第8章PLC控制系统的实验与实训

2020 4 7 1 第8章PLC控制系统的实验与实训 本章导读本章介绍了8个PLC控制实验都是比较经典而实用的 要求掌握实验的一般步骤 会对实验梯形图进行监控调试 还介绍了4个实训案例 通过这些案例 要求熟悉触摸屏 文本显示器步进电机驱动器和变频器的编程与使用 读者通过自己动手装接用单片机主控的学习型PLC 完成PLC的实验 培养设计PLC控制系统的综合分析和实际应用能力 2020 4 7 2 8 1PLC控制系统实验1 PLC的实验与实训采用个人电脑加PLC编程软件方式进行 实验用PLC宜选择晶体管输出型 或者晶体管与继电器混合输出型 PLC与对应的编程软件举例 1 三菱FX1S 20MT 或深圳九天丰菱FL1S 20MT FXGPV3 30 或GPPWV8 52中文版与内装的仿真软件GXSimulator6 C 2 无锡信捷XC3 48RT E XCPPro V3 1a 3 上海丰炜VB1 32MT LadderMaster V1 70 1 PLC控制系统实验可以在实验板上进行 将一些常用器件 如各类按钮开关 发光二极管 直流小电机 步进电机 七段码LED显示器以及所需的接插件等预先装在实验板上 再通过电缆线与PLC相连 2020 4 7 3 8 1PLC控制系统实验2 在做以下实验时 务必先仔细阅读6 4 3节 特别是通过例6 1实例 熟练掌握用FXGP编辑 调试梯形图的全过程 务必先仔细阅读4 2 3节 特别是通过例4 2实例 熟练掌握用FXGP编辑 调试SFC的全过程 仔细阅读2 4节 熟练掌握用GPPW编辑 调试梯形图的全过程 特别是能用其内装的GXSimulator对梯形图进行模拟仿真和获得时序图 这样 如果没有实际的PLC 也能用GPPW做下面8个实验 弥补了对PLC硬件的不足 注意 在以下实验中将不再重复说明FXGP或GPPW软件的操作过程 2020 4 7 4 8 1 1实验1双灯闪烁 熟悉PLC控制实验的步骤 1 功能要求系统上电后 并按下按钮X000 两个彩灯即交替闪烁 两彩灯交替闪烁间隔为2s 2 输入 输出端口设置双灯闪烁PLC控制的I O端口分配如表8 1所示 3 梯形图与指令表双灯闪烁PLC控制的梯形图与指令表分别如图8 1 a 和 b 所示 2020 4 7 5 8 1 1实验1双灯闪烁实验2 2020 4 7 6 8 1 1实验1双灯闪烁实验3 4 接线图双灯闪烁PLC控制的接线图如图8 2所示 注意 在实验室中可以用Y000和Y001直接驱动发光二极管来模拟 也可观察PLC面板上Y000和Y001的OUT指示灯 以下实验均可按此处理 5 梯形图监控调试按6 4 3节介绍的方法用FXGP进行双灯闪烁梯形图监控画面如图8 3所示 分图 a 表示触按X000按钮后 Y000接通 同时T1定时2s的画面 2020 4 7 7 8 1 1实验1双灯闪烁实验4 分图 b 表示T1定时2s到 Y001接通 同时T2开始定时的画面 T2定时2s到 监控画面又将转到分图 a 如此循环重复 2020 4 7 8 8 1 2实验2点动与长动 在GPPW中调试并加注释1 图8 4为点动 长动继电器控制电路 SB1为点动按钮 按下SB1后 KM线圈得电 驱动电机运行 释放SB1 电机即停转 SB2为长动按钮 按下SB2后 KA线圈得电 其常开吸合 下一个KA常开起自保作用 上一个KA常开使KM线圈得电 驱动电机运行 SB3为停止按钮 按下SB3电机停转 请改用PLC来控制 2020 4 7 9 8 1 2实验2点动与长动 在GPPW中调试并加注释2 1 功能要求 当接上电源 电机不动作 按下SB1后 电机能点动运行 按下SB2后 电机作长动运行 按下SB3后 电机停转 2 输入 输出端口设置点动与长动运行PLC控制的I O端口分配如表8 2所示 2020 4 7 10 8 1 2实验2点动与长动 在GPPW中调试并加注释3 3 梯形图 指令表和接线图电机点动与长动运行PLC控制的梯形图 指令表和接线图分别如图8 5 a b 所示 4 梯形图模拟调试 2020 4 7 11 8 1 2实验2点动与长动 在GPPW中调试并加注释4 按2 4节介绍的方法用GPPW模拟仿真此梯形图的画面如图8 6所示 分图 a 表示开始逻辑测试时画面 分图 b 表示X001被 强制ON 后 Y000点动运行时画面 再 强制OFF 后将回到分图 a 2020 4 7 12 8 1 2实验2点动与长动 在GPPW中调试并加注释5 分图 c 表示X002被 强制ON 再被 强制OFF 后 Y000长动运行时画面 5 给元件名加注释给元件名加注释能增加梯形图的可读性 能直观地表达每个软元件在程序中的作用 加注释步骤 用菜单命令 显示 工程数据列表 打开工程数据列表窗 见图8 7 a 在工程数据列表窗中 展开 软元件注释 目录后 双击通用注释 COMMENT 弹出软元件注释编辑窗 在8 7 a 工程数据列表右边区域 在此编辑窗中的 软元件名 组合框中输入要编辑的元件名 X001 单击 显示 按钮 在对应X001的 注释 2020 4 7 13 8 1 2实验2点动与长动 在GPPW中调试并加注释6 栏输入要注释的内容 点动 用同法给图8 5 a 梯形图中其它的软元件加上注释 双击工程数据列表窗中 MAIN 出现梯形图视窗 用菜单命令 显示 注释显示 就能在梯形图中看到所加的注释了 如图8 7 b 所示 2020 4 7 14 8 1 3实验3直流电机正反转控制PLC系统 本实验可参照 例3 18设计一个用FX1S 20MT的输出端子直接驱动直流电动机正反转控制系统 思考题请用GPPW对图3 33 a 直流电动机正反转控制梯形图进行模拟调试 并对图8 8 a 和 b 两个GPPW模拟调试画面进行说明 2020 4 7 15 8 1 4实验4两台电机顺序控制PLC系统1 1 功能要求 当接上电源时 电机不动作 当按下SB2按钮后 泵电机M1动作 再按SB4 主电机M2才会动作 未按SB2按钮 而先按SB4按钮时 主电机M2将不会动作 按SB3按钮后 只有主电机M2停止 而按SB1按钮后 M1 M2两电机将会同时停止 按FR后 两电机M1和M2均因过载保护而停止 2020 4 7 16 8 1 3实验4两台电机顺序控制PLC系统2 2 输入 输出端口设置两台电机顺序控制的I O端口分配如表8 3所示 3 梯形图与指令表两台电机顺序控制的PLC控制的梯形图和指令表分别如图8 10 a 和 b 所示 2020 4 7 17 8 1 3实验4两台电机顺序控制PLC系统3 2020 4 7 18 8 1 3实验4两台电机顺序控制PLC系统4 4 接线图两台电机顺序控制的PLC控制的接线图如图8 11所示 2020 4 7 19 8 1 5实验5笼型异步电机Y 降压起动控制PLC系统1 按下SB2后 主触点KM1和KM3闭合 而主触点KM2是断开的 电机作Y型起动 20秒后主触点KM3断开 主触点KM1和KM2闭合 电机切换为 型连接作连续运行 SB1为停止按钮 请改用PLC来控制 2020 4 7 20 8 1 5实验5笼型异步电机Y 降压起动控制PLC系统2 1 功能要求 当接上电源时 电机M不动作 当按下SB2后 电机M作星形降压起动 延时20秒后 电机M以三角形连接作全压运行 按下SB1 电机停机 热继电器触点FR动作后 电机M因过载保护而停机 2 输入 输出端口设置 2020 4 7 21 8 1 5实验5笼型异步电机Y 降压起动控制PLC系统3 3 梯形图与指令表电机Y 降压起动PLC控制的梯形图和指令表如图8 14 a 和 b 所示 2020 4 7 22 8 1 5实验5笼型异步电机Y 降压起动控制PLC系统4 4 接线图Y 降压起动PLC控制接线图如图8 15 5 梯形图监控调试按6 3节介绍的方法用FXGP进行电机Y 降压起动梯形的监控画面如图8 16所示 分图 a 表示进入监控时的初始画面 2020 4 7 23 8 1 5实验5笼型异步电机Y 降压起动控制PLC系统4 分图 b 表示触按X002按钮后 Y001和Y003接通 电机作Y型起动 同时T1定时20s的画面 分图 c 表示T1定时20s到 使Y003断开 Y002接通 而Y001仍是接通的 电机切换为 型连接作连续运行 2020 4 7 24 8 1 6实验6交通灯控制PLC系统1 1 功能要求 设置一个启停开关X010 系统上电后 并按下开关X010 南北红灯与东西绿灯同时亮 南北红灯亮将维持18s 而东西绿灯亮先维持12s 接着绿灯闪烁 亮暗间隔各为0 5s 闪烁3次后熄灭 变为东西黄灯亮 并维持3s后熄灭 同时南北红灯也熄灭 接着 变为东西红灯亮 南北绿灯亮 东西红灯亮将维持18s 而南北绿灯亮先维持12s 接着绿灯闪烁 亮暗间隔各为0 5s 闪烁3次后熄灭 变为南北黄灯亮 并维持3s后熄灭 同时东西红灯也熄灭 此后 恢复为南北红灯亮与东西绿灯同时亮 如此重复循环 2020 4 7 25 8 1 6实验6交通灯控制PLC系统2 2 输入 输出端口设置交通灯控制的I O端口分配如表8 5所示 3 梯形图与指令表梯形图和指令表如图8 17 a 和 b 所示 2020 4 7 26 8 1 6实验6交通灯控制PLC系统3 图8 17 a 交通灯PLC控制梯形图 2020 4 7 27 8 1 6实验6交通灯控制PLC系统4 图8 17 b 交通灯PLC控制指令表 2020 4 7 28 8 1 6实验6交通灯控制PLC系统5 4 接线图交通灯PLC控制系统的接线图如图8 18所示 5 梯形图在线调试按照图8 18接线图进行接线 把南北红绿黄灯放在南北位置 把东西红绿黄灯放在东西位置 此后 系统上电 2020 4 7 29 8 1 6实验6交通灯控制PLC系统6 将程序传送至PLC中 并将PLC的RUN开关打上 使RUN灯亮 合上开关X010后 观察交通灯是否符合功能要求进行转换 交通灯的工作波形图也可参看图4 56 仅数据上有些不同 波形是一样的 如果在线调试出现问题 可以进入监控 进行排除 2020 4 7 30 8 1 7实验7广告牌PLC控制及SFC的监控调试1 本实验内容请参看例4 9 要求在FXGP软件中用SFC语言来设计 并进行SFC程序的监控调试 下面仅给出用FXGP对图4 37的SFC程序的监控过程 此前读者应已经完成 1 按照例4 10介绍的方法 用FXGP画好了图4 37SFC图和相关内置梯形图 并将其转换成相应的步进梯形图和指令表 见图4 40 2 按照例6 1介绍的方法 用菜单命令 PLC 传送 写出 将程序传送到PLC 3 在系统未上电情况下 按照图4 39接线图进行接线 此后 给系统上电 并将PLC的RUN开关打上 使RUN灯亮 就可以进行SFC程序监控调试了 2020 4 7 31 8 1 7实验7广告牌PLC控制及SFC的监控调试2 SFC程序监控调试步骤可以参照例6 1介绍的步骤进行 用菜单命令 监控 测试 开始监控 进入SFC程序监控 初始监控画面如图8 20 a 所示 图中 只有初始状态S2有绿色底纹 说明S2处于接通状态 没有底纹的S20 S23均处于关闭状态 2020 4 7 32 8 1 7实验7广告牌PLC控制及SFC的监控调试3 如果没有外接按钮X010 可以进行元件ON OFF的模拟 用菜单命令 监控 测试 强制ON OFF 出现如图8 21所示 强制ON OFF 对话框 在元件栏中输入X010 并单击 确认 按钮 这时转移条件X010将接通一个扫描周期 使状态从S2同时转移到3个并行分支S20 S22 使彩灯每隔0 5s依次点亮 监控画面如图8 20 b 所示 状态S20 S22因接通而出现绿色底纹 同时S2因自动复位而失去底纹 T0定时时间1 5s到 从 2020 4 7 33 8 1 7实验7广告牌PLC控制及SFC的监控调试4 状态S20 S22汇合转移到状态S23 使彩灯全亮全熄闪烁3次 监控画面如图8 20 c 所示 状态S23因接通而出现绿色底纹 同时S20 S22因自动复位而失去底纹 T3定时时间3s到 一次扫描结束 从状态S23跳转到初始状态S2 监控画面回到图8 20 a 如果接有外接按钮X010 可以进行在线监控调试 按下X010后 监控画面自动在图8 20 b c 之间循环 用菜单命令 监控 测试 停止监控 可以结束梯形图监控 2020 4 7 34 1 功能要求 设置一启停开关X010 系统上电后 按下X010 LED显示器逐个显示十六进制数码 0 9 a b C d E F 每个数码被点亮的持续时间均为0 5s LED显示器各段排列见图5 117 相应的七段码的译码见表5 72 请使用功能指令 MOV ZRST 来编程 8 1 8实验8七段码LED显示器PLC控制系统1 2020 4 7 35 2020 4 7 36 8 1 8实验8七段码LED显示器PLC控制系统3 2 输入 输出端口设置七段码LED显示器PLC控制I O端口分配如表8 6所示 3 梯形图与指令表图8 22所示 指令表从略 2020 4 7 37 8 1 8实验8七段码LED显示器PLC控制系统4 图8 22七段码LED显示器PLC控制梯形图 2020 4 7 38 8 1 8实验8七段码LED显示器PLC控制系统5 图8 22七段码LED显示器PLC控制梯形图续 2020 4 7 39 8 1 8实验8七段码LED显示器PLC控制系统6 4 接线图七段码LED显示器PLC控制的接线图如图8 23所示 PLC为FX1S 20MT 采用FX0N 60MR也行 输出Y000 Y006通过150 电阻直接驱动3英寸共阳LED显示器的 2020 4 7 40 8 1 8实验8七段码LED显示器PLC控制系统7 引脚a g 12V直流电源的正负极分别与LED显示器的共阳端和PLC的COM端相连 将COM0 COM3短接 LED显示器的引脚图如8 24所示 不同尺寸 型号的LED显示器引脚有所不同 请按实际使用的来连接 限流电阻 要按实际电路进行调整 5 梯形图在线调试按照图8 23进行接线 给系统上电 将程序传送至PLC中 并将PLC的RUN开关打上 使RUN灯亮 合上开关X010后 LED显示器将依次显示十六进制数码0 F 如果在线调试出现问题 可以进入监控 进行排除 2020 4 7 41 8 2PLC控制系统实训 8 2 4实训4自制PLC并用单片机仿真PLC方法进行控制1 实训目的 1 设计并装接单片机主控的PLC FL1S 20MT 2 在FL1S 20MT上用指令转换法仿真控制实验4 2 实训知识硬件部分可以参照1 4节FL1S 20MT型PLC电原理图 并结合自己所选用的单片机的不同特点进行设计 PLC运行还需要系统软件 为此 本节提出了一种将PLC指令转换为单片机的指令 用STC89C58RD 单片机来仿真PLC控制的方法 该方法允许用户先按梯形图对控制对象编程 再通过两者之间指令转换 把梯形图转换成单片机控制指令 进行单片机仿真PLC控制 因此 这种 2020 4 7 42 8 2 4实训4自制PLC并用单片机仿真PLC法进行控制2 方法十分适合于制作专用的嵌入式功能电路板 同时 只要修改单片机芯片中的HEX代码 就能改变其控制功能 所以仿真板又是 柔性 的 STC89C58RD 具有ISP 在系统编程 功能 可以把专用程序代码写入芯片中 从而 把它改造成为一个用单片机仿真PLC的专用功能板 下面以FL1S 20MT为平台 介绍用单片机仿真PLC的指令转换法来做实验4 把实验4中图8 10 a 的梯形图转化为MCS 51汇编指令 MCS 51中的布尔处理器 具有丰富的位处理功能 可用这些位操作逻辑指令来替换FX2N系列梯形图中的对应的基本逻辑指令 下面将实验中经常用到的可替换的指令 用表8 8和表8 9列出 2020 4 7 43 8 2 4实训4自制PLC并用单片机仿真PLC法进行控制3 同样的LD LDI指令一般可按表8 8所示来转换 但当它们与块操作指令ANB和ORB联用时 就要按表8 9所示来转换 拿LDBIT来说明 它是取当前位的状态到位累加器C 但在取进来前 要将原C中的状态进行压栈保护 即压入片内RAM字节地址为1FH的堆栈中 然后再将当前位的状态取到C中 由于堆栈的长度是8 2020 4 7 44 8 2 4实训4自制PLC并用单片机仿真PLC法进行控制4 2020 4 7 45 8 2 4实训4自制PLC并用单片机仿真PLC法进行控制5 位 所以LD指令连续使用次数不能超过8次 表8 9中其它指令 请按表中简要的说明来理解 不再详细展开 这样 就可以按这两个表给出的指令间等效替换的方法将梯形图转化为51汇编指令了 实验4两台电机顺序控制的完整汇编源程序以 顺控 ASM 存盘 内容见下 P4EQU0E8H 把P4口的地址E8H赋给P4 P4是P4口的符号地址X00INBITP4 1 定义X00IN为P4 1 输入X000 X007选通信号 Y00OUTBITP4 3 定义Y00OUT为P4 3 输出Y000 Y007选通信号 X00BIT00H 定义X00为位地址00H X00就00H的符号地址X01BIT01H 定义X01为位地址01H X01就01H的符号地址X02BIT02H 定义X02为位地址02H X02就02H的符号地址X03BIT03H 定义X03为位地址03H X03就03H的符号地址X04BIT04H 定义X04为位地址04H X04就04H的符号地址Y00BIT10H 定义Y00为位地址10H Y00就10H的符号地址Y01BIT11H 定义Y01为位地址11H Y01就11H的符号地址 2020 4 7 46 ORG0000H 0000H为复位入口地址AJMPSTART 程序跳转至STARTORG0030H 指定程序的起始地址为0030HSTART MOVP1 00H 置P1口为00H 输出口清零CLRY00OUT 从此起3指令 模拟P4 3产生正脉冲选通信号NOPSETBY00OUTMOVSP 60H 设置堆栈地址从60H开始PLC ACALLINOUT 调用输入输出刷新子程序MN1 MOVC X02 对应指令LDX002的转换ORLC Y00 对应指令ORY000的转换ANLC X01 对应指令ANIX001的转换ANLC X00 对应指令ANIX000的转换MOVY00 C 对应指令OUTY000的转换MOVC X04 对应指令LDX004的转换ORLC Y01 对应指令ORY001的转换ANLC X01 对应指令ANIX001的ANLC X03 对应指令ANIX003的转换 2020 4 7 47 ANLC X00 对应指令ANIX000的转换ANLC Y00 对应指令ANDY000的转换MOVY01 C 对应指令OUTY001的转换MN2 AJMPPLC 循环扫描INOUT