可編程控制器實驗指導書

1、可編程控制器實驗指導書孫蓉、李冰 編寫控制工程實驗教學中心2014年8月前 言可編程序控制器簡稱PLC 是一種數(shù)字運算的電子操作系統(tǒng)裝置，專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計的，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。目前PLC 已廣泛應用于冶金、礦業(yè)、機械、輕工等領域，為工業(yè)自動化提供了有力的工具；為此，各高校的電氣自動化、機電一體化等相關專業(yè)相繼開設了有關可編程序控制器原理及應用的課程?？删幊绦蚩刂破髡n程是一門實踐性很強的課程，要學好可編程序控制器，除了在課堂上的書本中作基本的傳授外

2、，通過實驗手段進行自動控制系統(tǒng)的模擬設計與程序調(diào)試，進一步驗證、鞏固和深化控制器原理知識與硬軟件設計知識是必不可少的；通過實驗還可以加強對常見工控設備的認識和了解。本實驗指導書就是基于這樣一個出發(fā)點，從工程實踐出發(fā)，由易到難，循序漸進，在典型應用的基礎上，逐步解決實際問題。本指導書的實驗是以目前用得較普遍的西門子S7-200/300小型PLC為實訓樣機，用梯形圖編程。要說明的是：每個實驗按要求設計的控制程序既不是唯一的，也不一定是最優(yōu)的；讀者可根據(jù)對指令的理解和掌握，重新進行編程。由于編者的水平有限，難免存在疏漏和錯誤，歡迎讀者批評指正。編者2014年8月目 錄一、實驗一 材料分揀教學模型控制

3、系統(tǒng)實驗二、實驗二 電梯教學模型控制系統(tǒng)實驗三、實驗三 模擬量設計、應用實驗四、附錄一 材料分揀教學模型使用說明五、附錄二 五層電梯教學模型使用說明六、附錄三 八層電梯教學模型使用說明七、附錄四 西門子S7-300 PLC 的基礎知識及其使用實驗一 材料分揀教學模型控制系統(tǒng)實驗一、實驗目的：1.掌握STEP 7-MICRO/WIN編程軟件的使用方法。2.掌握基本邏輯指令、定時器和計數(shù)器的使用方法。3.學會用常用功能指令編程的方法。二、實驗設備：1.個人PC 機1 臺2.西門子S7-200 PLC 1 套3.材料分揀裝置一臺三、預習內(nèi)容：1.掌握學過的西門子S7-200 PLC 的指令格式。2.

4、熟悉西門子S7-200 PLC的常用應用功能指令的格式和執(zhí)行方式，操作數(shù)的種類。3.了解PLC設計控制系統(tǒng)的基本方法。3.本次實驗為設計型實驗，要求學生在實驗前根據(jù)具體內(nèi)容完成以下任務：(1) 確定輸入/輸出信號；(2) 分析控制要求，畫出程序流程圖，編寫PLC（梯形圖）程序；(3) 寫出程序調(diào)試步驟；(4) 寫出程序運行過程。四、實驗步驟：1.在PC機啟動STEP 7-MICRO/WIN編程軟件，新建工程，進入編程環(huán)境，并與硬件進行通訊。2.根據(jù)實驗內(nèi)容，在STEP 7-MICRO/WIN編程環(huán)境下輸入梯形圖程序，編譯后，下載到PLC中。3.程序運行調(diào)試并修改。4.寫實驗報告。五、實驗內(nèi)容：

5、材料分揀基本功能的設計與調(diào)試：1.控制要求：當物料口有物料時，傳送帶啟動，出料汽缸把物料依次出入傳送帶；傳送帶上的各種物料經(jīng)過各自的出料口時由出料汽缸對物料進行分選；傳送帶及物料口沒有物料時，傳送帶停止運動；物料分選過程中禁止出現(xiàn)錯選、漏選及無物料時出料汽缸誤動作等現(xiàn)象出現(xiàn)。參考輸入、輸出地址分配表如下：序號輸入輸出1I0.0編碼器輸入Q0.0推出氣缸2I0.1料倉料塊檢測傳感器Q0.1分揀1氣缸3I0.2電感式識別傳感器Q0.2分揀2氣缸4I0.3電容識別傳感器Q0.3分揀3氣缸5I0.4顏色識別傳感器Q0.4分揀4氣缸6I0.5推出氣缸外定位Q0.5傳送帶電機7I0.6分揀1氣缸外定位8I

6、0.7分揀2氣缸外定位9I1.0分揀3氣缸外定何10I1.1分揀4氣缸外定位11I1.2自動、手動切換開關2.設計要求：(1)編寫輸入/輸出信號表。(2)編寫PLC程序。(3)調(diào)試程序并修改程序。3.設計指導：(1)系統(tǒng)運行后，光電編碼器即發(fā)生所需要的脈沖。(2)電機運行，帶動傳輸帶傳送物料向前運行。(3)系統(tǒng)啟動后，下料傳感器檢測倉儲有料，出料氣缸開始動作，將待測料推動傳送帶上。(4)在傳送過程中利用鐵傳感器，鋁傳感器，顏色傳感器對物料進行檢測并分別推入相應的滑軌，完成分揀。(5)剩余的非金屬材料被送到最后一個出料氣缸位置時，氣缸動作將待測物推下。(6)當倉儲無料時，傳送帶運行一個行程后停止

7、。4.思考：除基本的位邏輯指令外還用到了哪些指令，分別完成什么功能？并畫出其邏輯時序圖。六、實驗報告本次實驗為設計型實驗，要求學生在實驗前加強預習，實驗過程中重點是運行、調(diào)試及修改自己設計的程序。本次實驗報告的內(nèi)容主要是：1.實驗目的：本次實驗主要達到的要求及目的。2.實驗設備：本次實驗的主要設備。3.預習內(nèi)容：預習本次實驗內(nèi)容后，按實驗內(nèi)容編寫PLC梯形圖程序以及程序調(diào)試步驟。4.實驗具體步驟：重點寫程序的運行、調(diào)試、修改的過程。5.實驗程序上機驗證：寫出實際輸入、輸出地址分配表，敘述材料分揀工作過程，并分析與預習中的結(jié)果是否相同，做思考題。6.心得體會：本次實驗中遇到的問題、解決方法及收獲

8、。注：本次實驗為設計型實驗，要求學生的實驗報告中必須寫出最終的梯形圖程序。實驗二 電梯教學模型控制系統(tǒng)實驗一、實驗目的：1. 掌握常用應用功能指令的編程方法。2. 通過程序的調(diào)試，進一步牢固掌握常用應用功能指令的特點。3. 學會用常用應用功能指令編程的方法。二、實驗設備：1.個人PC 機1 臺2.西門子S7-300 PLC 1 套3.五層電梯教學裝置一臺三、預習內(nèi)容：1.掌握學過的西門子S7-300 PLC 的指令格式。2.熟悉西門子S7-300 PLC的常用應用功能指令的格式和執(zhí)行方式，操作數(shù)的種類。3.了解PLC設計控制系統(tǒng)的基本方法。3.本次實驗為設計型實驗，要求學生在實驗前根據(jù)具體內(nèi)容

9、完成以下任務：(1) 確定輸入/輸出信號；(2) 分析控制要求，畫出程序流程圖，編寫PLC（梯形圖）程序；(3) 寫出程序調(diào)試步驟；(4) 寫出程序運行過程。四、實驗步驟：1. 在PC機啟動SIMATIC編程軟件，新建工程，對PLC硬件進行組態(tài)，并對模塊I/O點進行地址分配，進入編程環(huán)境。2. 根據(jù)實驗內(nèi)容，在SIMATIC編程環(huán)境下輸入梯形圖程序，編譯后，下載到PLC中。3. 程序運行調(diào)試并修改。4. 寫實驗報告。五、實驗內(nèi)容：電梯基本功能的設計與調(diào)試(1)控制要求：電梯對外呼、內(nèi)呼的呼梯信號進行登記并控制電梯的上下行，到達相應樓層后電梯自動定時開關門，并且電梯上行、下行狀態(tài)分別由指示燈顯示

10、，電梯所處樓層由數(shù)碼管顯示。在沒有內(nèi)呼和外呼信號的一定時間后，電梯回到一層等候。參考輸入、輸出地址分配表如下：序號輸入輸出1I1.0電梯一層上外呼叫Q11.0電梯下降2I1.1電梯二層下外呼叫Q11.1電梯上升3I1.2電梯二層上外呼叫Q11.2電梯開門4I1.3電梯三層下外呼叫Q11.3電梯關門5I2.0電梯三層上外呼叫Q12.0電梯一層上外呼叫顯示6I2.1電梯四層下外呼叫Q12.1電梯二層下外呼叫顯示7I2.2電梯四層上外呼叫Q12.2電梯二層上外呼叫顯示8I2.3電梯五層下外呼叫Q12.3電梯三層下外呼叫顯示9I3.0一層限位開關Q13.0電梯三層上外呼叫顯示10I3.1二層限位開關Q

11、13.1電梯四層下外呼叫顯示11I3.2三層限位開關Q13.2電梯四層上外呼叫顯示12I3.3四層限位開關Q13.3電梯五層下外呼叫顯示13I4.0五層限位開關Q14.0電梯上行顯示14I4.1下極限限位開關Q14.1電梯下行顯示15I4.2一層內(nèi)呼Q14.2一層內(nèi)呼顯示16I4.3二層內(nèi)呼Q14.3二層內(nèi)呼顯示17I5.0三層內(nèi)呼Q15.0三層內(nèi)呼顯示18I5.1四層內(nèi)呼Q15.1四層內(nèi)呼顯示19I5.2五層內(nèi)呼Q15.2五層內(nèi)呼顯示20I5.3電梯開門控制Q15.3開門顯示21I6.0電梯關門控制Q16.0關門顯示22I6.1啟停開關Q16.1數(shù)碼管A段23Q16.2數(shù)碼管B段24Q16.

12、3數(shù)碼管C段25Q17.0數(shù)碼管D段26Q17.1數(shù)碼管E段27Q17.2數(shù)碼管F段28Q17.3數(shù)碼管G段(2) 設計要求： 編寫輸入/輸出信號表。 編寫PLC程序。 調(diào)試程序并修改程序。(3)設計指導：電梯的運行主要包括以下三部分：1.電梯上下行控制電梯對外呼、內(nèi)呼的呼梯信號進行登記并控制電梯的上下行，在沒有內(nèi)呼和外呼信號的一定時間后，電梯回到一層等候。2.電梯開關門控制電梯到達指定樓層后執(zhí)行定時開門、關門動作。3.電梯樓層顯示控制電梯上行、下行狀態(tài)分別由指示燈顯示，電梯所處樓層由數(shù)碼管顯示。 (4) 思考：除基本的位邏輯指令外還用到了哪些指令，分別能完成什么功能？并畫出其邏輯時序圖。六、

13、實驗報告本次實驗為設計型實驗，要求學生在實驗前加強預習，實驗過程中重點是運行、調(diào)試及修改自己設計的程序。本次實驗報告的內(nèi)容主要是：1.實驗目的：本次實驗主要達到的要求及目的。2.實驗設備：本次實驗的主要設備。3.預習內(nèi)容：預習本次實驗內(nèi)容后，按實驗內(nèi)容編寫PLC梯形圖程序以及程序調(diào)試步驟。4.實驗具體步驟：重點寫程序的運行、調(diào)試、修改的過程。5.實驗程序上機驗證：寫出實際輸入、輸出地址分配表，敘述電梯運行過程，并分析與預習中的結(jié)果是否相同，做思考題。6.心得體會：本次實驗中遇到的問題、解決方法及收獲。注：本次實驗為設計型實驗，要求學生的實驗報告中必須寫出最終的梯形圖程序。實驗三 模擬量設計、應

14、用實驗一、實驗目的：1.熟悉STEP 7-MICRO/WIN編程軟件的使用方法。2.掌握模擬量輸出模塊使用方法。3.掌握模擬量輸入模塊的使用方法。4.學會用基本邏輯指令實現(xiàn)順控系統(tǒng)的編程。5.學會PLC程序調(diào)試的基本步驟及方法。二、實驗設備：1.個人PC 機1 臺2.西門子S7-300 PLC 1 套三、預習內(nèi)容：1.掌握STEP 7-MICRO/WIN編程軟件的使用方法，請詳細閱讀本書附錄的全部內(nèi)容。2.掌握西門子S7-300 PLC的模擬量輸入/輸出模塊。3.掌握西門子S7-300定時器、計數(shù)器、觸發(fā)器的使用方法。4.本次實驗為設計型實驗，要求學生在實驗前根據(jù)具體內(nèi)容完成以下任務：(1)

15、確定輸入/輸出信號；(2) 分析控制要求，編寫PLC（梯形圖）程序；(3) 寫出程序調(diào)試步驟；(4) 寫出程序運行過程。四、實驗步驟：1. 在PC機啟動SIMATIC編程軟件，新建工程，對PLC硬件進行組態(tài)，并對模塊I/O點進行地址分配，進入編程環(huán)境。2. 根據(jù)實驗內(nèi)容，在SIMATIC編程環(huán)境下輸入梯形圖程序，編譯后，下載到PLC中。3. 程序運行調(diào)試并修改。4. 寫實驗報告。五、實驗內(nèi)容：1、產(chǎn)生占空比和幅值可調(diào)的方波并讀回（1）控制要求利用模擬量輸出模塊產(chǎn)生占空比和幅值可調(diào)的方波；利用模擬量輸入模塊讀出方波的幅值。參考波形如下：(2) 設計要求： 編寫輸入/輸出信號表。 編寫PLC程序。

16、 調(diào)試程序并修改程序。2、產(chǎn)生周期和幅值可調(diào)的鋸齒波并讀回(1)控制要求利用模擬量輸出模塊產(chǎn)生周期和幅值可調(diào)的鋸齒波；利用模擬量輸入模塊讀出鋸齒波的幅值。(2) 設計要求： 編寫輸入/輸出信號表。 編寫PLC程序。 調(diào)試程序并修改程序。六、實驗報告本次實驗為設計型實驗，要求學生在實驗過程中重點是熟悉編程環(huán)境、如何編寫程序、下載程序、調(diào)試程序、觀察結(jié)果、修改程序。本次實驗報告的內(nèi)容主要是：1. 實驗目的：本次實驗主要達到的要求及目的。2. 實驗設備：本次實驗的主要設備。3. 預習內(nèi)容：預習本次實驗內(nèi)容后，寫出理論分析程序運行結(jié)果及程序調(diào)試步驟。4. 實驗具體步驟：如何聯(lián)機、編寫程序、下載程序、調(diào)

17、試程序、觀察結(jié)果、修改程序。5. 實驗程序上機調(diào)試：寫出實際輸入、輸出地址分配表，運行后得到的結(jié)果，并分析與預習中的結(jié)果是否相同，給出每條程序的詳細說明。6. 心得體會：本次實驗中遇到的問題、解決方法及收獲。注：本次實驗為設計型實驗，要求學生的實驗報告中必須寫出最終的梯形圖程序。附錄一 材料分揀教學模型使用說明材料分揀裝置是一個模擬自動化工業(yè)生產(chǎn)過程的微縮模型，它使用了PLC、傳感器、位置控制、電氣傳動和氣動等技術，可以實現(xiàn)不同材料的自動分揀和歸類功能，并可配置監(jiān)控軟件由上位計算機監(jiān)控。適用于各類學校機電專業(yè)的教學演示、教學實驗、實習培訓和課程設計，可以培養(yǎng)學生對PLC控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計

18、與調(diào)試能力；分析和解決系統(tǒng)調(diào)試運行過程中出現(xiàn)的各種實際問題的能力。該裝置采用架式結(jié)構(gòu)，配有控制器(PLC)、傳感器(光電式、電感式、電容式、顏色、磁感應式)、電動機、輸送帶、氣缸、電磁閥、直流電源、空氣過濾減壓器等，構(gòu)成典型的機電一體化教學裝置。一主要技術參數(shù)1電源：AC220V±10(帶保護地三芯插座)2氣源：O.2MpaO.85Mpa潔凈壓縮空氣3分揀內(nèi)容：(1)金屬與非金屬料塊(2)某一顏色料塊(3)金屬中某一顏色料塊(4)非金屬中某一顏色料塊(5)金屬中某一顏色料塊和非金屬中某一顏色料塊建議分揀顏色為：黃、藍；建議分揀材料為：鐵、鋁、塑料4外形尺寸：800X500X1100二

19、裝置簡介材料分揀裝置由料塊倉庫、電動輸送帶、自動分揀部件、控制器和手動操作盤組成，如圖一和圖二所示。料塊倉庫是一個手動入庫自動出庫的部件。使用時可將料塊放入倉庫中，當光電傳感器感測到料塊時系統(tǒng)開始運行，即啟動輸送帶并由出庫氣缸將庫內(nèi)最底層料塊推入輸送帶。電動輸送帶是由交流減速電機驅(qū)動的皮帶式水平輸送裝置。它將料塊勻速平穩(wěn)的送至自動分揀部件。自動分揀部件由傳感器、微型直線氣缸及滑道組成。當傳感器檢測到相應料塊時，對應的氣缸將其推入應去的滑道：當料塊的材料或顏色為非分揀要求時，經(jīng)旋轉(zhuǎn)編碼器計量后對應的氣缸將其推入應去的滑道。圖一 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)圖(正面)1輸送帶；2輸送帶驅(qū)動電機；3料塊倉庫；4

20、分類儲存滑道；5料倉料塊檢測傳感器；6電感式識別傳感器；7電容式識別傳感器；8顏色識別傳感器；9旋轉(zhuǎn)編碼器；10手動操作盤。圖二 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)圖(后面)1推出氣缸；2分揀1氣缸；3分揀2氣缸；4分揀3氣缸：5分揀4氣缸；6調(diào)速閥；7氣缸位置傳感器；8減壓閥；9電磁閥；10信號接口板；11控制器；12繼電器控制器采用PLC。它接受料倉傳感器、各料塊傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣缸位置傳感器的信號，根據(jù)要求分別控制輸送帶電機和各電磁換向閥。手動操作盤可以通過按鈕控制裝置的各種動作，并實現(xiàn)自動運行的啟動。本裝置還可以與其他裝置聯(lián)機運行(如本廠生產(chǎn)的機械手模型)，構(gòu)成連續(xù)性生產(chǎn)線模型。三使用與維護1驗機與

21、準備(1)將裝置水平放置，卸去為運輸而設的固定件，檢查各緊固件是否有松動脫落。(2)由空氣過濾減壓閥左側(cè)進氣口連接8軟氣管，另一端接氣源。(3)將電源線插入操作面板后插孔，另一端接電源(電源必須有良好的保護接地)。(4)接通氣源，向上拔出過濾減壓閥的調(diào)節(jié)旋鈕，左右旋轉(zhuǎn)旋鈕并觀察壓力表，將氣壓調(diào)整在0.2Mpa左右，然后將調(diào)節(jié)旋鈕復原。如發(fā)現(xiàn)有漏氣現(xiàn)象立即檢查氣路連接處的密封情況。(5)接通電源，電源指示燈、24V開關電源指示燈、PLC的RUN指示燈、氣缸復位磁開關指示燈均應正常顯示，否則檢查電源保險管、氣缸復位磁開關是否松動或偏移。(6)將手動操作盤上的“手動-自動”旋鈕撥向手動位置，分別按下

22、不同功能的按鈕，觀察裝置的相應動作是否正常。(7)運行PLC內(nèi)的單機演示程序。將料塊放入倉庫中，將手動操作盤上的“手動-自動”旋鈕撥向自動位置，裝置將自動進行不同材料和不同顏包的分揀和歸類。即從倉庫出口沿著輸送帶的運行方向，第一套分揀部件將所有鐵質(zhì)銀色料塊存入第一個滑道中；第二套分揀部件將所有鋁質(zhì)黑色料塊存入第二個滑道中；第三套分揀部件將所有塑料黃色料塊存入第二個滑道中：第四套分揀部件將所有塑料藍色料塊存入筇四個滑道中，當倉庫中無料塊時進行完一個分揀過程后自動停機，進入等待狀態(tài)。如以上過程不能正常進行則需要進行傳感器位置和控制程序中某些數(shù)據(jù)的調(diào)整。2調(diào)試方法(1)通電狀態(tài)下，在第一個電感傳感器

23、下方的輸送帶上放置鐵質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對鐵質(zhì)材料的檢出點。(2)通電狀態(tài)下，在第二個電容傳感器下方的輸送帶上放置鋁質(zhì)料塊，調(diào)整傳感器上兩螺母，使傳感器上下移動，恰好使傳感器上端指示燈發(fā)光，該高度即為傳感器對鋁質(zhì)材料的檢出點。(3)通電狀態(tài)下，在第三個顏色傳感器下方的輸送帶上放置某一顏色(如黃色)料塊，觀察其窗口中綠紅指示燈，調(diào)整傳感器的靈敏度調(diào)節(jié)螺釘，當傳感器上紅色指示燈亮時，該靈敏點即為傳感器對該顏色料塊的檢出點。(4)將以上三種料塊放入倉庫中，裝置自動運行。分別微調(diào)各傳感器的前后位置，使對應氣缸將料塊恰好推入滑道中。調(diào)

24、整時松開傳感器架的固定螺絲，使傳感器在滑軌上前后移動，調(diào)整后將其固定。(5)將藍色料塊放入倉庫中，裝置自動運行。如果第四套分揀部件氣缸推料位置不準確，可通過修改程序中計數(shù)器設定值進行調(diào)整：方法如下：修改計數(shù)器中立即數(shù)，如果推料偏早，增加該值：如果推利偏晚，則減少該值。(6)氣源壓力(氣壓表指示值)建議調(diào)定在0.2 Mpa。(7)氣缸進氣口裝有阻尼氣閥，用于調(diào)整氣缸作用力的大小。在手動狀態(tài)下調(diào)解該閥手輪使氣缸出力合適，伸縮自如。調(diào)整后將手輪下部螺母緊固。(8)氣缸上裝有位置傳感器，用于檢測氣缸的工作狀態(tài)。在手動狀態(tài)下將各氣缸桿推出到相應位置，對應前端傳感器指示燈發(fā)光，否則調(diào)整其位置。調(diào)整后將各螺

25、釘緊固。(9)輸送帶的松緊程度和偏移可由輸送帶末端的調(diào)整裝置調(diào)整。3維護保養(yǎng)(1)裝置的電源應設有良好的保護接地或電保護器。(2)非專業(yè)人員不得擅自打開匯線槽和面板盒。(3)電機及拖動原理。(4)光反射式工業(yè)傳感器的原理及應用。(5)電感型接近式工業(yè)傳感器的原理及應用。(6)電容型接近式工業(yè)傳感器的原理及應用。(7)色標傳感器的原理及應用。(8)電磁式傳感器的原理及使用。(9)氣動元器件在工業(yè)自動化中的應用。(10)氣源裝置-過濾器減壓閥的使用。(11)電氣轉(zhuǎn)換裝置-電磁閥的使用。(12)氣動執(zhí)行裝置-直線氣缸的使用。(13)工業(yè)自動控制系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)原理。(14)可編程控制器(PLC)的原

26、理及結(jié)構(gòu)。(15)PLC的編程訓練及應用。(16)PLC的調(diào)試及運行。(17)自動控制系統(tǒng)的調(diào)試及運行。(18)機電一體化設備的使用及維護。五附件(1)電源線1副(2)銀包鐵質(zhì)料塊3個(3)黑色鋁質(zhì)料塊3個(4)黃色塑料料塊3個(5)藍色塑料料塊3個PLC I/O分配表：序號輸入輸出1I0.0編碼器輸入Q0.0推出氣缸2I0.1料倉料塊檢測傳感器Q0.1分揀1氣缸3I0.2電感式識別傳感器Q0.2分揀2氣缸4I0.3電容識別傳感器Q0.3分揀3氣缸5I0.4顏色識別傳感器Q0.4分揀4氣缸6I0.5推出氣缸外定位Q0.5傳送帶電機7I0.6分揀1氣缸外定位8I0.7分揀2氣缸外定位9I1.0分

27、揀3氣缸外定何10I1.1分揀4氣缸外定位11I1.2自動、手動切換開關附錄二 五層電梯教學模型使用說明電梯模型既反映了PLC技術在日常生活中的應用，又帶有典型的順序、邏輯控制等多種特征，所以用此作為控制對象進行PLC教學有一定的代表性，很適合于大、中專院校進行教學演示、畢業(yè)設計、課程設計等。一、結(jié)構(gòu)簡介清華大學科教儀器廠開發(fā)制作的電梯模型整體結(jié)構(gòu)分為主體、控制盒和底座，結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀大方（如圖1所示）。電梯主體前面以直線與圓弧相交為輪廓，采用半圓有機玻璃作為前罩，既可與圓柱形轎廂相匹配，又可使同學們直觀地看到轎廂動作。電梯上、下底板分別采用硬鋁和鋼板做材料，導向桿和支撐桿也采用鋼材，經(jīng)過

28、精密加工組裝成電梯主體。電梯部分零件直接選用小型號的工用零件，使電梯的機械性能大大提高。整個電梯安裝簡便，接線簡單靈活，同時設有機械、程序雙重保護，避免轎廂沖頂。電梯內(nèi)有可開關門的轎廂，轎廂內(nèi)由門控電機控制，執(zhí)行開關門動作，轎廂由頂部升降電機帶動可上下運動。主體的每一層均設有限位開關、外呼按鈕和指示燈。控制盒內(nèi)裝有開關電源，可為PLC和電梯模型供電。配備控制盒，方便電路的檢查和各IO工作情況的監(jiān)控。電梯提供接線端口，可方便的與多種型號的PLC相連接。 圖1 電梯模型二、工作原理及控制功能電梯模型是作為PLC的控制對象來完成程序指令的。外呼按鈕、轎廂內(nèi)選層按鈕和各層限位開關為PLC的輸入，繼電器

29、動作和指示燈為PLC的輸出，電機由繼電器控制。原理圖如下：圖4 原理圖電梯主體有十個帶指示燈的外呼叫按鈕開關，分別是：一層上、二層下、二層上、三層下、三層上、四層下、四層上、五層下。十個三角形發(fā)光二極管作為轎廂當前運行方向指示（上升、下降）。七段數(shù)碼管顯示轎廂當前正在哪一層。主體內(nèi)部的限位開關可使轎廂可靠地停在被選樓層，并可使數(shù)碼管正確地顯示轎廂位置?？刂齐姍C上下和開關門的繼電器也裝在主體內(nèi)部（原理圖中只畫出了一個電機控制原理）?？刂坪忻姘迤邆€帶指示燈的內(nèi)選層按鈕開關分別是一至五層和開、關門。主體內(nèi)部的所有電源、信號線都通過扁平電纜連接到控制盒面板，以便與PLC相連。面板上輸入/輸出點按不同功

30、能分成若干組，公共端相互獨立，更符合PLC在工業(yè)中的實際應用，可使同學的基本概念更清晰。當程序編好存入PLC以后，可通過執(zhí)行該程序使電梯模型動作，來檢驗程序是否正確。電梯控制功能如下（僅供參考）：1、電梯所在樓層數(shù)字由7段數(shù)碼顯示管顯示。1）上升過程中：轎廂在1、2層之間顯示“2”；在2、3層之間顯示“3”，依此類推。2）下降過程中：轎廂在1、2層之間顯示“1”；在2、3層之間顯示“2”，依此類推。2、電梯運行方向由轎廂上、下行指示燈顯示。3、無論哪層有呼叫（包括電梯內(nèi)呼叫或各層外呼叫），該層的未響應指示燈亮，表示轎廂將去那一層，直到該呼叫被響應后該指示燈滅。4、無論電梯處于何種狀態(tài)，只要有電

31、梯內(nèi)呼叫，轎廂運行到該層，即可響應此呼叫。5、當按電梯外呼叫按鍵時，該按鍵的指示燈亮，直到該呼叫被響應后熄滅。6、只有單一呼叫信號時，電梯運行到呼叫所在樓層等待乘客進入。7、當有多個呼叫信號時，電梯每響應一個呼叫，均開門停車，等待乘客進入，再去響應下一個呼叫。其響應次序遵循以下原則：1）如果電梯處于上升的狀態(tài)，則優(yōu)先響應上升呼叫和內(nèi)呼叫信號，再返回響應下降呼叫信號。2）如果電梯處于下降的狀態(tài)，則優(yōu)先響應下降呼叫和內(nèi)呼叫信號，再返回響應上升呼叫信號。例如：電梯最初停在2樓，3樓先有上升呼叫再有下降呼叫，同時4樓有下降呼叫。這時轎廂先上升至3樓，此時下降呼叫依然保持，轎廂開門等待1秒鐘后關門繼續(xù)上

32、升至4樓，開門等待1秒鐘后再去響應3樓下降呼叫。如果3、4樓間只有下降呼叫時，則轎廂在3樓不停，直接升至4樓，開門等待1秒鐘后再響應3樓下降呼叫。其它情況以此類推，這與電梯的實際操作情況基本一致。8、在電梯運行過程中不響應開門信號，電梯在停車等待和暫停期間可以手動開、關門。為了運行安全，不論何時發(fā)出關門信號，轎廂再次運行都要有4秒鐘的間歇，以保證轎廂門可靠關閉。9、電梯每到一層停車時先打開轎廂門，1秒鐘后自動關門。若有其它需響應的信號，轎廂繼續(xù)運行；若無其它需響應的信號停車，轎廂等待。10、電梯關門停在某一層時，該層有外呼叫信號，門會自動打開，1秒鐘后自動關門。11、電梯在任意樓層間行走不得超

33、過30秒鐘，否則判定電梯運行出故障，電梯自動停止運行。12、電梯設有上、下極限位行程開關。當電梯運行到極限位置時，通過程序強行讓電梯停止運行。三、接線說明1、電梯主體的所有信號線通過扁平電纜插接到控制板上2、主體內(nèi)部有四個繼電器，其中兩個為升、降電機，兩個為門控電機， 3、電梯的上極限是靠限位開關機械保護的，而下極限靠程序保護。4、當由于程序錯誤使轎廂觸碰上極限而使電機停轉(zhuǎn)，應斷開上升輸入信號，并在下降點外接輸入信號，使電機反轉(zhuǎn)轎廂下降，脫離上限位開關。圖3 四、注意事項1、控制面板上所有的電源、信號的接線插孔都裸露在外面，請同學們注意不要將線或金屬物放于控制盒的測試點上，避免短路。2、鋼絲繩

34、纏繞方向應使直線部分垂直底板，也就是電機逆時針轉(zhuǎn)動方向為轎廂上升。3、升降電機的啟停是靠每層的限位開關控制的，而開關門電機則無到位控制，所以，開關門到位是靠程序設定時間來控制的，請同學們注意這一點。基本開門時間為3秒，同時由于機械原因?qū)㈥P門時間比開門時間加長0.5秒。4、為確保安全，在實驗時，要把有機玻璃罩裝好。5、在電梯通電運行之前，電梯的轎箱必須放在一層的限位開關上，然后才可通電運行。五、電梯調(diào)試方法首先檢查12V和24V電源指示燈是否正常。1、 輸入：利用連接線將后側(cè)端子的輸入口X22和X24相接1） 內(nèi)呼選層調(diào)試方法：把萬用表設置于通斷檔，一表筆控制盒的24V地，然后把另一表筆分別接：

35、A) 內(nèi)呼選層一層上，然后按動一層選層開關，萬用表響。B) 內(nèi)呼選層二層上，然后按動二層選層開關，萬用表響。C) 內(nèi)呼選層三層上，然后按動三層選層開關，萬用表響。D) 內(nèi)呼選層四層上，然后按動四層選層開關，萬用表響。E) 內(nèi)呼選層五層上，然后按動五層選層開關，萬用表響。2） 外呼選層調(diào)試方法：把萬用表設置于通斷檔，一表筆控制盒的24V地，然后把另一表筆分別接：A) 外呼選層一層上，然后按動一層選層開關，萬用表響。B) 外呼選層二層上，然后按動二層選層開關，萬用表響。C) 外呼選層三層上，然后按動三層選層開關，萬用表響。D) 外呼選層四層上，然后按動四層選層開關，萬用表響。E) 外呼選層五層上，

36、然后按動五層選層開關，萬用表響。3） 限位開關調(diào)試方法：把萬用表設置于通斷檔，一表筆控制盒的24V地，然后把另一表筆分別接：A) 下極限開關上，限位開關在電梯內(nèi)，可用手向上拖動電梯，觸動開關，萬用表響。B) 一層限位開關上，然后觸動一層限位開關，萬用表響。C) 二層限位開關上，然后觸動二層限位開關，萬用表響。D) 三層限位開關上，然后觸動三層限位開關，萬用表響。E) 四層限位開關上，然后觸動四層限位開關，萬用表響。F) 五層限位開關上，然后觸動五層限位開關，萬用表響。 2、 輸出：利用連接線將后側(cè)端子的輸出口Y29和Y31相接1) 內(nèi)呼顯示調(diào)試方法：利用彈簧頭連接線一頭接控制盒上的24V，另一

37、頭分別接控制盒上的：A) 一層內(nèi)呼顯示，亮即通。B) 二層內(nèi)呼顯示，亮即通。C) 三層內(nèi)呼顯示，亮即通。D) 四層內(nèi)呼顯示，亮即通。E) 五層內(nèi)呼顯示，亮即通。2) 外呼顯示調(diào)試方法：利用彈簧頭連接線一頭接控制盒上的24V，另一頭分別接控制盒上的:A) 一層外呼顯示，亮即通。B) 二層下外呼顯示，亮即通。C) 二層上外呼顯示，亮即通。D) 三層下外呼顯示，亮即通。E) 三層上外呼顯示，亮即通。F) 四層下外呼顯示，亮即通。G) 四層上外呼顯示，亮即通。H) 五層外呼顯示， 亮即通。3) 數(shù)碼管顯示調(diào)試方法：利用彈簧頭連接線一頭接控制盒上的24V+，另一頭分別接控制盒上的:A) a段，燈亮。B)

38、 b段，燈亮。C) c段，燈亮D) d段，燈亮。E) e段，燈亮。F) f段，燈亮。G) g段，燈亮。H) 上行顯示，燈亮。I) 下行顯示，燈亮。4) 升降電機調(diào)試方法:利用彈簧頭連接線一頭接控制盒上的24V，另一頭分別接控制盒上的：A) 接上升，電機逆時針轉(zhuǎn)，電梯轎廂上升B) 接下降，電機順時針轉(zhuǎn)，電梯轎廂下降5) 開關門電機調(diào)試：利用彈簧頭連接線一頭接控制盒上的24V，另一頭分別接控制盒上的:A) 接開門，門打開。B) 接關門，門關閉。附錄四 西門子S7-300 PLC 的基礎知識及其使用一、硬件基礎知識S7-300CPU為模塊化微型PLC 系統(tǒng)，滿足中、小規(guī)模的性能要求，它的各種性能的模

39、塊可以非常好地滿足和適應自動化控制任務；它的簡單實用的分布式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡能力，使得應用十分靈活；方便用戶和簡易的無風扇設計使得當控制任務增加時，可自由擴展；它具有大量的集成功能使它功能非常強勁1、S7-300CPU的分類1緊湊型CPU：CPU 312C，313C，313C-PtP，313C-2DP，314C-PtP和314C-2DP。各CPU均有計數(shù)、頻率測量和脈沖寬度調(diào)制功能。有的有定位功能，有的帶有I/O。2標準型CPU：CPU 312，CPU 313，314，315，315-2DP和316-2DP。3戶外型CPU：CPU 312 IF

40、M，314 IFM，314戶外型和315-2DP。在惡劣的環(huán)境下使用。4高端CPU：317-2DP和CPU 318-2DP。5故障安全型CPU：CPU 315F。2、S7-300CPU的功能1診斷功能：可以診斷出以下故障：失壓，熔斷器熔斷，看門狗故障，EPROM、RAM故障。模擬量模塊共模故障、組態(tài)/參數(shù)錯誤、斷線、上下溢出。2過程中斷功能：數(shù)字量輸入信號上升沿、下降沿中斷，模擬量輸入超限，CPU暫停當前程序，處理OB40。3狀態(tài)與故障顯示功能（1）SF（系統(tǒng)出錯/故障顯示，紅色）：CPU硬件故障或軟件錯誤時亮。（2）BATF（電池故障，紅色）：電池電壓低或沒有電

41、池時亮。DC 5V（5V電源指示，綠色）： 5V電源正常時亮。（3）FRCE（強制，黃色）：至少有一個I/O被強制時亮。（4）RUN（運行方式，綠色）：CPU處于RUN狀態(tài)時亮；重新啟動時以2 Hz的頻率閃亮； HOLD（單步、斷點）狀態(tài)時以0.5Hz的頻率閃亮。（5）STOP（停止方式，黃色）：CPU處于STOP，HOLD狀態(tài)或重新啟動時常亮。BUSF（總線錯誤，紅色）。 4模式選擇開關功能（1）RUN-P(運行-編程)位置：運行時還可以讀出和修改用戶程序，改變運行方式。（2）RUN (運行)位置：CPU執(zhí)行、讀出用戶程序，但是不能修改用戶程

42、序。（3）STOP（停止）位置：不執(zhí)行用戶程序，可以讀出和修改用戶程序。（4）MRES（清除存儲器）：不能保持。將鑰匙開關從STOP狀態(tài)搬到MRES位置，可復位存儲器，使CPU回到初始狀態(tài)。3、 S7-300CPU的工作原理CPU的一個掃描周期過程見圖1-1。圖1-1 CPU的一個掃描周期4、 電源模塊PS 307電源模塊將120/230伏交流電壓轉(zhuǎn)換為24V直流電壓，為S7-300/400、傳感器和執(zhí)行器供電。輸出電流有2A、5A或10A 3種。電源模塊安裝在DIN導軌上的插槽1。5、數(shù)字量I/O模塊模塊SM374可用于三種模式中：作為 16 通道數(shù)字輸入模塊，作為 16 通道數(shù)字輸出模塊，

43、作為帶 8 個輸入和 8 個輸出的混合數(shù)字輸入/輸出模塊。6、模擬量I/O模塊SM331模擬量輸入模塊，表1-1列出了SM331模擬量輸入模塊的模擬值。表1-1 SM331模擬量輸入模塊的模擬值百分比十進制十六進制±5V±10 V±20 mA上溢出18.515%327677FFFH5.926 V11.851V23.70 mA超出范圍117.589%325117EFFH5.879 V11.759V23.52 mA正常范圍100.000%0 %-100.000%276480- 276486C00H0H9400H5V0V-5V10 V0 V- 10 V20 mA0mA-

44、20 mA低于范圍-117.593%- 325128100H-5.879 V- 11.759 V-23.52 mA下溢出-118.519%- 327688000H-5.926 V- 11.851 V-23.70 mA【例】壓力變送器的量程為010MPa，輸出信號為420mA，模擬量輸入模塊的量程為420mA，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為027 648，設轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字為N，試求以kPa為單位的壓力值。 解：010MPa(010 000kPa)對應于轉(zhuǎn)換后的數(shù)字027 648，轉(zhuǎn)換公式為：P = 10 000 *N / 27 648（kPa）。注意：在運算時一定要先乘后除，否則可能會損失原始數(shù)據(jù)的精度。二

45、、軟件基礎知識1、SIMATIC 管理器簡介STEP 7用于S7，M7，C7，WinCC的編程、監(jiān)控和參數(shù)設置，基于STEP 7 V5.2版。STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。2、編程基礎（1）編程語言1順序功能圖(SFC) ：STEP 7中的S7 Graph2梯形圖(LAD)：直觀易懂，適合于數(shù)字量邏輯控制?！澳芰鳌?Power flow)與程序執(zhí)行的方向。3. 語句表(STL)：功能比梯形圖或功能塊圖強。4功能塊圖(FBD)：“

46、LOGO！”系列微型PLC使用功能塊圖編程。5結(jié)構(gòu)文本(ST)：STEP 7的S7 SCL（結(jié)構(gòu)化控制語言）符合EN 61131-3 標準。SCL適合于復雜的公式計算、復雜的計算任務和最優(yōu)化算法，或管理大量的數(shù)據(jù)等。6S7 HiGraph 編程語言圖形編程語言S7 HiGraph 屬于可選軟件包，它用狀態(tài)圖（state graphs）來描述異步、非順序過程的編程語言。7S7 CFC 編程語言可選軟件包CFC（Continuous Function Chart，連續(xù)功能圖）用圖

47、形方式連接程序庫中以塊的形式提供的各種功能。在STEP 7編程軟件中，如果程序塊沒有錯誤，并且被正確地劃分為網(wǎng)絡，在梯形圖、功能塊圖和語句表之間可以轉(zhuǎn)換。如果部分網(wǎng)絡不能轉(zhuǎn)換，則用語句表表示。語句表可供喜歡用匯編語言編程的用戶使用。語句表的輸入快，可以在每條語句后面加上注釋。設計高級應用程序時建議使用語句表。梯形圖適合于熟悉繼電器電路的人員使用；設計復雜的觸點電路時最好用梯形圖； 功能塊圖適合于熟悉數(shù)字電路的人使用； S7 SCL編程語言適合于熟悉高級編程語言（例如PASCAL或C語言）的人使用；S7 Graph，HiGraph和CFC可供有技

48、術背景，但是沒有PLC 編程經(jīng)驗的用戶使用；S7 Graph對順序控制過程的編程非常方便，HiGraph適合于異步非順序過程的編程，CFC適合于連續(xù)過程控制的編程。（2）存儲區(qū)類型S7 CPU的系統(tǒng)存儲區(qū)域分為下表中列出的地址區(qū)域。在程序中可以根據(jù)相應的地址直接讀取數(shù)據(jù)。 地址區(qū)域 可以訪問的地址單位 S7符號 (IEC) 描述過程映像輸入表輸入（位）I循環(huán)掃描周期開始時，CPU從輸入模板讀輸入值并記錄到該區(qū)域輸入（字節(jié)）IB輸入（字）IW輸入（雙字）ID過程映像輸出表輸出（位）Q在循環(huán)掃描周期中，程序計算輸出值并記錄到該區(qū)域。循環(huán)掃描周期結(jié)束時，CPU將計算結(jié)果寫入相應的

49、輸出模板輸出（字節(jié)）QB輸出（字）QW輸出（雙字）QD位存儲器存儲器（位）M該區(qū)域用于存儲程序的中間計算結(jié)果存儲器（字節(jié)）MB存儲器（字）MW存儲器（雙字）MD定時器定時器 (T)T該區(qū)域提供定時器的存儲計數(shù)器計數(shù)器 (C)C該區(qū)域提供計數(shù)器的存儲數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊，用"OPN DB"打開DB數(shù)據(jù)塊中包含了程序的信息?？梢远x為所有邏輯塊共享 (shared DBs) 或指定給一個特定的 FB或 SFB 做背景數(shù)據(jù)塊(instance DB)。數(shù)據(jù)位DBX數(shù)據(jù)字節(jié)DBB數(shù)據(jù)字DBW數(shù)據(jù)雙字DBD數(shù)據(jù)塊，用"OPN DI"打開DI數(shù)據(jù)位DIX數(shù)據(jù)字節(jié)DIB數(shù)據(jù)字

50、DIW數(shù)據(jù)雙字DID局部數(shù)據(jù)局部數(shù)據(jù)位L該區(qū)域包含塊執(zhí)行時該塊的臨時數(shù)據(jù)。L堆棧還提供用于傳遞塊參數(shù)及記錄梯形邏輯網(wǎng)絡中間結(jié)果的存儲器局部數(shù)據(jù)字節(jié)LB局部數(shù)據(jù)字LW局部數(shù)據(jù)雙字LD外設地址 (I/O)輸入外設輸入字節(jié)PIB主站及分布式從站（DP）外設輸入輸出區(qū)域允許直接存取外設輸入字PIW外設輸入雙字PID外設地址 (I/O)輸出外設輸出字節(jié)PQB外設輸出字PQW外設輸出雙字PQD（3） 基本指令1、位邏輯指令(Bit Logic)位邏輯指令處理布爾值“1”和“0”。在LAD表示的接點與線圈中，“1”表示動作或通電，“0”表示為動作或未通電。位邏輯指令掃描信號狀態(tài)，并根據(jù)布爾邏輯對它們進行組合

51、。這些組合產(chǎn)生結(jié)果1或0，成為邏輯運算結(jié)果(RLO)。2、比較指令(Comparator)比較指令對兩個輸入IN1和IN2進行比較，比較的內(nèi)容可以是相等、不等、大于、小于、大于等于和小于等于。如果比較結(jié)果為真，則RLO為“1”。比較指令有三類，分別用于整數(shù)、雙整數(shù)和實數(shù)。3、轉(zhuǎn)換指令(Converter)轉(zhuǎn)換指令可以將參數(shù)IN的內(nèi)容進行轉(zhuǎn)換或更改符號，其結(jié)果可以輸出到參數(shù)OUT。4、計數(shù)器指令(Counters)在CPU的存儲器中，為計數(shù)器保留有存儲區(qū)。該存儲區(qū)為每一計數(shù)器地址保留一個16位字。指令集支持256個計數(shù)器，而能夠使用的計數(shù)器數(shù)目由具體的CPU決定。5、數(shù)據(jù)塊調(diào)用指令(DB Cal

52、l)打開數(shù)據(jù)塊指令，該指令是一種數(shù)據(jù)塊無條件調(diào)用。數(shù)據(jù)塊打開后，可以通過CPU內(nèi)的數(shù)據(jù)塊寄存器DB或DI直接訪問數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容。6、邏輯控制指令(Jumps)邏輯控制指令通過標簽(Label)和無條件或者有條件的跳轉(zhuǎn)指令，實現(xiàn)用戶程序中的邏輯控制。7、整數(shù)算術運算指令(Integer Function)實現(xiàn)16位或者32位整數(shù)之間的加、減、乘、除和取余等算術運算。8、浮點算術運算指令(Floating-point Function)實現(xiàn)對32位實數(shù)的算術運算。9、賦值指令(Move)MOVE(賦值指令)將在輸入端IN的特定值復制到輸出端OUT上的特定地址中。MOVE只能復制BYTE(字節(jié))、WO

53、ERD(字)、或DWORD(雙字)數(shù)據(jù)對象。用戶定義的數(shù)據(jù)類型（例如數(shù)組或結(jié)構(gòu)）必須使用系統(tǒng)功能“BLKMOVE”(SFC20)進行復制。10、程序控制指令(Program Control)程序控制指令包括塊調(diào)用指令以及通過主控繼電器(Master Control Relay)實現(xiàn)程序段使能控制的指令。11、移位和循環(huán)指令(Shift/Rotate)移位指令可以將輸入?yún)?shù)IN中的內(nèi)容向左或向右逐位移動；循環(huán)指令可以將輸入?yún)?shù)IN中的全部內(nèi)容循環(huán)地逐位左移或右移，空出的位用輸入IN移出的位的信號狀態(tài)填充。12、狀態(tài)位指令(Status Bits)狀態(tài)字是CPU中存儲區(qū)中的一個寄存器，用于指示CPU運算結(jié)果的狀態(tài)。狀態(tài)位指令是位邏輯指令，針