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可编程控制器原理及应用 实验讲义 1 前前 言言 随着可编程控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 技术的迅 速发展 它以体积小 功能强 可靠性高以及安装应用方便等优点 很快在我国的 工业控制中占据了主导地位 为了适应这一时代发展的需要 全国各大中专院校各 类职业技术学校都相继将 PLC 教学纳入教学任务 作为电子 电器以及工业自动化 类专业的一门必修课 PLC 可编程控制器 实验教学是这门课程的重要环节 我司根据这一课程的 教学大纲 综合多所院校老师的教学意见 结合工业控制的实际情况 开发了 PLC 可编程控制器 系列实验系统 产品推出以来 得到了各大院校教学老师和 专家的一致好评 实验系统利用按钮 开关来模拟各类传感器的输出作为控制信号 利用 LED 发光二极管模拟 LED 数码管 指示灯 直流电机 步进电机 继电器以及 各类工业控制中的执行机构 生动形象的模仿工业工程中的实际状态 它们设计考 究 功能全面 操作简便 是 PLC 教学的得力助手 ZY17PLC Sim12BE 实验箱由 PLC 主机 实验演示板以及附件构成 其中 PLC 主 机采用的是目前工业控制中应用最普遍的西门子主机 型号为 S7 200 CPU226 AC DC 继电器 本 PLC 可编程控制器实验箱与同类产品相比有四大特点 1 以前的实验箱只将主机的输入输出引到实验箱面板上 此次 将主机的所 有接线端子包括电源 端子引到实验箱上 所有主机接线均有学生来连 这样 学 生能更深入的了解 PLC 工作原理 2 实验内容涉及位逻辑指令 定时 计数指令 功能指令 全面涵盖教学重 难点 3 实验箱设有短路保护 避免学生错误操作烧坏主机 该实验箱的设计和实验指导书的编写 力求做到通俗易懂 贴近人的认知过程 软硬件都设有练习 学生实验之前应以此为参考进行预习 每实验小组都建议配置 可编程控制器原理及应用 实验讲义 2 有实验指导书 希望老师在本课程实验之前 简介此实验箱的一般使用方法 详见 第一章 起到加强巩固实验教学效果的作用 由于编者的能力以及时间的限制 书中肯定存在一些不足之处 期盼各位老师 和专家的提出指正 衷心的感谢 可编程控制器原理及应用 实验讲义 3 目目 录录 前前 言言 1 1 目目 录录 3 3 第一章第一章 可编程控制器实验装置介绍可编程控制器实验装置介绍 4 4 第一节 可编程控制器简介 4 第二节 STEP7 Micro WIN 编程软件使用说明 8 第三节 ZY17PLC Sim12BE 特点介绍 16 第二章第二章 基本指令及应用编程练习基本指令及应用编程练习 19 19 实验一 位逻辑指令 19 实验二 置位 复位及脉冲输出指令实验 22 实验三 定时器与计数器指令 25 实验四 水塔水位控制实验 29 实验五 四节传送带模拟实验 32 实验六 交通灯模拟控制实验 35 可编程控制器原理及应用 实验讲义 4 第一章第一章 可编程控制器实验装置介绍可编程控制器实验装置介绍 第一节第一节 可编程控制器简介可编程控制器简介 可编程序控制器 英文称 Programmable Controller 简称 PC 为了与个人计 算机的 PC Personal Computer 相区别 在 PC 中增加了 L Logic 而写成 PLC PLC 是以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置 专为在工业现场应 用而设计 它采用可编程的存储器 用以在其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作指令 并通过数字式或模拟式的输入 输出接口 控 制各种类型的机械生产过程 PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的 产物 它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂 可靠性低 功耗高 通用性和灵活性差的缺点 充分利用了微处理器的优点 又照顾到现场电气操作维 修人员的技能和习惯 特别是 PLC 的程序编制 不需要专门的计算机编程语言知识 而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式 使用户程序编制形象 直 观 方便易学 调试和查错都很方便 用户在购买到所需的 PLC 后 只需按说明书 的提示 进行少量的接线和简易的用户程序的编制 就可灵活方便地将 PLC 应用于 生产实践 经过 30 多年的发展 可编程控制器已经成为一种最重要 最普及 应用场合 最多的工业控制器 现在继电器已经用进入包括过程控制 位置控制等场合的所有 控制领域 在工业控制领域起着举足轻重的作用 一 一 PLCPLC 的工作原理的工作原理 PLC 的工作方式有周期扫描方式 定时中断方式 输入中断方式 通信方式等 等 最主要的方式是周期扫描方式 周期扫描方式大致可以分为以下六个过程 可编程控制器原理及应用 实验讲义 5 1 上电处理过程 PLC 上电后 要进行第一次上电的初始化处理 CPU 进行的初始化工作 包括 清除内部继电器区 复位所有的定时器 检查 I O 单元的连接等 2 共同处理过程 在上电处理通过以后 要进到这一步 共同处理的主要任务是复位监视定时器 检查 I O 总线是否正常 检查扫描周期是否过长 检查程序存储器是否有异常 如 果有异常 根据错误情况 发出报警输出或者停止 PLC 的运行 3 通信服务过程 当 PLC 和微机构成通信网络或由 PLC 构成分散系统时 需要有通信服务过程 4 外部设备服务过程 当 PLC 接有外部设备 如编程器 打印机等 则需要进行外部设备服务过程 5 程序执行过程 该过程执行用户程序存储器所存的指令 从输入映像寄存器和其它软元件的映 像寄存器中将有关元件的通 断状态读出 从程序的第 0 步开始顺序的运算 每次 结果都写入对应的映像寄存器中 因此 各元件的映像寄存器的内容随着程序的执 行在不断的变化 输入元件除外 输出继电器的内部触点的动作由输出映像寄存 器的内容决定 6 I O 刷新过程 这个过程可分为输入信号刷新和输出信号刷新 输入信号刷新为输入处理过程 输出信号刷新为输出处理过程 输入处理过程将 PLC 全部输入端子的通 断状态 读入输入映像寄存器 在程 序执行过程中 即使输入状态变化 输入映像寄存器的内容也不会马上改变 直到 下一扫描周期的输入处理阶段才读入这一变化 此外 输入触点从通到断或从断到 通变化到处于确定止 输入滤波器还有一个响应延迟 可编程控制器原理及应用 实验讲义 6 输出处理过程将输出映像寄存器的通 断状态向输出锁存继电器传送 成为 PLC 的实际输出 PLC 在执行完第 6 步后 又跳到第 1 步重新运行 如此不断循环 二 二 PLCPLC 的结构及各部分的作用的结构及各部分的作用 PLC 的类型繁多 功能和指令系统也不相同 但结构与工作原理则大同小异 其组成与计算机完全相同 它就是一台适合于工业现场使用的专用计算机 其硬件 组成有六个部分 如图 1 1 电源单元中央处理单元存储单元 输入输出单元接口单元外部设备 图 1 1 可编程控制器的组成 1 中央处理单元 与普通计算机一样 CPU 是系统的核心部件 是由大规模和超大规模的集成电 路微处理器芯片构成 主要完成运算和控制任务 可以接收并存储从编程器输入的 用户程序和数据 进入运行状态后 用扫描的方式接收输入装置的状态或数据 从 内存逐条读取用户程序 通过解释后按指令的规定产生控制信号 分时 分渠道地 执行数据的存取 传送 比较和变换等处理过程 完成用户程序设计的逻辑或算术 运算任务 并根据运算结果控制输出设备 PLC 中的中央处理单元多用 8 到 32 位 字长的单片机 2 存储单元 按照物理性能 存储器可以分为两类 随机存储器 RAM 和只读存储器 可编程控制器原理及应用 实验讲义 7 ROM 随机存储器由一系列寄存器阵组成 每位寄存器可以代表一个二进制数 在刚开始工作时 它的状态是随机的 只有经过置 1 或清 0 的操作后 它的 状态才确定 若关断电源 状态丢失 这种存储器可以进行读 写操作 主要用来 存储输入输出状态和计数器 定时器以及系统组态的参数 只读存储器有两种 一 种是不可擦除 ROM 这种 ROM 只能写入一次 不能改写 另一种是可擦除 ROM 这 种 ROM 经擦除后还可重写 其中 EPROM 只能用紫外线擦除内部信息 E2PROM 可以用 电擦除内部信息 这两种存储器的信息可保留 10 年左右 3 电源单元 PLC 配有开关电源 电源的交流输入端一般都有脉冲吸收电路 交流输入电压 范围一般都比较宽 抗干扰能力比较强 有些 PLC 还配有大容量电容作为后备电源 停电时可以保持 50h 除了需要交流电源以外 还需要直流电源 一般直流 5V 电 源供 PLC 内部使用 直流 24V 电源供输入输出端和各种传感器使用 4 输入输出单元 输入输出单元由输入模块 输出模块和功能模块构成 是 PLC 与现场输入输出 设备或其它外部设备之间的连接部件 PLC 通过输入模块把工业设备状态或生产过 程信息读入中央处理单元 通过用户程序的运算和操作 把结果通过输出模块输出 给执行单元 而功能模块则是一些智能化了的输入和输出模块 比如温度检测模块 位置检测模块 位置控制模块 PID 控制模块等 中央处理单元与输入输出模块的 连接是由输入接口和输出接口完成的 5 接口单元 接口单元包括扩展接口 编程器接口 存储器接口和通信接口 这些接口都是 为了进一步扩展 PLC 的功能而设置的 6 外部设备 PLC 的外部设备主要有编程器 文本显示器 操作面板 打印机等等 使 PLC 的使用更加方便 可编程控制器原理及应用 实验讲义 8 第二节第二节 STEP7 Micro WINSTEP7 Micro WIN 编程软件使用说明编程软件使用说明 STEP7 Micro WIN 用于西门子 S7 200 系列 PLC 的程序编辑 支持三种编程模 式 LAD 梯形图 FBD 功能块图 和 STL 语句表 Micro WIN 还提供程序在 线编辑 调试 监控以及 CPU 内部数据的监视 修改功能等等 一 安装一 安装 安装编程软件的计算机应使用 Windows 操作系统 双击安装图标 根据安装时 的提示完成安装 安装完成后 用菜单命令 Tools 工具 Options 选项 选择 General 常规 可以设置语言环境选择希望使用的语言 二 二 STEP7 Micro WinSTEP7 Micro Win 简介简介 1 STEP7 Micro Win 窗口元素 如图 1 2 浏览条指令树 输出窗口状态栏 程序编辑器局部变量表 图 1 2 STEP7 Micro Win 窗口元素 浏览条 显示常用编程按钮群组 浏览条包括 可编程控制器原理及应用 实验讲义 9 视图 显示程序块 符号表 状态表 数据块 系统块 交叉参考及通讯按钮 工具 显示指令向导 TD200 向导 位置控制向导 EM253 控制面板和扩展调 制解调器向导等的按钮 指令树 提供所有项目对象和当前程序编辑器的所有指令的树型视图 可以在项目分支里对所打开项目的所有包含对象进行操作 利用指令分支输入编程 指令 交叉参考 查看程序的交叉引用和元件使用信息 数据块 显示和编辑数据块内容 状态表 允许将程序输入 输出或变量置于图表中 监视其状态 符号表 允许分配和编辑全局符号 输出窗口 在编译程序或指令库时提供消息 当输出窗口列出程序错误 时 双击错误讯息 会自动在程序编辑器窗口中显示相应的程序网络 状态栏 提供在 STEP7 Micro WIN 中操作时的操作状态信息 程序编辑器 包含用于该项目的编辑器 LAD FBD 或 STL 的局部变 量表和程序视 图 单击程序编辑器窗口底部的标签 可以在主程序 子程序和中 断服务程序之间移动 局部变量表 包含对局部变量所做的定义赋值 即子程序和中断服 务程序使用的变量 2 项目及其组件 STEP7 Micro Win 把每个实际的 S7 200 系统的用户程序 系统设置等保 存在一个项目文件中 扩展名为 mwp 打开一个 mwp 文件就打开了相应的工程项 目 使用浏览条的视图部分和指令树的项目部分 可以查看项目的各个组件 并且 在它们之间切换 用鼠标单击浏览条图标或着双击指令树分支可以快速到达相应的 项目组件 可编程控制器原理及应用 实验讲义 10 三 在编程软件中设置通讯接口的参数三 在编程软件中设置通讯接口的参数 在 STEP7 Micro WIN 中选择菜单命令 检视 元件 设置 PG PC 接口 或双击 指令树的 设置 PG PC 接口 图标进入 设置 PG PC 接口 对话框 如图 1 3 图 1 3 设置 PG PC 的界面 1 选择通信硬件 在 接口参数指定 Interface Parameter Assignment 列表框中选择通 信接口协议 PC PPI cable PPI 在 Access Point of the Application 应 用的访问接点 列表框中 将出现 Micro WIN PC PPI cable 2 设置 PC PPI 电缆的 PPI 参数 单击 Properties 属性 按钮 将会出现 PC PPI 电缆的属性窗口 如图 1 4 选择图 1 4 所示的默认值即可 单击 Local Connection 本地连接 选项 可编程控制器原理及应用 实验讲义 11 卡 选择连接 PC PPI 电缆的计算机的 RS232C 通信口 COM1 设置完后点击 OK 按钮 此时设置的是计算机通信接口的参数 下面还必须设置 S7 200 的波特率和 站地址 图 1 4 查看 设置 PPI 参数 3 设置 S7 200 的波特率和站地址 在 STEP7 Micro WIN 中选择菜单命令 检视 元件 系统块 或双击指令树中 的系统块图标 将打开 S7 200 的通信参数的选项卡 如图 1 5 具体设置采用如 图所示的默认值 可编程控制器原理及应用 实验讲义 12 图 1 5 系统块内设置 CPU 通讯口属性 四 编程四 编程 1 创建一个项目 点击 文件 新建 或按工具条左边的按钮 生成一个新的项目 执行 菜单命令 文件 另存为 保存文件 2 设置 PLC 型号 执行菜单命令 PLC 类型 在出现的对话框里选择 PLC 型号 这里我们选择 CPU226 3 选择编程语言和指令集 执行菜单命令 工具 选项 在 一般 选项卡中可以选择语言和指令集 具 体设置如图 1 6 所示 可编程控制器原理及应用 实验讲义 13 图 1 6 选择语言环境 4 选择程序结构 较简单的数字量控制程序一般只有主程序 OB1 较大的程序除了主程序外可 能还有子程序和中断程序 根据需要选择程序结构 5 编写程序 这里主要讲的是在 LAD 程序编辑器中的程序编辑方法 STEP7 Micro WIN 用 Network 程序段 来组织程序 每个程序段相当于继电 器控制图中的一个电流通路 一个程序段内只能有一个 能流 通路 不能有两条 互不联系的通路 在 LAD 编辑器中有以下四种输入程序指令的方法 鼠标拖放 特殊功能键 F4 F6 F9 鼠标双击 LAD 指令工具栏按钮 可编程控制器原理及应用 实验讲义 14 编辑梯形图程序时 在矩形光标所在的位置放置一个触点 线圈 点击触点 线圈 上面或下面的红色问号 就可以设置该触点 线圈 的地址或其他参数 双击梯形图中的网络编号选中整个网络后 可以删除或复制粘贴网络中的程序 6 切换编程语言 单击菜单 检视 中的命令 可在三种编程语言间切换 五 编译和下载五 编译和下载 在 STEP7 Micro WIN 中编辑的程序必须编译成 S7 200 CPU 能识别的机器指令 才能下载到 S7 200 CPU 内运行 单击菜单 PLC 编译 或 PLC 全部编译 选项 或者单击工具栏的或按钮 执行编译 编译 编译当前所在的程序窗口或数据块窗口 全部编译 编译项目文件中所有可编译的内容 使用菜单 文件 下载 或单击工具栏中按钮来执行下载 下载时将 S7 200 CPU 的模式开关拨到 STOP 位置 六 运行和调试六 运行和调试 1 运行程序 将 S7 200 CPU 上的模式开关拨到 RUN 位置 RUN 指示灯亮 程序 开始执行 如果 S7 200 CPU 上的模式开关处于 RUN 或 TERM 位置 还可以在 STEP7 Micro WIN 软件中使用菜单命令 PLC RUN 和 PLC STOP 或工具栏按钮 和 改变 CPU 的运行状态 可编程控制器原理及应用 实验讲义 15 单击菜单命令 调试 开始程序状态 或者工具栏上的按钮 进入监控程 序状态 但是程序监控状态不能完全如实显示变化迅速元件的状态 2 用状态表监视程序 使用状态表可以监控数据 使用菜单 监视 元件 状态图 或单击浏览条 检 视 状态图 打开状态表窗口 在状态表中输入要监视的变量的地址和数据类型 定时器和计数器可以分别按位或按字监视 单击菜单 调试 开始图状态 或单击 工具栏按钮来监控状态表表格内的数据值 如果按位监视 显示的是它们的输 出位的 ON OFF 状态 如果按字监视 显示的是它们的当前值 可编程控制器原理及应用 实验讲义 16 可编程控制器原理及应用 实验讲义 17 第三节第三节 ZY17PLC Sim12BEZY17PLC Sim12BE 特点介绍特点介绍 一 实验内容全面 涵盖知识面广一 实验内容全面 涵盖知识面广 本实验箱设置有九个实验单元 1 基本指令编程练习 1 与 或 非逻辑运算指令实验 2 置位 复位及脉冲输出指令实验 3 定时器 计数器功能实验 2 应用实验 1 水塔水位控制模拟 2 四节传送带模拟 3 机械手控制模拟 4 五相步进电机模拟 5 液体自动混合模拟 6 LED 数码显示 7 装配流水线控制模拟 8 交通灯控制模拟 9 三层电梯模拟 这些实验的设置 全面的涵盖了 PLC 编程教学的重难点 而且 实验箱的设计 贴近人们对新事物的认知过程 力求做到深入浅出 难度有层次 二 二 PLCPLC 主机主机 出厂时已配接西门子 S7 200 系列主机并且接入交流 220V 电源 将剩余的输入 输出和电源端子分别引到 PLC 实验台的控制面板相应引出端口上 其端口采用带自 锁装置插座 引线端名称及编号与 PLC 主机的名称及编号一致 实验时直接在面板 可编程控制器原理及应用 实验讲义 18 上连线即可 本实验台 S7 200 CPU226 AC DC 继电器 的外部接线原理图如图 1 7 所示 1L 0 01 01 11 72L0 3 0 4 3L NL1 1M 0 01 42M 1 52 7ML 24VDC 220VAC CPU226 AC DC 继电器 图 1 7 PLC 外部接线图 本实验台输入电源的供电电源采用 PLC 输出的 DC24V 400mA 传感器电源供电 负载电源采用 DC24V 4A 开关电源供电 三 短路保护三 短路保护 为了确保 PLC 主机的安全 我们在实验箱的输出回路上设有保险管保护 四 开关区四 开关区 本实验台在开关区设置 5 个轻触开关 A0 A4 5 个拨位开关 A5 A9 其开关 量分别从带自锁功能插座对应引出 这 10 个开关的公共端已接到西门子可编程控公共端已接到西门子可编程控 制器的制器的 L L 指西门子可编程控制器下方的 指西门子可编程控制器下方的 L L 插孔 它是直接从主机的插孔 它是直接从主机的 L L 引到面板引到面板 上的上的 L L 插孔 插孔 从图 1 7 可知 当开关或按钮闭合时 如果将此开关接入 PLC 的 某个输入 I 时 即用自锁线将 I 与 An 相连 闭合 An 时 即将输入 I 接通 在 PLC 中含义为输入继电器线圈导通 可编程控制器原理及应用 实验讲义 19 五 指示区五 指示区 指示区提供有 10 个发光二极管作为 PLC 输出资源 这些发光二极管的公共端公共端 已接到直流电源的已接到直流电源的 GNDGND 上 注 面板上西门子可编程控制器正上方的上 注 面板上西门子可编程控制器正上方的 24V 24V 5V 5V GNDGND 插孔是由直流电源直接引出的 实验箱通电后 它们即输出插孔是由直流电源直接引出的 实验箱通电后 它们即输出 24V 4A24V 4A 5V 2A 5V 2A 电源各一路 该实验箱的负载供电即用 电源各一路 该实验箱的负载供电即用 24V24V 直流电源 直流电源 5V5V 电源为扩展电源 方便二次开发使用电源为扩展电源 方便二次开发使用 当指示灯接入 PLC 的输出电路 并通电 发 光二极管发亮 六 实验单元六 实验单元 实验单元即此实验箱上的九个应用实验单元 每个实验单元对应一个模拟的实 验内容 各个实验单元与各个实验单元与 PLCPLC 主机以及开关区 指示区在电路上没有任何连接主机以及开关区 指示区在电路上没有任何连接 学 生做实验时需根据所编程序决定如何连线 每个实验单元的开关 按键 公共端均每个实验单元的开关 按键 公共端均 连到了该单元的连到了该单元的 L L 端子 负载 发光二极管 公共端均连到了该单元的端子 负载 发光二极管 公共端均连到了该单元的 GNDGND 端子端子 开关或负载的另一端根据模块上的标识引到了面板上对应的插孔 可编程控制器原理及应用 实验讲义 20 第二章第二章 基本指令及应用编程练习基本指令及应用编程练习 实验一实验一 位逻辑指令位逻辑指令 一 实验目的一 实验目的 1 了解 S7 200 系列 PLC 的结构和外部 I O 接线方法 2 熟悉 STEP7 Micro WIN 编程软件的使用方法 3 通过练习熟悉与 或 非等位逻辑指令 二 实验仪器二 实验仪器 1 ZY17PLC Sim12BE 可编程控制器实验箱1 台 2 安装了 STEP7 Micro WIN 编程软件的 PC 机1 台 3 PC PPI 编程电缆1 根 4 连接导线 若干 三 实验原理三 实验原理 1 基本指令功能介绍 标准常开触点用 LD 表示 标准常闭触点用 LDN 表示 输出操作用 表示 逻辑与 或 取非 分别用 A O 和 NOT 表示 串联电路的并联操作用 OLD 表示 并联电路的串联操作用 ALD 表示 2 实验程序 应用基本指令编写以下程序 并进行验证 梯形图 语句表 可编程控制器原理及应用 实验讲义 21 图 2 1 触点与输出指令 四 实验内容及步骤四 实验内容及步骤 1 在断电的情况下 将编程电缆一端与PLC的编程接口相连 另一端与计 算机串口连接 2 实验接线 将I0 0 I0 1 I0 2分别和开关区的A5 A6 A7相连 Q0 0 Q0 1分别和指示区的L0 L1插孔相连 然后将的1M与M相连 1L与 24V 相连 3 打开STEP7 Micro WIN编程软件 执行菜单命令 文件 新建 或点击工 具条上最左边的 按钮 生成一个新的项目 执行菜单命令 PLC 类型 设 置PLC型号 4 在主程序 OB1 中输入以上梯形图程序 点击工具条中的 或按钮 编译输入的程序 如程序有错 输出窗口会显示错误信息 用鼠标双击错误信息可 以在程序编辑器中显示相应出错程序段以便修改 5 打开实验箱电源 将PLC上的模式开关拨到STOP位置 执行菜单命令 文件 下载 或工具条中的按钮 选择下载的块 执行下载 6 改变开关 A5 A6 A7 的状态 观察并记录实验结果 I0 0I0 1I0 2Q0 0Q0 1 00000 00100 01011 可编程控制器原理及应用 实验讲义 22 01101 10011 10101 11011 11101 五 思考题及解答五 思考题及解答 1 写出本实验程序中 Q0 0 和 Q0 1 输出的逻辑表达式 2 根据以下的时序要求编写程序 并调试直至正确为止 I0 0 I0 1 I0 2 I0 3 I0 4 I0 5 Q0 0 图 2 2 时序图 可编程控制器原理及应用 实验讲义 23 实验二实验二 置位 复位及脉冲输出指令实验置位 复位及脉冲输出指令实验 一 实验目的一 实验目的 1 了解 S7 200 系列 PLC 的结构和外部 I O 接线方法 2 熟悉 STEP7 Micro WIN 编程软件的使用方法 3 熟悉置位 复位指令的使用方法 4 熟悉微分操作指令的使用方法 二 实验仪器二 实验仪器 1 ZY17PLC Sim12BE 可编程控制器实验箱1 台 2 安装了 STEP7 Micro WIN 编程软件的 PC 机1 台 3 PC PPI 编程电缆1 根 4 连接导线 若干 三 实验原理三 实验原理 1 指令功能介绍 置位操作用 S 表示 当置位信号为 1 时 被置位线圈置 1 当置位信号变为 0 后 被置位线圈的状态可以保持 直到使其复位的线圈到来 复位操作用 R 表示 当复位信号为 1 时 被复位线圈置 0 当复位信号变为 0 以后 被 复位的线圈的状态可以保持 直到使其置位的信号的到来 上微分操作由 EU 表示 上微分操作指某一位操作数的状态由 0 变为 1 的过 程 即出现上升沿的过程 上微分指令在这种情况下可以形成一个 ON 一个扫描 周期的脉冲 下微分操作由 ED 表示 下微分操作是指某一位操作数的状态由 1 变为 0 的过程 即出现下降沿的过程 下微分指令在这种情况下可以形成一个 ON 一个扫描周期的脉冲 可编程控制器原理及应用 实验讲义 24 2 实验程序 编写以下程序 并进行验证 梯形图 语句表 图 2 3 置位 复位及微分指令 四 实验步骤及注意事项四 实验步骤及注意事项 1 在断电的情况下 将编程电缆一端与PLC的编程接口相连 另一端与计 算机串口连接 2 实验接线 将I0 0 I0 1分别和开关区的A5 A6插孔相连 Q0 0和指示区的 L0插孔相连 然后将1M与M相连 1L与 24V相连 3 打开STEP7 Micro WIN编程软件 执行菜单命令 文件 新建 或点击工 具条上最左边的 按钮 生成一个新的项目 执行菜单命令 PLC 类型 设 可编程控制器原理及应用 实验讲义 25 置PLC型号 4 在主程序 OB1 中输入以上梯形图程序 点击工具条中的 或按钮 编译输入的程序 如程序有错 输出窗口会显示错误信息 用鼠标双击错误信息可 以在程序编辑器中显示相应出错程序段以便修改 5 打开实验箱电源 将PLC上的模式开关拨到STOP位置 执行菜单命令 文件 下载 或工具条中的按钮 选择下载的块 执行下载 6 改变A5 A6的状态 观察并记录实验结果 控制时序图为 I0 0 I0 1 M0 0 M0 1 Q0 0 图 2 4 时序图 五 思考题及解答五 思考题及解答 1 根据下面的时序图编写实验程序 I0 0 I0 1 Q0 0 图 2 5 时序图 2 PLC 的工作原理是怎样的 什么是 PLC 的一个扫描周期 可编程控制器原理及应用 实验讲义 26 实验三实验三 定时器与计数器定时器与计数器指令指令 一 实验目的一 实验目的 1 了解 S7 200 系列 PLC 的结构和外部 I O 接线方法 2 熟悉 STEP7 Micro WIN 编程软件的使用方法 3 熟悉定时 计数指令的功能及用法 二 实验仪器二 实验仪器 1 ZY17PLC Sim12BE 可编程控制器实验箱1 台 2 安装了 STEP7 Micro WIN 编程软件的 PC 机1 台 3 PC PPI 编程电缆1 根 4 连接导线 若干 三 实验原理三 实验原理 1 指令功能介绍 1 定时器 定时器有三种类型即接通延时定时器 TON 断开延时定时器 TOF 保持型 接通延时定时器 TONR 定时器有 1ms 10ms 和 100ms 三种分辨率 分辨率取决 于定时器号见下表 可编程控制器原理及应用 实验讲义 27 类型分辨率定时范围定时器号 TONR TON TOF 1ms 10ms 100ms 1ms 10ms 100ms 32 767s 327 67s 3276 7s 32 767s 327 67s 3276 7s T0T64 T1 T4T65 T68 T5 T31T69 T95 T32T96 T33 T36T97 T100 T37 T63T101 T255 和 和 和 和 和 和 2 计数器 计数器指令有加计数器 CTU 减计数器 CTD 以及加减计数器 CTUD 三 种 计数器的编号范围为 C0 C255 不同类型的计数器不能共用同一计数器号 2 实验程序 编写以下定时器和计数器的程序如图 2 7 图 2 8 所示并进行验证 四 实验步骤及注意事项四 实验步骤及注意事项 1 在断电的情况下 将编程电缆一端与PLC的编程接口相连 另一端与计 算机串口连接 2 实验接线 1 定时器实验 将I0 0与A5插孔相连 Q0 0和指示区的L0插孔相连 然后将1M 与M相连 1L与 24V相连 2 计数器实验 将I0 0 I0 1分别与输入开关部分的A0 A1插孔相连 Q0 0 和指示区L1插孔相连 然后将1M与M相连 1L与 24V相连 3 打开STEP7 Micro WIN编程软件 执行菜单命令 文件 新建 或点击工 具条上最左边的 按钮 生成一个新的项目 执行菜单命令 PLC 类型 设 置PLC型号 梯形图 指令表 可编程控制器原理及应用 实验讲义 28 2 6 定时器指令 图2 8 计数器指令 4 在主程序 OB1 中输入以上梯形图程序 点击工具条中的 或按钮 编译输入的程序 如程序有错 输出窗口会显示错误信息 用鼠标双击错误信息可 以在程序编辑器中显示相应出错程序段以便修改 5 打开实验箱电源 将PLC上的模式开关拨到STOP位置 执行菜单命令 文件 下载 或工具条中的按钮 选择下载的块 执行下载 6 改变开关的状态 观察并记录实验结果 1 定时器实验 拨动开关A5 即可观察结果 L0指示灯以1s为周期闪烁 2 计数器实验 首先按动 A0 一次 然后连续按动 A1 三次 观察结果 A1 按动三次以后计数满 L1 亮 按动 A0 给计数器清零 可编程控制器原理及应用 实验讲义 29 五 实验思考题五 实验思考题 1 定时器实验程序中 I0 0 为什么要接电平信号 接脉冲信号可以吗 为什 么 2 试编写程序实现以下控制要求 I0 0 ON 时 Q0 0 每隔一秒闪一次 当 Q0 0 闪 10 次时 Q0 1 有输出 可编程控制器原理及应用 实验讲义 30 实验四实验四 水塔水位控制实验水塔水位控制实验 一 实验目的一 实验目的 1 熟悉置位 复位指令的使用 2 熟悉水塔水位工作原理和程序设计方法 二 实验仪器二 实验仪器 1 ZY17PLC Sim12BE 可编程控制器实验箱1 台 2 安装了 STEP7 Micro WIN 编程软件的 PC 机1 台 3 PC PPI 编程电缆1 根 4 连接导线 若干 三 实验原理三 实验原理 本实验利用 PLC 控制水塔水位 面板上 STH STL SCH SCL 分别为水塔高 水塔低 水池高 水池低水位界开关 模拟真实水塔系统的液位传感器 M 为水塔 注水电机 V 为水池阀门 实验的控制要求如下 1 按下启动按钮 水池内水低于低水位 水塔内水低于低水位 2 当水池水位低于水池低水位界时 阀V打开进水 3 水池水位到达水池高水位界时 阀V关闭 4 只要水池水位高于低水位界 且水塔水位低于水塔低水位界 电机 M运转抽水 5 水塔水位高于水塔高水位界时 电机M停止 6 假如有异常情况时 按下停止按钮 阀门和电机均停止运行 可编程控制器原理及应用 实验讲义 31 四 四 I OI O 模块说明模块说明 输入控制输出控制 启动M 水塔注水电机 停止V 水池注水控制阀 SCH 水池高水位 SCL 水池低水位 STH 水塔高水位 STL 水塔低水位 五 实验内容及步骤五 实验内容及步骤 1 根据实验原理列出I O分配表 可参考下表 并根据分配表编写实验程序 序 号 I O 名称 面板符 号 1I0 0 启动 2I0 5 停止 3I0 1 水塔高水位 STH 4I0 2 水塔低水位 STL 5I0 3 水池高水位 SCH 输 入 6I0 4 水池低水位 SCL 1Q0 0 水塔注水电机 M 输 出 2Q0 1 水池注水控制阀 V 2 在断电的情况下 将PPI电缆一端与PLC的编程接口相连 另一端与计算机 串口 COM1 连接 可编程控制器原理及应用 实验讲义 32 3 实验接线 除了 I O 分配表所列接线外 还需将 PLC 主机的输入输出电源 部分接线连好 按照以上 I O 分配需要接的电源部分连线为 输入电源部分输出电源部分 实验单元的 L 输入电 源的 L 实验单元的 GND 负载电源的 GND 1M M1L 24V 注 输入电源的L 指西门子可编程控制器正下方的L 插孔 负载电源的 GND 指西门子可编程控制器正上方位于 24V与 5V之间的GND插孔 4 打开STEP7 Micro WIN编程软件 执行菜单命令 文件 新建 或点击工 具条上最左边的 按钮 生成一个新的项目 执行菜单命令 PLC 类型 设 置PLC型号 5 在主程序 OB1 中输入编写的实验程序 一般用梯形图编辑器 点击工具 条中的 或按钮 编译输入的程序 如程序有错 输出窗口会显示错误信息 用鼠标双击错误信息可以在程序编辑器中显示相应出错程序段以便修改 6 打开实验箱电源 将PLC上的模式开关拨到STOP位置 执行菜单命令 文件 下载 或工具条中的按钮 选择下载的块 执行下载 7 下载成功后将 PLC 的模式开关拨到 RUN 位置 RUN 指示灯亮 程序 开始运行 观察运行的结果 若结果与控制要求不符 则根据观察到的现象修改程 序 重新下载进行调试 直至满足控制要求为止 六 实验报告六 实验报告 在实验报告中填写 I O 分配表和最终的实验程序 并详细记录调试过程中遇到 的问题以及解决的方法 可编程控制器原理及应用 实验讲义 33 实验五实验五 四节传送带模拟实验四节传送带模拟实验 一 实验目的一 实验目的 1 进一步熟悉 S7 200 系列 PLC 位逻辑指令 2 熟悉程序调试方法 二 实验仪器二 实验仪器 1 ZY17PLC Sim12BE 可编程控制器实验箱1 台 2 安装了 STEP7 Micro WIN 编程软件的 PC 机1 台 3 PC PPI 编程电缆1 根 4 连接导线 若干 三 实验原理三 实验原理 本实验利用 PLC 控制四节传送带的运行 传送系统由四条传送带构成 YM1 YM2 YM3 YM4 分别模拟传送带 1 传送带 2 传送带 3 传送带 4 并由四台 电动机带动 控制要求如下 1 给一个 启动 脉冲 起动最末一条传送带 即第 4 条传送带 依次延 时 5 秒 起动其它传送带 2 给一个 停止 脉冲 停止最前一条传送带 即第 1 条传送带 依次延 时 5 秒 停止其它传送带 3 若某条发生故障 传送带 N 故障 有输入信号 则该传送带及其前面的 传送带立即停止 以后的传送带依次延时 5 秒停止 例如 YM2 故障 YM1 YM2 立 即停止 延时 5 秒后 YM3 停 再延时 5 秒 YM4 停 四 四 I OI O 模块说明模块说明 可编程控制器原理及应用 实验讲义 34 输入控制输出控制 启动传送带 1 运行 停止传送带 2 运行 传送带 3 运行 传送带 4 运行 五 实验内容及步骤五 实验内容及步骤 1 根据实验原理列出 I O 分配表 可参考下表 并根据分配表编写实验程 序 序 号 I O 名称 面 板符号 1I0 0 启动输 入 2I0 1 停止 1Q0 1 传送带 1 运行 YM1 2Q0 2 传送带 2 运行 YM2 3Q0 3 传送带 3 运行 YM3 输 出 4Q0 4 传送带 4 运行 YM4 2 在断电的情况下 将PPI电缆一端与PLC的编程接口相连 另一端与计算机 串口 COM1 连接 3 实验接线 除了 I O 分配表所列接线外 还需将 PLC 主机的输入输出电源 部分接线连好 按照以上 I O 分配需要接的电源部分连线为 输入电源部分输出电源部分 1M M 实验单元的 GND 负载电源的 GND 1L 2L 24V 注 负载电源的GND 指西门子可编程控制器正上方位于 24V与 5V之间的 可编程控制器原理及应用 实验讲义 35 GND插孔 4 打开STEP7 Micro WIN编程软件 执行菜单命令 文件 新建 或点击工 具条上最左边的 按钮 生成一个新的项目 执行菜单命令 PLC 类型 设 置PLC型号 5 在主程序 OB1 中输入编写的实验程序 一般用梯形图编辑器 点击工具 条中的 或按钮 编译输入的程序 如程序有错 输出窗口会显示错误信息 用鼠标双击错误信息可以在程序编辑器中显示相应出错程序段以便修改 6 打开实验箱电源 将PLC上的模式开关拨到STOP位置 执行菜单命令 文件 下载 或工具条中的按钮 选择下载的块 执行下载 7 下载成功后将 PLC 的模式开关拨到 RUN 位置 RUN 指示灯亮 程序 开始运行 观察运行的结果 若结果与控制要求不符 则根据观察到的现象修改程 序 重新下载进行调试 直至满足控制要求为止 六 实验报告六 实验报告 在实验报告中填写 I O 分配表和最终的实验程序 并详细记录调试过程中遇到 的问题以及解决的方法 七 思考题七 思考题 在上面实验程序的基础上编写程序 实验要求如下 若某条发生故障 传送带 N 故障 有输入信号 则该传送带及其前面的传送 带立即停止 以后的传送带依次延时 5 秒停止 例如 YM2 故障 YM1 YM2 立即停 止 延时 5 秒后 YM3 停 再延时 5 秒 YM4 停 可编程控制器原理及应用 实验讲义 36 可编程控制器原理及应用 实验讲义 37 实验六实验六 交通灯模拟控制实验交通灯模拟控制实验 一 实验目的一 实验目的 掌握复杂顺控指令的编辑 调试方法 二 实验仪器二 实验仪器 1 ZY17PLC Sim12BE 可编程控制器实验箱1 台 2 安装了 STEP7 Micro WIN 编程软件的 PC 机1 台 3 PC PPI 编程电缆1 根 4 连接导线 若干 三 实验原理三 实验原理 本实验利用 PLC 控制十字路口的交通灯 十字路口的交通灯分为横向控制灯和 纵向控制灯 每个方向有红 绿 黄 3 种颜色的控制灯 分别称为横向红灯 横向 绿灯 横向黄灯和纵向红灯 纵向绿灯 纵向黄灯 实验的控制要求如下 1 信号灯受一个启动开关控制 当启动开关接通时 信号灯系统开始工作 且先南北红灯亮 东西绿灯亮 2 当启动开关断开时 所有信号灯都熄灭 3 南北红灯亮维持 10 秒 在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮 并维持 5 秒 到 5 秒时 东西绿灯闪亮 闪亮 3 秒后熄灭 在东西绿灯熄灭时 东西黄灯亮 并 维持 2 秒 2 秒后 东西黄灯熄灭 东西红灯亮 同时南北红灯熄灭 绿灯亮 东 西红灯亮维持 15 秒 南北绿灯亮维持 10 秒 然后闪亮 3 秒后熄灭 然后南北黄灯 亮 维持 2 秒后熄灭 这时南北红灯亮 东西绿灯亮 周而复始 四 四 I OI O 模块说明模块说明 可编程控制器原理及应用 实验讲义 38 输入控制输出控制 启动 停止横向绿灯 横向黄灯 横向红灯 纵向绿灯 纵向黄灯 纵向红灯 五 实验内容及步骤五 实验内容及步骤 1 根据实验原理列出 I O 分配表 可参考下表 并根据分配表编写实验程 序 序号 I O 名称面板符号 输 入 1I0 0 启动 停止 1Q0 1 东西绿灯 G1 2Q0 2 东西黄灯 Y1 3Q0 3 东西红灯 R1 4Q0 4 南北绿灯 G2 5Q0 5 南北黄灯 Y2 输 出 6Q0 6 南北红灯 R2 2 在断电的情况下 将PPI电缆一端与PLC的编程接口相连 另一端与计算机 串口 COM1 连接 3 实验接线 除了 I O 分配表所列接线外 还需将 PLC 主机的输入输出电源 部分接线连好 按照以上 I O 分配需要接的电源部分连线为 可编程控制器原理及应用 实验讲义 39 输入电源部分输出电源部分 1M M 实验单元的 GND 负载电源的 GND 1L 2L 24V 注 负载电源的GND 指西门子可编程控制器正上方位于 24V与 5V之间的 GND插孔 4 打开STEP7 Micro WIN编程软件