■应知点:

1.了解S7－200系列PLC逻辑取及线圈驱动指令的使用。

2.了解S7－200系列PLC触点串联、并联指令的使用。

3.了解S7－200系列PLC电路块串联、并联指令的使用。

■应会点:

1.掌握电气控制中“自锁”控制规律在梯形图程序设计中的应用。

2.掌握电气控制中“互锁”控制规律在梯形图程序设计中的应用。

一、任务简述

某三路抢答器有3个抢答席和1个主持人席，每个抢答席上各有1个抢答按钮和1盏抢答指示灯。其控制要求如下:参赛者在允许抢答时，第一个按下抢答按钮的参赛者的抢答席上的指示灯将会亮，且释放抢答按钮后，指示灯仍然亮；此后另外两个抢答席上即使再按各自的抢答按钮，其指示灯也不会亮。这样主持人就可以轻易地知道是谁第一个按下抢答器的。该题抢答结束后，主持人按下主持席上的复位按钮后，指示灯熄灭，则又可以进行下一题的抢答比赛。

二、相关知识

在前面已初步了解一些基本指令的基础上，下面将进一步介绍本任务需要用到的位操作指令的详细内容和用法。

1.逻辑取(LD/LDN)及线圈驱动指令(＝)

1)指令功能

LD(Load):常开触点逻辑运算的开始。对应梯形图则为在左侧母线或线路分支点处初始装载一个常开触点。

LDN(Load Not):常闭触点逻辑运算的开始(即对操作数的状态取反)，对应梯形图则为在左侧母线或线路分支点处初始装载一个常闭触点。

＝(Out):输出指令，对应梯形图则为线圈驱动。

装载及线圈驱动指令的使用说明如下:

①LD、LDN的操作数:I，Q，M，SM，T，C，S。

②＝:线圈输出指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器及计数器等，但不能用于输入继电器，一个程序中同一输出触点只能用一次，否则有逻辑错误。

③“＝”指令的操作数:Q，M，SM，T，C，S。

2)指令格式

指令格式如图9－1所示。

图9－1　LD/LDN、OUT指令的使用

2.触点串联指令(A/AN)

1)指令功能

A(And):与操作，在梯形图中表示串联连接单个常开触点。

AN(And Not):与非操作，在梯形图中表示串联连接单个常闭触点。

触点串联指令使用说明如下:

①A、AN指令:是单个触点指令，可连续使用。

②A、AN的操作数:I，Q，M，SM，T，C，S。

2)指令格式

指令格式如图9－2所示。

图9－2　A/AN指令的使用

3.触点并联指令(O/ON)

1)指令功能

O(Or):或操作，在梯形图中表示并联连接一个常开触点。

ON(Or Not):或非操作，在梯形图中表示并联连接一个常闭触点。

触点并联指令使用说明如下:

(1)O、ON指令:是单个触点并联指令，可连续使用。

(2)O、ON的操作数:I，Q，M，SM，T，C，S。

2)指令格式

指令格式如图9－3所示。

图9－3　O/ON指令的使用

4.电路块的串联指令(ALD)

1)指令功能

ALD(And Load):块“与”操作，用于并联电路块的串联连接。

并联电路块的串联连接指令说明如下:

(1)并联电路块与前面的电路串联时，使用ALD指令。电路块的起点用LD或LDN指令，并联电路块结束后，使用ALD指令与前面的电路块串联。

(2)ALD无操作数。

2)指令格式

指令格式如图9－4所示。

图9－4　ALD指令使用

5.电路块的并联指令(OLD)

1)指令功能

OLD(Or Load):块“或”操作，用于串联电路块的并联连接。(www.daowen.com)

串并联电路块的并串联连接指令说明如下:

(1)串联电路块与上面的电路并联时，使用OLD指令。电路块的起点用LD或LDN指令，串联电路块结束后，使用OLD指令与前面的电路块并联。

(2)OLD无操作数。

2)指令格式

指令格式如图9－5所示。

图9－5　OLD指令的使用

三、应用实施

抢答器系统是由PLC作为中央控制器，加上抢答按钮及指示灯和线路等组成。主要分为若干位选手和主持人两部分控制环节。每位选手面前有一个按钮用于抢答，并且有一盏指示灯表示谁先抢到问题。有的抢答器还是用蜂鸣器或者数码显示管来显示先抢到问题的那位选手。而主持人面前有一个复位按钮，用于当上一轮抢答结束后，无论哪位选手抢到问题，复位系统至初始状态，为下一轮抢答开始做准备。

1.PLC的选型

从上面的分析可知本控制系统有4路输入信号，包括3位选手的抢答按钮SB1、SB2、SB3和1位主持人复位按钮SB0。有3路输出信号，即作为控制对象的3盏抢答指示灯L1、L2、L3。输入输出信号均为开关量。所以控制系统可选用CPU224，集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，满足控制要求，而且还有一定的余量。

2.I/O分配表

三路抢答器PLC控制系统的I/O分配表见表9－1。

表9－1　三路抢答器PLC控制系统的I/O分配表

3.PLC外部接线图

三路抢答器PLC控制系统的外部接线如图9－6所示。

图9－6　三路抢答器PLC控制系统的外部接线

4.程序设计

抢答器的程序设计如图9－7所示。

图9－7　抢答器程序梯形图

抢答器的程序设计的要点有两处:一是如何实现抢答器指示灯的“自锁”功能，即当某一抢答席抢答成功后，即使释放其抢答按钮，其指示灯仍然亮，直至主持人进行复位才熄灭；二是如何保证一位选手抢答后，其他两位选手后抢无效(不会亮灯)，即“互锁”功能，同时由于是3个人抢答，所以要“两两互锁”。

1)自锁环节

以Q0.1为例，如图9－8所示，当I0.1接通通电后，由图9－7可得Q0.1通电，随后，即使I0.1断开，由于Q0.1仍保持得电状态，故与I0.1并联的Q0.1开关处于接通状态，因此Q0.1进入自锁状态。

同理，Q0.2、Q0.3也一样能够实现自锁。

2)互锁环节

继续以Q0.1为例，如图9－9所示，在Q0.1的这个通路中，Q0.2与Q0.3以常闭触点的形式串联存在，当Q0.2或Q0.3点亮时，Q0.2或Q0.3的常闭触点将断开，从而使得此条通路断开，按钮I0.1无效，实现3个按钮的两两互锁。

图9－8　Q0.1实现自锁

图9－9　Q0.1、Q0.2、Q0.3实现互锁

3)复位环节

在本例中，主持人可以通过操作按钮，实现抢答器指示灯的复位，这一操作实现方法如下:

以Q0.1为例，如图9－10所示，将I0.0作为一常闭触点与互锁进行串联，倘若Q0.1处于断电状态，则不起任何作用，倘若Q0.1处于通电状态，则由于常闭触点被按下后转为断开，则此条通路被断开，Q0.1断电，恢复不了点亮状态，即实现复位操作。

图9－10　Q0.1实现复位操作

5.程序调试

检查完后将程序下载到PLC，运行调试，如有问题，检查排除故障。

四、操作技能考评

通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如表9－2所示。

表9－2　任务操作技能考核要求和考核标准

教学小结

本任务主要是让同学们熟悉和掌握PLC编程中的位操作类指令，位操作指令是PLC常用的基本指令，主要包括对单个触点的操作和对多个触点形成的电路块的操作，有串联与并联两种类型，对应于逻辑上的“与”逻辑关系和“或”逻辑关系。位操作指令能够实现基本的位逻辑运算和控制。

思考与练习

1.设计一个三人表决器，要求表决结果与多数人意见相同。

2.试用PLC实现如图9－11所示楼梯照明系统中，人在楼梯底和楼梯顶处都可以控制楼梯灯的点亮和熄灭。

图9－11　楼梯照明系统示意图