选修 可编程控制器原理及应用实验指导书.docx
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选修可编程控制器原理及应用实验指导书
《可编程控制器原理及应用》
实验指导书
适用专业:
电气、测控、信息
课程代码:
8401621
总学时:
48总学分:
3
编写单位:
测控技术与仪器系
编写人:
郑萍余建华郑敏
审核人:
审批人:
批准时间:
07年5月20日
目录
实验一双灯交替闪烁按规定次数自动熄灭实验(实验代码1)……………………………2
实验二十字路口交通灯(带强通控制)单、双流程控制实验(实验代码2)……………2
实验三16只彩灯的12种追灯花样控制实验(实验代码3)……………………………6
实验四FX2系列PLC与计算机的通信实验(实验代码4)…………………………………11
实验五基于MCGS的PLC上位监控系统设计实验(实验代码5)…………………………18
实验六创新性、自创性、综合性实验(实验代码6)………………………………………23
附录1:
实验平台介绍…………………………………………………………………………25
附录2:
成绩考核办法…………………………………………………………………………27
附录3:
推荐教材、参考书……………………………………………………………………27
附录4:
说明……………………………………………………………………………………27
实验一双灯交替闪烁按规定次数自动熄灭实验
一、实验目的和任务
了解PLC输入模拟装置的面板上各部分的作用,学习PLC编程平台的使用,学习编程的基本方法,掌握下载、运行和系统调试的基本技能,初步掌握可编程控制器从编程到运行的全过程操作。
在此基础上,学习使用PLC的计数器等软元件的基本使用方法以及编程思想,双灯交替闪烁按规定次数自动熄灭的控制程序编制和调试。
二、实验内容
1、验证性实验内容
1)编程操作:
参考图1.1进行文件的建立与文件的编辑、转换、拷贝、传送等操作练习;
2)运行操作:
对图1.1编好的序进行运行操作;
3)监控操作:
掌握监控的操作和一般的故障排除;
2、设计性实验内容
1)设计要求:
编制一个双灯交替闪烁,闪烁三次后自动灭掉的程序。
2)学习在GX平台上自行设计梯形图的方法,掌握采用仿真的方式运行和调试自行设计的程序方法;
3)将通过仿真调试的程序传送到可编程控制器中运行,并练习调试方法和在线修改程序的方法;
4)将编制的双灯交替闪烁、闪烁三次后自动灭掉的程序在可编程控制器上成功演示,并比较仿真和PLC运行的差别;
5)用心体会可编程控制器定时器、计数器等软元件的用法。
三、实验仪器、设备及材料
提供三菱FX2N可编程控制器、模拟板、计算机(见附录1)。
四、实验原理
根据双灯交替闪烁控制要求分析I/O信号:
输入I信号:
启动X1,停止X2;
输出O信号:
灯1从Y0端子输出,灯2从Y1端子输出
画出PLC的I/O接线图(如图2所示),根据I/O地址就可以进行编程设计。
验证性实验的梯形图可参加图1.1。
设计性实验的梯形图根据设计要求自行编写。
五、主要技术重点、难点
计数器等软元件的运用以及调试技术的掌握。
六、实验步骤
1、验证性实验步骤
1)编程操作:
首先在GX编程平台上建立新工程,正确选用PLC的型号,进入编辑界面,参考图1.1进行梯形图的编辑、转换等操作;
2)将程序下载到PLC中,进行运行操作,观察是否工作正确;
3)监控操作:
在GX中进入监控状态,观察程序运行情况,掌握监控的操作和一般的故障排除方法。
2、设计性实验步骤
1)根据要求在GX平台上设计编写程序;
2)将编好的程序进行仿真逻辑测试,在将通过仿真调试的程序传送到可编程控制器中运行,并利用上位机监控该程序的运行,通过观察可编程控制器的输入输出指示灯,与监控情况进行比较,进行程序的调试,练习在线程序的修改方法;
3)将设计的程序在可编程控制器上成功演示,并用心体会可编程控制器定时器、计数器等软元件的用法;
4)比较仿真和PLC运行的差别。
七、实验报告要求
1、验证性实验报告要求
写出程序编写和调试过程。
2、设计性实验报告要求
1)线路设计:
参考图1.2;
2)软件设计:
画出所设计的带强制通行的十字路口交通灯控制梯形图;
3)仔细思考,确保双灯交替闪烁三次的控制方法,说明闪烁三次后自动熄灭的控制思想。
3、总结与思考
1)如果采用了计数器控制,说明对计数器的清零原则;
2)说明仿真运行调试步骤及调试过程,与PLC实际的运行情况进行比较。
八、实验注意事项
注意输出控制灯的闪烁间隔为0.5S。
九、思考题
1、基于可编程控制器程序的设计与继电器、接触器控制电路的设计思想各有什麽特点?
2、可编程控制器有什麽优越性?
3、程序是从什麽途径传送到PLC中的?
实验二十字路口交通灯(带强通控制)单、双流程控制实验
一、实验目的和任务
1、通过熟悉编程软件及可编程控制器输入模拟装置的面板上各部分的作用,初步掌握可编程控制器从编程到运行的全过程操作。
了解和掌握计数器、定时器的使用方法、STL指令编程方法,并通过十字路口交通灯控制(带强通控制)的程序设计、编辑与运行,熟练掌握基于STL指令的顺序控制程序的设计方法,初步掌握模块化的编程思想,并进一步提高运用多种方法进行程序设计、分析和调试的能力。
2、完成带强制通行的十字路口交通灯控制程序设计及调试。
二、实验内容
1、验证性实验内容
1)十字路口交通灯控制的单流程基本编程设计;
2)十字路口交通灯控制的双流程基本编程设计(并行分支与汇合);
3)细心体会和掌握STL指令编制顺序控制程序的方法和优越性。
2、设计性实验内容
1)设计带强制通行的十字路口交通灯控制;
2)总结用STL指令编制顺序控制程序的优越性,单流程和双流程编制的特点,理解编程方法的多样性,优化自己的编程思想。
三、实验仪器、设备及材料
提供三菱FX2N可编程控制器、模拟板、计算机(见附录1)。
四、实验原理
根据十字路口交通灯控制系统结构流程分析I/O信号:
输入I信号:
启动X5,停止X6;
输出O信号:
南北绿灯Y0,南北黄灯Y1,南北红灯Y2,东西绿灯Y4,东西黄灯Y5,东西红灯Y6,画出PLC的I/O接线图,根据I/O地址就可以进行编程设计。
在设计之前画出控制波形图和状态转移图,在此基础上就可有序地编写梯形图。
1)十字路口交通灯波形如图2.1所示:
2)基于PLC控制的十字路口交通灯控制模拟接线图如图2.2所示:
3)十字路口交通灯控制的单流程状态转移图如图2.3所示:
3)十字路口交通灯控制的双流程状态转移图如图2.4所示:
同学们可先选择一种进行基于STL指令的编程练习,对所编的梯形图下载到PLC中进行运行,同时在编程平台上监控运行情况,根据运行情况修改程序,最后实现十字路口交通灯控制的全部功能。
五、主要技术重点、难点
STL指令的编程需要注意其特色性,要注意掌握设计和调试方法,需要同学在实验前在提供的仿真平台上做好基本准备。
六、实验步骤
先做验证性实验,掌握调试技术,再完成设计性实验。
1、验证性实验步骤
1)学习用SFC语言编制用户程序的方法:
a)单流程的程序编制方法,见图2.3;
b)双流程(并行分支与汇合)的程序编制方法,见图2.4;
2)编写图2.3或图2.4的梯形图;
3)将编好的程序下载到可编程控制器;
4)运行操作:
完成对十字路口交通灯控制的程序调试
5)细心体会和掌握STL指令编制顺序控制程序的方法和优越性。
2、设计性实验步骤
1)设计带强制通行的十字路口交通灯控制:
东西、南北强制通行。
要求如下:
在正常的十字路口交通灯控制运行时,如果东西强制通行开关接通,则进入强制通行状态。
此时东西绿灯常亮,而南北红灯常亮;东西强制通行结束后,东西强制通行开关关闭,恢复正常运行。
此时应从南北绿灯亮、东西红灯亮开始循环工作。
南北强制通行情况与东西强制通行相似,其运行状态相反。
2)硬件设计:
在图2.2上添加强制通行开关,并标出其输入地址;
3)软件设计:
仔细思考,尽可能以优化的方式进行编程设计;
4)编程操作:
将所设计的梯形图程序下载到可编程控制器;
5)运行调试:
完成对十字路口交通灯控制程序的调试。
七、实验报告要求
1、验证性实验报告要求
1)设计图2.3或图2.4的梯形图;
2)写出调试过程及调试方法。
2、设计性实验报告要求
1)硬件设计:
在图2.2上添加强制通行开关,并标出其输入地址;
2)软件设计:
仔细思考,尽可能以优化的方式进行设计设计。
画出所设计的带强制通行的十字路口交通灯控制梯形图;
3)说明编程思想及编程过程;
4)说明运行调试步骤及调试过程,如何证明所设计的系统可完成十字路口交通灯的强制通行控制。
3、总结与思考
总结用STL指令编制顺序控制程序的优越性,单流程和双流程编制的特点,理解编程方法的多样性,优化自己的编程思想。
八、实验注意事项
注意输出控制灯的闪烁间隔为0.5S。
九、思考题
1、用STL指令编制顺序控制程序有什麽的优越性?
2、单流程和双流程各自的特点是什么?
3、为什么仿真调试与实际连接PLC调试时情况有所不同?
实验三16彩灯的12种追灯花样控制程序设计
一、实验目的和任务
每条功能指令相当于一个子程序,基本逻辑指令与功能指令的结合运用,使所编程序变化无穷,以适应各种场合。
本次实验要求掌握MOV、ZRST、ROR、ROL、SFTL、SFTR等功能指令的用法并能灵活运用之,最终初步了解功能指令在程序设计中的作用,并通过16彩灯的12种追灯花样控制程序的编制,提高程序设计能力,牢固掌握编程方法。
二、实验内容
1、基本实验内容
1)采用功能指令实现16彩灯的12种花样手动切换控制,通过以下控制完成:
彩灯的移位位数控制
彩灯的移位速度控制
彩灯的移位方向控制
彩灯的三种初态控制
2)完成其监控与调试;
3)细心体会和掌握各功能指令的用法。
2、设计性实验内容
1)
要求设计任意三种彩灯追灯花样的自动循环程序设计,既当启动按钮按下后,三种追灯花样的自动循环程序表演,直至停止信号到来;
2)要求用一个按钮实现整个程序的通、断控制,可参考图3.1;
3)将设计的任意三种彩灯追灯花样的自动循环程序在可编程控制器上成功演示。
三、实验仪器、设备及材料
提供三菱FX2N可编程控制器、模拟板、计算机(见附录1)。
四、实验原理
根据16彩灯的控制要求分析I/O信号:
输入I信号:
启动/停止乒乓开关接入X7;X10为左移控制,X11为右移控制,X15、X16、X17为每次移动的灯数目选择开关;
输出O信号:
16彩灯输出Y0~Y17
首先画出16彩灯的硬件输入、输出接线图,如图3.2所示:
画出PLC的I/O接线图后,根据I/O地址进行编程设计。
16彩灯的12种花样手动切换控制如图3.3所示:
五、
主要技术重点、难点
PLC编程的模块化设计和调试。
六、实验步骤
先做验证性实验,掌握调试技术,再完成设计性实验。
1、基本实验内容与实验步骤
1)16彩灯的硬件输入、输出接线图如图3.2所示;
2)编程操作:
图3.3进行编程练习,文件的编辑、转换、拷贝、传送等操作;
3)运行操作:
对图3.3编好的序进行运行操作,完成16彩灯的12种花样手动切换控制;
4)监控与调试:
将编好的程序传送到可编程控制器中运行,并利用上位机监控该程序的运行,观察可编程控制器的输出指示灯,与监控情况进行比较,观察彩灯花样变化效果。
2、设计性实验步骤
1)在16彩灯的12种花样手动切换控制基础上,设计任意三种彩灯追灯花样的自动循环程序设计,首先设计其控制梯形图;
2)要求用一个按钮实现整个程序的通、断控制,可参考图3.1;
3)要求将编好的程序传送到可编程控制器中运行,并利用上位机监控该程序的运行,通过观察可编程控制器的输入输出指示灯,与监控情况进行比较,进行程序的调试练习并逐步修改;
4)设计的任意三种彩灯追灯花样的自动循环程序在可编程控制器上成功演示,特别注意程序的可扩展性。
七、实验报告要求
1、基本实验报告要求
1)说明如何实现以下控制:
彩灯的移位位数控制
彩灯的移位速度控制
彩灯的移位方向控制
彩灯的三种初态控制
2)说明调试过程。
2、设计性实验报告要求
1)设计性实验要求实现任意三种彩灯追灯花样的自动循环并可采用单按钮进行启停控制,画出所设计项目的硬件PLC输入输出接线图;
2)画出所设计项目的控制梯形图;
3)说明调试过程。
八、实验注意事项
注意程序的可扩展性。
九、思考题
1、16彩灯的追灯花样自动循环控制的程序编制,它和程序控制的彩色喷泉在控制原理上相同吗?
2、如何实现程序的模块化和可扩展性?
3、体会编程方法的多样性和工程应用的可实现性。
实验四FX2系列PLC与计算机的通信实验
一、实验目的和任务
1、了解和掌握FX2系列PLC与上位计算机通信的相关知识,包括其通信硬件电路的连接、通信的格式、计算机可对PLC内各软设备进行的读写操作和强制操作。
通过软件调试助手,完成计算机对PLC的读写过程。
2、任务:
1)FX2系列PLC与计算机之间的通信实验内容:
2)掌握计算机读PLC的状态的方法;
3)实现计算机置PLC的输出状态;
4)实现计算机对PLC的数据寄存器的写操作。
二、实验内容
1、了解PLC和计算机的通信原理,掌握其基本的协议;
2、计算机读PLC的输出状态实验:
首先设计运行程序对输出Y进行置数,然后采用调试助手按照PLC的协议对PLC的输出Y进行读数操作;
3、计算机对PLC进行写操作:
对输出Y进行写操作;
对计数器进行写操作。
三、实验仪器、设备及材料
可编程控制器及其模拟板、计算机,见附录1。
四、实验原理
1、硬件描述
三菱公司开发的FX-232AW接口模块用于FX2系列PLC与计算机通信。
本设计选用MAXIM公司的MAX202实现RS-232与TTL之间的电平转换;选用MAX490实现RS-485与TTL之间的转换。
每片MAX490有一对发送器/接收器,由于通信采用全双工方式,故需两片MAX490,另外只需外接4只电容即可。
PLC的RS-422接口配接DB-25型连接器,而PC机我们一般用DB-9型连接器。
硬件电路图如图3.1、图3.2所示。
将RS-232的RS、CS短接,这样对计算机发送数据来说,PLC总是处于就绪状态。
也就是说,计算机在任何时候都可以将数据送到PLC内。
又由于DR、ER交叉连接,因此,对计算机接受数据来说,必须等待至PLC处于准备就绪状态。
PLC的命令码及相关信息如表1所示。
2、FX2系列PLC与计算机之间的通信协议
传输速率:
9600bps
奇偶校验位:
偶校验
数据格式如图3.3所示。
数据是以帧为单位发送和接收的。
一个多字符帧由图3.4所示的五部分组成,其中和校验值是将命令码ETX之间的所有字符的ASCII码(十六进制数)相加,取得所得和的最低二位数。
STX和ETX分别表示该字符帧的起始标志和结束标志。
3、计算机对PLC的操作
1)计算机可对PLC内各软设备进行读操作,如图3.5所示。
例:
计算机对PLC的软设备Y20~Y37进行读操作
查装置地址表:
Y20~Y27:
—00A2
读取字节:
2个字节
和校验:
SUM=30H+30H+30H+41H+32H+30H+32H+03H=168H→68H
2)主机还可向PLC写数据,进行单点的强迫置位和复位。
例:
将1234写入D0,将5678写入D1
查:
D0低8位地址为1000H,和校验:
SUM=31H+31H+30H+30H+30H+30H+34H+33H+34H+31H+32H+37H+38H+35H+36H+03H=2FDH→FDH
3)主机对PLC的位软设备X,Y,M,S以及和C的逻辑线圈执行强制ON操作
例:
对T80的逻辑线圈执行强制ON操作,查:
T80地址为0650H
SUM=37H+35H+30H+30H+36H+03H=105H
五、主要技术重点、难点
PLC编程设计和通信的配合调试。
六、实验步骤
1、计算机读PLC的输出状态实验:
通过模拟输入板选择合适的输入信号,设计一段程序,其功能是将Y0~Y3和Y10置1(通过开关2可单独打开与关断Y10),上机编程并运行该程序(程序如图3.8所示),使Y0~Y3和Y10的输出灯亮;
图3.8置数梯形图
打开调试助手,对正在运行中的PLC送出05H,PLC应返回06H,证明通信成功
Ø查Y0~Y7的地址为00A0H,根据该地址将Y0~Y17的状态读入计算机,并判断正确与否。
根据通信要求填入和校验演算
Ø
文头
命令码
地址
字节数
文尾
和校验
根据通信结果填入PLC返回信息:
文头
高位低位
高位低位
文尾
和校验
第一字节
第二字节
判断计算机所读回的PLC输出状态正确与否,将判断情况进行记录。
通过按钮关断Y10,再次读入将Y0~Y17的状态读入计算机,并判断正确与否
根据通信结果填入PLC返回信息:
文头
高位低位
高位低位
文尾
和校验
第一字节
第二字节
判断计算机所读回的PLC输出状态正确与否,判断计算机所读回的PLC输出状态正确与否,将判断情况进行记录。
2、计算机对PLC进行写操作
1)计算机对PLCY0~Y17的写操作
停止PLC中程序的运行,使Y0~Y17均变零,通过计算机向PLC的Y0~Y17写0F01。
和校验演算:
Ø
文头
命令码
地址
字节数
内容
文尾
和校验
观察PLC的Y0~Y3和Y10是否被置1
2)再往Y0~Y17写0000:
和校验演算:
文头
命令码
地址
字节数
内容
文尾
和校验
观察PLC的Y0~Y3和Y10是否被置0。
3)计算机对PLC数据寄存器的写操作并用程序演示进行验证。
Ø将“双灯交替闪烁,闪三次后自动灭”中的计数器的设定值采用D0,通过MOVE指令,先往D0写入4,并运行该程序,观察双灯交替闪烁,闪3次后自动灭。
图3.9双灯交替闪烁,闪三次后自动灭控制梯形图
Ø打开调试助手,从计算机往D0写入3
和校验演算:
文头
命令码
地址
字节数
内容
文尾
和校验
观察双灯交替闪烁,是否闪2次后自动灭,以验证写数成功。
七、实验报告要求
1、按照实验步骤说明每一步实验内容并将每次的通信内容写入各表;
2、对每一步的实验思路进行相关的说明。
八、实验注意事项
注意通信原理和协议。
九、思考题
1、采用ASCII码格式传送数据有什么优点?
2、异步通信为什么需要设置起始位和停止位?
3、如何用VB进行计算机与PLC通信程序的编写?
实验五基于上位机组态软件的综合性设计实验
一、实验目的和任务
了解和掌握上位机组态软件的基本操作与用法,能根据控制项目要求设计合适的监控界面,掌握变量的链接、数据的通信与交换方式,通过对MCGS工控组态软件的应用,要求学生了解计算机技术和网络技术为工业自动化开辟的广阔发展空间、当今工控领域内系统的基本构成以及如何组建优质高效的监控系统,提高学生的实际综合动手能力与工程技术水平。
本设计要求学生完成“科技之光灯塔”的彩灯控制系统设计。
其内容包括PLC的软硬件设计,上位机的监控程序设计,并构成一个完整的监控系统。
三、实验内容
1、系统构成:
下位机PLC负责“科技之光灯塔”的16彩灯的运行花样控制;上位机负责灯塔控制系统的监控,上位机监控效果图如图4.1所示。
2、PLC系统设计:
1)硬件设计:
参照实验二;
2)软件编程:
参照实验二自行设计出彩灯的花样控制程序,并进行运行与调试工作,直至完全满意为止。
3、使用上位机组态软件MCGS进行上位机的监控组态设计;
4、进行上/下位机综合调试,通过监控画面中的启动、停止按钮控制PLC的工作,实现16彩灯的上位监控,构成完整的基于工业组态软件MCGS的综合监控系统。
四、实验仪器、设备及材料
供MCGS组态软件的通用版作为实验平台,提供三菱FX2N可编程控制器、模拟板、计算机(见附录1)。
五、实验原理
1、MCGS组态软件功能
1)MCGS组态软件的整体结构
MCGS5.1软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。
MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境,由可执行程序McgsSet.exe支持,其存放于MCGS目录的Program子目录中。
用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后,生成扩展名为.mcg的工程文件,又称为组态结果数据库,其与MCGS运行环境一起,构成了用户应用系统,统称为“工程”。
MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境,由可执行程序McgsRun.exe支持,其存放于MCGS目录的Program子目录中。
在运行环境中完成对工程的控制工作。
2)MCGS组态软件五大组成部分如下:
3)基于MCGS可完成以下工作:
Ø建立一个新工程
Ø设计画面流程
Ø定义数据变量
Ø进行动画连接
Ø添加模拟设备,使整个画面能模拟运行。
详细设计原理请参照昆仑通态公司提供的《MCGS初级教程》。
2、编制“技之光灯塔”的彩灯PLC控制程序,完成对彩灯的花样变换的自动控制:
彩灯的移位位数控制
彩灯的移位速度控制
彩灯的移位方向控制
3、通过连接MCGS和PLC,完成整体的监视和控制功能。
MCGS组态软件的与外部设备的通讯:
MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。
包括数据采集和发送设备指令。
设备驱动程序是由VB、VC程序设计语言编写的DLL(动态连接库)文件,设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序,将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。
MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序,将数据传送到工程中的各个部分,完成整个系统的通讯过程。
每个驱动程序独占一个线程,达到互不干扰的目的。
本实验需要利于MCGS中FX2N的驱动程序进行设备的通道连接,使组态软件与PLC相联系。
六、主要技术重点、难点
MCGS的动画制作,上位机与PLC的综合调试。
七、实验步骤
1、PLC系统设计:
a)硬件设计:
画出“科技之光灯塔”彩灯的PLC控制系统硬件电路图;
b)软件编程:
自行设计出彩灯的三种以上花样自动循环控制:
参照实验二画出梯形图(注意:
在PLC端X1为启动按钮,在MCGS中的启动按钮与M1连通,X1→M1、在PLC端的停止按钮为X2
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- 关 键 词:
- 选修 可编程控制器原理及应用实验指导书 可编程控制器 原理 应用 实验 指导书