)據(jù)2#11000000整體向右移動(dòng)2位，其中M11.0和M11.1向右移出，M11.0轉(zhuǎn)存到M12.6，M11.1轉(zhuǎn)存到M12.7，循環(huán)移位指令執(zhí)行后MB12中的數(shù)據(jù)為2#00110000，如圖4-1-10。圖4-1-10寄存器MB11執(zhí)行程序前后數(shù)值循環(huán)左移指令ROL循環(huán)左移指令（圖4-1-11）將輸入端IN端地址的內(nèi)容按位向左循環(huán)移位，并傳輸?shù)捷敵龆薕UT指定的地址中。參數(shù)N用于指定循環(huán)移位中移動(dòng)的位數(shù)。用移出的位填充因循環(huán)移位而空出的位。當(dāng)參數(shù)N的值為0時(shí)不會(huì)發(fā)生移位，輸入IN的值將復(fù)制到輸出OUT中的操作數(shù)中。如果參數(shù)N的值大于可用位數(shù)，則輸入IN中的操作數(shù)值仍會(huì)循環(huán)移動(dòng)指定位數(shù)。圖4-1-11左移循環(huán)指令ROR小任務(wù)：兩個(gè)點(diǎn)動(dòng)按鍵KR和KL分別接PLC的I0.0和I0.1口，輸出Q0.0～Q0.7接8個(gè)發(fā)光二極管，按動(dòng)KR鍵發(fā)光二極管向左移位循環(huán)顯示，按動(dòng)KL鍵發(fā)光二極管向右移位循環(huán)顯示，每次只有一個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，每1S移動(dòng)1位，硬件接線如圖4-1-12。圖4-1-12PLC外部接線任務(wù)分析：設(shè)置如下4個(gè)函數(shù)功能塊，這樣在后期需要改變流水燈的閃爍花樣及時(shí)間變化時(shí)只需要修改對應(yīng)的函數(shù)功能塊即可。FC1:1S脈沖功能塊，每1S發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，用于控制流水燈的閃爍時(shí)間；FC2:共用程序功能塊，用于給流水燈賦初始值，在這里選擇賦值2#00000001表示每次只有一個(gè)二極管被點(diǎn)亮；FC3:左移位功能塊，使用循環(huán)左移指令，啟動(dòng)條件是KL鍵按下；FC4:右移位功能塊，使用循環(huán)右移指令，啟動(dòng)條件是KR鍵按下。請讀者根據(jù)以上思路分析并編寫PLC程序。知識(shí)點(diǎn)4:特定脈沖頻率信號(hào)的應(yīng)用在很多工業(yè)場合中，經(jīng)常用LED按一定的頻率閃爍來實(shí)現(xiàn)信號(hào)指示功能，如紅燈閃爍表示報(bào)警，黃燈閃爍表示設(shè)備處于準(zhǔn)備狀態(tài)等。小任務(wù)：當(dāng)Q0.0外接一個(gè)LED發(fā)光二極管作為信號(hào)指示燈，要求PLC系統(tǒng)上電后LED燈以1Hz頻率閃爍。任務(wù)分析：如何實(shí)現(xiàn)LED燈的閃爍效果呢？通常使用以下兩種方法：方法一：兩個(gè)定時(shí)器交替工作產(chǎn)生脈沖信號(hào)，程序如圖4-1-13所示圖4-1-13兩個(gè)定時(shí)器交替工作產(chǎn)生脈沖信號(hào)方法二：使用系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖存儲(chǔ)器直接產(chǎn)生脈沖信號(hào)在S7-1200PLC程序中除了使用兩個(gè)定時(shí)器來產(chǎn)生脈沖信號(hào)，還可以應(yīng)用PLC的系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器來產(chǎn)生特定頻率的脈沖信號(hào)。時(shí)鐘存儲(chǔ)器的設(shè)置和使用步驟如下（圖4-1-14）：圖4-1-14使用系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖存儲(chǔ)器直接產(chǎn)生脈沖信號(hào)（1）在博圖項(xiàng)目文件中雙擊“設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)”；（2）鼠標(biāo)雙擊PLC的CPU圖標(biāo)，下方將彈出該P(yáng)LC的屬性窗口；（3）在屬性窗口左側(cè)目錄中雙擊“系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器”選項(xiàng)；（4）勾選啟用時(shí)鐘存儲(chǔ)器字節(jié)將其激活；（5）如圖4-1-15所示可以看到PLC中支持幾種特定頻率的時(shí)鐘存儲(chǔ)器，我們需要選用的是1Hz的始終存儲(chǔ)器，其默認(rèn)地址為M0.5。圖4-1-15PLC中支持幾種特定頻率的時(shí)鐘存儲(chǔ)器(6)在程序中只需調(diào)用該存儲(chǔ)器就可以產(chǎn)生1Hz的脈沖信號(hào)，編寫PLC梯形圖程序如圖4-1-16所示圖4-1-16產(chǎn)生脈沖信號(hào)的PLC程序這種方式的優(yōu)點(diǎn)是程序結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。缺點(diǎn)是產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖頻率是固定的。講解講解引導(dǎo)學(xué)生與輸入繼電器作比較講解講解聆聽對比理解記憶聆聽觀察聆聽理解任務(wù)實(shí)施任務(wù)布置一個(gè)花樣廣告燈由6個(gè)點(diǎn)動(dòng)按鍵和8個(gè)發(fā)光二極管組成，要求按下按鍵會(huì)切換到相應(yīng)的花式閃爍，詳細(xì)要求掃描二維碼觀看任務(wù)視頻。任務(wù)實(shí)施任務(wù)分析該任務(wù)總體功能比較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)LED燈多種花式的變換，如果使用以前學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法或順序控制法，編程的難度較大，容易出現(xiàn)重復(fù)輸出線圈的錯(cuò)誤。尤其在后期的程序調(diào)試修改過程中，條序繁瑣，不容易修改錯(cuò)誤。所以首先考慮用子程序的方式進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，具體方法是將每種閃爍樣式做成一個(gè)獨(dú)立的程序塊，在主程序中通過按鍵S1～S5輸入給PLC的信號(hào)來選擇對應(yīng)的子程序。這樣編程的好處是條理清晰，且在某一種閃爍花式發(fā)生改變時(shí)只需要修改對應(yīng)的子程序塊，而無需改變其他程序，編程工作量小，效率高。（2）I/O地址分配表該系統(tǒng)共有6個(gè)輸入，8個(gè)輸出，資源分配如下表4-1-2。輸入部分變量名稱器件類型對應(yīng)地址S0點(diǎn)動(dòng)按鍵I0.0S1點(diǎn)動(dòng)按鍵I0.1S2點(diǎn)動(dòng)按鍵I0.2S3點(diǎn)動(dòng)按鍵I0.3S4點(diǎn)動(dòng)按鍵I0.4S5點(diǎn)動(dòng)按鍵I0.5輸出部分變量名稱器件名稱對應(yīng)地址A發(fā)光二極管Q0.0B發(fā)光二極管Q0.1C發(fā)光二極管Q0.2D發(fā)光二極管Q0.3E發(fā)光二極管Q0.4F發(fā)光二極管Q0.5G發(fā)光二極管Q0.6H發(fā)光二極管Q0.7表4-1-2I/O地址分配表（3）硬件接線圖

按照任務(wù)控制要求和I/O地址分配表畫出硬件接線圖并插接導(dǎo)線。圖4-1-17CPU外部接線（4）編寫梯形圖程序重點(diǎn)難點(diǎn)詳解：因?yàn)檫@個(gè)任務(wù)有五種不同的閃爍花式，而在五種花式中輸出端口均為Q0.0~Q0.7，如果把所有花式的程序都編寫在主程序塊OB1中，難免出現(xiàn)輸出地址重復(fù)的情況，這樣編程十分繁瑣。在分析整個(gè)任務(wù)要求，發(fā)現(xiàn)五種花樣是分別由五個(gè)點(diǎn)動(dòng)按鍵控制切換的，在任一個(gè)時(shí)刻只有一種花式閃爍。所以可以采用子程序的方法，每按下一個(gè)按鍵就啟動(dòng)對應(yīng)的花式子程序，同時(shí)斷開其他花式子程序，這樣每種花式互不干擾，就避免了出現(xiàn)輸出地址重復(fù)的情況。程序整體結(jié)構(gòu)也更加清晰明了，模塊化的程序還能保證在某種花式要求改變時(shí)，只需改變這個(gè)子程序模塊，而無需修改整個(gè)程序。布置任務(wù)巡回指導(dǎo)記錄分析小組討論任務(wù)實(shí)施巡回指導(dǎo)在學(xué)生操作過程中，教師檢查學(xué)生實(shí)習(xí)位置、操作姿勢、操作方法、安全文明生產(chǎn)和元器件質(zhì)量、數(shù)量等是否正確，如有不正確應(yīng)及時(shí)糾正。認(rèn)真做好個(gè)別指導(dǎo)、集體指導(dǎo)，同時(shí)做好過程評價(jià)。指導(dǎo)評價(jià)任務(wù)實(shí)施總結(jié)評價(jià)1、對當(dāng)次實(shí)習(xí)操作的具體情況進(jìn)行總結(jié)，對任務(wù)過程