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1、可编程控制器原理及应用实验指导书杨霞，郭洪澈，贺洪斌电气工程学院20096 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 21 页 -1-前言可编程控制器的实验遵照循序渐进的原则，由浅入深的分为上机练习，参照样例程序的PLC应用练习实验和PLC 控制系统设计的综合实验等部分。PLC 实验方法有两种，一种是用PLC 实验装置进行实验和应用程序的开发；另一种是用普通 PLC 外加若干导线进行简易的开发和实验。PLC 实验装置具有直观，使用方便的优点，通常配有各种工业控制模板，可以形象地模拟工业现场控制，尤其是导线的插拔连接形式，适用于教学的重复使用。若无PLC 实验装置，也可直接使
2、用PLC 配以外部连接导线，给出必要的输入信号进行实验，并且可以利用PLC 自身的输出指示观察PLC 运行结果。实验是科学技术得以发展的重要保证，是研究自然科学的手段。可编程控制器原理及应用实验是可编程控制器原理及应用理论课程的重要组成部分，也是培养从事材料控制工程中的可编程控制器自动控制与应用能力的重要环节。一、实验设备序号设备名称序号设备名称1 西门子 s7-200 可编程序控制器4 五模型实验挂箱2 装有 STEP7-Micro/WIN32软件的微机5 六模型实验挂箱3 基本指令实验挂箱6 专用 PPI 通讯电缆二、实验方法一）实验目的1.在PLC 原理及应用理论课知识基础上，进行实验基
3、本技能的训练。2.巩固和加深所学的理论知识，培养运用理论分析和解决实际问题的能力。3.培养实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯。二）技能要求1.能正确使用实验仪器设备，掌握实验方法及数据分析方法。2.能正确连接实验线路，读取数据，观察曲线，能初步分析和排除故障。3.能正确利用实验手段验证一些理论和结论。4.能正确书写实验报告和绘制图表，对数据进行处理，曲线进行分析，得出结论。三）实验要求（一）课前预习教学实验受时间及条件限制。在规定的时间内能否很好完成实验任务，达到实验目的与要求，很大程度上取决于课前准备的是否充分。因此，要求学生课前进行预习。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整
4、理-第 2 页，共 21 页 -2-1.仔细阅读实验指导书及相关参考资料，明确实验目的及任务，了解实验的基本原理及实验线路、方法及步骤，具此编写实验报告。2.对实验中要观察哪些现象，记录哪些数据曲线，注意哪些注意事项做到心里有数。3.对实验指导书中提出的思考问题及注意事项要有深刻印象，以便在实验中观察和注意。（二）.实验操作1.学生到指定的实验台，认真领会指导老师对实验的讲解、要求及注意。2.实验中所用仪器设备连线操作规范。3.实验线路连接好后，认真检查后，一定要实验老师检查无误后，方可通电。4.实验过程中，认真调试观察，发现异常，及时查找原因处理。5.实验完毕，先切断电源，再根据实验要求核对
5、实验数据，经指导教师审核通过后再拆线路，并将仪器、接线按要求安放整齐。（三）.实验报告实验报告是学生进行实验全过程的总结，是完成实验教学环节的凭证，要求文字简洁、工整、曲线图表清晰，结论要有科学根据。实验报告应包括以下内容：1.实验目的2.实验仪器：实验中使用的主要仪器名称、规格型号与参数。3.实验原理4.实验步骤：具体任务要求，绘实验电路图。5.实验记录：数据表格、曲线。6.实验分析：数据计算，曲线及误差分析。7.实验结论：实验与理论相符，实验中发生的问题、现象及事故分析，对实验的建议和设想。8.思考问题：对实验指导书中思考问题进行解答。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3
6、页，共 21 页 -3-实验一认识可编程控制器的硬件与软件 SIMATIC 使用方法练习首先研究 SIMATIC 指令系统的基本操作方法，然后进行PLC 的练习实验。本实验给出了PLC控制系统实验要求的样例程序，参考电路等PLC 练习实验所需要的所有资料，可以通过程序输入、调试、运行，逐步掌握PLC 实验的基本方法。1.实验目的（1）练习使用S7-200 编程软件，了解PLC 实验装置的组成。（2）掌握用户程序的输入和编辑方法。（3）熟悉基本指令的应用。（4）熟悉语句表指令的应用及其与梯形图程序的和转还。2.实验内容（1）输入图1.1 所示的梯形图，并转换成对应的语句表指令（也可结合教材习题练
7、习）。（2）为梯形图1.1 中段 1 注释，并用符号表为I0.0、I0.1、Q0.0 添加符号名（符号名可任意设定）。（3）练习程序的编辑、修改、复制、粘贴的方法。（4）将图 1.1 中程序改成图1.2，并转换成语句表程序，分析OLD、ALD 语句用法。（5）参考教材，练习栈操作指令的使用方法。（6）参考教材，练习定时器和计数器指令及参数的输入方法，例如梯形图1.3。（7）练习系统块设置的方法。图 1.1 梯形图练习1 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 21 页 -4-图 1.2 梯形图练习2 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 21 页
8、-5-名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 21 页 -6-图 1.3 洗衣机自动控制系统梯形图程序3.实验步骤（1）开机（打开计算机电源，但不接PLC 电源）。（2）进入 S7-200 编程软件。（3）选择语言类型（SIMATIC）。（4）输入 CPU 类型。（5）由主菜单或快捷按钮输入、编辑程序。（6）进行编译，并观测编译结果，修改程序，直至编译成功。4.实验报告内容（1）以图 1.1 为例，总结梯形图输入及修改的操作过程。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 21 页 -7-（2）写出梯形图添加注释及符号名的操作过程。（3）总结 OLD、A
9、LD 指令和栈操作指令的使用方法。（4）简述系统块设置的方法。5.思考练习（1）分析各种定时器的使用方法及不同之处。（2）总结程序输入、调试的方法和经验。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 21 页 -8-实验二 可编程控制器的硬件接线与软件编程电动机正反转控制和智力竞赛抢答器本实验仅给出PLC 控制题目及要求，由实验者自行设计PLC 外部接线和应用程序，并反复进行程序的输入、修改、调试，直至得出正确的运行结果，意在提高创新和独立思考能力及综合素质。一、电动机正反转控制1.实验目的（1）学习西门子s7-200 PLC 与外部设备的连接。（2）学习编程软件STEP7-M
10、icro/WIN32 的操作。（3）根据三相交流异步电机的原理图，学习用PLC来控制电机的正反转的方法。2.实验设备（1）西门子s7-200 可编程序控制器一台（2）装有 STEP7-Micro/WIN32 软件的微机一台（3）三相交流异步电动机一台及相关实验设备。3.实验内容图 2.1 三相异步电动机控制实验示意图图 2.1 为三相交流异步电机的实验原理及实验模拟图。此实验的控制对象是一台三相交流异步电动机，要完成的功能的是用PLC 控制三相交流异步电动机的正反转和Y/启动。要完成这名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 21 页 -9-两项功能，除电机外，还需要四组三
11、相交流接触器KM1、KM2、KMY 和 KM，以及 3 个按钮SB1、SB2、SB3。图中的M 代表三相交流异步电动机，两个箭头旁分别有一个发光二极管，其中，红灯亮表示电机正转，绿灯亮表示电机反转，都不亮表示电机停转；代表KM1、KM2、KMY 和 KM 的发光二极管亮时表示该接触器线圈得电，对应的常开触点闭合。实验任务：当按下按钮SB1 时，KM 接通，KM1 灯亮，电机正转；当按下按钮SB2 时，KMY 接通，KM2 灯亮，电机反转；KMY 和 KM 绝不能同时接通；正反转之间要联锁。I/O 分配：参考梯形图程序：输入信号信号元件及作用I0.0 I0.1 I0.2 SB1：正转SB2：反转
12、SB3：停止输出信号控制对象及作用Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 KM1 KM2 KM KMY 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 21 页 -10-二、智力竞赛抢答器1.实验目的（1）掌握 PLC 外部输入、输出电路的设计和连接方法；（2）掌握应用软件的编程方法；（3）掌握应用符号地址编程的方法。2.实验设备（1）计算机（编程器）1 台；（2）实验装置：按钮和指示灯。3.实验内容及要求智力竞赛抢答器的要求：利用PLC 控制系统设计1 个 4 组的智力竞赛抢答器。抢答器的控制要求：（1）在主持人侧，设置抢答指示电路和启动、复位按钮。选手侧各设置1 个抢答按钮
13、。（2）主持人按动启动按钮，可以进行一次抢答，黄色发光二极管作允许抢答指示。（3）竟猜者抢答主持人所提的问题时，按动各自的抢答按钮。（4）收到第1 个抢答信号后，主持人侧红色发光二极管作抢答指示，数码管显示抢先1 组的组别，主持人按下复位按钮，指示灯和数码管熄灭。4.实验步骤（1）设计 PLC 外部电路；（2）使用通用器件板开关元器件和实验板连接PLC 外部电路，采用符号地址、应用七段码指令编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）运行用户程序，观察程序运行结果。注意：程序上、下载时，必须给PLC 上电，并将CPU 置于 STOP 状态。5.思考练习（1）继电器控制电路转
14、换为梯形图法。（2）指出影响系统响应速度的因素。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 21 页 -11-（3）利用 CPU224 PLC 制成的抢答器，最多为几组？试设计最多组时PLC 的外部电路。三、实验报告内容（1）画出实验步骤中的线路图，并说明各器件的作用。（2）写出实验的操作步骤，控制梯形图。（3）写出实验心得名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 21 页 -12-实验三可编程控制器的软件编程（高级语句使用）交通灯自动控制和电动机Y-起动控制实验一、交通灯自动控制1.实验目的（1）练习定时器、计数器的基本使用方法。（2）掌握 PLC
15、的编程和调试方法。（3）对应用PLC 解决实际问题的全过程有个初步了解。2.实验设备（1）编程器 1 台（PC 机）。（2）实验装置1 台。（3）交通灯实验模板一块。（4）导线若干。3.控制要求及参考交通路口红、黄、绿灯的基本控制要求如下：路口某方向绿灯显示（另一方向亮红灯）10秒后，黄灯以占空比为50的一秒周期（0.5 秒脉冲宽度）闪烁3 次（另一方向亮红灯），然后变为红灯（另一方向绿灯亮、黄灯闪烁），如此循环工作。PLC I/O 端口分配：SB1 I0.0 起动按钮SB2 I0.1 停止按钮HL1（HL7）Q0.0 东西红灯HL2（HL8）Q0.1 东西黄灯HL3（HL9）Q0.2 东西绿
16、灯HL4（HL10）Q0.4 南北红灯HL5（HL11）Q0.5 南北黄灯HL6（HL12）Q0.6 南北绿灯PLC 参考电路：图 3.1 红绿灯控制PLC 电气原理图4.实验内容及要求名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 21 页 -13-（1）按参考电路图完成PLC 电路接线（配合通用器件板开关元器件）。（2）输入参考程序并编辑。（3）编译、下载、调试应用程序。（4）通过实验模板，显示出正确运行结果。注意：程序上、下载时，必须给PLC 上电，并将CPU 置于 STOP 状态。5.思考练习（1）要实现一个简单的过程控制，程序编制的思路及步骤有哪些？（2）定时器、计数
17、器预置值如何设定输入？如何修改？（3）简述上机操作步骤。（4）增设某个方向直通的功能。二、电动机 Y-起动1.实验目的（1）用 PLC 控制电动机Y-起动电路；（2）通过实验，提高分析、解决问题的能力。2.实验设备（1）计算机（编程器）1 台；（2）实验装置（含S7-200 24 点 CPU）1 台；（3）电动机Y-起动实验模板1 块；（4）连接导线若干。3.电动机 Y-起动要求（1）电动机M 能实现正、反向Y-启动。（2）电气操作流程说明：按动正向启动按钮SB2，KM1 和 KM4 闭合（Y型起动），经 3 秒后 KM4 断开，KM3 闭合，实现正向型运行；按动反向启动按钮SB3，KM2 和
18、 KM4 闭合（Y 型起动），经 3秒后 KM4 断开，KM3 闭合，实现正向型运行，按停车按钮SB1，电动机 M 停止运行。4.实验内容及要求（1）根据电动机Y-起动要求，设计 PLC 外部电路（配合通用器件板开关元器件）；（2）连接 PLC 外部（输入、输出）电路，编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）运行用户程序，观察程序运行结果。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 21 页 -14-5.思考练习（1）若电动机M 直接由正向运行转入反向运行（不用停车按钮），程序如何改动？（2）结合实验过程和结果写出实验报告。三、实验报告内容（1）画出
19、实验步骤中的线路图，并说明各器件的作用。（2）写出实验的操作步骤，控制梯形图。（3）写出实验心得名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 21 页 -15-实验四 可编程控制器的软件编程（综合应用）（一至四项目任选）一、自动送料装车系统1.实验目的：（1）了解工业生产过程中PLC 控制方法；（2）学会熟练使用PLC 解决生产实际问题。2.实验设备（1）计算机（编程器）1 台；（2）实验装置（含S7-200 24 点 CPU）1 台；（3）自动送料装车系统实验模板1 块；（4）连接导线若干。3.自动送料装车系统的控制要求初始状态：绿灯（L1）亮，红灯（L2）灭，表示允许汽车
20、开进装料，此时，进料阀门（k1），料斗阀门（k2），电动机（M1，M2，M3）皆为 OFF 状态。当汽车到来时，检测开关S3 接通（负载板上未设，可从通用器件板选取），红色信号灯L2亮，绿色 L1 灭，传送带驱动电动机M3 运行；2 秒后，电动机 M2 运行；再经过 2 秒钟 M1 运行，依次顺序起动送料系统。电动机M3 运行后，进料阀门K1 打开料斗进料，料斗装满时，检测开关S1=1，进料阀门K1 关闭（设1 料斗物料足够装满1 车）；料斗出料阀门K2 在 M1 运行及料满（S1=1）后，打开放料，物料通过传送带的传送，装入汽车。当装满汽车后，称重开关S2 动作，料斗出料阀门K2 关闭，同时
21、电动机M3 断电停止，2秒后 M2 停止，再过2 秒 M1 停止，L1 亮，L2 灭，表示汽车可以开走。4.实验内容及要求（1）根据自动送料装车系统的控制要求，设计PLC 外部电路，；（2）连接 PLC 外部（输入、输出）电路（配合通用器件板开关元器件），编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）运行用户程序，观察程序运行结果。5.思考练习（1）在原试验基础上，增加每日装车次数统计功能。（2）结合实验过程和结果写出实验报告。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 21 页 -16-二、多种液体自动混合1.实验目的（1）结合多种液体自动混合系统，应用
22、PLC 技术对化工生产过程实施控制；（2）学会熟练使用PLC 解决生产实际问题。2.实验设备（1）计算机（编程器）1 台；（2）实验装置（含S7-200 24 点 CPU）1 台；（3）多种液体自动混合实验模板1 块；（4）连接导线若干。3.液体自动混合系统的控制要求（1）液体自动混合系统的初始状态：在初始状态，容器为空，电磁阀Y1，Y2，Y3，Y4 和搅拌机M 以及加热元件R 均为 OFF，液面传感器L1，L2，L3 和温度检测T 均为 OFF。（2）液体混合操作过程：按动启动按钮，电磁阀Y1 闭合（Y1 为 ON），开始注入液体A，当液面高度达到L3 时（L3 为 ON）关闭电磁阀Y1（Y
23、1 为 OFF），液体 A 停止注入，同时，开启电磁阀门Y2（Y2为 ON）注入液体B,当液面升至L2 时（L2 为 ON）关闭电磁阀Y2（Y2 为 OFF），液体 B停止注入，同时，开启电磁阀Y3（Y3 为 ON），注入液体C，当液面升至L1 时（L1 为 ON）关闭电磁阀Y3（Y3 为 OFF），液体 C 停止注入，然后开启搅拌电动机M，搅拌 10 秒 停止搅拌，加热（启动电炉R）当温度（检测器T 动作）达到设定值时 停止加热（R 为 OFF），并放出混合液体（Y4 为 ON），至液体高度降为L3 后，再经 5 秒延时，液体可以全部放完 停止放出（Y4 为 OFF）。液体混合过程结束。按动
24、停止按钮，液体混合操作停止。4.实验内容及要求（1）按液体混合要求，设计PLC 外部电路（配合使用通用器件板开关元器件）；（2）连接 PLC 外部（输入、输出）电路，编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）运行用户程序，观察程序运行结果。5.思考练习（1）分析程序运行结果。（2）试编写出搅拌与加热同时进行的程序，要求加热与搅拌条件同时满足后顺序向下执行，观测运行结果。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 21 页 -17-（3）简述液位传感器L1，L2，L3 的工作原理及实验时的操作方法。（4）结合实验过程和结果写出实验报告。三、天塔观光（循环
25、显示电路）1.实验目的（1）熟悉 PLC 循环程序的编程；（2）了解工业顺序控制的基本原理；（3）学会熟练使用PLC 解决动态显示问题。2.实验器材（1）计算机（编程器）1 台；（2）实验装置（含S7-200 CPU）1 台；（3）循环显示实验模板1 块；（4）连接导线若干。3.循环显示要求模板中心的黄灯L1 亮红灯 L2.L3.L4.L5间隔 0.5 秒依次点亮绿灯 L6、L7、L8、L9 间隔 0.5 秒依次点亮黄灯 L1 熄灭L2、L3、L4、L5 同时熄灭L6、L7、L8、L9 同时熄灭返回初始步，循环显示。4.实验内容及要求（1）按循环显示实验模板的要求，设计PLC 外部电路（配合使
26、用通用器件板开关元器件）；（2）连接 PLC 外部（输入、输出）电路，编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）运行用户程序，观察程序运行结果。5.思考练习（1）请重新设计1 套循环显示程序流程，利用本控制模板，显示出不同的动态结果。（2）结合实验结果写出实验报告。四、电梯控制1.实验目的（1）掌握 PLC 的基本指令、功能指令的综合应用。（2）掌握 PLC 与外围控制电路的实际接线方法。（3）掌握随机逻辑程序的设计方法。1.5 秒1.5 秒1.5 秒1.5 秒1.5 秒名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 21 页 -18-2.实验器材（1）编
27、程器1 台（PC 机）；（2）可编程序控制实验装置1 台；（3）四层电梯自动控制演示板1 块；（4）连接导线若干。3.实验内容与步骤电梯实验动作要求如下：（1）电梯上行设计要求当电梯停于1 楼（1F）或 2F、3F 时，4 楼呼叫，则上行到4 楼碰行程开关后停止；电梯停于1 F 或 2F，3F 呼叫时，则上行，到3F 行程开关控制停止；电梯停于1F，2F 呼叫，则上行，到2F 行程开关控制停止；电梯停于1F，2F、3F 同时呼叫，电梯上行到2F，停 5 秒，继续上行到4F 停止；电梯停于1F，3F、4F 同时呼叫，电梯上行到3F，停 5 秒，继续上行到4F 停止；电梯停于1F，2F、4F 同时
28、呼叫，电梯上行到2F，停 5 秒，继续上行到4F 停止；电梯停于1F，2F、3F、4F 同时呼叫，电梯上行到2F，停 5 秒，继续上行到3F，停 5 秒，继续上行到4F 停止；电梯停于2F，3F、4F 同时呼叫，电梯上行到3F 停 5 秒，继续上行到4 停止。（2）电梯下行设计要求电梯停于4F 或 3F 或 2F，1F 呼叫，电梯下行到1F 停止；电梯停于4F 或 3F，2F 呼叫，电梯下行到2F 停止；电梯停于4F，3F 呼叫，电梯下行到3F 停止；电梯停于4F，3F、2F 同时呼叫，电梯下行到3F，停 5 秒，继续下行到2F 停止；电梯停于4F，3F、2F 同时呼叫，电梯下行到3F，停 5
29、 秒，继续下行到1F 停止；电梯停于4F，2F、1F 同时呼叫，电梯下行到2F，停 5 秒，继续下行到1F 停止；电梯停于4F，3F、2F1F 同时呼叫，电梯下行到3F，停 5 秒，继续下午到2F，停 5 秒，继续下行到1F 停止；（3）各楼层运行时间应在15 秒以内，否则认为有故障；（4）电梯停于某一层，数码管应显示该层的楼层数；（5）电梯上、下行时，相应的标志灯亮。4.I/O 地址名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 21 页 -19-输入、输出地址分配参考：PLC 进入 RUN 状态，电梯系统启动工作；PLC 输出 QO.0/Q0.1 用于上行/下行指示和提升电
30、机（M）正/反转控制。Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5.分别显示电梯所在的层位置14。输入地址分配如图 4.1 所示。图 4.1 电梯输入地址分配参考5.实验思考（1）按照题目给出的条件要求，最少需要多少点的PLC（2）分析实验结果及本实验要求存在的主要问题。（3）根据实验结果写出实验报告。五、实验报告内容（1）画出实验步骤中的线路图，并说明各器件的作用。（2）写出实验的操作步骤，控制梯形图。（3）写出实验心得一层：SQ1(I0.0)二层：SQ2(I0.1)三层：SQ3(I0.2)四层：SQ4(I0.3)一层：SB8(I0.7)二层：SB6(I0.5)三层：SB4(I0.6)四层：SB2
31、(I0.4)一层：SB7(I1.3)二层：SB5(I1.2)三层：SB3(I1.1)四层：SB1(I1.0)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 21 页 -目录前言.-1-实验一认识可编程控制器的硬件与软件.-3-实验二可编程控制器的硬件接线与软件编程.-8-一、电动机正反转控制.-8-二、智力竞赛抢答器.-10-实验三可编程控制器的软件编程（高级语句使用）.-12-一、交通灯自动控制.-12-二、电动机 Y-起动.-13-实验四可编程控制器的软件编程（综合应用）.-15-一、自动送料装车系统.-15-二、多种液体自动混合.-16-三、天塔观光（循环显示电路）.-17-四、电梯控制 .-17-名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 21 页 -