HGPLC11实验指导书.docx
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HGPLC11实验指导书
HGPLC-11
可编程逻辑控制器实验箱
实
验
指
导
书
重庆理念教学仪器仪表有限公司
目录
前言3
第一章可编程控制器实验台简介4
第一节可编程控制器的基础知识4
第二节STEP7-Micro/WIN编程软件使用说明7
第二章基本指令编程练习13
实验一位逻辑指令13
实验二置位、复位及脉冲输出指令实验15
实验三定时器与计数器指令17
第三章演示实验19
实验一LED数码显示控制19
实验二天塔之光控制21
实验三三相异步电动机的星/三角换接起动控制23
实验四三相电动机正反转控制25
实验五五相步进电动机控制的模拟27
实验六十字路口交通灯控制的模拟29
实验七水塔水位控制31
实验八机械手控制33
实验九四级传送带模拟36
实验十邮件分拣系统38
实验十一装配流水线40
实验十二自动配料系统42
实验十三自动配料系统44
实验十四PLC－四层电梯实物46
实验十五刀具库选择控制实验49
前言
可编程控制器（ProgrammableLogicController,简称PLC）以其体积小、功能强、可靠性高以及安装使用方便的特点，已经在我国的工业控制中占据了重要地位。
随着PLC技术的迅速发展，它的应用将更加广泛。
为了适应社会发展的需要，全国各大、中专院校都将PLC纳入教学计划，作为电子、电气以及工业自动化类专业的一门必修课。
为了配合这一教学要求，我司特开发了PLC系列可编程控制器教学实验系统。
它是根据这一课程的教学大纲，综合多所院校老师的教学意见，并结合工业控制中的实际情况开发而成。
自产品推出以来，得到了广大任课老师和专家的一致好评。
它利用开关、按钮、数码拨盘、各类传感器等作为PLC的控制信号，以LED发光管、LED数码管、直流减速电机、继电器、蜂鸣器以及各类工业控制模型作为执行机构模仿工业过程中的实际状态，实验效果既生动又形象。
全套装置设计合理，功能强大，操作简单方便，对学生理解和掌握可编程控制器的控制原理和操作方法，加快学习PLC的编程方法，都具有极大的帮助，是PLC教学中的理想工具。
PLC系列可编程控制器教学实验系统主要由PLC主机、PLC系列可编程控制器实验台、PLC可编程控制器演示装置三部分以及其它附件组成。
PLC主机采用目前工业控制中使用最广的西门子S7-200和三菱FX系列。
本书以西门子S7-200系列的CPU226（AC/DC/继电器）主机为例进行说明，配备教师参考书及实验报告。
该实验台的设计和实验指导书的编写，力求做到通俗易懂，贴近人的认知过程，软硬件都设有练习。
学生实验之前应以此为参考进行预习，每实验小组都建议配置有实验指导书。
希望老师在做本课程实验之前，简介此实验台的一般使用方法（详见第一章），起到加强巩固实验教学效果的作用。
由于时间仓促，书中难免存在不少缺点和错误，敬请各位老师、专家批评，指正。
第一章可编程控制器实验台简介
第一节可编程控制器的基础知识
一、可编程控制器的概念
可编程序控制器，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。
二、可编程控制器的工作原理
PLC的工作方式有周期扫描方式、定时中断方式、输入中断方式、通信方式等等。
最主要的方式是周期扫描方式。
周期扫描方式大致可以分为以下六个过程：
1、上电处理过程
PLC上电后，要进行第一次上电的初始化处理。
CPU进行的初始化工作，包括清除内部继电器区，复位所有的定时器，检查I/O单元的连接等。
2、共同处理过程
在上电处理通过以后，要进到这一步。
共同处理的主要任务是复位监视定时器，检查I/O总线是否正常，检查扫描周期是否过长，检查程序存储器是否有异常，如果有异常，根据错误情况，发出报警输出或者停止PLC的运行。
3、通信服务过程
当PLC和微机构成通信网络或由PLC构成分散系统时，需要有通信服务过程。
4、外部设备服务过程
当PLC接有外部设备（如编程器、打印机等），则需要进行外部设备服务过程。
5、程序执行过程
该过程执行用户程序存储器所存的指令。
从输入映像寄存器和其它软元件的映像寄存器中将有关元件的通/断状态读出，从程序的第0步开始顺序的运算，每次结果都写入对应的映像寄存器中。
因此，各元件的映像寄存器的内容随着程序的执行在不断的变化（输入元件除外）。
输出继电器的内部触点的动作由输出映像寄存器的内容决定。
6、I/O刷新过程
这个过程可分为输入信号刷新和输出信号刷新。
输入信号刷新为输入处理过程，输出信号刷新为输出处理过程。
输入处理过程将PLC全部输入端子的通/断状态，读入输入映像寄存器。
在程序执行过程中，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会马上改变。
直到下一扫描周期的输入处理阶段才读入这一变化。
此外，输入触点从通到断或从断到通变化到处于确定止，输入滤波器还有一个响应延迟。
输出处理过程将输出映像寄存器的通/断状态向输出锁存继电器传送，成为PLC的实际输出。
PLC在执行完第6步后，又跳到第1步重新运行，如此不断循环。
三、可编程控制器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（如图1-1）。
图1-1可编程控制器的组成
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，E2PROM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它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。
四、可编程控制器的编程语言
S7-200的编程软件中支持三种编程语言：
梯形图、功能块图、语句表。
1、梯形图
梯形图由触点、线圈和方框表示的功能块组成。
触点代表逻辑条件，例如外部的开关、按钮和内部条件；线圈代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的输出条件等。
功能块用来表示定时器、计数器或数学运算等指令。
2、功能块图
这是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言。
该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算。
3、语句表
S7系列将指令表称为语句表。
由PLC指令组成的程序叫语句表程序。
第二节STEP7-Micro/WIN编程软件使用说明
STEP7-Micro/WIN用于西门子S7-200系列PLC的程序编辑，支持三种编程模式：
LAD（梯形图）、FBD（功能块图）和STL（语句表）。
Micro/WIN还提供程序在线编辑、调试、监控以及CPU内部数据的监视、修改功能等等。
一、安装
安装编程软件的计算机应使用Windows操作系统，双击安装图标，根据安装时的提示完成安装。
安装完成后，用菜单命令“Tools（工具）/Options”（选项），选择“General”（常规），可以设置语言环境选择希望使用的语言。
二、STEP7-Micro/Win简介
1、STEP7-Micro/Win窗口元素（如图1-2）
图1-2STEP7-Micro/Win窗口元素
●浏览条——显示常用编程按钮群组。
浏览条包括：
视图：
显示程序块、符号表、状态表、数据块、系统块、交叉参考及通讯按钮。
工具：
显示指令向导、TD200向导、位置控制向导、EM253控制面板和扩展调制解调器向导等的按钮。
●指令树——提供所有项目对象和当前程序编辑器的所有指令的树型视图。
可以在项目分支里对所打开项目的所有包含对象进行操作；利用指令分支输入编程指令。
●交叉参考——查看程序的交叉引用和元件使用信息。
●数据块——显示和编辑数据块内容。
●状态表——允许将程序输入、输出或变量置于图表中，监视其状态。
●符号表——允许分配和编辑全局符号。
●输出窗口——在编译程序或指令库时提供消息。
当输出窗口列出程序错误时，双击错误讯息，会自动在程序编辑器窗口中显示相应的程序网络。
●状态栏——提供在STEP7-Micro/WIN中操作时的操作状态信息。
●程序编辑器——包含用于该项目的编辑器（LAD、FBD或STL）的局部变量表和程序视图。
单击程序编辑器窗口底部的标签，可以在主程序、子程序和中断服务程序之间移动。
●局部变量表——包含对局部变量所做的定义赋值（即子程序和中断服务程序使用的变量）
2、项目及其组件
STEP7-Micro/Win把每个实际的S7-200系统的用户程序、系统设置等保存在一个项目文件中，扩展名为.mwp。
打开一个.mwp文件就打开了相应的工程项目。
使用浏览条的视图部分和指令树的项目部分，可以查看项目的各个组件，并且在它们之间切换。
用鼠标单击浏览条图标或着双击指令树分支可以快速到达相应的项目组件。
三、在编程软件中设置通讯接口的参数
在STEP7-Micro/WIN中选择菜单命令“检视/元件/设置PG、PC接口”，或双击指令树的“设置PG/PC接口”图标进入“设置PG/PC接口”对话框（如图1-3）。
1、选择通信硬件
在“接口参数指定（InterfaceParameterAssignment）”列表框中选择通信接口协议“PC/PPIcable（PPI）”，在“AccessPointoftheApplication（应用的访问接点）”列表框中，将出现“Micro/WIN——>PC/PPIcable”。
2、设置PC/PPI电缆的PPI参数
单击“Properties（属性）”按钮，将会出现PC/PPI电缆的属性窗口（如图1-4）。
选择图1-4所示的默认值即可。
单击“LocalConnection（本地连接）”选项卡，选择连接PC/PPI电缆的计算机的RS232C通信口COM1。
设置完后点击“OK”按钮。
此时设置的是计算机通信接口的参数，下面还必须设置S7-200的波特率和站地址。
图1-3设置PG/PC的界面
图1-4查看、设置PPI参数
3、设置S7-200的波特率和站地址
在STEP7-Micro/WIN中选择菜单命令“检视/元件/系统块”，或双击指令树中的系统块图标，将打开S7-200的通信参数的选项卡（如图1-5），具体设置采用如图所示的默认值。
图1-5系统块内设置CPU通讯口属性
四、编程
1、创建一个项目
点击“文件/新建”或按工具条左边的
按钮，生成一个新的项目。
执行菜单命令“文件/另存为”保存文件。
2、设置PLC型号
执行菜单命令“PLC/类型”在出现的对话框里选择PLC型号，这里我们选择“CPU224”。
3、选择编程语言和指令集
执行菜单命令“工具/选项”，在“一般”选项卡中可以选择语言和指令集。
具体设置如图1-6所示。
4、选择程序结构
较简单的数字量控制程序一般只有主程序（OB1），较大的程序除了主程序外可能还有子程序和中断程序，根据需要选择程序结构。
5、编写程序
这里主要讲的是在LAD程序编辑器中的程序编辑方法。
STEP7-Micro/WIN用Network（程序段）来组织程序。
每个程序段相当于继电器控制图中的一个电流通路。
一个程序段内只能有一个“能流”通路，不能有两条互不联系的通路。
在LAD编辑器中有以下四种输入程序指令的方法：
图1-6选择语言环境
◆鼠标拖放
◆特殊功能键（F4，F6，F9）
◆鼠标双击
◆LAD指令工具栏按钮
编辑梯形图程序时，在矩形光标所在的位置放置一个触点（线圈）。
点击触点（线圈）上面或下面的红色问号，就可以设置该触点（线圈）的地址或其他参数。
双击梯形图中的网络编号选中整个网络后，可以删除或复制粘贴网络中的程序。
6、切换编程语言
单击菜单“检视”中的命令，可在三种编程语言间切换。
五、编译和下载
在STEP7-Micro/WIN中编辑的程序必须编译成S7-200CPU能识别的机器指令，才能下载到S7-200CPU内运行。
单击菜单“PLC/编译”或“PLC/全部编译”选项，或者单击工具栏的
或
按钮，执行编译。
◆
编译：
编译当前所在的程序窗口或数据块窗口。
◆
全部编译：
编译项目文件中所有可编译的内容。
使用菜单“文件/下载”，或单击工具栏中按钮
来执行下载。
下载时将S7-200、CPU的模式开关拨到“STOP”位置。
六、运行和调试
1、运行程序
将S7-200CPU上的模式开关拨到“RUN”位置，“RUN”指示灯亮，程序开始执行。
如果S7-200CPU上的模式开关处于“RUN”或“TERM”位置，还可以在STEP7-Micro/WIN软件中使用菜单命令“PLC/RUN”和“PLC/STOP”，或工具栏按钮
和
改变CPU的运行状态。
单击菜单命令“调试/开始程序状态”或者工具栏上的
按钮，进入监控程序状态。
但是程序监控状态不能完全如实显示变化迅速元件的状态。
2、用状态表监视程序
使用状态表可以监控数据。
使用菜单“监视/元件/状态图”或单击浏览条“检视/状态图”打开状态表窗口。
在状态表中输入要监视的变量的地址和数据类型，定时器和计数器可以分别按位或按字监视。
单击菜单“调试/开始图状态”或单击工具栏按钮
来监控状态表表格内的数据值。
如果按位监视，显示的是它们的输出位的ON/OFF状态。
如果按字监视，显示的是它们的当前值。
第二章基本指令编程练习
实验一位逻辑指令
一、实验目的
1、了解S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法。
2、熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法。
3、通过练习熟悉与、或、非等位逻辑指令。
二、实验仪器
1、西门子可编程控制器实验装置1台
2、安装了STEP7-Micro/WIN编程软件的PC机1台
3、PC/PPI编程电缆1根
4、连接导线若干
三、实验原理
1、基本指令功能介绍
标准常开触点用LD表示，标准常闭触点用LDN表示，输出操作用“＝”表示；逻辑与、或、“取非”分别用“A”、“O”和“NOT”表示；串联电路的并联操作用“OLD”表示；并联电路的串联操作用“ALD”表示。
2、实验程序
应用基本指令编写以下程序，并进行验证。
梯形图语句表
图2-1触点与输出指令
四、实验步骤及注意事项
1、在断电的情况下，将编程电缆一端与PLC的编程接口相连，另一端与计算机串口连接。
2、实验接线：
将主板二的I0.0、I0.1、I0.2分别和输入开关部分的K17、K18、K19插相连；主板二的Q0.0、Q0.1分别和主板一输出指示的L1、L2插孔相连；然后将主板二的1M与M相连，1L与＋24V相连。
3、打开STEP7-Micro/WIN编程软件，执行菜单命令“文件/新建”，或点击工具条上最左边的
按钮，生成一个新的项目。
执行菜单命令“PLC/类型”，设置PLC型号。
4、在主程序（OB1）中输入以上梯形图程序，点击工具条中的
或
按钮，编译输入的程序。
如程序有错，输出窗口会显示错误信息。
用鼠标双击错误信息可以在程序编辑器中显示相应出错程序段以便修改。
5、打开实验箱电源，将PLC上的模式开关拨到STOP位置。
执行菜单命令“文件/下载”或工具条中的
按钮，选择下载的块，执行下载。
6、改变开关K17、K18、K19的状态，观察并记录实验结果。
I0.0
I0.1
I0.2
Q0.0
Q0.1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
五、实验报告
1、写出I/O分配表和调试好的实验程序。
1、记录实验中的问题及分析过程。
六、思考题
1、写出本实验程序中Q0.0和Q0.1输出的逻辑表达式。
2、根据以下的时序要求编写程序，并调试直至正确为止。
图2-2时序图
实验二置位、复位及脉冲输出指令实验
一、实验目的
1、了解S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法。
2、熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法。
3、熟悉置位、复位指令的使用方法。
4、熟悉微分操作指令的使用方法。
二、实验仪器
1、西门子可编程控制器实验装置1台
2、安装了STEP7-Micro/WIN编程软件的PC机1台
3、PC/PPI编程电缆1根
4、连接导线若干
三、实验原理
1、指令功能介绍
置位操作用S表示。
当置位信号为1时，被置位线圈置“1”。
当置位信号变为“0”后，被置位线圈的状态可以保持，直到使其复位的线圈到来；复位操作用R表示。
当复位信号为“1”时，被复位线圈置“0”，当复位信号变为“0”以后，被复位的线圈的状态可以保持，直到使其置位的信号的到来。
上微分操作由“EU”表示。
上微分操作指某一位操作数的状态由0变为1的过程，即出现上升沿的过程。
上微分指令在这种情况下可以形成一个ON、一个扫描周期的脉冲；下微分操作由“ED”表示。
下微分操作是指某一位操作数的状态由1变为0的过程，即出现下降沿的过程。
下微分指令在这种情况下可以形成一个ON、一个扫描周期的脉冲。
2、实验程序
编写以下程序，并进行验证。
梯形图语句表
图2-3置位、复位及微分指令
四、实验步骤及注意事项
1、在断电的情况下，将编程电缆一端与PLC的编程接口相连，另一端与计算机串口连接。
2、实验接线：
将主板二的I0.0、I0.1分别和输入开关部分的K17、K18插相连；主板二的Q0.0分别和主板一输出指示的L1插孔相连；然后将主板二的1M与M相连，1L与＋24V相连。
3、打开STEP7-Micro/WIN编程软件，执行菜单命令“文件/新建”，或点击工具条上最左边的
按钮，生成一个新的项目。
执行菜单命令“PLC/类型”，设置PLC型号。
4、在主程序（OB1）中输入以上梯形图程序，点击工具条中的
或
按钮，编译输入的程序。
如程序有错，输出窗口会显示错误信息。
用鼠标双击错误信息可以在程序编辑器中显示相应出错程序段以便修改。
5、打开实验箱电源，将PLC上的模式开关拨到STOP位置。
执行菜单命令“文件/下载”或工具条中的
按钮，选择下载的块，执行下载。
6、改变K17、K18的状态，观察并记录实验结果，控制时序图为：
五、实验报告
1、写出I/O分配表和调试好的实验程序。
2、记录实验中的问题及分析过程。
六、实验思考题
1、根据下面的时序图编写实验程序。
图2-4时序图
2、PLC的工作原理是怎样的？
什么是PLC的一个扫描周期？
实验三定时器与计数器指令
一、实验目的
1、了解S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法。
2、熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法。
3、熟悉定时/计数指令的功能及用法。
二、实验仪器
1、西门子可编程控制器实验装置1台
2、安装了STEP7-Micro/WIN编程软件的PC机1台
3、PC/PPI编程电缆1根
4、连接导线若干
三、实验原理
1、指令功能介绍
1）定时器
定时器有三种类型即接通延时定时器（TON），断开延时定时器（TOF），保持型接通延时定时器（TONR）。
定时器有1ms、10ms和100ms三种分辨率，分辨率取决于定时器号见下表：
2）计数器
计数器指令有加计数器（CTU）、减计数器（CTD）以及加减计数器（CTUD）三种。
计数器的编号范围为C0-C255。
不同类型的计数器不能共用同一计数器号。
2、实验程序
编写以下定时器和计数器的程序如图2-5、图2-6所示并进行验证。
四、实验步骤及注意事项
1、在断电的情况下，将编程电缆一端与PLC的编程接口相连，另一端与计算机串口连接。
2、实验接线：
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