PLC实验报告.docx
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PLC实验报告
PLC控制系统实训
实训题目：
铁塔之光
前言
PLC是为了在工业环境下使用而设计的一种可编程逻辑控制器系统。
其存储器采用了可编程序以实现在其内部存储进行运算、控制、记录等操作指令,并可以将存储内容通过数字或模拟量等形式进行输入或输出来控制工业生产过程。
这种技术是计算机技术与继电接触控制技术相互结合的产物,其解决了传统控制系统内接线复杂、可靠性低、耗能高以及灵活性较差等缺点,因此近年来被广泛应用于电气自动化中。
1、PLC的应用现状和前景
辅助系统的工艺流程的控制多为顺序控制和开关量控制两种。
随着改革的深入以及国家对节能减排要求的逐步提高,该行业在生产过程中降低资源损耗和提高效益已成为各企业的管理最终目标。
因此对类似企业辅助车间的自动控制水平也提出了更高的要求,近年来大型火电企业的辅助系统均已由PLC控制系统代替了原来的继电控制器,并且随着科技的进步采用PLC控制系统不仅可以单独控制某个工艺流程,可以通过信息模块与通信总线连接来协调全厂生产工作。
断路器控制。
在系统发生故障时可以自动分闸,同时给出信号指示;PLC控制系统可以大大简化二次接线,且线路都存在各自的公共端因此接线过程中还不容易发生错误,且其无需配备专门的闪光电源,在具备符合要求的程序前提下只进行简单的接线即可满足要求;而且PLC控制系统可简化其辅助开关数目,并可实现多台断路器的控制及信号集中显示,可以减轻工作人员的维护和检修工作量。
增强抗干扰性。
如生产环境过于恶劣,或是电磁干扰异常强烈则也可造成PLC控制系统的运算或是控制错误,导致在某些生产环节出现错误而不能保证正常的生产运行,因此,提高PLC的可靠性是其未来发展的主要方向,其一方面要提高抗干扰能力同时在设计、安装以及使用过程中引起重视,尽量减少对其造成负面影响。
2、PLC的特点和优势
反应快。
由于PLC控制系统用内部已定义的辅助继电器替换了传统的机械触电继电器,并去掉了原来的连接导线而代之以内部逻辑关系,因此,该类继电器的节点变位时间可以近似的认为为零,无需考虑传统继电器的返回系数;可靠性强。
该种控制系统的抗干扰能力远远高于传统继电器技术,能够适合于较为复杂的工业环境;操作简单。
该种控制技术采用简单的指令形式,往往采用些形象、直观的简单程序来适应现场操作人员往往参差不齐的电气专业技术。
3、PLC的应用领域
目前，PLC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（Analog）和数字量（Digital）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）定时控制
PLC为用户提供了一定数量的定时器，并设置了定时器指令，一般每个定时器可实现0.1-999.9s或0.01-99.99s的定时控制，也可安一定方式进行定时时间的扩展。
定时精度搞，设定方便、灵活。
4）数据采集与监控
犹由于PLC在控制现场实行控制，所以把控制现场的数据采集下来。
做进一步分析研究是很重要的。
对于这用应用，目前较普遍采用的方法是PLC加上触摸屏，这样即可随时观察采集下来的数据又能及时进行系统分析。
有的PLC本身就具有数据记录单元，如OMRON公司的C200Hα。
PLC的另一个特点是自检信号多。
利用这个特点，PLC控制系统可实现自诊断式的监控，以减少系统的故障，提高平均累计无故障运行时间，同时还减少故障修复时间，提高系统的可靠性。
5）通信及联网
PLC通过网络通信模块以及远程I/O控制模块，可实现PLC与PLC之间、PLC与上位机之间的通信、联网；实现PLC分布控制，计算机集中管理的集散控制，增加系统的控制模块，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。
目录
一、常用PLC的介绍……………………………………………………4
二、西门子PLC的介绍…………………………………………………6
三、S7-200PLC的结构和I/O点数……………………………………6
四、S7-200PLC指令系统和扩展模块…………………………………7
五、S7-200铁塔之光系统设计…………………………………………9
1、系统功能背景……………………………………………………9
2、控制要求…………………………………………………………9
3、I/O分配表………………………………………………………9
4、硬件配置及外部接线……………………………………………9
5、梯形图…………………………………………………………11
6、实验结果…………………………………………………………14
7、系统的改进或扩展方向…………………………………………16
六、小结…………………………………………………………………17
七、参考资料……………………………………………………………18
一、常用PLC的介绍
当前世界上PLC生产厂家有数百家，生产几千种不同型号、规格的PLC，要很详细列举各种型号的PLC几乎不可能。
下面介绍几种常见的是我国影响较大、应用较广泛的几个厂家的PLC机型。
1、德国西门子公司的PLC机型
德国的西门子公司是欧洲最大的电气、电子制造商，也是国际上较早研制和生产PLC产品的主要厂家之一。
它的PLC产品系列能满足自动化多方面的需求。
它具有的各种功能、各种尺寸、各种机构适用于很多的应用场合，有使用于起重机械或各种气候条件的坚固型，有适用于狭小空间具有高处理性能的密集型，有运行速度极快且有优异的扩展能力的机型，可配置种类繁多的I/O模块、智能模块、编程器、软件、过程通信和显示部件等。
所以在逻辑控制、运用控制、过程控制及工厂全集成自动化系统中均得到广泛的应用。
西门子S7系列PLC的简介如下：
（1）S7-200系列小型PLC，整体式结构，有的只有单机运行，有的可另加扩展单元，有的还可以接特殊的功能扩展单元。
其结构小巧，可靠性高，运行速度快，指令丰富。
具有很强的开关量、模拟量I/O扩展能力。
还有一些附加功能和较强的通信能力。
（2）S7-300系列中型PLC，模板式结构，有8种不同性能档次的CPU供用户选择，一般总有一种能满足用户的需求。
S7-300的模板品种齐全，各种数字量和模拟量I/O模块、功能模块、通讯模块等，其指令系统包括有350多条。
单机配置时，最大是256个I/O；多机架配置时，最多可达1024个I/O。
S7-300一般为通用型PLC。
（3）S7-400系列大型PLC，模板式结构，称为功能最强大的PLC，适用于自动化生产和过程工程中做高级控制应用。
它有多种不同性能的CPU可供选择。
2、日本三菱公司的PLC机型
三菱公司是日本生产PLC产品的主要厂家之一。
该公司所研制的PLC在产品微型化及低成本方面具有特色，由于有较高的性能价格比，因而赢得了相当广泛的用户。
它提供的PLC系列产品大致如下：
（1）F、F1、F2系列的PLC，是小型整体式结构，它们由基本单元、扩展单元和特殊单元组成。
每台PLC都应有一个基本单元，使用扩展单元可以增加I/O点数，使用特殊单元可以进加控制功能。
它们的开关量I/O总点数为12~120点，可进行多种组合，用模拟单元进行模拟量控制。
（2）FX2、FX2N系列的PLC，是小型高性能整体式结构，它由基本单元、扩展单元扩展模块和特殊适配器单元组成，系统最大的I/O点数为256点。
（3）A系列PLC，是一种新型的带有智能机口的PLC。
A系列系列产品包括AOJ2、A1、A2、A3系列及A2A、A3A系列等，它们的最大I/O点分别是AOJ2系列336点，A1系列256点，A2系列512点，A3系列2048点，A2A系列512点，A3A系列2048点。
（4）Q系列PLC，是大、中型PLC,包括Q2AQ3AQ4A系列，每步运行速度可高达0.075微秒。
本地I/O点达到4096点，远程I/O点为8196点。
3、日本松下电工公司的PLC机型
日本松下集团是一个世界级的跨国公司，它包括松下电器、松下电工俩个独立的大公司。
松下电工的FP系列PLC有：
小型FP1，整体式活模板式结构；中型FP3，模块式或板式结构；大型的均为模板式结构，型号有FP5、FP10、FP10S、FP20。
以上对几个厂家的部分PLC做了简单的介绍，在用户构建PLC系统时，可以作为PLC选型的参考。
二、西门子PLC介绍
德国西门子公司的S7系列PLC包括S7-200系列、S7-300系列、S7-400系列，其功能强大，分别应用于小型、中型和大型自动化系统。
S7-200系列PLC是模块化小型单元式PLC。
集成了CPU、电源、I/O于一体，具体丰富的内置集成功能，强劲的通信能力，使用简单方便、易于掌握，具有极高的性价比。
广泛应用于各个行业。
S7-300系列PLC是模块化小型PLC系统，通过分布式的主机架和3个扩展机架，可以对多达32个模块进行操作，各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展，能满足中等性能要求的应用。
S7-400系列PLC采用模块化无风扇的设计，坚固而耐用，易于扩展，通信能力强大，容易实现分布式结构。
该系列具有多种级别的CPU，种类齐全的通用功能模块，使用户能根据需要组合成不同的专用系统。
当控制系统规模扩大或变得更加的复杂时，只要适当的增加一些模块，就能够实现系统升级。
三、S7-200PLC的结构和I/O点数
1、PLC的结构
S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。
器系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。
目前市场上S7-22*系列PLC已经基本取代了第一代的S7-21*系统PLC，并成为市场中的主流产品。
S7-22*系列有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM6种不同型号。
CPU221无扩展功能，适用于小点数的微型控制器。
CPU222有扩展功能，CPU224具有较强控制功能的控制器。
CPU226和CPU226XM使用于复杂的中小型控制系统，可扩展到248点数字量和35路模拟量，有2个RS485通信接口。
2、I/O点的介绍
最大数字量I/O映像区：
128点入，128点出
最大模拟量I/O映像区：
32点入，32点出
对于CPU224有16个输入，10个输出，分别为：
I0.0~I1.5Q0.0~Q1.1
输入模拟量和输出模拟量分别为：
AIW0、AIW2AQW0
扩展模块0（4I*4Q）：
I2.0~I2.3Q2.0~Q2.3
扩展模块1（8I）
I3.0~I3.7
扩展模块2（4AI*1AO）
AIW4~AIW10AQW2
扩展模块3（8O）
Q3.0~Q3.7
S7-200系列PLC的特点以下几个方面：
∙极丰富的指令集
∙易于掌握
∙便捷的操作
∙丰富的内置集成功能
∙实时特性
∙强劲的通讯能力
∙丰富的扩展模块
∙极高的可靠性
四、S7-200PLC扩展模块和指令系统
S7-200系列PLC主要有两类6种型号单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数。
1、扩展模块内容介绍
（1）数字量扩展模块
S7-200系列PLC为了方便使用，提供种类丰富的数字量扩展模块，有单独的输入模块EM221（8路扩展输入）；有单独的输出模块EM222（8路扩展输出）；有I/O混合模块EM223（具有8I/O、16I/O、32I/O等多种配置）。
（2）模拟量扩展模块
S7-200有三种模拟量宣扬模块，即4路模拟量输入模块EM231,2路模拟量输出模块EM232和4路输入1路输出的模拟量混合模块EN235。
S7-200的模拟量模块中A/D、D/A转换器的位数均为12位。
2、指令系统内容介绍
（1）基本指令如：
装入常开触点（LD）、装入常闭触点（LDN）、与常开触点（A）、与常闭触点（AN）、或常开触点（O）、或常闭触点（ON）、置位与复位指令（S、R）等
（2）定时器指令如：
通电延时定时器、保持型通电延时定时器、断电延时定时器（TON、TONR、TOF）
（3）计数器指令如：
加计数器、减计数器、加减计数器（CTU、CTD、CTUD）
（4）算术运算指令如：
加法指令（ADD）、减法指令（SUB）、乘法指令（MNL）、除法指令（DIV）、加一指令（INC）、减一指令（DEC）等。
（5）逻辑运算指令如：
取反指令（INV）、逻辑与运算指令（WAND）、逻辑或运算指令（WOR）、逻辑与运算指令（WXOR）等。
（6）传送指令如：
传送指令（MOV）、字节块传送指令（BLKMOV）、交换指令（SWAP）、左移指令（SHL）、右移指令（SHR）、移位寄存器指令（SHRB）等。
（7）转换指令如：
BCD与整数转换（BCD-I、I-BCD）、双整数与实数的转换（DI-R、ROUND、TRUNC）等。
（8）应用指令如：
（END、STOP、WDR、JMP、FOR、SBR-0、ENI、ATCH、CREIT、SCR、LSCR、SCRT、SCRE）
（9）特殊指令如：
高速计数器（HSC、HDEF）、特殊标志位寄存器（SM）、读实实时钟指令（TODR、TODW）等。
五、S7-200铁塔之光系统设计
1、系统的功能背景
铁塔之光是利用彩灯对铁塔进行装饰，从而达到烘托铁塔的效果。
针对不同的场合对彩灯的运行方式也有不同的要求，对于要求彩灯有多种不同运行方式的情况下，采用PLC中的一些特殊指令来进行控制。
2、控制要求
PLC运行后，灯光自动开始显示，顺序从上向下，同时，旁边的数字LED也同步骤亮灭，从1~9依次显示，并且数字跟灯亮的个数相同，最后灯就全部都熄灭。
按照上面的顺序循环下去。
3、I/O分配表（见表1）
输出
输出
Q0.0
彩灯L1
Q1.1
七段译码管A
Q0.1
彩灯L2
Q1.2
七段译码管B
Q0.2
彩灯L3
Q1.3
七段译码管C
Q0.3
彩灯L4
Q1.4
七段译码管D
Q0.4
彩灯L5
Q1.5
七段译码管E
Q0.5
彩灯L6
Q1.6
七段译码管F
Q0.6
彩灯L7
Q1.7
七段译码管G
Q0.7
彩灯L8
Q1.0
彩灯L9
表1
4、实训设计硬件配置及外部接线
（1）实训设计硬件配置
1）亚龙PLC—主机单元一台。
2）编程器或计算机一台。
3）安全连线若干条。
4）PLC串口通讯线一条。
5）亚龙铁塔之光单元模块一块。
（2）I/O接线图（图1）
图1
（3）数字1~9与输出端的对应关系（见表2）
数字
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
1
0
1
1
0
0
0
0
2
1
1
0
1
1
0
1
3
1
1
1
1
0
0
1
4
0
1
1
0
0
1
1
5
1
0
1
1
0
1
1
6
1
0
1
1
1
1
1
7
1
1
1
0
0
0
0
8
1
1
1
1
1
1
1
9
1
1
1
1
0
1
1
表2
（4）实物接线图（见图2）
图2
5、梯形图如下
初始化
启动
显示数字1及L1亮
显示数字2及L2亮
显示数字3及L3亮
显示数字4及L4亮
显示数字5及L5亮
显示数字6及L6亮
显示数字7及L7亮
显示数字8及L8亮
显示数字9及L9亮
进行循环控制
1、实验步骤
1）先将PLC主机上的电源开关置于关状态，严格按实物接线图接线，注意12V和24V电源的正负不要短接，电路不要短路，否则会损坏PLC触点。
2）将电源线插进PLC主机表面的电源孔中，再将另一端插到220V电源插板上。
3）将PLC主机的电源开关拨到开状态，并且必须将PLC串口置于STOP状态，然后通过计算机或编程器将程序下载到PLC中，下载完后，将PLC串口置于RUN状态，运行梯形图程序。
4）PLC运行后，灯光自动开始显示，同时LED数字也显示，数字显示为1，铁塔上的灯就亮一个，数字显示为2,铁塔上的灯就亮2个，以此类推到数字显示9，铁塔上的灯就亮9个，然后就全都熄灭，又重复上面的步骤，这样由上而下、灯由少到多的亮了又灭，灭了又亮的循环就达到了彩灯烘托铁塔的效果了。
6、实验结果如下图所示
图1图2
图3图4
图5图6
图7图8
7、系统的改进或扩展方向
如果要将本系统进行扩展到更多的彩灯更大的应用系统控制或改进该系统，则需要了解更多有关S7-200PLC的CPU226的知识。
了解它的扩展模块要求和系统需要的彩灯数量来进行相关的设置和分配等。
CPU226的相关知识如下：
CPU226具有24个输入点和16个输出点，可扩展256个输入输出，所以在具体的系统需求时根据要求来扩展。
使用两个或更多的226或用300系列的PLC来改进或扩展。
六、总结
本次实训做了铁塔之光系统设计，主要是对铁塔之光的意义和工作原理来看，铁塔之光是利用彩灯对铁塔进行装饰，从而达到烘托铁塔的效果。
我这次设计的铁塔之光是把彩灯和LED数字显示的功能结合起来运用的。
实验调试成功后也发现其效果也很不错，在调试、编译、下载、运行成功后，PLC开始启动，彩灯伴随着LED数字一起亮，而且灯的个数跟显示的数字一样。
顺序从上向下，彩灯亮的个数从少到多，这样一来就实现了做这个实验的根本目的，并且与其工作原理一致。
I/O分配表和实物接线图在西门子成套设备中有给出，所以就没有花很多功夫在这上面。
但是在编写梯形图程序时，有遇到不少问题，分析题目要求时花了一定的时间，在控制彩灯的亮灭情况时并没有花费多少时间，但是在LED上的数字显示问题上出现了一个问题，第一次调通时，数字显示0~8，而且彩灯也只亮到第8个，第9个灯不亮。
最后分析知道是数字亮的是几的控制问题出了问题，数字是从1开始显示而不是从0开始显示，最后认真分析出1~9数字与输出端的关系（参考数字1~9与输出端的对应关系表），这样才得以把问题解决。
最后就是彩灯部分和数字部分的连接作用的问题，用了嵌套和定时器控制的办法得以解决。
铁塔之光系统设计成功了，所以如果有需要更到数字量和彩灯控制是就可以在此基础上进行扩展或改进了，可参考系统的改进或扩展方向。
七、参考资料
《PLC及其应用》主编：
张永飞姜秀玲大连理工大学出版社
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