简介：这份资源面向电气工程及其自动化等专业学生与PLC初学者，围绕西门子S7-1200可编程控制器，提供八段LED编程与智能交通红绿灯两个实验的完整实践方案，帮助读者掌握TIA Portal V13基本操作、梯形图编程与HMI画面设计。压缩包内为1个docx文档，约1.62MB，按实验目的、仪器设备、实验步骤、思考题与反思总结组织内容，涵盖PLC变量表设置、定时器与MOVE指令应用、16进制段位码显示、触摸屏按钮与动画关联，以及交通灯手自动切换逻辑和PROFINET组网配置。文档还记录了定时器编号冲突等排错思路与课后扩展练习，便于对照复现实验过程、理解程序每步控制作用。目前已有451人学习，适合课程设计参考与仿真验证对照使用。
1. 从一张 I/O 地图看 PLC 实验：八段 LED 与交通灯到底在练什么
很多人第一次打开 TIA Portal 时，会被左侧那棵项目树吓住：PLC 变量、程序块、监控表、HMI 画面、连接配置，一层套一层。但把这两个实验拆开看，核心其实只有一句话——把物理 I/O 点映射成有顺序的状态，再让人能看见并干预这个状态。八段 LED 练的是「输出编码 + 定时循环」，交通灯练的是「状态机 + 手自动切换」，两者共用同一套 S7-1200 变量表、梯形图、HMI 绑定和仿真验证流程。适合正在做课程设计、准备实验答辩，或者复习 PLC 编程基础的人。下面这份梳理按「知识地图 → 模块要点 → 易错点 → 复习清单」展开，重点放在变量分配、定时器编号、HMI 变量匹配这些真正会翻车的地方。
2. 八段 LED 实验：编码表、定时循环与 HMI 动画的完整链路
八段 LED 实验看起来只是让数字 0 到 8 循环亮，但它把 PLC 编程里最基础的几件事一次性串了起来：变量表怎么建、定时器怎么接、MOVE 指令怎么搬数据、HMI 怎么跟 PLC 变量对上。梳理下来会发现，这个实验的难点不在梯形图本身，而在「段码」和「变量地址」之间的对应关系。
2.1 段码表与 PLC 变量表：先定地址再画图
八段 LED 的每一段对应一个输出点，实验里用 a 到 g 七段加小数点，通常占 Q0.0 到 Q0.7 这八个连续输出。段码表是整条链路的起点，必须先把它写死，后面梯形图和 HMI 都依赖它。
| 显示数字 | a | b | c | d | e | f | g | 十六进制段码 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 16#3F |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 16#06 |
| 2 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 16#5B |
| 3 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 16#4F |
| 4 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 16#66 |
| 5 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 16#6D |
| 6 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 16#7D |
| 7 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 16#07 |
| 8 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 16#7F |
变量表里要同时出现三类地址：输入 I0.0 启动、I0.1 停止；输出 Q0.0 到 Q0.7 对应段；中间变量 MW10 或 DB 块里的一个字用来存当前段码。注意段码表里的「1」代表该段点亮，实际接线如果是共阳数码管，输出为 0 才亮，段码要整体取反，这一点实验指导书通常不强调，但接上实物就会暴露。
2.2 定时器 + MOVE：让数字自己走起来
循环显示的核心是一个接通延时定时器 TON，PT 设成 1s，定时到就自复位，同时把计数变量加一，再用 MOVE 把对应段码搬到输出字节。梯形图里常见写法是：启动按钮置位一个运行标志 M0.0，M0.0 常开触点串 TON 的 IN，TON 的 Q 输出接一个上升沿，上升沿触发 INC 指令让 MW10 从 0 加到 8，超过 8 就复位回 0，最后用 MOVE 把段码表里第 MW10 项送到 QB0。
# 变量表关键条目（TIA Portal 变量表视图） 启动按钮 I0.0 Bool 停止按钮 I0.1 Bool 运行标志 M0.0 Bool 当前数字 MW10 Int 段码输出 QB0 Byte 定时器 TON IEC_TIMER这里最容易忽略的是定时器的自复位：TON 的 Q 只保持一个扫描周期，如果不做自锁或上升沿处理，数字会跳得比预期快。另一个坑是 MOVE 的数据类型，段码是十六进制字节，MOVE 的源和目标都必须是 Byte，写成 Int 会在监控表里看到数值对但输出不对。
2.3 HMI 八段图形：用矩形拼出来再绑变量
HMI 部分不是直接放一个数码管控件，而是用七个矩形拼成八段形状，每个矩形的「背景色」动画关联一个 PLC 布尔变量。实验里要求添加静态文本和按钮，按钮事件里写「置位/复位」对应 PLC 变量。梳理下来，HMI 动画的关键是变量匹配：矩形 1 关联 Q0.0，矩形 2 关联 Q0.1，依次排下去，颜色动画设成「变量为 1 时亮、为 0 时灭」。
提示：HMI 变量表里会出现两个名字很像的变量，一个是 PLC 变量表里的绝对地址，一个是 HMI 内部连接生成的符号名，选错不会报错，但仿真时画面不动。判断方法是看变量后面的连接名称是否指向 S7-1200 的 PROFINET 连接。
2.4 仿真验证：先看 PLC 再看 HMI
仿真顺序有讲究：先编译 PLC 程序、下载到 PLCSIM，确认 QB0 按 1s 节奏变化；再启动 HMI 仿真，确认画面上的段跟着亮。如果先开 HMI 仿真，连接还没建立，画面会一直停在初始状态，容易误判成程序错。验证时在监控表里强制 MW10 从 0 走到 8，观察 QB0 是否依次等于 16#3F、16#06……16#7F，这一步能快速定位是段码表错还是定时器没走。
3. 交通灯实验：状态切换、手自动逻辑与 HMI 时间设定的复习重点
交通灯实验比八段 LED 多了一层「状态」概念：南北通行、南北黄灯、东西通行、东西黄灯，四个状态按时间轮转，还要支持手动强制切换。这个实验真正考的是顺序功能图怎么落到梯形图，以及 HMI 上设定的时间怎么传进 PLC 定时器。
3.1 状态划分与输出分配：先画时序再写程序
实验里南北方向和东西方向的灯分别占 Q0.0 到 Q0.5，典型分配是南北红 Q0.0、南北黄 Q0.1、南北绿 Q0.2、东西红 Q0.3、东西黄 Q0.4、东西绿 Q0.5。自动运行时状态顺序是：初始化全灭 → 南北绿 + 东西红 → 南北黄 + 东西红 → 南北红 + 东西绿 → 南北红 + 东西黄 → 回到南北绿。每个状态停留时间由 HMI 上的「通行时间」和「黄灯时间」决定。
| 状态 | 南北 | 东西 | 持续时间来源 |
|---|---|---|---|
| S0 初始化 | 全灭 | 全灭 | 一个扫描周期 |
| S1 南北通行 | 绿 Q0.2 | 红 Q0.3 | HMI 通行时间 |
| S2 南北黄灯 | 黄 Q0.1 | 红 Q0.3 | HMI 黄灯时间 |
| S3 东西通行 | 红 Q0.0 | 绿 Q0.5 | HMI 通行时间 |
| S4 东西黄灯 | 红 Q0.0 | 黄 Q0.4 | HMI 黄灯时间 |
写程序时建议用 DB 块存状态字，比如「交通灯_DB」里放 CurrentState、GreenTime、YellowTime 三个变量，FC 块里用比较指令判断当前状态，再驱动对应输出。这样比一堆自锁互锁的触点串并联清楚得多，也方便后面加手动逻辑。
3.2 手自动切换：一个选择开关决定两条路径
实验里 I0.1 是手自动选择：低电平自动、高电平手动。自动路径按上面的状态机走；手动路径下，I0.2 为高则南北绿 + 东西红，I0.3 为高则东西绿 + 南北红。两条路径的输出必须互斥，否则会出现两个方向同时绿的危险状态。
-- 自动状态切换的伪逻辑（梯形图比较指令的等价表达） IF "启动" AND NOT "手自动" THEN CASE "交通灯_DB".CurrentState OF 1: 南北绿 := TRUE; 东西红 := TRUE; 2: 南北黄 := TRUE; 东西红 := TRUE; 3: 南北红 := TRUE; 东西绿 := TRUE; 4: 南北红 := TRUE; 东西黄 := TRUE; END_CASE; END_IF;手自动切换的瞬间要复位所有灯输出，实验步骤里专门写了这一条。实际写的时候，把「手自动」的上升沿和下降沿各接一个复位指令，清掉 Q0.0 到 Q0.5，再进入对应模式，能避免切换时残留上一个状态的灯。
3.3 HMI 时间输入与变量绑定：IO 域不是文本框
HMI 上设定通行时间和黄灯时间，用的是「IO 域」而不是普通文本，关联变量选 DB 块里的 GreenTime 和 YellowTime，模式设为输入输出，格式选十进制。PLC 侧定时器的 PT 直接引用这两个变量，改画面上的数字，定时器时间立刻变。这里有个细节：IO 域的值类型要和 DB 变量一致，DB 里是 Time 类型就选 Time 格式，是 Int 就按秒换算，混用会导致写入失败但不报错。
3.4 仿真与强制表：用监控表验证状态跳转
交通灯仿真时，监控表里同时盯 CurrentState、Q0.0 到 Q0.5 和两个时间变量。启动后看状态字是否按 1→2→3→4 循环，每个状态停留时间是否等于 HMI 设定值。手动模式下拨 I0.1 为高，再分别置位 I0.2、I0.3，确认输出互斥。强制表里改 GreenTime 从 5s 到 3s，观察状态切换是否立即变快，这一步能验证 HMI 变量是否真的写进了 DB。
4. 易错点：定时器编号、变量匹配与段码取反这三处最容易翻车
4.1 易漏点：复制粘贴导致定时器编号重复
为什么漏：写八段 LED 循环或者交通灯多状态时，很多人图快，直接复制上一段梯形图改触点，定时器的背景数据块编号没改，编译能过，但运行时几个定时器共用一个实例，时间全乱。实验反思里就提到过这个血泪经验——编译时发现每段代码用了同一个定时器，只能全部删掉重新从右侧库拉取。
怎么补：每放一个 TON，立刻在属性里确认背景 DB 编号唯一，或者在 DB 块里手动建多个 IEC_TIMER 实例，梯形图上引用不同实例。写完一段就编译一次，别等全部画完再编。
4.2 易漏点：HMI 变量选到同名但不同连接的条目
为什么漏：HMI 变量表里既有 PLC 变量表同步过来的绝对地址，也有手动建的内部变量，名字可能都叫「启动」。选错时画面按钮按下去没反应，仿真也不报错，排查起来像玄学。
怎么补：建 HMI 变量时统一从「PLC 变量」筛选视图里拖，不手敲名字；每个变量后面确认连接名是那条 PROFINET 连接。仿真前在 HMI 变量表里看「质量」列，显示良好才说明连上了。
4.3 易错点：共阳/共阴段码没取反
为什么漏：段码表按「1 点亮」写，仿真时 PLCSIM 上看 QB0 数值完全正确，但接实物数码管不亮或显示乱码，因为实验箱上的数码管是共阳接法，输出 0 才亮。
怎么补：先确认实验箱数码管的公共端接法，共阳就把段码表整体按位取反再写入，或者在输出前加一个 INV 指令。仿真阶段可以用监控表看 QB0，实物阶段必须看灯，两者不能互相替代。
4.4 易错点：手自动切换不复位输出
为什么漏：自动状态停在南北绿时拨到手动，如果只写手动路径的置位逻辑，南北绿不会被清掉，再置位东西绿就出现双向绿。实验步骤里写了「手自动切换时复位所有灯输出」，但写程序时容易只写切换后的赋值。
怎么补：把「手自动」选择开关的上升沿和下降沿各接一个复位网络，清 Q0.0 到 Q0.5，再让手动或自动逻辑接管。仿真时专门在绿灯状态拨开关，看六个输出是否全灭后再亮。
4.5 易错点：MOVE 指令的数据类型不匹配
为什么漏：段码是十六进制字节，有人把目标写成 MW10（字），MOVE 过去高字节补零，低字节对但监控表显示的值和段码表对不上，误以为段码错。
怎么补：MOVE 的源和目标都定义成 Byte，输出直接写 QB0，中间变量用 MB 而不是 MW。监控表里按十六进制格式看，和段码表逐项对。
5. 复习清单：从变量表到仿真验收的查漏补缺顺序
复习这两个实验，不建议从头重画梯形图，按「变量表 → 程序块 → HMI 绑定 → 仿真验收」四步走一遍，哪里卡住就补哪里。下面这张清单可以直接对着 TIA Portal 项目逐项打勾。
| 检查项 | 合格标准 | 常见问题 |
|---|---|---|
| PLC 变量表 | 输入输出地址连续、无重叠 | I0.0 和 I0.1 被重复定义 |
| 段码表 | 0 到 8 九项齐全、进制正确 | 共阳未取反 |
| 定时器实例 | 每个 TON 背景 DB 唯一 | 复制粘贴编号重复 |
| 状态字 | DB 块里有 CurrentState | 用 M 区散落标志位 |
| HMI 变量 | 全部来自 PLC 连接 | 选到内部变量 |
| IO 域格式 | 与 DB 变量类型一致 | Time 和 Int 混用 |
| 手自动复位 | 切换沿触发全输出复位 | 只写赋值不写复位 |
| 仿真顺序 | 先 PLC 后 HMI | 先开 HMI 误判连接 |
具体操作上，先打开变量表按地址排序，看有没有两个变量抢同一个 Q 点；再打开每个 FC 块，逐个定时器点属性看背景 DB 编号；然后到 HMI 变量表按连接名筛选，把不是 PLC 连接的条目清掉；最后启动 PLCSIM，用监控表强制关键变量走一遍完整流程。交通灯重点看状态字跳转和手自动互斥，八段 LED 重点看 QB0 是否按 1s 节奏变化、HMI 输入数字 6 时输出是否等于 16#7D。
我自己的习惯是每次新建项目先把变量表和段码表写在纸上，画完梯形图先编译再仿真，仿真通过才接实物。有一次偷懒跳过监控表直接接数码管，结果共阳没取反，对着不亮的管子查了半小时才想起段码这回事。从那以后每次做 PLC 实验，变量表、定时器编号、HMI 连接这三项都强制走一遍检查清单，再进仿真。希望这份梳理帮到你，复习时少走几段弯路。
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