《电气控制与PLC》实验指导书.docx

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《电气控制与PLC》实验指导书

可编程操纵器的实验遵照循序渐进的原则，由浅入深的分为上机练习，参惯例程序的PLC应用练习实验和PLC操纵系统设计的综合实验等部分。

PLC实验方法有两种，一种是用PLC实验装置进行实验和应用程序的开发；另一种是用一般PLC外加若干导线进行简易的开发和实验。

PLC实验装置具有直观，使用方便的优点，通常配有各种工业操纵模板，能够形象地模拟工业现场操纵，专门是导线的插拔连接形式，适用于教学的重复使用。

若无PLC实验装置，也可直截了当使用PLC配以外部连接导线，给出必要的输入信号进行实验，同时能够利用PLC自身的输出指示观看PLC

运行结果。

本章以PLC实验装置的应用为主，研究PLC的实验方法。

1PLC-S7-JZ型实验装置

PLC实验装置的生产厂家众多，型号各异，但差不多原理和结构、设计思想大致相同。

为适合教学使用，实验装置一样采纳插头、插座连接结构，并制成各种操纵模板供练习使用。

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的PLC-S7-JZ型实验装置为例，介绍PLC实验装置的结构原理和使用方法。

1.1.1实验装置的结构和原理

PLC-S7-JZ型实验装置由PLC、模拟操纵板、通用器件板、工程环境等四部分组成。

本装置采纳24点的小型PLC为差不多单元，实验装置的结构如图1.1所示。

下面简介PLC实验装置的结构原理及使用方法。

图1.1PLC-S7-JZ实验装置

1.通用器件板

通用器件板要紧由I/O点，发光二极管指示及开关等组成。

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

图1.2通用器件板

（1）输入点（INPUT）

INPUT部分有10.0~11.5共14个输入点（与PLC的输入点相连），其中1M、2M点为输入点的公共接地端，如果用户使用的输入点数不超过8点时只需1M接地，2M悬空即可，使用点数多时2M也必须接地。

另外要用到的输入点要与直流电源+24V端连接。

（2）输出点（OUTPUT）

OUTPUT部分有Q0.0~Q1.1共10个输出点（与PLC的输出点相连），其中1L、2L、3L使用时要接电源的高电平，实验时一样接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的选定电源。

若用户用的输出点数不超过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）通用器件板中间部分为4个钮子开关和4个指示灯（发光二极管），分不为PLC提供开关量输入信号和输出状态指示。

钮子开关能够与模拟操纵板配合使用，还能够单独使用。

（4）电源部分

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

（5）BCD码拨盘

本装置设有3位BCD码拨盘，分不对应个、十、百位数，通过插拔式连接导线，能够将BCD码拨盘的&4、2、1端与PLC的输入端点连接起来，从PLC外部向PLC内部定时器、计数器等送入所需要3位以下十进制数。

（6）通用器件板与模拟操纵板的联系

模拟操纵板给出各种操纵对象的示意图，安装了一些开关、指示灯、I

/O插座等器件。

通用器件板上的INPUT及OUPUT端口与模拟操纵板上的输入、输出信号端口按照一定规律连接起来，能够把操纵对象板的输入信号送至PLC，也能够把PLC的输出送到操纵对象板，使模拟操纵板能够在PLC的操纵下工作。

2.模拟操纵板的工作原理

模拟操纵板上的开关有点动按钮和钮子开关两种开关形式。

模拟操纵板上的开关均为双联开关，开关有效时，PLC输入有效，同时输入指示灯

（发光二极管）发光。

模拟操纵板上的负载均采纳发光二极管作为PLC输

出指示，当模拟操纵板上负载端得到高电平（+24伏）时发光二极管发光，低电平常熄灭。

模拟操纵板输入点结构与输出点结构工作原理如图1.3所示：

电瀾柑示鞠人蛊輪出占

丄

图1.3实验模板电路原理图

3.工程环境

工程环境的设置要紧是为了驱动一定功率的负载，工程环境部分由低压断路器、熔断器、交流接触器、指示灯、按钮、接线端子排等低压电器元件组成。

一定功率负载的驱动，更加接近工程实际。

1.1.2通用器件板及模拟操纵板的连接

1.通用器件板的连接

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

开关组的COM端接24VDC的正极，通过接通开关的方式将+24V送到PLC的输入点。

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

BCD码拨盘的公共端A接24VDC的正极，8421编码端分不接到PLC的各个输入点，以实现BCD码外部数据的输入。

1.4通用器件板连接方法

2.模拟操纵板的使用方法

模拟操纵板使用时，需要通过通用器件板，向模拟操纵板提供PLC的I/O信号及24V直流电源，模拟操纵板与通用器件板之间的连接关系如图1.5所示。

关

图1.5负载板与通用器件板的连接方法COM

8421A8421A8421A

模拟操纵板的24V电源端与通用器件板的直流24V电源正、负极输出连接，以保证模拟操纵板电路的正常工作。

若仅用PLC的输出信号时，也能够只将模拟操纵板的24V直流电源负极与通用器件板的电源负极相连接

百十个

（正极无须连接）。

其它信号端子分不接至通用器件板已分配I/O端点。

完

成了正确的接线后，能够进行程序的运行显示。

1.2SIMATIC使用方法和PLC的应用练习

本节第一研究SIMATIC指令系统的差不多操作方法，然后进行PLC的练习实验。

本节给出了PLC操纵系统实验要求的例程序，参考电路等PLC练习实验所需要的所有资料，能够通过程序输入、调试、运行，逐步把握PLC实验的差不多方法。

1.2.1差不多操作练习

1.实验目的

（1）练习使用S7-200编程软件，了解PLC实验装置的组成。

（2）把握用户程序的输入和编辑方法。

（3）熟悉差不多指令的应用。

（4）熟悉语句表指令的应用及其与梯形图程序的和转还。

2.实验内容

（1）输入图1.6所示的梯形图，并转换成对应的语句表指令（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10.0、10.1、Q0.0添加符号名（符号名可任意设定）。

（3）练习程序的编辑、修改、复制、粘贴的方法。

（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）参考5.1.1例题5.5,练习栈操作指令的使用方法。

（6）参考5.1.2,练习定时器指令及参数的输入方法。

（7）练习系统块设置的方法。

网耀1冋络題口单齐：

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10.010.100.1

图1.6梯形图练习1

.0101IC2

1——1HrdH1—（）

10Q0.1MD1QDO

1——1F-M1——1M

图1.7梯形图练习2

3.实验步骤

（1）开机（打开运算机电源，但不接PLC电源）

（2）进入S7-200编程软件。

（3）选择语言类型（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，并观测编译结果，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的操作过程。

（2）写出梯形图添加注释及符号名的操作过程。

（3）总结OLD、ALD指令和栈操作指令的使用方法。

（4）简述系统块设置的方法。

1.2.2正次品分拣机

1.实验目的1:

（1）加深对定时器的明白得，把握各类定时器的使槪法。

（2）明白得企业车间产品的分捡原理。

实验器材

（1）实验装置（含S7-20024点CPU）-

次品分拣模拟操纵板

启动Y

次品

如图1.9所示。

图1.9正次品分拣流程图

（2）参考电路和程序

PLCI/O端口分配及参考电路图：

SB1

I0.0

M启动按钮

SB2

I0.1

M停止按钮

SQ1

I0.2

检测站1，

SQ2

I0.3

检测站

Q0.0

电动机（传送带驱动）

，丫

Q0.1

次品

剔除

SB1

SB2

SQ1

SQ2

—

I0.0

Q0.0

I0.1

Q0.1

I0.2

I0.3

匚

GND

PLC

+24V

十

+24V

220VAC

图1.10正次品分拣机PLC电气原理图

科0■

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IINTOIM

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T37T39

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QQ.L

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TDM

4.实验内容及要求

（1）按参考电路图完成PLC电路接线（配合通用器件板开关元器件）

（2）输入参考程序并编辑。

（3）编译、下载、调试应用程序。

（4）通过实验模板，显示出正确运行结果。

注意：

程序上、下载时，必须给PLC上电，并将CPU置于STOP状态

5.摸索练习

（1）分析各种定时器的使用方法及不同之处。

（2）总结程序输入、调试的方法和体会。

（3）试将S1作为产品计数的检测装置，对日产量进行统计。

（4）程序要求增加皮带传送机构不工作时，检测机构不承诺工作（剔除机构不动作），编写梯形图操纵程序。

1.2.3交通灯自动操纵

1.实验目的

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%的一秒周期（0.5秒脉冲宽度）闪耀3次（另一方向亮红灯），然后变为红灯（另一方向绿灯亮、黄灯闪耀），如此循环工作。

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参考电路：

PLC

SB1

I0.0

Q0.0

—

HL1

Q0.1

一炉

HL2

SB2

I0.1

Q0.2

HL3

厂

IL1J

Q0.4

（X-

HL4

Q0.5

—■-

HL5

Q0.6

HL6

+24

Vd」

GND

丄

+24V

220VAC

—

图1.13红绿灯操纵PLC电气原理图

4.实验内容及要求

（1）按参考电路图完成PLC电路接线（配合通用器件板开关元器件）

（2）输入参考程序并编辑。

（3）编译、下载、调试应用程序。

（4）通过实验模板，显示出正确运行结果。

注意：

程序上、下载时，必须给PLC上电，并将CPU置于STOP状态

5.摸索练习

（1）要实现一个简单的过程操纵，程序编制的思路及步骤有哪些？

（2）定时器、计数器预置值如何设定输入？

如何修改？

（3）简述上机操作步骤。

（4）增设某个方向直通的功能。

6.参考程序

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09.6

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006

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034

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TON

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图1.14红绿灯操纵参考程序

1.3PLC综合能力实验

本节仅给出PLC操纵题目及要求，由实验者自行设计PLC外部接线和应用程序，并反复进行程序的输入、修改、调试，直至得出正确的运行结果，意在提升创新和独立摸索能力及综合素养。

1.3.1工作台自动循环操纵

1.实验目的

（1）把握PLC外部输入、输出电路的设计和导线的连接方法。

（2）利用符号表对POU（S7-200的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）把握应用软件的编程方法。

（4）把握程序注释的方法。

2.实验内容及要求

（1）设计工作台自动循环的PLC操纵电路。

（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。

前进

"后退

「「工作台M

导……忙丄乩口

□□□□

SQ4SQ3SQ1SQ2

图1.15工作台自动循环

（5）为程序注释。

*1/0分配、符号表及注释参考：

I0.0

SB1

正向起动按钮

I0.5

SQ3

、/.\rr.［、.rm-r

前进位置

检测

I0.1

SB2

反向起动按钮

I0.6

SQ4

、/.\rr.［、.rm-r

前进位置

爱护

I0.2

SB3

停止开关

Q0.0

KM1

正转接触

器

I0.3

SQ1

起始位置检测

Q0.1

KM2

反转接触

器

I0.4SQ2起始位置爱护

（6）编辑、编译及下载用户程序；

（7）动态调试和运行用户程序，显示运行结果。

注意：

程序上、下载时，必须给PLC上电，并将CPU置于STOP状态

3.实验设备

（1）运算机（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.实验内容与要求

（1）画出PLC外部（输入、输出）电路，并连接外部导线；

（2）第一接通个人运算机（编程器）电源，然后，接通可编程操纵器（PLC）电源；

（3）编程及调试运行。

1设计PLC操纵工作台自动循环的梯形图程序；

2选择CPU的工作方式（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程序的编译、下载；

7程序的调试和运行。

5.实验报告内容

（1）按照操纵要求，画出程序流程框图；

（2）总结建立符号表的优点；

（3）详细记录、分析程序下载过程及运行时显现的咨询题。

6.摸索练习

利用工程环境的条件，按本题的要求，实现对小功率单相交流异步电动机（M）的驱动，同时增加运行指示功能，画出操纵原理图。

1.3.2智力竞赛抢答器

1.实验目的

（1）把握PLC外部输入、输出电路的设计和连接方法；

（2）把握应用软件的编程方法；

（3）把握应用符号地址编程的方法。

2.智力竞赛抢答器的要求

利用PLC操纵系统设计1个4组的智力竞赛抢答器。

3.抢答器的操纵要求

（1）在主持人侧，设置抢答指示电路和启动、复位按钮。

选手侧各设置1个抢答按钮。

（2）主持人按动启动按钮，能够进行一次抢答，黄色发光二极管作承诺抢答指示。

（3）竟猜者抢答主持人所提的咨询题时，按动各自的抢答按钮。

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/、7pIf/

口红口黄丄

OfQg

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台;

（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指示,数码管显示抢先1组的组不，

4.实验设备

（1）运算机（编程器）

（2）实验装置；

图1.16抢

（3）实验板1块；

答器实验板

5.实验内容及要求

（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，采纳符号地址、应用七段码指令编写用户程序；

（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；

（4）运行用户程序，观看程序运行结果。

6.摸索练习

（1）指出阻碍系统响应速度的因素。

（2）利用CPU214PLC制成的抢答器，最多为几组？

试设计最多组时PLC的外部电路。

1.3.3电动机Y-△起动

实验目的

（1）用PLC操纵电动机Y-△起动电路

（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-A起动要求

（1）电动机M能实现正、反向Y-△启动

（2）电气操作流程讲明：

按动正向启动按钮SB2,KM1和KM4闭合（Y型起动），经3秒后K

M4断开，KM3闭合，实现正向△型运行；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△型运行，按停车按钮SB1，电动机M停止运行

4.实验内容及要求

（1）按照电动机Y-△起动要求，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，编写用户程序；

（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；

（4）运行用户程序，观看程序运行结果。

5.摸索练习

（1）若电动机M直截了当由正向运行转入反向运行（不用停车按钮），程序如何改动？

（2）结合实验过程和结果写出实验报告

1.3.4自动送料装车系统

1.实验目的：

（1）了解工业生产过程中PLC操纵方法；

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—磴

U）.1台「近块；y-jfe

（2）学会熟练使用PLC解决生产实际咨询题

2.实验设备

（1）运算机（编程器）1台；

（2）实验装置（含S7-20024点CP

（3）自动送料装车系统实验模板1

（4）连接导线若干。

3.自动送料装车系统的操纵要求

初始状态：

绿灯（L1）亮，红灯（L2勺啜■，表示常％

车模拟操纵板

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

电动机M3运行后，进料阀门K1打开料斗进料，料斗装满时，检测开关S仁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运行及料满（S仁1）后，打开放料，物料通过传送带的传送，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，同时电动机M3断电停止，2秒后M2停止，再过2秒M1停止，L1亮，L2灭，表示汽车能够开走。

4.实验内容及要求

（1）按照自动送料装车系统的操纵要求，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）编写用户程序；

（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；

（4）运行用户程序，观看程序运行结果。

5.摸索练习

（1）在原试验基础上，增加每日装车次数统计功能。

（2）结合实验过程和结果写出实验报告。

1.3.5多种液体自动混合

1.实验目的

（1）结合多种液体自动混合系统，应用PLC技术对化工生产过程实施操纵；

（2）学会熟练使用PLC解决生产实际咨询题。

运算机（编程器）1台；

实验装置（含S7-20024点CPU）

多种液体自动混合实验模板1块;连接导线若干。

hl=

实验设备

（1）

1台;

（2）

（3）

（4）

按动启动按钮，电磁阀丫1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（丫1为OFF）,液体A停止注入，同时，开启电磁阀门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，同时，开启电磁阀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，然后开启搅拌电动机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，液体能够全部放完-停止放出（Y4为OFF）。

液体混合过程终止。

按动停止按钮，液体混合操作停止。

4.实验内容及要求

（1）按液体混合要求，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，编写用户程序；

（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；

（4）运行用户程序，观看程序运行结果。

5.摸索练习

（1）分析程序运行结果。

（2）试编写出搅拌与加热同时进行的程序，要求加热与搅拌条件同时满足后顺序向下执行，观测运行结果。

（3）简述液位传感器L1,L2,L3的工作原理及实验时的操作方法。

（4）结合实验过程和结果写出实验报告。

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1.3.6循环显示电路

1.实验目的

（1）熟悉PLC循环程序的编程；

（2）了解工业顺序操纵的差不多原理

（3）学会熟练使用PLC解决动态显

2.实验器材

（1）运算机（编程器）1台；图1.20循环显

示模拟操纵板

（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.循环显示要求

模板中心的黄灯L1亮红灯L2.L3.L4.L5间隔0.5秒依次点亮

1.5秒

绿灯L6、L7、9间隔0.5秒依次点亮F灯朋少熄灭

L2、L3、L4、抹同时熄灭L6、L7、L8、L9同时熄灭

返回初始步，循环显示。

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