PLC技术基础实验指导书.docx
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PLC技术基础实验指导书
《PLC技术基础实验》
实验指导书
汤以范陈慧芳编
机械工程学院
2013年02月
实验一、PLC时间顺序控制
一、实验目的
1．了解单流程状态步进指令的适用场合和编程方法；
2．了解状态步进指令与普通指令的区别；
3．掌握LAD、STL和SFC之间的转换方式；
4．掌握FX—GPWIN件的使用，程序上传与下载。
二、实验使用仪器与设备
1．PC计算机；
2．FX-GP软件；
3．FX0S-30MRPLC；
三、实验要求
1．四台电机顺序启动，反序停止；
2．四台电机顺序启动间隔30秒，停止间隔20秒；
3．正常停车时间可发生在任意时刻
4．紧急停止时，所有电机立即全部停止。
四、实验参考电路与流程状态图
1.流程状态图
四台电机顺序启动，反序停止
2．程序
学生自编
五、实验步骤
1．按控制要求，在FX—GP环境下编程；
2．将PLC的RUN/STOP工作状态开关置为STOP状态；
3．将程序下载到PLC；
4．将PLC的RUN/STOP工作状态开关置为RUN状态，开始运行；
六、实验注意事项
1．将输入与输出的继电器的发光二极管亮灭状态作为电机工作状态加以观察各个变量和状态S作为观察对象；
2．模拟运行开始后应及时释放模拟运行按钮；
七、思考题
1．状态步进指令与普通指令的区别
2．单流程控制可以适合那哪些控制场合？
3．试用普通指令实现同样的控制目的。
实验二、大小球分拣控制
一、实验目的
1．了解选择分支状态步进指令的适用场合和编程方法；
2．了解选择分支步进指令与单流程步进指令的区别；
3．掌握LAD、STL和SFC之间的转换方式；
4．掌握选择性分支流程的典型形式；
5．掌握FX—GPWIN件的使用。
二、实验要求
1．按图示状态转移图的控制要求，使用FX—GP软件编程；
2．使用GX—Simulator仿真软件FX—LLT进行仿真；
3．通过FX—LLT仿真环境观察程序运行情况。
三、实验参考流程状态图和程序
1.电路
2．流程状态图
四、实验步骤
1．按控制要求，在FX—GP环境下编程；
2．在FX—LLT环境下，将FX—GP格式的程序转换成FX—LLT格式；
3．用FX—LLT的仿真界面进行模拟运行；
五、实验注意事项
1．将输入与输出的各个变量和状态S作为观察对象；
2．调整合适的时间坐标，使之便与观察；
3．点击X1和X3将他们选中，以模拟机械手臂处于初始原位；
4．双击运行按纽X0启动模拟运行后，应适时释放对应的模拟运行按纽（点击）。
六、思考题
1．选择性分支与汇合的使用条件是什么？
2．本例中，若要求循环分拣，程序应作如何修改？
3．用FX—LLT的仿真界面进行模拟运行有什么好处？
4．模拟运行能否完全替代实物调试？
为什么？
实验三、自助红绿灯控制
一、实验目的
1．进一步了解状态步进指令的适用场合和编程方法；
2．掌握平行分支与汇合流程的典型形式；
3．了解平行分支与选择分支的区别；
4．熟练掌握FX—GPPW仿真软件FX—LLT的使用。
二、实验要求
1．按图示原理和状态转移图，使用FX—GP软件编程；
2．使用GX—Simulator仿真软件FX—LLT进行仿真；
3．通过FX—LLT仿真环境观察程序运行情况。
三、实验参考电路与流程状态图
1．原理图
2．时序图
3．流程状态图
四、实验步骤
1．按控制要求，在FX—GP环境下编程；
2．在FX—LLT环境下，将FX—GP格式的程序转换成FX—LLT格式；
3．用FX—LLT的仿真界面进行模拟运行；
五、实验注意事项
1．将输入与输出的各个变量和状态S作为观察对象；
2．调整合适的时间坐标，使之便与观察；
3．双击X0或X1将他们选中，以模拟行人过马路的自助要求；
4．启动模拟运行后，应适时释放对应的模拟运行按纽（点击）。
六、思考题
1．平行分支与汇合的使用条件是什么？
2．平行分支在汇合前，是或允许有选择分支存在？
3．PLC控制系统是否可以同时存在单流程、选择流程和平行流程？
实验四、STEP-7Micro/win32编程环境
一、实验目的
1．了解S7—200系列PLC的顺序功能图与顺序设计方法；
2．了解S7—200系列PLC的顺序功能图与顺序设计法与FX2N状态流程图与状态编程法的异同；
3．熟悉STEP-7Micro/win32的编程环境；
4．了解S7—200系列PLC与FX系列PLC在输入继电器接线方面的区别。
二、实验要求
1．按实验三自助红绿灯控制的要求，使用STEP-7Micro/win32软件编程；
三、实验参考电路与流程状态图
1．原理图
并行分支顺序功能图
并行分支汇合
3．参考程序
四、实验步骤
1．按控制要求，在STEP-7Micro/win32的编程环境下编程；
2．将程序下载到S7—224XPPLC进行运行；
3．观察输入和输出的指示灯变化情况。
五、实验注意事项
1．按控制要求正确连接输入按纽的接线；
2．输出状态以指示灯亮、暗表示。
六、思考题
1．S7—200系列PLC的顺序功能图与顺序设计法与FX2N状态流程图与状态编程法的区别在什么地方？
2．S7—200系列PLC与FX系列PLC在输入端的接线方面有什么不同要求？
实验五、自动售货机PLC控制
一、实验目的
1．了解连续控制与断续控制的区别；
2．掌握功能指令的使用和编程方法；
3．掌握传送指令、算术运算指令、数值比较指令的的应用方式；
4．熟练掌握FX—GPPW仿真软件FX—LLT监控PLC数值寄存器的方法。
二、实验要求
用FX2NPLC设计一个自动售货机的控制程序，要求：
1）可以投入1元（X0）、5元（X1）和10元（X2）的硬币；
2）当投入的硬币总值等于或大于12元时，汽水指示灯（Y0）闪烁（周期2s），当投入的硬币总值超过15元时，汽水指示灯（Y0）和咖啡指示灯（Y1）都闪烁（周期2s）；
3）当汽水指示灯闪烁时，按汽水按钮（X3），则汽水排出阀（Y2）打开,10s后自动停止，汽水排出时，汽水指示灯常亮。
4）当汽水、咖啡指示灯都闪烁时：
若按汽水按钮（X3），则汽水排出阀（Y2）打开,20s后自动停止。
汽水排出时，汽水指示灯常亮；
若按咖啡按钮（X4），则咖啡排出阀（Y3）打开,20s后自动停止。
咖啡排出时，咖啡指示灯常亮；
5）若投入的硬币总值超过所需钱数（汽水１２元、咖啡１５元）时，在汽水或咖啡排出以后，找钱指示灯（Y4）亮，并打开找钱阀（Y5），从找钱窗退回余款，2s以后找钱指示灯（Y4）和找钱阀（Y5）自动关闭；
6）若投入的硬币总值小于（12元）或小于所购货物时，在10s之内自动返还钱款。
三、实验参考程序
四、实验步骤
1．按控制要求，在FX—GPP环境下编程；
2．用FX—LLT的仿真界面进行模拟运行；
五、实验注意事项
1．将输入与输出的各个变量和状态作为观察对象；
2．选择使用的数据寄存器，监控其数值变化的过程；
3．启动模拟运行后，应适时释放对应的模拟运行按纽（点击）。
六、思考题
1．连续控制与断续控制指令有何区别？
在使用时有什么要求？
2．连续控制指令在使用时对变量类型和数值长度是如何规定的？
3．功能指令有单周期执行和连续执行的区别吗？
如果不加以区分会产生什么后果？
实验六、步进电动机控制
一、实验目的
1．掌握用PLC控制步进电动机的程序设计方法；
2．学会用PLC功能指令设计环形分配器；
3．掌握PLC控制步进电动机的实际连线。
二、实验使用仪器、设备
1．PC计算机；
2．FX2NPLC；
3．步进电动机驱动器；
4．步进电动机；
5．连接线。
二、实验原理和参考梯形图
数控机床的开环运动控制所用驱动，大多数采用步进电动机控制。
一般CNC输出信号通过功率放大器后再驱动电动机。
本次实验是采用PLC直接进行电动机控制。
假设某步进电动机的工作方式是三相六拍，电动机有三组线圈，分别用A、B、C表示，公共端为E，当电动机正转时，其环形分配方式为A—AB—B—BC—C—CA—A；当电动机反转时，其环形分配方式为A—AC—C—CB—B—BA—A。
步进电动机正、反转绕组的状态真值表如下表所示。
步进电动机正、反转绕组状态表
正转
反转
A
B
C
A
B
C
1
O
0
l
O
0
1
1
0
l
O
l
0
1
0
0
0
l
0
l
l
O
1
l
0
O
1
0
1
O
l
O
1
1
1
0
控制步进电动机的输入开关和输出端所对应的PLCI／O地址如下表所示。
I／O地址分配表
符号
器件号
说明
开关0
XO
步进电动机正转起动
开关1
X1
步进电动机反转起动
开关2
X2
停止按钮
开关3
X3
快／慢开关
A相
Y0
绕组A相
B相
Yl
绕组B相
C相
Y2
绕组c相
根据地址表输入及输出接口的安排，采用移位寄存器指令来实现控制，其状态如真值表所示。
由表可知：
正转时反转时
A相：
Y0=M5+M4+M0A相：
Y0：
M5+M4+M0
B相：
Y1=Ⅳ14+M3+M2B相：
Y1：
M2+M1+MO
C相：
Y2=M2+M1+MOC相：
Y2：
M4+M3+M2
再将正、反转A、B、C相关系进行相加即得下图所示控制程序。
移位寄存器及输出状态真值表
正转
反转
M5
M4
M3
M2
Ml
M0
Y0（A）
Yl（B）
Y2（C）
Y0（A）
Yl（B）
Y2（C）
0
O
0
O
0
0
0
0
0
0
0
O
l
0
0
O
0
0
l
0
O
l
O
O
O
l
O
0
O
O
l
l
O
l
O
l
O
O
l
0
O
0
0
l
O
O
O
1
O
0
0
1
0
O
0
1
l
0
l
l
O
0
0
0
l
O
0
0
l
0
l
0
0
0
0
0
O
l
l
0
l
l
l
0
下图所示为PLC和步进电动机实验演示装置的电气接口图。
步进电动机控制程序
（一）
步进电动机控制程序
（二）
三、实验内容及步骤
1．按所示程序输入至PLC，并仔细检查，确保正确无误。
2．置PLC在运行状态，置开关0为ON，开关1为OFF，观察输出Y0一Y2的状态是否和状态表所示正转时序相一致。
再置X0为OFF，x1为ON，观察输出YO—Y2的状态是否为反转时序。
3．关PLC电源，根据接线图将PLC与步进电动机演示装置相连，接线正确后接通24V电源再运行程序观察输出情况。
4．按下开关2，输出将保持不变，步进电动机就停止转动。
5．重复步骤3、4，你将发现步进电动机工作情况：
在开关（XO）合上为正转，开关（x1）合上为反转。
6．置开关3（x3）在ON或OFF位置，就会发现步进电动机转动速度不一样。
这是因为采用的定时器定时脉冲速度提高了10倍。
四、思考题
1．PLC的继电器输出对步进电动机的运行有什么影响？
实用中应该如何考虑？
1．拿否用时间中断的方法来控制步进电动机的速度？
这时与用定时器控制脉冲速度的方法有何不同？
实验七、步进电动机矩频特性研究
一、实验目的
1．掌握步进电动机脉冲驱动器的使用方法与性能指标的含义；
2．研究步进电动机脉冲频率与输出电流、输出转矩的关系；
3．研究细分驱动对步进电动机运行性能的影响。
二、实验使用仪器、设备
1．PC计算机；
2．FX2NPLC；
3．步进电动机驱动器；
4．步进电动机；
5．连接线。
三、实验要求
1．X轴控制时，步进电动机旋转360O定位；
2．从200Hz起逐步提高步进电动机的脉冲频率，测试步进电动机的输出电流、输出转矩；
3．X、Y轴控制时，X轴步进电动机旋转360O定位，同时Y步进电动机旋转180O定位；
4．X轴控制时，可单步调整理。
四、实验原理和参考梯形图
1．实验原理
2．参考程序
1）梯形图
2）指令表
五、试验注意事项
1．按所示要求接线，通电前仔细检查，并由指导教师确认接线无误后，方能同电；
2．先做单轴实验，后做双轴实验；
3．改变细分倍数，检验步进电动机的运行特性；
六、思考题
1．细分的作用是什么？
在细分步内的定位精度如何？
为什么？
2．低频率和高频率对步进电动机运行的影响怎样？
3．为什么步进电动机驱动器一般都具有全流/半流控制方式？
4．本实验可否使用继电器输出型的PLC？
为什么？
5．如果使用高速输入/输出指令控制步进电动机，应该如何修改程序？
实验八、交流异步电动机的变频调速
一、实验目的
1.进一步熟悉变频器的使用方法；
2.掌握变频器有级调速的应用方法；
3.掌握PLCA/D、D/A模块的使用方式和编程方法；
4.掌握交流异步电动机的变频调速的控制方法；
5.了解PLC---变频调速系统的组成原理。
二、实验使用仪器、设备
1．MITSUBISHI-FR-E500变频调速器1台；
2．FX2N-32MRPLC1台；
3．PC机1台。
三、实验要求
1．实现变频器的多级速度控制，第1级频率10Hz，第2级频率20Hz，以次类推；
2．实现变频器无级速度控制，频率在0-50Hz范围内可调；
四、实验参考原理图和参考程序
1．实验参考原理图
1．参考程序
1）梯形图
2）语句表程序
五、变频器与电源连接
1、参照外部控制方式，将变频器与电源和电动机正确连接
六、实验步骤
1．按多级速度要求，使用编程面板设定变频器有关参数；
2．先进行有级速度控制实验，在外部控制方式时，接通相应控制端子，实现电动机的多段速度控制和正/反向控制；
2．后进行无级速度控制实验，在外部控制方式时，使用A/D、D/A转换模块实现速度的无级控制，给定电位器的频率调节范围为0~50Hz；
3．使用编程面板，分别监控频率、电流、电压和转矩的实时数值。
七、实验注意事项
1．变频器的输入、输出接线端子不能接错；
2．不使用的功能，其对应的接线端子不连接任何电线；
3．电动机输出接成星形连接；
4．通电前必须由实验指导教师检查后方能合上电源。
八、思考题
1．变频器有几种频率变化模式？
2．什么是有级调速？
什么是无级调速？
各适用什么工业应用场合？
3．在构成PLC-变频器交流异步电动机调速系统时，A/D与D/A模块起什么作用？
可不可以不用A/D、D/A模块？
为什么？
实验九、伺服电动机控制实验
一、实验目的
6.熟悉伺服驱动器的使用方法；
7.掌握伺服电动机的速度/位置控制方法；
8.了解交流伺服系统的组成原理。
二、实验使用仪器、设备
4．MELSERVO-M2-J2S-10A伺服驱动器1台；
5．FX2N-32MTPLC1台；
6．PC机1台。
三、实验要求
1．使用FX2N-32MTPLC的高速输出口，通过MELSERVO-M2-J2S-10A伺服驱动器，实现对伺服电动机的速度/位置控制；
2．工艺要求如下图所示；
其中：
1）X0为原点位置（起始位置）传感器；
2）X1为恒速位置传感器；
3）X2为减速位置传感器；
4）X3为终点位置传感器；
5）n1为高速；
6）n2为低速；
7）X4为正向启动按钮；
8）X5为停止按钮；
9）X6为反向启动按钮。
四、预备知识
1．MELSERVO-M2-J2S-10A伺服驱动器的标准位置控制模式
注1）为防止触电必须将伺服放大器保护接地（PE）端子连接到控制柜的保护接地端子上。
2）二极管的方向不能接错．否则紧急停止和其它保护电路可能无法正常工作。
3）必须安装紧急停止开关（常闭）。
4）CNIA、CNlB、CN2和CN3为同一形状，如果将这些接头接错可能会引起故障。
5）外部继电器线圈中的电流总和应控制在80mA以下，如果超过80mA，I/O接口使用的电源应由外部提供。
（参照362节）
6）运行时异常情况下的紧急停止信号（EMG）、正向／反向行程末端（LSPLSN）与SG端之间必须接通。
（常闭接点）
7）故障端子（ALM）在无报警（正常运行）时与SG之间是接通的OFF（发生故障）时请通过程序
停止伺服放大器的输出。
8）同时使用模拟量输出通道1/2和个人计算机通讯时请使用维护用接口卡（MR-J2CN3TM）。
（参照13.1.4节）
9）同名信号在伺服放大器内部是接通的。
10）指令脉冲串的输入采用集电极开路的方式，差动驱动方式为10m以下。
11）伺服设置软件应使用MRAJW3-SETUPⅢE或更高版本。
12）使用内部电源VDD时，必须将VDD连到COM上，当使用外部电源时，VDD不要与COM连接。
请参照3.6.2节。
13）使用中继端子台的场合，需连接CNlA一10。
2、MELSERVO-M2-J2S-10A伺服驱动器的速度控制模式
注1）为防止触电必须将伺服放大器保护接地（PE）端子连接到控制柜的保护接地端子上。
2）二极管的方向不能接错．否则紧急停止和其它保护电路可能无法正常工作。
3）必须安装紧急停止开关（常闭）。
4）CNIA、CNlB、CN2和CN3为同一形状，如果将这些接头接错可能会引起故障。
5）外部继电器线圈中的电流总和应控制在80mA以下，如果超过80mA，I/O接口使用的电源应由外部提供。
（参照3.6.2节）
6）运行时异常情况下的紧急停止信号（EMG）、正向／反向行程末端（LSPLSN）与SG端之间必须接通。
（常闭接点）
7）故障端子（ALM）在无报警（正常运行）时与SG之间是接通的OFF（发生故障）时请通过程序
停止伺服放大器的输出。
8）同时使用模拟量输出通道1/2和个人计算机通讯时请使用维护用接口卡（MR-J2CN3TM）。
（参照13.1.4节）
9）同名信号在伺服放大器内部是接通的。
10）通过设定参数No．43-48，能使用TL（转矩限制选择）和TLA功能。
11）伺服设置软件应使用MRAJW3-SETUPⅢE或更高版本。
12）使用内部电源（VDD）时，必须将VDD连到COM上，当使用外部电源时，VDD不要与COM
连接。
请参照3.6.2节。
、
13）微小电压输入的场合，请使用外部电源。
3、MELSERVO-M2-J2S-10A伺服驱动器的转矩控制模式
注1）为防止触电必须将伺服放大器保护接地（PE）端子连接到控制柜的保护接地端子上。
2）二极管的方向不能接错．否则紧急停止和其它保护电路可能无法正常工作。
3）必须安装紧急停止开关（常闭）。
4）CNIA、CNlB、CN2和CN3为同一形状，如果将这些接头接错可能会引起故障。
5）外部继电器线圈中的电流总和应控制在80mA以下，如果超过80mA，I/O接口使用的电源应由外部提供。
（参照3.6.2节）
6）故障端子（ALM）在无报警（正常运行）时与SG之间是接通。
7）同时使用模拟量输出通道1/2和个人计算机通讯时请使用维护用接口卡（MR-J2CN3TM）。
（参照13.1.4节）
8）同名信号在伺服放大器内部是接通的。
9）伺服设置软件应使用MRAJW3-SETUPⅢE或更高版本。
10）使用内部电源（VDD）时，必须将VDD连到COM上，当使用外部电源时，VDD不要与COM
连接。
请参照3.6.2节。
、
11）微小电压输入的场合，请使用外部电源。
4、MELSERVO-M2-J2S-10A伺服驱动器的I/O连接
5、MELSERVO-M2-J2S-10A伺服驱动器的CN1A/CN1B的信号功能
6、符号说明
五、基本位置控制实验参考接线图和程序
1、基本位置控制实验接线图
2、实验参考程序
六、实验步骤
1．按图示要求将PLC、伺服驱动器和伺服电动机相应端子正确连接；
2．在FX—GP环境下编程；
2．将PLC的RUN/STOP工作状态开关置为STOP位置；
3．将程序下载到PLC；
4．将PLC的RUN/STOP工作状态开关置为RUN位置，开始运行；
七、实验注意事项
1．伺服驱动器的L1、L2连接单相交流220V电源，L3悬空；
2．伺服电动机与伺服驱动器的连接相序不能接错；
3．PLC的Y0、Y1工作在高速脉冲输出状态；
4．通电前必须由实验指导教师检查后方能合上电源。
八、思考题
1．MELSERVO-M2-J2S-10A伺服驱动器有几种工作模式？
2．PLC的普通输出口能否作为MELSERVO-M2-J2S-10A伺服驱动器的脉冲源？
3．本例的位置控制是开环、半闭环还是全闭环？
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