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plc课程设计指导书
题目：九路抢答（plc可编程控制器应用）
课程名称《plc及组态课程设计》专业电子信息适用年级09级班级09电信班1、2指导教师_侯益坤、伍勤谟
一、课程设计的目的plc的课程设计是在完成本课程内容的课堂教学和实践之后进行的。目的是通过对一个实际应用课题的设计，初步掌握plc控制系统的设计方法，从了解设计要求，运用所学知识并查阅有关技术资料进行系统设计，到模拟安装调试，然后整理有关技术资料，编写设计说明书，使学生得到一次系统的训练，从而对本课程理解更深刻，更清楚，更重要的是提高应用理论知识解决实际问题的能力。
课程设计应以培养学生的能力为主，要求学生在独立完成设计任务的同时，注意多方面能力的培养和提高，主要包括以下几方面：
（1）综合运用专业及基础知识解决实际工程技术的能力。
（2）独立工作的能力和创造能力。
（3）查阅技术资料和各种工具书的能力。
（4）工程绘图能力。plc课程设计指导书09电子信息班
（5）撰写技术报告和编制技术资料的能力。
因此，在课程设计教学中，应以学生为主体，让其充分发挥自主性和创造性。教师的作用主要体现在工作方法的指导和思维方法的引导，以及设计技术把关上面。
二、系统方案设计要求说明
在很多竞赛活动中，经常用到抢答器。对抢答器的控制要求是：当多个输入信号输入时，抢答器只接收第一个到来的信号，而不接收后面到来的输入信号并使第一个到来的输入信号相应的灯或铃有反应。
本系统中设有9个抢答输入按钮、一个复位按钮、一个开始按钮,一个七段数码管，一个蜂鸣器,一个3s兰灯,一个5s黄灯，一个红色违规指示灯。
本系统可提供九个抢答台,在主持人的主持下,参赛人通过抢先按下按钮回答问题。
在抢答开始前，主持人应按下复位按钮使系统复位，做好抢答准备。
若抢答者在抢答开始前抢先输入，则属违规要显示该台台号，同时蜂鸣器以0.1秒的周期响,红色违规指示以1秒的周期闪烁，以便扣分惩罚。
若在开始之后到3s之内第一个按下抢答输入，由七段显示器显示该台台号，同时3s兰灯点亮、蜂鸣器声以0.1秒的周期响。以便答对之后给予基本加分和对应兰灯点亮额外奖励加分。
若在3s之后到5s之内第一个按下抢答输入，由七段显示器显示该台台号，同时5s黄灯点亮、蜂鸣器声以0.1秒的周期响。以便答对之后给予基本加分和对应黄灯点亮额外奖励加分。
若在5s之后10s之内第一个按下抢答输入，由七段显示器显示该台台号，蜂鸣器声以0.1秒的周期响。以便答对给予基本加分（但之后不奖励加分）。
若一个按钮最先按下，不论第一个按下的按钮是处于按住还是松开状态，再按下任何一个抢答按钮均不再响应，直至复位按钮复位后方可重新做好抢答准备。
三、课程设计要求
1．根据系统方案说明，分析题目的要求和目标，弄清输入信号和输出信号以及这些信号的性质（on或off），写出i/o分配表，画出输入和输出连接图。
2．根据输入输出的点数选择plc的型号,器件选择及电器设备明细表。
3．根据系统的工作顺序条件，画出流程图。
4．编写系统梯形图，并编辑组态画面。
5.用plc与组态环境调试运行检查设计效果。
四、课程设计报告
课程设计报告内容包括设计思想、方案选择、器件选择及电器设备明细表、i/o分配图、系统接线图、程序流程图、梯形图、系统工作原理和设计心得等。
星期一：上午布置任务，学生查找资料
下午学生进行方案选择、器件选择。
星期二、三、四：
学生编写电器设备明细表、i/o分配图、系统接线图、流程图，并编写梯形图、程序清单，完成设计报告。提交报告和源程序（梯形图电子文档）。
星期五：答辩。
六、考核办法
实操与答辩相结合。
七、成绩评定
分为：优、良、中、及格、不及格五个级别
八、提交材料
1．设计报告一份。（a4打印）
2．梯形图源程序（电子文档资料）
课程设计(论文)
三层电梯plc控制系统设计
threelayersoftheelevatorplccontrolsystemdesign
学生姓名学院名称学号班级专业名称指导教师
乔浩信电工程学院2011050114611电气1
电气工程及其自动化
曹言敬
2014年12月15日
徐州工程学院课程设计
摘要
本论文阐述了可编程控制器plc在电梯控制系统中的应用，介绍了3层楼电梯的plc控制系统的总体设计方案、设计过程、组成，列出了具体的主要硬件电路、i/o分配表、电梯的控制梯形图及指令表，并给出了系统组成框图和程序流程图。在分析处理随机信号逻辑关系的基础上，进行了plc的编程方法，设计了一套完整的电梯控制系统方案。
电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。目前电梯设计使用可编程控制器(plc)，功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少，使电梯运行更加安全、方便、舒适。本课程设计基于西门子（siemens）s7-200plc对三层电梯的控制进行了模拟，形成了电梯升降的系统plc在电梯升降的过程中，主要体现在逻辑开关的功能。由于plc具有逻辑运算、记数、定时以及输出输入输出的功能，在电梯升降的过程中各种逻辑开关控制与plc很好的结合，对电梯实现了控制。
关键词
plc；电梯控制；程序设计；梯形图
ⅰ
目
徐州工程学院课程设计绪论
1.1背景知识
以前的电梯主要采用单片机控制，其性能等各方面都不太完善，现在电梯控制系统多采用plc，从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很大的提高。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（plc）取代微机实现信号集选控制。由plc控制代替传统继电器控制已成为发展定局plc是集计算机控制、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。它的编程软件采用易学易懂的梯形图语言，控制灵方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，通过对电梯控制系统的研究和设计，可以更加深入的了解和认识plc技术的核心和未来发展的方向。
1.1.1电梯基本结构
从总的来讲，电梯由机械系统和电气控制系统两部分组成：而电器部分由电力拖动系统，运动逻辑功能控制系统和电器安全保护等系统组成。
1.曳引系统
电梯曳引系统的功能是输出传动和传递动能，驱动电梯运行。主要由曳引机、曳引钢丝绳导向轮和反绳轮组成。
(1)曳引机
曳引机为电梯的运行提供动能，由电动机、曳引轮和电磁制动器组成。(2)曳引钢丝绳
曳引钢丝绳由曳引钢丝、绳股和绳心组成。(3)导向轮和反向轮
导向轮是将钢丝绳向对重或轿厢的钢丝绳轮，安装在曳引机架或承重梁上。反绳轮是设置再机房上的定滑轮，其作用是根据需要，将曳引钢丝绳绕过反绳轮，用以构成不同的曳引绳传动比。
(4)根据电梯的使用要求和建筑物具体情况，电梯曳引绳传动比、曳引绳在曳引轮上的缠绕方式以及曳引机的安装位置都有所不同。
2.桥厢和门系统(1)轿厢
轿厢是用来安全运送乘客及物品到目的的箱体装置，它的运行轨迹是在曳引机钢丝绳的牵引下沿导轨上下运行。
(2)门系统
电梯门分为轿厢门和厅门,轿厢门是用来封住出入口，厅门是为了确保在候梯厅的安全而设置的开闭装置只有在轿厢停层和平层时才能被打开。
3.重量平衡系统
对重是平衡轿厢重量的平衡重，与轿厢分别悬挂在曳引钢丝绳的两端。对重由以槽钢为主所构成的对重架和用灰铸铁制造的对重快组成。轿厢侧的重量为轿厢自重与负载之和，而负载的大小却在空载与额定负载之间随机变化。因此只当轿厢自重与载重之和等于对重重量时，电梯才处于完全平衡状态。此时的载重称为电梯的平横点，而在电梯处于负载变化范围内的相对平衡状态时，应使曳引绳两端张力的差值小于由曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦力所限定的最大值，以保证电梯曳引传动系统工作正常。
4.导向系统
导向系统由导轨、导靴和导轨架组成，导轨用来在井道中确定轿厢与对重的相互位置，并对他们的运动起导向作用。
5.保护系统
对现代电梯的运行必须保证安全。为此，设置了由电气安全保护装置和机械安全保护装置组成的电梯安全保护系统。
(1)电气安全保护装置
为了保证电梯的安全运行，在井道中设置有终端超越保护装置。实际上，这是一组防止电梯超越下端或上端站的行程开关，能在轿厢或对重撞底、冲顶之前，通过轿厢打板直接触碰这些开关来切断控制电路或总电源，在电磁制动器的制动抱闸作用下，迫使电梯停止运行。
(2)机械安全保护装置
当电梯电气控制系统由于出现故障而失灵时，会造成电梯超速运行。如果电气超速保护系统也失灵，甚至电磁制动器也不起作用，就会使电梯失控而出现“飞车”，甚至会出现
曳引钢丝绳严重打滑等严重事故，这时就要靠机械安全保护装置提供最后的安全保护。对于电梯超速的失控现象的机械安全保护装置是限速器和安全钳，这两种装置总是相互配合使用。
6.电力拖动系统
电力拖动系统由曳引电动机、速度反馈装置、电动机调速控制系统和拖动电源系统等部分组成。其中曳引电动机为电梯的运行提供动力；速度反馈装置是为电动机调速控制系统提供电梯运行速度实测信号的装置，一般为与电动机同轴旋转的测速发电机，或电光脉冲发生器。
7.运行逻辑控制系统
电梯的电气控制系统由控制装置、操纵装置、平呈装置和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜（屏）上。
1.2课程设计目的
1.了解常用电气控制装置的设计方法、步骤和设计原则。
2.通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。
3.本次课程设计应强调，在独立完成课程设计的同时，培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力，上网查询信息的能力，运用计算机进行工程绘图的能力，编制技术文件的能力等，从而提高学生解决实际工程技术问题的能力。
1.3课程设计要求
1.确定控制方案，设计电气控制装置的主电路。
2.应用plc设计电气控制装置的控制程序。可分为5个步骤：
(1)选择plc的机型及i/o模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力；(2)根据工艺流程图绘制顺序功能图；
(3)列出plc的i/o分配表，画出plc的i/o接线图；(4)设计梯形图并进行必要的注释；(5)输入程序并进行室内调试及模拟运行。
3.设计电气控制装置的照明、指示及报警等辅助电路。系统应具有必要的安全保护措施，例如，短路保护、过载保护、失电压保护、超程保护等。
4.选择电气元件的型号和规格，列出电气元件明细表。选择电气元件时，应优先选用优质新产品。
5.绘制正式图样，要求用计算机绘图软件绘制电气控制电路图，用step7-micro/win32编程软件编写梯形图。要求图幅选择合理，图、字体排列整齐，图样应按
电气控制图国家标准有关规定绘制。
6.编写设计说明书及使用说明书。内容包括阐明设计任务及设计过程，附上设计过程中有关计算及说明，说明操作过程、使用方法及注意事项，附上所有的图表、所用参考资料的出处及对自己设计成果的评价或改进意见等。
1.4课程设计任务
1.4.1控制要求
1.电梯由安装在个楼层电梯口的上升下降呼叫按钮（u1、u2、d2、d3），电梯桥厢内楼层选择按钮（s1、s2、s3），上升下降指令（up、down）,各楼层到位行程开关（sq1、sq2、sq3）组成。电梯在上升过程中只响应向上的呼叫，在下降的过程中只响应向下的呼叫，电梯向上或向下的还哦执行完成后再执行反向呼叫。
2.电梯等待呼叫时，同时有不同呼叫时，谁先呼叫执行谁。3.具有呼叫记忆、内选呼叫指示功能。
4.具有楼层显示、方向指示、到站声音提示功能。
1.4.2系统分析
为了实现上述要求，首先列出plc的i/o分配表，并画出plc的i/o接线图，然后选择plc的机型及i/o模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力。
根据控制要求，编写梯形图及语句表，调试程序直到准确无误。
1.4.3硬件设计
1.列出plc的i/o分配表，并画出plc的i/o接线图；
2.选择plc的机型及i/o模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力；3.设计必要的安全保护措施，例如，短路保护、过载保护、失电压保护、超程保护等。
1.4.4软件设计
1.采用模块化程序结构设计软件，首先将整个软件分成若干功能模块；2.编写控制系统的逻辑关系图；3.绘制各种电路图；
4.编制plc程序并进行模拟调试；5.现场调试；
6.编写技术文件并现场试运行。
徐州工程学院课程设计电梯控制系统硬件设计
2.1模拟设备面板图展示
图2-1面板图
+如图2-1，其中s1、s2、s3分别为轿厢内一层、二层、三层电梯内选按钮；d2、d3分别为二层、三层电梯外下降呼叫按钮；u1、u2分别为一层、二层电梯外上升呼叫按钮；sq1、sq2、sq3分别为一层、二层、三层行程开关，模拟实际电梯位置传感器的作用。
l1、l2、l3分别为一层、二层、三层电梯位置指示灯；down为电梯下降状态指示灯；up为电梯上升状态指示灯；sl1、sl2、sl3分别为轿厢内一层、二层、三层电梯内选指示灯。
2.2选择机型
plc的种类非常繁多，不同种类之间的功能设置差异很大，这既给plc机型的挑选提供了十分广阔的空间，同时也带来了一定的难度。机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，力争最好的性价比，并有一定的升级空间。
统计输入、输出点数并选择plc型号：
输入信号有10个，考虑到有15％的备用点，即10×（1＋15％）＝11.5，取整数11，因此共需11个输入点。
输出信号有9个，考虑到有15％的备用点，即9×（1＋15％）＝10.35，取整数10，因此共需10个输出点。
因此可选用cpu224类型可编程控制器，它有14个输入点，10个输出点，满足本例的要求。
2.3i/o分配表
表2-3i/o分配表
电气符号
序号plc地址（plc端子）
（面板端子）
456
i0.3i0.2i0.1i0.7i0.5i0.6i0.4i1.2i1.1
s3s2s1d3d2u2u1sq3sq2
三层内选按钮二层内选按钮一层内选按钮三层下呼按钮二层下呼按钮二层上呼按钮一层上呼按钮三层行程开关二层行程开关功能说明
续表2-3序号plc地址（plc端子）
功能说明
112
314
516
i1.0q0.3q0.2q0.1q1.0q1.1q0.4q0.5q0.6q0.7
sq1l3l2l1downupup1dn2up2dn3
一层行程开关三层指示二层指示一层指示轿厢下降指示轿厢上升指示一层呼叫灯二层向下呼叫灯二层向上呼叫灯三层呼叫灯电源正端主机1m、面板v+接电源+24v主机1l、2l、3l、面板com
21电源地端
接电源gnd表2-3电梯由安装在各楼层门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿箱内设有楼层内选按钮s1～s3，用以选择需停靠的楼层。l1为一层指示、l2为二层指示、l3为三层指示，sq1～sq3为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。例如，电梯停在由一层运行至三层的过程中，在二层轿箱外呼叫时，若按二层上升呼叫按钮，电梯响应呼叫；若按二层下降呼叫按钮，电梯运行至二层时将不响应呼叫运行至三层，然后再下降，响应二层下降呼叫按钮。
2.4plc外部接线图
图2-4plc外部接线图
plc的输入输出模块与外部用户设备的接线方式分为汇点式和分割式，两种方式的区别在于：选用汇点式接法的系统使用的电源电压唯一，而选用分割式接法的系统电源电压不唯一。
2.5电梯控制系统的安全保护
电梯控制系统的安全保护主要包括四个方面：短路保护、过载保护、失电压保护和超程保护等。
2.5.1短路保护
短路时熔断器fu的熔体熔断而切断电路起保护作用。
2.5.2过载保护
2.5.3失电压保护
通过接触器km的自锁环节来实现。当电源电压由于某种原因而严重欠电压或失电压
（如停电）时，接触器km断电释放，电动机停止转动。当电源电压恢复正常时，接触器线圈不会自行通电，电动机也不会自行启动，只有在操作人员重新按下启动按钮后，电动机才能启动。
2.5.4超程保护
超程也叫超行程，术语多用于电力设备断路器。
超程是真空开关触头完全闭合后，动或静触头所能移动的距离。超程的作用主要有以下几点：
1.保证触头在电磨损后仍能保持一定的接触压力；2.触头闭合时能利用触头弹簧力缓冲，减小弹跳；
如果超程太小，就不能保证触头在烧损后应有的触头压力，同时，初始分闸速度变小，会影响真空开关的开断关合和动热稳定性能，甚至产生重合闸弹振。若超程太大，会增加操作机构的合闸功，使合闸变得极不可靠。真空开关的超程取额定开距的15%～40%左右，10kv级真空开关的超程一般取3～4mm。
现在的真空开关动静触头之间的接触一般采用平板接触，要保证接触良好，就要保证相当的接触压力，超程是指开关动静触头接触后，触头弹簧的压缩行程，其目的是为了保证接触压力，从而保证开关接触良好。
徐州工程学院课程设计电梯控制系统软件设计
3.1软件设计流程图
图3-1软件设计图
如图3-1，电梯启动时，检测电梯是否停在二或三楼层且有呼叫信号，如果是就等待呼叫信号，如果不是时，电梯自动下降到一层等待呼叫信号。当检测到有呼叫信号时，例如：电梯停在一层时检测到三层呼叫信号，电梯离开一层经过二层，接着到达三层，电梯停止。当电梯停前检测到呼叫信号，例如：电梯停在一层时检测到三层呼叫信号，电梯离开一层经过二层，准备到达三层时检测到二层呼叫信号，电梯停在三层后继续下降到二层等待呼叫信号。
3.2源代码设计及mcgs组态设计
由于plc是由取代继电器开始产生并发展起来的，且早期的plc绝大部分用于顺序控制，于是许多人习惯把plc看作是继电器、定时器、计数器的集合。把plc的作用局限地等同于继电控制系统顺控器等，其实plc就是工业控制计算机plc系统具有一切计算机控制系统的功能，大型的plc系统就是当代最先进的计算机控制系统。
小型的plc由于运算速度及存贮容量的限制．功能自然稍弱。但为了使plc在其基本逻辑功能顺序步进功能之外具有更进一步的特殊功能．以尽可能多地满足plc用户的ⅰ
特殊要求，从80年代开始plc制造商就逐步地在小型plc中加入一些功能指令或称为应用指令。这些功能指令实际上就是一个个功能不同的子程序。随着芯片技术的进步，小型plc的运算速度、存贮容量不断增加，其功能指令的功能也越来越强。许多技术人员梦寐以求甚至以前不敢想象的功能，通过功能指令就成为极容易实现的现实．从而大大提高了plc的实用价值。具体程序如下：
3.3mcgs组态设计
mcgs是一套基于windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
该界面是用来在教学过程中演示三层电梯工作过程的，全部的运行都在mcgs上控制完成，也就是说用mcgs代替了plc的程序控制运行过程，所以制作简单，且能很好的展示plc实训目标。具体步骤如下：
1.建立mcgs工程
进入组态环境后，建立新工程，在菜单“文件”中选择“工程另存为”选项，把新建工程存为：d：mcgswork三层电梯演示。
2.设计画面流程
新建窗口，设置窗口属性后，进入动画编辑窗口。绘制三层电梯演示界面如下：
图3-1电梯演示图
3.动画链接
(1)指示灯的属性设置
在用户窗口中，双击五层电梯组态设计窗口进入，选中一层内选指示图标并双击，弹出单元属性设置窗口。
图3-2指示灯属性设置
(2)轿厢属性设置
双击界面中表示电梯上升下降的轿厢，弹出属性设置窗口，属性设置如下：
图3-3轿厢属性设置
(3)数值型变量的设置
数值型变量一共有六个，以变量f1left为例：一层左门的属性设置如下图所示。
图3-4数值型变量属性设置
3.4系统调试
1.检查实训设备中器材及调试程序。
2.按照i/o端口分配表或接线图完成plc与实训模块之间的接线，认真检查，确保正确无误。
3.打开示例程序或用户自己编写的控制程序，进行编译，有错误时根据提示信息修改，直至无误，用pc/ppi通讯编程电缆连接计算机串口与plc通讯口，打开plc主机电源开关，下载程序至plc中，下载完毕后将plc的“run/stop”开关拨至“run”状态。
4.将行程开关“sq1”拨到on，“sq2”、“sq3”拨到off，表示电梯停在底层。5.选择电梯楼层选择按钮或上下按钮。例：按下“d3”电梯方向指示灯“up”亮，底层指示灯“l1”亮，表明电梯离开底层。将行程开关“sq1”拨到“off”，二层指示灯“l2”亮，将行程开关“sq2”拨到“on”表明电梯到达二层。将行程开关“sq2”拨到“off”表明电梯离开二层。三层指示灯“l3”亮，将行程开关“sq3”拨到“on”表明电梯到达三层。
6.重复步骤5，按下不同的选择按钮，观察电梯的运行过程。
结论
总的来说这次plc课程设计，考验了我对理论知识的运用能力，锻炼了对故障排除的分析能力，值得感谢的是当我们遇到困难时，老师耐心指导，帮我们一起分析故障，共同解决困难。另外，这课程设计也为了我们以后的毕业设计提供了很好的经验，建立基础，可以说是意义重大，影响深远。
致谢
整个设计过程很快过去了，我学到了很多可编程控制器的知识，以及许多的课外知识。尤其是在导师指导和同学协助下，才会顺利完成这次设计。在这次设计中，我也发现了自己很多不足之处，例如：知识面较窄，思考问题过于狭隘，思路过于陈旧。因此，在以后的学习生活中，应广泛的学习各种知识，并把它们与自己所学的专业联系在一起，大胆地放开思路，勇于创新求实。我还要感谢舍有对我的帮助与支持，在我遇到困难时总是他们在一旁鼓励我坚持下去。
本文是在指导教师的悉心指导下完成的，从论文选题、实验指导、理论分析到论文修改，无不倾注了老师的辛勤汗水。在此，向所有曾经关心和帮助过我的老师、同学和朋友致以诚挚的谢意！
参考文献
[1]陈建民.电气控制与plc应用[m].北京：电子工业出版社，2011.[2]林德杰.过程控制仪表及控制系统[m].北京：机械工业出版社，2010.[3]dxp2004sp2原理图与pcb设计[m].北京：电子工业出版社，2009.ⅰ
班《plc及应用》课程设计内容及评分标准要求
2010—2011学年第二学期第1--2周。三．课程设计地点：
自习教室和plc控制实验室。四．课程设计任务要求：
1.任选设计内容（见第五项）中的一题，或自命题（需经指导教师审核同意）。2.完成设计题目内容：
熟悉题目，了解题目中生产装置或设备的控制要求。根据控制要求，给出生产装置的整体电气控制系统设计方案，采用plc控制。要求给出i/o地址编号分配表，plc控制梯形图，写出指令程序。通过可编程控制器实验装置模拟调试程序。（1）画出plc外部接线图。（2）.画出plc梯形图。
（3）给出控制盘面板示意图、控制盘的接线图。（4）给出课程设计报告。
（5）通过在可编程控制器实验装置上操作，验证其可编程的正确性。五．课程设计题目：（任选一题，若自命题需经老师同意）
1.设计一个智力竞赛抢答控制装置，当出题人按下开始按钮sb1后，在10s之内，4个参赛者只有最早按下的人抢答有效，抢答桌上的灯亮3s，赛场上的灯亮2s，而且sb1复位，使定时器复位。12s后抢答无效，sb1及定时器复位，设计出原理接线图，设计出梯形图，并模拟调试。
2．用plc对自动售货机进行控制，根据工作要求，写出梯形图及指令表。工作要求：（1）
此售货机可投入1元、2元或10元硬币。
（2）
当投入的硬币总值超过12元时，汽水按钮指示灯亮；又投入的硬币总值超过15元时，汽水及咖啡按钮指示灯都亮。
（3）
（4）
（5）
若投入硬币总值超过按钮所需德钱数（汽水12元，咖啡15元）时，找钱指示灯亮，表示找钱动作，并退出多余德钱。（6）
i/o编号：
输入
输出
1元识别口：x0
咖啡出口：y105元识别口：x1
汽水出口：y1110元识别口：x2
咖啡按钮指示灯：y12咖啡按钮：x3
汽水按钮指示灯：y13汽水按钮：x4
找钱指示灯：y14计数动复位：x53.利用plc做一电机转速检测显示及控制装置，写出梯形图及指令表。电机上装有一个转速检测装置（每转输出10个脉冲），电机转速由pwm输出控制。设计一个程序：（1）检测电机转速，并在7段数码显示器上显示。
（2）当检测值与给定值不同时改变pwm输出，使实际转速与给定值相等。(3)加上16键输入电路，用于输入给定值。
4.某设备：粉末冶金制品压制，在初始状态时，冲头和模具在最上面，装好金属粉末后，按下启动按钮x0,y0变为on,冲头下行。将粉末压紧后，压力继电器x1为1状态，开始保压延时，5s后，y1变为on，冲头上行。上限位开关x2变为1状态时，冲头停止上行，y2变为on，模具下行。碰到下限位开关x3时，停止下行。工人取走成品后，按下按钮x5，y3变为on，模具上行。限位开关x4变为1状态时，系统返回初始状态。画出控制顺序功能图，原理接线图，设计出梯形图。5.设计某医院呼叫系统：
医院护士站，需要照顾所有多个病房的病人，请设计一个由电子电路实现的、16个病房使用的远距离传输、床位对应、集中提示的“医院病人紧急呼叫系统”，每个病房四位病床，要求：
(1)每个病床有一个呼叫的按键。
(2)能够存储医生处理之前的呼叫状态。
（3）设计优先编码电路，根据病人病情设置优先级别。当有多人呼叫时，病情严重者优先。（此功能可选）
（4）当病人紧急呼叫时，产生声、光提示，并按优先级别显示病人编号。
（5）设计呼叫清除电路，当医生处理完当前（最高优先级）显示的病号后，可将该呼叫清除，系统能自动显示优先级病床呼叫信号。
6.在街道、商场或公共场所，通常装有各种五彩斑斓的灯饰，美化人们的生活空间。用可编程序控制器控制设计一个彩灯控制器，控制红绿黄三个灯，按如下规律依次点亮。
1.红、黄、绿三组彩灯循环闪亮，变化规律是：红灯亮0.5秒－红灯、绿灯亮0.5秒－绿灯亮0.5秒－黄灯、绿灯亮0.5秒－黄灯亮0.5秒－黄灯、红灯亮0.5秒－所有灯全亮1秒－红灯亮0.5秒，如此循环产生“流水”般的效果。2.设计检测装置控制彩灯白天不亮，晚间自动亮。3.能够控制停止灯亮，可以启动从初始状态开始。六．主要参考教材
1.《可编程控制器原理及应用》上海交通大学出版社，王整风等主编。2.《可编程控制器原理及应用方法》重庆大学出版社，廖常初主编。七．进度安排
第一周的周三至周日，查阅资料，设计接线图；第二周的周一到周三设计梯形图程序并模拟调试程序，周四到五编写设计说明书，考核验收答辩。八．成绩考核
依据考核学生的可编程控制器（plc）的编程设计能力，图纸和设计报告，结合答辩情况给定成绩。
1.设计报告60%，2.动手实验模拟调试20%，3.创新能力10%，4.平时学习和答疑10%。
成绩评定：优秀
良好
中等
及格
不及格五档。九．注意事项1.实验时注意安全，通电前必须仔细检查。2.3月12日前完成设计。
二．验证型实验
1.机械手设计：1.1程序说明
1.2仿真结果
x0闭合一下启动，y5高电平。x5闭合一下，y4高电位，y5复位。x4闭合一下，y7高电位，y4复位。x7闭合一下，y5高电位，y7复位。x5闭合一下，y3高电平0.2s，y4高电平，y5复位。x4闭合一下，y6高电位，y4复位。x6闭合一下，进入下一次循环。
2.交通灯控制
2.1程序说明
2.2仿真结果
3.大小球分拣系统控制
3.1程序说明
3.2仿真结果
1.捡大球：x0闭合一下启动，x2闭合，y12高电平10s后，y13高电平5s，y11高电平。x5闭合一下，y5高电平。x7闭合一下，y12高电平，y5复位。x4闭合一下，y12y13复位，放大球5s后，y11高电平。x5闭合一下，y11复位，y4高电平。x3闭合一下，y4复位，进入下一次捡球过程。
2.捡小球：x0闭合一下启动，x2闭合，y12高电平10s后。x4闭合一下，y13高电平5s，y11高电平。x5闭合一下，y5高电平。x7闭合一下，y12高电平，y5复位。x4闭合一下，y12y13复位，放小球5s后，y11高电平。x5闭合一下，y11复位，y4高电平。x3闭合一下，y4复位，进入下一次捡球过程。
三．设计型实验
1.电动机控制
1.1两台电动机m1.m2的时序运行
1.1.1i/o连接图及控制电路图
1.1.2程序及其说明
1.1.3仿真结果
1.2.三台电动机m1m2m3的时序运行
1.2.1i/o连接图及控制电路
1.2.2程序及其说明
1.2.3仿真结果
2.彩灯控制
2.1i/o连接图及控制电路
2.2程序及其说明
彩灯分为4组，编号0到3为第一组，编号4到7为第二组，编号10到13为第三组，编号14到17为第四组；第一组彩灯由编号0—3逐一点亮，点亮后熄灭，隔3秒后逆序逐一点亮，再熄灭，3秒后编号0和编号2与编号1和编号3交替亮，5秒后全部熄灭；第二组彩灯由编号4—7逐一点亮，点亮后熄灭，隔3秒后逆序逐一点亮，再熄灭，3秒后编号4和编号6与编号5和编号7交替亮，5秒后全部熄灭；第三组彩灯由编号10—13逐一点亮，点亮后熄灭，隔3秒后逆序逐一点亮，再熄灭，3秒后编号10和编号12与编号11和编号13交替亮，5秒后全部熄灭；第四组彩灯由编号14—17逐一点亮，点亮后熄灭，隔3秒后逆序逐一点亮，再熄灭，3秒后编号14和编号16与编号15和编号17交替亮，5秒后全部熄灭；最后，奇数号彩灯与偶数号彩灯交替亮，重复了5次全部熄灭。机械手
3.1i/o连接图及控制电路
3.2程序及其说明
3.3仿真结果
x0闭合一下启动，y5高电位。x5闭合，计数器记1，y4高电位，y5复位。x4闭合一下，y7高电平。x7闭合一下，y5高电平。x5闭合6次，计数器记7，y3高电平0.2s，y4高电平。闭合x5五次，闭合x4一下，y6高电平。闭合x6一下，进入第二次。x5闭合两次，计数器记14，y4高电位，y5复位。x4闭合一下，y7高电平。x7闭合一下，y5高电平。x5闭合6次，计数器记21，y3高电平0.2s，y4高电平。闭合x5五次，闭合x4一下，y6高电平。闭合x6一下，进入第三次。x5闭合三次，计数器记29，y4高电位，y5复位。x4闭合一下，y7高电平。x7闭合一下，y5高电平。x5闭合6次，计数器记37，y3高电平0.2s，y4高电平。闭合x5五次，闭合x4一下，y6高电平。闭合x6一下，进入第四次。x5闭合四次，计数器记46，y4高电位，y5复位。x4闭合一下，y7高电平。x7闭合一下，y5高电平。x5闭合6次，计数器记55，y3高电平0.2s，y4高电平。闭合x5五次，闭合x4一下，y6高电平。闭合x6一下，进入第五次。x5闭合五次，计数器记65，y4高电位，y5复位。x4闭合一下，y7高电平。x7闭合一下，y5高电平。x5闭合6次，计数器记75，y3高电平0.2s，y4高电平。闭合x5五次，闭合x4一下，y6高电平。闭合x6一下，进入下一轮循环。
四．实验总结
通过两个周的plc课程实验，加深了我对这门课程的理解与学习，巩固了知识，增长了更深层次的实践基础。这次课程设计设计的内容包括3个验证型的实验和3个设计型的实验。通过程序的输入，编辑，校验，运行，仿真机械手控制，交通灯控制，大小球分拣系统控制以及设计电动机的时序图运行，彩灯控制和机械手控制。这次设计，将我们所学的plc理论知识用于具体的设计，进一步巩固了所学的理论知识，同时也认识到只有将理论知识运用到实践操作，才能真正的掌握一门课程。每天都在机房上机，同学之间相互讨论，团队协作能力得到加强，老师也认真的辅导我们，同学积极的去认真的完成所布置的任务，整个教室显示出一种认真的氛围。这次课程设计使我受益匪浅，希望以后有更多的机会去完成类似的设计。
课程设计
指导书
东华大学信息学院自动化、电气电子系
2016.8
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可编程控制系统设计与实践
一、plc课程设计目的
（1）通过对实际的plc控制系统的编程训练，提高分析问题、解决问题的能力；（2）熟悉工业生产中plc的应用和系统构成，了解plc控制的电路的设计方法。（3）通过本次课程设计增进实际动手能力的培养。
（4）用plc实现物料分拣、液体混合、码垛堆积、自动挑选放置及自动仓库等模型的
三维虚拟模拟控制系统的程序设计，掌握编程的一般方法和技巧。
二、plc课程设计要求
（1）理解实际系统的运动过程，分解动作过程使之容易编程。（2）列写plc控制系统的i/o配置。
（3）画出硬件电路图，实现plc与控制装置的连线。（4）编写梯形图程序，完成系统的调试。（5）完成课程设计报告。
三、考核方法
（1）平时成绩（2）报告成绩（3）实考成绩
四、报告内容
（1）课程设计的目的和要求（2）所设计系统的技术要求及示意图（3）plc控制系统原理图（4）i/o配置表（5）程序清单（梯形图）（6）总结体会30%30%40%
第2页，共
plc课程设计基础实验
实验一
tiaportal的使用和基本程序编程及调试
一、实验目的
1、掌握tiaportal的基本使用技巧和方法
2、熟悉tiaportal的基本命令
3、学会和掌握tiaportal程序的调试方法
二、实验设备
pc机一台，装有tiaportal编程软件；西门子plcs7-300一台；各pc机与s7-300通过网络电缆连接进行通信。详见附录a。
三、实验内容
熟悉并练习tiaportal的使用，用选定的编程语言编制、调试控制程序。tiaportal是西门子公司为其自动化控制设备plc开发的一种可使用多种编程语言的plc开发环境，如附录b所示。1．plc硬件配置：
根据所给实验装置，使用tiaportal对系统硬件进行配置。配置方法见本指导书附录b。2．实验程序：
试用课堂上的梯形图（lad）实例，观察程序运行结果，从中理解lad的编程方法。
四.思考题
1．在tiaportal中为什么要对plc系统硬件进行配置？2．为什么要为用户编制的控制程序命名？3．为用户程序选择循环周期的原则是什么？
4．tiaportal为用户提供多种编程语言有什么好处？
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实验二
基础实验：系统输入输出控制
1．熟悉和掌握梯形图（lad）的基本使用技巧和方法2．熟悉和掌握tiaportal的基本使用技巧和方法3．学会和掌握tiaportal程序的调试方法
熟悉并练习梯形图（lad）和tiaportal的基本使用技巧和方法。tiaportal是西门子公司为其自动化控制设备plc开发的一种编程语言，如附录b所示。1．plc硬件配置：
根据所给实验装置，使用tiaportal对系统硬件进行配置。配置方法见本指导书附录b。
2．实验程序1：
使用lad编程语言，编制一段小控制程序，实现以下功能：利用实验装置上的第一个模拟量旋钮（电位器），来控制模拟量输出，当旋转该电位器时，第一个模拟量输出随之变化，旋钮逆时针旋到底时（模拟量输入为最小值0），要求模拟量输出为0（光柱无显示），当旋钮顺时针旋到底时（模拟量输入为最大值32767），要求模拟量输出为最大值（光柱全显示）；同时，第二个模拟量输出的状态正好与第一个模拟量输出相反。
3．实验程序2：
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0后，再从其最大值开始…，周而复始。
四、思考题
1．在少？lad中模拟量输入的最大值和最小值是多2．在lad中如何实现模拟量的赋值？
3．实验中，模拟量输出指示（led光条）旁的指示灯正常时应为绿色，但为什么
有时会出现红色？如何才能使该指示灯始终保持绿色？4．lad语言中的数据类型之间如何进行相互转换？
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课程设计内容
一、机械手自动装配系统
（一）系统示意图
这一机械手自动装配系统模拟了一个工件的自动装配控制系统，目的是用两种不同工件组装成一个套件。该系统由一个机械手（加工臂）、一个工件推杆、一个装配转盘和一个输出传送带等组成，如上图所示。
其工作过程如下：一开始，机械手后退到其后限位，再前进至其工作位（0位），同时转盘转动到装配位置后停止；然后在转盘的2点位置放入组件，若转盘的
0点位置上的传感
器未检测到有组件，则转盘一直转动，直至0点位置检测到有组件；然后工件检测传感器检测到有工件时，气缸动作通过推杆将工件推到工作台上；接着机械手下降；机械手到位后，其上的吸盘将工件吸住；机械手吸住工件后再上升到移动位置；机械手前进至装配转盘0点处的组件第一个孔（1位）上方；机械手下降，吸盘释放，将工件放入组件的第一个孔里；机械手再上升，并后退到其工作位，此时工作台上工件传感器检测到有工件时，推杆气缸动作将工件推到工作台上；接着机械手下降；机械手到位后，其上的吸盘将工件吸住；机械手吸住工件后再上升到移动位置；机械手前进至装配转盘0点处的组件第一个孔（2位）上方；机械手下降，吸盘释放，将工件放入组件的第二孔位；机械手再上升，并后退到其工作位。装配转盘0点处的组件上两个孔位都装上工件后，启动装配转盘，使已完成装配的组件转动到输出传送带上方并自行落在输出传送带，由输出传送带送至下一工位。如此，周而复始自动运行。
（二）控制要求：
1.上电运行时，系统处于停止状态。
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2.紧停按钮：任何时候按下后，立即停止（或关闭）所有动作部件，释放后才可继续运行。3.启动按钮可实现启动控制：系统开始运行。
4.停止按钮可实现停止控制：按下后，系统停止运行（正在装配中的组件应装配完成并送至输出传送带上后才停止）。
5.切换开关可实现手动/自动控制的切换：初始状态为手动状态。
6.手动运行状态：按下各输出按钮（y0～y6）可分别控制图中系统各部分的动作，按一下动作，再按一下停止。（在无虚拟场景配合的情况下，此时可用x0～x6作为相应输出的命令按钮。）
7.自动运行状态：此时系统作连续工作，其具体动作过程控制如下：当
检测无
物体时系统不工作，当1、2点检测有物体而0点检测
0位→0、1、2点
0点检测无物体时，转盘旋转。当
0位→推杆动作，延时
2注：1.为提高生产效率，自动运行时，机械手和装配转盘应同时工作并配合控
制！
2位→吸盘下压（保持）延时
到物体（转盘旋转判断）启动传送带a，延时5秒后传送带
a自停。3.机械手前进和后退是由同一电机正反转实现，故这两个动作必须互锁！
（三）i/o配置
输入：
x0x1x2x3启动/停止按钮转盘0位有物检测
转盘1位有物检测
转盘2位有物检测
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x5x6x7x8x9x10x11x12x13x14x15加工臂后退到限位检测加工臂前进0位检测加工臂前进1位检测加工臂前进2位检测传送带a有物体检测
手动/自动控制选择开关启动按钮停止按钮复位按钮紧停按钮
输出：
y0y1y2y3y4y5y6y7y8y9转盘旋转加工臂前进加工臂后退推杆动作吸盘下压吸盘吸合传送带a运行
自动按钮指示灯复位按钮指示灯
（四）设计要求
理解动作过程，列写i/o配置表，画出硬件电路图，编写梯形图程序，进行系统调试。
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二、机械手搬运系统
该机械手搬运控制系统由一个四轴机械臂、一个抓手和两条输出传送带组成，如上图所示。
该系统工作过程如下（参照下图）：在输入传送带1的a点检测到来自上一工位的物料
后，机械手将该物料抓起，机械手通过转盘旋转一定角度，到达输出传送带2的上方，机械手的抓手旋转900并下降后将该物料放置在输出传送带2送向
后续工位，这样周而复始。
2上（b点），由输出传送带
（二）控制要求
2.紧停按钮：任何时候按下后，立即停止（或关闭）所有动作部件，释放后才可继续运行。
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3.启动按钮可实现启动控制：系统开始运行。
4.停止按钮可实现停止控制：按下后，系统在将当前物料放在输出传送带行。
2上后停止运5.切换开关可实现手动/自动控制的切换：初始状态为手动状态。
6.手动运行状态：按下各输出按钮（y0～y7）可分别控制图中系统各部分的动作，按一下动作，再按一下停止。（在无虚拟场景配合的情况下，此时可用x0～x7作为相应输出的命令按钮。）
2秒后自停）→机械手逆转到位（转盘逆转到制过程结束。
这样周而复始，连续运行下降、转盘顺转/逆转是由相应电机正反转实现，注：机械手前进/后退、上升/
0位），一个控故相应电机的这两个动作必须互锁！
x0x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x11x12x13x14x15手动/自动控制选择开关启动按钮停止按钮复位按钮紧停按钮
第
10页，共a点物料检测转盘0位检测
转盘顺转脉冲输入机械手前进到位检测机械手后退到位检测机械手上升到位检测机械手下降到位检测机械手抓手顺转到位检测机械手抓手逆转到位检测
y0y1y2y3y4y5y6y7y8转盘顺转输出控制转盘逆转输出控制机械手前进输出控制机械手后退输出控制机械手上升输出控制机械手下降输出控制机械手顺转输出控制机械手逆转输出控制机械手夹紧控制
y9传送带2运行输出控制
y10系统运行指示
第22页
11页，共
附录a实验设备简介
东华大学信息学院“西门子公司与东华大学工业自动化联合实验室”（在建）
中西门子公司的s7-300plc共有35套，分为两组，每组各自用profinet现场总线相互连接（模拟工业控制网络中的现场控制级）；每台plc与工控操作站之间用工业ethernet相互连接（模拟工业控制网络中的企业生产管理级），整个系统安置在一个实验室中，实验系统的网络结构图如图a-2所示。
每台s7-300plc旁都配有1台pc机作为该
plc的编程及监控设备（内
装各种所需软件）。每台s7-300plc下方还都配置相应的实验装置：16个扭子开关（用于数字量的输入）、2个电位器（用于模拟量的输入）和柱
（用于模拟量的输出显示）。每台indows7s7-300plc上均配置了
cpu模块、数在每台pc机中已装有w操作系统，以及实验所需的西门子
字、plc的编程软件tiaportal（v13），用于对plc系统的配置编程及人机界面的组态模拟量输入输出模块，见图a-1。
设计监控，各台pc机分别与各自对应的plc之间通过工业ethernet接口相连接。
2个
led光图a-1单套
s7-300plc实验系统结构图
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a-2工业自动化实验室系统网络结构图
13页，共
附录b西门子tiaportal环境及其操作
一、tiaportal简介
tiaportal是德国西门子公司推出的，基于
windows平台上的，支持用户开发西门子plc（可编程计算机控制器）应用程序的软件包。tiaportal集系统配置、程序编制/编译、调试/诊断、监控画面配置为一体，使用户开发、输入、调试和修改应用控制程序都极为方便。tiaportal提供的令表
il和高级编程语言：结构文本scl，顺序功能图fbc等，用户可选择一种语言编程，必要时，也可混合使用几种语言来进行编程。
plc编程语言非常丰富，有梯形图
lad，指
二、tiaportal集成开发环境
tiaportal的操作界面包含标题栏、菜单条、工具栏、硬件配置窗体、软件配置窗体、信息窗口和状态行等，如下图所示。
图b-1tiaportal桌面
图中窗体分为三个部分。
左半部分是工程项目中用到的所有硬件的总览，是关于硬件的配置。当选定左边窗口中的一个模块时，右边窗口中就会出现相应的硬件模块信息与参数配置。
14页，共
step7工程项目的建立及系统配置
通过点击计算机桌面上的tiaportal图标或从“开始”菜单栏中选择“tiaportalv13”可以直接进入tiaportal环境。
第一次使用时将出现如下的画面：
图b-2第一次进入画面
点击“创建新项目”，进入新建项目的画面：
图b-3新建项目
在此用户可为项目命名，按“创建”后，将进入下一步的选择窗口：
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b-4组态设备等选择
西门子的tia环境允许用户在同一项目中配置使用多种自动化设备，用户必须首先在此选择自己所使用的设备。首先，应组态plc系统，所以先点击“组态设备”，如下：
图b-5组态或显示已组态的设备
再点击“添加新设备”：
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b-6添加新设备1点击“控制器”，并根据自己的plc硬件型号选择对应的型号设备配置型号信息：
图b-7添加新设备2然后按下“添加”，等待片刻，tia集成环境将进入如下画面：
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b-8tia主界面
用鼠标点中左边窗口中的“程序块”，即可添加用户控制程序，如下画面：
图b-9添加用户程序
点中“main【ob1】”，并按鼠标右键，可选择所用的编程语言，再双击“main【ob1】”后即进入相应的编程环境。
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b-10tiaportal的lad编程环境
图b-11tiaportal的lad在线监视
四、step7scl编程语言的基本命令
1．基本概念
tiaportalscl是一种以文本为基础的高级编程语言，语言的结构符合iec1131-3的标准。tiaportalscl的命令系列不仅使自动化任务简单化，也使程序易于阅读，这样plc的编程效率在许多情况下远远高于lad（梯形图）和il
第19页，共22页
（语句表）的编程语言。
①数据类型
在tiaportalscl中编程语言所支持的标准数据类型有：
表b-1存储数值
类型名称booldintintreal位321632宽
0～1
147483648～2147483647，减法④*，乘法⑤/，除法⑥mod，取模⑵比较命令
①=，等于②<>，不等于③>,大于④>=,大于等于⑤<,小于⑥<=,小于等于⑶逻辑命令
①not,非②and,与③or,或④xor,异或⑷“ifthen”命令
①简单的if语句（if与then必须在同一行中）
if条件描述
then
条件满足时执行的操作;end_if;②ifelse语句
条件满足时执行的操作;else
条件不满足时执行的操作;end_if;⑸“case”命令：这是多分支选择语句。
case表达式ofn0...n1:
条件满足时执行的操作a;n2...n3:
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条件满足时执行的操作b;else:
以上条件均不满足时执行的操作c;end_case;⑹“for”循环命令
for变量:=表达式1to表达式2(by增量)do操作语句;end_for；
语句by可以省略，如果没有指定增量，则自动指定为1。⑺“whiledo”命令
while表达式do操作语句；end_while;⑻“goto”命令：（无条件跳转命令）