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1、PLC实验指导书可编程序控制器（PLC）实验指导书安阳工学院电子信息与电气工程系2008年4月上 篇 实验装置介绍第一章 可编程序控制器（PLC）简介可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，具有很强的抗干扰能力，能在恶劣的工业环境下工作。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储，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、模拟的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备都十分易于与工业控制系统形成一个整体，有功能强大而且成熟的软件支持，易于扩充功能，并且有各种不同规模的产品供选用，所以在控制领域得到了广泛的应用。可编

2、程序控制器是美国在20世纪60年代末首先研制成功的，当初主要是用来替代继电器控制系统的，所以功能较为简单，只能进行开关量逻辑控制，故称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。到20世纪70年代后期，随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展，尤其是微处理器的发展，PLC广泛使用微处理器做中央处理器，使它成为具有计算机功能的工业控制装置。1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（Programmable Controller ）简称PC。但由于PC容易与个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习

3、惯称之为PLC。可编程控制器具有可靠性高、编程简单、通用性强、体积小、结构紧凑、安装维护方便等一系列优点，而今PC已广泛应用于国内外的冶金、化工、机械、汽车、轻工等行业。一、PLC的组成及功能PLC主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入/输出部件（I/O单元）、电源和编程器几部分组成。1 .中央处理单元PLC的CPU随机型不同有所不同，通常由通用微处理器（如8086、80286等）、单片机芯片（如8031、8096等）、位片式微处理器（如AMD-2900）等。CPU位数越高，PLC档次越高，运算速度越快，指令功能越强。2 .存储器PLC的内部存储器（简称内存）用来储存系统

4、管理程序和用户程序。内存有两种：一种为随机存储器RAM，用以存储用户程序；一种为只读存储器ROM、PROM、EPROM、EEPROM用以固化管理程序和用户程序。3. 输入/输出单元（I/O单元）输入/输出信号分为开关量、模拟量和数字量。I/O单元是PLC与被控制对象间传递输入/输出信息的接口部件，为防止各种干扰和高电压窜入PLC内部，I/O单元一般采用光电耦合电路。4. 电源PLC配有开关式稳压电源模块，用来对PC的内部电路供电。5 .编程器编程器用作用户程序的编制、编辑、调试和监视，主要有手持编程器和电脑编程两种方式。电脑编程要通过适配器和专用电缆线将PLC与计算机相连，并需要专用的编程软件

5、。手持编程器则可以在现场作程序输入，使用方便，但是修改、编辑等速度慢。6. I/O扩展单元I/O扩展单元用来扩展输入、输出点数。7 .其它外部设备接口单元用来与盒式磁带机、打印机、编程器等外部设备相连。二、PLC的工作方式PLC采用循环扫描的方式工作，同时以“ 串行”方式工作。即在任何时刻它只能执行一条指令，而且是循环地、顺序地逐条执行程序。其工作过程可分为内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。在输入处理阶段：PLC以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态，并将此状态存入输入映象寄存器，接着转入程序执行阶段，程序执行期间关闭输入映象寄存器。在程序执行阶段：按先左后右、先上后

6、下的步序逐条执行程序指令，并将运算和处理的结果控制输出。在输出处理阶段：程序执行完后，将输出映象寄存器的通/断状态，转存到输出锁存器，通过隔离电路、驱动功率放大电路、输出端子向外输出控制信号。三、主要软元件介绍可编程控制器内有许多被称为“软元件”的器件，如继电器、定时器、计数器等。任何一种软元件都有无数对a触点（常开触点）和b触点（常闭触点），这些触点与线圈连接构成逻辑电路。输入/输出继电器：在各基本单元中均按八进制对输入/输出的地址进行赋值，诸如X000-XFY000-YF(输入/输出继电器以外的” 软元件”均采用十进制的地址编号)。扩展单元、扩展模块中的输入输出继电器（增加的点）采用基本单

7、元之后的接续编号。辅助继电器：（一般有两种）一种是普通用途辅助继电器；另一种是有电池后备具有断电记忆功能的辅助继电器，这类继电器：既使停电，也能保持动作，也可称为断电保持继电器。状态软元件：这是一种步进指令用的状态继电器，不采用步进指令时，也可用来替代一般的辅助继电器或保持继电器。此外，还有称之为信号报警器的软元件。定时器：线圈通电时开始计时，断电时自动复位，不保持中间数值。计数器：16位单向计数器（即加法计数器）和32位双向计数器。本实验装置选用的主机型号为日本松下系列的AFPX-C60R。它是一种适于小规模应用的PLC。其基本软元件如下：输入点数为32点，输出点数为2A，继电器输出28点；

8、辅助继电器（R线圈）：一般4096点（如：R0-R62F）；特殊192点（如：R900-R9011F）；链接继电器（L线圈）：一般2048点。定时器1024点（T）：（四类）0.1秒定时器TMX，范围从0至327.67秒200点（T0-T99）；1秒定时器TMY，范围从0至3276.7秒46点（T100-T199）；0.01秒定时器TMR，范围从0.001至32.767秒4点（T200-T299）；0.001秒积算定时器，范围从0至3276.7秒6点（T300-T399）。计数器（C）：16位单向计数器：一般，范围从0至32767数16点（C0-C15,16位上计数器）；锁定，184点（子系统

9、，C16-C199,16位上计数器）。32为双向计数器：一般，范围从1至32767数20点（C200-C219,32位双向计数器）；锁定，15点（子系统，C220-C234, 32位双向计数器）。高速计数器（H0）：单向，4点（H235-H238）；单向c/w起始停止输入，3点（H241、H242和H244）；双向，3点（H246、H247和H249）；A/B向，3点（H251、H252和H254）。数据寄存器（DT）：一般，128点（DT0-DT127,32位元件的16位数据存储寄存器）；锁定，7872点（DT128-DT7999, 32位元件的16位数据存储寄存器）；文件，7000点（DT

10、1000-DT7999通过3块500程式步的参数设置，16位数据存储寄存器）；外部调节，范围从0至255，2点(数据从外部设置电位器移到寄存器D8030和DT8031)；特殊，256点（包含DT90040、DT90041和DT90042，从DT90043数据存储寄存器）；变址，16点（V和Z，16位数据存储寄存器）。指标（P）：用于CALL，128点（P0-P127）；用于中断，6点。嵌套层次：用于MC和MRC时8点（N0-N7）。常数：十进制K(16位：-32768至+32768，32位：-2147483648至+2147483647),十六进制H(16位：0000-FFFF,32位：000

11、00000-FFFFFFFF)。第二章 PLC实验装置的介绍本实验装置选用的为日本松下系列的AFPX-C60R作为控制器。它是一种适于小规模应用的PLC，所以价格低廉，而且具有扩展能力，可以扩展EEPROM存储器和I/O端子的数量。本装置的设计采用活动结构，即PLC和实验部分的安装是活动的，PLC上所有的输入、输出端子通过引线连接到实验装置的面板上。这样的好处一方面是学生在作实验时不需要用锣丝刀来做导线的连接，只要将所配的连接线的两头分别插入所需的端子即可。另一方面，如果用户需要安装别的牌号的PLC，只要将松下PLC取下，直接安装即可。在实验的设计上，本着循序渐进的方式，从“基本指令实验”开始

12、，让学生有机会通过基本指令的练习，掌握PLC的编程和梯形图的使用方法。本装置设计了以下实验：1.基本指令实验；2.电机正反转控制；3.LED数码显示；4.电机的顺序起动控制；*5.交通灯控制；*6.运料小车控制#7.两种液体的混合；*8.抢答器；#9.自动售货机模拟；#10.机械手控制；#11.电梯控制；其中上述带*号的为综合性实验，带#号的为设计性实验。本装置设置了验机程序，在需要时可以运行验机程序以确定各部分的工作是否正常。指导教师可以根据教材的情况选用实验，由于采用了灵活接插的方式。本实验装置允许用户选择学生实验时程序的输入方式。用户可以选择在微机上输入程序或用手编程器输入程序。这一方式

13、使用户在设计实验时具有较大的灵活性。为保证安全，本装置所有的输出输入端子均采用低压供电。 第三章 实验装置说明可编程控制器是当今工业领域使用最广泛的一种新型自动控制装置，微电子技术和计算机技术的发展是PLC出现的技术基础和物质基础。PLC具有高可靠性、强抗干扰能力、编程语言简单易学、功能完善适应性强、使用简单、调试维修方便、体积小、重量轻、功耗低等特点,主要应用于开关量控制、模拟量控制、运动控制、数据处理和通信联网等领域。硬件结构上可以分成微处理器(CPU)、存储器、输入/输出部件等组成部分；软件系统包括系统程序和用户程序两部分。PLC按结构形式分为整体式和模块式两类，按功能和I/O点数可分为

14、低档机、中档机和高档机三种。可用用户程序存储容量、I/O总点数、扫描速度等指标衡量其性能。当前,PLC正朝标准化、小型化、模块化和大容量、高速度、多功能等方面发展。现在市场常见的PLC主要有松下、三菱、西门子、欧姆龙等几种，本实验装置采用松下FPX系列PLC，它采用半导体大规模集成电路，因此整个产品结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低。 所以，PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备。 本实验装置的PLC可以用任意一种PLC代替，具有兼容性。本实验装置可以完成演示和自己编程两种实验功能，它包括12个已有实验例子，有简单的基本指令介绍，也有基本应用。其具体实验用下表显示:表1

15、可编程控制器实验模拟装置面板示意图验机实验PLC的输入端子 PLC主机PLC的输出端子PLC基本操作指令实验表2 可编程控制器实验模拟装置实验模拟分布图运料小车控制模拟实验自动售货机模拟实验交通信号灯模拟实验LED数码显示控制模拟实验机械手工作过程模拟实验 电梯控制系统模拟实验电机顺序启动模拟实验两种液体混合模拟实验抢答器模拟实验电机正反转模拟实验1、实验装置的硬件装置(1)本实验装置的PLC采用220V交流电压供电电压范围宽100240V，它的端子分为L和N(火线和零线)，还有一个地线。(2) 此实验装置输入的公共端（COM端）从实验装置面板的下面通过连线连到各输入按钮，表面不再给出接线孔，

16、而PLC的各输入端口X000、X001、X002等用接线座从PLC引到面板表面，各个具体的实验所用的输入也用接线座引到实验装置面板上，二者的接线座用接线端子连接以构成回路，形成本实验装置的输入。(3)本实验的输出端包括PLC本身所带的输出端和一块输出端扩展模块(PLC的输出采用直流供电)，还有PLC的输出供电模块，把它们所有公共端连接到一起作为输出端的公共端。这个总的输出公共端从装置的面板下面通过连到供电模块的地端，输出供电模块的高电压再连到各输出指示。输出指示的另一端连接到装置面板的接线座上(每个输出指示有标号与输出接线座的标号相对应)，PLC的各输出端口通过导线连接到面板上的输出接线座，这

17、两种接线座通过接线端子连接起来构成输出的回路。如图1所示(FPX系列PLC又分为继电器输出FPX-C30R和晶体管输出FPX-C30T) 图1 输入与输出端子示意图2、实验装置的软件编程 PLC的编程可以用电脑和手持编程器两种方式完成。（1）电脑编程 松下系列的电脑编程软件是FPWIN PRO，它需安装，这个软件编写的是梯形图，程序必须经过Convert(变换)才能写入PLC的存储器中。主要指令介绍:new(用鼠标点击它将出现一个选择PLC类型的对话框，本实验装置选择的是FPX，然后就可以进行编写一个新的PLC程序。) open(用以打开一个已编写的PLC程序)文件/由PLC上传 (用以从PL

18、C的存储器中读出已写入的程序)文件/下载到PLC(把用电脑编好的程序写入到PLC的存储器中)Remote RUN/STOP (遥控运行/停止PLC存储器中的程序，因为在PLC与电脑连接导线的插口旁边还有一个手动的RUN/STOP键)Start Monitor (监控程序的运行情况)Program check(可以用以检查程序编写是否有错误)Tools/Convert (用以程序转化,编写的梯形图只有经过转化才能写入PLC的存储器中)注意： 要修改程序时，必须先停止运行程序和停止监控。编写一个新程序的一般步骤： 点击New-选择FX1n-开始编写-Convert-Write to PLC-Rom

19、ote RUN(或者手动运行)。手持编程器编程用手持编程器编程与用电脑编程最大的区别是：电脑编的是梯形图，编好后必须转化为指令才能写入PLC的存储器中来运行。而手持编程器编程直接编的是指令程序，它不用转化可以直接写入PLC的存储器中来运行。它的主要功能键与电脑编程的指令大致相同。本实验装置不支持手持编程器。第四章 梯形图的设计与编程方法4.1 确定各元件的编号利用梯形图编程，首先必须确定所使用的编程元件编号，PLC是按编号来区别操作元件的，使用时一定明确每个元件在同一时刻决不能担任几个角色。4.2 梯形图的编程规则每一个继电器的线圈和它的触点均使用统一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。梯

20、形图每一行都是从左边的母线开始，线圈接在右边的母线上，线圈右边不允许再有接触点。线圈不能直接接在左边母线上，如需要的话，可通过不动作的常闭触点连接线圈。应当避免双线圈输出。梯形图从左至右、从上向下运行。下 篇实 验 内 容实验一 验机实验在验机实验区完成验机工作1实验目的：熟悉PLC实验装置。练习手持编程器的使用。检查PLC的工作状态。2.控制要求：通过逐次输入检测PLC是否正常工作，当且仅当接通14个输入端的其中之一时，输出端接通后的指示灯全亮，表示每个输入和输出端都能正常工作，以完成验机工作。3. 编制梯形图并写出程序 梯形图图2 验机实验梯形图程序清单 实验二 基本指令的编程练习实验位置

21、在基本指令实验区完成本实验1.实验目的熟悉PLC实验装置。练习手持编程器的使用。熟悉系统操作。掌握与，或，非逻辑以及定时器功能的编程方法。2.基本指令简介名 称助记符目标元件说 明初始加载STX、Y、R、T、C、L常开触点与母线相连初始加载非ST/X、Y、R、T、C、L常闭触点与母线相连输出指令OTY、R、T、C、L、F线圈驱动与指令ANX、Y、R、T、C、L常开触点串联连接与非指令AN(/)X、Y、R、T、C、S常闭触点串联连接或指令ORX、Y、R、T、C、S常开触点并联连接或非指令OR/X、Y、R、T、C、S常闭触点并联连接组或ORS无电路块并联连接块与指令ANS无电路块串联连接置位指令S

22、ETY、R、S令元件自保持通态复位指令RSTY、R、L、DT、V、Z、T、C令元件自保持断态上升沿微分DFY、R输入信号上升沿产生脉冲输出下降沿微分DF/Y、R输入信号下降沿产生脉冲输出保持KPY、R空操作指令NOP无使步序作空操作程序结束指令END无程序结束3、指令编程练习的梯形图图3 输入与输出端子示意图4、指令表4、 参考程序通过程序判断各输出的状态，然后再输入并运行程序加以验证。指令表如下: 步序指令器件号 说明 0LDX1输入 1TMXT0延时2秒 4LDTO输入T0 5ORYO与T0相或 5AN/X2与前一步取与 6OTY0输出Y0 7END程序结束5、 实验步骤梯形图中的X1和X

23、2分别对应控制实验单元输入开关X1和X2。通过专用电缆连接手持编程器与PLC主机。打开编程器，逐条输入指令，检查无误后，将可编程控制器主机上的STOP/RUN按钮拨到RUN位置，运行指示灯亮，表明程序开始运行，有关的指示灯将显示运行结果。 拨动输入开关X1,X2,观察输出指示灯Y0是否符合与,或,非逻辑的正确结果。实验三 电机正反转实验在电机正反转模拟实验区完成本实验因为电动机容量较大，在电动机正反转换接时，如果操作不当会烧毁接触器，同时接触器闭合时机不当，极易造成相间短路。用PLC来控制电动机正反转则可避免这些问题。1、实验目的学会用PLC实现电动机正反转安全换接的编程方法2、实验要求按下启

24、动按键后，系统启动，按下正转按键，断开反转电源输入，2秒后，正转电源接入。按下反转按键，断开正转电源，2秒后，反转电源接入，实现安全换接。实验面板上的端子对应3、I/O分配表输入端子 输出端子XO-A正转启动 YO- E正转X1-B 反转 Y1-F反转X3-c停止模拟程序中，XO作为启动按键输入可与a连接，X1作为正转按键输入可与b连接，X2作为反转按键输入可与c连接，X3作为停止按键可与d连接，Y0作为正转输出可与e连接，Y1作为反转输出可与f连接。4、工作过程分析按下正转启动按键输入X0接入，系统开始工作，Y0线圈得电，正转电源接入;按下反转按键x1后，反转电源接入，Y1得电，电机开始反转

25、;停止：按下停止键x3， Y0、Y1失电，电机停车。4、实验参考程序和参考梯形图梯形图如图4所示图4 电机正反转梯形图5. 指令表0 ST X01 OR Y02 AN/ X33 AN/ Y14 OT Y05 ST X16 OR Y17 AN/ X38 AN/ Y09 OT Y110 ED 实验四 LED数码显示控制 在LED数码显示控制试验区完成本实验1、实验目的了解并掌握移位和复位指令SFTL、RST在控制中的应用及编程方法。2、移位指令的介绍 SFT R指令把以源数S为首址的N2位位元件的内容存放到长度为N1的位栈中,位栈右移N2位,最低N2位溢出.每运行一次SFTR指令,执行上述操作,为

26、防止这种情况,采用脉冲触发指令或互锁编程。下面图5是指令格式和运行一次的结果。SFTL指令把以源数S为首址的N2位位元件的内容存放到长度为N1的位栈中，位栈左移N2位，最高N2位溢出。每运行一次SFTL指令,执行上述操作,为防止这种情况,采用脉冲触发指令或互锁编程。下面图6是指令格式和运行一次的结果。RST为复位指令，使操作保持复位，RST用于对逻辑线圈M、输出继电器Y、状态S的复位，对数据寄存器D和编制寄存器V、Z的清零，还用于对计时器T和计数器C逻辑线圈的复位。3、控制要求 按下启动按钮后,八段数码管LED开始显示: 先是显示数字，次序是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；然后显示LE

27、D的八段，一段一段的显示,显示次序是A、B、C、D、E、F、G段，并循环不止。按停止键，LED的H点亮，若再按启动，又从头开始，依次循环。4、LED数码显示控制端子分配表输入端子输出端子X0启动IY0AX1停止JYOBY2CY3DY4EY5FY6GY7H 5、 实验参考程序和参考梯形图LED数码显示控制梯形图实验参考程序实验五 电机顺序启动模拟实验在电机顺序启动模拟实验区完成该实验1、实验目的了解并熟悉移位指令，利用移位指令来实现电机顺序启动，循环控制的目的，并且掌握多个或语句控制一个输出的编程模式。2、控制要求当按下启动按钮后,电机一，电机二，电机三，电机四顺序启动，即电机一电机二电机三电机

28、四的指示灯相继发亮；按下停止键，按照电机四电机三电机二电机一的顺序熄灭,它们的指示灯相继熄灭。图6 电机顺序启动示意图3、电机顺序启动模拟实验的面板图及端子对应电机顺序启动I/O表输入端子输出端子X0启动fY0AM1X1停止eY1BM2X2复位Y2Cm3Y3D M4电机顺序启动模拟实验面板图如图7所示图7 电机顺序启动模拟实验面板图X0作启动按键输入可与面板f连，X1作停止按键可与面板e连，Y0、Y1、Y2、Y3分别控制电机一、二、三、四的启动，分别与面板的a、b、c、d相连。4、工作过程分析按下启动键，X0输入接通，R0常开触点闭合，Y0线圈得电，电机一启动，同时启动定时器T0，4秒后，T0

29、常开触点闭合，Y1线圈得电，电机二启动，依次到电机四启动。按下停止键，R0常闭触点断开，Y3失电，电机四停止，同启动定时器T4，4秒后，T4控制R1常闭触点断开，Y2失电，电机三停止，依次至电机一停止，完成循环，启动图中按下停止键x1，会先从刚启动的电机先停止，依次向前至全停。5、实验参考程序和参考梯形图1梯形图2 参考程序 *实验六 交通灯控制系统模拟实验1、实验目的熟练掌握并使用各基本指令，掌握用PLC解决一个实际问题的方法及编程、调试方法。2、实验面板图中端子对应实验面板中，南北红、黄、绿灯R、Y、G分别接主机的输出点Y2、Y1、Y0，东西红、黄、绿灯分别接主机的输出点Y6、Y5、Y4，错误指示灯接Y3，启动按钮接X0，四组红、黄、绿灯及错交通灯模拟实验误指示灯均用发光二极管来模拟。交通灯模拟实验I/O分配表输入端子I输出端子OX0起动gY0南北绿灯aX1停止hY1南北黄灯bY2南北红灯cY3错误指示Y4东西绿灯dY5东西黄灯eY6东西红灯f3、控制要求信号灯受一个启动按钮控制，当启动按钮的开关接通时，信号灯系统开始循环工作，且先南北红灯亮、东西绿灯亮。东西绿灯亮维持20秒，然后开始闪，闪3秒后东西黄灯亮，并