THGMC1 可编程可编程控制器实验指导书.docx
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THGMC1可编程可编程控制器实验指导书
目录
第一章可编程控制器的概述1
第二章可编程控制器基本指令简介6
第三章CX-Programmer软件的使用及编程规则7
第四章MCGS组态软件的介绍及使用10
第五章实验内容13
实验一电视模拟发射塔13
实验二十字路口交通灯控制15
实验三三相鼠笼式异步电动机点动控制和自锁控制（实物）19
实验四三相鼠笼式异步电动机联锁正反转控制（实物）21
实验五三相鼠笼式异步电动机带延时正反转控制（实物）23
实验六三相鼠笼式异步电动机星/三角换接启动控制（实物）25
实验七水塔水位控制模拟27
实验八液体混合装置控制的模拟29
实验九四节传送带的模拟33
实验十自动配料系统控制的模拟36
实验十一邮件分拣系统模拟39
实验十二自动售货机的模拟44
实验十三自控成形机模拟54
实验十四电镀生产线57
实验十五全自动洗衣机62
实验十六LED数码显示67
实验十七自动冲压系统69
附录THGMC-1型单片机·可编程控制器实验装置使用说明73
第一章可编程控制器的概述
可编程序控制器，英文称ProgrammableLogicalController，简称PLC。
它是一个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，它采用可编程序的存储器，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或生产过程。
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复杂接线、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与习惯，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；调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
一、可编程控制器的基本结构
可编程控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成（如下图所示）。
1、CPU模块
CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微处理器（CPU）和存储器组成。
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。
2、I/O模块
I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号。
输入信号有两类：
一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟输入信号。
可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，
可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。
3、电源
可编程序控制器一般使用220V交流电源。
可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。
4、编程器
编程器是PLC的外部编程设备，用户可通过编程器输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。
也可以通过专用的编程电缆线将PLC与电脑联接起来，并利用编程软件进行电脑编程和监控。
5、输入/输出扩展单元
I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。
6、外部设备接口
此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。
本实验装置（箱）选用的主机型号为欧姆龙CPM2AH系列的主机。
二、可编程控制器的工作原理
可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。
在运行状态，可编程序控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。
为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。
除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段（如图所示）
在内部处理阶段，可编程序控制器检查CPU，模块内部的硬件是否
正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。
在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通
信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。
在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接通/断开
（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。
在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。
在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的通/断状态传送到输出锁存器。
三、可编程控制器的内存区域的分布及I/O配置
CPM2AH可使用下列内存区表
数据区
字
位
功能
IR区1
输入区
IR000-IR009
（10个字）
IR00000-IR00915
（160位）
这些位可以分配给外部I/O端。
输出区
IR010-IR019
（10个字）
IR01000-IR01915（160位）
工作区
IR020-IR049
IR200-IR227
（58个字）
IR02000-IR04915
IR20000-IR22715（928位）
在程序中可随意使用工作位。
SR区
SR228-SR255
（28字）
SR22800-SR25515（448位）
这些位用于特定功能，如标志和控制位。
TR区
——
TR0-TR7
（8位）
这些位用于保存程序分支中的ON/OFF状态。
HR区2
HR00-HR19
（20个字）
HR0000-HR1915
（320位）
这些位用于保存数据，并在电源关闭后保持ON/OFF状态不变。
AR区2
AR00-AR23
（24个字）
AR0000-AR2315
（384位）
这些位用于特定功能，如标志和控制位。
LR区1
LR00-LR15
（16个字）
LR0000-LR1515
（256位）
用于与其他PC进行1：
1数据链接。
定时器/计数器区2
TC000-TC255（定时器/计数器标号）3
同一标号既可用于定时器，也可用于计数器。
DM区
DM区
读/写2
DM0000-DM1999
DM2022-DM2047
（2，026个字）
——
DM区只能以字为单位进行访问。
在电源关闭后，其值保持不变。
错误日志2
DM2000-DM2021
（22个字）
——
用于保存所发生错误的错误代码。
当不使用错误日志功能时，可当作普通读/写DM区使用权用。
只读4
DM6144-DM6599
（456个字）
——
不可在程序中重新写入。
PC设置4
DM6600-DM6655
（56个字）
——
用于保存控制PC运行的各种参数。
CPM2AH的I/O地址分配如下：
I/O数
（CPU单元上）
型号
I/O
位分配
最大扩展I/O单元
最大的I/O数（见注页）
20
CPM2AH-20CDR-□
输入
12个输入：
00000-00011
3
80
输出
8个输出：
01000-01007
30
CPM2AH-30CDR-□
输入
18个输入：
00000-00011
00100-00105
3
90
输出
12个输出：
01000-01007
01100-01103
40
CPM2AH-40CDR-□
输入
24个输入：
00000-00011
00100-00111
3
100
输出
16个输出：
01000-01007
01100-01107
60
CPM2AH-60CDR-□
输入
36个输入：
00000-00011，
00100-00111，
00200-00211
3
120
输出
24个输出：
01000-01007，
01100-01107，
01200-01207
注：
1、在上表中I/O最大数的值包括了扩展I/O单元的I/O。
2、在使用一个CPM2ACPU单元时，多达3个扩展单元或扩展I/O单元可与PC相连。
四、可编程控制器的编程语言概述
现代的可编程控制器一般备有多种编程语言，供用户使用。
IEC1131-3—可编程序控制器编程语言的国际标准详细的说明了下述可编程控制器编程语言：
1）顺序功能图
1）梯形图
2）功能块图
3）指令表
4）结构文本
其中梯形图是使用得最多的可编程控制器图形编程语言。
梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。
梯形图的主要特点：
1）可编程控制器梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器（即硬件继电器），而是在软件中使用的编程元件。
每一编程元件与可编程序控制器存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应。
2）梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线（BUSbar）。
在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路的分析方法，可以想象左右两侧母线之间有一个左正右负的直流电源电压，当图中的触点接通时，有一个假想的“概念电流”或“能流（Powerflow）从左到右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的,如图所示：
3）根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。
逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。
4）梯形图中的线圈和其他输出指令应放在最右边。
5）梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。
五、可编程控制器的编程步骤
（1）确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。
（2）分配输入输出设备，即确定哪些外围设备是送信号到PLC，哪些是外围设备是接收来自PLC信号的。
并将PLC的输入、输出口与之对应进行分配。
（3）设计PLC程序画出梯形图。
梯形图体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系。
（4）实现用计算机对PLC的梯形图直接编程。
（5）对程序进行调试（模拟和现场）。
（6）保存已完成的程序。
显然，在建立一个PLC控制系统时，必须首先把系统的需要的输入、输出数量确定下来，然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间的相互关系。
确定控制上的相互关系之后，就可进行编程的第二步──分配输入输出设备，在分配了PLC的输入输出点、内部辅助继电器、定时器、计数器之后，就可以设计PLC程序画出梯形图。
在画梯形图时要注意每个从左边母线开始的逻辑行必须终止于一个继电器线圈或定时器、计数器，与实际的电路图不一样。
梯形图画好后，使用编程软件直接把梯形图输入计算机并下载到PLC进行模拟调试，修改→下载直至符合控制要求。
这便是程序设计的整个过程。
第二章可编程控制器基本指令简介
CPM2AH系列PLC主机基本指令表
助记符
名称
功能
LD
装载
指定位用于指令行的开始或使用权用ANDLD和ORLD指令时定义逻辑块。
AND
与
指定位与执行条件进行逻辑与运算。
ANDLD
逻辑块与
前面程序块进行逻辑与运算的结果。
ANDNOT
与非
指定位的非与执行条件进行逻辑与运算。
OR
或
指定位与执行条件进行逻辑或运算。
ORNOT
或非
指定位的非与执行条件进行逻辑或运算。
OUT
输出
在执行条件为ON时使操作数位变ON；在执
行条件为OFF时使操作数位变OFF。
SET
置位
在执行条件为ON时使操作数位变ON，在执行条件为OFF时不影响操作位的状态。
RSET
复位
在执行条件为ON时使操作位数变OFF,在执行条件为OFF时不影响操作数位的状态。
NOP
空操作
不作任何操作，程序转移到下一个指令。
END
结束
用于程序结束。
JMP
跳转
如果跳转条件为OFF，则JMP（04）与JME（05）之间的所有指令均被忽略
JME
跳转结束
SFT
移位寄存器
生成一个位移位寄存器
KEEP
保持
将一个位定义为由置位输入和复位输入控制的锁存。
TIM
定时器
ON延迟（减数）定时器操作。
CNTR
可逆计数器
增加或减少输入信号由OFF变ON时，增加或减小PV值。
DIFU
上升沿微分
在输入信号的上升沿时刻将某个指定位变ON一个循环周期。
DIFD
下降沿微分
在输入信号的下降沿时刻将某个指定位变ON一个循环周期。
@MOV
传送
将源数据（字或常数）复制到目标字中。
@ASL
算术左移
将单字数据中的每一位向左进行带CY移位。
@ASR
算术右移
将单字数据中的每一位向右进行带CY移位。
ANDLD
逻辑块与
前面程序块进行逻辑与运算的结果。
ORLD
逻辑块或
前面程序块进行逻辑或运算的结果。
NETR
NETW
TABLE,PORT
TABLE,PORT
网络读
网络写
SLCR
SLCT
SLCE
N
N
顺控继电器段的启动
顺控继电器段的转换
顺控继电器段的结束
第三章CX-Programmer软件的使用及编程规则
一、CX-Programmer软件的使用方法
CX-Programmer是一个用于对OMRONCS1系列PLC、CV系列PLC、以及C系列PLC建立、测试和维护程序的工具。
它是一个支持PLC设备和地址信息、OMRONPLC和这些PLC支持的网络设备进行通信的方便工具。
CX-Programmer是一个用来对OMRONPLC进行编程和对OMRONPLC设备进行维护的工具。
本实验装置使用的编程软件是CX-Programmer5.0版本，在做实验前，首先将该软件根据软件安装的提示安装到计算机上，然后用编程线将计算机和实验装置连接到一起。
（一）系统需求
CX-Programmer需在配有奔腾或以上（包括奔腾II）的中央处理器的计算机上运行。
它需要在WINDOWS操作环境运行（WIN95/98/2000或XP以及NT4.0withServicePack5或更新版本。
（二）软件的安装
本装置使用的是CX-Programmer5.0版本。
在配套光盘里面找到CX-Programmer\Disk1\Setup文件，双击；
（1）选择中文
（2）按页面提示单击下一步到出现如下画面时，输入序列号9010-9971-0919-9159
（3）单击继续，到下面画面选择安装路径
（4）单击下一步，按照页面提示继续安装。
注意以后仅点击下一步，安装即可，不需理会页面提示的其他问题，请直接点击下一步。
本软件即可安装完成
（三）软件的使用
1.双击桌面图标CX-Programmer“”进入编程软件。
2.点击选择，更改设备名称，设备类型。
3.点击在选择，更改端口名称，波特率。
4.编辑梯形图。
5.点击，梯形图变为绿色表明已经连上，点击就可将程序下载到PLC（只需下载这一项），点击使PLC处于运行的状态。
注1：
只有“编程模式”“”下才能进行下载，请注意切换PLC的工作模式。
注2：
如果遇到PLC连不上情况，请选择“自动在线”中的“选择串口”或双击左边窗口的“”选择COM口。
二、编程规则
1.外部输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的接点可多次重复使用，无需用复杂的程序结构来减少接点的使用次数。
2.梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在右边。
接点不能放在线圈的右边，在继电器控制的原理图中，热继电器的接点可以加在线圈的右边，而PLC的梯形图是不允许的。
3.线圈不能直接与左母线相连。
如果需要，可以通过一个没有使用的内部继电器的常闭接点或者特殊内部继电器的常开接点来连接。
4.同一编号的线圈在一个程序中使用两次称为双线圈输出。
双线圈输出容易引起误操作，应尽量避免线圈重复使用。
5.梯形图程序必须符合顺序执行的原则，即从左到右，从上到下地执行，如不符合顺序执行的电路就不能直接编程。
6.在梯形图中串联接点使用的次数是没有限制，可无限次地使用。
7.两个或两个以上的线圈可以并联输出。
第四章MCGS组态软件的介绍及使用
一、MCGS系统介绍
MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，通用监控系统）是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在工业控制领域有着广泛的应用。
MCGS组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。
同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。
1.MCGS的主要特性和功能如下：
（1）概念简单，易于理解和使用。
普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握、快速完成多数简单工程项目的监控程序设计和运行操作。
用户可避开复杂的计算机软硬件问题，集中精力解决工程本身的问题，按照系统的规定，组态配置出高性能、高可靠性、高度专业化的上位机监控系统。
（2）实时性与并行处理。
MCGS充分利用了Windows操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，使PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。
工程作业中，大量的数据和信息需要及时收集，即时处理，在计算机测控技术领域称其为实时性任务关键任务，如数据采集、设备驱动和异常处理等。
另外许多工作则是非实时性的，或称为非时间关键任务，如画面显示，可在主机运行周期时间内插空进行。
而像打印数据一类的工作，可运行于后台，称为脱机作业。
MCGS是真正的32位系统，可同时运行于MicrosoftWindows95，98和MicrosoftWindowsNT平台，以线程为单位进行分时并行处理。
（3）建立实时数据库，便于用户分步组态，保证系统安全可靠运行。
MCGS组态软件由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成。
其中的“实时数据库”是整个系统的核心。
在生成用户应用系统时，每一部分均可分别进行组态配置，独立建造，互不相干；而在系统运行过程中，各个部分都通过实时数据库交换数据，形成互相关联的整体。
实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区。
各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制。
（4）设立“设备工具箱”，针对外部设备的特征，用户从中选择某种“构件”，设置于设备窗口内，赋予相关的属性，建立系统与外部设备的连接关系，即可实现对该种设备的驱动和控制。
不同的设备对应于不同的构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，即对某一构件的操作或改动，不影响其它构件和整个系统的结构，从这一意义上讲，MCGS是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备局部改动，而影响整个系统。
（5）“面向窗口”的设计方法，增加了可视性和可操作性。
以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得MCGS的组态工作既简单直观，又灵活多变。
用户可以使用系统的缺省构架，也可以根据需要自己组态配置，生成各种类型和风格的图形界面，包括DOS风格的图形界面、标准Windows风格的图形界面以及带有动画效果的工具条和状态条。
（6）利用丰富的“动画组态”功能，快速构造各种复杂生动的动态画面。
以图象、图符、数据、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的的状态、品质及异常报警等有关信息。
用变化大小、改变颜色、明暗闪烁、移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果。
图元、图符对象定义相应的状态属性，即可实现动画效果。
同时，MCGS为用户提供了丰富的动画构件，模拟工程控制与实时监测作业中常用的物理器件的动作和功能。
每个动画构件都对应一个特定的动画功能。
如：
实时曲线构件、历史曲线构件、报警显示构件、自由表格构件等。
（7）引入“运行策略”的概念。
复杂的工程作业，运行流程都是多分支的。
用传统的编程方法实现，既繁琐又容易出错。
MCGS开辟了“策略窗口”，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的“策略构件”，用图形化的方法构造多分支的应用程序，实现自由、精确地控制运行流程，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据库进行数据交换。
同时，也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。
（8）MCGS系统由五大功能部件组成，主要的功能部件以构件的形式来构造。
不同的构件有着不同的功能，且各自独立。
三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS系统三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的所有工作。
用户也可以根据需要，定制特定类型构件，使MCGS系统的功能得到扩充。
这种充分利用“面向对象”的技术，大大提高了系统的可维护性和可扩充性。
（9）支持OLEAutomation技术。
MCGS允许用户在VisualBasic中操作MCGS中的对象，提供了一套开放的可扩充接口，用户可根据自己的需要用VB编制特定的功能构件来扩充系统的功能。
（10）MCGS中数据的存储不再使用普通的文件，而是用数据库来管理一切。
组态时，系统生成的组态结果是一个数据库；运行时，数据对象、报警信息的存储也是一个数据库。
利用数据库来保存数据和处理数据，提高了系统的可靠性和运行效率，同时，也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据。
（11） 设立“对象元件库”，解决了组态结果的积累和重新利用问题。
所谓对象元件库，实际上是分类存储各种组态对象的图库。
组态时，可把制作完好的对象（包括图形对象，窗口对象，策略对象，以至位图文件等等）以元件的形式存入图库中，也可把元件库中的各种对象取出，直接为当前的工程所用。
随着工作的积累，对象元件库将日益扩大和丰富，组态工作将会变得越来越简单方便。
（12）提供对网络的支持。
考虑到工控系统今后的发展趋势，MCGS充分运用现今发展的DCCW（DistributedComputerCooperatorWork）技术，即分布式计算机协同工作方式，来使分散在不同现场之间的采集系统和工作站之间协同工作。
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