PLC原理及应用案例式教学内容.docx
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PLC原理及应用案例式教学内容
《PLC原理及应用》案例式教学内容
该课程在进行了前期的教学知识点讲授后，准备了九个案例来理解PLC控制指令的使用及控制系统的开发。
通过以上案例的运用，能使学生熟练的掌握PLC的各种基本指令与控制指令。
在理解控制程序的基础上，也能编写符合客户要求的控制程序。
一、PLC系统简介
CPM1A系列可编程控制器是日本欧姆龙公司的袖珍型机，功能强，体积小，使用交流电源可在100V～240V范围内变动，且机内还设有供输入用的DC24V电源。
可编程序控制器（简称PC）在进行生产控制或实验时，都要求将用户程序的编码表送入PC的程序存贮器，运行时PC根据检测到的输入信号和程序进行运算判断，然后通过输出电路去控制被测对象。
所以典型的PC系统由以下三部分组成：
输入/输出接口、PC主机、通讯接口。
一、可编程序控制器（PC）主机
在我们的实验台（箱）中，选用的PC主机型号是CPM1A—40CDR—A—V1，有24个输入点，16个输出点。
PLC主机面板图如图1-1所示
图1-1
在图1-1中：
①输入接线端
②输出接线端
③输入/输出端口状态指示。
④主机状态指示。
有四个指示灯。
当PC接通电源时，PWR灯亮；
当PC运行程序时PWR和RUN两灯点亮。
ERR和ALM共用一个指示灯，ERR是异常指示，当PC自检发现异常时点亮，ALM为报警指示，在PC进行系统诊断发现电池电压偏低或程序周期在100～130ms区间时闪烁发光。
这时PC仍继续执行程序。
当主机与外设端口通信时，COMM灯闪烁。
⑤通讯接口：
用于下载程序、及调试、监视模式。
⑥扩展接口：
可对输入输出点数进行扩展，或其他专用模块。
二、通讯装置
通常采用微型计算机作为编程、监视设备。
安装OMRON公司的PLC集成调试软件Cx-ProgramerV5.0，用专用的通讯电缆将电脑的串口（RS232）和PLC主机的通讯接口连接起来，运行软件，就可将编好PLC程序的编码表下载至PC的存储器中，运行程序，进行控制实验，也可以对PLC主机的各输入输出点的状态进行监视。
关于上位软件的安装与使用请参见第二章。
三、输入输出部分
通常PLC的接口分为输入接口和输出接口两部分。
根据主机点数的不同，输入输出接口的数目也各不相同。
如CPM1A-40CDR，有24个输入点，16个输出点，共40点；CPM1A-30CDR，有18个输入点、12个输出点，共30点。
输入接口通常使用00通道和01通道，每个通道为12位，分别为0000～0011、0100～0111。
每位相当于一个输入端口。
有两个或一个COM端，分别对应于两个通道，用于控制输入电平的有效电平，当COM端接高电平，则输入电平高有效；当COM端接低电平，则输入电平低有效。
根据主机点数，使用其中的部分或全部通道。
CPM1A-40CDR使用0000～0011、0100～0111；CPM1A-30CDR使用0000～0011、0100～0105。
输出接口通常使用：
10通道和11通道，每个通道8位，分别为1000～1007、1100～1107。
可分组控制，COM0～COM5，用于控制输出端的有效电平。
当COM端接高电平，则当输出端有效时，输出高电平；当COM端接低电平，则当输出端有效时，输出低电平。
CPM1A-40CDR、CPM1A-30CDR的输出方式均为继电器输出。
CPM1A-40CDR使用1000～1007、1100～1107；CPM1A-30CDR使用1000～1007、1100～1103。
表1-1是CPM1A-40CDR输出端的分组状况
表1-1
输出端
控制端
1000
COM0
1001
COM1
1002、1003
COM2
1004、1005、1006、1007
COM3
1100、1101、1102、1103
COM4
1104、1105、1106、1107
COM5
表1-2是CPM1A-30CDR输出端的分组状况
表1-2
输出端
控制端
1000
COM0
1001
COM1
1002、1003
COM2
1004、1005、1006、1007
COM3
1100、1101、1102、1103
COM4
四、输入/输出接口的使用方法
在我们的实验台（箱）中，是按模块化方式设计的，每个模块都将实验时用到的输入输出信号引出，供实验时接线用。
这里我们只介绍主机模块和基本指令模块。
其他模块在具体实验中介绍。
在主机模块中，我们已经将PLC主机上的输入/输出端和实验模块上的输入输出单元对应接好。
实验时只须用双头线按实验接线表连接即可。
主机上方为输入端，下方为输出端。
基本指令模块中我们提供了钮子开关，作为长动型输入触点；发光二极管指示灯，作为负载指示。
主要用于学习PLC各种指令的功能及使用。
实验一～实验六中的指令功能学习，就是在“基本指令模块”中完成的。
主要接线方法如下：
1、输入接口：
将输入通道00CH或01CH的相应位根据需要与模拟开关端口用导线相连。
输入通道的公共端接24V，模拟开关的公共端接GND。
2、输出接口：
将输出通道10CH或11CH的相应位根据需要接发光二极管，输出通道的控制端COM0～COM5接GND，发光二极管的公共端接24V。
如下图所示：
（其中虚线表示双头导线）
五、CPM1A继电器地址的分配
名称
点数
通道号
继电器地址
功能
输入继电器
160点
（10字）
000～009CH
00000～00915
继电器号与外部的输入输出端子相对应。
（没有使用的输入通道可用作内总继电器号使用。
）
输出继电器
160点
（10字）
010～019CH
01000～01915
内部输助继电器
512点
（32字）
200～231CH
20000～23115
程序内可以自由使用的继电器
特殊输助继电器
384点
（24字）
232～255CH
23200～25507
分配有特定功能的继电器
暂存继电器（TR）
8点
TR0～7
回路的分岐点上，暂时记忆ON/OFF的继电器
保持继电器（HR）
320点
（20字）
HR00～19CH
HR0000～HR1915
在程序内可以自由使用，且断电时也能保持断电前的ON/OFF状态的继电器
输助记忆继电器（AR）
256点
（16字）
AR00～15CH
AR0000～AR1515
分配有特定功能的继电器
链接继电器（LR）
256点
（16字）
LR00～15CH
LR0000～LR1515
1：
1链接的数据输入输出用的继电器（也能用作内部输助继电器）
定时器/计数器
128点
TIM/CNT000～127
定时器、计数器，它们的编程号合用
数
据
存
储
器
（DM）
可读写
1002字
DM0000～0999
DM1022～DM1023
以字为单位（16位）使用，断电也能保持数据。
DM1000～DM1021不作故障记忆的场合，可作为常规的DM使用。
DM6144～6599、DM6600～DM6655不能用程序写入（只能用外围设备设定）
故障履历
存入区
22字
DM1000～DM1021
只读
456字
DM6144～DM6599
PC系统
设定
56字
DM6600～DM6655
二、OMRON编译调试软件的安装与使用
一、软件的安装
我们提供的CPM1A系列可编程序控制器的编译调试软件为CX-ProgrammerV5.0。
该软件有中文版，安装时选择“中文安装语言”。
整个安装过程都是中文界面，只须按提示进行即可。
安装的内容是：
1、集成软件应用程序；
2、OMRON的FBLibrary；
3、OMRONCX-Server。
这三个内容都是要安装的，安装过程中有提示的。
名字和公司名称，可以任意填写；系列号见安装盘上的sn.txt。
二、软件的使用
1、从开始菜单程序中运行CX-Programmer。
2、从文件菜单中点击新建命令，出现“改变PLC”对话框，在设备类型中选择“CPM1（CPM1A）”，再点击“设置”按钮，出现“设备型号设置”对话框，在CPU类型中选择“CPU40”或“CPU30”，其他默认。
设置完毕，按确定按钮。
3、这时在屏幕左边的工作区出现一个“新工程”目录，展开该目录，双击“新程序1”下的“段1”，这时右边的程序编辑区就可输入程序。
程序的输入有两种方式：
梯形图方式和助记符方式。
你可以通过视图菜单中的：
“梯形图”和“助记符”这两个命令来选择或切换，切换时输入的梯形图指令和助记符指令会自动转换。
4、程序编辑完成后，先保存，然后点击：
程序菜单下“编译”命令，检查程序语法正确与否，直至没有错误。
5、点击PLC菜单下“在线工作”。
（在做这步工作之前，请先用通讯电缆将电脑的串口和PLC主机的通讯接口连接起来，并接通实验台（箱）电源。
）
6、然后选择PLC菜单下“传送”→“到PLC”命令，将程序下载至PLC主机内部的存储器中。
7、再选择PLC菜单下“操作模式”→“运行”命令，就可以运行你自已的程序了。
8、在运行模式中，你可以选择PLC菜单下“监视”→“监视”，来查看各输入输出接口的运行状态，以确定程序功能是否符合设计意图。
以上是该软件的快速使用指南。
如想深入了解该软件的其他功能，请参阅帮助菜单下的帮助文档，那里有更详细的说明。
三、PLC原理及应用案例
案例一基本指令
一、目的
1、掌握常用基本指令的使用方法。
2、学会用基本逻辑与、或、非等指令实现基本逻辑组合电路的编程。
3、熟悉编译调试软件的使用。
二、器材
1、PC机
2、PLC实验台（箱）
3、通讯电缆
4、导线若干
三、内容及步骤
欧姆龙CPM1A系列可编程序控制器的基本指令有14条。
本次实验进行常用基本指令LD、LDNOT、AND、ANDNOT、OR、ORNOT、ANDLD、ORLD、OUT、OUTNOT、END指令的编程操作训练。
先简要介绍如下：
1、取指令
指令符：
LD梯形图符：
数据：
接点号。
除了数据通道之外，PC的其余继电器号都可以。
功能：
读入逻辑行（又称为支路）的第一个常开接点。
2、取反指令
指令符：
LDNOT梯形图符：
数据：
同LD指令
功能：
读入逻辑行的第一个常闭接点。
在梯形图中，每一逻辑行必须以接点开始，所以必须使用LD或LDNOT指令。
此外，这条指令还用于电路块中每一支路的开始，或分支点后分支电路的起始，并与其它一些指令配合使用。
3、与指令
指令符：
AND梯形图符：
数据：
接点号。
除了暂存继电器接点外，其余继电器接点都可以。
功能：
逻辑与操作，即串联一个常开接点。
4、与非指令
指令符：
ANDNOT梯形图符：
数据：
接点号，同AND指令。
功能：
逻辑与非操作，即串联一个常闭接点。
5、或指令
指令符：
OR梯形图符：
数据：
接点号，范围同AND指令。
功能：
逻辑或操作，即并联一个常开接点。
6、或非指令
指令符：
ORNOT梯形图符：
数据：
接点号，范围同AND指令。
功能：
逻辑或非操作，即并联一个常闭接点。
7、输出指令
指令符：
OUT梯形图符：
数据：
继电器线圈号。
功能：
将逻辑行的运算结果输出。
8、求反输出指令
指令符：
OUTNOT梯形图符：
数据：
继电器号，范围同OUT指令。
功能：
将逻辑行的运算结果取反后输出。
9、电路块与指令
指令符：
ANDLD梯形图符：
无
数据：
无
功能：
将两个电路块串联起来。
10、电路块或指令
指令符：
ORLD梯形图符：
无
数据：
无
功能：
将两个电路块并联起来。
11、结束指令
指令符：
END（01）梯形图符：
数据：
无
1、输入下列指令，观察运行结果。
（接线可参见第一章中“输入/输出端口的使用方法”）
练习1：
练习2：
练习3：
在程序中如果有几个分支输出，并且分支后还有接点串联时，要用暂存继电器TR来暂时保存分支点状态。
TR必须与LD及OUT指令配合使用。
在同一逻辑行中，若有多个分支点时，要用不同号的TR，且TR不得超过8个。
在不同逻辑行中，允许用重号的暂存继电器。
练习4：
在程序中要将两个程序段（又叫电路块）连接起来时，需要用电路块连接指令。
每个电路块都是以LD或LDNOT指令开始。
ANDLD指令：
LD0.02
OR0.03
LD0.04
ORNOT0.05
ANDLD
OUT11.00
END（01）
ORLD指令：
LD0.02
ANDNOT0.03
LDNOT0.04
ANDNOT0.05
ORLD
LD0.06
AND0.07
ORLD
OUT11.00
END（01）
案例二定时器及计数器指令
一、目的
1、掌握常用定时指令的使用方法。
2、掌握计数器指令的使用
3、掌握定时器/计数器内部时基脉冲参的设置。
4、熟悉编译调试软件的使用。
二、器材
1、PC机
2、PLC实验台（箱）
3、通讯电缆
4、导线若干
三、内容及步骤
1、定时器指令
指令符：
TIM梯形图符：
数据：
占两行，第一行跟在指令之后，是两位数字00～47，为选定的定时器号；第二行数据与第一行数据在编码表中位置上下对齐，是定时器的设定值，用4位十进制数表示，定时单位为0.1秒，所以最低位是十分位。
例如定时5秒的设定值是0050。
定时范围是0.1～999.9秒。
功能：
定时时间到接通定时器接点。
定时器是减1定时器。
当输入条件为ON时，开始减1定时，每经过0.1秒，定时器的当前值减1，定时时间一到，定时器的当前值为0000，定时器接点接通并保持。
当输入条件为OFF时，不管定时器当前处于什么状态都复位，当前值恢复到设定值，相应的动合接点断开。
定时器相当于时间继电器。
在电源掉电时，定时器复位。
练习1：
延时器
LD0.02
ANDNOT0.03
TIM000#30
LDTIM000
OUT11.00
END（01）
练习2：
秒脉冲发生器
LDNOTTIM001
TIM000#5
LDTIM000
TIM001#5
OUT11.00
END（01）
2、计数器指令
指令符：
CNT梯形图符：
数据：
占二行
一行是计数器号00～47；
下一行是计数设定值，用4位十进制数表示，计数范围是0001～9999。
该指令在梯形图中有两逻辑输入行。
接CP端的行，是计数信号输入行；接R端的行是计数器复位输入行，又称为置0行。
功能：
计数到时，接通计数器动合接点，相当于硬件计数器。
计数器是减1计数器。
在计数脉冲的上升沿，计数器的当前值减1，当计数值减为0时，计数器的动合接点接通。
当复位输入为ON时，计数器复位，当前值恢复到设定值，动合接点断开。
电源掉电时，计数器的当前值保持不变。
当置0信号和计数信号同时到来时，置0信号优先。
练习1：
计数器指：
LD0.02
ANDNOT0.03
LD0.04
CNT010#10
LDCNT010
OUT11.00
END（01）
案例三
置位/复位及脉冲指令
一、目的
1、掌握KEEP、DIFU、DIFD指令的使用方法。
2、熟悉编译调试软件的使用。
二、实验器材
1、PC机
2、PLC实验台（箱）
3、通讯电缆
4、导线若干
三、内容及步骤
1、锁存指令
指令符：
KEEP（11）梯形图符：
数据：
继电器号
00000～01915
HR0000～1915
AR0000～1915
LR0000～1915
TR0～7
功能：
相当于锁存器，当其置位（ON）后，将一直保持，直至复位为止。
锁存指令有两个输入行，SET为置位输入行，RES为复位输入行。
当置位输入为ON，复位输入OFF时，锁存继电器动作并保持，即使输入再变为OFF仍保持。
当复位输入为ON，置位输入为OFF时，锁存继电器释放。
当两输入端同时为ON时，复位输入优先。
波形见图。
图4-1锁存继电器定时图
在写编码表时，先写置位行，然后是复位行，最后是锁存指令，见下例。
练习KEEP指令的编程
图4-2KEEP指令的编程
自锁电路能用KEEP指令代替，见图。
图4-3用KEEP代替自锁电路
2、
前沿微分指令指令符：
指令符：
DIFU（13）梯形图符：
数据：
继电器号
00000～01915
HR0000～1915
AR0000～1915
LR0000～1915
TR0～7
功能：
在输入脉冲的前沿，使指定的继电器接通一个扫描周期后又释放，即把输入状态的前沿微分输出到指定的继电器。
练习前沿微分指令的编程
图4-4前沿微分指令的编程
例中，当接于0003的输入开关断开时，与它对应的输入继电器OFF，在内部电路中的0003动断接点ON，接于0002的开关，由OFF→ON时，0500闭合一个扫描周期后又释放，定时波形见图。
图4-5DIFU指令的定时图
3、后沿微分指令
指令符：
DIFU（14）梯形图符：
数据：
同DIFU（13）
功能：
把输入信号的后沿（ON→OFF）微分状态，输出给指定继电器。
CPU在连续两次扫描中，发现输入状态从ON→OFF时，执行本指令。
这两条微分指令都是在输入状态发生变化时才起作用。
在程序运行中，一直接通的输入条件，不会引起DIFU的执行；一直处于断开的输入不会引起DIFD的执行。
练习:
后沿微分指令的编程
图4-6微分指令的编程和定时
在一个程序中，最多允许48个DIFU及DIFD指令。
若多于此数微分指令溢出，并将第49个微分指令作废，即当作NOP指令执行。
微分指令通常用在一次输入只需作一次处理的情况下，这种情况是经常会遇到的。
案例四艺术灯控制
一、目的
1、掌握移位寄存器指令的应用
2、掌握PLC与外围电路的接口连线
二、器材
5、PC机
6、PLC实验台（箱）
7、艺术灯控制模块
8、通讯电缆
9、导线若干
三、内容及步骤
1、设计要求
艺术灯控制可以采用PLC来控制，如灯光的闪耀、移位及各种时序的变化。
艺术灯控制模块共有9只灯，如下图所示：
艺术灯控制示意图
现要求L1～L9号灯闪亮的时序如下：
（1）L1～L9号灯全亮。
（2）L1～L9号灯由依次点亮。
（3）L1～L9号灯全亮。
然后重复上述过程，循环往复。
2、确定输入输出地址、并编写程序
3、编译程序，无误后下载至PLC主机的存储器中，并运行程序。
4、调试程序，直至符合设计要求。
5、参考程序（艺术灯.cxp）及接线表
输入
输出
主机
实验模块
注释
主机
实验模块
注释
0000
启动
启动
1000
L1
灯L1
0001
停止
停止
1004
L2
灯L2
1005
L3
灯L3
1006
L4
灯L4
1007
L5
灯L5
1100
L6
灯L6
1101
L7
灯L7
1102
L8
灯L8
1103
L9
灯L9
COM
24V
COM0
24V
COM
GND
COM3
24V
COM4
24V
3、根据自己的想法，设计一个不同控制顺序的程序。
案例五数码管显示控制
一、目的
1、掌握移位寄存器指令的应用
2、掌握用PLC控制数码管显示
二、器材
1、PC机
2、PLC实验台（箱）
3、数码管显示模块
4、通讯电缆
5、导线若干
三、内容及步骤
1、设计要求
设计一个数码管循环显示程序。
显示值数字0～9。
数码管为共阴极型。
A、B、C、D、E、F、G、Dp为数码管段码，COM为数码管公共端（位码），当段码输入高电平，位码输入低电平时，相应的段点亮。
2、确定输入输出地址、并编写程序
3、编译程序，无误后下载至PLC主机的存储器中，并运行程序。
4、调试程序，直至符合设计要求。
5、参考程序（数码管.cxp）及接线表
输入
输出
主机
实验模块
注释
主机
实验模块
注释
0000
K1
启动
1004
1A、2A
段码A
0001
K2
停止
1005
1B、2B
段码B
KCOM
GND
1006
1C、2C
段码C
COM
24V
1007
1D、2D
段码D
1100
1E、2E
段码E
1101
1F、2F
段码F
1102
1G、2G
段码G
COM3
24V
COM4
24V
COM1
GND
位码1
COM2
GND
位码2
注：
1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、COM1指数码管LED1的段码和公共端。
2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、COM2指数码管LED2的段码和公共端。
案例六交通信号灯的自动控制
一、目的
1、掌握PLC功能指令的用法
2、掌握用PLC控制交通灯的方法
二、器材
1、PC机一台
2、PLC实验箱一台
3、演示屏——交通灯控制模块
4、编程电缆一根
5、导线若干
三、内容及步骤
1、设计要求
设计一个十字路口交通信号灯的控制程序。
要求为：
南北向红灯亮10秒，东西向绿灯亮4秒闪3秒，东西向黄灯亮3秒，然后东西向红灯亮10秒，南北向绿灯亮4秒闪3秒，南北向黄灯亮3秒，并不断循环反复。
绿灯灭。
2、确定输入输出地址、并编写程序。
3、编译程序，无误后下载至PLC主机的存储器中，并运行程序。
4、调试程序，直至符合设计要求。
5、参考程序（交通灯.cxp）及接线表
输入
输出
主机
实验模块
注释
主机
实验模块
注释
0000
K1
启动
1002
SNG、PSNG
南北绿灯
0001
K2
停止
1003
SNY
南北黄灯
1004
SNR、PSNR
南北红灯
1005
EWG、PEWG
东西绿灯
1006
EWY
东西黄灯
1007
EWR、PEWR
东西红灯
COM
24V
COM2
24V
KCOM
GND
COM3
24V
案例七驱动步进电机的PLC控制
一、目的
1、掌握PLC功能指令的用法
2、掌握用PLC控制步进电机的方法
二、器材
1、PC机
2
升级会员 