LC控制系统的实验与实训.ppt
2023/5/19,1,第8章 PLC控制系统的实验与实训,本章导读本章介绍了8个PLC控制实验都是比较经典而实用的，要求掌握实验的一般步骤，会对实验梯形图进行监控调试。还介绍了4个实训案例,通过这些案例，要求熟悉触摸屏、文本显示器步进电机驱动器和变频器的编程与使用。读者通过自己动手装接用单片机主控的学习型PLC，完成PLC的实验，培养设计PLC控制系统的综合分析和实际应用能力。,2023/5/19,2,8.1 PLC控制系统实验 1,PLC的实验与实训采用个人电脑加PLC编程软件方式进行，实验用PLC宜选择晶体管输出型，或者晶体管与继电器混合输出型，PLC与对应的编程软件举例：（1）三菱FX1S-20MT（或深圳九天丰菱FL1S-20MT）+FXGP V3.30（或GPPW V8.52中文版与内装的仿真软件GX Simulator6-C）。（2）无锡信捷XC3-48RT-E+XCPPro（V3.1a）。（3）上海丰炜VB1-32MT+Ladder Master（）。PLC控制系统实验可以在实验板上进行，将一些常用器件，如各类按钮开关、发光二极管，直流小电机，步进电机、七段码LED显示器以及所需的接插件等预先装在实验板上，再通过电缆线与PLC相连。,2023/5/19,3,8.1 PLC控制系统实验 2,在做以下实验时，务必先仔细阅读节，特别是通过例6.1实例，熟练掌握用FXGP编辑、调试梯形图的全过程；务必先仔细阅读节，特别是通过例4.2实例，熟练掌握用FXGP编辑、调试SFC的全过程；仔细阅读2.4节，熟练掌握用GPPW编辑、调试梯形图的全过程，特别是能用其内装的GX Simulator对梯形图进行模拟仿真和获得时序图，这样，如果没有实际的PLC，也能用GPPW做下面8个实验，弥补了对PLC硬件的不足。注意，在以下实验中将不再重复说明FXGP或GPPW软件的操作过程。,2023/5/19,4,8.1.1 实验1 双灯闪烁熟悉PLC控制实验的步骤,（1）功能要求系统上电后，并按下按钮X000，两个彩灯即交替闪烁，两彩灯交替闪烁间隔为2s。（2）输入/输出端口设置双灯闪烁PLC控制的I/O端口分配如表8.1所示。（3）梯形图与指令表双灯闪烁PLC控制的梯形图与指令表分别如图8.1（a）和（b）所示。,2023/5/19,5,8.1.1 实验1双灯闪烁实验 2,2023/5/19,6,8.1.1 实验1双灯闪烁实验 3,（4）接线图双灯闪烁PLC控制的接线图如图8.2所示.。注意：在实验室中可以用Y000和Y001直接驱动发光二极管来模拟，也可观察PLC面板上Y000和Y001的OUT指示灯。以下实验均可按此处理。（5）梯形图监控调试按节介绍的方法用FXGP进行双灯闪烁梯形图监控画面如图8.3所示。分图（a）表示触按X000按钮后，Y000接通，同时T1定时2s的画面；,2023/5/19,7,8.1.1 实验1双灯闪烁实验 4,分图（b）表示T1定时2s到，Y001接通，同时T2开始定时的画面。T2定时2s到，监控画面又将转到分图（a），如此循环重复。,2023/5/19,8,实验2点动与长动在GPPW中调试并加注释 1,图8.4为点动、长动继电器控制电路。SB1为点动按钮，按下SB1后，KM线圈得电，驱动电机运行；释放SB1，电机即停转。SB2为长动按钮，按下SB2后，KA线圈得电，其常开吸合，下一个KA常开起自保作用，上一个KA常开使KM线圈得电，驱动电机运行。SB3为停止按钮，按下SB3电机停转。请改用PLC来控制。,2023/5/19,9,实验2点动与长动在GPPW中调试并加注释 2,（1）功能要求 当接上电源，电机不动作。按下SB1后，电机能点动运行。按下SB2后，电机作长动运行。按下SB3后，电机停转。（2）输入/输出端口设置点动与长动运行PLC控制的I/O端口分配如表8.2所示。,2023/5/19,10,实验2点动与长动在GPPW中调试并加注释 3,（3）梯形图、指令表和接线图电机点动与长动运行PLC控制的梯形图、指令表和接线图分别如图8.5（a）（b）所示。（4）梯形图模拟调试,2023/5/19,11,实验2点动与长动在GPPW中调试并加注释 4,按2.4节介绍的方法用GPPW模拟仿真此梯形图的画面如图8.6所示。分图（a）表示开始逻辑测试时画面。分图（b）表示X001被“强制ON”后，Y000点动运行时画面，再“强制OFF”后将回到分图（a）。,2023/5/19,12,实验2点动与长动在GPPW中调试并加注释 5,分图（c）表示X002被“强制ON”，再被“强制OFF”后，Y000长动运行时画面。（5）给元件名加注释给元件名加注释能增加梯形图的可读性，能直观地表达每个软元件在程序中的作用。加注释步骤：用菜单命令“显示_工程数据列表”，打开工程数据列表窗，见图8.7（a）。在工程数据列表窗中，展开“软元件注释”目录后，双击通用注释“COMMENT”，弹出软元件注释编辑窗（在8.7（a）工程数据列表右边区域）。在此编辑窗中的“软元件名”组合框中输入要编辑的元件名“X001”,单击“显示”按钮。在对应X001的“注释”,2023/5/19,13,实验2点动与长动在GPPW中调试并加注释 6,栏输入要注释的内容“点动”。用同法给图8.5（a）梯形图中其它的软元件加上注释。双击工程数据列表窗中“MAIN”，出现梯形图视窗,用菜单命令“显示_注释显示”，就能在梯形图中看到所加的注释了，如图8.7（b）所示。,2023/5/19,14,实验3直流电机正反转控制PLC 系统,本实验可参照“例3.18设计一个用FX1S20MT的输出端子直接驱动直流电动机正反转控制系统”。思考题请用GPPW对图3.33（a）直流电动机正反转控制梯形图进行模拟调试，并对图8.8（a）和（b）两个GPPW模拟调试画面进行说明。,2023/5/19,15,实验4 两台电机顺序控制PLC系统 1,（1）功能要求 当接上电源时，电机不动作。当按下SB2按钮后，泵电机M1动作，再按SB4，主电机M2才会动作。未按SB2按钮，而先按SB4按钮时，主电机M2将不会动作。按SB3按钮后，只有主电机M2停止；而按SB1按钮后，M1，M2两电机将会同时停止。按FR后，两电机M1和M2均因过载保护而停止。,2023/5/19,16,实验4 两台电机顺序控制PLC系统 2,（2）输入/输出端口设置两台电机顺序控制的I/O端口分配如表8.3所示。（3）梯形图与指令表两台电机顺序控制的PLC控制的梯形图和指令表分别如图8.10（a）和（b）所示。,2023/5/19,17,实验4 两台电机顺序控制PLC系统 3,2023/5/19,18,实验4 两台电机顺序控制PLC系统 4,（4）接线图两台电机顺序控制的PLC控制的接线图如图8.11所示。,2023/5/19,19,8.1.5 实验5笼型异步电机Y/降压起动控制PLC系统1,按下SB2后，主触点KM1和KM3闭合，而主触点KM2是断开的，电机作Y型起动。20秒后主触点KM3断开，主触点KM1和KM2闭合，电机切换为型连接作连续运行。SB1为停止按钮。请改用PLC来控制。,2023/5/19,20,8.1.5 实验5笼型异步电机Y/降压起动控制PLC系统 2,（1）功能要求 当接上电源时，电机M不动作。当按下SB2后，电机M作星形降压起动。延时20秒后，电机M以三角形连接作全压运行。按下SB1，电机停机；热继电器触点FR动作后，电机M因过载保护而停机。（2）输入/输出端口设置,2023/5/19,21,8.1.5 实验5笼型异步电机Y/降压起动控制PLC系统 3,（3）梯形图与指令表电机Y/降压起动PLC控制的梯形图和指令表如图8.14（a）和（b）所示。,2023/5/19,22,8.1.5 实验5笼型异步电机Y/降压起动控制PLC系统 4,（4）接线图Y/降压起动PLC控制接线图如图8.15（5）梯形图监控调试按6.3节介绍的方法用FXGP进行电机Y/降压起动梯形的监控画面如图8.16所示。分图（a）表示进入监控时的初始画面；,2023/5/19,23,8.1.5 实验5笼型异步电机Y/降压起动控制PLC系统 4,分图（b）表示触按X002按钮后，Y001和Y003接通，电机作Y型起动，同时T1定时20s的画面；分图（c）表示T1定时20s到，使Y003断开，Y002接通，而Y001仍是接通的，电机切换为型连接作连续运行。,2023/5/19,24,实验6交通灯控制PLC系统 1,（1）功能要求 设置一个启停开关X010。系统上电后，并按下开关X010，南北红灯与东西绿灯同时亮。南北红灯亮将维持18s；而东西绿灯亮先维持12s，接着绿灯闪烁，亮暗间隔各为0.5s，闪烁3次后熄灭；变为东西黄灯亮，并维持3s后熄灭，同时南北红灯也熄灭。接着，变为东西红灯亮，南北绿灯亮。东西红灯亮将维持18s；而南北绿灯亮先维持12s，接着绿灯闪烁，亮暗间隔各为0.5s，闪烁3次后熄灭；变为南北黄灯亮，并维持3s后熄灭。同时东西红灯也熄灭。此后，恢复为南北红灯亮与东西绿灯同时亮，如此重复循环。,2023/5/19,25,实验6交通灯控制PLC系统 2,（2）输入/输出端口设置交通灯控制的I/O端口分配如表8.5所示。（3）梯形图与指令表梯形图和指令表如图8.17（a）和（b）所示。,2023/5/19,26,实验6交通灯控制PLC系统 3,图8.17（a）交通灯PLC控制梯形图,2023/5/19,27,实验6交通灯控制PLC系统 4,图8.17（b）交通灯PLC控制指令表,2023/5/19,28,实验6交通灯控制PLC系统 5,（4）接线图交通灯PLC控制系统的接线图如图8.18所示。（5）梯形图在线调试按照图8.18接线图进行接线，把南北红绿黄灯放在南北位置，把东西红绿黄灯放在东西位置。此后,系统上电,2023/5/19,29,实验6交通灯控制PLC系统 6,将程序传送至PLC中，并将PLC的RUN开关打上，使RUN灯亮。合上开关X010后，观察交通灯是否符合功能要求进行转换。交通灯的工作波形图也可参看图4.56，仅数据上有些不同，波形是一样的。如果在线调试出现问题，可以进入监控，进行排除。,2023/5/19,30,实验7 广告牌PLC控制及SFC的监控调试 1,本实验内容请参看例4.9，要求在FXGP软件中用SFC语言来设计，并进行SFC程序的监控调试。下面仅给出用FXGP对图4.37的SFC程序的监控过程，此前读者应已经完成：（1）按照例4.10介绍的方法，用FXGP画好了图4.37 SFC图和相关内置梯形图，并将其转换成相应的步进梯形图和指令表（见图4.40）；（2）按照例6.1介绍的方法，用菜单命令“PLC _传送_写出”将程序传送到PLC；（3）在系统未上电情况下，按照图4.39接线图进行接线；此后，给系统上电，并将PLC的RUN开关打上，使RUN灯亮，就可以进行SFC程序监控调试了。,2023/5/19,31,实验7 广告牌PLC控制及SFC的监控调试 2,SFC程序监控调试步骤可以参照例6.1介绍的步骤进行。用菜单命令“监控/测试_开始监控”，进入SFC程序监控，初始监控画面如图8.20（a）所示。图中，只有初始状态S2有绿色底纹，说明S2处于接通状态；没有底纹的S20S23均处于关闭状态。,2023/5/19,32,实验7 广告牌PLC控制及SFC的监控调试 3,如果没有外接按钮X010，可以进行元件ON/OFF的模拟。用菜单命令“监控/测试_强制ON/OFF”，出现如图8.21所示“强制ON/OFF”对话框，在元件栏中输入X010，并单击“确认”按钮。这时转移条件X010将接通一个扫描周期，使状态从S2同时转移到3个并行分支S20S22，使彩灯每隔0.5s依次点亮。监控画面如图8.20（b）所示，状态S20S22因接通而出现绿色底纹，同时S2因自动复位而失去底纹。T0定时时间1.5s到，从,2023/5/19,33,实验7 广告牌PLC控制及SFC的监控调试 4,状态S20S22汇合转移到状态S23，使彩灯全亮全熄闪烁3次。监控画面如图8.20（c）所示,状态S23因接通而出现绿色底纹,同时S20S22因自动复位而失去底纹。T3定时时间3s到,一次扫描结束,从状态S23跳转到初始状态S2,监控画面回到图8.20（a）。如果接有外接按钮X010，可以进行在线监控调试。按下X010后，监控画面自动在图8.20（b）（c）之间循环。用菜单命令“监控/测试_停止监控”，可以结束梯形图监控。,2023/5/19,34,（1）功能要求 设置一启停开关X010。系统上电后，按下X010,LED显示器逐个显示十六进制数码:09、a、b、C、d、E、F，每个数码被点亮的持续时间均为0.5s。LED显示器各段排列见图5.117,相应的七段码的译码见表5.72,请使用功能指令（MOV、ZRST）来编程。,实验8 七段码LED显示器PLC控制系统 1,2023/5/19,35,2023/5/19,36,实验8 七段码LED显示器PLC控制系统 3,（2）输入/输出端口设置七段码LED显示器PLC控制I/O端口分配如表8.6所示。（3）梯形图与指令表图8.22所示,指令表从略。,2023/5/19,37,实验8 七段码LED显示器PLC控制系统 4,图8.22 七段码LED显示器PLC控制梯形图,2023/5/19,38,实验8 七段码LED显示器PLC控制系统 5,图8.22七段码LED显示器PLC控制梯形图续,2023/5/19,39,实验8 七段码LED显示器PLC控制系统 6,（4）接线图七段码LED显示器PLC控制的接线图如图8.23所示。PLC为FX1S-20MT,采用FX0N-60MR也行。输出Y000Y006通过150电阻直接驱动3英寸共阳LED显示器的,2023/5/19,40,实验8 七段码LED显示器PLC控制系统 7,引脚ag,12V直流电源的正负极分别与LED显示器的共阳端和PLC的COM端相连（将COM0COM3短接）。LED显示器的引脚图如8.24所示,不同尺寸、型号的LED显示器引脚有所不同,请按实际使用的来连接。限流电阻,要按实际电路进行调整。（5）梯形图在线调试按照图8.23进行接线,，给系统上电，将程序传送至PLC中,并将PLC的RUN开关打上,使RUN灯亮。合上开关X010后,LED显示器将依次显示十六进制数码0F。如果在线调试出现问题，可以进入监控，进行排除。,2023/5/19,41,8.2 PLC控制系统实训,实训4自制PLC并用单片机仿真PLC方法进行控制1实训目的（1）设计并装接单片机主控的 PLC-FL1S-20MT。（2）在FL1S-20MT上用指令转换法仿真控制实验4。2实训知识 硬件部分可以参照1.4节FL1S-20MT型PLC电原理图,并结合自己所选用的单片机的不同特点进行设计。PLC运行还需要系统软件,为此,本节提出了一种将PLC指令转换为单片机的指令,用STC89C58RD+单片机来仿真PLC控制的方法。该方法允许用户先按梯形图对控制对象编程,再通过两者之间指令转换，把梯形图转换成单片机控制指令,进行单片机仿真PLC控制。因此,这种,2023/5/19,42,实训4自制PLC并用单片机仿真PLC法进行控制 2,方法十分适合于制作专用的嵌入式功能电路板,同时,只要修改单片机芯片中的HEX代码，就能改变其控制功能,所以仿真板又是“柔性”的。STC89C58RD+具有ISP“在系统编程”功能,可以把专用程序代码写入芯片中,从而,把它改造成为一个用单片机仿真PLC的专用功能板。下面以FL1S-20MT为平台，介绍用单片机仿真PLC的指令转换法来做实验4。把实验4中图8.10（a）的梯形图转化为MCS-51汇编指令。MCS-51中的布尔处理器，具有丰富的位处理功能,可用这些位操作逻辑指令来替换FX2N系列梯形图中的对应的基本逻辑指令。下面将实验中经常用到的可替换的指令,用表8.8和表8.9列出。,2023/5/19,43,实训4自制PLC并用单片机仿真PLC法进行控制 3,同样的LD、LDI指令一般可按表8.8所示来转换，但当它们与块操作指令ANB和ORB联用时，就要按表8.9所示来转换。拿LD BIT来说明，它是取当前位的状态到位累加器C，但在取进来前，要将原C中的状态进行压栈保护，即压入片内RAM字节地址为1FH的堆栈中，然后再将当前位的状态取到C中。由于堆栈的长度是8,2023/5/19,44,实训4自制PLC并用单片机仿真PLC法进行控制 4,2023/5/19,45,实训4自制PLC并用单片机仿真PLC法进行控制 5,位,所以LD指令连续使用次数不能超过8次。表8.9中其它指令,请按表中简要的说明来理解,不再详细展开。这样,就可以按这两个表给出的指令间等效替换的方法将梯形图转化为51汇编指令了,实验4两台电机顺序控制的完整汇编源程序以“顺控.ASM”存盘,内容见下：P4EQU0E8H;把P4口的地址E8H赋给P4，P4是P4口的符号地址X00INBITP4.1;定义X00IN为P4.1（输入X000X007选通信号）Y00OUT BITP4.3;定义Y00OUT为P4.3（输出Y000Y007选通信号）X00BIT00H;定义X00为位地址00H，X00就00H的符号地址X01BIT01H;定义X01为位地址01H，X01就01H的符号地址X02BIT02H;定义X02为位地址02H，X02就02H的符号地址X03BIT03H;定义X03为位地址03H，X03就03H的符号地址X04BIT04H;定义X04为位地址04H，X04就04H的符号地址Y00BIT10H;定义Y00为位地址10H，Y00就10H的符号地址Y01BIT11H;定义Y01为位地址11H，Y01就11H的符号地址,2023/5/19,46,ORG0000H;0000H为复位入口地址 AJMPSTART;程序跳转至STARTORG0030H;指定程序的起始地址为0030HSTART:MOV P1,#00H;置P1口为00H，输出口清零CLR Y00OUT;从此起3指令,模拟P4.3产生正脉冲选通信号NOPSETB Y00OUTMOV SP,#60H;设置堆栈地址从60H开始PLC:ACALL INOUT;调用输入输出刷新子程序MN1:MOVC,X02;对应指令LDX002的转换ORLC,Y00;对应指令ORY000的转换ANLC,/X01;对应指令ANIX001的转换ANL C,/X00;对应指令ANIX000的转换MOVY00,C;对应指令OUTY000的转换MOVC,X04;对应指令LDX004的转换ORLC,Y01;对应指令ORY001的转换ANLC,/X01;对应指令ANIX001的ANL C,/X03;对应指令ANIX003的转换,2023/5/19,47,ANLC,/X00;对应指令ANIX000的转换ANLC,Y00;对应指令ANDY000的转换MOVY01,C;对应指令OUTY001的转换MN2:AJMPPLC;循环扫描INOUT:MOVP1,#0FFH;P1口先写1，下面指令将执行输入刷新CLR X00IN;使输入选通P4.1为低电平NOP;延时MOV ACC,P1;采样输入状态至累加器CPLA;A求反（模拟输入电路反相）MOV20H,ACC;将采集到的信号送片内RAM单元20HSETB X00IN;使输入选通P4.1为高，一次输入采样终MOV P1,#00H;P1口先写0，下面指令将执行输出刷新MOV P1,22H;将片内RAM单元22H输出状态信号送P1口CLR Y00OUT;使输出选通P4.3为低电平,从此起4条指令模NOP;拟产生输出选通脉冲NOP;NOP均为延时SETB Y00OUT;使输出选通P4.3为高电平,一次输出刷新终RET;返回ENDSTART,2023/5/19,48,实训4自制PLC并用单片机仿真PLC法进行控制 8,上述程序中，开头10行是定义一些符号地址，使其下程序使用时更方便。标号MN1MN2之间的指令就是用指令转换方法，把图8.10（a）梯形图转换为51汇编指令，用得较多的是，串联使用与指令，并联使用或指令。子程序INOUT是模拟PLC的输入输出刷新，它是通用的，也可以用在其它替换法的程序中。3实训步骤（1）实训内容、功能要求、输入/输出端口设置、梯形图和接线图同实验4。学习型PLC可参照1.4节FL1S-20MT型PLC电原理图设计并装接，或用FL1S-20MT套件装接。（2）按表8.8 把图8.10（a）的梯形图转化为MCS-51汇,2023/5/19,49,实训4自制PLC并用单片机仿真PLC法进行控制 9,编指令,最后得到上面给出的汇编源文件“顺控.ASM”。（3）使用Keil Vision3软件将上述汇编源程序进行编辑、编译，直至最后输出Intel HEX文件“顺控.HEX”（有关Keil Vision3软件使用，可参看笔者主编的清华大学出版社2008年8月出版的MCS-51单片机原理与应用一书）。（4）将“顺控.HEX”十六进制文件的内容用STC-ISP下载编程烧录软件写入到STC89C58RD+中，就可以进行两台电机顺序控制的实验了。,
