實(shí)驗(yàn)一 可編程控制器的基本指令編程練習(xí) - 云南農(nóng)業(yè)

1、可編程控制器原理及應(yīng)用 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū)蘇紅梅 鄒歡 編云南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院2008年 8月目 錄第一章 可編程控制器的概述1第二章 可編程控制器基本指令簡(jiǎn)介6第三章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容7實(shí)驗(yàn)一 可編程控制器的基本指令編程練習(xí)7實(shí)驗(yàn)三 LED數(shù)碼顯示控制10實(shí)驗(yàn)四 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)星/三角換接起動(dòng)控制12實(shí)驗(yàn)五 十字路口交通燈控制13第一章 可編程控制器的概述可編程序控制器，英文稱Programmable Logical Controller，簡(jiǎn)稱PLC。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控

2、制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的復(fù)雜接線、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購(gòu)到所需的PLC后，只需按說(shuō)明書(shū)的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)

3、踐。一、可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 可編程控制器主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（如下圖所示）。1、CPU模塊CPU模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微處理器（CPU）和存儲(chǔ)器組成。它用以運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序

4、及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。2、I/O模塊I/O模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)。輸入信號(hào)有兩類：一類是從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬輸入信號(hào)。 可編程序控制器通過(guò)輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器， 可編程序控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。3、電源可編程序控制器一般使用220V交流電源?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。4

5、、編程器 編程器是PLC的外部編程設(shè)備，用戶可通過(guò)編程器輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示PLC的工作情況。也可以通過(guò)專用的編程電纜線將PLC與電腦聯(lián)接起來(lái)，并利用編程軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。5、輸入/輸出擴(kuò)展單元I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）連接在一起。6、外部設(shè)備接口此接口可將編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀,變頻器等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。二、可編程控制器的工作原理可編程控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程序控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出

6、及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中，可編程序控制器還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段（如圖所示）在內(nèi)部處理階段，可編程序控制器檢查CPU，模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開(kāi)（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)

7、的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。在輸出處理階段，CPU將輸出映像寄存器的通/斷狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。三、可編程控制器的內(nèi)存區(qū)域的分布及I/O配置FX1S-20MRFX2N-48MR輸入繼電器XX000-X013X000-X027輸出繼電器YY000-Y007Y000-Y027輔助繼電器MM0-M383M0-M499狀態(tài)SS0-S127S0-S499定時(shí)器TT0-T31（0.1S）T32-T62（0.01S）T63（1MS）內(nèi)置電位器型2點(diǎn)VR1：D8030VR2：D8031T0-T199（0.1S）T200-T

8、245（0.01S）T246-T249（執(zhí)行中斷的保持用）T250-T255（保持用）計(jì)數(shù)器16位增量計(jì)數(shù)C0-C15C16-C3132位高速可逆計(jì)數(shù)器最大6點(diǎn)C235-C245（1相1輸入）C246-C250（1相2輸入）C251-C252（2相輸入）16位順計(jì)數(shù)器0-32767C0-C99C100-C19932位順/倒計(jì)數(shù)器C200-C219C220-C234數(shù)據(jù)寄存器D、V、ZD0-D127（一般）D128-D255（保持用）D1000-D2499（文件用）D8000-D8255（特殊用）V7-V0（變址用）Z7-Z0（變址用）D0-D199（一般用）D200-D511（停電保持用）D5

9、12-D7999（停電保持用）根據(jù)參考設(shè)定，可以將D1000以下作為文件寄存器D8000-D8255（特殊用）V0-V7（指定用）Z0-Z7（指定用）常數(shù)K16位-32768-3276716位-32768-32767H16位0-FFFFH16位0-FFFFH四、可編程控制器的編程語(yǔ)言概述現(xiàn)代的可編程控制器一般備有多種編程語(yǔ)言，供用戶使用。IEC1131-3可編程序控制器編程語(yǔ)言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)的說(shuō)明了下述可編程控制器編程語(yǔ)言：1） 順序功能圖2） 梯形圖3） 功能塊圖4） 指令表5） 結(jié)構(gòu)文本 其中梯形圖是使用得最多的可編程控制器圖形編程語(yǔ)言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的

10、優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣人員掌握，特別適用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制，主要特點(diǎn)如下：1）可編程控制器梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器（即硬件繼電器），而是在軟件中使用的編程元件。每一編程元件與可編程序控制器存儲(chǔ)器中元件映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。2）梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為公共母線（BUS bar）。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓。當(dāng)圖中的觸點(diǎn)接通時(shí)，有一個(gè)假想的“概念電流”或“能流（Power flow）從左到右流動(dòng)，這一

11、方向與執(zhí)行用戶程序時(shí)的邏輯運(yùn)算的順序是一致的。3）根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左到右的順序進(jìn)行的。4）梯形圖中的線圈和其他輸出指令應(yīng)放在最右邊。5）梯形圖中各編程元件的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均可以無(wú)限多次地使用。 五、可編程控制器的編程步驟（1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作及完成這些動(dòng)作的順序。（2）分配輸入輸出設(shè)備，即確定哪些外圍設(shè)備是送信號(hào)到PLC，哪些是外圍設(shè)備是接收來(lái)自PLC信號(hào)的。并將PLC的輸入、輸出口與之對(duì)應(yīng)進(jìn)行分配。（3）設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。梯形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部

12、功能及其相互關(guān)系。（4）實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對(duì)PLC的梯形圖直接編程。（5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場(chǎng)）。（6）保存已完成的程序。 顯然，在建立一個(gè)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，必須首先把系統(tǒng)的需要的輸入、輸出數(shù)量確定下來(lái)，然后按需要確定各種控制動(dòng)作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，就可進(jìn)行編程的第二步分配輸入輸出設(shè)備，在分配了PLC的輸入輸出點(diǎn)、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器之后，就可以設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時(shí)要注意每個(gè)從左邊母線開(kāi)始的邏輯行必須終止于一個(gè)繼電器線圈或定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，與實(shí)際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后，使用編程軟件直接把梯形圖輸入計(jì)算機(jī)并下載到PLC

13、進(jìn)行模擬調(diào)試，修改下載直至符合控制要求。這便是程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。第二章 可編程控制器基本指令簡(jiǎn)介基本指令如表所示：名 稱助記符目 標(biāo) 元 件說(shuō) 明取指令LDX、Y、M、S、T、C常開(kāi)接點(diǎn)邏輯運(yùn)算起始取反指令LDIX、Y、M、S、T、C常閉接點(diǎn)邏輯運(yùn)算起始線圈驅(qū)動(dòng)指令OUTY、M、S、T、C驅(qū)動(dòng)線圈的輸出與指令A(yù)NDX、Y、M、S、T、C單個(gè)常開(kāi)接點(diǎn)的串聯(lián)與非指令A(yù)NIX、Y、M、S、T、C單個(gè)常閉接點(diǎn)的串聯(lián)或指令ORX、Y、M、S、T、C單個(gè)常開(kāi)接點(diǎn)的并聯(lián)或非指令ORIX、Y、M、S、T、C單個(gè)常閉接點(diǎn)的并聯(lián)或塊指令ORB無(wú)串聯(lián)電路塊的并聯(lián)連接與塊指令A(yù)NB無(wú)并聯(lián)電路塊的串聯(lián)連接主控指令MC

14、Y、M公共串聯(lián)接點(diǎn)的連接主控復(fù)位指令MCRY、MMC的復(fù)位置位指令SETY、M、S使動(dòng)作保持復(fù)位指令RSTY、M、S、D、V、Z、T、C使操作保持復(fù)位上升沿產(chǎn)生脈沖指令PLSY、M輸入信號(hào)上升沿產(chǎn)生脈沖輸出下降沿產(chǎn)生脈沖指令PLFY、M輸入信號(hào)下降沿產(chǎn)生脈沖輸出空操作指令NOP無(wú)使步序作空操作第三章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一 可編程控制器的基本指令編程練習(xí) 與或非邏輯功能實(shí)驗(yàn)在基本指令的編程練習(xí)實(shí)驗(yàn)區(qū)完成本實(shí)驗(yàn)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉THPLCB裝置，F(xiàn)X系列可編程控制器的外部接線方法；2.了解編程軟件GX Developer的編程環(huán)境，軟件的使用方法；3練習(xí)手持編程器的使用方法；4掌握PLC基本指令的

15、編程方法；5. 掌握與、或、非邏輯功能的編程方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、THPLCB實(shí)驗(yàn)裝置 2、手持編程器FX20P三、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 首先應(yīng)根據(jù)參考程序判斷Y01、Y02，Y03的輸出狀態(tài)，在撥動(dòng)輸入開(kāi)關(guān)X00、X01，觀察輸出指示燈Y01、Y02，Y03與X00、X01、X02、X03，之間是否符合與、或、非邏輯的邏輯關(guān)系。四、實(shí)驗(yàn)面板圖圖中的接線孔通過(guò)防轉(zhuǎn)座插鎖緊線與PLC的主機(jī)相輸入輸出插孔相接。X為輸入點(diǎn)，Y為輸出點(diǎn)。上圖中下面兩排X00X15為輸入按鍵和開(kāi)關(guān)，模擬開(kāi)關(guān)量的輸入。上邊一排Y00Y11是LED指示燈，接PLC主機(jī)輸出端，用以模擬輸出負(fù)載的通與斷。五、實(shí)驗(yàn)步驟 1、輸入/輸出接線

16、列表輸入X00X01X02X03輸線Y00Y01Y02X00X01X02X03Y00Y01Y02六、梯形圖參考程序七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、參照梯形圖，寫出指令程序，并簡(jiǎn)述驗(yàn)證過(guò)程；實(shí)驗(yàn)二 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆斩〞r(shí)器、計(jì)數(shù)器的正確編程方法，并學(xué)會(huì)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器擴(kuò)展方法,用編程軟件對(duì)可編程控制器的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、THPLCB裝置 2、手持編程器FX20P三、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明三菱FX系列的可編程控制器的定時(shí)器分為通用定時(shí)器(T0T249)和計(jì)算定時(shí)器(T246T255)。三菱FX系列的內(nèi)部計(jì)數(shù)器分為16位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器和32位增計(jì)數(shù)減計(jì)數(shù)器兩種。其中的16位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，

17、其設(shè)定值在K1K32767范圍內(nèi)有效。四、梯形圖參考程序1）通用定時(shí)器參考程序2）計(jì)算定時(shí)器參考程序4）32加減計(jì)數(shù)器5）定時(shí)范圍的擴(kuò)展五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、參照梯形圖，寫出指令程序，并簡(jiǎn)述驗(yàn)證過(guò)程；實(shí)驗(yàn)三 LED數(shù)碼顯示控制在LED數(shù)碼顯示控制實(shí)驗(yàn)單元完成本實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠⒄莆找莆恢噶頢FTL在控制中的應(yīng)用及其編程方法二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、THPLCB裝置 2、手持編程器FX20P三、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)用八組LED發(fā)光二極管模擬八段數(shù)碼管的顯示。程序運(yùn)行后先是一段段顯示，顯示次序是A、B、C、D、E、F、G、H；隨后顯示數(shù)字及字符，顯示次序是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b、C、

18、d、E、F，再返回初始顯示，并循環(huán)不止，斷開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)停止。四、實(shí)驗(yàn)面板圖五、實(shí)驗(yàn)步驟1、輸入輸出接線輸入SD輸出ABCDEFGHX0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7主機(jī)模塊的COM接主機(jī)模塊輸入端的COM和輸出段的COM1、COM2、COM3、COM4、COM5主機(jī)模塊的24+、COM分別接在LED數(shù)碼顯示控制實(shí)驗(yàn)單元的V+，COM2、打開(kāi)主機(jī)電源將程序下載到主機(jī)中。3、啟動(dòng)并運(yùn)行程序觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1根據(jù)控制要求畫出梯形圖；2寫出指令程序。實(shí)驗(yàn)四 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)星/三角換接起動(dòng)控制（實(shí)物）在電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)單元完成本實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庥肞LC控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)接線控制的方法，編制程序控制電機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、THPLCB裝置 2、手持編程器FX20P三、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 啟動(dòng)：按啟動(dòng)按鈕SB1，X0的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，M20線圈得電，M20的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，同時(shí)Y0線圈得電，即接觸器KM1的線圈得電，1S后Y3線圈得電，即接觸器KM3的線圈得電，電動(dòng)機(jī)作星形連接啟動(dòng)；6S后Y3的線圈失電，同時(shí)Y2線圈得電，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為三角形運(yùn)行方式，按下停止按鈕SB3電機(jī)停止運(yùn)行。四、實(shí)驗(yàn)面板圖五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、輸入輸出接線輸入SB1SB3輸出KM1KM3KM4X0X2Y0Y2Y3主機(jī)模塊的COM接主機(jī)模塊輸入端的COM和輸出段的