电气控制与PLC实验指导书样本.docx

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电气控制与PLC实验指导书样本

《电气控制与PLC》实验指引书

可编程控制器实验遵循循序渐进原则，由浅入深分为上机练习，参照例程序PLC应用练习实验和PLC控制系统设计综合实验等某些。

PLC实验办法有两种，一种是用PLC实验装置进行实验和应用程序开发；另一种是用普通PLC外加若干导线进行简易开发和实验。

PLC实验装置具备直观，使用以便长处，普通配有各种工业控制模板，可以形象地模仿工业现场控制，特别是导线插拔连接形式，合用于教学重复使用。

若无PLC实验装置，也可直接使用PLC配以外部连接导线，给出必要输入信号进行实验，并且可以运用PLC自身输出批示观测PLC运营成果。

本章以PLC实验装置应用为主，研究PLC实验办法。

1PLC-S7-JZ型实验装置

PLC实验装置生产厂家众多，型号各异，但基本原理和构造、设计思想大体相似。

为适合教学使用，实验装置普通采用插头、插座连接构造，并制成各种控制模板供练习使用。

本节以河南机电高等专科学校电气工程系自动化研究所研制PLC-S7-JZ型实验装置为例，简介PLC实验装置构造原理和用法。

1.1.1实验装置构造和原理

PLC-S7-JZ型实验装置由PLC、模仿控制板、通用器件板、工程环境等四某些构成。

本装置采用24点小型PLC为基本单元，实验装置构造如图1.1所示。

下面简介PLC实验装置构造原理及用法。

图1.1PLC-S7-JZ实验装置

1.通用器件板

通用器件板重要由I/O点，发光二极管批示及开关等构成。

其电源开关为PLC提供220V供电电源，并为24V/1A直流电源供电，模板构造如图1.2所示。

图1.2通用器件板

（1）输入点（INPUT）

INPUT某些有I0.0~I1.5共14个输入点（与PLC输入点相连），其中1M、2M点为输入点公共接地端，如果顾客使用输入点数不超过8点时只需1M接地，2M悬空即可，使用点数多时2M也必要接地。

此外要用到输入点要与直流电源+24V端连接。

（2）输出点（OUTPUT）

OUTPUT某些有Q0.0~Q1.1共10个输出点（与PLC输出点相连），其中1L、2L、3L使用时要接电源高电平，实验时普通接24V电源正极（实验装置提供），如果接外部负载时要结合PLC对外输出电压范畴和实际负载合理选定电源。

若顾客用输出点数不超过4点，只需1L接高电平，不超过7点只需1L、2L接高电平，超过7点时1L、2L、3L全接高电平。

（3）通用器件板中间某些为4个钮子开关和4个批示灯（发光二极管），分别为PLC提供开关量输入信号和输出状态批示。

钮子开关可以与模仿控制板配合使用，还可以单独使用。

（4）电源某些

通用器件板右侧是电源某些，设有交流供电电源开关和24V/1A直流电源正、负极插座。

（5）BCD码拨盘

本装置设有3位BCD码拨盘，分别相应个、十、百位数，通过插拔式连接导线，可以将BCD码拨盘8、4、2、1端与PLC输入端点连接起来，从PLC外部向PLC内部定期器、计数器等送入所需要3位如下十进制数。

（6）通用器件板与模仿控制板联系

模仿控制板给出各种控制对象示意图，安装了某些开关、批示灯、I/O插座等器件。

通用器件板上INPUT及OUPUT端口与模仿控制板上输入、输出信号端口按照一定规律连接起来，可以把控制对象板输入信号送至PLC，也可以把PLC输出送到控制对象板，使模仿控制板可以在PLC控制下工作。

2.模仿控制板工作原理

模仿控制板上开关有点动按钮和钮子开关两种开关形式。

模仿控制板上开关均为双联开关，开关有效时，PLC输入有效，同步输入批示灯（发光二极管）发光。

模仿控制板上负载均采用发光二极管作为PLC输出批示，当模仿控制板上负载端得到高电平（+24伏）时发光二极管发光，低电平时熄灭。

模仿控制板输入点构造与输出点构造工作原理如图1.3所示：

图1.3实验模板电路原理图

3.工程环境

工程环境设立重要是为了驱动一定功率负载，工程环境某些由低压断路器、熔断器、交流接触器、批示灯、按钮、接线端子排等低压电器元件构成。

一定功率负载驱动，更加接近工程实际。

1.1.2通用器件板及模仿控制板连接

1.通用器件板连接

通用器件板使用时，向PLC输入端点及PLC输出负载提供24V直流电源，参照图1.4导线连接举例，PLC输入公共端1M、2M接24VDC负极，PLC输出公共端1L、2L接24VDC正极。

开关组COM端接24VDC正极，通过接通开关方式将+24V送到PLC输入点。

负载组（发光二极管）COM端接24VDC负极，通过从PLC导通Q点（输出点）得到+24V电源，使发光二极管工作。

BCD码拨盘公共端A接24VDC正极，8421编码端分别接到PLC各个输入点，以实现BCD码外部数据输入。

1.4通用器件板连接办法

2.模仿控制板用法

模仿控制板使用时，需要通过通用器件板，向模仿控制板提供PLCI/O信号及24V直流电源，模仿控制板与通用器件板之间连接关系如图1.5所示。

图1.5负载板与通用器件板连接办法

模仿控制板24V电源端与通用器件板直流24V电源正、负极输出连接，以保障模仿控制板电路正常工作。

若仅用PLC输出信号时，也可以只将模仿控制板24V直流电源负极与通用器件板电源负极相连接（正极不必连接）。

其他信号端子分别接至通用器件板已分派I/O端点。

完毕了对的接线后，可以进行程序运营显示。

1.2SIMATIC用法和PLC应用练习

本节一方面研究SIMATIC指令系统基本操作办法，然后进行PLC练习实验。

本节给出了PLC控制系统实验规定例程序，参照电路等PLC练习实验所需要所有资料，可以通过程序输入、调试、运营，逐渐掌握PLC实验基本办法。

1.2.1基本操作练习

1.实验目

（1）练习使用S7-200编程软件，理解PLC实验装置构成。

（2）掌握顾客程序输入和编辑办法。

（3）熟悉基本指令应用。

（4）熟悉语句表指令应用及其与梯形图程序和转还。

2.实验内容

（1）输入图1.6所示梯形图，并转换成相应语句表指令（也可结合教材第5章习题练习）。

（2）为梯形图1.6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）练习程序编辑、修改、复制、粘贴办法。

（4）将图1.6中程序改成图1.7，并转换成语句表程序，分析OLD、ALD语句用法。

（5）参照5.1.1例题5.5，练习栈操作指令用法。

（6）参照5.1.2，练习定期器指令及参数输入办法。

（7）练习系统块设立办法。

图1.6梯形图练习1

图1.7梯形图练习2

3.实验环节

（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）选取语言类型（SIMATIC或IEC）。

（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，并观测编译成果，修改程序，直至编译成功。

4.实验报告内容

（1）以图1.6为例，总结梯形图输入及修改操作过程。

（2）写出梯形图添加注释及符号名操作过程。

（3）总结OLD、ALD指令和栈操作指令用法。

（4）简述系统块设立办法。

1.2.2正次品分拣机

1.实验目

（1）加深对定期器理解，掌握各类定期器用法。

（2）理解公司车间产品分捡原理。

2.实验器材

（1）实验装置（含S7-20024点CPU）一台。

图1.8正次品分拣模仿控制板

（2）正、次品分拣模板一块。

（3）连接导线若干。

3.模仿控制板控制规定及参照

（1）控制规定

①用启动和停止按钮控制电动机M运营和停止。

在电动机运营时，被检测产品（涉及正、次品）在皮带上运送。

②产品（涉及正、次品）在皮带上运送时，S1（检测器）检测到次品，通过5秒传送，到达次品剔除位置时，启动电磁铁Y驱动剔除装置，剔除次品（电磁铁通电0.1秒），检测器S2检测到次品，通过3秒传送，启动Y，剔除次品；正品继续向前输送。

正次品分拣操作流程如图1.9所示。

图1.9正次品分拣流程图

（2）参照电路和程序

PLCI/O端口分派及参照电路图：

SB1I0.0M启动按钮

SB2I0.1M停止按钮

SQ1I0.2检测站1，SQ2I0.3检测站2

MQ0.0电动机（传送带驱动），YQ0.1次品剔除

图1.10正次品分拣机PLC电气原理图

图1.11正次品分拣机参照程序

4.实验内容及规定

（1）按参照电路图完毕PLC电路接线（配合通用器件板开关元器件）。

（2）输入参照程序并编辑。

（3）编译、下载、调试应用程序。

（4）通过实验模板，显示出对的运营成果。

注意：

程序上、下载时，必要给PLC上电，并将CPU置于STOP状态。

5.思考练习

（1）分析各种定期器用法及不同之处。

（2）总结程序输入、调试办法和经验。

（3）试将S1作为产品计数检测装置，对日产量进行记录。

（4）程序规定增长皮带传送机构不工作时，检测机构不容许工作（剔除机构不动作），编写梯形图控制程序。

1.2.3交通灯自动控制

1.实验目

（1）练习定期器、计数器基本用法。

（2）掌握PLC编程和调试办法。

（3）相应用PLC解决实际问题全过程有个初步理解。

2.实验设备

（1）编程器1台（PC机）。

（2）实验装置1台（含S7-20024点CPU）。

（3）交通灯实验模板一块。

（4）导线若干。

图1.12交通灯模仿控制板

3.控制规定及参照

交通路口红、黄、绿灯基本控制规定如下：

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％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。

PLCI/O端口分派：

SB1I0.0起动按钮

SB2I0.1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参照电路：

图1.13红绿灯控制PLC电气原理图

4.实验内容及规定

（1）按参照电路图完毕PLC电路接线（配合通用器件板开关元器件）。

（2）输入参照程序并编辑。

（3）编译、下载、调试应用程序。

（4）通过实验模板，显示出对的运营成果。

注意：

程序上、下载时，必要给PLC上电，并将CPU置于STOP状态。

5.思考练习

（1）要实现一种简朴过程控制，程序编制思路及环节有哪些？

（2）定期器、计数器预置值如何设定输入？

如何修改？

（3）简述上机操作环节。

（4）增设某个方向直通功能。

6.参照程序

图1.14红绿灯控制参照程序

1.3PLC综合能力实验

本节仅给出PLC控制题目及规定，由实验者自行设计PLC外部接线和应用程序，并重复进行程序输入、修改、调试，直至得出对的运营成果，旨在提高创新和独立思考能力及综合素质。

1.3.1工作台自动循环控制

1.实验目

（1）掌握PLC外部输入、输出电路设计和导线连接办法。

（2）运用符号表对POU（S7-200三种程序组织单位指主程序、子程序和中断程序）进行赋值。

（3）掌握应用软件编程办法。

（4）掌握程序注释办法。

2.实验内容及规定

（1）设计工作台自动循环PLC控制电路。

（2）连接PLC外部电路（使用通用器件板开关元器件）。

（3）输入梯形图程序。

（4）建立符号表，对POU赋值。

图1.15工作台自动循环

（5）为程序注释。

*I/O分派、符号表及注释参照：

I0.0SB1正向起动按钮I0.5SQ3迈进位置检测

I0.1SB2反向起动按钮I0.6SQ4迈进位置保护

I0.2SB3停止开关Q0.0KM1正转接触器

I0.3SQ1起始位置检测Q0.1KM2反转接触器

I0.4SQ2起始位置保护

（6）编辑、编译及下载顾客程序；

（7）动态调试和运营顾客程序，显示运营成果。

注意：

程序上、下载时，必要给PLC上电，并将CPU置于STOP状态。

3.实验设备

（1）计算机（编程器）1台；

（2）实验装置（含S7-20024点CPU）1台；

（3）实验板1块；

（4）连接导线若干。

4.实验内容与规定

（1）画出PLC外部（输入、输出）电路，并连接外部导线；

（2）一方面接通个人计算机（编程器）电源，然后，接通可编程控制器（PLC）电源；

（3）编程及调试运营。

①设计PLC控制工作台自动循环梯形图程序；

②选取CPU工作方式（RUN或STOP）

③输入梯形图程序；

④建立符号表；

⑤为程序添加注释；

⑥程序编译、下载；

⑦程序调试和运营。

5.实验报告内容

（1）依照控制规定，画出程序流程框图；

（2）总结建立符号表长处；

（3）详细记录、分析程序下载过程及运营时浮现问题。

6.思考练习

运用工程环境条件，按本题规定，实现对小功率单相交流异步电动机（M）驱动，同步增长运营批示功能，画出控制原理图。

1.3.2智力竞赛抢答器

1.实验目

（1）掌握PLC外部输入、输出电路设计和连接办法；

（2）掌握应用软件编程办法；

（3）掌握应用符号地址编程办法。

2.智力竞赛抢答器规定

运用PLC控制系统设计1个4组智力竞赛抢答器。

3.抢答器控制规定

（1）在主持人侧，设立抢答批示电路和启动、复位按钮。

选手侧各设立1个抢答按钮。

（2）主持人按动启动按钮，可以进行一次抢答，黄色发光二极管作容许抢答批示。

（3）竟猜者抢答主持人所提问题时，按动各自抢答按钮。

（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批示，数码管显示抢先1组组别，主持人按下复位按钮，批示灯和数码管熄灭。

4.实验设备

（1）计算机（编程器）1台；

（2）实验装置；

（3）实验板1块；图1.16抢答器实验板

5.实验内容及规定

（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顾客程序；

（3）输入、编辑、编译、下载、调试顾客程序；

（4）运营顾客程序，观测程序运营成果。

6.思考练习

（1）指出影响系统响应速度因素。

（2）运用CPU214PLC制成抢答器，最多为几组？

试设计最多组时PLC外部电路。

1.3.3电动机Y-△起动

1.实验目

（1）用PLC控制电动机Y-△起动电路；

（2）通过实验，提高分析、解决问题能力。

2.实验设备

（1）计算机（编程器）1台；

（2）实验装置（含S7-20024点CPU）1台；图1.17Y-△启动模仿控制

（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-△起动规定

（1）电动机M能实现正、反向Y-△启动。

（2）电气操作流程阐明：

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△型运营；按动反向启动按钮SB3，KM2和KM4闭合（Y型起动），经3秒后KM4断开，KM3闭合，实现正向△型运营，按停车按钮SB1，电动机M停止运营。

4.实验内容及规定

（1）依照电动机Y-△起动规定，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，编写顾客程序；

（3）输入、编辑、编译、下载、调试顾客程序；

（4）运营顾客程序，观测程序运营成果。

5.思考练习

（1）若电动机M直接由正向运营转入反向运营（不用停车按钮），程序如何改动？

（2）结合实验过程和成果写出实验报告。

1.3.4自动送料装车系统

1.实验目：

（1）理解工业生产过程中PLC控制办法；

（2）学会纯熟使用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S7-20024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.自动送料装车系统控制规定

初始状态：

绿灯（L1）亮，红灯（L2）灭，表达图1.18自动装车模仿控制板

容许汽车开进装料，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，可从通用器件板选用），红色信号灯L2亮，绿色L1灭，传送带驱动电动机M3运营；2秒后，电动机M2运营；再通过2秒钟M1运营，依次顺序起动送料系统。

电动机M3运营后，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运营及料满（S1=1）后，打开放料，物料通过传送带传送，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，同步电动机M3断电停止，2秒后M2停止，再过2秒M1停止，L1亮，L2灭，表达汽车可以开走。

4.实验内容及规定

（1）依照自动送料装车系统控制规定，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），编写顾客程序；

（3）输入、编辑、编译、下载、调试顾客程序；

（4）运营顾客程序，观测程序运营成果。

5.思考练习

（1）在原实验基本上，增长每日装车次数记录功能。

（2）结合实验过程和成果写出实验报告。

1.3.5各种液体自动混合

1.实验目

（1）结合各种液体自动混合系统，应用PLC技术对化工生产过程实行控制；

（2）学会纯熟使用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S7-20024点CPU）1台；

（3）各种液体自动混合实验模板1块；

（4）连接导线若干。

3.液体自动混合系统控制规定

（1）液体自动混合系统初始状态：

图1.19各种液体混合模仿控制板

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（Y1为OFF），液体A停止注入，同步，启动电磁阀门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，同步，启动电磁阀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，然后启动搅拌电动机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，液体可以所有放完→停止放出（Y4为OFF）。

液体混合过程结束。

按动停止按钮，液体混合操作停止。

4.实验内容及规定

（1）按液体混合规定，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，编写顾客程序；

（3）输入、编辑、编译、下载、调试顾客程序；

（4）运营顾客程序，观测程序运营成果。

5.思考练习

（1）分析程序运营成果。

（2）试编写出搅拌与加热同步进行程序，规定加热与搅拌条件同步满足后顺序向下执行，观测运营成果。

（3）简述液位传感器L1，L2，L3工作原理及实验时操作办法。

（4）结合实验过程和成果写出实验报告。

1.3.6循环显示电路

1.实验目

（1）熟悉PLC循环程序编程；

（2）理解工业顺序控制基本原理；

（3）学会纯熟使用PLC解决动态显示问题。

2.实验器材

（1）计算机（编程器）1台；图1.20循环显示模仿控制板

（2）实验装置（含S7-20024点CPU）1台；

（3）循环显示实验模板1块；

（4）连接导线若干。

3.循环显示规定

模板中心黄灯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同步熄灭L6、L7、L8、L9同步熄灭返回初始步，循环显示。

4.实验内容及规定

（1）按循环显示实验模板规定，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，编写顾客程序；

（3）输入、编辑、编译、下载、调试顾客程序；

（4）运营顾客程序，观测程序运营成果。

5.思考练习

（1）请重新设计1套循环显示程序流程，运用本控制模板，显示出不同动态成果。

（2）结合实验成果写出实验报告。

1.3.7水塔水位系统

1.实验目

（1）运用PLC构成水塔水位（液位）控制系统；

（2）理解自动控制工作原理及设备在寻常生活中应用。

2.水塔水位控制规定

（1）初始状态：

水箱没有水，液位开关S4断开（S4为OFF）。

（2）控制规定：

本装置上电后，按动启动按钮，电动阀Y通电（Y为ON）水箱开始注水，水箱水位达到S4高度后，液位开关S4闭合（S4为ON），水箱水位达到S3高度（水满）时，液位开关S3闭合（S3为ON）→注水电动阀Y断电（Y为OFF），水箱停止注水。

此后，随着水塔水泵抽水过程进行，水箱液面逐渐减少，液位开关S3（S3＝OFF）复位，随着抽水过程继续进行，水箱液面继续减少，当液面低于开关S4时，液位开关S4复位（S4为OFF）→电动阀Y再次通电（Y为ON）水箱（自动）注水，水位达到S3时再次停止注水。

如此循环，使水箱水位保持在S3～S4之间。

当水箱水位高于S4液位，并且水塔水位低于水塔最低容许液面开关S2时（液位开关S2为OFF）→水泵电动机M开始运营，向水塔抽水。

当液面达到最高液位开关S1时→水塔电机M停止抽水（M为OFF）；循环控制使得水塔水位自动保持在S1～S2之间变化。

3.实验设备

（1）计算机（编程器）1台；

（2）实验装置（含S7-20024点CPU）1台；

（3）水塔水位实验模板1块；

（4）连接导线若干。

4.实验内容及规定

（1）按水塔水位控制规定，设计PLC外部电路；

（2）连接PLC外部（输入、输出）电路，编写顾客程序；图1.21水塔水位模仿控制板

（3）输入、编辑、编译、下载、调试顾客程序；

（4）运营顾客程序，观测程序运营成果。

5.思考练习

（1）联系抽水马桶与水塔水位系统，比较两者工作原理和控制过程异同，进一步理解水位控制系统工作原理及控制过程。

（2）结合实验成果写出实验报告。

1.3.8电梯控制

1.实验目

（1）掌握PLC基本指令、功能指令综合应用。

（2）掌握PLC与外围控制电路实际接线办法。

（3）掌握随机逻辑程序设计办法。

2.实验器材

（1）编程器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.实验内容与环节

电梯实验动作规定如下：

图1.22电