PLC实验指导书三鑫设备.docx
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PLC实验指导书三鑫设备
S7-200系列可编程序控制器实验系统
实验指导书
杭州电子科技大学
自动化学院
目录
第一章实验系统概述2
1.1S7-200系列可编程序控制器实验系统简介2
1.2PLC基本实验平台3
1.2.1PLC基本实验平台概述4
1.2.2实验界面介绍4
1.2.3实验接线8
1.3柔性机电对象9
1.3.1柔性机电对象平台简介9
1.3.2平衡运动单元10
1.3.3垂直运动单元10
1.3.4圆周运动单元/开关电源界面10
1.3.5电路及附属装置10
1.4设备维护11
第二章PLC实验程序设计12
2.1PLC实验程序设计概述12
2.2程序设计步骤12
2.3基本入门程序设计实验15
实验一熟悉S7-200编程软件的使用及程序编写方法15
实验二基本指令练习25
实验三基本指令实验…………………………………………………………..…………30
2.4综合应用程序设计训练…………………………………………………………………….32
实验一电机控制32
实验二交通信号灯自控和手控35
实验三手动控制步进电机正反转38
实验四用PTO包络线控制步进电机40
实验五MCGS组态软件.44
（一）软件介绍44
（二）软件使用入门48
第一章实验系统概述
1.1S7-200系列可编程序控制器实验系统简介
S7-200系列可编程序控制器实验系统是一套融合实验、实训及综合开发的新型学习系统，系统包括PLC基本实验平台、PC机以及柔性机电对象平台三个部分结构如图1.1所示。
a、PLC基本实验平台b、PC机c、柔性自动化机电对象
图1.1实验系统构成
（1）PLC基本实验平台：
包括基本的PLC输入输出点接口，开关按钮，指示灯，继电器，电源，A/D、D/A模拟量转换以及人机界面。
（2）PC机：
安装有SIMATICS7-200PLC系列使用的编程软件STEP7--Micro/WIN，SIMATICS7-300PLC系列使用的编程软件STEP以及人机界面使
用的MCGS组态软件，并且设有串口，可以连接PLC和人机界面实现程序上传下载的功能。
（3）柔性机电对象平台：
机电对象平台由步进电机、伺服电机、交流异步电机及低压电器组成。
三个电机各自驱动一台机构，其安装布局具有一定的层次性，便于模拟一些的工程实例。
伺服电机输出轴端安装有分度转盘，其上的步进电机驱动滚珠丝杠直线运动机构，可与分度盘组成一个二自由度坐标系统。
右侧交流异步电机驱动一个带轮机构，皮带上固定有黑色方块。
黑色方块在带轮的驱动下可以上下直线运动，结合一侧的八个霍尔元件，可以实现直线运动位置控制实验（如传送带、电梯升降等实验）。
机柜侧面安装有接线端子面板，各连接器信号端子，指示灯，传感器，输入输出电源端子汇总于此界面上，学生可以与PLC基本实验平台连接实验线运作电机进行实验。
1.2PLC基本实验平台
1.2.1PLC基本实验平台概述
S7-200系列可编程控制器实验平台是浙江三鑫科技有限公司设计、制造的教学用实验仪器。
该教学仪器实验台为台式设计，外形为方形，采用输入输出等功能分区界面，外置接线端子，便于使学生学习时接线。
其面板端子按各型可编程控制器标准排布，可用于不同实验，扩展配置实验执行对象。
本平台型号为SXPLC-226235，使用的CPU模块为西门子SIMATICCPU226CNDC/DC/DC，基本扩展模块为EM235模拟量输入/输出模块。
该型号又分为两个子型号，用于工业现场总线网络和工业以太网络，分别配有PROFIBUS-DP模块EM277和工业以太网模块CP243-1。
型号分别为SXPLC-226235-DP和SXPLC-226235-EN。
组态人机界面选用和利时HT6720T型（或昆仑通态TPC7062KS型）7英寸高亮度TFT液晶显示屏。
可配合S7-200PLC程序执行各类组态。
1.2.2实验界面介绍
S7-200系列可编程控制器实验平台的实验界面共分为6部分，分别为PLC输入端子界面，PLC输出端子界面，模拟量A/D、D/A转换界面开关电源界面，PLC安装槽以及组态人机界面，具体布局如图1-2：
组态人机界面
图1-2PLC基本实验平台界面布局
输入端子界面：
位于PLC基本实验台右下方面板，如图1-3。
主要包括PLC输入接线端子和开关按钮输入，其中PLC输入接线端子数量与可编程控制器输入侧接线端子使用数量相等，即可编程控制器输入侧接线端子外置延伸至输入面板上，方便学生接插。
并以黑色与黄色区别公共端和输入点。
图1-3输入端子界面输入点布局
十二对钮子开关和按钮开关组，可选择上述输入接线端子连线。
也可以根据需要，按钮与扭子开关串联搭配连接，如图1-4。
图1-4输入端子界面按钮开关布局
输出端子界面：
位于PLC实验台右上方面板，，主要包括PLC输出接线端子（如图1-5）和LED输出（如图1-6）和继电器输出（如图1-7），其中PLC输出接线端子数量与可编程控制器输出侧接线端子使用数量相等，即可编程控制器输出侧接线端子外置延伸至输入面板上，方便学生接插。
图1-5输出端子界面输出点布局
图1-6输出端子界面LED负载布局
16个微型继电器的常开触点接线端子位于几面右侧32位接线端子上。
端子按节电器的顺序编号自上而下的排列。
学生根据需要挑选端子接线。
图1-7输出端子界面继电器负载布局
图1-8开关电源界面布局
开关电源界面
包括实验平台开关，-15-+15VDC电压表，以及相应的接线端子。
与该区域相关供电体有AC-DC开关电源两个。
其中，明纬S-35-24接220VAC输出24VDC电压，该开关电源为可编程控制器和触摸屏供电；另一个鸿海JMD10-D12开关电源接220VAC输出12VDC电压，该开关电源为运放电路板供电。
图1-9开关电源界面布局
模拟量A/D、D/A转换界面
位于PLC基本实验台输入端子界面中部，如图1-10。
由模拟量端子排和两个电位器RP1和RP2组成，模拟量端子排中有两路A/D输入端子A+A-B+B-和一路D/A输出端子MO、VO，外部电压输入A或B端子组后经过实验台内部的一个跟随电路后输入EM235模块的A或B端子组，经程序运作后从EM235模块下方MO、VO端子输出，经由跟随电路后连接至面板上的MO、VO端子。
其原理图如图1-10
模拟量电压输入方向
模拟量电压输出方向
图1-10模拟量输入输出转换电路原理
两个电位器通电情况下，分别调节旋钮，两组OUT端与GND端可以各输出-12VDC—+12VDC的电压。
PLC安装槽
位于PLC基本实验台的中部（如图1-11），安装有一条标准DIN电器安装导轨，并且有PLC模块安装于其上。
导轨长度最多适合安装一个40点I/O的S7-200PLC的CPU模块和三个16点I/O的扩展模块，安装好各模块需要用专用固定块将模块列紧固。
图1-11PLC安装槽布局
组态人机界面位于PLC基本实验台左上面板区域。
1.2.3实验接线
（1）电源引线的连接
在开关电源界面区上有24VDC电源输出端，如下图所示：
图1-1224VDC输出端子
当PLC的输入输出回路或者其他用电器需要DC24V电源时，只需要从该电源输出端引出电源线即可。
禁止将电位器RP1和RP2的OUT和GND两端与该电源相连，否则将造成实验设备损坏！
如果电源输出电压不正常，请先检查外部供电电源是否正常，然后再检查保险丝是否损坏，检查完毕如果都正常，请查看开关电源是否正确。
（2）PLC的输入输出接线
PLC的输入输出端子在接线之前，应将其对应的COM端口与电源的相关的端子进行连接。
具体连接方式如下：
PLC输出输出端的1M或2M接电源输出负端，连接完PLC的COM端以后，输出界面上1L+或2L+接电源输出正端。
按钮、扭子开关的COM接电源输出正端，LED或继电器负载的COM端接电源输出负端。
根据系统的IO接线图将对应的输入输出端子与各执行器或检测器件进行连接。
1.3柔性机电对象
1.3.1柔性机电对象平台简介
主要有由三个运动单元组成
平衡运动单元、垂直运动单元、圆周运动单元组成和接线面板组成。
布局如图1-16。
平衡运动单元由步进电机和滚珠丝杠直线运动单元组成，主要用于PLC脉冲输出控制训练，垂直运动单元由交流异步电机驱动带轮机构构成。
圆周运动是由交流伺服电机驱动的，可练习PLC脉冲、模拟量输出两种控制方式。
接线面板位于机柜的左侧面，配合PLC基本实验平台的输入输出点将各路信号电源端子接入PLC的输入输出回路，可以实现PLC驱动电机运动的各种实验。
图1-16柔性自动化机电对象布局
1.3.2平衡运动单元
单元组成：
57BYG步进电机和导程4mm的滚珠丝杠副直线运动单元，共计5个定位传感器霍尔元件。
其中两边缘的是限位开关，中间三个分别是前、中和后限位元件。
接线面板上对应的五个霍尔元件分别有信号输出端子，并且有LED信号触发指示。
步进电机驱动器上的信号公共端（COM-），脉冲输入端（CP），方向信号输入端（DIR），脱机控制信号输入端（FREE）以及24VDC电源输入都布置在接线面板相应区域。
1.3.3垂直运动单元
单元组成：
90W交流异步电机、带轮机构及其附属机构和定位传感器。
垂直运动单元由90W交流异步电机驱动，其输出端经过60:
1的减速输出，再驱动一个带轮机构，带轮机构下方的主动轮端装有离合器，离合器脱离时电机不在驱动带轮机构而空转；离合器吸合时，电机则可以驱动带轮机构。
带轮机构的皮带上装有固定块，作为上下垂直运动时定位指示用。
固定块行程上共分布八个霍尔元件传感器。
上下两端的是分配为极限位置保护之用。
中间的六个用于用个位置平均定位。
另外，带轮机构上有一个张紧轮机构，用于张紧皮带紧绷在带轮上，使得带传动不会打滑。
在接线面板相应区域不只有电机上升、脱离和下降的信号输入端子，并且还布置有八个定位霍尔元件信号输出端子，分别被标号为下限、1-6和上限。
1.3.4圆周运动单元/开关电源界面
单元组成：
200W交流伺服电机、分度圆盘和定位传感器。
圆周运动单元由交流伺服电机驱动，分度圆盘直接固定于伺服电机输出端。
盘面有圆周角度刻度和十字交叉状的直线刻度，并且盘侧90度分度线处有金属头，转至内侧可被后面的霍尔元件感知。
用户可以根据实验需求结合该霍尔元件来进行实验。
伺服电机DB端口的25针信号均在接线面板上布置有相应接线端子与之连接。
可根据实验需要选接适当的端口进行实验。
圆周运动角度传感信号0度输出端子也布置于接线面板上。
1.3.5电路及附属装置
柔性机电对象内部有电器安装板。
另外，机柜内顶装有LED照明灯；圆周运动单元正面有一个开关界面，其上有电源指示灯、电源总开关、传感器电源内外切换开关、电磁离合器离合切换开关以及LED照明灯开关。
1.4设备维护
1.定期清洁实验面板。
禁止使用酒精、稀料或类似的溶液等化学药剂清洗，PLC基本实验台各界面面板，以免溶蚀某些面板部件上的印刷字体和图案而引起掉色。
2.定期检查
定期检查实验面板区元器件是否正常，接线端子是否松动。
建议检查周期为一个月一次。
3.静电防护
在干燥的环境下有产生静电累积的危险，所以当需要触摸设备时，应选通过接地设备对其进行放电再触摸。
4.机械机构
直线运动单元的滚珠丝杠是精密传动机构，请保持其清洁，不要用手触碰螺纹表面，以免生锈影响其传动精度和寿命。
5.伺服电机和步进电机驱动器
伺服系统每周需保证四小时通电运作防潮，确保系统不受损害。
注意：
伺服驱动器内部有大量电解电容，驱动器断电后，端子L1、L2、P和B上仍有高压，因此检查线路时，在驱动器断电后15分钟内不能触摸上述端子，以防触电。
6.故障维修
本产品只有专业的技术人员才可以进行维修，实验时切勿拆卸任何实验平台的装置和端子。
如出现故障，学员可以先切断电源，然后通知联系实验管理人员。
第二章PLC实验程序设计
2.1PLC实验程序设计概述
前面几章节分别对S7-200系列可编程序控制器实验系统进行了整体上的介绍和使用说明，包括对设备及元器件的型号，设备的软硬件结构、电气原理图、工作原理等。
本章节将以实验为例说明实验系统的使用。
引导学生和读者学习使用PLC程序编写和自动化系统控制。
本章节从“标准化”、“工程化”、“规范化”等角度，教学生从PLC实验中体会到控制系统的设计步骤。
选用的PLC实验具有代表性、先进性、实用性，体现出当前工业生产中一些主要的生产流程的特点，并且根据学生掌握知识的水平特点，由浅入深、循序渐进地安排实验内容。
因此，作者选择了一些当前广泛应用的工程实例，如十字路口交通灯实验、运料小车、简易电梯等。
这些实验的工艺流程清晰，且接近日常生活，对象的行为灵活多变，是很好的教学素材。
2.2程序设计步骤
在第一章介绍S7-200系列PLC的编程软件STEP7-Micro/WIN时，已经顺便介绍了它几种的编程方法，在实验内容设计前先了解程序设计的一般步骤。
一般编制程序的设计步骤可参考图2-1所给出的流程，主要步骤的说明如下：
（1）明确系统控制任务
在进行实验程序设计之前，操作人员应先对根据任务书，明确各项设计要求、约束条件及控制方式。
如果工程比较复杂，可以先对其进行分块，即把它分解成多个比较简单的任务，便于编制程序。
写出过程或者机器每一部分的操作描述。
包括下列主题：
I/O点、操作的功能描述、在允许每个执行器（例如LED、继电器、滚珠丝杠、电机和驱动器）动作之前必须达到的状态。
画出工程示意图和工作时序图，展示各个部分的执行先后顺序。
（2）绘制逻辑关系图
从逻辑关系图上可以反映出某一逻辑关系的结果是什么，这一结果又应该导出哪些动作。
这个逻辑关系可以以各个控制活动顺序为基准，也可以以整个活动的时间节拍为基准。
逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，反映了输入输出的关系，它是程序编制的基础。
（3）绘制各种电路图
绘制电路图的目的是把系统的输入输出所设计的地址和名称联系起来。
在绘制PLC的输入电路时，不仅要考虑到输入信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到动态运行的可靠性与稳定性等问题。
在绘制PLC的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到PLC输出模块的带负载能力和耐电压能力，另外还要考虑电源的输出功率和极性问题。
图2-1PLC控制系统程序设计步骤
（4）编制PLC程序
在绘制完电路图之后即可着手编制PLC程序了。
方法就可以用上一节所介绍的几种方法。
编程时除了要注意程序正确、可靠外，还要考虑使程序简洁、省时、便于阅读、便于修改。
（5）模拟实验
编好一个程序块后，进行模拟实验可便于查找问题，及时修改。
在模拟实验时，应本着从上到下，先内后外，先局部后整体的原则逐句逐段地反复。
模拟实验既要检验程序的准确性，也要检验程序的可靠性，还要检验程序的抗干扰能力。
（6）现场联机调试
现场调试是完成整个控制系统的重要环节。
只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序何处不能满足系统要求，才能对其正确地调整，以适应控制系统要求。
（7）系统试运行检验
试运行检验是对控制系统的全面检验。
特别是对系统的可靠性、安全性、稳定性和抗干扰性进行检验的重要过程。
（8）完成程序设计文件
经过现场调试之后，控制电路和控制程序基本被确定，这时就要全面整理程序和软硬件需求等技术文件了。
2.3基本入门程序设计实验
实验一熟悉S7-200编程软件的使用及程序编写方法
一．实验目的
1.熟悉STEP7Micro/Win编程软件；
2.上机编制简单梯形图程序；
3.初步掌握编程软件的使用方法和调试程序的方法。
了解可编程控制器的基本单元和编程的基本结构，熟悉S7-200编程软件的使用及基本逻辑指令的编程和调试程序的方法。
二．实验准备
1.SXPLC基本实验台一台；
2.装有STEP7Micro/Win的PC机一台；
3.RS485PPI编程电缆一根；
4.叠插头对导线若干。
三．实验内容与操作
1.延时脉冲产生电路实验
（1）新建文件或打开文件
打开V4.0STEP7MicroWINSP6编程软件或双击桌面图标，用菜单命令“文件+新建”，生成一个新的项目。
用菜单命令“文件+打开”，可打开一个已有的项目。
用菜单命令“文件另存为”可修改项目的名称。
也可单击标准工具栏中的新建按钮
，建立一个新的程序文件。
（2）参数设置
①设置PLC类型及CPU的版本
选择菜单命令“PLC+类型”，设置PLC的类型为CPU224XP。
也可双击指令树“项目”目录下的
CPU226XPREL02.01，设置PLC类型及CPU版本。
根据实际应用情况，在出现的对话框中选择PLC的型号及版本号。
如果通信正常，也可以直接单击“读取PLC”来直接获取PLC信息，如图2-2所示。
图2-2设置PLC类型及CPU版本
②设置通信参数
将编程设备（如PC机）的通信地址设为0，CPU的默认地址为2。
PC机的接口一般使用COM1或COM3（串口编程电缆接线使用COM1端口，USB转RS485接线使用COM3端口）和USB。
传送波特率为9.6kbit。
如果建立了计算机和PLC的在线联系，就可以利用软件检查，设置和修改PLC的通信参数。
步骤如下：
●单击浏览条中的系统块图标
，单击将出现系统块对话框如图2-3所示。
图2-3系统块对话框
●单击“通信口（Port）”选项卡，检查各参数，确认无误后单击“确定”，如果需要修改某些参数，可以先进行有关的修改，再单击“确认（OK）”按键，待确认后退出。
●单击标准工具栏中的下载按键，即可把修改后的参数下载到PLC主机，当然参数块的下载也可以和程序下载同时进行。
（3）与S7-200建立通信
①单击浏览条中的通信图标
，进入通信对话框，双击刷新图标，搜索并显示连接的S7-200CPU的图标，如图2-4所示。
图2-4通信对话框
②选择相应的S7-200CPU并单击“确定”。
如果STEP7-Micro/WINV4.0未能找到S7-200CPU，应单击设置PG/PC接口按钮，核对通信参数设置，并重复以上步骤。
（4）建立符号表（可选）
单击浏览条中的符号表图标
，在符号表窗口输人如图2-5中所示的信息。
图2-5建立符号表
（5）编辑程序并保存
输入图2-6所示的梯形图程序。
图2-6梯形图程序
在公用工具栏中单击
和
，使程序编辑窗口显示程序注释条和网络注释条，然后在相应位置输人所需要的注释信息（见图2-7），在其他网络的相应位置也可以输人相应的标题和注释。
①编辑网络1
●双击指令树中的位逻辑图标或者单击左侧的加号，可以显示全部位逻辑指令。
选择常开触点，按住鼠标左键，将触点拖到网络1中光标所在的位置，或者直接双击常开触点，然后将光标移到常开触点上的红色“？
？
.？
”，输人I0.0，按回车键确认。
●同样方法输人上升沿指令和输出线圈M0.0（见图2-8）。
图2-7加标题和注释图2-8编辑网格1
②编辑网络2
●在网络标题位置输人“启动定时器T33”,在网络注释位置输人“T33定时5s”。
●输入常开触点M0.0之后，将鼠标放在MO.0的下方（见图2-9（a）所示的位置单击），在位逻辑指令中双击常开触点，输人M0.1之后．按回车键；在图2-9（b）中所示的位置单击，在指令工具栏中单击向上连线按钮
。
●将光标移到如图2-9（c）所示的位置，输人常闭触点Q0.0，线圈M0.1。
●将光标移到如图2-9（d）所示的,“Q0.0”处，在指令工具栏中单击向下线按钮
，在计时器指令中，双击打开延时定时器，输人定时器号T33，按回车键，光标会自动移至预置时间值（PT）参数，输人预置时间值500，按回车键确认。
图2-9编辑网格2
③编辑网络3
●在网络标题位置输人“产生输出脉冲”，在网络注释位置输人“脉冲的宽度为一个扫描周期”。
●输人常开触点T33和线圈Q0.0。
至此，完成编辑出现如图2-10所示窗口。
下面保存程序：
图2-10编程示例
在菜单栏中选择菜单命令“文件+保存”，在保存对话框中输入项目名，然后，点击“保存”即可。
（6）I/O地址分配和硬件接线
实验需要在PLC基本实验平台输入、输出端子界面和开关电源界面上进行操作，其I/O口的地址分配如表2-1所示。
表2-1I/O地址分配表
输入端子界面
输出端子界面
PLC输入
开关按钮
注释
PLC输出
LED负载
注释
I0.0
SB0
开关1
Q0.0
E00
LED负载1
PLC基本实验平台输入、输出端子界面和开关电源界面上的接线如图2-11（a）（b）
（a）
（b）
图2-11输入输出实验接线
（7）编译程序
用“PLC”菜单中的“编译”或“全部编译”命令或单击标准工具栏中的编译
或全部编译
按钮来编译输入程序。
如果程序有错误，编译后在输出窗口显示与错误有关的信息。
双击显示的某一条错误，程序编辑器中的矩形光标将移到该错误所在的位置。
必须改正程序中所有的错误，编译成功后，才能下载程序。
（8）下载
单击标准工具栏中的“下载”按钮
，或选择菜单命令“文件+下载”，在下载对话框中选择下载程序块，单击“确认”按钮，开始下载。
如果在下载程序之前PLC处于“RUN”工作模式，则在下载对话框中会弹出“设置PLC为STOP模式吗？
”对话框，点击“确定”即可。
将编译好的程序下载到PLC控制器之前，也可以用“PLC”菜单中的“STOP”停止命令，将PLC控制器的控制方式设置为STOP模式，或单击工具栏的“停止”按钮
，可进入STOP模式。
（9）运行程序
下载成功后，单击工具栏的“运行”按钮
，或选择菜单命令“PLC+RUN”,用户程序开始运行，PLC控制器上的“RUN”LED亮。
运行后，用接在端子I0.0的开关模拟按钮的操作，每当I0.0输入一个高电平5S之后，Q0.0闪亮一下。
2．基本逻辑指令编程训练
输入梯形图程序，编译成功后运行该程序。
（1）编程控制要求
①当SK1、SK2输入开关都断开时，E01灭，E02亮。
②将SK1输入开关闭合，PLC主机上输入显示灯“I0.0”亮，E01、E02均保持原状态。
③再将SK2输入开关闭合，PLC主机上输入显示灯“I0.1”亮，同时E01亮，E02灭。
④只要SK1、SK2任何一个断开，E01灭，E02亮。
（2）实验I/O地址分配
实验硬件在PLC基本实验平台的输入、输出和开关电源界面区实验，其I/O口的地址分配与接线如表2-2所示：
表2-2I/O地址分配表
输入端子界面
输出端子界面
PLC输入
开关按钮
注释
PLC输出
LED负载
注释
I0.0
SK1
输入开关
Q0.0
E01
灯1
I0.1
SK2
输入开关
Q0.1
E02
灯2
（3）梯形图程序编辑及编译
输入图2-12所示的梯形图程序并编译程序。
图2-12基本逻辑梯形图
（4）下载并运行程序
下载成
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