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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S7-1200可编程控制器与TIA Portal V13，提供八段LED编程与智能交通红绿灯两项实验的完整实践方案，帮助读者从软件操作、梯形图编程到HMI画面设计逐步建立工程化思路。压缩包内为1个docx文档，约1.62MB，按实验目的、仪器材料、操作步骤、思考题与反思总结组织内容，涵盖变量表设置、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连接配置。已有451人学习，适合课程设计、实验报告撰写与仿真验证时对照参考，也可作为课后扩展练习的排错与设计思路来源。

1. 从两个实验看PLC课程设计到底要交付什么

电气工程及其自动化专业的PLC课程设计，最常见的翻车点不是梯形图写不出来，而是交付物不完整：程序能跑，HMI 画面却对不上变量；仿真通过了，变量表里还留着复制粘贴带来的重复定时器编号。这份方案围绕 S7-1200 可编程控制器与 TIA Portal V13 编程环境，把八段LED编码显示和交通红绿灯控制两个实验串成一条完整的交付链路——从 Portal 项目创建、PLC 变量表规划、梯形图逻辑实现，到 KTP700 触摸屏的 HMI 程序设计与仿真验证。适合正在做 PLC 课程设计、实验报告或毕设前期验证的读者直接对照搭建，也适合需要快速复现一套可演示 HMI 交互方案的从业者参考。

2. 总体方案设计：两个实验、一套工程、三层职责

2.1 为什么把八段LED和交通灯放进同一个 Portal 项目

很多人做课程设计习惯一个实验建一个项目，结果变量表、HMI 画面、仿真配置全部重来一遍，时间全耗在重复劳动上。更合理的做法是在同一个 Portal 项目里建两个 FC（FC1 八段LED、FC2 交通灯），共用一套 PLC 硬件组态和 HMI 连接。这样做的好处很直接：硬件组态只配一次，PROFINET 连接只建一次，IP 地址只设一次，后面两个实验的差异全部收敛在 FC 内部和 HMI 画面上。

从交付角度看，一个工程对应一份完整方案，答辩时打开一个项目就能演示两个功能，逻辑清晰，也避免了“两个项目哪个是最终版”这种尴尬。我一般会建议学生把项目命名成带日期和版本的形式，比如PLC_CourseDesign_V1，后续改逻辑时另存为 V2，别在一个工程上反复覆盖，血泪经验。

2.2 硬件组态与网络参数：CPU1214C 与 KTP700 的对接

硬件组态是整个方案的地基。按实验要求，PLC 选 CPU1214DC/DC/DC（订货号 6ES7 214-1AG40-0XB0），HMI 选 KTP700，两者通过 PROFINET 连接。IP 地址规划如下表，这个表建议直接写进实验报告的“实验环境”章节，答辩时被问到网络配置能立刻答上来。

配置顺序是：先添加 PLC 设备，再添加 HMI 设备，然后在“设备和网络”视图里用 PROFINET 把两者连起来，最后分别设置 IP。注意 HMI 的 IP 必须和 PLC 在同一网段，否则仿真时 HMI 读不到 PLC 变量，画面上的指示灯永远是灰的——这是新手最常踩的坑之一。

2.3 变量表规划：先定地址，再写逻辑

变量表是 PLC 程序和 HMI 程序之间的契约。八段LED实验的输入输出相对简单，交通灯实验的 I/O 点多一些，建议在写任何梯形图之前先把两张变量表定死。交通灯实验的关键地址按实验要求整理如下：

八段LED实验的段码输出通常占一个字节（Q0.0～Q0.7 对应 a～g 加小数点），具体段位映射按实验箱的八段LED编码表来，不同实验箱的 a～g 顺序可能不同，这一点必须对着硬件接线核对，不能照抄网上的段码表。

3. 八段LED程序实现：定时器驱动、MOVE 传段码、HMI 同步显示

3.1 用接通延时定时器做 1 秒节拍

八段LED的核心需求是数字 0～8 每隔 1 秒自动跳转，按下停止按钮循环终止。实现节拍最直接的方式是接通延时定时器（TON），PT 设为T#1S，定时器输出接通时触发计数加一，同时复位定时器自身，形成自循环。梯形图里通常这样组织：

程序段1：启动/停止保持 I0.0(启动) I0.1(停止) M0.0(运行标志) ----| |----+----|/|-----------------( )---- | M0.0 | ----| |----+ 程序段2：1秒节拍 M0.0 TON_1.Q TON_1(IN) ----| |----------|/|----------------(TON) PT: T#1S 程序段3：计数与循环 TON_1.Q MW10(当前数字) ----| |-----------------------------(ADD 1) MW10 >= 8 MW10 ----| |-----------------------------(MOVE 0)

这里的关键设计点有三个。第一，启动和停止用“启动常开并联自锁、停止常闭串联”的标准起保停结构，M0.0 作为运行标志贯穿后续所有程序段，停止时整个节拍链自然断开。第二，TON 的 IN 端串了自身 Q 的常闭触点，定时器到点后自己把自己复位，下一个扫描周期重新计时，形成稳定的 1 秒脉冲，不需要额外的时钟存储器。第三，计数到 8 之后用比较指令复位到 0，实现 0～8 循环，如果需求是 0～9 就把比较值改成 9。

3.2 MOVE 指令与十六进制段码的对应关系

数字算出来之后，要把它翻译成八段LED的段位码。实验要求用 MOVE 指令把当前数字对应的 16 进制段码移动到输出字节。典型做法是建一个段码表（DB 块里的数组或直接用 CASE 逻辑），当前数字作为索引，取出段码后 MOVE 到 QB0。以共阴数码管、a 为最低位为例，0～8 的段码大致如下表，实际值必须以实验箱的编码表为准：

程序里用 CASE 或数组索引都行，CASE 的可读性更好，答辩时一眼能看出每个数字对应哪段码：

CASE MW10 OF 0: QB0 := 16#3F; 1: QB0 := 16#06; 2: QB0 := 16#5B; 3: QB0 := 16#4F; 4: QB0 := 16#66; 5: QB0 := 16#6D; 6: QB0 := 16#7D; 7: QB0 := 16#07; 8: QB0 := 16#7F; END_CASE;

思考题里问“不用 16 进制段码还有什么方法”，答案就是把 a～g 每个段当成独立布尔量，用触点组合直接驱动。这种方法逻辑直观但程序量大，数字一多就是灾难，所以工程上还是段码表更实用。课后作业要求用三个八段LED显示学号后三位，思路是每个数码管配一个独立的 FC 或 FB，各自维护自己的当前数字和段码输出字节，三个块并行调用即可，注意输出地址不能重叠。

3.3 HMI 画面：用矩形拼八段LED并做动画关联

HMI 部分是这个实验的加分项。KTP700 画面上没有现成的八段LED控件，做法是用 7 个矩形（加一个小数点矩形共 8 个）按数码管形状摆放，每个矩形的“动画→外观”里关联 PLC 输出字节的对应位，位为 1 时显示亮色（比如红色），为 0 时显示暗色（比如深灰）。这样 PLC 输出什么段码，画面上就显示什么数字，仿真时非常直观。

再添加启动、停止两个按钮，按钮的“事件→按下”里分别置位/复位 M0.0；添加一个 I/O 域用于手动输入数字（实验要求“在触摸屏上输入 6，LED 会输出 6”），I/O 域关联 MW10，模式设为输入/输出。注意输入数字和自动循环会打架，通常的做法是加一个“手动输入”模式开关，或者输入时暂停自动节拍，否则你刚输入 6，下一秒定时器就把它加成了 7，画面闪得没法看。

4. 交通灯控制实现：顺序功能图转梯形图、手自动双模式

4.1 自动模式的时序设计与定时器参数化

交通灯自动模式的本质是一个状态机：南北绿+东西红 → 南北黄+东西红 → 南北红+东西绿 → 南北红+东西黄 → 回到起点。实验要求通行时间和黄灯时间都能在触摸屏上设定，所以定时器的 PT 不能写死，要关联 DB 块里的变量（比如"交通灯_DB".绿灯时间和"交通灯_DB".黄灯时间），HMI 上的 I/O 域直接读写这两个变量。

状态切换用定时器串联实现，每个状态一个 TON，当前状态的定时器到点后置位下一状态、复位当前状态。这种“定时器链”写法比用计数器+比较更贴合顺序功能图，答辩时对着 SFC 图能一段一段讲清楚。参数化之后有个细节要注意：HMI 输入的绿灯时间如果是 0 或负数，定时器 PT 非法，程序行为不可预期，通常的做法是在 DB 里给变量设初值（比如绿 5 秒、黄 2 秒），并在 HMI 的 I/O 域上限制输入范围。

4.2 手动模式的互锁与切换复位

手动模式按实验要求：I0.1 为高电平时进入手动，I0.2 高电平南北通行（南北绿 Q0.2、东西红 Q0.3），I0.3 高电平东西通行（东西绿 Q0.5、南北红 Q0.1）。这里有两个必须处理的点。

第一是互锁。南北通行和东西通行绝不能同时有效，否则四个方向的绿灯一起亮，逻辑上就是事故。梯形图里在南北通行的输出支路串上东西通行按钮的常闭触点，反之亦然，形成硬互锁。第二是切换复位。实验明确要求“手自动切换时复位所有灯输出”，做法是在模式切换的上升沿触发一个复位程序段，把 Q0.0～Q0.5 全部复位，再进入对应模式的逻辑。如果不做这个复位，从自动切手动时残留的灯状态会和手动输出叠加，画面上的灯色对不上，排查起来很费时间。

4.3 HMI 指示灯动画与 IO 域的时间设定

交通灯的 HMI 画面比八段LED简单但元素更多：三个方向的灯用圆形或矩形表示，每个灯的“动画→外观”关联对应 Q 地址，1 亮 0 灭；启动按钮、手自动切换开关、南北/东西通行按钮各关联对应 I 地址；两个 I/O 域分别关联绿灯时间和黄灯时间变量，设为输入/输出模式并限定数值格式。

变量关联时有个容易翻车的点：Portal 的变量选择列表里可能出现名称相近的变量（比如两个都叫“绿灯”但分属不同 DB），选错了画面表现就是“按钮按了没反应”。我一般会养成习惯，关联变量时先看变量的完整路径（DB 名.变量名），而不是只看显示名，选完再在仿真里点一遍确认。这个习惯是从一次答辩演示时按钮失灵、当场翻变量表的经历里换来的。

5. 避坑与排查：五个最容易让仿真跑不起来的点

5.1 复制粘贴导致定时器编号重复

现象：程序编译通过，但仿真时多个程序段的定时器互相干扰，节拍全乱。原因：从一段逻辑复制到另一段时，定时器实例（如 TON_1）被一起复制，多个程序段共用同一个背景数据块，后写的覆盖先写的。解决：删除重复的定时器实例，从右侧指令库重新拖拽新的 TON，让 Portal 自动分配不同编号；或者干脆用多重背景，把定时器放进 FB 的静态变量里，从结构上杜绝重名。这个坑在八段LED实验里几乎人人踩一次。

5.2 HMI 变量关联到错误的 DB 或地址

现象：画面上按钮点了没反应，或者指示灯常亮不灭。原因：HMI 动画关联的变量和 PLC 程序实际使用的变量不是同一个，常见于同名变量分属不同 DB，或者关联到了 M 区而程序写的是 Q 区。解决：在 HMI 变量的属性里核对完整符号路径，仿真时用 PLC 的监控表同时观察程序侧和 HMI 侧的值，两边对不上就说明关联错了。

5.3 手自动切换不复位导致灯状态叠加

现象：从自动切到手动后，某些灯保持自动模式最后的状态，和手动输出冲突。原因：切换时没有清输出，两个模式的逻辑同时作用于同一批 Q 地址。解决：在模式切换的上升沿加复位程序段，把全部灯输出清零后再进入新模式逻辑，这是实验要求里写明的，别省。

5.4 段码表与实验箱接线不匹配

现象：程序逻辑正确，但数码管显示的数字是乱的或某几段不亮。原因：段码表按共阴/共阳或 a～g 顺序假设的，和实验箱实际接线不一致。解决：先写一个只输出单段（比如只点亮 a 段）的测试程序，逐段确认 Q 地址和物理段的对应关系，再反推段码表，别信网上抄来的表。

5.5 仿真环境与下载目标不一致

现象：PLCSIM 仿真正常，下载到真实实验箱后行为不同。原因：仿真时某些 I/O 被强制表覆盖，或者 HMI 仿真连接的是仿真 PLC 而非真实 PLC。解决：下载前清空强制表，确认 HMI 连接指向正确的 PLC 接口；真实设备调试时先用手动模式逐个点灯验证接线，再跑自动时序。

6. 验收与答辩：怎么证明这套方案真的跑通了

验收这件事，我一般按“三层证据链”来准备，答辩时按顺序展示，评委问什么都能接住。

第一层是静态证据：Portal 项目结构截图，包括硬件组态里 PLC 和 HMI 的 PROFINET 连接、IP 地址设置、变量表、FC 块的程序段。这一层证明工程是完整搭起来的，不是拼凑的。第二层是动态证据：PLCSIM 仿真录屏或现场演示，八段LED要演示启动后 0～8 循环、停止后定格、HMI 输入 6 显示 6；交通灯要演示自动模式完整走一个周期、手动模式南北/东西切换、手自动切换时灯全灭复位。第三层是边界证据：故意把绿灯时间设成很短（比如 1 秒）看时序是否仍然正确，故意在自动运行中切手动看复位是否生效——这些边界用例最能体现你是不是真理解了自己的程序。

答辩陈述建议按“需求→设计→实现→验证”四段走，每段控制在两分钟内。需求段讲清两个实验各自的控制要求；设计段重点讲变量表规划和状态机思路，这是体现设计能力的地方；实现段挑一个关键程序段（比如交通灯的定时器链或八段LED的段码 CASE）现场讲逻辑；验证段直接演示，别念稿。常见提问集中在“定时器为什么这样串”“手自动互锁怎么保证”“段码表怎么来的”，提前把这三问答顺，基本就稳了。

还有一个容易被忽略的细节：实验报告里的程序截图要清晰到能看清地址和指令参数，模糊的截图在答辩时等于没有。我习惯在仿真运行状态下截图，这样画面上的实时值也能一并留下，比静态截图有说服力得多。

从那以后我每次带课程设计，都强制要求学生先交变量表和 I/O 分配表，表不过关不许写梯形图——因为绝大多数返工都源于地址没定死就动手，改一个地址牵动半个程序和整个 HMI。这套“先契约、后实现、再验收”的顺序走顺了，八段LED和交通灯这两个实验其实都不难，难的是把交付物做完整。希望帮到你。

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