PLC控制技術實驗指導書

目錄實驗一：ProfiBUS電纜制作 2實驗二：博途軟件使用說明 5實驗三：S7-1200控制系統(tǒng)硬件配置 11實驗四：HMI和PLC的通信連接 23實驗五：利用PLC和接觸器實現電機的正反轉 33實驗六：利用變頻器實現電機的調速及正反轉 36實驗七：利用HMI智能面板實現電機的正反轉 38實驗八：人行橫道按鈕控制交通燈程序設計 42實驗九：搶答器程序設計 47實驗十：利用按鈕實現機械臂的點動運動 50實驗十一：利用觸摸屏實現機械臂的自動演示 55實驗十二：PLC模擬量處理 69實驗一：ProfiBUS電纜制作一、實驗目的了解電纜剝線器的使用和Profibus-DP連接和安裝。二、實驗使用設備及器材SIEMENSDP電纜專用的剝線工具1個、電工刀1個、剝線鉗1、DP電纜若干段。實驗內容1、準備好長度為1m的DP電纜若干段，然后按照圖1-1所示的方法剝制PROFIBUS-DP電纜。圖1-1剝制PROFIBUS-DP電纜的正確方法2、接線：按對應顏色（注意：左綠右紅）沿著端子出線方向插入線頭，然后用小螺絲刀擰緊螺絲，確保接線壓穩(wěn)接牢。注意若是終端網頭直接接A1，B1即可，并將終端電阻撥碼開關置ON，反之置ＯＦＦ，制作完成如圖２－２所示。圖２－２PROFIBUS-DP電纜接線圖3、裝上ＤＰ頭上蓋：首先將網線順著進線，出線通道放平，注意屏蔽層應緊壓內置接地金屬片并確保不裸露在孔外，網線外皮應壓在固定位置。然后蓋好上蓋用螺絲刀將螺絲擰緊，注意上下蓋應合緊，無縫隙。實驗二：博途軟件使用說明一、實驗目的了解S7-1200博途軟件。二、實驗使用設備及器材博途軟件、網線1根、S7-1200控制系統(tǒng)一套。實驗內容TIA（TotallyIntegratedAutomation，全集成自動化）Portal在一個軟件應用程序中集成了各種SIMATIC產品，使用這一軟件可以提高生產力和效率。TIA產品在TIAPortal中協同工作，能夠在創(chuàng)建自動化解決方案所需的各個方面為您提供支持。所有數據均存儲在一個項目中。用于編程(STEP7)和可視化(WinCC)的組件不是單獨的程序，而是可以訪問公共數據庫的系統(tǒng)的編輯器。所有數據均存儲在一個公共的項目文件中。始終可以使用一個適合所有任務的公共用戶界面來訪問所有的編程和可視化功能。TIAPortal可用來幫助您創(chuàng)建自動化解決方案。關鍵的組態(tài)步驟為：●創(chuàng)建項目●配置硬件●聯網設備●對PLC編程●組態(tài)可視化●加載組態(tài)數據●使用在線和診斷功能集中數據管理：在TIAPortal中，所有數據都存儲在一個項目中。修改后的應用程序數據（如變量）會在整個項目內（甚至跨越多臺設備）自動更新?？珥椖拷M成部分的符號尋址：如果在不同PLC的多個塊中以及HMI畫面中使用了過程變量，則可以在程序中的任意位置創(chuàng)建或修改該變量。這種情況下，在哪個設備的哪個塊中進行修改并不重要。TIAPortal提供以下用于定義PLC變量的選項：●在PLC變量表中定義●在程序編輯器中定義●通過PLC輸入和輸出的鏈接來定義所有已定義的PLC變量都列在PLC變量表中，并可在表中進行編輯。變量修改是集中執(zhí)行且不斷進行更新的。一致的數據管理免去了在同一項目內的不同參與者之間（例如，程序員與HMI設計者之間）進行同步的必要。庫概念：通過庫可以在同一項目和其它項目中再次使用項目組成部分?！駢K、PLC變量、PLC變量表、中斷、HMI畫面、單個模塊或完整站等元素可存儲在本地庫和全局庫中?！裨O備和定義的功能可以重復使用?！裢ㄟ^全局庫可輕松實現項目之間的數據交換。1、TIAPortal中的視圖對于自動化項目，TIAPortal提供了兩個不同的工作視圖，通過它們可快速訪問工具箱和各個項目組件：●Portal視圖：Portal視圖支持面向任務的組態(tài)?！耥椖恳晥D：項目視圖支持面向對象的組態(tài)?？梢噪S時使用用戶界面左下角的鏈接在Portal視圖和項目視圖之間切換。在組態(tài)期間，視圖也會根據正在執(zhí)行的任務類型自動切換。例如，如果要編輯Portal視圖中列出的對象，應用程序會自動切換到項目視圖中的相應編輯器。編輯完對象后，可以切換回Portal視圖并繼續(xù)操作下一個對象或進行下一項活動。保存項目時，無論打開了哪個視圖或編輯器，始終會保存整個項目。Portal視圖提供面向任務的工具箱視圖。Portal視圖用于提供一種簡單的方式來瀏覽項目任務和數據。這表明可通過各個Portal來訪問處理關鍵任務所需的應用程序功能。下圖顯示了Portal視圖的結構：不同任務的Portal：Portal為各個任務區(qū)提供了基本功能。在Portal視圖中提供的Portal取決于所安裝的產品。②所選Portal對應的操作：此處提供了在所選Portal中可使用的操作?？稍诿總€Portal中調用上下文相關的幫助功能。③為所選操作選擇窗口：所有Portal都有選擇窗口。該窗口的內容取決于您當前的選擇。④切換到項目視圖：可以使用“項目視圖”(Projectview)鏈接切換到項目視圖。⑤當前打開的項目的顯示區(qū)域：在此處可了解當前打開的是哪個項目。2、項目視圖項目視圖是項目所有組件的結構化視圖。項目視圖中提供了各種編輯器，可以用來創(chuàng)建和編輯相應的項目組件。下圖顯示了項目視圖的結構：①菜單欄：菜單欄包含您工作所需的全部命令。②工具欄：工具欄提供了常用命令的按鈕。這提供了一種比菜單更快的命令訪問方式。③項目樹：通過項目樹可以訪問所有組件和項目數據。例如，可在項目樹中執(zhí)行以下任務：添加新組件編輯現有組件掃描和修改現有組件的屬性④工作區(qū)：為進行編輯而打開的對象將顯示在工作區(qū)內。3、加載項目執(zhí)行下列步驟，加載項目：1.使用TIAPortal的Portal視圖打開相應的項目。點擊“啟動”、“打開現有項目”、“瀏覽”，打開現有項目，即可完成加載項目。2.打開項目視圖。3.選擇用戶界面語言。點擊“選項”下面的“設置”，設置用戶界面語言為中文。實驗三：S7-1200控制系統(tǒng)硬件配置一、實驗目的掌握S7-1200控制系統(tǒng)硬件組態(tài)二、實驗使用設備及器材S7-1200控制系統(tǒng)一套，網線一根。三、實驗內容1.啟動TIAPortal。點擊桌面上的TIAPortalV13圖標，打開如下所示的TIAPortal界面。2.點擊“創(chuàng)建新項目”，在“F盤”下面的“S7-1200硬件配置”文件夾下面創(chuàng)建項目“項目1”，如下圖所示已創(chuàng)建一個新項目，在下一部分中，您將向項目中添加一個新PLC并組態(tài)其屬性。3．插入并組態(tài)PLC以下步驟介紹如何在Portal視圖中插入PLC以及在項目視圖中打開其配置。在項目中創(chuàng)建的PLC的類型必須與所用的硬件一致。要向項目中添加新設備，請按以下步驟操作：使用Portal添加新設備。點擊“設備與網絡”、“添加新設備”2.選擇所需的PLC。3.單擊“添加”(Add)。4.在項目中創(chuàng)建了一個新PLC，并在設備和網絡編輯器的設備視圖中打開了該PLC。5.在圖形視圖中選擇PROFINET接口。6.在屬性窗口的“以太網地址”(Ethernetaddresses)下面，輸入PLC的IP地址。7.在2號槽中插入DI模塊6ES7221-1BF32-0XB0。8.在3號槽中插入DQ模塊6ES7222-1BF32-0XB0。9.在4號槽中插入AI/AQ模塊6ES7234-4HE32-0XB0。10.硬件組態(tài)已完成。11.單擊工具欄上的“保存項目”(Saveproject)圖標保存項目。12.將硬件組態(tài)下載到PLC13.搜索網絡中的PLC設置“PG/PC接口的類型”、“PG/PC接口”，點擊“開始搜索”。14.找到網絡中的PLC，點擊“下載”。15.點擊“完成”，PLC進入啟動模式，PLC上面“RUN”指示燈點亮。實驗四：HMI和PLC的通信連接一、實驗目的了解如何創(chuàng)建新HMI設備、畫面的模板、以及和S7-1200的通信連接。二、實驗使用設備及器材觸摸屏1個、S7-12001套，網線2根。三、實驗內容HMI系統(tǒng)相當于用戶和過程之間的接口。過程操作主要由PLC控制。用戶可以使用HMI設備來監(jiān)視過程或干預正在運行的過程。以下選項可用于操作和監(jiān)視機器與工廠：●顯示過程●操作過程●輸出報警●管理過程參數和配方以下步驟介紹如何創(chuàng)建新HMI設備以及HMI畫面的模板。1、添加新的HMI設備1.使用項目樹添加一個新的HMI設備。2.選擇12寸觸摸屏6AV2124-0MC01-0AX0，點擊“確定”。2、創(chuàng)建HMI畫面的模板創(chuàng)建完HMI設備后，將打開HMI設備向導。HMI設備向導以“PLC連接”(PLCconnections)對話框開始。要創(chuàng)建HMI畫面的模板，請按以下步驟操作：組態(tài)與PLC的連接。點擊“瀏覽”，選擇“PLC-1”。2.選擇模板的背景色和頁眉的構成元素?？呻S后于HMI畫面的模板中更改在此處所做的顯示設置。3.報警組態(tài)如果通過HMI設備向導啟用報警，則可以通過HMI設備輸出報警。在此處所創(chuàng)建的報警窗口將創(chuàng)建在“畫面管理”下的全局畫面中。報警的用途有很多，例如可在超出限制值時通過HMI設備輸出警告。再比如，可以通過附加信息對報警內容進行補充，從而可以更容易地定位系統(tǒng)中的故障。用戶自定義報警與系統(tǒng)報警之間的基本區(qū)別是：用戶自定義報警用于監(jiān)視機器過程。系統(tǒng)報警會被導入到項目中并且包含所用HMI設備的狀態(tài)信息。TIAPortal的信息系統(tǒng)中提供了關于報警的附加信息。4.將以后要在其中創(chuàng)建圖形元素的畫面重命名為"HMI"?？梢允褂迷搶υ捒蛟诟鼜V泛的項目中創(chuàng)建畫面并建立畫面導航。用于在畫面之間導航的按鈕是自動創(chuàng)建的。5.禁用系統(tǒng)畫面。對于此實例項目來說，無需使用系統(tǒng)畫面?？蓪⑾到y(tǒng)畫面作為HMI畫面使用以設置項目、系統(tǒng)和操作信息以及用戶管理。與畫面導航一樣，用于在主畫面和系統(tǒng)畫面之間導航的按鈕也是自動創(chuàng)建的。6.啟用下面的按鈕區(qū)域并插入“起始畫面”、“退出”(Exit)按鈕。7.單擊工具欄上的“保存”(Save)按鈕以保存該項目。您已在項目中創(chuàng)建了一個HMI設備并為HMI畫面創(chuàng)建了一個模板。在項目視圖中，創(chuàng)建的HMI畫面將顯示在編輯器中。在下一部分中，將介紹如何在HMI畫面中創(chuàng)建畫面對象以使編程過程可視化。圖形對象：圖形對象是所有可用于HMI中項目可視化的元素。例如，這些對象包括：用于可視化機器部件的文本、按鈕、圖表或圖形。圖形對象的用途：圖形對象可進行靜態(tài)可視化或借助變量用作動態(tài)對象：●運行系統(tǒng)中的靜態(tài)對象不會發(fā)生改變?！駝討B(tài)對象會根據過程改變。用戶可通過以下變量來可視化當前過程值：–PLC存儲器中的PLC變量–以字母數字、趨勢圖和棒圖形式顯示的HMI設備存儲器中的內部變量。動態(tài)對象還包括HMI設備中的輸入域，用以通過變量在PLC和HMI設備之間交換過程值和操作員輸入值。8.在觸摸屏畫面中添加簡單的電機正反轉運行控制圖。9.將畫面下載到觸摸屏中。設置“PG/PC接口的類型”、“PG/PC接口”、“接口/子網的連接”，點擊“開始搜索”，找到192.168.0.2觸摸屏設備，點擊“下載”即可實驗五：利用PLC和接觸器實現電機的正反轉實驗目的學習利用接觸器及PLC實現電機正反轉接線圖和PLC程序設計。實驗使用設備及器材異步電動機1臺、接觸器2個、按鈕3個、指示燈3個、導線若干。實驗內容1、電氣接線圖請按照上面的原理圖將斷路器Q1、斷路器Q2、接觸器KM1、接觸器KM2、三相異步電動機MA1、按鈕SB24、按鈕SB25、按鈕SB26、指示燈SB12-H3、指示燈SB11-H2、指示燈SB14-H6正確接線。2、PLC部分設計S7-1200控制系統(tǒng)使用CPU1214、數字量輸入模塊型號、數字量輸出模塊型號，地址分配如下：元器件代碼PLC地址功能SB24I8.3電動機正轉控制按鈕SB25I8.4電動機反轉控制按鈕SB26I8.5電動機停止控制按鈕SB12-H3Q12.1電動機正轉指示燈SB11-H2Q12.0電動機反轉指示燈SB14-H6Q12.4電動機正反轉停止指示燈3、PLC控制程序設計電機正轉操作步驟：按下正轉按鈕SB24，接觸器KM1吸合，電機正轉運行，同時綠色指示燈SB12-H3點亮，紅色指示燈SB14-H6滅；按下停止按鈕SB26，接觸器KM1斷開，電機停止正轉運行，同時綠色指示燈SB12-H3熄滅，紅色指示燈SB14-H6點亮；電機反轉操作步驟：按下正轉按鈕SB25，接觸器KM2吸合，電機反轉運行，同時藍色指示燈SB11-H2點亮，紅色指示燈SB14-H6滅；按下停止按鈕SB26，接觸器KM2斷開，電機停止正轉運行，藍色指示燈SB11-H2熄滅，紅色指示燈SB14-H6點亮；電機正反轉控制程序如下圖所示：實驗六：利用變頻器實現電機的調速及正反轉實驗目的學習利用變頻器實現電機的正反轉及調速。實驗使用設備及器材S7-1200系統(tǒng)一套、異步電動機1臺、接觸器1個、按鈕3個、信號發(fā)生器1個、導線若干。實驗內容1、電氣接線圖請按照上面的的原理圖將接觸器KM1、變頻器、信號發(fā)生器、電機、SB21、SB24、SB25、SB262、PLC部分設計S7-1200控制系統(tǒng)使用CPU1214、數字量輸入模塊型號、數字量輸出模塊型號，地址分配如下：元器件代碼PLC地址功能SB21I8.0電動機急停控制SB24I8.3電動機正轉控制按鈕SB25I8.4電動機反轉控制按鈕SB26I8.5電動機停止控制按鈕KM1Q0.0控制接觸器線圈ATV32的LI1Q1.1電機正轉控制端子ATV32的LI2Q12.7電機反轉控制端子3、信號發(fā)生器使用如下：原理：利用信號發(fā)生器產生0-10V的電壓信號，來實現變頻器的調速。將黑色信號線接在端子排的端子號53上面，黃色信號線接在變頻器的AI1上面；按信號發(fā)生器上面的黃色“信號”鍵，切換成電壓輸出模式，按上下鍵調整電壓的大小，改變電壓的大小就可是實現不同的速度；按信號發(fā)生器上面的黃色“輸出”鍵，LCD屏幕中的“SOURCE”由OFF變成“ON”，啟動輸出。4、PLC控制程序設計：松開急停按鈕SB21，接觸器KM1閉合。按下正轉按鈕SB24，電機正轉運行。按下反轉按鈕SB25，電機反轉運行。按下停止按鈕SB26，電機停止運行。按下急停按鈕SB21，接觸器斷開，電機停止。電機正反轉控制程序如下圖所示：實驗七：利用HMI智能面板實現電機的正反轉一、實驗目的學習利用接觸器及PLC實現電機正反轉接線圖和PLC程序設計、觸摸屏畫面設計。二、實驗使用設備及器材S7-1200控制系統(tǒng)1套、異步電動機1臺、接觸器2個、觸摸屏1個、導線若干。三、實驗內容1、電氣原理圖請按照上面電氣原理圖將接觸器KM1、接觸器KM2、三相異步電動機正確接線。將觸摸屏的以太網接口通過網線連接到CSM1277以太網模塊上面。2、PLC部分設計S7-1200控制系統(tǒng)地址分配如下：觸摸屏和PLC地址功能M24.0HMI電動機正轉控制按鈕M25.0HMI電動機反轉控制按鈕M26.0HMI電動機停止控制按鈕M12.1HMI電動機正轉指示燈M12.0HMI電動機反轉指示燈M12.4HMI電動機停止指示燈3、觸摸屏畫面設計如下對于電機正轉、停止、反轉控制按鈕，只需要設置“事件”下面的“按下”及“釋放”即可動態(tài)的控制電機。對于電機正轉、停止、反轉指示燈，只需要設置“動畫”下面的“外觀”即可實現顏色跟著變量的變化而變化。4、PLC程序設計電機正轉運行操作如下：按下“電機正轉控制按鈕”，接觸器KM1吸合，電機正轉運行，同時“電機正轉指示燈”點亮，“電機停止指示燈”熄滅；按下“電機停止控制按鈕”，接觸器KM1斷開，電機停止正轉運行，同時“電機正轉指示燈”熄滅，“電機停止指示燈”點亮；電機反轉運行操作如下：按下“電機反轉控制按鈕”，接觸器KM2吸合，電機反轉運行，同時“電機反轉指示燈”點亮，“電機停止指示燈”熄滅；按下“電機停止控制按鈕”，接觸器KM2斷開，電機停止反轉運行，同時“電機反轉指示燈”熄滅，“電機停止指示燈”點亮；觸摸屏控制電機正反轉控制程序如下圖所示：實驗八：人行橫道按鈕控制交通燈程序設計一、實驗目的了解S7-1200PLC控制系統(tǒng)邏輯控制編程及定時器的使用方法。二、實驗使用設備及器材交通仿真電路板1個、S7-1200PLC控制系統(tǒng)一套、24V電源一個、按鈕操作信號板1個。三、實驗內容啟動開關SB24時，交通信號燈開始工作，此時東西綠燈亮，南北紅燈亮，東西綠燈亮10S后、東西黃燈亮、東西黃燈亮3S后、東西紅燈亮同時南北紅燈轉綠燈亮，南北綠燈亮10S后，南北黃燈亮，南北黃燈亮3S后，南北紅燈亮，同時東西紅燈轉綠燈，依次類推，交通燈進入正常工作狀態(tài)，當按下急停按鈕SB21時，交通信號燈停止工作。1、電氣原理圖請按照上面的原理圖將SB21按鈕、SB24按鈕、LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8、LED9、LED10、LED11、LED12正確接線。2、PLC部分設計與外部輸入、輸出元件對應的PLC輸入、輸出端子號對應地址分配如下表所示：設備代碼PLC地址功能SB24I8.3交通信號燈工作啟動開關SB21I8.0交通信號燈工作停止開關LED1Q12.0東向紅燈指示燈LED7西向紅燈指示燈LED2Q12.1東向黃燈指示燈LED8西向黃燈指示燈LED3Q12.2東向綠燈指示燈LED9西向綠燈指示燈LED4Q12.3北向紅燈指示燈LED10南向紅燈指示燈LED5Q12.4北向黃燈指示燈LED11南向黃燈指示燈LED6Q12.5北向綠燈指示燈LED12南向綠燈指示燈3、PLC控制程序設計按下綠色按鈕SB24后，交通燈進入工作狀態(tài)；按鈕急停按鈕SB21后，交通燈停止工作。交通燈控制程序如下圖所示實驗九：搶答器程序設計實驗目的進一步熟悉S7-1200PLC邏輯指令、編制簡單的PLC應用項目程序、進一步掌握編程軟件的使用方法和調試程序的方法。實驗使用設備及器材安裝有博途V13的編程軟件的ＰＣ機１臺、編程電纜１根、S7-1200控制系統(tǒng)一套，按鈕3個、指示燈4個、選擇開關1個。實驗內容參加智力競賽的A、B、C三人其桌上各有一只搶答按鈕、分別為SB24、SB25、SB26，用3盞燈SB11-H2、SB12-H3、SB14-H6顯示他們的搶答信號。當主持人接通搶答允許開關SB22，允許搶答指示燈SB13-H4點亮后，搶答開始，最先按下按鈕的搶答者對應的燈亮；與此同時，禁止另外兩個搶答者的燈亮，指示燈在主持人斷開開關SB22后媳滅。1、電氣原理圖請按照上面的原理圖將按鈕SB22、SB24、SB25、SB26、指示燈SB12-H3、SB11-H2、SB14-H6、SB13-H4正確接線。1、PLC部分設計與外部輸入、輸出元件對應的PLC輸入、輸出端子號對應地址分配如下表所示：設備代碼PLC地址功能SB22I8.1主持人搶答允許開關SB24I8.3A搶答按鈕SB25I8.4B搶答按鈕SB26I8.5C搶答按鈕SB12-H3Q12.1A搶答成功指示燈SB11-H2Q12.0B搶答成功指示燈SB14-H6Q12.4C搶答成功指示燈SB13-H4Q12.2主持人允許搶答指示燈2、PLC控制程序設計主持人接通搶答允許開關SB22后，如果SB12-H3指示燈亮，證明A搶答成功；如果SB11-H2指示燈亮，證明B搶答成功；如果SB14-H6指示燈亮，證明C搶答成功；搶答器控制程序如下圖所示實驗十：利用按鈕實現機械臂的點動運動一、實驗目的熟悉S7-1200PLC運動組態(tài)及運動控制指令應用。二、實驗使用設備及器材安裝有博途V13的編程軟件的ＰＣ機１臺、編程電纜１根、S7-1200控制系統(tǒng)一套，按鈕3個、指示燈1個、選擇開關1個、機械臂運動系統(tǒng)一套。三、實驗內容選擇開關SB22向右旋轉，指示燈Q12.2點亮，證明垂直軸使能成功；按下SB24，垂直軸向下運動；按下SB25，垂直軸向上運動；按下SB26或者碰到上下限位開關，垂直軸停止運動。1、電氣原理圖請按照電氣原理圖將垂直步進驅動器、垂直步進電機、接近開關CN2-1、CN2-2、CN2-3、按鈕SB22、SB24、SB25、SB26、SB13-H4正確接線。2、PLC部分設計與外部輸入、輸出元件對應的PLC輸入、輸出端子號對應地址分配如下表所示：設備代碼PLC地址功能SB22I8.1軸使能開關SB24I8.3垂直軸向下運動按鈕SB25I8.4垂直軸向上運動按鈕SB26I8.5垂直軸停止運動按鈕SB13-H4Q12.2垂直軸使能成功指示燈3、運動控制軸硬件組態(tài)請按照以下步驟添加垂直軸的工藝對象在項目樹中打開“CPU>工藝對象”(CPU>Technologyobjects)文件夾。雙擊“添加新對象”(Addnewobject)命令。將打開“添加新對象”(Addnewobject)對話框。選擇“運動控制”(MotionControl)工藝。打開“運動控制>S7-1200運動控制”(MotionControl>S7-1200MotionControl)文件夾。在“版本”(Version)列中選擇所需的工藝版本。選擇“TO_PositioningAxis”對象。在“名稱”(Name)輸入框中輸入軸名稱“VerticalStepMoter”。要更改自動分配的數據塊編號，請選擇“手動”(Manual)選項。要顯示有關工藝對象的其它信息，請單擊“其它信息”(Additionalinformation)。單擊“確定”(OK)確認輸入,建立了如下所示的軸;請按照以下步驟組態(tài)垂直軸的工藝對象3、PLC控制程序設計選擇開關SB22向右旋轉，指示燈Q12.2點亮，證明垂直軸使能成功；按下SB24，垂直軸向下運動；按下SB25，垂直軸向上運動；按下SB26或者碰到上下限位開關，垂直軸停止運動。機械臂的垂直軸點動運動控制程序如下圖所示實驗十一：利用觸摸屏實現機械臂的自動演示一、實驗目的熟悉S7-