PLC原理及应用实验指导书V2.docx
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PLC原理及应用实验指导书V2
PLC原理及应用
实验指导书
信息工程学院自动化教研室
目录
目录-0-
第一章可编程控制器实验装置介绍-2-
第一节可编程控制器简介-2-
第二节FXGP_WIN-C编程软件使用说明-3-
第三节ZY17PLC12BC实验箱使用说明-4-
第二章PLC基本指令及其实验-5-
第一节触点及线圈的串、并联-5-
第二节电动机正反转实验-7-
第三节定时器和计数器-8-
第四节Y/△换接起动实验-8-
第五节置位、复位和脉冲-10-
第六节四节传送带模拟实验-10-
第三章步进顺控指令及其实验-14-
第一节SFC简单应用-14-
第二节五相步进电机模拟实验-14-
第三节关于状态转移条件的练习-19-
第四节液体自动混合模拟实验-19-
第四章功能指令及其实验-22-
第一节功能指令简介-22-
第二节LED数码显示实验-23-
第五章综合实验-29-
第一节交通灯模拟控制实验-29-
第二节三层电梯模拟实验-31-
第一章可编程控制器实验装置介绍
第一节可编程控制器简介
可编程控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。
为了与个人计算机的PC（PersonalComputer）相区别，在PC中人为地增加了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、PLC的工作原理
可编程控制器的运行是以成批输入/输出方式（或刷新方式）运行的，PLC不停的循环运行，每个循环周期的工作流程可分为以下三步：
1、输入处理
程序执行前，可编程控制器的全部输入端子的通断状态读入映象寄存器。
在程序执行中，即使输入状态变化，输入映象寄存器的内容也不变。
直到下一扫描周期的输入处理阶段才读入这些变化。
另外，输入触点从通（ON）到断（OFF）[或从断（OFF）到通（ON）]变化到处于确定状态止，输入滤波器还有一响应延迟时间（约10ms）。
2、程序处理
对应用户程序存储器所存的指令，从输入映象寄存器和其他软元件的映象寄存器中将有关软元件的通/断状态读出，从0步开始顺序运算，每次结果都写入有关的映象寄存器。
因此，各软元件（X除外）的映象寄存器的内容随着程序的执行在不断变化。
输出继电器的内部触点的动作由输出映象寄存器的内容决定。
3、输出处理
全部指令执行完毕，将输出Y的映象寄存器的通/断状态向输出锁存寄存器传送，成为可编程控制器的实际输出。
可编程控制器内的外部输出触点对输出软元件的动作有一个响应时间，即要有一个延迟才动作。
PLC在执行完第（3）步后，又跳到第
（1）步重新运行，如此不断循环。
二、PLC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。
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（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，E2ROM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他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。
第二节FXGP_WIN-C编程软件使用说明
FXGP_WIN-C编程软件是三菱FX系列PLC的编程环境，也能实时监控PLC中各软元件的状态。
它是由三菱公司开发的。
软件安装完毕后，双击它的图标，进入编程环境。
一、程序的编辑
点击“文件/新文件”菜单，进入“PLC类型设置”对话框，选择PLC类型（本实验箱使用的是FX1S系列）后，进入新建梯形图的编辑环境。
对梯形图软元件的录入，可以通过“功能图”或“功能键”或“工具”菜单，来完成，亦可直接输入语句指令。
“编辑”菜单中的“剪切”、“复制”、“粘贴”、“删除”等子菜单，使用方法同Microsoft Word。
梯形图编辑完后，请及时用“工具／转换”（快捷键Ｆ４）菜单，把梯形图转换为语句表。
“文件”菜单的使用方法，同Microsoft Word。
二、程序的调试
点击“PLC/传送/写出”菜单,进入“PC程序写出”菜单。
设适当的程序步，使程序能完全下载到PLC主机里（下载时实验箱面板上的“RUN/STOP”开关要拨到“STOP”状态）。
用“PLC/传送/读入”菜单，可以把PLC主机里的程序，读到FXGP_WIN-C中。
运行PLC，（把实验箱上的“RUN/STOP”开关拨到“RUN”）。
点击“监控/测试（M）”主菜单中的“开始监控”或“进入元件监控”子菜单，可以监控各软元件的运行状态。
第三节ZY17PLC12BC实验箱使用说明
打开实验箱。
把箱盖向右轻推，取下箱盖。
打开PLC主机上的小盖，可以看到PLC的“外围设备用端子”。
用编程电缆（SC-09）将它和计算机的串口相连。
按所编的程序的I/O分配表，在相应的单元中接线（可参照“PLC原理示意框图”）。
在学生实验时，主机的输出、输出接口螺口和螺钉会频繁的换接和装拆，因而易损坏。
考虑到此，本实验箱设计将主机固定在实验面板的固定区域。
并将输入输出接点连到实验面板的固定插孔。
固定插孔采用高可靠自锁紧的防转座，实验的接线、插线很简便。
接好线后。
打开电源，就可以把程序下载到PLC主机中，调试并观察实验现象（FXGP_WIN-C软件的使用参见第一章第二节）。
附：
实验步骤
1、对照实验指导书，理解实验时涉及的软件、硬件。
2、根据自己的理解，也可参照参考程序，编制PLC程序。
3、按编程时分配的I/O点，设计连线图，并在实验装置上连线。
4、把程序下载到PLC，调试程序，观察实验现象。
第二章PLC基本指令及其实验
第一节触点及线圈的串、并联
一、逻辑取及输出线圈（LD/LDI/OUT）
符号、名称
功能
电路表示及操作元件
程序步
LD
（取）
常开触点
逻辑运算起始
X，Y，M，S，T，C
1
LDI
（取反）
常闭触点
逻辑运算起始
X，Y，M，S，T，C
1
OUT
（输出）
线圈驱动
X，Y，M，S，T，C
Y，M：
1，
特M：
2，
T：
3～5
说明：
1、LD、LDI指令用于将触点接到母线上。
另外，与后述的ANB指令组合，在分支起点处也可使用。
2、OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态继电器、定时器，计数器的线圈的驱动指令、对于输入继电器不能使用。
3、并行输出指令可多次使用。
二、触点串联（AND/ANI）
符号、名称
功能
电路表示及操作元件
程序步
AND
（与）
常开触点
串联连接
X，Y，M，S，T，C
1
ANI
（与非）
常闭触点
串联连接
X，Y，M，S，T，C
1
说明：
1、用AND、ANI、指令，可进行触点的串联连接。
串联触点的个数没有限制，该指令可以多次重复使用。
2、OUT指令后，通过触点对其他线圈使用OUT指令称之为纵接输出。
这种纵接输出，如果顺序不错，可以多次重复，
三、触点并联（OR/ORI）
符号、名称
功能
电路表示及操作元件
程序步
OR
（或）
常开触点
并联连接
X，Y，M，S，T，C
1
ORI
（或非）
常闭触点
并联连接
X，Y，M，S，T，C
1
说明：
1、OR、ORI用作为1个触点的并联连接指令。
如果连接2个以上的触点串联连接的电路块的并联连接时，要用后述的ORB指令。
2、OR、ORI指令是从该指令的当前步开始对前面的LD、LDI指令并联连接。
并联连接的次数无限制，但由于编程器和打印机的功能对此有限制，所以并联连接的次数实际上是有限制的。
四、串联电路块的并联（ORB）
符号、名称
功能
电路表示及操作元件
程序步
ORB
（电路块或）
串联电路的
并联连接
操作元件：
无
1
说明：
1、两个以上的触点串联连接的电路称之为串联电路块。
串联电路块并联连接时，分支的开始用LD、LDI指令，分支的结束用ORB指令。
2、ORB指令与后述的ANB等均为无操作元件号的指令。
五、并联电路块的串联（ANB）
符号、名称
功能
电路表示及操作元件
程序步
ANB
（电路块与）
并联电路的
串联连接
操作元件：
无
1
说明：
1、分支电路并联电路块与前面电路串联连接时，使用ANB指令。
分支的起点用LD、LDI指令。
并联电路块结束后，使用ANB指令与前面电路串联。
2、若多个并联电路块顺次用ANB指令与前面电路串联连接，则ANB的使用次数没有限制，
3、虽然可以连续使用ANB指令，但这时与ORB指令同样要注意LD、LDI指令的使用次数限制（8次以下）。
六、程序结束（END）
符号、名称
功能
电路表示及操作元件
程序步
END
（结束）
输入输出处理
程序回第“0”步
├─[END]─┤无元件
1
第二节电动机正反转实验
在“电动机正反转”实验单元完成本实验。
一、实验目的
1、通过练习实现与、或、非逻辑功能，熟悉编程方法。
2、学习了解ZY17PLC12BC实验箱的使用方法。
3、熟悉FXGP_WIN-C编程软件的使用方法。
二、控制要求
1、按下正向运行按钮，KM1闭合，电动机正向运行。
2、按下反向运行按钮，KM2闭合，电动机反向运行。
3、按下停止按钮，KM1、KM2都断开，电动机停止运行。
三、参考程序
1、I/O点分配
序号
I/O
名称
面板符号
输入
1
X0
正向运行
2
X1
反向运行
3
X2
停止
输出
1
Y0
KM1
KM1
2
Y1
KM2
KM2
2、接线说明
输入点
（PLC输入点——开关单元）
输出点
（PLC输出点——“电动机正反转”单元）
X0——A0
Y0——KM1
X1——A1
Y1——KM2
X2——A2
X-COM——A-COM
GND——负载公共端
3、梯形图
4、指令表
见ZY17PLC12BC随机光盘（V1.02）
四、思考与总结
1、思考自锁和联锁在PLC编程中的应用。
2、复习三相电机正反转的硬件接线。
第三节定时器和计数器
一、定时器、计数器
符号、名称
功能
电路表示及操作元件
程序步
OUT
（输出）
驱动定时器线圈
驱动计数器线圈
K**
32bit计数器：
5
其它：
5
RST
（复位）
复位输出触点
当前数据清“0”
2
二、定时器、计数器的常数K
1、对定时器的定时线圈或计数器的计数线圈，在OUT指令后必须设定常数K。
2、下表给出常数K的设定值，定时器的实际设定值，以及以T/C为驱动对象的OUT指令占用的步数（含设定值）。
定时器，计数器
K的设定范围
实际的设定值
步数
1ms定时器
1～32767
0.001～32.767S
3
10ms定时器
0.01～327.67S
3
100ms定时器
0.1～3276.7S
3
16bit计数器
1～32767
1～32767
3
第四节Y/△换接起动实验
在“Y/△换接起动”实验单元完成本实验。
一、实验目的
1、熟悉定时器/计数器指令的应用。
2、复习与、或、非逻辑功能，掌握简单程序的编程方法。
3、掌握FXGP_WIN-C编程软件的使用方法。
二、控制要求
1、按下“START”按钮，KM0得电，主回路“总开关”触点闭合。
2、1秒后，KM1得电，电机先作“Y”连接起动。
3、6秒后，KM1失电。
4、延时0.5秒后，KM2得电，电机换接到“△”连接运行。
5、按下“STOP”按钮，KM0、KM1、KM2全部失电，电机停止运行。
三、参考程序
1、I/O点分配
序号
I/O
名称
面板符号
输入
1
X0
START
2
X1
STOP
输出
1
Y1
KM0
KM0
2
Y2
KM1
KM1
3
Y3
KM2
KM2
2、接线说明
输入点
（PLC输入点——开关单元）
输出点
（PLC输出点——“Y/△换接起动”单元）
X0——A0
Y1——KM0
X1——A1
Y2——KM1
Y3——KM2
X-COM——A-COM
GND——负载公共端
3、梯形图
四、思考与总结
1、了解计数器/定时器内部时基脉冲参数的设置。
2、复习Y/△换接起动的硬件接线。
第五节置位、复位和脉冲
一、置位和复位（SET/RST）
符号、名称
功能
电路表示及操作元件
程序步
SET
（置位）
令元件自保持ON
Y、M：
1
S、特M：
2
RST
（复位）
令元件自保持OFF
清数据寄存器
D、V、Z、
特D：
3
说明：
1、SET指令中，X0一接通，Y0马上接通，即使X0再变成断开，Y0也保持接通。
2、RST指令中，X1接通后，Y0马上断开，即使X1再变成断开，Y0也将保持断开。
对于M、S也是同样。
3、对同一元件可以多次使用SET、RST指令，顺序可任意，但在最后执行的一条才有效。
4、如果要使数据寄存器D，变址寄存器V、Z的内容清零，也可用RST指令（用常数为K0的传送指令也可得到同样的结果）。
二、脉冲输出（PLS/PLF）
符号、名称
功能
电路表示及操作元件
程序步
PLS
（脉冲）
上升沿微分输出
2
PLF
（脉冲）
下降沿微分输出
2
说明：
1、使用PLS指令，元件Y、M仅在驱动输入接通后的一个扫描周期内动作（置1）。
2、使用PLF指令，元件Y、M仅在驱动输入断开后的一个扫描周期内动作（置1）。
3、特殊继电器不能用作PLS或PLF的操作元件。
4、在驱动输入接通时，PLC由运行→停机→运行，此时PLSM0动作，但PLSM600（断电时由电池作后备的辅助继电器）不动作。
这是因为M600是保持继电器，即使在断电停机时也能保持。
第六节四节传送带模拟实验
在“四节传送带模拟”实验单元完成本实验。
一、实验目的
1、熟悉和掌握SET（置位）、RST（复位）的使用方法。
2、复习定时器/计数器指令的使用方法。
二、控制要求
传送系统由四条传送带构成，分别由四台电动机带动，控制要求如下：
1、按下“START”按钮，起动最末一条传送带，依次延时5秒，起动其他传送带。
2、按下“STOP”按钮，停止最前一条传送带，依次延时5秒，停止其他。
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。
三、参考程序
1、I/O点分配
序号
I/O
名称
面板符号
输入
1
X0
START
2
X1
STOP
3
X2
传送带1故障
4
X3
传送带2故障
5
X4
传送带3故障
6
X5
传送带4故障
输出
1
Y1
传送带1运行
YM1
2
Y2
传送带2运行
YM2
3
Y3
传送带3运行
YM3
4
Y4
传送带4运行
YM4
2、接线说明
输入点
（PLC输入点——开关单元）
输出点
（PLC输出点——“四节传送带模拟”单元）
X0——A0
Y1——YM1
X1——A1
Y2——YM2
X2——A6
Y3——YM3
X3——A7
Y4——YM4
X4——A8
X5——A9
X-COM——A-COM
GND——负载公共端
3、梯形图
四、思考与总结
1、理解SET（置位）和RST（复位）命令的使用方法。
2、你能用SFC语言来编这个程序吗？
第三章步进顺控指令及其实验
第一节SFC简单应用
近年来，许多新生产的PLC除了梯形图语句外，还增加了采用IEC标准的SFC（SequentialFunctionChart）语言，用于编制复杂的顺控程序，用这种先进的编程方法，很容易编出复杂的顺控程序。
第二节五相步进电机模拟实验
“五相步进电机模拟”实验单元完成本实验。
一、实验目的
熟悉SFC语言的编程方法。
二、控制要求
对电机的各相按一定规律通电，可实现对步进电机运转的控制。
要求对五相步进电机的五相（A、B、C、D、E）实现如下方式的自动通电控制。
按下“START”按钮，按以下顺序自动通电一轮，后全部熄灭：
1、A-B-C-D-E-A
2、AB-BC-CD-DE-EA
3、AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA-EAB
4、ABC-BCD-CDE-DEA
三、参考程序
1、I/O点分配
序号
I/O
名称
面板符号
输入
1
X1
START
输出
1
Y1
A相
A
2
Y2
B相
B
3
Y3
C相
C
4
Y4
D相
D
5
Y5
E相
E
2、接线说明
输入点
（PLC输入点——开关单元）
输出点
（PLC输出点——“五相步进电机模拟”单元）
X1——A0
Y1——A
Y2——B
Y3——C
Y4——D
Y5——E
X-COM——A-COM
GND——负载公共端
3、梯形图
四、思考与总结
试分析参考程序，理解SFC语言的编程方法。
第三节关于状态转移条件的练习
关于状态转移条件的说明：
1、单独触点可以作为转移条件。
而且，X，Y，M，S，T，C等各种元件触点的逻辑组合（复杂的并联、串联连接）也可用作转移条件。
2、各种负载（Y，M，S，T，C）和功能指令可由“状态”的触点驱动，也可由各种元件触点的逻辑组合驱动。
第四节液体自动混合模拟实验
在“液体自动混合模拟”实验单元完成本实验。
一、实验目的
掌握SFC语言（步进顺控指令）的编程方法。
理解状态转移条件的多样性。
二、控制要求
本混合装置用来将两种液体进行混合。
SL1、SL2、SL3是液位传感器；液体A、B和混合液的阀门分别由电磁阀YV1、YV2和YV3进行控制；M为搅拌电动机。
它们的控制要求如下：
1、YV1得电，液体A的阀门打开，液体A流入容器；
2、当传感器SL2有输入信号，即A液面到达SL2，YV1失电，关闭液体A的阀门，同时YV2得电，打开液体B的阀门；
3、当传感器SL1有输入信号，即液面到达SL1，YV2失电，关闭液体B的阀门，同时M得电，搅拌电动机开始运转，将液体A和B的混合液搅匀；
4、10秒后，M失电，搅拌电动机停止运转；
5、然后，YV3得电，混合液体的阀门打开，将搅拌均匀的混合液排出；
6、当传感器SL3有输入信号，即液面下降到SL3时，开始计时；延时2秒后，容器内的液体排空，YV3失电，混合液阀门关闭；
7、按照以上步骤循环操作。
若断开运行开关，待一轮操作全部完毕后，才完全停止。
三、参考程序
1、I/O点分配
序号
I/O
名称
面板符号
输入
1
X0
运行开关
2
X2
液面传感器SL1
3
X3
液面传感器SL2
4
X4
液面传感器SL3
输出
1
Y1
A液阀门
V1
2
Y2
B液阀门
V2
3
Y3
混合液阀门
V3
4
Y4
搅拌电动机
M
2、接线说明
输入点
（PLC输入点——开关单元）
输出点
（PLC输出点——“五相步进电机模拟”单元）
X0——A4
升级会员 