PLC应用技术实验指导书1011.docx
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PLC应用技术实验指导书1011
《PLC应用技术》实验指导书
机械工程与应用电子技术学院
机械电子教研室
1、实验装置
1.1自动立体仓库
自动立体仓库教学装置是一个模拟自动化生产过程中仓储环节的微缩模型，它使用了PLC、传感器、位置控制和电气传动等技术，具有货物的自动提取和存放功能，也可配置监控软件由上位计算机监控。
该装置采用台式结构，由立体库位框架、巷道式高叉车、操作盘等组成，并配有控制器（PLC）、传感器（光电式、触点式）、直流电机、键盘及驱动系统等，构成典型的机电一体化教学模型。
一．主要技术参数
1．电源：
AC220V±10%（带保护地三芯插座）
2．手动控制功能：
由键盘完成
3．自动控制功能：
由键盘设定，系统自动完成（PLC程序）
4．外形尺寸：
800X500X500
二．装置组成
自动立体仓库教学装置的结构如图1.1所示。
图1.1立体仓库装置的结构图
1.立体框架式库位
立体框架式库位用于存放货物盘，并设有进出货缓冲区。
2.三维运动巷道式叉车
叉车模仿了目前国际流行的典型产品，由直流电机完成水平（X轴）拖动运行、垂直（Y轴）拖动运行、进出叉（Z轴）拖动运行的驱动。
它可以完成从缓冲区到库位的自动存货和库位到缓冲区的自动取货。
3.操控盘（键盘）
操控盘（键盘）,可进行手/自动切换,完成货物存取的手动控制，并可以通过键盘发出指令从而完成货物的自动存取。
键盘在自动状态时，按键与输入地址的关系如下图所示（矩阵键盘）。
用户可根据键盘分布及输入地址，编写相应程序。
4.直流电机驱动电路与系统保护电路;
驱动电路完成对各运行电机的驱动及极限保护;保护功能由数字门电路构成,实现对叉车某些异常动作的限制;同时，叉子装置由永久磁铁装置组成保护结构；在异常运行时保护设备安全。
端子“6”和“7”必须同时为低电平，“A”继电器吸合；端子“5”和“8”必须同时为低电平，“B”继电器吸合；A吸合B断开时电机为顺行运行状态；B吸合A断开时电机为逆行运行状态；A顺B逆，A和B不得同时吸合。
5.输入信号板的原理与应用
输入信号板专为设备与控制器之间信号传递而设置,板上设有光电隔离电路,将内外电源隔离,以保护设备安全.
注意:
输出端为高电平驱动电路,严禁直接接地!
6.输出驱动板的原理与应用
7.PLC控制系统。
控制系统由控制器（通常为PLC，也可配备其他类型的逻辑控制装置）。
8.控制原理:
列定位：
S6为列定位光电传感器,列定位片顺序安装于叉车运行轨道左侧；共四只。
叉车运行时的列定位,由光电传感器检测到列定位片的开始沿（上升沿）来实现。
（列定位片有一定宽度,因此只有一侧有效）参见下图。
层定位:
S7为层定位传感器,在叉子架垂直运行经过层定位片时,发出到位信号;每只层定位片有两只遮光片;分别为上遮光片和下遮光片。
参见下图。
层定位片定位功能如下:
名称
定位功能1
定位功能2
上遮光片
放货入叉位
取货出叉位
下遮光片
取货入叉位
放货出叉位
例：
1）如果要放料，a.升叉至上遮光片，b.然后进叉，c.进叉到位后，d.降至下遮光片（此时料盘应已放在库架上）e.出叉。
2）如果要取料，a.升叉至下遮光片，b.然后进叉，c.进叉到位后，d.升至上遮光片（此时料盘应已插上叉子）e.出叉。
注意:
列定位片与层定位片均已调整好,请不要随意调整!
!
否则可能引起定位误差,造成设备损坏!
!
!
1.2八层电梯
电梯模型教学装置是一个模拟真实电梯的微缩模型，它使用了PLC、传感器、变频调速、交直流电机控制等技术，具有轿箱升降、自动平层、自动开关门、顺向响应轿箱内外呼梯信号、直驶、安全运行保护等功能，也可配置监控软件由上位计算机监控。
该装置采用台式结构，由主体框架、导轨、轿箱、配重等组成，并配有三相交流电机、变频调速器、控制器（PLC）、传感器、外呼按钮及显示屏、内选按钮及指示灯等，构成典型的机电一体化教学模型。
一．主要技术参数
1．电源：
AC220V±10%（带保护地三芯插座）
2．外形尺寸：
800X500X1300
二．装置简介
装置由主体框架及导轨、轿箱及门控系统、配重、驱动电机、外呼按钮及显示屏、内选按钮及指示灯和控制系统组成，结构如图1.2所示。
主体框架及导轨是由特制铝型材制成，它保证了轿箱的支撑和顺畅运行。
轿厢及门控系统是电梯的主要被控对象，它采用钢丝索和滑轮组结构悬吊于导轨之间，具有仿真度高的特点。
轿厢的开关门自动控制系统是由门导轨、滑块、传动皮带、驱动直流电机、位置传感器组成。
在PLC的控制下，轿厢到位后完成门的自动开启、延时、自动关闭的动作。
配重是与轿厢配合完成上下运行的重要部件，可使轿厢运行平稳、能耗低。
驱动电机是轿厢运行的曵引原动机，它采用三相交流电机配合变频调速器实现加减速控制、正反转控制、点动控制等操作。
外呼按钮及显示屏是模拟实际电梯轿厢以外各楼层的呼梯信号及显示轿厢位置的部件。
内选按钮及指示灯是模拟实际电梯轿厢内的楼层选择信号以及开关门选择的部件。
控制系统由控制器（通常为PLC，也可配备其他类型的逻辑控制装置）、传感器、变频调速器、端子板和直流电源等组成。
控制器接收外呼按钮、内选按钮和设在导轨上各楼层传感器的信号并通过预先设定的程序对变频调速器、指示灯和搂层显示屏进行控制，使轿箱按照规定的运行规律升降、顺向响应、变速、平层、开关门及显示等，通过编程实现对电梯的智能控制。
图1.2电梯模型正面结构示意图
1-主体框架；2-导轨；3-轿箱；4-驱动电机；5-外呼按钮及显示；6-内选按钮及指示；7-变频调速器；8-输出转换端子；9-输入转换端子10直流电源；11-底盘
三．动作方式与控制原理
1.轿厢升降:
FR-E740为三菱FR-E700系列产品，如图1.3所示，采用三相交流电源，电源为380V工频电源。
变频器输出U、V、W连接三相鼠笼电机。
变频器速度模式输入为三端子点输入，速度选择输入为两端子点输入。
输入变频器机架必须接地。
具体参数如表1-1。
图1.3三菱FR-E740变频器
表1-1三菱FR-E740变频器主要参数表
端子记号
端子名
端子功能说明
额定规
STF
正转启动
STF信号ON时为正转、OFF时为停止指令。
STF、STR信号同时ON时变成停止指令。
输入电阻4.7kΩ
开路时电压
DC21～26V
短路时
DC4～6mA
STR
反转启动
STR信号ON时为反转、OFF时为停止指令。
RH、RM、RL
多段速度选择
用RH、RM和RL信号的组合可以选择多段速度
R/L1、S/L2、
T/L3、
交流电源输入
连接工频电源。
当使用高功率因数变流器（FR-HC）及共直流母线变流器（FR-CV）时不要连接任何东西。
U、V、W
变频器输出
连接3相鼠笼电机。
接线原理如下图:
SW1,SW2,SW3决定电机的三种运行速度。
2.层定位原理
层定位传感器结构原理如下图
在主框架上每个层位都安装一只传感器组件（传感器为缝隙式光电传感器）,每只传感器组件上共安装三只传感器（A,B,C）,挡片随轿厢运行时经过传感器缝隙,发出到位信号,经信号转接板输出至PLC作为输入信号,以向上运行到层为例：
（1）轿厢以速度1运行；
（2）当挡板进入传感器A，轿厢以速度2运行；
（3）当挡板进入传感器C，轿厢以速度3运行；
（4）当挡板进入传感器B，轿厢刹车，到位；
3．轿厢门控原理
轿厢门的开闭由一只直流电机驱动；一块驱动板完成极限位保护和换向驱动动做；
随着轿厢门的开闭两只传感器分别发出到位信号；
2、PLC硬件模块
2.1ABB
本实验装置采用ABB公司的AC500（AdvantController500）系列可编程控制器。
下面是AC500的结构：
下面是AC500CPU模块的种类：
CPU单元的基本信息如下图所示：
■更便捷的系统升级：
只需更换CPU模块即可升级系统能力
下图是CPU支持的通讯接口：
下面是开关量输入模块DI524：
开关量输入/输出模块DC523作为我们的输出模块
2.2三菱Q系列PLC
本设计采用三菱公司Q系列中的Q02（H）PLC。
配合一个电源模块、三个QX40型输入模块和三个QY10型触点输出模块。
如图2.1所示。
图2.1PLC组硬件连接图
1）Q02（H）PLC参数：
●支持的本地I/O达4096点，最快指令仅34纳秒。
●程序容量从28K-252K步（1步=4byte）。
●支持结构化编程，最大程序数量为252个，每个程序克设定为扫描、低速、等待，且可互相切换。
●内置标准RAM及ROM，文件寄存器数量128K，且可扩展到1M。
●具有12MUSB及115KRS232编程接口。
●内部软元件约30K，可自由设定。
●支持多达4个CPU，一个系统中可集成顺控CPU、过程控制CPU、运动控制CPU（最大96轴）、PCCPU。
●支持100M以太网，另有WEBSERVER模块，可用浏览器通过INTRANET、INTERNET监控PLC，进行程序监控、读写等远程维护功能。
●各种智能模块、功能模块，满足各种从简单到复杂的应用，如BASIC模块，支持BASIC语言，易写通讯程序。
2）QX40型输入模块（正公共端型）参数：
模块共有18个端子点，1-16为输入端子点，第17点为公共端（正），第18点为空点。
具体参数见表2-1。
表2-1QX40输入模块参数
输入点数
16点
隔离方法
光电耦合器隔离
额定输入电压
24VDC（+20/-15%，失真因数在5%以内）
额定输入电流
约4mA
输入降额
无
ON电压/ON电流
9V或更高/3mA或更高
OFF电压/OFF电流
11V或更低/1.7mA或更低
输入阻抗
约5.6k
隔离耐电压
560VACrms/3个周期（海拔2000m）
隔离电阻
由绝缘电阻测试仪测出10M或更高
公共端方式
16点/公共端（公共端子:
TB17）
运行指示
ON指示（LED）
外部连接方式
18-点端子排（M36螺栓）
适用线径
芯0.3至0.75mm2（外径最大2.8毫米）
适用压装端子
R1.25-3（不能使用带套管压装端子。
）
5VDC内部消耗电流
50mA（标准:
所有点ON）
重量
0.16kg
I/O点数
16（按16点输出模块设置I/O分配）
3）QY10型触点输出模块参数:
模块共有18个端子点，1-16点为输出端子点，第17点为公共端点（正/负），第18点为空点。
具体参数见表2-2。
表2-2QY10输出模块参数表
输出点数
16点
隔离方法
继电器
额定开关电压、电流
24VDC2A（电阻负载）
240VAC2A（cos=1）
/点,8A/公共端
最小开关负载
5VDC1mA
最大开关负载
264VAC125VDC
最大开关频率
3600次/小时
电涌抑制器
无
隔离耐电压
2830VACrms/3个周期（海拔2000m）
隔离电阻
由绝缘电阻测试仪测出10M或更高
运行指示
ON指示（LED）
外部连接
18-点端子排（M3*6螺栓）
适用线径
芯0.3至0.75mm（外径最大2.8毫米）
适用压装端子
R1.25-3（不能使用带套管压装端子。
）
5VDC内部电流消耗
430mA（标准:
所有点ON）
重量
0.22kg
公共端方式
16点/公共端（公共端子:
TB17）
I/O点数
16（按16点输出模块设置I/O分配）
2.3接口板
3、编程软件介绍
3.1CoDeSys编程软件
CoDeSys软件是可编程逻辑控制PLC的完整开发环境（CoDeSys是ControlledDevelopementSystem的缩写），在PLC程序员编程时,CoDeSys为强大的IEC语言提供了一个简单的方法，系统的编辑器和调试器的功能建立在高级编程语言的基础上，Codesys是一个标准的软件平台，被很多硬件厂家支持，可编程超过150家OEM生产的自动装置。
CoDeSys提供了许多组合产品的扩充，诸如各种不同领域的总线配置程序、完整的可视化功能和运动控制功能。
除了支持PLC编程，还支持总线接口，驱动设备（特别是伺服，数控），显示设备，IO设备等的编程，支持Codesys的厂家往往是相关专业领域作的较突出的厂家。
CoDeSys支持IEC_61131所描述的所有语言。
1）文本化的语言：
指令表和结构文本
2）图形化的语言：
顺序功能流程图、功能模块图和梯形图，还可采用基于功能模块图的连续功能编辑器（CFC）。
CoDeSys操作界面如图3-1所示。
图3-1CoDeSys操作界面图
虽然CoDeSys提供了强大的可视化界面功能，但在本课题的可视化界面设计中只设计了一个简单界面用于显示程序的当前状态，如图3-2所示。
图3-2可视化界面
3.2GXDeveloper编程软件
GXDeveloper编程软件可以有梯形图、逻辑指令等多种编程方式，一般采用梯形图方式编辑。
GXDeveloperVersion8的编程语言就梯形图来说，与CoDeSys当中的梯形图编程有些不同。
在GXDeveloperVersion8输入输出的名字只能是X*0到X*F，Y*0到Y*F，其中“*”由硬件决定，体现它的地址是多少。
例如X00代表地址为00的输入，即代表它接到三菱PLC上CPU后面的第一个输入模块的第一个接口。
中间继电器也只能用M**，其中“**”是十进制数，类似的有定时器用T**,计数器用C**等等，软元件都有其固定的符号表示。
程序使用步骤如下。
1、打开编程软件。
点击“开始”→“所有程序”→“MELSOFT应用程序”→“GXDeveloper”就会出现下图所示的界面。
2、新建工程。
点击“工程”菜单栏下面的“创建新工程”就会弹出如下图所示的对话框，选择相应的PLC系列、PLC类型和程序类型，然后点击确定就可以编程了。
3、变换。
编程后编程区会成灰色，要变换一下才能下载，点击“变换”菜单，选择“变换”或者直接按“F4”，如下图所示。
4、写入程序:
在下载程序前，先把数据线插上，再把CPU模块上的run/stop拨动开关拨到stop位置，然后点击“在线”菜单下的“PLC写入”。
如下图所示。
5、选择写入的内容。
在上一步完成后会弹出下图所示的对话框，选择“参数+程序”，此时程序和参数下面就会打上红色的对勾，然后点击“执行”。
6、自动下载。
程序回自动下载到PLC中，下载完成后会出现下图所示的提示。
然后把RUN/STOP拨动开关拨到RUN处，把RESET/LCLR拨动开关先拨到RESET处，再拨回LCLR处即可运行。
6、保存。
点击“工程”菜单下的“另存工程为”就会出现下面的对话框，选择要存放的路径，再给工程命名，然后点击保存即可。
程序编辑成功后进行模拟，模拟界面如图3-4所示。
模拟结果与实际功能相同后将PLC上的运行/停止开关转换到stop位置，通过USB数据线将PLC与PC连接，应用软件中PLC写入功能将程序写入PLC的RAM中。
完成后将PLC的运行/停止开关转换到run位置。
图3-4程序模拟界面图
4、实验内容
4.1自动立体仓库
4.1.1实验目的
1．进一步熟悉PLC的I/O连接；
2．熟悉八层楼电梯采用按钮控制的编程方法及运行情况；
3．可以培养学生对PLC控制系统硬件和软件的设计与调试能力；
4．分析和解决系统调试运行过程中出现的各种实际问题的能力。
4.1.2实验内容
自动立体仓库控制一般来说大致分为以下几个环节：
1．自动、手动控制；
2．叉车自动复位控制；
3．选择库位和模式的键盘输入控制；
4．货物自动出库、入库控制；
5．电机驱动输出控制。
4.1.3实验步骤
1.熟悉立体仓库的工作原理及控制要求
2.熟悉PLC的控制程序
I/O设备及I/O点地址的分配，如表1-1和表1-2所示。
表1-1输入地址分配
X0
左极限开关
%IX0.0
X1
右极限开关
%IX0.1
Y0
下极限开关
%IX0.2
Y1
上极限开关
%IX0.3
Z0
外极限开关
%IX0.5
Z1
内极限开关
%IX0.4
Lie
列定位传感器
%IX0.6
Ceng
层定位传感器
%IX0.7
Auto
自动/手动
%IX1.1
K0
键盘第一行
%IX2.0
K1
键盘第二行
%IX2.1
K2
键盘第三行
%IX2.2
K3
键盘第四行
%IX2.3
K4
键盘第一列
%IX2.4
K5
键盘第二列
%IX2.5
K6
键盘第三列
%IX2.6
K7
键盘第四列
%IX2.7
表1-2输出地址分配
Y_XZ
X轴左行
%QX18.0
Y_XY
X轴右行
%QX18.1
Y_YD
Y轴下降
%QX18.2
Y_YU
Y轴上升
%QX18.3
Y_ZI
Z轴进叉
%QX18.4
Y_ZO
%QX18.4
%QX18.5
1.接线
按照表1-1和表1-2所示的I/O分配，在PLC输入端，输出端接上对应的线。
2.编程
本实验采用ABB公司的PLC，其编程软件CoDesys，按照要求编写梯形图，然后将程序写入PLC中。
3.运行程序
仿照上述方法，顺序调试其它的动作。
4.1.4实验报告
1.根据梯形图控制原理的分析，给每个逻辑行的功能加上注释；
2.按照调试的顺序列表说明运行的结果（写出输出的状态）。
4.2八层电梯
4.2.1实验目的
1．进一步熟悉PLC的I/O连接；
2．熟悉八层楼电梯采用按钮控制的编程方法及运行情况；
3．可以培养学生对PLC控制系统硬件和软件的设计与调试能力；
4．分析和解决系统调试运行过程中出现的各种实际问题的能力。
4.2.2实验内容
楼宇电梯控制一般来说大致分为以下几个环节：
1．电梯开、关门控制；
2．到层指示灯控制；
3．层呼叫指示及轿厢内去某层指示控制；
4．电梯方向选择、启动及运行速度控制；
5．检修运行控制；
6．电气安全保护控制；
7．消防控制。
本节主要讨论前五个控制环节。
4.2.2实验步骤
1．熟悉采用按钮控制的电梯工作原理及控制要求
2．熟悉PLC的控制程序
3．接线
按照表1-1和表1-2所示的I/O分配，在PLC输入端，输出端接上对应的线。
4．编程
本实验采用三菱PLC的编程软件GXDeveloper，按照要求编写梯形图，然后将程序写入PLC中。
5．运行程序
仿照上述方法，顺序调试其它的动作。
4.2.4实验报告
1．根据梯形图控制原理的分析，给每个逻辑行的功能加上注释；
2．按照调试的顺序列表说明运行的结果（写出输出的状态）。
四.使用与维护
（一）验机与准备
1．将装置水平放置，卸去为运输而设的固定件，检查各紧固锣钉是否有松动或脱落。
2．将电源线插入底座侧方插孔，另一端接电源（电源必须有良好的保护接地）。
3．打开电源开关，观察电源指示灯、直流电源指示灯、PLC的RUN指示灯等均应正常显示，否则检查电源电压和电源保险管。
4．将底座操作盘上的“运行—检修”旋钮拨向检修位置，以手操纵轿箱升降，并观察轿箱的运行是否平稳及显示屏的显示是否正常，如异常则应检查钢丝索、滑轮机构以及显示屏的数码管。
5．运行PLC内的演示程序。
用手动方式将轿箱脱离极限位开关，底座操作盘上的“运行—检修”旋钮拨向运行位置，此时轿厢将自动停在一层位置,用外呼或内选按钮进行上下楼或楼层选择，电梯将自动运行。
6．以上演示程序运行正常产品合格，其他功能由用户自行开发。
（二）调试方法
1．传感器的调整
在导轨上每个楼层装有三只位置传感器，调整时只需松开固定锣钉即可调整它的位置。
2．钢丝索的调整
为了使轿箱的升降平稳，钢丝索的松紧程度应调整合适，调整时只需松开电梯顶部纲索的紧固锣钉，调好松紧度以后在固定，逐根调整。
3。
变频调速器的调整
变频调速器是电梯的关键部件，它的工作状态是预先设置好的，如果需要改变则要根据厂家提供的使用说明书修改其参数。
参考参数:
No
功能名称
设定范围
出厂数据/设定值
P05
力矩提升（%）
0--40
05/35
P08
选择运行指令
0--5
0/4
P09
频率设定信号
0--5
1
P11
停止模式
01
0/1
P32
第二速度
0.5--250
5
P34
第四速度
0.5--250
3
P38
第八速度
0.5--250
1
（三）维护保养
1．装置的电源应设有良好的保护接地或漏电保护器。
3．非专业人员不得擅自打开汇线槽和面板盒。
4．装置不可平放或倒置。
5．保证装置在清洁无尘的环境中。
6．搬运时切忌施力于装置上的任何部件。
7．使用前请仔细阅读说明书。
五．电梯模型可以完成以下实验内容
（1）位置传感器的原理及应用。
（2）直流电机原理及控制方法。
（3）三相交流电机的原理及控制方法。
（4）变频调速器的原理及使用方法。
（5）多层电梯智能控制方案的设计。
（6）可编程控制器（PLC）的原理及结构。
（7）PLC的编程训练及应用。
（8）PLC的调试及运行。
（9）工业自动化设备的调试与维护。
六．编程、下载、地址与变量关联。
1）编程简要介绍
PLC控制系统的开发，要根据具体的被控对象的控制过程，输入输出，选择合适的PLC，包括CPU、输入输出模块等。
在本实验中，硬件部分，已经连接好了，变频器采用三菱公司的变频器，PLC也选择的是三菱公司的，大家主要完成软件编程。
在具体编程前，先要弄清楚电梯上下运行以及各楼层上呼、下呼就、内呼之间的逻辑关系。
可以先编写呼叫按钮按下对应输出相应的指示灯亮的小程序或者检修程序来了解一下三菱PLC编程软件GXDeveloperVersion8是怎样编程的。
然后在充分了解电梯模型组成，输入输出基础上，对其的控制过程做一个总的设计。
GXDeveloperVersion8的编程语言可以是梯形图、逻辑指令等多种编程方式。
本模型软件编辑采用梯形图方式编辑，但是与codesys当中的梯形图编程有些不同。
在GXDeveloperVersion8输入输出的名字只能是X*0到X*F，Y*0到Y*F，其中“*”由硬件决定，体现它的地址是多少。
例如X00代表地址为00的输入。
中间继电器也只能用M**，其中“**”是十进制数。
定时器用T**,计数器用C**等等。
软元件都有固定的符号表示。
2）程序下载
编完程序后，就应该上机调试了。
程序下载步骤如下。
1、首先编程后编程区会成灰色，要变换一下才能下载，“变换”菜单下选择“变换”或者直接按“F4”，如下图所示。
2、写入程序:
在线->PLC写入
3、选择写入的内容:
在对话框中选择
升级会员 