THPFSF-A型 使用手册(西门子).doc

.目 录第一章 可编程序控制系统设计师综合实训装置简介2一、产品概述2二、装置特点2三、技术性能2四、装置配置2五、实训项目4第二章 可编程控制器概述6PLC的分类及特点6一、PLC的结构与工作原理8二、S7-200 PLC的硬件组成及指令系统9三、PLC控制系统的设计与故障诊断10四、PLC的应用及展望11第三章 实训项目13实训一 PLC认知实训13实训二 十字路口交通灯控制17实训三 自动售货机控制20实训四 四层电梯控制23实训五 光电检测、定位控制27实训六 温度PID控制30实训七 变频器功能参数设置与操作32实训八 外部端子点动控制36实训九 变频器无级调速38实训十 多段速度选择变频调速40实训十一 基于PLC数字量方式的变频器外部端子正反转控制42实训十二 基于PLC数字量方式多段速控制44实训十三 基于PLC模拟量方式变频开环调速控制46实训十四 电动机加载控制48实训十五 基于PLC模拟量方式的变频闭环调速50实训十六 基于触摸屏控制方式的基本指令编程练习53实训十七 基于触摸屏控制方式的数码显示控制54实训十八 基于触摸屏控制方式的温度PID控制56实训十九 PLC、触摸屏及变频器通信控制58实训二十 五自由度机械手控制60实训二十一 PPI网络的组建64实训二十二 PPI网络的MCGS组态监控67附录一 STEP7 MicroWIN软件使用入门70附录二 PLC仿真实训软件使用帮助77附录三 MCGS工控组态软件使用说明书78附录四 触摸屏的使用入门87附录五 S7-200 PLC指令集92附录六 可编程序控制系统设计师综合实训装置使用说明书94附录七 五自由度机械手使用说明书96第一章 可编程序控制系统设计师综合实训装置简介一、产品概述“THPFSF-3A/3B/3C型可编程序控制系统设计师综合实训装置”是根据人力资源和社会保障部制定的“可编程序控制系统设计师”培训及国家职业标准考核大纲内容，适当增加新技术，按照职业教育培训、职业技能鉴定和实训教学要求而研制的。适合职业培训学校、职教中心、鉴定站/所对可编程序控制系统设计师的四级、三级开展培训及技能鉴定。五自由度机械手 计算机用户自备二、装置特点1. 采用模块组合式结构，含开关量、模拟量、变频调速、触摸屏、通信模块等，配套MCGS工控组态监控软件，实现仿真化、信息化实训教学。2. 项目实训模块：利用目前典型的可编程控制器及总线技术完成对工业生产中典型案例的模拟对象、实物模型中的逻辑、模拟、过程、运动等的控制。三、技术性能1. 输入电源：三相四线（或三相五线）380V10% 50Hz2. 工作环境：温度-10+40 相对湿度85%(25) 海拔4000m3. 装置容量：1.0kVA4. 重 量：100kg5. 控制屏尺寸：1780mm730mm1460mm6. 对象系统尺寸：1000mm640mm1300mm7. 安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准。四、装置配置实训装置由控制屏、实训桌、PLC模块、通信模块、变频器模块、模拟实训模块、触摸屏模块、五自由度机械手、交流电机、电机导轨、测速机构、加载系统、MCGS工控组态软件（配加密狗）等组成。(一) 控制屏(铁质双层亚光密纹喷塑结构，铝质面板)1. 交流电源输入、输出及控制1)三相四线电源输入，经漏电保护开关后，通过启动、停止按钮操作，控制三相电源输出的接通和断开,并设有急停按钮；2)设有450V指针式交流电压表1只，通过切换开关可分别指示电网输入的三相线电压；3)三相交流电源输出：三相电源采用三相四线制，并由启动、停止按钮来控制，设有5A带灯保险丝及短路软保护电路；4)交流电源接口：提供三芯、四芯电源插座各1只；5)保护体系电流型漏电保护：采用漏电保护型空气开关，控制屏若有漏电现象，当漏电电流达到一定值时，即切断总电源；电压型漏电保护：当对线路有漏电现象时，控制屏内接触器便跳闸，及时切断电源并发出告警声；短路保护：在电路出现相间短路或相线对中线短路时，及时切断三相电源的输出，保护设备的安全，并发出告警声；在短路故障排除后，可重新启动设备。2. 给定信号源：提供420mA电流信号源1路，带数码显示；提供010V电压信号源1路，带数码显示；3. 定时器兼报警记录仪：平时作时钟使用，具有设定时间、定时报警、切断电源等功能；还可自动记录由于接线或操作错误所造成的漏电告警次数。(二) 实训模块配置 1.PLC实训组件 序号编号PLC实训组件（三选一）备注1SB10S7-200 PLC实训组件：配置西门子CPU226CN(AC/DC/RLY) PLC，内置数字量I/O（24路数字量输入/16路继电器输出）；EM235模拟量模块（4路模拟量输入/1路模拟量输出）；将所有PLC输入输出端子全部引致安全插座，配套PC/PPI编程电缆。THPFSF-3A型2SB10FX PLC实训组件：配置三菱FX2N-48MR-001 PLC，内置数字量I/O（24路数字量输入/24路继电器输出）；FX0N-3A模拟量模块（2路模拟量输入/1路模拟量输出）；FX2N-485BD通信模块，将所有PLC输入输出端子全部引致安全插座，配套SC-90编程电缆。THPFSF-3A型3OM10CP1E PLC实训组件：配置欧姆龙CP1E-N40DR-A PLC，内置数字量I/O（24路数字量输入/16路继电器输出）；CP1W-MAD11模拟量模块（2路模拟量输入/1路模拟量输出）；CP1W-CIF11通信模块，将所有PLC输入输出端子全部引致安全插座，配套USB编程电缆。THPFSF-3C型2.实训模块序号编号实训模块备注1FA11变频器实训模块：配置FR-D720S-0.4kW变频器，功率0.4kW,AC220V供电，带有RS485通信接口及基本操作面板。2SF11开关量控制模块：十字路口交通灯、自动售货机、四层电梯。3SF12温度、光电控制模块：温度控制：由驱动模块、电加热器、温度变送器、温度传感器、温度表及测温触发按钮等组成。光电控制：由调光触发控制电路、色标传感器、多种颜色板、直流电机驱动电路、移动滑轨等组成。4SF13触摸屏实训模块：西门子Smart700 彩色触摸屏，7英寸5SF14磁粉制动器加载实训组件该挂件与ML01磁粉制动器配套使用，完成对ML01磁粉制动器加载控制，同时显示相应加载转矩。挂件提供一路连续可调恒流源和一路冷却风扇电源，完成对电机的加载，最大加载转矩为2Nm。6ML01采用磁粉制动器克服涡流测功机在低转速时无法保证恒转矩加载的缺点，同时磁粉制动器内部还设有强制冷却风扇和温度传感器。7DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表：包含光码盘测速系统（配有欧姆龙1024光电编码器）、数显转速表及固定电机的不锈钢导轨等。不锈钢导轨平整度好，能保证电机与编码盘之间连接的同心度不超过5丝，能较好满足实训要求。8WDJ16交流380V/，功率100W,三相鼠笼异步电机(三) 实训桌实训桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构，桌面为防火、防水、耐磨高密度板；设有带锁抽屉，用于放置工具及资料，电脑桌联体设计，造型美观大方。(四) 五自由度机械手 由型材实训桌（尺寸：1000mm640mm790mm）、五自由度机械手及电气控制三部分组成。五自由度机械手运动机械部分包括底座水平移动、底座旋转、大臂上下摆动，小臂上下摆动，手爪旋转，手爪夹紧与松开，用于实现定位功能。电气控制部分包含PLC及通信模块、漏电保护器、电机驱动器、开关电源等组成，其中PLC及通信模块跟PLC实训组件配套(三菱采用FX1N-24MT及FX1N-485BD模块，西门子采用CPU224模块,欧姆龙采用CP1E-N30DT及CP1W-MAD11模块),通过传感器信号采集，PLC编程五自由度机械手进行位置控制、时序逻辑控制，实现对机械手在工作台面范围内物体抓取、移、放的功能。五、实训项目1. PLC基本编程练习2. 十字路口交通灯控制3. 自动售货机控制4. 四层电梯控制5. 光电检测、定位控制6. 温度闭环控制7. 变频器功能参数设置与操作8. 外部端子点动控制9. 变频器无极调速10. 多段速度选择变频调速11. 基于PLC数字量方式的变频器外部端子正反转控制12. 基于PLC数字量方式多段速控制13. 基于PLC模拟量方式变频开环调速控制14. 电动机加载控制15. 基于PLC模拟量方式的变频闭环调速16. 基于触摸屏控制方式的基本指令17. 基于触摸屏控制方式数码显示控制18. 基于触摸屏控制方式的温度PID控制19. PLC、触摸屏与变频器通信控制20. 五自由度机械手控制21. RS485网络组建（网络读写控制）22. RS485网络的MCGS组态监控第二章 可编程控制器概述PLC的分类及特点可编程控制器简称PLC（Programmable Logic Controller），在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。(一) PLC的分类按产地分，可分为日系、欧美、韩台、大陆等。其中日系具有代表性的为三菱、欧姆龙、松下、光洋等；欧美系列具有代表性的为西门子、A-B、通用电气、德州仪表等；韩台系列具有代表性的为LG、台达等；大陆系列具有代表性的为和利时、浙江中控等；按点数分，可分为大型机、中型机及小型机等。大型机一般I/O点数2048点；具有多CPU，16位/32位处理器，用户存储器容量816K，具有代表性的为西门子S7-400系列、通用公司的GE-系列等；中型机一般I/O点数为2562048点；单/双CPU，用户存储器容量28K，具有代表性的为西门子S7-300系列、三菱Q系列等；小型机一般I/O点数256点，单CPU，8位或16位处理器，用户存储器容量4K字以下，具有代表性的为西门子S7-200系列、三菱FX系列等；按结构分，可分为整体式和模块式。整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点；小型PLC一般采用这种整体式结构。模块式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等；扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU；基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接；整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。按功能分，可分为低档、中档、高档三类。低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能；还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能；主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能；有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等；高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。(二) PLC的特点1. 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2. 配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5. 体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。(三) PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1. 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2. 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3. 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、五自由度机械手、电梯等场合。4. 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5. 数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6. 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。一、 PLC的结构与工作原理PLC的结构PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。7. 主机主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。8. 输入/输出（I/O）接口I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。9. 电源图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。10. 编程器编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。11. 输入/输出扩展单元I/O扩展接口用于连接扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）。12. 外部设备接口此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，执行的结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。二、 S7-200 PLC的硬件组成及指令系统硬件组成S7-200CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC，具体见下图：S7-200CPU模块包括一个中央处理器（CPU）、电源以及I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制输入和输出时系统的控制点：输入部分从现场设备中（例如传感器或开关）采集信号，输出部分则控制泵、电机、指示灯以及工业过程中的其他设备。电源向CPU及所连接的任何模块提供电力支持。通信端口用于连接CPU与上位机或其他工业设备状态信号灯显示了CPU工作模式，本机I/O的当前状态，以及检查出的系统错误指令系统1. 标准触点指令LE常开触点指令，表示一个与输入母线相连的动合接点指令，即动合接点逻辑运算起始。LDN常闭触点指令，表示一个与输入母线相连的动断接点指令，即动断接点逻辑运算起始。A 与带开触点指令，用于单个动合接点的串联。AX 与非常闭触点指令，用于单个动断开接点的串联。O 或常开触点指令，用于单个动合接点的并联。ON 或非常闭触点指令，用于单个动断接点的并联。LD、LDN、A、AN、O、ON触点指令中变量的数据类型为布尔(BOOC)型。LD、LDN两条指令用于将接点接到母线上，A、AN、O、ON指令均多次重复使用，但当需要对两个以上接点串联连接电路块的并联连接时，要用后述的OLDB指令。2. 串联电路块的并联连接指令OLD两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。串联电路块并联连接时，分支开始用LD、LDN指令，分支结束用OLD指令。OLD指令与后述的ALD指令均为无目标元件指令，而两条无目标元件指令的步长都为一个程序步。OLD有时也简称或块指令。3. 并联电路的串联连接指令ALD两个或两个以上接点并联电路称为并联电路块，分支电路并联电路块与前面电路串联连接时，使用ALD指令。分支的起点用LD、LDN指令，并联电路结束后，使用ALD指令与前面电路串联。ALD指令也简称与块指令，ALD也是无操作目标元件，是一个程序步指令。4. 输出指令 (=)输出指令与线圈相对应，驱动线圈的触点电路接通时，线圈流过“能流”，输出类指令应放在梯形图的最右边，变量为Bool型。5. 置位与复位指令S、RS为置位指令，使动作保持；R为复位指令，使操作保持复位。从指定的位置开始的N个点的映像寄存器都被置位或复位,N=1255如果被指定复位的是定时器位或计数器位,将清除定时器或计数器的当前值。6. 跳变触点EU,ED正跳变触点检测到一次正跳变(触点得输入信号由0到1)时,或负跳变触点检测到一次负跳变(触点得输入信号由1到0)时,触点接通到一个扫描周期.正/负跳变的符号为EU和ED,他们没有操作数,触点符号中间的“P”和“N”分别表示正跳变和负跳变7. 空操作指令NOPNOP指令是一条无动作、无目标元件的1程序步指令。空操作指令使该步序为空操作。用NOP指令替代已写入指令，可以改变电路。在程序中加入NOP指令，在改动或追加程序时可以减少步序号的改变。8. 程序结束指令ENDEND是一条无目标元件的1程序步指令。PLC反复进行输入处理、程序运算、输出处理，若在程序最后写入END指令，则END以后的程序就不再执行，直接进行输出处理。在程序调试过程中，按段插入END指令，可以按顺序扩大对各程序段动作的检查。采用END指令将程序划分为若干段，在确认处于前面电路块的动作正确无误之后，依次删去END指令。要注意的是在执行END指令时，也刷新监视时钟。三、 PLC控制系统的设计与故障诊断1. 分析被控对象分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电之间的配合，确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作(动作顺序、动作条件、必须的保护和连锁等)、操作方式(手动、自动、连续、单周期、单步等)2. 确定输入/输出设备根据系统的控制要求，确定系统所需的输入设备（如：按钮、位置开关、转换开关等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯等）。据此确定PLC的I/O点数。3. 选择PLC包括PLC的机型、容量、I/O模块、电源的选择。4. 分配I/O点分配PLC的I/O点，画出PLC的I/O端子与输入/输出设备的连接图或对应表。（可结合第2步进行）。5. 设计软件及硬件进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制电路后才能进行施工设计。其中PLC程序设计的一般步骤在上一课题中已进行介绍。其中硬件设计及现场施工的步骤如下：1) 设计控制柜及操作面板电器布置图及安装接线图。2) 设计控制系统各部分的电气互连图。3) 根据图纸进行现场接线，并检查。6. 联机调试联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。7. 整理技术文件包括设计说明书、电气安装图、电气元件明细表及使用说明书等。四、 PLC的应用及展望1. PLC的国内外状况世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。2. PLC未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。第三章 实训项目实训一 PLC认知实训一、 实训目的1. 了解PLC软硬件结构及系统组成2. 掌握PLC外围直流控制及负载线路的接法及上位计算机与PLC通信参数的设置二、 实训设备序号名 称型号与规格数量备注1.可编程控制器实训装置THPFSF-3A12.S7-200PLC实训组件SB1013.开关量控制模块SF1114.实训导线3号若干5.通讯电缆PC/PPI1西门子6.实训指导书THPFSF-3A17.计算机1自备三、 PLC外形图四、 控制要求1. 认知西门子S7-200系列PLC的硬件结构，详细记录其各硬件部件的结构及作用；2. 打开编程软件，编译基本的与、或、非程序段，并下载至PLC中；3. 能正确完成PLC端子与开关、指示灯接线端子之间的连接操作； 4. 拨动SQ1、SQ2，指示灯能正确显示；五、 功能指令使用及程序流程图1. 常用位逻辑指令使用标准触点常开触点指令（LD、A和O）与常闭触点（LDN、AN、ON）从存储器或过程映像寄存器中得到参考值。当该位为1时，常开触点闭合；当该位为0时，常闭触点为1； 输出输出指令（=）将新值写入输出点的过程映像寄存器。当输出指令执行时，S7-200将输出过程映像寄存器中的位接通或断开。与逻辑：如上所示：I0.0、I0.1状态均为1时，Q0.0有输出；当I0.0、I0.1两者有任何一个状态为0，Q0.0输出立即为0。或逻辑：如上所示：I0.0、I0.1状态有任意一个为1时，Q0.1即有输出；当I0.0、I0.1状态均为0，Q0.1输出为0。非逻辑：如上所示：I0.0、I0.1状态均为0时，Q0.2有输出；当I0.0、I0.1两者有任何一个状态为1，Q0.2输出立即为0。2. 程序流程图六、 端口分配及接线图1. I/O端口分配功能表序号PLC地址 SB10电气符号SF11功能说明1.I0.0SQ1常开触点012.I0.1SQ2常开触点023.Q0.0SL1“与”逻辑输出指示4.Q0.1SL2“或”逻辑输出指示5.Q0.2SL3“非”逻辑输出指示6.+24VV+四层电梯7.COMGND四层电梯8.主机1M、面板V+接电源+24V电源正端9.主机1L、2L、3L、面板COM接电源GND电源地端2. 控制接线图七、 操作步骤1. 按下图连接上位计算机与PLC；2. 按“控制接线图”连接PLC外围电路；打开软件，点击 ，在弹出的对话框中选择“PC/PPI通信方式”，点击，设置PC/PPI属性；3. 点击 ，在弹出的对话框中，双击 ，搜寻PLC，寻找到PLC后，选择该PLC；至此，PLC与上位计算机通信参数设置完成；4. 编译实训程序，确认无误后，点击 ，将程序下载至PLC中，下载完毕后，将PLC模式选择开关拨至RUN状态。5. 将SQ1、SQ2均拨至OFF状态，观察记录L0指示灯点亮状态；6. 将SQ1拨至ON状态，将SQ2拨至OFF状态，观察记录L1指示灯点亮状态；7. 将SQ1、SQ2均拨至ON状态，观察记录L2指示灯点亮状态；八、 实训总结1. 详细描述S7-200PLC的硬件结构2. 总结出上位计算机与S7-200PLC通信参数的设置方法九、 示例程序（参见配套光盘）实训二 十字路口交通灯控制一、 实训目的1. 掌握置位字左移指令的使用及编程方法2. 掌握十字路口交通灯控制系统的接线、调试、操作方法二、 实训设备序号名 称型号与规格数量备注1.可编程控制器实训装置THPFSF-3A12.S7-200PLC实训组件SB1013.开关量控制模块SF1114.实训导线3号若干5.通讯电缆PC/PPI1西门子6.实训指导书THPFSF-3A17.计算机1自备三、 面板图四、 控制要求五、 功能指令使用及程序流程图1. 字左移指令使用字左移指令将输入字（IN）数值向左移动N位，并将结果载入输出字（OUT）。如上所示：当每有一个M0.0的上升沿信号时，那么VW2中的数据就向左移动1位，并将移位后的结果存入VW2中。2. 程序流程图六、 端口分配及接线图1. I/O端口分配功能表序号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明1I0.0SD启动2Q0.0东西灯G3Q0.1东西灯Y4Q0.2东西灯R5Q0.3南北灯G6Q0.4南北灯Y7Q0.5南北灯R8主机输入1M接电源+24V； 电源正端9主机1L、2L、3L、面板GND接电源GND电源地端2. 控制接线图七、 操作步骤1. 按控制接线图连接控制回路；2. 将编译无误的控制程序下载至PLC中，并将模式选择开关拨至RUN状态；3. 拨动启动开关SD为ON状态，观察并记录东西、南北方向主指示灯及各方向人行道指示灯点亮状态；4. 尝试编译新的控制程序，实现不同于示例程序的控制效果。八、 实训总结1. 尝试分析整套系统的工作过程；2. 尝试用其他不同于示例程序所用的指令编译新程序，实现新的控制过程。九、 示例程序（参见配套光盘）实训三 自动售货机控制一、 实训目的1.掌握可逆计数器指令的使用及编程2.掌握自动售货机控制系统的接线、调试、操作二、 实训设备序号名 称型号与规格数量备注1.可编程控制器实训装置THPFSF-3A12.S7-200PLC实训组件SB1013.开关量控制模块SF1114.实训导线3号若干5.通讯电缆PC/PPI1西门子6.实训指导书THPFSF-3A17.计算机1自备三、 面板图四、 控制要求1. 总体控制要求：如面板图所示，按M1、M2、M3按钮，模拟投入货币，Y0显示投入的货币的数量，按动“QS”和“CF”按钮分别代表购买“汽水”和“咖啡”。出口处的“E”和“F”表示“汽水”和“咖啡”已经取出。购买后Y0显示剩余的货币，按下“ZL”找零按键，2. 按下“M1”、“M2”、“M3”三个开关，模拟投入1元、2元、3元的货币，投入的货币可以累加起来，通过Y0的数码管显示出当前投入的货币总数。3. 售货机内的二种饮料有相对应价格，当投入的货币大于等于其售价时，对应的汽水指示灯C、咖啡指示灯D点亮，表示可以购买。4. 当可以购买时，按下相应的“汽水按钮”或“咖啡按钮”，同时与之对应的汽水指示灯C或咖啡指示灯B点亮。表示已经购买了汽水或咖啡。5. 在购买了汽水或咖啡后，Y0显示当前的余额，按下“找零按钮”后，Y0显示00，表示已经清零五、 功能指令使用及程序流程图1.可逆计数器指令使用在此程序功能块的输入端“CU”处每输入一个脉冲信号，对计数器加1；输入端“CD”处每输入一个脉冲信号，即对计数器加1；输入端“R”处每输入一个脉冲信号，即对计数器清零。2.程序流程图六、 端口分配及接线图1. 端口分配及功能表序号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明1I0.0M11元投币2I0.1M22元投币3I0.2M33元投币4I0.3QS汽水按钮5I0.4CF咖啡按钮6I0.5ZL找零按钮7Q0.0Y货币指示8Q0.1A汽水按钮指示9Q0.2B咖啡按钮指示10Q0.3C汽水11Q0.4D咖啡12Q0.5E流水出口13Q0.6F咖啡出口14Q0.7G找零出口15主机1M、面板V+接电源+24V电源正端16主机1L、2L、3L、面板COM接电源GND电源地端2. PLC外部接线图七、 操作步骤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. 按下“1元”、“2元”、“3元”按钮后。Y0的数码管显示出当前投入的货币总数。5. 当投入的货币大于等于商品售价时，对应的汽水指示灯C、咖啡指示灯D点亮，表示可以购买。6. 当可以购买时，按下相应的“汽水按钮”或“咖啡按钮”，同时与之对应的汽水指示灯C或咖啡指示灯B点亮。表示已经购买了汽水或咖啡。7. 在购买了汽水或咖啡后，Y0显示当前的余额，按下“找零按钮”后，Y0显示00，表示已经清零八、 实训总结1.总结可逆计数器指令的使用方法。2.总结记录PLC与外部设备的接线过程及注意事项。九、 示例程序（参见配套光盘）实训四 四层电梯控制一、 实训目的1. 掌握复杂输入输出控制系统的程序编程技巧2. 掌握四层电梯控制系统的接线、调试、操作二、 实训设备序号名 称型号与规格数量备注1可编程控制器实训装置THPFSF-3A12S7-200PLC实训组件SB1013开关量控制模块SF1114实训导线3号若干5通讯电缆PC/PPI1西门子6实训指导书THPFSF-3A17计算机1自备三、 面板图四、 控制要求1. 总体控制要求：电梯由安装在各楼层电梯口的上升下降呼叫按钮（U1、U2、D2、D3），电梯轿厢内楼层选择按钮（S1、S2、S3），上升下降指示（UP、DOWN），各楼层到位行程开关（SQ1、SQ2、SQ3）组成。电梯自动执行呼叫。2. 电梯在上升的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，电梯向上或向下的呼叫执行完成后再执行反向呼叫。3. 电梯停止运行等待呼叫时，同时有不同呼叫时，谁先呼叫执行谁。4. 具有呼叫记忆、内选呼叫指示功能。五、 功能指令使用及程序流程图1.较复杂逻辑程序的编写方法在编写较复杂逻辑程序时，应遵循以下原则及顺序：1） 确定系统所需的动作及次序。第一步是设定系统输入及输出数目，可由系统的输入及输出分立元件数目直接取得。 第二步是根据系统的控制要求，确定控制顺序、各器件相应关系以及作出何种反应。2）