哈工大《机电系统控制器与应用》实验报告.docx

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哈工大《机电系统控制器与应用》实验报告

《机电系统控制器与应用》

实验报告三

（2015年春季学期）

实验报告题目：

PLC实验

姓名：

学号：

班级：

专业：

机械设计制造及其自动化

报告提交日期：

哈尔滨工业大学

实验报告指导书

要求：

1.明确实验要求及实验内容；

2.确定实验系统组成，给出实验系统框图；

3.给出系统硬件组成及接线图；

4.给出软件流程图及梯形图；

5.进行硬件调试、软件调试及软硬件综合调试，并进行结果分析；

6.拒绝雷同和抄袭，否则均为零分；

7.应包含自己的心得、体会或意见、建议等；

8.报告统一用该模板撰写，每份报告字数不少于5000字，上限不限；

9.正文格式：

小四号字体，行距为1.25倍行距；

10.用A4纸双面打印；左侧装订，1枚钉；

11.实验报告需同时提交打印稿和电子文档予以存档，电子文档由班长收齐，统一发送至：

chenzhg@。

12.此页不得删除。

评语：

实验报告成绩

（总分11分，占11%）：

教师签名：

年月日

实验一：

灯控制实验

一、实验目的：

1.掌握PLC硬件结构、输入输出端口、电源连接要求，并能正确连接；

2.掌握PLC与计算机通信接口设置，并能正确连接；

3.熟悉编程软件各界面、基本设置和基本操作步骤；

4.熟悉仿真软件基本操作步骤；

5.实现多个彩灯的控制；

6.加深对基本指令的理解。

二、实验器材：

1.可编程控制器（PLC）1台

2.计算机1台

3.编程电缆1根

4.导线若干

5.彩灯若干

6.按钮若干

7.万用表1只

三、实验要求：

利用PLC的Q0.0—Q1.1数字量输出端口控制最多10个彩灯，使其按任务要求交替闪烁。

四、程序设计：

1.I/O口分配：

I0.0

停止按钮

I0.1

返回Q0.1开始按钮

Q0.0—Q0.2

彩灯输出

2.PLC接线图：

3.梯形图：

4程序调试及结果分析:

把编写好的程序下载到PLC中进行调试，看运行结果是否符合要求。

PLC一上电后SM0.0一直保持接通。

所以T37进行延时计时，延时到后启动T38计时，T38计时到后T38常闭触点断开，所以T37断开计时，T37常开触点恢复为常开，所以T38也断开计时。

此时T38的常闭触点恢复为常闭，所以T37又重新计时，同时计数器C0开始计数一次。

如此的反复计数。

当计数为1时，Q0.0接通。

计数器计数为2时Q0.1接通，当计数器计数到3时Q0.2接通。

当计数器计到4时计数器C0清零。

当按下I0.0对应开关时（即I0.0接通），此时计数器和Q0.0~Q0.2都清零，即没有一个灯亮。

当按下I0.1对应开关时（即I0.1接通），从Q0.0开始亮起。

实验二：

电机控制实验

一、实验目的：

1.掌握电机的基本控制，包括：

起保停控制、正反转联锁控制、星三角启动控制；

2.加深基本指令的理解。

二、实验器材：

1.可编程控制器（PLC）1台

2.计算机1台

3.编程电缆1根

4.导线若干

5.按钮若干

6.万用表1只

三、实验要求：

掌握电机基本控制。

四、程序设计：

（一）起保停控制:

按钮SB2按下时，电机启动，按钮SB2松开后，电机继续保持转动，只有按下SB1按钮时，电机停止转动。

继电器控制电路图

1.I/O口分配:

I区：

输入区

I0.0

停止按钮SB1

I0.1

启动按钮SB2

Q区：

输出区

Q0.0

主电路接触器KM

2.PLC接线图:

3.梯形图:

4.程序调试及结果分析:

当按下控制面板中的I0.1时，控制电路中的继电器M0.0的线圈接通并实现自锁功能，此时，主电路中的接触器KM闭合，故主电路接通，Q0.0点亮，即代表主电路已经接通，电动机开始转动。

而按下控制面板中的I0.1之后，线路中的继电器M0.0线圈断开，此时主电路中的接触器KM断开，主电路断开，Q.0熄灭，即电动机停止转动。

由上分析可知，该电路实现了起停控制。

（二）正反转联锁控制:

继电器控制电路图

1.I/O口分配:

输入端口

I0.0

总开关SB1

I0.1

控制继电器KMf的开关

I0.2

控制继电器KMr的开关

输出端口

Q0.0

继电器KMf

Q0.1

继电器KMr

2.PLC接线图：

3.梯形图:

4.程序调试及结果分析:

结果分析：

当开关SBf按下后，继电器KMf所在之路接通，然后与开关SBf并联的常断开关闭合，KMf形成自锁；同时KMr所在支路上的常闭开关断开，KMf和KMr形成互锁。

同理，当按下开关SBr后，继电器KMr形成自锁；KMr与KMf形成互锁。

常闭开关SB1断开后，两个继电器均断电。

（三）星三角启动控制:

1.I/O口分配：

输入端口

I0.0

开关SB1控制总电路通断

I0.1

开关SB2接通继电器KM1

I0.2

开关QF控制上电

输出端口

Q0.0

继电器KM1

Q0.1

继电器KM2

Q0.2

继电器KM3

2.PLC接线图：

3.梯形图:

4.程序调试及结果分析:

结果分析：

按下开关SB2后，KM1实现自锁，常闭开关KM2所在支路的继电器KM3接通，此时为星型连接。

同时延时开关KT接通开始倒计时，到指定时间后，常闭开关KT断开，继电器KM3断开；开关KT接通，KM2自锁，此时为三角形连接。

按下SB1，整个电路断电。

实验三：

小车往返运动控制实验

一实验目的：

1.掌握小车往返运动自动控制的设计；

2.加深基本指令的理解。

二实验器材：

1.可编程控制器（PLC）1台

2.计算机1台

3.编程电缆1根

4.导线若干

5.按钮若干

6.万用表1只

三实验要求：

用S7-200实现小车往返的自动控制，控制过程为按下启动按钮，小车从左边往右边（右边往左边）运动，当运动到右边（左边）碰到右边（左边）的行程开关后，小车自动做返回运动，当碰到另一边的行程开关后又做返回运动。

如此的往返运动，直到当按下停车按钮后小车停止运动。

四程序设计：

1.I/O口分配：

输入端口

I0.0

向右运动开关SB2

I0.1

向左运动开关SB3

I0.2

控制整个电路的通断开关SB1

I0.3

左行程开关，碰到后小车向右运动

I0.4

右行程开关，碰到后小车向左运动

输出端口

Q0.0

向右运行指示灯

Q0.1

向左运行指示灯

2.PLC接线图：

3.梯形图：

4程序调试及结果分析：

按下开关SB2后，小车向右运动，Q0.0形成自锁，与Q0.1形成互锁，此时向右运动指示灯常亮。

当小车触碰到右行程开关SQ2，I0.4常闭开开关断开，Q0.0断电；常开开关闭合，Q0.1形成自锁，与Q0.0形成互锁，此时向左运动指示灯常亮。

当按下开关SB1后，两条支路均断电，整个电路停止运行，直到下一次开关SB2或SB3按下。

反之同理。

四感想和收获：

1实验感想：

在这个实验中，我主要遇到了两个方面的困难：

一个是我对可编程控制器的编程方法不太熟悉；另一个是我对线路转化为实物线路连接的能力不足。

最开始的时候，有很长一段时间的手忙脚乱，即是对着线路图也不会连接。

在这个时候，我主动请求了老师的帮助，老师对我们小组进行了认真细致的讲解，使我们茅塞顿开最终顺利地连接了线路。

在实验的过程中，出现了灯不亮的情况，线路的连接经过多次检查后，仍然没有发现错误。

最终，在老师的提醒下，发现了是二极管接反这个低级错误。

在编程中，我们参考了老师提供的材料，总体进程还是相对顺利的。

本实验说明了，我们实践能力和动手能力还有很大的欠缺。

缺乏从理论向实际靠拢的能力，在今后还要积极提高。

本实验最大的收获，就是更加熟悉了PLC可编程控制器的连接外设和编程方法，在这让我受益匪浅。

在此再次感谢老师的付出。

2实验及课程整体收获：

在此，总结下我在PLC试验中及课堂上所学习到的知识点和概念：

（1）PLC概念：

可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

目前市面上之PLC控制器种类繁多,依照制造厂商及适用场所的不同而有所差异,但是每种厂牌可依机组复杂度分为大、中、小型;而一般工厂及学校通常使用小型PLC。

（2）基本结构：

PLC控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。

1中央处理单元

2存储器

3电源

4程式输入装置

5输入\输出回路

（3）工作原理：

扫描技术：

输入采样阶段：

用户程序执行阶段：

输出刷新阶段。

总的来说，PLC控制器的扫描周期包括自诊断、通讯等。

一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。

（4）PLC的功能：

可选择的功能包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

1、运算功能:

简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通可编程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；随着开放系统的出现，在可编程逻辑控制器中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。

设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。

大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较。

。

2、控制功能:

控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。

可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高可编程逻辑控制器的处理速度和节省存储器容量。

例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。

3、通信功能:

大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。

通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。

4、编程功能:

离线编程方式：

可编程逻辑控制器和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。

完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。

离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。

在线编程方式：

CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。

这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型可编程逻辑控制器中常采用。

五种标准化编程语言：

顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。

选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。

5、诊断功能:

可编程逻辑控制器的诊断功能包括硬件和软件的诊断。

硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。

通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对可编程逻辑控制器的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。

可编程逻辑控制器的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。

（5）PLC的功能要求:

PLC的功能要求主要分为两个方面：

1响应速度要求:

PLC是为工业自动化设计的通用控制器,不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。

如果要跨范围使用PLC,或者某些功能或信号有特殊的速度要求时,则应该慎重考虑PLC的响应速度,可选用具有高速I/O处理功能的PLC,或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。

2系统可靠性的要求:

对于一般系统PLC的可靠性均能满足。

对可靠性要求很高的系统,应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。

一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能,对于只需要开关量控制的设备都可满足。

对于以开关量控制为主,带少量模拟量控制的系统,可选用能带A/D和D/A转换单元,具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。

对于控制较复杂,要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能,可视控制规模大小及复杂程度,选用中档或高档PLC。

但是中、高档PLC价格较贵,一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。

（6）应用领域：

目前，PLC控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

1开关量的逻辑控制：

这是PLC控制器最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2模拟量控制：

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量和数字量之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3运动控制：

PLC控制器可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC控制器生产厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4过程控制：

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC控制器能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC控制器也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

5数据处理：

现代PLC控制器具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

6通信及联网：

PLC控制器通信含PLC控制器间的通信及PLC控制器与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC控制器厂商都十分重视PLC控制器的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC控制器都具有通信接口，通信非常方便。

以上，就是我对PLC课程内容的的总结。