1、2019/3/1,控制科学与工程学院,1,结构化程序设计与应用举例,2019/3/1,控制科学与工程学院,2,【例5-4】 搅拌控制系统程序设计使用开关量。,要求：按起动按钮后系统自动运行，首先打开进料泵1，开始加入液料A中液位传感器动作后，则关闭进料泵1，打开进料泵2，开始加入液料B高液位传感器动作后，关闭进料泵2，起动搅拌器搅拌10s后，关闭搅拌器，开启放料泵当低液位传感器动作后，延时5s后关闭放料泵。按停止按钮，系统应立即停止运行。,2019/3/1,控制科学与工程学院,3,控制系统的硬件设计,2019/3/1,控制科学与工程学院,4,编辑符号表,2019/3/1,控制科学与工程学院,5
2、,2019/3/1,控制科学与工程学院,6,线性化编程,2019/3/1,控制科学与工程学院,7,FC1,2019/3/1,控制科学与工程学院,8,FC2,FC3,2019/3/1,控制科学与工程学院,9,FC4,2019/3/1,控制科学与工程学院,10,结构化程序,2019/3/1,控制科学与工程学院,11,2019/3/1,控制科学与工程学院,12,2019/3/1,控制科学与工程学院,13,2019/3/1,控制科学与工程学院,14,2019/3/1,控制科学与工程学院,15,2019/3/1,控制科学与工程学院,16,2019/3/1,控制科学与工程学院,17,【例2】,设计一个单按
3、钮起停的控制功能FC0。SB1按钮控制1号风机起停, SB2按钮控制2号风机起停; 1号风机和2号风机不同时工作，通过选择开关SA进行控制。,KM2 控制2号风机的交流接触器,KM1 控制1号风机的交流接触器,选择开关SA,2号风机的控制按钮 SB2,1号风机的控制按钮 SB1,I0.0,I0.1,Q4.1,I0.2,Q4.2,COM,PLC,2019/3/1,控制科学与工程学院,18,2019/3/1,控制科学与工程学院,19,1） 符号表,2019/3/1,控制科学与工程学院,20,2） FC0的变量声明表,2019/3/1,控制科学与工程学院,21,3） FC0的LAD控制程序,2019
4、/3/1,控制科学与工程学院,22,3） OB1的LAD控制程序,2019/3/1,控制科学与工程学院,23,2019/3/1,控制科学与工程学院,24,当I 0.0接通时， M0.0为ON，同时M0.1为ON，在下一个扫描周期时M0.1动断触点打开，使M0.0为OFF，即M0.0只能为()N，保持一个扫描周期。,当I 0.0第二次接通时， M0.0又为ON，保持一个扫描周期，使M0.2为ON，保持一个扫描周期， Q4.0变为OFF。,单按钮启停电路,2019/3/1,控制科学与工程学院,25,【例5-5】 多级分频器控制程序设计。本例拟在功能FC1中编写二分频器控制程序，然后在OB1中通过调
5、用FC1实现多级分频器的功能。多级分频器的时序关系如图所示。其中I0.0为多级分频器的脉冲输入端；Q4.0Q4.3分别为2、4、8、16分频的脉冲输出端；Q4.4 Q4.7分别为2、4、8、16分频指示灯驱动输出端。,2019/3/1,控制科学与工程学院,26,2019/3/1,控制科学与工程学院,27,说明：,2. 有参功能（FC） 是指编辑功能（FC）时，在局部变量声明表内定义了形式参数，在功能（FC）中使用了虚拟的符号地址完成控制程序的编程，以便在其他块中能重复调用有参功能（FC）。这种方式一般应用于结构化程序编写。,1.无参功能（FC）是指编辑功能（FC）时，在局部变量声明表不进行形式
6、参数的定义，在功能（FC）中直接使用绝对地址完成控制程序的编程。调用无参功能（FC）的分部程序设计时，每个功能（FC）实现整个控制任务的一部分，不重复调用,2019/3/1,控制科学与工程学院,28,【例5-6】 水箱水位控制系统程序设计。,控制要求：SB1、SB3、SB5在PLC外部操作设定，通过人为的方式，按随机的顺序将水箱放空。只要检测到水箱“空”的信号，系统就自动地向水箱注水，直到检测到水箱“满”信号为止。水箱注水的顺序要与水箱放空的顺序相同，每次只能对一个水箱进行注水操作。,系统有3个贮水箱，每个水箱有2个液位传感器，UH1，UH2，UH3为高液位传感器，“1”有效；UL1，UL2，
7、UL3为低液位传感器，“0”有效。Y1、Y3、Y5分别为3个贮水水箱进水电磁阀；Y2、Y4、Y6分别为3个贮水水箱放水电磁阀。SB1、SB3、SB5分别为3个贮水水箱放水电磁阀手动开启按钮；SB2、SB4、SB6分别为3个贮水箱放水电磁阀手动关闭按钮。,2019/3/1,控制科学与工程学院,29,规划程序结构,分析：按SB_ON开启放水阀水箱放水，检测到水箱“空”的信号，系统就自动地向水箱注水，直到检测到水箱“满”信号为止。按SB_OFF关闭放水阀。每次只能对一个水箱进行注水操作。,2019/3/1,控制科学与工程学院,30,创建S7项目 硬件配置 编写符号表 （地址分配） 编辑功能块（FB）
8、 建立背景数据块（DI） 编辑启动组织块OB100 编辑循环组织块OB1,设计步骤,2019/3/1,控制科学与工程学院,31,创建项目,硬件配置,2019/3/1,控制科学与工程学院,32,编写符号表,2019/3/1,控制科学与工程学院,33,编辑功能块（FB1）,定义局部变量声明表 编写程序代码,创建功能块FB1,2019/3/1,控制科学与工程学院,34,定义局部变量声明表,2019/3/1,控制科学与工程学院,35,编写FB1程序,2019/3/1,控制科学与工程学院,36,建立背景数据块DB1、DB2、DB3,2019/3/1,控制科学与工程学院,37,编辑启动组织块OB100,2
9、019/3/1,控制科学与工程学院,38, 主程序：在OB1中调用无静态参数的功能块（FB）,2019/3/1,控制科学与工程学院,39,OB1控制程序,2019/3/1,控制科学与工程学院,40,【例5-7】 搅拌控制系统程序设计使用模拟量。,控制要求： 按起动按钮后系统自动运行，首先打开进料泵1，开始加入液料A当液位达到50%后，则关闭进料泵1；打开进料泵2，开始加入液料B当液位达到100%后，则关闭进料泵2；起动搅拌器搅拌10s后，关闭搅拌器，开启放料泵当液料放空后，延时5s后关闭放料泵。按停止按钮，系统应立即停止运行。,搅拌控制系统，由一个模拟量液位传感器-变送器来检测液位的高低，并进
10、行液位显示。,2019/3/1,控制科学与工程学院,41,规划程序结构,OB1为主循环组织块；OB100为启动组织块；FC1实现搅拌控制；FC2实现放料控制；FB1通过调用DB1和DB2实现液料A和液料B的进料控制；DB1和DB2为液料A和液料B进料控制的背景数据块，在调用FB1时为FB1提供实际参数，并保存过程结果。,2019/3/1,控制科学与工程学院,42,1.创建S7项目使用菜单File “ New Project“ Wizard创建搅拌控制系统的S7项目，并命名为“FC与FB”。 2.硬件配置在“FC与FB”项目内打开“SIMATIC 300 Station”文件夹，打开硬件配置窗口
11、，并按图下完成硬件配置。,程序设计,2019/3/1,控制科学与工程学院,43,3.编辑符号表,2019/3/1,控制科学与工程学院,44,4.创建无参功能（FC1、FC2）,放料泵,液位,2019/3/1,控制科学与工程学院,45,5.创建无静态参数的功能块（FB1 ）,定义FB1的局部变量声明表,编写FB1控制程序,2019/3/1,控制科学与工程学院,46,6.建立背景数据块（DB1、DB2）,在“FC与FB”项目内选择“Blocks”文件夹，执行菜单命令【Insert】【S7 Block】【Data Block】，创建与FB1相关联的背景数据块DB1和DB2。STEP 7自动为DB1和
12、DB2构建了与FB1完全相同的数据结构，如下图所示。,2019/3/1,控制科学与工程学院,47,7.在OB1中调用FC1、FC2和FB1,OB1的控制程序,启动,液位 MW10,2019/3/1,控制科学与工程学院,48,OB1的控制程序,100,2019/3/1,控制科学与工程学院,49,OB1的控制程序,2019/3/1,控制科学与工程学院,50,控制要求：按一下起动按钮，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作；按一下停止按钮，所有信号灯都熄灭。信号灯控制的具体要求见下表。,【例5-8】 交通信号灯控制系统程序设计。,2019/3/1,控制科学与工程学院,51,根据十字路口交通信号灯的
13、控制要求，可画出信号灯的控制时序图。,2019/3/1,控制科学与工程学院,52,规划程序结构,OB1为主循环组织块、OB100初始化程序、FB1为单向红绿灯控制程序、DB1为东西数据块、DB2为南北数据块。,2019/3/1,控制科学与工程学院,53,1.创建S7项目使用菜单【File】【 “ New Project“ Wizard】创建交通信号灯控制系统的S7项目，并命名为“有静参FB”。项目包含组织块OB1和OB100。 2.硬件配置在“有静参FB”项目内打开“SIMATIC 300 Station”文件夹，打开硬件配置窗口，并按下图所示完成硬件配置。,程序设计,2019/3/1,控制科
14、学与工程学院,54,3.编写符号表,2019/3/1,控制科学与工程学院,55,4.编辑功能块（FB）,定义局部变量声明表,2019/3/1,控制科学与工程学院,56,编写FB,2019/3/1,控制科学与工程学院,57,5. 建立背景数据块（DI）,由于在创建DB1和DB2之前，已经完成了FB1的变量声明，建立了相应的数据结构，所以在创建与FB1相关联的DB1和DB2时，STEP 7自动完成了数据块的数据结构。,2019/3/1,控制科学与工程学院,58,6.编辑启动组织块OB100,2019/3/1,控制科学与工程学院,59,7.在OB1中调用有静态参数的功能块（FB）,2019/3/1,
15、控制科学与工程学院,60,1.功能块（FB）在程序的体系结构中位于组织块之下。它包含程序的一部分，这部分程序在OB1中可以多次调用。功能块的所有形参和静态数据都存储在一个单独的、被指定给该功能块的数据块（DB）中，该数据块被称为背景数据块。当调用FB时，该背景数据块会自动打开，实际参数的值被存储在背景数据块中；当FB功能块退出时，背景数据块中的数据仍然保持。2.在编辑功能块（FB）时，如果程序中需要特定数据的参数，可以考虑将该特定数据定义为静态参数，并在FB的声明表内STAT处声明。,说明,2019/3/1,控制科学与工程学院,61,每个FB都有一个对应的背景数据块,FB 2 EN Distu
16、rb. input Acknowledge Display Flash freq. ENO,DB 2,一个FB也可以使用不同的背景数据块,2019/3/1,控制科学与工程学院,62,多重背景,DB10,普通背景模型,FB20,OB 1,Call FB20, DB10Disturb._Input:=Acknowledge:=Flash_Freq:=Display:=,Parameters and static variables of the 2nd. call of FB20,Call Dist_2Disturb._Input:=Acknowledge:=Flash_Freq:=Display
17、:=,Parameters and static variables of the 1st. call of FB20,Call Dist_1Disturb._Input:=Acknowledge:=Flash_Freq:=Display:=,2019/3/1,控制科学与工程学院,63,【例5-8】 发动机组控制系统设计使用多重背景。设某发动机组由1台汽油发动机和1台柴油发动机组成，现要求用PLC控制发动机组，使各台发动机的转速稳定在设定的速度上，并控制散热风扇的起动和延时关闭。每台发动机均设置一个起动按钮和一个停止按钮。,规划程序结构,2019/3/1,控制科学与工程学院,64,FB10为上
18、层功能块，它把FB1作为其“局部实例”，通过二次调用本地实例，分别实现对汽油机和柴油机的控制。这种调用不占用数据块DB1和DB2，它将每次调用（对于每个调用实例）的数据存储到体系的上层功能块FB10的背景数据块DB10 中。,规划程序结构,2019/3/1,控制科学与工程学院,65,创建S7项目使用菜单【File】【“New Project”Wizard】创建发动机组控制系统的S7项目，并命名为“多重背景”。CPU选择CPU 315-2DP，项目包含组织块OB1。 硬件配置在“多重背景”项目内打开“SIMATIC 300 Station”文件夹，打开硬件配置窗口，并按下图所示完成硬件配置。,程
19、序设计,2019/3/1,控制科学与工程学院,66,编辑符号表,2019/3/1,控制科学与工程学院,67,定义局部变量声明表,编辑功能（FC1）,FC1用来实现发动机（汽油机或柴油机）的风扇控制，按照控制要求，当发动机起动时，风扇应立即起动；当发动机停机后，风扇应延时关闭。因此FC1需要一个发动机起动信号、一个风扇控制信号和一个延时定时器。,编辑FC1的控制程序,FC1所实现的控制要求：发动机起动时风扇起动，当发动机再次关闭后，风扇继续运行4s，然后停止。定时器采用断电延时定时器。,2019/3/1,控制科学与工程学院,68,编辑共享数据块,共享数据块DB3可为FB10保存发动机（汽油机和柴
20、油机）的实际转速，当发动机转速都达到预设速度时，还可以保存该状态的标志数据。,2019/3/1,控制科学与工程学院,69,编辑功能块（FB）,在该系统的程序结构内，有2个功能块：FB1和FB10。FB1为底层功能块，所以应首先创建并编辑；FB10为上层功能块，可以调用FB1。,编辑底层功能块FB1,在“多重背景”项目内创建FB1，符号名“Engine”。 定义功能块FB1的变量声明表,2019/3/1,控制科学与工程学院,70,编写功能块FB1的控制程序,FB1主要实现发动机的起停控制及速度监视功能。,2019/3/1,控制科学与工程学院,71,在“多重背景”项目内创建FB10，符号名“Eng
21、ines”。在FB10的属性对话框内激活“Multi-instance capable”选项。,编辑上层功能块FB10,2019/3/1,控制科学与工程学院,72,定义功能块FB10的变量声明表,要将FB1作为FB10的一个“局部背景”调用，需要在FB10的变量声明表中为FB1的调用声明不同名称的静态变量，数据类型为FB1（或使用符号名“Engine”）。,2019/3/1,控制科学与工程学院,73,调用FB1局部实例时，不再使用独立的背景数据块，FB1的实例数据位于FB10的实例数据块DB10中。发动机的实际转速可直接从共享数据块中得到，如DB3.DBW2 （符号地址为， S_Data“.P
22、E_Actual_Speed）。,FB10,2019/3/1,控制科学与工程学院,74,生成多重背景数据块DB10,在“多重背景”项目内创建一个与FB10相关联的多重背景数据块DB10，符号名“Engine_Data”。,2019/3/1,控制科学与工程学院,75,在OB1中调用功能(FC)及上层功能块(FB),编辑主程序,2019/3/1,控制科学与工程学院,76,使用多重背景时应注意以下问题： （1）首先应生成需要多次调用的功能块（例如上例中的FB1）。 （2）管理多重背景的功能块（例如上例中的FB10）必须设置为 有多重背景功能。 （3）在管理多重背景的功能块的变量声明表中，为被调用的功
23、能 块的每一次调用定义一个静态（STAT）变量，以被调用的功能块的 名称（例如FB1）作为静态变量的数据类型。 （4）必须有一个背景数据块（例如上例中的DB10）分配给管理 多重背景的功能块。背景数据块中的数据是自动生成的。 （5）多重背景只能声明为静态变量（声明类型为“STAT”）。,2019/3/1,控制科学与工程学院,77,5.9 思考与练习,一、思考题 1. STEP 7中有哪些逻辑块？ 2. 功能FC和功能块FB有何区别？3. 系统功能SFC和系统功能块有何区别？4. 共享数据块和背景数据块有何区别？5. 什么是符号地址？采用符号地址有哪些好处？6. 组织块可否调用其他组织块？ 7.
24、 B堆栈与L堆栈有何不同？ 8. 在变量声明表内，所声明的静态变量和临时变量有何区别？,2019/3/1,控制科学与工程学院,78,二、编程题1. 用I0.0控制接在Q4.0Q4.7上的8个彩灯循环移位，用T37定时，每0.5 s移1位，首次扫描时给Q4.0Q4.7置初 值，用I0.1控制彩灯移位的方向，试设计语句表程序。2. 有一工业用洗衣机，控制要求如下：按起动按钮后给水阀就开始给水当水满传感器动作时就停止给水波轮正转5s，再反转5s，然后再正转5s如此反复转动5分钟出水阀开始出水出水10s后停止出水， 同时声光报警器报警，叫工作人员来取衣服。按停止按钮声光报警器停止，并结束工作过程。要求
25、：分配I/O口，设计梯形图。,2019/3/1,控制科学与工程学院,79,3. 车辆出入库管理。如图5-76所示为车辆入库管理设备布置图，编制一个用PLC控制的车辆出入库管理梯形图控制程序，控制要求如下：入库车辆前进时，经过1#传感器2#传感器后计数器加1，后退时经过2#传感器1#传感器后计数器减1，单经过一个传感器则计数器不动。出库车辆前进时经过2#传感器1#传感器后计数器减1，后退时经过1#传感器2#传感器后计数器加1，单经过一个传感器则计数器不动作。,设计一个由两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路，显示车库内车辆的实际数量。,图5-76 车辆入库管理,2019/3/1,控制科学与工程
26、学院,80, 4.液体自动混合箱如图5-77所示，设计要求如下： 按下起动按钮SB1，电磁阀K1打开，液体A流入箱中，当液面到达L2处时，K1阀关闭，同时K2阀打开，液体B流入箱中，当液面到达L1处时，Y2阀关闭，停止供液，电炉H开始加热，当液体到达指定温度时，温度传感器T动作，电炉停止加热,搅拌机M开始搅拌液体，5分钟后停止搅拌，K3阀打开，将加热并混合好的液体放出，当液面底于L3时，再经过10s，K3阀关,图5-77 液体自动混合箱,闭，此时箱内液体已放空。此时，电磁阀K1打开，液体A流入箱中，开始下一周期循环。按下停止按钮SB2，系统停止操作（停在初始状态上）。,2019/3/1,控制科
27、学与工程学院,81,5.如图5-78所示为精密滚柱直径筛选系统，当被测滚柱落下后，由气缸推秆推到限位挡板位置，然后钨钢测头开始测试滚柱直径，并将测量值送相敏检波放大器处理，再送电压放大器放大，最后将与直径成正比的电压值送PLC模拟量输入模块，经PLC判断后，根据直径大小来决定具体打开哪一个翻版，然后由电磁机构将限位,图5-78 滚柱直径筛选系统,挡板抽离，滚柱自然落入相应的容器中。试设计PLC控制程序，实现对滚 柱的筛选。,2019/3/1,控制科学与工程学院,82,5. 有一工业用洗衣机，控制要求如下：按起动按钮后给水阀就开始给水当水满传感器动作时就停止给水波轮正转5s，再反转5s，然后再正转5s如此反复转动5分钟出水阀开始出水出水10s后停止出水，同时声光报警器报警，叫工作人员来取衣服。按停止按钮声光报警器停止，并结束整个工作过程。要求：分配I/O口，设计梯形图。6. 使用传送机，将大、小球分类后分别传送的系统。左上为原点，按起动按钮SB1后，其动作顺序为：下降吸球（延时1s）上升右行下降放球（延时1s）上升左行。其中：LS1左限位；LS3上限位；LS4小球右限位；LS5大球右限位；LS2大球下限位；LS0小球下限位。机械壁下降时，吸住大球，则下限位LS2接通，然后将大球放到大球容器中。若吸住小球，则下限位LS0接通，然后将小球放到小球容器中。试分配I/O，设计画梯形图。,
