可编程控制模拟实验箱实验指导书.docx
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可编程控制模拟实验箱实验指导书
第一章可编程控制器简介
第二章PLC实验箱的介绍
根据大部分高校使用的可编程控制器一课的教材选用情况，本实验箱选用的为西门子S7-200PLC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。
本实验箱的设计采用活动结构，即PLC和实验部分的安装是活动的，PLC上所有的输出、输入端子通过引线连接到实验箱的面板上。
这样的好处是一方面，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，只要将西门子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，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。
本实验箱设计了以下实验：
1》PLC基本指令编程练习实验
2》十字路口交通灯控制
3》电机正反转模拟
4》四层电梯控制模拟实验
5》机械手模拟实验
6》抢答器控制
7》闪烁灯控制
8》液体混合装置的控制
9》水槽水位控制
10》运料小车控制
本实验箱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。
这一方式使用户在设计实验时具有较大的灵活性。
为保证安全，本实验箱所有的输出输入端子均采用低压供电。
本实验箱可以完成演示和自己编程两种实验功能，它包括10个已有实验例子。
其具体实验用下表显示:
可编程控制器实验箱一览表
四层电梯控制实验
机械手控制实验
运料控制实验
电机正反转控制实验
闪烁灯实验
十字路口交通灯实验
水塔水位控制实验
PLC主机
抢答器实验
液体混合控制实验
基本指令实验
1、实验箱的硬件装置
（1）本实验箱的PLC采用220V交流电压供电，它的端子分为L和N（火线和零线），还有一个地线。
（2）此实验箱输入的公共端从实验箱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，而PLC的各输入端口I0.1、I0.2、Q0.2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，形成本实验箱的输入。
（3）而本实验箱的输出端包括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实验箱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实验箱面板的接线座上（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，这两种接线座通过接线端子连接起来构成输出的回路。
第三章S7-200编程系统入门
第四章S7-200编程软件的应用
要打开STEP7—Micro/WIN，可以双击STEP7—Micro/WIN图标，也可以在命令菜单中选择Start＞SIMATIC＞STEP7—MicroWIN3.2.。
工具栏为常用菜单命令的快捷方式提供按钮。
你可以显示或隐藏任意工具栏。
操作栏为访问STEP7—Micro/WIN中不同的程序组件提供了一组图标。
指令树显示了所有的项目对象和创建你的控制程序所需要的指令。
你可以将指令从指令树中拖到你的应用程序中，也可用双击指令的方法将该指令插入到程序编辑器中的当前光标所在地。
程序编辑器中包括程序逻辑和局部变量表。
你可以在局部变量表中为临时的局部变量定义符号名。
在程序编辑器的底部有子程序和中断服务程序的标签。
点击这些标签，你可以在主程序、子程序和中断服务程序之间的转换。
STEP7—Micro/WIN提供三种编辑器来创建你的程序：
梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）。
用任何一种程序编辑器编写的程序，都可以用另外一种程序编辑器来浏览和编辑，但要遵循一些输入规则。
STL编辑器的特点：
STL编辑器按照文本语言的形式显示程序。
STL编辑器允许你输入指令助记符来创建你的控制程序。
语句表也允许你创建用LAD和FBD编辑器无法创建的程序。
这是因为你在使用S7—200的本族语言进行编程，而在图形编辑器中，为了正确地画出图形，必须遵守一些规则。
如图所示，这些基于文本的概念与汇编语言编程非常相似。
S7—200从上到下按照程序的次序执行每一条指令，然后回到程序的开始重新执行。
STL使用一个逻辑堆栈来分析控制逻辑。
你插入STL指令来处理堆栈操作。
LDI0.0//读一个输入
AI0.1//与另一个输入“与”
=Q1.0//写一个输出值
STL程序举例
当你选择STL编辑器时，考虑以下要点：
1．TL最适合于有经验的程序员
2．STL有时让你能够解决用LAD或FBD不容易解决的问题
3．当你使用STL编辑器时，只能使用SIMATIC指令集。
4．虽然你可以用STL编辑器查看或者编辑用LAD或FBD编辑器编写的程序，但是反之不一定成立。
LAD或者FBD编辑器不一定总能显示所有利用STL编辑器编写的程序。
LAD编辑器的特点
LAD编辑器以图形方式显示程序，与电气接线图类似。
梯形图程序允许程序仿真来自电源的电流通过一系列的逻辑输入条件，决定是否能使逻辑输出。
一个LAD程序包括左侧提供能流的能量线。
闭合的触点允许能流经过并到达下一个元素；打开的触点回阻塞能流。
逻辑控制是分段的，程序在同一时间执行一段，从左到右，从上到下。
不同的指令用不同的图形符号来表示。
它包括三种基本形式。
触点代表逻辑输入条件，例如：
开关、按钮或内部条件等。
线圈通常表示逻辑输出结果，例如：
灯负载、电机启动器、中间继电器或者内部输出条件。
盒表示其它一些指令，例如：
定时器、计数器或者数学运算指令。
当你选择LAD编辑器时，考虑以下要点：
1．形图逻辑易于初学者使用
2．形表示法易于理解而且全世界通用
3．LAD编辑器能够使用SIMATIC和IEC1131—3指令集。
4．可以使用STL编辑器显示所有用SIMATICLAD编辑器编写的程序。
5．FBD编辑器的特点
6．FBD编辑器以图形方式显示程序，由通用逻辑门图形组成。
它没有梯形图编辑器中的触点和线圈，但有与之等价的指令，用盒指令表示。
7．FBD不使用左右能量线，因此“能流”这个术语用于表示通过FBD逻辑块控制流这样一个类似的概念。
8．逻辑“1”通过FBD元素称为能流。
能流的原始输入和最终的输出可以直接分配给操作数。
9．程序逻辑由这些盒指令之间的连接决定。
也就是说，一条指令（例如AND盒）的输出可以用来允许另一条指令（例如定时器），这样可以建立所需要的控制逻辑。
这样的连接概念使你可以解决种各样的逻辑问题。
当你选择FBD编辑器时，考虑以下要点：
1.图形逻辑门的表示形式有利于程序流的跟踪。
2.FBD编辑器能够使用SIMATIC和IEC1131—3指令集。
3.可以使用STL编辑器显示所有用SIMATICFBD编辑器编写的程序
第五章S7—200常用指令介绍
标准触点
常开触点指令（LD、A和O）与常闭触点指令（LDN、AN和ON）从存储器或者过程映象寄存器中得到参考值。
标准触点指令从存储器中得到参考值。
（如果数据类型是I或Q，则从过程映象寄存器中得到参考值。
）
当位值为1时，常开触点闭合；当位值为0时，常闭触点闭合。
在FBD中，与和或操作的输入可以最多扩展到32个。
在STL中，常开指令LD、AND和OR将相应地址位的位值存入栈顶；而常闭指令LDN、AN和ON，则将相应地址位的位值取反，再存入栈顶。
立即触点
立即触点并不依赖于S7—200的扫描周期刷新，它会立即刷新。
在程序执行过程中，常开立即触点指令（LDI、AI和OI）与常闭立即触点指令（LDNI、ANI和ONI）得到物理输入值，但过程映象寄存器并不刷新。
当物理输入点状态为1时，常开立即触点闭合；当物理输入点状态为0时，常闭立即触点闭合。
常开立即触点指令LDI、AI和OI将相应物理输入值存入栈顶；而常闭立即触点指令LDNI、ANI和ONI则将相应物理输入值取反，在存入栈顶。
取反指令
取反指令（NOT）改变能流输入的状态（也就是说，它将栈顶值由0变为1，由1变为0）。
正、负跳变指令
正跳变触点指令（EU）检测到每一次正跳变（由0到1），让能流接通一个扫描周期。
负跳变触点指令（ED）检测到每一次负跳变（由1到0），让能流接通一个扫描周期。
对于正跳变指令，一旦发现有正跳变发生（由0到1），该栈顶值被置为1，否则置0。
对于负跳变指令，一旦发现有负跳变发生（由1到0），该栈顶值被置为1，否则置0。
输出
输出指令（=）将新值写入输出点的过程映象寄存器。
当输出指令执行时，S7—200将输出过程映象寄存器中的位接通或断开。
在LAD和FBD中，指定点的值等于能流。
在STL中，栈顶的值复制到指定位。
立即输出
当指令执行时，立即输出指令（=1）将新值同时写到物理输出点和相应的过程映象寄存器中。
当立即输出指令执行时，物理输出点立即被置为能流值。
在STL中，立即指令将栈顶的值立即复制到物理输出点的指定位上。
“1”表示立即，当指令执行时，新值会被同时写到物理输出和相应的过程映象寄存器。
这一点不同于非立即指令，只把新值写入过程映象寄存器。
置位和复位
置位（S）和复位（R）指令将从指定地址开始的N个点置位或者复位。
你可以依次置位或者复位1-255个点。
如果复位指令指定的是定时器或者计数器，指令不但复位定时器位或者计数器位，而且清除定时器或者计数器的当前值。
使ENO=0的出错条件：
1、0006（间接寻址）
2、0091（操作数超出范围）
立即置位和立即复位
立即置位和立即复位指令将从指定地址开始的N个点立即置位或者立即复位。
你可以一次立即置位或者立即复位1-128个点。
“1”表示立即，当指令执行时，新值会同时被写到物理输出和相应的过程映象寄存器。
这一点不同于非立即指令，只把新值写入过程映象寄存器。
使ENO=0的出错条件：
1、0006（间接寻址）
2、0091（操作数超出范围）
计数器指令
AIMATIC计数器指令
增计数器
增计数指令（CTU）从当前计数值开始，在每一个（CU）输入状态从低到高时递增计数。
当CXX的当前值大于等于预置值PV时，计数器位CXX置位。
当复位端（R）接通或者执行复位指令后，计数器被复位。
当它达到最大值（32，767）后，计数器停止计数。
STL操作：
1、复位输入：
栈顶
2、计数输入：
其值被装载在第二个堆栈中。
减计数器
减计数指令（CTD）从当前计数值开始，在每一个（CD）输入状态的低到高时递减计数。
当CXX的当前值等于0时，计数器位CXX置位。
当装载输入端（LD）接通时，计数器被复位，并将计数器的当前值设为预置值PV。
当计数值到0是4，计数器停止计数，计数器位CXX接通。
STL操作：
1、装载输入：
栈顶
2、计数输入：
其值被装载在第二个堆栈中。
增/减计数器
增/减计数器指令（CTUD），在每一个增计数输入（CU）的低到高时增计数，在每一个减计数输入（CU）的低到高时减计数。
计数器的当前值CXX保存当前计数值。
在每一次计数器执行时，预置值PV与当前值作比较。
当达到最大值时（32767）时，在增计数输入处的下一个上升沿导致当前计数值变为最小值（-32768）。
当达到最小值时（-32768）时，在减计数输入端的下一个上升沿导致当前计数值变为最大值（32767）。
当当前值大于或者等于预置值PV时，计数器位CXX接通。
否则，计数器位关断。
当复位输入端（R）接通或者执行复位指令时，计数器被复位。
当达到预置值PV时，CTUD计数器停止计数。
比较指令
数值比较
比较指令用于比较两个数值：
IN1=IN2IN1>=IN2IN1<=IN2
IN1>IN2IN1IN2
字节比较操作是无符号的。
整数比较操作是有符号的。
双字比较操作是有符号的。
实数比较操作是有符号的。
对于LAD和FBD：
当比较结果为真时，比较指令使能点闭合（LAD）或者输出接通（FBD）。
对于STL：
当比较结果为真时，将栈顶值置1。
当你使用IEC比较指令时，你可以使用各种数据类型作为输入。
但是，两个输入的数据类型必须一致。
定时器指令
SIMATIC定时器指令
接通延时定时器
有记忆的接通延时定时器
接通延时定时器（TON）和有记忆的接通延时定时器在使能输入接通时记时。
定时器号决定了它的分辨率。
断开延时定时器
断开延时定时器用于在输入断开后延时一段时间断开输出。
定时器号决定了它的分辨率。
使用定时器可以完成基于时间的技术功能，S7—200提供了下述3种定时器指令。
1、接通延时定时器（TON）用于单一间隔的定时。
2、有记忆接通延时定时器（TONR）用于累计许多时间间隔。
3、断开延时定时器（TOF）用于关断或者故障事件后的延时（例如：
在电机停后，需要冷却电机）
为定时器选择分辨率：
定时器对时间间隔记数。
定时器的分辨率（时基）决定了每个时间间隔的时间长短。
例如：
一个以10ms为时基的延时接通定时器，在使能位接通后，以10ms的时间间隔计数，10ms的定时器计数值为50代表500ms。
SIMATIC定时器有三种分辨率：
1ms、10ms和100ms。
分辨率对定时器的影响：
对于1ms分辨率的定时器来说，定时器位和当前值的更新不与扫描周期同步。
对于大于1ms的程序扫描周期，在一个扫描周期内，定时器位和当前值刷新多次。
对于10ms分辨率的定时器来说，定时器和当前值在每个程序扫描周期的开始刷新。
定时器位和当前值在整个扫描周期过程中为常数。
在每个扫描周期的开始会将一个扫描累计的时间间隔加到定时器当前值上。
对于100ms分辨率的定时器来说，定时器位和当前值在指令执行时刷新。
因此，为了使定时器保持正确的定时值，要确保在一个程序扫描周期中，只执行一次100ms定时器指令。
第六章实验内容
实验一基本指令编程练习
在基本指令编程练习区完成本实验
一，实验目的
学会用PLC逻辑指令和定时的编程方法。
二，实验面板上的端子对应表
1
I0.1
I0.1
启动
2
I0.2
I0.2
停止
3
Q0.0
Q0.0
输出
三，实验参考程序和参考梯形图见附录
实验二电机正反转实验
在电机正反转模拟实验区完成本实验
一，验目的
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。
学会用PLC实现电动机正反转安全换接的编程方法。
二，实验要求
按下启动按键后，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。
三，实验面板上的端子对应表
1
A
I0.0
启动
2
B
I0.1
停止
3
C
I0.2
正转
4
D
I0.3
反转
5
E
Q0.0
正转
6
F
Q0.1
反转
四，实验参考程序和参考梯形图见附录
实验三抢答器控制实验
在抢答器控制试验区完成本实验
一，实验目的
了解并掌握段码指令的应用及编程方法。
二，控制要求
1号，2号，3号，4号无论那个最先按下，数码管就会显示几，其余不其作用，按下复位按钮后，方可清除。
三，抢答器控制的实验面板图及端子对应表
1
A
Q0.0
2
B
Q0.1
3
C
Q0.2
4
D
Q0.3
5
E
Q0.4
6
F
Q0.5
7
G
Q0.6
8
H
Q0.7
9
I
I0.0
4号抢答
10
J
I0.1
3号抢答
11
K
I0.2
2号抢答
12
L
I0.3
1号抢答
13
M
I0.4
复位
实验四交通灯模拟实验
在交通灯模拟实验区完成本实验
一，实验目的
熟练掌握并使用各基本指令，特别是定时器的使用。
掌握用PLC解决一个实际问题的方法及编程、调试方法。
二，控制要求
信号灯受一个启动按钮控制，当启动按钮的接通时，信号灯系统开始循环工作，且先南北红灯亮（15s）、东西绿灯亮（12s）。
然后东西黄灯开始闪烁（闪烁3次，周期为1s），然后东西红灯亮（20s），南北绿灯亮（17s）。
然后南北黄灯开始闪（闪烁3次，周期为1s），然南北红灯亮时，一个循环结束，然后周而复始，按停止键可结束。
三，验面板图中端子对应表
1
A
Q0.0
南北红灯
2
B
Q0.1
南北黄灯
3
C
Q0.2
南北绿灯
4
D
Q0.3
东西绿灯
5
E
Q0.4
东西黄灯
6
F
Q0.5
东西红灯
7
G
I0.0
启动
8
H
I0.1
停止
四，参考程序及参考梯形见附录
实验五运料小车控制模拟实验
在运料小车控制模拟实验区完成本实验
一，实验目的
了解并掌握顺序控制在小车运料过程的应用及编程方法。
二，控制要求
按下启动按钮后,小车开始执行一系列任务.首先,小车开始向前运动,向前运动指示灯亮,经过一小段时间,小车到达后端后向前运动指示灯灭,同时翻斗指示灯亮,小车开始装料,装料后翻斗指示灯灭,同时向后指示灯亮,当小车到达前端后,向后指示灯灭,同时小车的底门打开,底门指示灯亮,小车开始卸料.这是一个完整的小车运料过程.周而复始。
三，车运料过程模拟控制的实验面板图及端子对应表
1
A
Q0.0
装料
2
B
Q0.1
卸料
3
C
Q0.2
向后
4
D
Q0.3
向前
5
E
I0.0
启动
6
F
I0.1
停止
7
G
I0.2
后限位开关
8
H
I0.3
前限位开关
四，实验参考程序和参考梯形图见附录
实验六三种液体混合模拟实验
在三种液体混合模拟实验区完成本实验
一，实验目的
了解并熟悉基本编程指令,掌握逻辑控制的使用方法，了解搅拌机的工作过程和电磁阀的工作方法。
二，控制要求
按下启动按钮后,根据控制液体的比例来编写程序.当放液体A时,液体A的指示灯开始发亮,表示开始放液体A,同理液体B的放液控制也是如此。
液体C的放液控制也是如此，当控制三种液体到一定的比例时,可以开始进行搅拌。
并且排放由液位控制。
三，三种液体混合模拟实验实验面板图及端子对应表
1
A
Q0.0
A种液体
2
B
Q0.1
B种液体
3
C
Q0.2
C种液体
4
D
Q0.3
搅拌
5
E
Q0.4
排放
6
F
I0.2
C种液体
7
G
I0.3
A种液体
8
H
I0.4
B种液体
9
I
I0.5
高限位
10
J
I0.6
搅拌
11
K
I0.7
低限位
12
L
I0.0
启动
13
M
I0.1
停止
四，三种液体混合模拟实验梯形图及程序见附录
实验七闪烁灯实验
在闪烁灯实验区完成本实验
一，实验目的
熟悉PLC的基本编程指令,了解闪烁灯的控制方法及定时器的使用方法。
二，控制要求
中间灯进行闪烁，周遍灯循环亮。
三，闪烁灯实验的面板图及端子对应表
1
A
Q0.0
A灯
2
B
Q0.1
B灯
3
C
Q0.2
C灯
4
D
Q0.3
D灯
5
E
Q0.4
E灯
6
F
Q0.5
F灯
7
G
Q0.6
G灯
8
H
Q0.7
H灯
9
I
Q1.0
I灯
10
J
I0.0
启动
11
K
I0.1
停止
四，编制梯形图及程序见附录
实验八带诊断的水塔水位控制实验
在带诊断的水塔水位控制实验区完成本实验
一，实验目的
了解水泵供水系统的工作情况和逻辑控制的编程方法。
二，控制要求
水塔供水水泵的开启和停止受液位的控制，即低位启动，高位停止。
下面储水槽的水位也受液位的控制，即低位启动，高位停止。
下面储水槽如果没水则水塔供水水泵不能启动。
三，带诊断的水塔水位控制实验端子对应表
1
A
Q0.0
水塔上限位指示
2
B
Q0.1
水塔下限位指示
3
C
Q0.2
水泵
4
D
Q0.3
续水管
5
E
Q0.4
水槽上限位指示
6
F
Q0.5
水槽下限位指示
7
H
I0.0
启动
8
I
I0.1
停止
9
J
I0.2
水塔上限位
10
K
I0.3
水塔下限位
11
L
I0.4
水槽上限位
12
M
I0.5
水槽下限位
四，带诊断的水塔水位控制实验梯形图及程序见附录
实验九机械手模拟实验
在机械手模拟实验区完成本实验
一、实验目的
掌握用PLC的指令来完成机械手动作的模拟，了解限位开关的作用。
二、控制要求
系统启动后，机械手完成将工件从A处传送到B处的全部动作，其左移/右移和上升/下降动作的执行用双线圈双位电磁阀推动气缸来完成。
例如，当下降电磁阀通电时，机械手下降；下降电磁阀断电时，机械手停止下降；只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升。
另外，机械手的夹紧和放松用一个单线圈双位电磁阀来控制，线圈通电时执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。
整个工作过程有八个动作，即为：
原位、下降、夹紧、上升、右移、下降、放松、上升、左移
三、实验面板图及端子对应表
1
A
Q0.0
左向上指示
2
B
Q0.1
上向右指示
3
C
Q0.2
右向下指示
4
D
Q0.3
放松指示
5
E
Q0.4
右向上指示
6
F
Q0.5
上向左指示
7
G
Q0.6
左向下指示
8
H
Q0.7
夹紧指示
9
Y
Q1.0
原点指示
10
R
I0.0
启动
11
Q
I0.1
停止
12
O
I0.2
左下限位
13
N
I0.3
左上限位
14
M
I0.4
左限位
15
L
I0.5
右限位
16
K
I0.6
右下限位
17
J
I0.7
右上限位
四、工作过程分析
按下启动按键后，机械手停留在原点，Q0.0得电，原点指示灯亮，3秒后，Q0.0失电、Q0.2得电，机械手作下降动作，再过3秒，运行到下降限位，Q0.2失电，下降停止，指示灯灭，Q0.1得电，夹紧动作执行，同时启动定时器T3，定时3秒夹紧动作完成，Q
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