PLC操作实训指导书.docx
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PLC操作实训指导书
PLC操作实训指导书
机电工程与技术系
机电一体化教研室编制
前言
可编程序控制器简称PLC，是以微处理器为核心的通用工业控制装置，它将传统的继电器—接触器控制系统与计算机技术紧密结合，集计算机技术、自动控制技术、通信技术于一体，为工业自动化提供了几乎完美的控制装置。
近几年来，可编程序控制器由于其完善的控制功能和优良技术性能己广泛应于各行各业；为此，各高校的机电类相关专业相继开设了有关可编程序控制器原理及应用的课程。
可编程序控制器课程是一门实践性很强的课程，要学好可编程序控制器，除了必要的理论传授外，学生必须通过实践教学环节巩固和加深理论知识，通过自动控制系统的模拟设计与程序调试，构筑实践环境、强化工程意识、提高应用能力。
本实训指导书就是基一于这样一个出发点，从工程实践出发，由易到难，循序渐进，在典型应用的基础上，逐步解决实际问题。
本指导书的是以西门子小型PLC为实训样机，适应于机电类专业的PLC操作实训。
实训指导教师可根据专业不同或学生掌握知识不同适当删减实训内容，并做出合适的实训计划。
机电一体化教研室周美繁
20011.9
模块一：
S7-200系列PLC的硬件操作………………………………………………3
项目：
PLC的外部接线……………………………………………………………3
模块二：
S7-200编程软件的使用……………………………………………………6
项目：
鼠笼型电动机串电阻进行降压启动的控制系统的应用………………6
模块三：
简单的逻辑控制……………………………………………………………11
项目：
抢答器程序设计…………………………………………………………11
模块四：
定时控制……………………………………………………………………15
项目：
三台电动机顺序启停控制程序设计……………………………………15
模块五：
计数控制……………………………………………………………………17
项目：
密码锁的控制程序设计…………………………………………………17
模块六：
手动与自动控制……………………………………………………………21
项目：
液体混合控制程序的设计………………………………………………21
模块七：
步进控制……………………………………………………………………23
项目：
装料小车运行控制………………………………………………………23
模块八：
综合应用……………………………………………………………………25
项目1：
交通信号灯控制程序的设计…………………………………………25
项目2：
机械手控制控制程序的设计…………………………………………25
项目3：
三层楼电梯控制程序的设计…………………………………………26
模块九：
系统设计……………………………………………………………………28
项目：
自动装箱生产线控制系统的设计………………………………………28
模块一：
S7-200系列PLC的硬件操作
一、训练目标
1、了解S7-200系列PLC的基本结构；
2、熟悉S7-200系列PLC主要技术参数；
3、掌握S7-200系列PLC的外部接线方法。
二、实训项目：
PLC的外部接线
根据实验室设备写出PLC型号、指出PLC各部分结构组成、I/O点数以及I/O的分组情况，
由此完成下图PLC的外部接线。
三、相关知识
1、S7－200系列PLC概述
S7-200作为西门子PLC家族中的最小成员，以其超小体积，灵活的配置，强大的内置功能，多年来一直被各行各业广泛使用，是具很高的性能/价格比的小可编程控制器。
S7－200采用整体式结构，基本结构包括主机单元（又称基本单元）和编程器，用户可以根据控制规模的大小选择相应的主机单元。
在需要时，除了CPU221型以外的主机单元都可以扩展以下设备：
数字量I/O扩展单元、模拟量I/O扩展单元、通信模板、网络设备和人机界面（HMI）。
2、S7－200的硬件组成
。
一个完整的S7一200硬件系统的组成如图1－1所示。
（1）主机单元（MainUnit）又称为CPU模块。
S7－200的主机单元包括CPU、存储器、基本输人/输出点、通信接口和电源，这些组件都被集成在一个紧凑、独立的外壳中。
CPU负责执行程序，输人部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制结果，驱动外部负载。
实际上，主机单元就是一个完整的系统，可以单独完成一定的控制任务。
（2）扩展单元包括I/O扩展单元和功能扩展单元。
I/O扩展单元是指主机单元的I/O点数不能满足控制要求时，通过I/O扩展接口增加的I/O模块。
功能扩展单元是指能完成某种特殊控制任务的一些装置，如位置控制单元EM253、PROFIBUS－DP总线从站通信处理器单元EM277、调制解调器单元EM241等。
当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可以扩展特殊功能单元。
（4）相关设备是指为了充分和方便地利用S7－200系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备，主要有文本显示器、人机操作界面和网络设备等。
（5）工业软件是为更好地管理和使用S7－200的相关设备而开发的与之相配套的软件，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口软件等几类软件构成。
3、主机单元的结构
S7－200主机单元发展至今，经历了两代产品。
但这一代产品现在已经停止生产。
第二代产品为CPU22X型，包括CPU221、CPU222、CPU224、CPU226和CPU226XM，它们是在21世纪初投放市场的，具有速度快、通信能力强的特点。
CPU22X型PLC主机单元的基本组成如图1－2所示。
其外部结构如图1-3所示。
图1-2s7-200主机单元基本组成
图1-3s7-200主机单元外部结构
4、CPU22X系列PLC的主要技术指标
5、S7－200的CPU22X系列PLC的接线
（1）给S7－200CPU供电接线
图1-4S7－200CPU供电接线
（2）S7－200CPU输入输出端子接线
CPU224DC/DC/DC的端子接线如图1－5所示。
CPU224AC/DO/继电器的端子接线如图1－6所示。
模块二：
S7-200编程软件的使用
一、训练目标
1、熟悉STEP7Micro/WIN32软件的主要功能；
2、初步掌握STEP7Micro/WIN32的使用方法。
主要掌握程序编制、运行及监控方法。
二、实训项目：
鼠笼型电动机串电阻进行降压启动的控制系统的应用
1、项目概述
鼠笼型电动机串电阻进行降压启动电路如图2-1所示，按下启动按钮SBI后，电动机的定子接触器KMI串联启动电阻进行降压启动，设启动时间为5s，启动结束后，短接接触器KM2将启动电阻短接，电动机全压运行。
按下停止按钮SB2后，电动机停车。
该系统具有热继电器FR做过载保护。
其梯形图如图2－2所示。
2、操作要求
●按图完成PLC外部接线；
●创建一个新项目，并给该项目命名；
●选择PLC类型（或读取PLC类型）；
●设置通信参数并建立与PLC的联系；
●改变程序编辑器的风格；
●选择编程语言（STL、LAD、FBD）和编程工具；
●完成图2-2所示梯形图的编辑，并给程序加上注释；
●编译程序，查看程序块尺寸和程序错误情况；
●编辑符号表，并应用在程序中；
●下载程序并运行程序；
●用程序状态和图状态监视程序。
图2－1
图2－2 PLC梯形图
三、相关知识
1、编程软件的安装
1）系统要求：
Windows2000或XP。
2）软件安装：
自动安装或双击Setup.exe文件，根据提示完成。
3）硬件连接：
把PC/PPI电缆的PC端连接到计算机的RS-232通信口，把PC/PPI电缆的PPI端连接到PLC的RS-485端。
并设置电缆上的DIP开关，DIP开关中用开关1、2、3设定波特率，用4、5设置帧模式。
设置界面如下图所示。
图2-1
4）通讯参数的设置：
（1）首先打开通信对话框（可单击通信图标或从从“检视”菜单中选择“通信”选项）；
（2）接着打开PG/PC接口的对话框（双击PC/PPI电缆的图标）；
（3）最后打开接口属性对话框。
单击属性按钮，检查各参数的属性，默认情况下，S7－200CP的通信口处于PPI从站模式，地址为2，通信速率为9.6kbps。
5）建立计算所与PLC的在线联系：
在“通信连接”对话框中，双击“刷新图标，STEP7Micro/WIN3将自动检查所连接的所有S7-200CPU站（默认站地址为2），并为每个站建立个CPU图标。
2、软件的功能
1）软件的基本功能
●可用梯形图、指令表、功能图三种方法创建用户程序，并能修改和编辑原有用户程序；
●可以直接用软件设置PLC的工作方式和参数；
●可上传和下载用户程序和程序运行监控；
●可对编程过程出现的简单语法错误和数据类型错误进行检查。
2）STEP7Micro/WIN32编程软件主界面功能
STEP7Micro/WIN32编程软件主界面图2－2所示。
（1）菜单
●文件（File）
执行“文件（File）”菜单命令，可以进行文件的相关操作。
如新建、打开、关闭、保存文件，上传和下载程序，打印设置、打印文件、文件打印预览等操作。
●编辑（Edit）
执行“编辑（Edit）”菜单命令，可以进行程序的编辑。
如完成选择、复制、剪切、粘贴程序块或数据块，同时提供查找、替换、输入、删除和快速光标定位等功能。
图2－2STEP7Micro/WIN32编程软件主界面
●检视（View）
执行“检视（View）”菜单命令，可以设置软件开发环境的风格。
如决定其他辅助窗口（引导条窗口、指令树窗口、工具栏按钮区）的打开与关闭；执行引导条窗口的任何先项；选择不同语言的编程器（包括STL、LAD、SBD三种）；设置3种程序编辑器的个性风格（字体、指令盒大小等）等操作。
●PLC
执行“PLC”菜单命令，可以进行与PLC联机时的相关操作，如改变PLC的工作方式、在线编译、查看PLC的信息、清除程序和数据、时钟、存储器卡操作、程序比较、PLC类型选择等。
●调试（Debug）
执行“调试“Debug”菜单命令，用于联机调试。
在离线方式下，该菜单的下拉菜单呈现灰色，表示该下拉菜单不具备执行条件，处于不可操作状态。
●工具（Tools）
执行“工具（Tools）”菜单命令，可以调用复杂指令向导，配置调制解调器，使复杂指令编程时工作大大简化；安装文本显示器TD200向导；改变界面风格；用“选项”子菜单也可以设置3种编辑器的风格，如语言模式、颜色、字体、指令盒的大小等。
在“选项（Options）”的“一般（General）”项中选择“中文（Chinese）”进行汉化操作。
●窗口（Windows）
执行“窗口（Windows）”菜单命令，可以打开一个或多个窗口。
●帮助（Help）
执行“帮助（Help）”菜单命令，可以通过帮助菜单上的目录和索引检阅几乎所有的相关有用信息，帮助菜单还提供网上查询功能。
（2）工具条
工具条提供简便的鼠标操作，将最常用的STEP7Micro/WIN32操作以按钮形式设定到工具条上。
可以对“检视（View）”菜单中的“工具条（Toolbars）”选项进行操作来显示或隐藏4种工具条：
标准、调试、公用和指令。
（3）引导条
引导条可通过“检视（View）”菜单中的“浏览条”选项来选择是否打开。
它为编程提供按钮控制的快速窗口切换功能，包括程序块（ProgramBlock）、符号表（SyTllbolTable）、状态图（StatuSChart）、数据块（DataBlock）、系统块（SystemBlock）、交叉引用（CrossReference）和通信（communication）等组件。
一个完整的项目包括以上7个组件。
程序块由程序和注释组成，程序由主程序（MAIN）、子程序SBR_0）和中断程序（INT_0）组成，程序代码编译好后可以下载到PLC中，而程序注释被忽略。
符号表是用带有实际含义的符号作为编程元件代号，而不是直接使用元件在主机中的直接地址。
符号表可用来建立自定义符号与直接地址之间的对应关系，并可附加注释，可以使程序清晰易读。
状态图可在联机调试时监视和观察程序执行时各变量的值和状态。
数据块由数据和注释组成。
数据块窗口可以设置和修改变量存储区内各种类型存储区的一个或多个变量值，并加以必要的注释说明。
开关量控制程序一般不需要数据块。
系统块可以完成通信端口、保留范围、密码、输出表、输出过滤器、脉冲截取位、背景时间、EM配置、LED配置和扩大内存项目的参数设置。
交叉引用提供3方面的索引信息，即交叉索引信息、字节使用情况信息和位使用情况信息，使编程所用的PLC资源一目了然。
单击引导条中任何一个按钮，则主窗口便切换成此按钮所对应的窗口。
（4）指令树
指令树提供编程时用到的所有快捷操作命令和PLC指令，可通过“检视（View）”菜单中“指令树（InstructionTree）”选项来选择是否打开。
（5）输出窗口
输出窗口用来显示程序编译的结果信息，如各程序块（主程序、子程序的数量及子程序号、中断程序的数量及中断程序号）及各程序块的大小，编译结果有无错误，错误编码和位置等。
（6）状态栏
状态栏也称任务栏，与一般的任务栏功能相同。
它显示软件执行状态。
编辑程序时，显示当前的网络号、行号、列号；运行时，显示运行状态、通信波特率、远程地址等内容。
（7）编程器
可选用梯形图、语句表或功能图表任意一种编程器编写用户程序，或在联机状态下从PLC中上载用户程序进行阅读程序或修改程序。
3、程序的编写与运行
操作步骤：
①创建项目：
在为控制系统编写应用程序前，首先应当创建一个项目（Prject）。
可用菜单命令“文件一新建”或按工具条中“新建项目”按钮，创建一个新的项目。
使用菜单命令“文件一另存为”，可修改项目的名称和项目文件所在的目录。
②打开一个己有的项目：
使用菜单命令“文件→打开”,可打开一个已有的项目。
如果最近在某个项目上工作过，它将在文件菜单的下部列出，可直接选择。
项目存放在＊.mwp的文件中。
③设置与读取PLC的型号：
在给PLC编程前，为防止创建程序时发生编程错误，应正确地设置PLC的型号。
使用菜单命令“PLC→类型”，在出现的对话框中，选择PLC的型号。
在建立了通信连接后，单击对话框中的“读PLC”按钮，可读取PLC的型号与硬件版本。
④选择编程语言和指令集：
使用菜单命令“工具（Tools）→选项（Options）”，就弹出选项对话框，单击“通用（General）”按钮，可选择SIMATIC指令集或IEC1131－3指令集。
还可以选择程序编辑器（LAD、FBD及STL）的类型。
⑤确定程序结构：
数字量控制程序一般只有主程序；系统较大，功能复杂的程序，还可能有子程序、中断程序和数据块。
●主程序（在57一200中为OBI）在每个扫描周期被顺序执行一次。
●子程序的指令存放在独立的程序块中，仅在被别的程序调用时才执行。
●中断程序也被存放在独立的程序块中，用于处理预先规定的中断事件。
中断程序不由主程序调用，在中断事件发生时由操作系统调用。
⑥编写符号表：
为便于记忆和理解，可采用符号地址编程，通过编写符号表，可以用符号地址代替编程元件的地址。
⑦编写数据块：
数据块用于对变量寄存器V进行初始数据赋值，数字量控制程序一般不需要数据块。
⑧编写用户程序：
用选择的程序编辑器（编程语言）编写用户程序。
使用梯形图语言编程时，单击工具栏中的触点图标，可在矩形光标的位置上放置一个触点，在与新触点同时出现的窗口中，可选择触点的类型。
单击触点上面或下面的红色问号，可设置该触点的地址或其他参数。
用相同的方法可在梯形图中放置线圈和功能框。
单出工具条中带箭头的线段，可在矩形光标处连接触点间的连线。
双出梯形图中的网络编号，在弹出的窗口中可输入网络标题和网络注释。
⑩程序的下装、上装及清除：
当计算机与PLC建立起通信连接，且用户程序编译成功后，以进行程序的下装操作。
下装操作需在PLC的运行模式选择开关处于STOP的位置时才能进行，如果运行模式选择开关不在STOP位置，可将CPU上的运行模式选择开关拨到STOP位置。
或者单击工具条的停止按钮“
”，或者选择菜单命令“PLC→停止（STOP）”，也可以使PLC进入到STOP作模式。
单击工具栏中的下装按钮“
"，或者选择菜单命令“文件一下装（DownLoad）”，将会出下装对话框。
在对话框中可以分别选择是否下装程序块、数据块和系统块。
单击“确定”按后开始将计算机中的信息下装到PLC中。
下装成功后，确认框显示“下装成功”。
也可以将PLC中的程序块、数据块、系统块上装到运行编程软件的计算机中。
上装前应在STEP7Micro/WIN32中建立或打开一个项目，最好新建一个空的项目，用于保存从PLC上装的块。
单击工具栏的上装按钮“
"，或者选择菜单命令“文件→上装”，在上装对话框中选择需要上装的块后，单击“确定”按钮。
4、用编程软件监视程序
PLC处于RUN方式并建立起通信连接后可用两种方式监视程序的运行。
方式1：
程序状态。
选择菜单“调试（Debug）→程序状态（Programstatus）”，或者单击工具条中的程序状态按钮”
”，在梯形图中可显示出各个编程元件的状态。
如果位操作数为1（ON），触点、线圈将出现彩色块，并允许以最快的通信速度显示、更新触点和线圈的状态。
方式2：
图状态。
选择菜单“调试（Debug）→图状态（chartstatus）”,或者单击工具条中的图状态按钮”
，在状态图中便显示出编程元件的状态（ON或OFF）。
模块三：
简单的逻辑控制
一、训练目标
1、进一步熟悉和掌握S7—200PLC的I/O接线；
2、进一步熟悉和掌握STEP7Micro/WIN32编程软件的使用；
3、学习并掌握基本逻辑指令中LD、LDN、A、AN、O、ON、＝指令的应用；
4、学习并掌握基本逻辑指令中S、R指令的应用。
二、实训项目：
抢答器程序设计
1、项目概述
设计一抢答器程序，抢答者分为三组，小学生组2人（分开坐），他们控制按扭SB11和SB12，其中任何一个被按下，灯HL1亮；学生组一人，用SB2控制灯HL2；教授组两人（分开坐），当他们同时按下按扭SB31和SB32时灯HL3才亮。
主持人按下复位按扭SB4，亮的灯熄灭。
1、操作要求
●确定输入输出设备、分配I/O地址；
●画PLC外部接线图；
●设计梯形图程序；
●调试程序。
三、相关知识
1、基本逻辑指令
1）输入输出指令（LD、LDN和=指令）
LD：
用于动合触点与母线直接连接或分支点的起始。
LDN：
用于动断触点与母线直接连接或分支点的起始。
=：
线圈驱动，用于驱动各类继电器线圈。
2）串并联指令（A、AN、O、ON指令）
A：
串联动合触点指令，用于单个动合触点与前面逻辑运算结果进行“与”运算。
AN：
串联动断触点指令，用于单个动断触点与前面逻辑运算结果进行“与”运算。
O：
并联动合触点指令，用于单个动合触点与上面逻辑运算结果进行“或”运算。
ON：
并联动断触点指令，用于单个动断触点与上面逻辑运算结果进行“或”运算。
3）指令块的串、并联指令（ALD、OLD指令）
ALD：
指令块的串联，用于多个指令块的“与”运算。
OLD：
指令块的并联，用于多个指令块的“或”运算。
4）置位/复位指令（S/R指令）
S：
置位（置1）。
R：
复位（置0）。
2、梯形图的编程规则
1）每一逻辑行总是起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于线圈或右母线（右母线可以不画出）。
左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之间则不能有任何触点。
2）梯形图中的触点可以任意串联或并联,触点的使用次数不受限制。
3）一般情况下，在梯形图中同一线圈只能出现一次。
如果在程序中，同一线圈使用了两次或多次，称为“双线圈输出”。
对于“双线圈输出”，有些PLC将其视为语法错误，绝对不允许；有些PLC则将前面的输出视为无效，只有最后一次输出有效。
4）梯形图中,所有触点都应按从上到下,从左到右的顺序排列,并且触点只允许画在水平方向。
5）有几个串联电路相并联时，应将串联触点多的回路放在上方。
在有几个并联电路相串联时，应将并联触点多的回路放在左方。
另外，在设计梯形图时输入继电器的触点状态最好按输入设备全部为常开进行设计更为合适，不易出错。
建议尽可能用输入设备的常开触点与PLC输入端连接，如果某些信号只能用常闭输入，可先按输入设备为常开来设计，然后将梯形图中对应的输入继电器触点取反（常开改成常闭、常闭改成常开）。
例题分析：
电动机启动/停止控制
项目概述：
电动机单向运行的启动/停止控制是最基本、最常用的控制。
按下启动按钮，电动机启动运行；按下停止按钮，电动机停车。
其继电器控制电路如图3－1所示，现将其控制电路改由PLC控制。
操作要求：
●确定输入输出设备、分配I/O地址；
●画PLC外部接线图；
●
设计梯形图程序；
●调试程序。
图3－1电动机启停继电器控制电路
3、操作步骤
1）确定输入输出设备、分配I/O地址
对于PLC控制系统而言，明确了控制要求后，首先要做的工作就是对输入/输出设备进行地址分配。
在电动机单向运行的启动停止控制中，有三个输入控制器件：
启动按钮SB2、停止按钮SB1和过载保护FR。
有一个输出器件：
接触器线圈KM。
其地址分配如表3一1所示。
表3－1I/O地址分配表
I/O端子
电器元件
作用
I0.0
SB2
启动按扭
I0.1
SB1
停止按扭
I0.2
FR
保护
Q0.0
KM
电动机接触器
2）画PLC外部接线图
根据I/O地址分配，画出PLC外部接线图如图3－2所示。
图3—2电动机启停控制PLC外部接线图
3）设计梯形图程序
可以用两种方法编程，如图3—3所示。
图3－3电动机启动／停止控制的梯形图程序
4、程序输入及调试
1）在断电状态下，连接好PCIPPI电缆。
2）打开PLC的前盖，将运行模式选择开关拨到STOP位置，此时PLC处于停止状态，或者用鼠标单击工具条中的STOP按钮“
”。
3）在作为编程器的PC上，运行STEP7Micro/WIN32编程软件。
4）用菜单命令“文件→新建”，生成一个新项目，或者用菜单命令“文件一打开”，打开一个已有的项目。
或者用菜单命令“文件一另存为”，可修改项目的名称。
5）用菜单命令“PLC→类型”，设置PLC的型号。
6）设置通信参数。
7）编写控制程序。
8）用鼠标单击工具条中的“编译”按钮或“全部编译”按钮来编译输入的程序。
9）下装程序文件到PLC。
10）将运行模式选择开关拨到RUN位置，或者用鼠标单击工具条的RUN（运行）按钮“
”，使PLC进入运行方式。
11）按下启动按钮SB2，观察电动机是否启动运行。
如果电动机能够启动运行，则
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