哈工大《机电系统控制器与应用》实验报告

《机电系统控制器与应用》

实验报告三

（2015年春季学期）

实验报告题目：PLC实验

姓名：

学号：

班级：

专业：机械设计制造及其自动化报告提交日期：

哈尔滨工业大学

实验报告指导书

要求：

1.明确实验要求及实验内容；

2.确定实验系统组成，给出实验系统框图；

3.给出系统硬件组成及接线图；

4.给出软件流程图及梯形图；

5.进行硬件调试、软件调试及软硬件综合调试，并进行结果分析；

6.拒绝雷同和抄袭，否则均为零分；

7.应包含自己的心得、体会或意见、建议等；

8.报告统一用该模板撰写，每份报告字数不少于5000字，上限不限；

9.正文格式：小四号字体，行距为1.25倍行距；

10.用A4纸双面打印；左侧装订，1枚钉；

11.实验报告需同时提交打印稿和电子文档予以存档，电子文档由班

长收齐，统一发送至：chenzhg@https://www.360docs.net/doc/f510767567.html,。

12.此页不得删除。

评语：

教师签名：

年月日

实验一：灯控制实验

一、实验目的：

1. 掌握PLC硬件结构、输入输出端口、电源连接要求，并能正确连接；

2. 掌握PLC与计算机通信接口设置，并能正确连接；

3. 熟悉编程软件各界面、基本设置和基本操作步骤；

4. 熟悉仿真软件基本操作步骤；

5. 实现多个彩灯的控制；

6. 加深对基本指令的理解。

二、实验器材：

1. 可编程控制器（PLC）1台

2. 计算机1台

3. 编程电缆1根

4. 导线若干

5. 彩灯若干

6. 按钮若干

7. 万用表1只

三、实验要求：

利用PLC的Q0.0—Q1.1数字量输出端口控制最多10个彩灯，使其按任务要求交替闪烁。

四、程序设计：

1.I/O口分配：

2.

3.梯形图：

4 程序调试及结果分析:

把编写好的程序下载到PLC 中进行调试，看运行结果是否符合要求。PLC 一上电后SM0.0 一直保持接通。所以T37 进行延时计时，延时到后启动T38计时，T38计时到后T38常闭触点断开，所以T37断开计时，T37常开触点恢复为常开，所以T38也断开计时。此时T38的常闭触点恢复为常闭，所以T37又重新计时，同时计数器C0开始计数一次。如此的反复计数。当计数为1 时，Q0.0 接通。计数器计数为2 时Q0.1 接通，当计数器计数到3 时Q0.2接通。当计数器计到4时计数器C0 清零。当按下I0.0对应开关时（即I0.0接通），此时计数器和Q0.0~Q0.2 都清零，即没有一个灯亮。当按下I0.1对应开关时（即I0.1 接通），从Q0.0开始亮起。

实验二：电机控制实验

一、实验目的：

1.掌握电机的基本控制，包括：起保停控制、正反转联锁控制、星三角启动控制；

2.加深基本指令的理解。

二、实验器材：

1.可编程控制器（PLC）1台

2.计算机1台

3.编程电缆1根

4.导线若干

5.按钮若干

6.万用表1只

三、实验要求：

掌握电机基本控制。

四、程序设计：

(一)起保停控制:

按钮SB2按下时，电机启动，按钮SB2松开后，电机继续保持转动，只有按下SB1按钮时，电机停止转动。

继电器控制电路图

1.I/O口分配:

2.PLC接线图:

-+

DC24V

3. 梯形图:

4. 程序调试及结果分析:

当按下控制面板中的I0.1时，控制电路中的继电器M0.0的线圈接通并实现自锁功能，此时，主电路中的接触器KM闭合，故主电路接通，Q0.0点亮，即代表主电路已经接通，电动机开始转动。而按下控制面板中的I0.1之后，线路中的继电器M0.0线圈断开，此时主电路中的接触器KM断开，主电路断开，Q.0熄灭，即电动机停止转动。由上分析可知，该电路实现了起停控制。

（二）正反转联锁控制:

继电器控制电路图

2. PLC 接线图：

-+

DC24V

3. 梯形图:

4. 程序调试及结果分析:

结果分析：当开关SBf按下后，继电器KMf所在之路接通，然后与开关SBf 并联的常断开关闭合，KMf形成自锁；同时KMr所在支路上的常闭开关断开，KMf和KMr形成互锁。同理，当按下开关SBr后，继电器KMr形成自锁；KMr 与KMf形成互锁。常闭开关SB1断开后，两个继电器均断电。

（三）星三角启动控制:

2. PLC 接线图：

-+

DC24V

3. 梯形图:

4.程序调试及结果分析:

结果分析：按下开关SB2后，KM1实现自锁，常闭开关KM2所在支路的继电器KM3接通，此时为星型连接。同时延时开关KT接通开始倒计时，到指定时间后，常闭开关KT断开，继电器KM3断开；开关KT接通，KM2自锁，此时为三角形连接。按下SB1，整个电路断电。

实验三：小车往返运动控制实验

一实验目的：

1. 掌握小车往返运动自动控制的设计；

2. 加深基本指令的理解。

二实验器材：

1. 可编程控制器（PLC）1台

2. 计算机1台

3. 编程电缆1根

4. 导线若干

5. 按钮若干

6. 万用表1只

三实验要求：

用S7-200 实现小车往返的自动控制，控制过程为按下启动按钮，小车从左边往右边（右边往左边）运动，当运动到右边（左边）碰到右边（左边）的行程开关

后，小车自动做返回运动，当碰到另一边的行程开关后又做返回运动。如此的往

返运动，直到当按下停车按钮后小车停止运动。 四 程序设计： 1. I/O 口分配：

2. PLC 接线图：

-+

DC24V

3. 梯形图：

4 程序调试及结果分析：

按下开关SB2后，小车向右运动，Q0.0形成自锁，与Q0.1形成互锁，此时向右运动指示灯常亮。当小车触碰到右行程开关SQ2，I0.4常闭开开关断开，Q0.0断电；常开开关闭合，Q0.1形成自锁，与Q0.0形成互锁，此时向左运动指示灯常亮。当按下开关SB1后，两条支路均断电，整个电路停止运行，直到下一次开关SB2或SB3按下。反之同理。

四感想和收获：

1 实验感想：

在这个实验中，我主要遇到了两个方面的困难：一个是我对可编程控制器的编程方法不太熟悉；另一个是我对线路转化为实物线路连接的能力不足。

最开始的时候，有很长一段时间的手忙脚乱，即是对着线路图也不会连接。在这个时候，我主动请求了老师的帮助，老师对我们小组进行了认真细致的讲解，使我们茅塞顿开最终顺利地连接了线路。在实验的过程中，出现了灯不亮的情况，线路的连接经过多次检查后，仍然没有发现错误。最终，在老师的提醒下，发现了是二极管接反这个低级错误。在编程中，我们参考了老师提供的材料，总体进程还是相对顺利的。

本实验说明了，我们实践能力和动手能力还有很大的欠缺。缺乏从理论向实际靠拢的能力，在今后还要积极提高。

本实验最大的收获，就是更加熟悉了PLC可编程控制器的连接外设和编程方法，在这让我受益匪浅。在此再次感谢老师的付出。

2 实验及课程整体收获：

在此，总结下我在PLC试验中及课堂上所学习到的知识点和概念：

（1）PLC概念：

可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

目前市面上之PLC控制器种类繁多,依照制造厂商及适用场所的不同而有所差异, 但是每种厂牌可依机组复杂度分为大、中、小型;而一般工厂及学校通常使用小型PLC。

（2）基本结构：

PLC控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。

1 中央处理单元

2 存储器

3 电源

4 程式输入装置

5 输入\输出回路

（3）工作原理：

扫描技术：输入采样阶段：用户程序执行阶段：输出刷新阶段。总的来说，PLC控制器的扫描周期包括自诊断、通讯等。一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。

（4）PLC的功能：

可选择的功能包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

1、运算功能:

简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通可编程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；随着开放系统的出现，在可编程逻辑控制器中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较。。

2、控制功能:

控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高可编程逻辑控制器的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。

3、通信功能:

大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如

TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE 通信标准，应是开放的通信网络。

4、编程功能:

离线编程方式：可编程逻辑控制器和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运

行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型可编程逻辑控制器中常采用。五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。

5、诊断功能:

可编程逻辑控制器的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC

内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对可编程逻辑控制器的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。可编程逻辑控制器的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。（5）PLC的功能要求:

PLC的功能要求主要分为两个方面：

1 响应速度要求:

PLC是为工业自动化设计的通用控制器,不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC,或者某些功能或信号有特殊的速度要求时,则应该慎重考虑PLC的响应速度,可选用具有高速I/O处理功能的PLC,或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。

2 系统可靠性的要求:

对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统,应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。

一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能,对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主,带少量模拟量控制的系统,可选用能带A/D和D/A转换单元,具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂,要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能,可视控制规模大小及复杂程度,选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵,一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。

（6）应用领域：

目前，PLC控制器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控制器最基本、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，必须实现模拟量和数字量之间的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 运动控制：

PLC控制器可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运

动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC控制器生产厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4 过程控制：

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC控制器能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC控制器也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

5 数据处理：

现代PLC控制器具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

6 通信及联网：

PLC控制器通信含PLC控制器间的通信及PLC控制器与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC控制器厂商都十分重视PLC控制器的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC

控制器都具有通信接口，通信非常方便。

以上，就是我对PLC课程内容的的总结。