基于S7-200 SMART PLC实现单按键的启停控制研究.pdf

价值工程0 引言随着科技的高速发展，对于我们日常生活当中出现的办公自动化及工业自动化程度要求也越来越高。由于 PLC具有编程简单、易学、维护方便、高可靠性等诸多优点，在工业生产中也得到了非常广泛的应用1。在任何的 PLC 控制系统当中，设置系统的启动和停止是不可或缺的，也是对系统最基本的要求。而传统的设计方法是利用两个按键接入到 PLC 不同的两个输入端子上分别作为控制系统的启动按键和停止按键。而通过我们仔细研究 PLC 丰富的指令库之后发现，我们完全可以通过一个按键再配合 PLC指令去完成控制系统的启停动作。这样一来，我们就无形的节约了 PLC 端子接入点的使用个数以及繁琐的硬件接线，从而降低了控制系统的成本，也给我们后面的系统维护提供了更多的方便。西门子 PLC 程序采用循环扫描的方式运行，运行时，程序按照输入采样，程序执行，输出刷新的顺序循环执行，这样的一个循环称之为程序的一个扫描周期，PLC 一般扫描周期为 30ms 左右，有些大型 PLC 或者高端型号，扫描周期可能只有 10ms 左右2。按照这个原理，通常按键按下，一般都是几百毫秒，程序已经执行了多个扫描周期3。所以要使用单个按钮来进行程序控制，其核心是要求我们在按下按钮时，输入信号只能在一个周期内执行程序，所以不论采用哪种方法，都必须要用到取上升沿指令或者下降沿指令，这个指令的特点是信号由 0 变为 1 时（信号由 1 变为 0），只执行一个扫描周期。单按钮启停，就是用一个按钮实现启动停止。当我们按下按钮，PLC 输出，当我们再次按下按钮，PLC 关断输出，如此往复4。接下来将介绍几种比较实用的单按键起停控制的 PLC 编程技术。1 使用 PLC 位逻辑指令来完成单按键启停功能本方法在学习者学完 PLC 标准指令后就能实现，所以此方法也堪称为最经典的方法。本方法在按键 I0.0 后面采用上升沿检测指令检测按键是否被按下5，同时这里面也考虑到做一个防抖动的作用，每按下一次按键，作为中间继电器 M0.0 会置 1 一个扫描周期，若当前系统未启动，当按键第一次被按下后输出 Q0.0 被点，再次按下 I0.0 按键，输出指示灯 Q0.0 熄灭，若再次按下按键指示灯点亮，如此往复。具体梯形图程序如图 1 所示。要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院曹炎广（1988-），男，河南信阳人，助理讲师，硕士研究生，主要从事工业过程控制技术研究。基于实现单按键的启停控制研究Research on Single Button Start Stop Control Based on S7-200 SMART PLC曹炎广 CAO Yan-guang曰王怀 WANG Huai（河南轻工职业学院机电工程系，郑州450002）（Department of Mechanical and Electrical Engineering，Henan Light Industry Vocational College，Zhengzhou 450002，China）摘要院单按键启停控制在生产生活中被广泛使用，比如日常的家用电器、工厂设备、农用机械等。本文将介绍S7-200 SMARTPLC实现单按键启停的6种经典方法，包括有基本逻辑指令、置位/复位指令、计数器、数学函数指令、交换指令、SR双稳态触发器的使用，对于需控制成本、节约I/O点数时能够给编程人员提供不同的参考方法。同时，也希望能够给初次学习到这门专业技术的学者提供更多的编程思路。Abstract:Single button start stop control is widely used in production and daily life,such as daily household appliances,factoryequipment,agricultural machinery,etc.This article will introduce six classic methods for S7-200 SMART PLC to achieve single button startstop,including basic logic instructions,set/reset instructions,counters,mathematical function instructions,exchange instructions,and theuse of SR bistable triggers.This will provide programmers with different reference methods for controlling costs and saving I/O points.At thesame time,we also hope to provide more programming ideas for scholars who are learning this professional technology for the first time.关键词院西门子；S7-200 SMART；单按键启停控Key words:Siemens；S7-200 SMART；single button start stop control中图分类号院TP273文献标识码院A文章编号院1006-4311（2023）23-114-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.23.037图1位逻辑指令实现单按键启停控制程序Value Engineering图4数学函数递增指令实现单按键启停控制程序2 使用 PLC 置位尧复位指令来完成单按键启停功能按键接入 PLC 输入端子 I0.0，当按下按键时 I0.0=1，此时 TOF 的使能输入端接通，对应编号为 T102 的断开延时定时器得电，位触点常开接通，常闭断开。当手指松开按键时 I0.0=0，此时 TOF（断开延时定时器）开始计时，计时时间 0.4s，也就是说 0.4s 后对应断开延时定时器才释放断电，此时常开触点断开，常闭触点接通。在这里之所以加上T102 断开延时定时器，是为了防止按键被按下和抬起的一瞬间发生抖动，这样更确保了按键动作的可靠性和无误性。该程序设计思路同第一种是一样的，就是利用 PLC周期性的逐条巡检的特点编写的。另外，我们需要注意的是，在第二个程序段当中，我们不能直接置位和复位输出Q0.0，因为 PLC 在执行用户编写程序扫描时遵循自上而下的，所以在下一行会直接复位输出 Q0.0，从而无法实现启停的功能。具体梯形图程序如图 2 所示。3 使用 PLC 计数器指令来完成单按键启停功能该程序利用计数器指令和边沿检测指令来完成单按键的启停操作功能，在计数器脉冲输入端接入操作按键，同时在计数器复位端串联了一个下降沿指令，该指令的作用是在输出继电器 Q0.0 断电的同时，对计数器进行一次复位，程序中计数器的计数为 2，当按键第一次按下时输出继电器 Q0.0=1，当前计数器的值也等于 1。当按键第二次被按下后，计数器当前值达到预设值 2，此时输出继电器 Q0.0=0。当再次按下按键，Q0.0=1，如此往复。具体梯形图程序如图 3 所示。4 使用数学函数递增指令来完成单按键启停功能该程序设计思路是利用 PLC 的数学函数递增指令来实现单按键启停功能，该指令在进行加 1 运算时，对应MB0 存储器的末位总是循环交替出现 1 和 0 这一特点进行控制程序编写的。程序分析：第一个程序段是让 MB0=0，即系统开机初始化。确保系统刚开始运行时，输出Q0.0=0。第二个程序段增加 TOF 是为了防操作时按键抖动。第三个程序段是在操作按键松开的一瞬间，后延 0.4s后 MB0 的内容加 1，第四个程序段使用的中间继电器M0.0 的得电情况控制输出指示灯 Q0.0 的状态。具体梯形图程序如图 4 所示。图2置位尧复位指令实现单按键启停控制程序图3计数器指令实现单按键启停控制程序价值工程图5交换指令实现单按键启停控制程序图6 SR双稳态触发器实现单按键启停控制程序5 使用交换指令来实现单按键启停控制S7-200 SMART 字节交换指令交换对象为字，本方法以字 MW0 为例，每执行一次，字的高字节 MB0 与低字节MB1 的内容就会交换一次。若执行次数为奇数次，则 MW0为交换后的新值，若执行次数为偶数次，则 MW0 又恢复为初始值6。通常可以通过判断高位字节和低位字节是否为交换过后的新值，可以来判断交换次数的奇偶性，从而起到控制系统启停的作用。如图 5 所示的梯形图程序为判断低字节方式控制，其中这里增加了特殊存储器标志位触点 SM0.1 是用来做程序初始化的，让程序第一次启动的时候让存储器 MW0 清零。具体梯形图程序如图 5 所示。6 使用 SR 双稳态触发器来实现单按键启停控制按键接入 PLC 输入端子 I0.0，当按下按键时 I0.0=1，此时 TOF（断开延时定时器）的使能输入端有能流通过，对应编号为 T102 的断开延时定时器得电，位触点常开接通，常闭断开。当我们的手指松开按键时 I0.0=0，此时作为编号为 T102 的 TOF（断开延时定时器）开始计时，计时时间0.4s，也就是说 0.4s 之后对应断开延时定时器才释放断电，此时常开触点断开，常闭触点接通。在这里面之所以加上 T102 断开延时定时器，是为了防止按键被按下和抬起的一瞬间发生抖动，这样更确保了按键动作的可靠性和无误性。在梯形图程序的第二个程序段当中，使用其他指令配合 SR 双稳态触发器指令（置位优先触发器指令）来构成新的双稳态梯形图电路，在新的双稳态电路中，触发器的S1 端接入 Q0.0 的位常闭触点、R 端接入 Q0.0 的位常开触点，这样做是为了确保双稳态电路在动作时的可靠性。另外，在触发器的 R 端并联了一个特殊功能存储器的标志位触点 SM0.1，是为了在系统刚开始运行时，保证输出Q0.0 能够复位，即系统开机初始化。具体梯形图程序如图6 所示。7 结束语上述提供的 6 种单按键启停操作的控制程序，都已得到证实，是完全可以运用到实际当中去的。基于 PLC 具有丰富的指令集，编程也十分灵活，所以说对于相同的控制要求，能够使用很多种不同的编程方法来实现。但具体选择哪一种方法，还要有其他因素确定，比如外部控制负载的不同以及要求程序的复杂程度如何等等。最后，S7-200SMART 系列 PLC 指令库非常丰富，想用其他的一些功能指令去实现单按键启停控制功能的方法依然有很多很多，文章中主要介绍了比较典型的 6 种方式仅供参考。参考文献院1陶肖，袁亮.利用S7-1200PLC实现单按钮启停控制的多种方法J.时代农机，2020，47（05）：54-55.2吕香玲，张永春.西门子PLCS7-200和S7-1200基本位逻辑指令的比较J.数码设计（下），2020，9（12）：268.3廖常初.S7-200 SMART PLC应用教程M.北京：机械工业出版社，2019.4廖常初.S7-1200PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2010.5裴艳芳.浅谈单按钮启停电动机的PLC设计方法J.魅力中国，2018（27）：254.6高扬.基于三菱FX3U系列PLC的几种单按键启停控制程序设计方法J.科技创新与应用，2012（31）：24.