PLC實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(學(xué)生用)

1、1第一章第一章可編程控制器的概述可編程控制器的概述可編程序控制器，英文稱 Programmable Logical Controller，簡稱 PLC。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物， 它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的復(fù)雜接線、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的

2、技能與習(xí)慣，特別是 PLC 的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購到所需的 PLC 后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將 PLC 應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。一、可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)一、可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程控制器主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（如下圖所示） 。1、CPU 模塊CPU 模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微處理器（CPU）和存儲(chǔ)器組成。它用以運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)

3、行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。PLC 的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。2、I/O 模塊輸入模塊C P U模 塊輸出模塊可 編 程 序 控 制 器編 程 裝 置接 觸 器電 磁 閥指 示 燈電源 電 源 限 位 開 關(guān)選 擇 開 關(guān)按 鈕 2I/O 模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和 CPU

4、 模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號(hào)。輸入信號(hào)有兩類：一類是從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬輸入信號(hào)?？删幊绦蚩刂破魍ㄟ^輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。3、電源可編程序控制器一般使用 220V 交流電源?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。4、編程器編程器是 PLC 的外部編程設(shè)備，用戶可通過編程器輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示 P

5、LC的工作情況。也可以通過專用的編程電纜線將 PLC 與電腦聯(lián)接起來，并利用編程軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。5、輸入/輸出擴(kuò)展單元I/O 擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元 （即主機(jī)） 連接在一起。6、外部設(shè)備接口此接口可將編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀,變頻器等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。本實(shí)驗(yàn)裝置選用的主機(jī)型號(hào)為 S7-200 系列的主機(jī)。二、可編程控制器的工作原理二、可編程控制器的工作原理可編程控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程序控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出

6、及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到 STOP 工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可編程序控制器還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個(gè)階段（如圖所示）在內(nèi)部處理階段，可編程序控制器檢查 CPU，模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。3在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。在程序執(zhí)行階段，即使

7、外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。在輸出處理階段，CPU 將輸出映像寄存器的通/斷狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。三、可編程控制器的內(nèi)存區(qū)域的分布及三、可編程控制器的內(nèi)存區(qū)域的分布及 I/OI/O 配置配置S7-200CPU224、CPU226 部分編程元件的編號(hào)范圍與功能說明如下表所示元件名稱代表字母編號(hào)范圍功能說明輸入寄存器II0.0I1.5 共 14 點(diǎn)接受外部輸入設(shè)備的信號(hào)輸出寄存器QQ0.0Q1.1 共 10 點(diǎn)輸出程序執(zhí)行結(jié)果并驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備位存儲(chǔ)器MM0.0M31.7在程序內(nèi)部使用，不能提供外部輸出

8、定時(shí)器256(T0t255)T0,T64保持型通電延時(shí) 1msT1T4,T65T68保持型通電延時(shí) 10msT5T31,T69T95保持型通電延時(shí) 100msT32,T96ON/OFF 延時(shí),1msT33T36,T97T100ON/OFF 延時(shí),10msT37T63,T101T255ON/OFF 延時(shí),100ms計(jì)數(shù)器CC0C255加法計(jì)數(shù)器，觸點(diǎn)在程序內(nèi)部使用高速計(jì)數(shù)器HCHC0HC5用來累計(jì)比 CPU 掃描速率更快的事件順序控制繼電器SS0.0S31.7提供控制程序的邏輯分段變量存儲(chǔ)器VVB0.0VB5119.7數(shù)據(jù)處理用的數(shù)值存儲(chǔ)元件局部存儲(chǔ)器LLB0.0LB63.7使用臨時(shí)的寄存器，作

9、為暫時(shí)存儲(chǔ)器特殊存儲(chǔ)器SMSM0.0SM549.7CPU 與用戶之間交換信息特殊存儲(chǔ)器SM(只讀)SM0.0SM29.7接受外部信號(hào)累加寄存器ACAC0AC3用來存放計(jì)算的中間值四、可編程控制器的編程語言概述四、可編程控制器的編程語言概述現(xiàn)代的可編程控制器一般備有多種編程語言，供用戶使用。IEC1131-3可編程序控制器編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)的說明了下述可編程控制器編程語言：1） 順序功能圖2） 梯形圖3） 功能塊圖44） 指令表5） 結(jié)構(gòu)文本其中梯形圖是使用得最多的可編程控制器圖形編程語言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣人員掌握，特

10、別適用于開關(guān)量邏輯控制，主要特點(diǎn)如下：1） 可編程控制器梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱， 如輸入繼電器、 輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器（即硬件繼電器） ，而是在軟件中使用的編程元件。每一編程元件與可編程序控制器存儲(chǔ)器中元件映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。2）梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為公共母線（BUSbar） 。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓，當(dāng)圖中的觸點(diǎn)接通時(shí)， 有一個(gè)假想的 “概念電流” 或 “能流 （Power flow）從左到右流動(dòng)，這一方向與執(zhí)行用戶程序時(shí)的邏輯運(yùn)算的

11、順序是一致的。3）根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左到右的順序進(jìn)行的。4）梯形圖中的線圈和其他輸出指令應(yīng)放在最右邊。5）梯形圖中各編程元件的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均可以無限多次地使用。五、可編程控制器的編程步驟五、可編程控制器的編程步驟（1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作及完成這些動(dòng)作的順序。（2）分配輸入輸出設(shè)備，即確定哪些外圍設(shè)備是送信號(hào)到 PLC，哪些是外圍設(shè)備是接收來自PLC 信號(hào)的。并將 PLC 的輸入、輸出口與之對(duì)應(yīng)進(jìn)行分配。（3）設(shè)計(jì) PLC 程序畫出梯形圖。梯形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的

12、全部功能及其相互關(guān)系。（4）實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對(duì) PLC 的梯形圖直接編程。（5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場） 。（6）保存已完成的程序。顯然，在建立一個(gè) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，必須首先把系統(tǒng)的需要的輸入、輸出數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動(dòng)作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，就可進(jìn)行編程的第二步分配輸入輸出設(shè)備，在分配了 PLC 的輸入輸出點(diǎn)、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器之后，就可以設(shè)計(jì) PLC 程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時(shí)要注意每個(gè)從左邊母線開始的邏輯行必須終止于一個(gè)繼電器線圈或定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，與實(shí)際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后，使用編程軟件直接把梯形圖輸入

13、計(jì)算機(jī)并下載到 PLC 進(jìn)行模擬調(diào)試，修改下載直至符合控制要求。這便是程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。5第二章第二章可編程控制器基本指令簡介可編程控制器基本指令簡介S7-200 的 SIMATIC 基本指令簡表：LDLDNNN裝載(開始的常開觸點(diǎn))取反后裝載(開始的常閉觸點(diǎn))AANNN與(串聯(lián)的常開觸點(diǎn))取反后與(串聯(lián)的常閉觸點(diǎn))OONNN或(并聯(lián)的常開觸點(diǎn))取反后或(并聯(lián)的常閉觸點(diǎn))NOT棧頂值取反EUED上升沿檢測下降沿檢測二N賦值SRS_BIT,NS_BIT,N置位一個(gè)區(qū)域復(fù)位一個(gè)區(qū)域SHRBDATA,S_BIT,N移位寄存器SRBSLBOUT,NOUT,N字節(jié)右移 N 位字節(jié)左移 N 位RRBRL

14、BOUT,NOUT,N字節(jié)循環(huán)右移 N 位字節(jié)循環(huán)左移 N 位TONTOFTxxx,TPTxxx,TP通電延時(shí)定時(shí)器斷電延時(shí)定時(shí)器CTUCTDCxxx,PVCxxx,PV加計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)器END程序的條件結(jié)束STOP切換到 STOP 模式WDR看門狗復(fù)位 300msJMPN跳到指定的標(biāo)號(hào)CALLN(N1,N2)調(diào)用子程序，可以優(yōu) 16 個(gè)可選參數(shù)CRET從子程序條件返回FOR/NEXTINDX,INIT,FINALFor/Next 循環(huán)ALDOLD電路塊串聯(lián)電路塊并聯(lián)6NETRNETWTABLE,PORTTABLE,PORT網(wǎng)絡(luò)讀網(wǎng)絡(luò)寫SLCRSLCTSLCENN順控繼電器段的啟動(dòng)順控繼電器段的

15、轉(zhuǎn)換順控繼電器段的結(jié)束7第三章第三章STEP7-Micro/WIN 軟件的使用及編程規(guī)則軟件的使用及編程規(guī)則一、STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN 軟件的使用方法軟件的使用方法STEP7-Micro/WIN 編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和控制自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境。為了能快捷高效地開發(fā)你的應(yīng)用程序，STEP7-MicroWIN 軟件提供了三種程序編輯器。STEP7-Micro/WIN 軟件提供了在線幫助系統(tǒng)，以便獲取所需要的信息。本實(shí)驗(yàn)裝置使用的編程軟件是 STEP7-Micro/WIN4.0 版本， 在做實(shí)驗(yàn)前， 首先將該軟件根據(jù)軟件安裝的提示安裝到計(jì)算機(jī)上

16、，然后用編程線將計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)裝置連接到一起。（一）系統(tǒng)需求STEP7-MicroWIN 既可以在 PC 機(jī)上運(yùn)行，也可以在 Siemens 公司的編程器上運(yùn)行。PC 機(jī)或編程器的最小配置如下： Windows95、 Windows98、 Windows2000、 Windows Me 或者 Windows NT4.0以上。（二）軟件的使用1、打開 TEP 7-Micro/WIN 32，在設(shè) 中選擇PC/PPI 協(xié)議2、點(diǎn)擊更改通信端口和通信速率3、在通訊菜單里雙擊刷新，TEP 7-Micro/WIN 32 開始搜索 PPI 網(wǎng)絡(luò)中的 S7-200CPU8搜索完成后會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有 PLC 的列

17、表，選擇要操作的 PLC 即可對(duì)所選 PLC 進(jìn)行操作了4、編輯梯形圖。5、點(diǎn)擊將程序下載到 PLC 中，點(diǎn)擊可以對(duì)程序運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，點(diǎn)擊可以將 PLC 置于運(yùn)行的狀態(tài)。二、編程規(guī)則二、編程規(guī)則1）外部輸入/輸出繼電器、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等器件的接點(diǎn)可多次重復(fù)使用，無需用復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來減少接點(diǎn)的使用次數(shù)。2）梯形圖每一行都是從左母線開始，線圈接在右邊。接點(diǎn)不能放在線圈的右邊，在繼電器控制的原理圖中，熱繼電器的接點(diǎn)可以加在線圈的右邊，而 PLC 的梯形圖是不允許的。3）線圈不能直接與左母線相連。如果需要，可以通過一個(gè)沒有使用的內(nèi)部繼電器的常閉接點(diǎn)或者特殊內(nèi)部繼電器的常開接點(diǎn)來連接。

18、4）同一編號(hào)的線圈在一個(gè)程序中使用兩次稱為雙線圈輸出。雙線圈輸出容易引起誤操作，應(yīng)盡量避免線圈重復(fù)使用。5）梯形圖程序必須符合順序執(zhí)行的原則，即從左到右，從上到下地執(zhí)行，如不符合順序執(zhí)行的電路就不能直接編程。6）在梯形圖中串聯(lián)接點(diǎn)使用的次數(shù)是沒有限制，可無限次地使用。7）兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈可以并聯(lián)輸出。9項(xiàng)目項(xiàng)目 1三層電梯控制系統(tǒng)的模擬三層電梯控制系統(tǒng)的模擬在電梯控制單元完成。一、目的一、目的1、通過對(duì)工程實(shí)例的模擬，熟練地掌握 PLC 的編程和程序調(diào)試方法。2、進(jìn)一步熟悉 PLC 的 I/O 連接。3、熟悉三層樓電梯采用轎廂外按鈕控制的編程方法。二、說明二、說明電梯由安裝在各樓層廳門口的

19、上升和下降呼叫按鈕進(jìn)行呼叫操縱， 其操縱內(nèi)容為電梯運(yùn)行方向。電梯轎箱內(nèi)設(shè)有樓層內(nèi)選按鈕 S1S3，用以選擇需停靠的樓層。L1 為一層指示、L2 為二層指示、L3 為三層指示，SQ1SQ3 為到位行程開關(guān)。電梯上升途中只響應(yīng)上升呼叫，下降途中只響應(yīng)下降呼叫，任何反方向的呼叫均無效。例如，電梯停在一層，在二層轎箱外呼叫時(shí)，必須按二層上升呼叫按鈕，電梯才響應(yīng)呼叫（從一層運(yùn)行到二層） ，按二層下降呼叫按鈕無效；反之，若電梯停在三層，在二層轎箱外呼叫時(shí)，必須按二層下降呼叫按鈕，電梯才響應(yīng)呼叫（從三層運(yùn)行到二層） ，按二層上升呼叫按鈕無效。三、面板圖：三、面板圖：四、步驟四、步驟五、梯形圖程序五、梯形圖程

20、序10項(xiàng)目項(xiàng)目 2水塔水位控制模擬水塔水位控制模擬在水塔水位控制單元完成。一、一、 目的目的用 PLC 構(gòu)成水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)。二、說明二、說明當(dāng)水池水位低于水池低水位界 （S4 為 ON 表示） ， 閥 Y 打開進(jìn)水 （Y 為 ON） 定時(shí)器開始定時(shí)，4 秒后，如果 S4 還不為 OFF，那么閥 Y 指示燈閃爍，表示閥 Y 沒有進(jìn)水，出現(xiàn)故障，S3 為 ON后，閥 Y 關(guān)閉（Y 為 OFF） 。當(dāng) S4 為 OFF 時(shí)，且水塔水位低于水塔低水位界時(shí) S2 為 ON，電機(jī) M運(yùn)轉(zhuǎn)抽水。當(dāng)水塔水位高于水塔高水位界時(shí)電機(jī) M 停止。三、面板圖三、面板圖: :四、步驟四、步驟1、輸入輸出接線2、打開主機(jī)電源開關(guān)將程序下載到主機(jī)中。3、啟動(dòng)并運(yùn)行程序觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。五、梯形圖程序五、梯形圖程序11項(xiàng)目項(xiàng)目 3 液體混合裝置控制的模擬液體混合裝置控制的模擬在液體混合裝置單元完成。一、目的一、目的熟練使用置位和復(fù)位等各條基本指令，通過對(duì)工程實(shí)例的模擬，熟練地掌握 PLC 的編程和程序調(diào)試。二、說明二、說明由實(shí)驗(yàn)面板圖可知：本裝置為兩種液體混合裝置，SL1、SL2、SL3 為液面?zhèn)鞲衅?，液體 A、B 閥門與混合液閥門由電磁閥 YV1、YV2、YV3 控制，M 為攪動(dòng)電機(jī)，控制要求如下：按下啟動(dòng)按鈕 SB1，裝置投入運(yùn)行時(shí)，液體 A、B 閥門關(guān)閉，混合液閥門打開 20 秒將容器