電氣控制技術實驗課件2

電氣控制技術實驗湖南工學院電氣與信息工程系======================================實驗教材：PLC實驗指導書作者：湖南工學院電氣與信息工程系羅雪蓮、陳華容======================================PLC實驗操作室軟、硬件介紹=============================================實驗課程安排======================================實驗要求與課程考核=============================================實驗操作室地址：3號樓3207室=============================================一、可編程序控制器(PLC)概述1、什么是PLC？可編程序控制器（ProgrammableLogicController）簡稱為PLC。是以微處理機為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術等現代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。國際電工委員會（IEC）于1982年11月和1985年1月對可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設計”。2、PLC的特點①可靠性高、強抗干擾能力；②豐富的I/O接口模塊；③采用模塊式結構，靈活性好；④編程簡單易學；⑤系統(tǒng)安裝簡單，維修方便；⑥具有數據通訊功能；⑦輸入輸出電源使用市電。3、PLC的應用領域PLC在工業(yè)自動化中起著舉足輕重的作用，在國內外已廣泛應用于機械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、交通等行業(yè)。經驗表明，80％以上的工業(yè)控制可以使用PLC來完成。在日本，凡8個以上中間繼電器組成的控制系統(tǒng)都已采用PLC來取代。二、我系PLC實驗操作室軟、硬件介紹1、硬件①PLC主機:采用日本三菱電機公司的FX系列PLC，其中FX2N-32MR型PLC20臺，FX1N-24MR型PLC9臺，FX0N-24MR型PLC16臺。②編程器：

46臺計算機、

9個手持式FX-20P-E編程器③PLC實驗箱：EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實驗箱22臺；EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實驗箱23臺。④交流接觸器、電機、面包板、發(fā)光二極管、電阻等若干。2、軟件采用三菱FX系列PLC的中文編程軟件，三菱SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件。我系PLC實驗操作室PLC輸出可接直流負載也可接交流負載；學生可利用PLC實驗箱進行PLC編程后的實物驗證，也可將PLC主機與實物外接，如與交流接觸器、面包板、發(fā)光二極管、電阻等器件連接進行PLC編程后的實物驗證。實驗室全天開放，學生除在實驗課時間來做實驗，也可利用課余時間來實驗室。

PLC實驗系統(tǒng)的使用步驟1、打開FXGP-WIN/C軟件；2、新建文件，出現PLC類型選擇框，選擇PLC類型；3、輸入梯形圖；4、點擊“工具”菜單中的“轉換”命令，將梯形圖轉換為指令表；5、點擊“PLC”菜單中的“傳送/寫出”命令，將程序下載到PLC主機。（注意下載時要先打開實驗箱電源，將PLC開關處于STOP位置）6、根據I/O分配表，連接外接器件；7、運行PLC（將PLC開關處于RUN位置）,點擊“監(jiān)控/測試”菜單中的“開始監(jiān)控”命令,監(jiān)控并調試程序。（在修改程序時，先停止監(jiān)控）實驗一基本指令實驗（驗證性）實驗二混料罐實驗（綜合性）實驗三紅綠燈控制實驗（設計性）實驗四傳輸實驗（設計性）實驗五LED數碼顯示實驗（綜合性）實驗六

功能指令實驗

（設計性）實驗七廣告藝術燈控制器設計（綜合性）實驗八電動機自動往復運動實驗（設計性）電氣控制技術實驗課程安排實驗要求與課程考核（一）、實驗要求1.實驗前做好預習，按照實驗要求,編寫好程序,畫好梯形圖。2.實驗時到實驗室利用PLC等實物進行硬件測試，調試程序，記錄實驗結果，檢查設計的功能。3.實驗中發(fā)現異常情況，如冒煙、燒焦異味等立即撤斷電源，報告老師．4.實驗完成后整理好實驗臺，打掃好實驗場地。5.每次實驗后第二天交實驗報告，實驗報告要求同實驗一樣，每人獨自完成，不得相互照抄，發(fā)現雷同的，重做。6.若實驗課因事沒有參加的，要求在第18周前補做好。7.實驗課中內容沒完成的，課后自行到實驗室完成，實驗室全天開放。（二）、實驗課程考核1.平時每次實驗情況50%2.實驗考勤、實驗場地整理10%3.實驗報告成績40%返回

實驗一基本指令實驗

（本實驗為驗證性實驗）一、實驗目的1、熟悉PLC實驗系統(tǒng)硬件及編程軟件的使用方法；2、掌握基本指令指令的編程及使用。3、掌握定時器、計數器的使用方法。二、實驗原理

任何廠家生產的PLC，均有基本的邏輯指令。三菱FX系列PLC有基本指令20條。本次實驗進行常用的基本指令LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、SET、RST、PLS、PLF、OUT和END等指令的編程操作訓練。1、LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、OUT、END指令

LD：取指令。將動合觸點與母線連接。

LDI：取反指令。將動斷觸點與母線連接。

AND：與指令。將動合觸點與前面的電路串聯(lián)連接。

ANI：與反指令。將動斷觸點與前面的電路串聯(lián)連接。

OR：或指令。將動合觸點與前面的電路并聯(lián)連接。

ORI：或反指令。將動斷觸點與前面的電路并聯(lián)連接。

OUT：輸出指令。線圈驅動。

END：結束指令。表示程序結束。LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI指令的編程元件為X、Y、M、S、T、C；OUT指令的編程元件為Y、M、S、T、C；END指令無編程元件。LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、OUT、END指令的編程方法如圖1.1為例說明。圖1.1語句表：0LDX01OUTY02LDIX03ANDX14OUTM05ANIX26OUTY17LDIX18ORX29ORIX310OUTY211END

圖1.1LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、OUT、END的用法2．SET、RST、PLS、PLF指令

SET為PLC的置位或稱置數指令，RST為PLC的復位或稱清零指令。SET/RST指令用于線圈（Y、S、M）的自保持功能，相當于RS觸發(fā)器，其中S為置數端，使線圈接通，R為復位端，使線圈復位。

PLS為上升沿微分輸出指令，PLF為下降沿微分輸出指令。這兩條指令在輸入信號的上升沿或下降沿產生一個掃描周期的脈沖。

SET指令的編程元件為Y、M、S；RST指令的編程元件為Y、M、S、D、V、Z、T、C。PLC、PLF指令的編程元件為Y、M。

SET、RST、PLS、PLF指令的用法如圖1.2所示a）梯形圖b）時序圖圖1.2SET、RST、PLS、PLF的用法

圖1.3定時器的用法3．定時器定時器的編程方法如圖1.3所示。圖1.3語句表：

0LDX01OUTT0K1232LDT03OUTY04END操作：當輸入X0接通，驅動定時器線圈T0，開始定時，當達到設定值（12.3s）時，T0常開觸點閉合，驅動輸出Y0，當X0斷開，定時器T0復位，T0的常開觸點立即斷開。定時器既可按上述的程序直接指定設定值，也可用數據寄存器間接指定設定值。

圖1.4計數器的編程方法4．計數器計數器的編程方法如圖1.4所示。圖1.4語句表：

0LDX01RSTC02LDX13OUTC0K55LDC06OUTY07END操作：在輸入X0斷開的條件下，輸入X1由“斷開到閉合”每變化一次，計數器C0就從0開始加“1”計數一次，當加到設定值（5）時，C0常開觸點接通，驅動輸出Y0；當X0接通，計數器C0復位，其觸點也復位。計數器的設定值既可按上述的程序直接指定，也用數據寄存器來間接指定。三、實驗內容

（一）與、或、非基本指令實驗1．編程要求PLC輸出Y0為輸入X0的非；PLC輸出Y1為X1和X2的與；PLC輸出Y2為X3和X4的或；2．實驗步驟

按編程要求寫出I/O分配表、程序梯形圖。將程序寫入到PLC主機，進行實物測試.運行該程序，觀察PLC輸出結果，并分別填入對應的操作結果表中。x0ONOFFY0x1ONONOFFOFFx2ONOFFONOFFY1x3ONONOFFOFFx4ONOFFONOFFY2（二）微分、位操作實驗1．編程要求Y0為X0微分結果；Y1為X1微分結果；X0微分結果，置位Y2；X1微分結果，復位Y2。2．實驗步驟①按編程要求寫出I/O分配表、程序梯形圖、程序清單。②檢查程序，使其正確。③運行該程序，觀察PLC輸出結果。

(三)定時器、計數器實驗1、編程使PLC輸出Y0輸出脈沖寬度為3秒、周期為6秒的方波，按下開關1啟動PLC對上述方波脈沖計數，計滿10次時，

PLC輸出Y1接通；按下按鈕2將PLC輸出Y1清零。2、將程序寫入到PLC主機，進行實物測試；并監(jiān)控定時器、計數器的現行值和設定值。四、實驗儀器與設備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實驗系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實驗系統(tǒng)3、計算機4、FX-20P-E編程器提示：1、打開FXGP-WIN/C軟件，新建文件，出現PLC類型選擇框，要根據你自己操作的PLC類型，選擇相應PLC類型；2、輸入完梯形圖將程序下載到PLC主機時，注意要先將梯形圖轉換為指令表。（點擊“工具”菜單中的“轉換”命令）3、將程序下載到PLC主機時，注意要先打開實驗箱電源，將PLC開關處于STOP位置。（下載點擊“PLC”菜單中的“傳送/寫出”命令）4、PLC輸入輸出接線，根據I/O分配表連接外器件。5、運行PLC（將PLC開關處于RUN位置）,點擊“監(jiān)控/測試”菜單中的“開始監(jiān)控”命令,監(jiān)控并調試程序。（在修改程序時，先停止監(jiān)控）提示：I/O分配表如實驗內容1中的I/O分配表PLC輸入點所接輸入器件x0開關ko1X1開關ko2X2開關ko3X3開關ko4x4開關ko5PLC輸出點所接輸出器件Y0燈LD5Y1燈LD6Y2燈LD7五、實驗報告格式及要求（一）、實驗目的（二）、實驗內容及步驟

要求每寫一項實驗內容，緊跟其后寫出下列內容：⑴．寫出I/O分配表；⑵．畫出所設計的程序梯形圖；⑶．記錄實驗操作結果，分析是否符合設計要求。（三）、實驗儀器與設備返回

實驗二

混料罐實驗（本實驗為綜合性實驗）

一、實驗目的1、熟悉PLC編程原理及方法；2、掌握液位控制技巧。二．設計要求用PLC構成自動控制混料系統(tǒng),具體要求:①運行PLC程序，先開進料泵1；②到中液位報警，進料泵1關，進料泵2開；③到高液位報警，進料泵2關，混料泵開，3秒后，關混料泵，出料泵開；④降到底液位報警,出料泵關，進料泵1開.自動循環(huán)運行。①運行PLC程序，先開進料泵1；（接HL1）（接HL2）接HLS1接HLS2接HLS3進料泵1進料泵2高液位報警中液位報警低液位報警混料罐混料泵出料泵接HL3接HL4Y0Y1Y2Y3X1X2X3三．設計提示工藝要求,及PLC實驗系統(tǒng)硬件接線如下:②中液位報警，進料泵1關，進料泵2開；③高液位報警，進料泵2關，混料泵開，3秒后，關混料泵，出料泵開；④底液位報警出料泵關，進料泵1開。重復上述步驟。啟動X0四、實驗儀器與設備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實驗系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實驗系統(tǒng)3、計算機4、FX-20P-E編程器五、實驗報告格式及要求（一）、實驗目的（二）、實驗內容及步驟

要求每寫一項實驗內容，緊跟其后寫出下列內容：⑴．寫出I/O分配表；⑵．畫出所設計的程序梯形圖；⑶．記錄實驗操作結果，分析是否符合設計要求。（三）、實驗儀器與設備返回實驗三紅綠燈控制實驗

（本實驗為設計性實驗）

一、實驗目的1、掌握用PLC控制交通信號燈系統(tǒng)的方法；2、熟悉PLC編程技巧及程序調試方法。二、設計要求用PLC構成交通信號燈控制系統(tǒng)，按下啟動按鈕，交通燈系統(tǒng)按下圖要求運行；按下停止按鈕，交通燈則停止運行。

1秒3秒紅紅紅綠紅黃↑1秒↓1秒黃紅綠紅紅紅

3秒1秒內容2

將交通燈控制系統(tǒng)增加黃燈閃爍內容，具體要求如下：

東西方向：紅燈8S綠燈5S黃燈3S（每秒閃爍一次）

南北方向綠燈5S黃燈3S（每秒閃爍一次）紅燈8S三、設計提示：

可將交通燈系統(tǒng)分東西方向、南北方向兩組來考慮。東西方向：紅燈6S綠燈3S黃燈1S南北方向紅燈1S綠燈3S黃燈1S紅燈5SPLC實驗系統(tǒng)接線提示交通顯示裝置模型布置如下：交通燈插孔TL1～TL3為一組，TL4～TL6為一組，其中交通燈插孔TL1：紅燈（東西，Y000）交通燈插孔TL2：綠燈（東西，Y001）交通燈插孔TL3：黃燈（東西，Y002）交通燈插孔TL4：紅燈（南北，Y003）交通燈插孔TL5：綠燈（南北，Y004）交通燈插孔TL6：黃燈（南北，Y005）輸入編址輸出編址X0啟動按鈕SB0Y0東西紅燈X1停止按鈕SB1Y1東西綠燈Y2東西黃燈Y3南北紅燈Y4南北綠燈Y5南北黃燈交通信號燈控制系統(tǒng)輸入/輸出編址表信號燈控制系統(tǒng)接線圖四、實驗儀器與設備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實驗系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實驗系統(tǒng)3、計算機4、FX-20P-E編程器五、實驗報告要求1．根據控制要求設計程序，寫出I/O分配表、繪制程序梯形圖；2．繪制主電路圖、PLC控制電路圖、PLCI/O接線圖。3．記錄實驗操作結果，分析是否符合設計要求。返回實驗四傳輸實驗

（本實驗為設計性實驗）

一、實驗目的1、掌握用PLC控制傳動控制系統(tǒng)的方法；2、熟悉PLC編程技巧及程序調試方法。訓練解決工程實際控制問題的能力。

3、掌握傳輸控制技巧。二．設計要求用PLC構成傳動控制系統(tǒng)，具體要求如下：（1）按啟動按鈕后，給出YS1信號，打開出料倉；（2）檢測各工位，在工位1時，停2秒，傳送帶1啟動（啟動傳送帶的輸出端子在仿真區(qū)SD2端）；（3）工位2時，停2秒，傳送帶2啟動；（4）工位3時，停2秒，傳送帶3啟動；（5）當運輸料車YS4亮2次以后，關閉YS1；（6）當運輸料車YS3亮時，表示料車裝滿，運輸帶會自動停止，此時應啟動聲光報警。3秒后自動停止報警。當另一部料車來時，重復（1）～（6）。

系統(tǒng)工藝要求及PLC實驗

系統(tǒng)硬件接線如下:

1．傳輸裝置模型說明信號YSS1代表工位1信號YSS2代表工位2信號YSS3代表工位3信號YS3代表運輸料車裝滿信號YS4代表傳送帶有料裝入運輸料車

SD2代表傳送帶啟動信號

YSI代表開出料倉LED為燈光報警發(fā)光管FMQ為報警蜂鳴器SD2傳輸實驗區(qū)仿真區(qū)YS1YSS1YSS2YSS3YS3YS4LEDFMQ三、設計提示輸入編址輸出編址X0啟動按鈕SB0Y6出料倉YS1X1工位1YSS1Y0SD2傳送帶啟動X2

工位2YSS2Y1傳送帶1X3

工位3YSS3Y2傳送帶2X4

有料裝車YS4Y3傳送帶3X5

料車裝滿YS3Y4LED光報警Y5FMQ聲報警PLC器件安排四、實驗儀器與設備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實驗系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實驗系統(tǒng)3、計算機4、FX-20P-E編程器五、實驗報告格式及要求（一）、實驗目的（二）、實驗內容及步驟

要求每寫一項實驗內容，緊跟其后寫出下列內容：⑴．寫出I/O分配表；⑵．畫出所設計的程序梯形圖；⑶．記錄實驗操作結果，分析是否符合設計要求。（三）、實驗儀器與設備返回實驗五LED數碼顯示實驗（本實驗為綜合性實驗）

一、實驗目的1、掌握用PLC控制LED數碼顯示系統(tǒng)的方法；2、掌握PLC外部接線的方法。二．設計要求用PLC控制LED數碼顯示系統(tǒng)，具體要求：1、在面包板上搭建LED數碼顯示電路，對PLC編程，用10個按鍵分別傳送0~9十個數字，每按動這十個鍵中的一個，則PLC控制LED數碼顯示電路顯示對應的數碼。2、根據控制要求設計程序，寫出I/O分配表、繪制程序梯形圖3、繪制PLCI/O接線圖。三．設計提示1、LED數碼管有兩種顯示接線方式，一種是共陰，另一種為共陽，當發(fā)光二極管正向偏置時，發(fā)光管（LED）燈就亮。2、用PLC控制LED顯示有兩種方法，一種是輸出4位BCD碼給LED顯示（如用BCD碼指令顯示）；另一種方法是由PLC編制程序進行譯碼，來控制顯示a~g段。四、實驗儀器與設備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實驗系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實驗系統(tǒng)3、計算機4、FX-20P-E編程器5、面包板、數碼管、電阻（2K、1/4w）。五、實驗報告格式及要求（一）、實驗目的（二）、實驗內容及步驟

要求每寫一項實驗內容，緊跟其后寫出下列內容：⑴．寫出I/O分配表；⑵．畫出所設計的程序梯形圖；⑶．記錄實驗操作結果，分析是否符合設計要求。（三）、實驗儀器與設備返回實驗六功能指令實驗

（本實驗為設計性實驗）一、實驗目的1、熟悉跳轉、分支指令的應用2、掌握比較、傳送指令的使用。3、熟悉PLC編程技巧及程序調試方法。

二、實驗原理

1．CJ和CJ（P）為條件跳轉指令，用于跳過順序程序中的某一部分，這樣可以減少掃描時間，并使“雙線圈操作”成為可能。當跳轉條件為ON時，程序從當前步跳到CJ指令中標號的下一步。如果條件為OFF，則跳轉不執(zhí)行，程序按原順序向下執(zhí)行。跳轉時，被跳過的那部分指令不執(zhí)行。2、比較指令的功能是比較兩個數的大小，其指令格式如圖6.1所示。其操作是將兩數S1、S2進行比較，比較的結果存入以D為首地址的3個連續(xù)目標位元件中。比較結果如下：

S2<S1，則D=1；

S2=S1，則D+1=1；

S2>S1，則D+2=1。在圖中，當X0=ON時，則將計數器C5（S2）的內容與K10（S1）的內容進行比較。當C5<K10，M0=1，Y0=1C5=K10，M1=1，Y1=1C5>K10，M2=1，Y2=1三．實驗內容1、利用跳轉、分支指令使PLC實現對兩組彩燈輪流閃爍的控制。其編程要求：利用分支指令編程，使K1“接通”時，LED燈PB01…LED燈PB03輪流閃爍；使K1“斷開”時，LED燈PB04…LED燈PB06輪流閃爍。2、利用比較、傳送指令使PLC實現數據的傳送與數據大小的比較。其編程要求：①給S2賦值10H。由按鍵PB1~PB3給S1賦不同值，S1、S2比較結果通過輸出顯示LED燈顯示。②按PB1給S1賦值00H，按PB2給S1賦值10H，按PB3給S1賦值20H。當S1〈S2，則LED燈PBO1亮；S1≤S2，則LED燈PBO2亮；S1=S2，則LED燈PBO3亮；S1≥S2，則LED燈PBO4亮；S1〉S2，則LED燈PBO5亮；S1≠S2，則LED燈PBO6亮。四、實驗儀器與設備1、EL-PLC-Ⅰ型可編程控制器實驗系統(tǒng)2、EL-PLC-Ⅱ型可編程控制器實驗系統(tǒng)3、計算機4、FX-20P-E編程器五、實驗報告格式及要求（一）、實驗目的（二）、實驗內容及步驟

要求每寫一項實驗內容，緊跟其后寫出下列內容：⑴．寫出I/O分配表；⑵．畫出所設計的程序梯形圖；⑶．記錄實驗操作結果，分析是否符合設計要求。（三）、實驗儀器與設備返回實驗七廣告藝術燈控制器設計（本實驗為研究創(chuàng)新型實驗）一、實驗目的1、掌握采用不同的編程思路實現用PLC控制廣告藝術燈系統(tǒng)的方法；2、熟悉PLC編程技巧及程序調試方法。

二．設計要求用PLC控制廣告藝術燈電路系統(tǒng)，編程要求：某廣告屏有6根燈管（用黃色LED發(fā)光管代替），16只流水燈，每4只燈為一組。在面包板上搭建LED發(fā)光管廣告藝術燈電路，對PLC編程，控制彩色LED發(fā)光管輪流閃爍，其具體要求如下：1）該廣告屏中間6個燈管亮滅的時序為第1根亮→第2根亮→第3根亮→…→第6根亮，時間間隔為1秒，全亮后，顯示10秒，再反過來從6→5→…→1順序熄滅。全滅后，停2秒，再從第6根燈管開始亮起，順序點亮6→5→…→1，時間間隔為1秒，全亮后，顯示20秒，再從1→2→…→6順序熄滅。全熄滅后，停2秒，再從頭開始運行，周而復始。2）廣告屏四周的流水燈16只，4個一組，共分4組，每組燈間隔1秒向前移動一次，且即從Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ，移動一段時間后（如30秒），再反過來移動，即從Ⅳ→Ⅲ→Ⅱ→Ⅰ，如此循環(huán)往復。3）系統(tǒng)有單步/連續(xù)控制，有起動和停止按鈕。4）系統(tǒng)發(fā)光管的供電電源為24V。三．設計提示

設計方案提示——

根據霓虹燈時序控制程序的任務和要求，可先設計霓虹燈中間6根燈管的控制程序。由題意可知，用6個PL