plc应用技术实验指导书

1、1 实验装置1.1 自动仓库自动仓库教学装置是一个模拟自动化生产过程中仓储环节的微缩模型，它使用了 PLC、传感器、位置控制和电气传动等技术，具有货物的自动提取和存放功能，也可配置由上位计算机。该装置采用台式结构，由库位框架、巷道式高叉车、操作盘等组成，并配有控制器（PLC）、传感器（光电式、触点式）、直流电机、键盘及驱动系统等，典型的机电教学模型。1.1.1 主要技术参数电源：AC220V10%（带保护地三芯插座）手动控制功能：由键盘完成自动控制功能：由键盘设定，系统自动完成(PLC 程序)4外形尺寸：800X500X5001.1.2 装置组成自动仓库教学装置的结构如图 1-1 所示。图 1

2、-1仓库装置的结构图1.框架式库位框架式库位用于存放货物盘，并设有进出货缓冲区，如图 1-2 所示。图 1-2 库位示意图2. 三维运动巷道式叉车叉车模仿了目前国际流行的典型产品，由直流电机完成水平（X 轴）拖动运行、垂直（Y 轴）拖动运行、进出叉（Z 轴）拖动运行的驱动。它可以完成从缓冲区到库位的自动存货和库位到缓冲区的自动取货。如图 1-3 所示。图 1-3 三叉车结构示意图3. 操控盘（键盘）操控盘(键盘),可进行手/自动切换,完成货物存取动控制，并可以通过键盘发出指令从而完成货物的自动存取。如图 1-4 所示。图 1-4 键盘结构示意图键盘在自动状态时，按键与输入地址的关系如下图所示（

3、矩阵键盘）。用户可根据键盘分布及输入地址，编写相应程序。如图 1-5 所示。图 1-5 键盘与输入地址4. 直流电机驱动电路与系统保护电路驱动电路完成对各运行电机的驱动及极限保护;保护功能由数字门电路,实现对叉车某些异常动作的限制;同时，叉子装置由在异常运行时保护设备安全。磁铁装置组成保护结构；端子“6”和“7”必须同时为低电平，“A”继电器吸合；端子“5”和“8”必须同时为低电平，“B”继电器吸合；A 吸合 B 断开时电机为顺行运行状态；B吸合 A 断开时电机为逆行运行状态；A 顺 B 逆，A 和 B 不得同时吸合。如图 1-6所示。图 1-6 驱动板原理示意图5. 输入、输出信号板的原理与

4、应用输入信号板专为设备与控制器之间信号传递而设置,板上设有光电电路,将内外电源,以保护设备安全，如图 1-7 所示。输出信号板如图 1-8 所示。图 1-7 输入驱动板应用原理图驱动电路, 严禁直接接地!注意: 输出端为图 1-8 输出驱动板应用原理图6. 控制原理列定位：S6 为列定位光电传感器, 列定位片顺序安装于叉车运行轨道左侧；共四只。叉车运行时的列定位,由光电传感器检测到列定位片的开始沿(上升沿)来实现。(列定位片有一定宽度,因此只有一侧有效)。如图 1-9 所示。图 1-9 列定位原理示意图层定位: S7 为层定位传感器,在叉子架垂直运行经过层定位片时,发出到位信号;每只层定位片有

5、两只遮光片;分别为上遮光片和下遮光片，如图 1-10 所示。图 1-10 层定位片层定位片定位功能如下:例：1）如果要放料，a.升叉至上遮光片， b.然后进叉，c.进叉到位后，d.名称定位功能 1定位功能 2上遮光片放货入叉位取货出叉位下遮光片取货入叉位放货出叉位降至下遮光片（此时料盘应已放在库架上）e.出叉。 2）如果要取料，a.升叉至下遮光片， b.然后进叉，c.进叉到位后，d.升至上遮光片（此时料盘应已插上叉子）e.出叉。注意: 列定位片与层定位片均已调整好,请不要随意调整!否则可能引起定位误差,造成设备损坏!1.2 八层电梯电梯模型教学装置是一个模拟真实电梯的微缩模型，它使用了 PLC

6、、传感器、变频调速、交直流电机控制等技术，具有轿箱升降、自动平层、自动开关门、顺向响应轿箱内外呼梯信号、直驶、安全运行保护等功能，也可配置由上位计算机。该装置采用台式结构，由主体框架、导轨、轿箱、配重等组成，并配有三相交流电频调速器、控制器（PLC）、传感器、外呼按钮及显示屏、内选按钮及指示灯等，典型的机电教学模型。1.2.1 主要技术参数1电源：AC220V10%（带保护地三芯插座）2外形尺寸：800X500X13001.2.2 装置简介装置由主体框架及导轨、轿箱及门控系统、配重、驱动电机、外呼按钮及显示屏、内选按钮及指示灯和控制系统组成，结构如图 1-11 所示。主体框架及导轨是由特制铝型

7、材制成，它保证了轿箱的支撑和顺畅运行。轿厢及门控系统是电梯的主要被控对象，它采用钢丝索和滑轮组结构悬吊于导轨之间，具有仿真度高的特点。轿厢的开关门自动控制系统是由门导轨、滑块、传动皮带、驱动直流电机、位置传感器组成。在 PLC 的控制下，轿厢到位后完成门的自动开启、延时、自动关闭的动作。配重是与轿厢配合完成上下运行的重要，可使轿厢运行平稳、能耗低。驱动电机是轿厢运行的拽引原，它采用三相交流电机配合变频调速器实现加控制、正反转控制、点动控制等操作。外呼按钮及显示屏是模拟实际电梯轿厢以外各楼层的呼梯信号及显示轿厢位置的。内选按钮及指示灯是模拟实际电梯轿厢内的楼层选择信号以及开关门选择的 。控制系统

8、由控制器（通常为 PLC，也可配备其他类型的逻辑控制装置）、传感器、变频调速器、端子板和直流电源等组成。控制器接收外呼按钮、内选按钮和设在导轨上各楼层传感器的信号并通过预先设定的程序对变频调速器、指示灯和楼层显示屏进行控制，使轿箱按照规定的升降、顺向响应、变速、平层、开关门及显示等，通过编程实现对电梯的智能控制。图 1-11 电梯模型正面结构示意图1-主体框架；2-导轨；3-轿箱；4-驱动电机；5-外呼按钮及显示；6-内选按钮及指示；7-变频调速器；8-输出转换端子；9-输入转换端子 10 直流电源；11-底盘1.2.3 动作方式与控制原理1.轿厢升降FR-E740 为三菱 FR-E700 系

9、列产品，如图 1-12 所示，采用三相交流电源，电源为 380V 工频电源。变频器输出 U、V、W 连接三相鼠笼电频器速度模式输入为三端子点输入，速度选择输入为两端子点输入。输入变频器机架必须接地。具体参数如表 1-1。图 1.3 三菱 FR-E740 变频器表 1-1 三菱 FR-E740 变频器主要参数表SW1,SW2,SW3 决定电机的三种运行速度，接线原理如图 1-13。图 1-13 变频器接线原理2.层定位原理层定位传感器结构原理如图 1-14。图 1-14 层定位传感器原理示意端子记号端子名端子功能说明额定规STF正转启动STF 信号 ON 时为正转、OFF 时为停止指令。STF、

10、STR信号同时ON时变成停止指令。输入电阻4.7k 开路时电压DC2126V短路时DC46mASTR反转启动STR 信号 ON 时为反转、OFF 时为停止指令。RH、RM、 RL多段速度选择用 RH、RM 和RL 信号的组合可以选择多段速度R/L1、 S/L2、 T/L3、交流电源输入连接工频电源。当使用高功率因数变流器（FR-HC）及共直流母线变流器（FR-CV）时不要连接任何东西。U、V、W变频器输出连接 3 相鼠笼电机。在主框架上每个层位都安装一只传感器组件(传感器为缝隙式光电传感器),每只传感器组件上共安装三只传感器(A,B,C), 挡片随轿厢运行时经过传感器缝隙,发出到位信号,经信号

11、转接板输出至 PLC 作为输入信号, 以向上运行到层为例：轿厢以速度 1 运行；当挡板进入传感器 A，轿厢以速度 2 运行；当挡板进入传感器 C，轿厢以速度 3 运行；当挡板进入传感器 B，轿厢刹车，到位。3轿厢门控原理轿厢门的开闭由一只直流电机驱动；一块驱动板完成极限位保护和换向驱动动作，如图 1-15 所示。图 1-15 电机驱动板随着轿厢门的开闭两只传感器分别发出到位信号，如图 1-16 所示。图 1-16 门控原理2 PLC 硬件模块2.1 ABB本实验装置采用 ABB 公司的 AC500（Advant控制器。图 2-1 是 AC500 的结构。Controller 500）系列可编程

12、CPU单元通讯模块CPU-底板I/Os +底板单元FBP- 接口- 模块 + 底板单元图 2-1图 2-2 是 AC500CPU 模块的种类：AC500 结构型号程序内存PM57164 KBPM571-ETH64 KBPM58xPM581:256KBPM58x-ETHPM582:512 KBETPM59X4096 KBPM59X-ETH4096 KBET4096 KB图 2-2 AC500CPU 模块的种类CPU 单元的基本信息如图 2-3 所示：图 2-3 是 CPU 支持的通讯接口：图 2-3 CPU 支持的程序接口图2-4是开关量输入模块DI524：COM1 （可拆卸接线端子）支持 CS

13、31 总线 RS232/485Modbus-RTU / ASCII通讯电源接口COM2 ：（SUB-D 型接口）支持RS-232/485/ Modbus-RTU/ASCII通讯。FBP：现场总线从站接口以太网接口：Ethernet 10M/100M扩展通讯卡*FBP 、 COM1 、COM2、 Ethernet接口: 都可以用来编辑程序键盘锂电池仓LED状态显SD卡插槽(128MB):硬件的更新信息，和32 路开关量输入 24 V DC每个通道都有反相，短路，过压保护输入延迟: 0.1ms,1ms, 8ms,32ms缺省: 8ms， 输入延迟可在CPU内设置通过 I/O总线供电有TU515 和

14、TU516两种底板有 LED 和CPU故障显示 与其他模块之间电气集成一个高速计数器，根据不同的工作方式占用1或2个通道。计数器只在CPU本地扩展有效图 2-4 开关量输入模块 DI524开关量输入/输出模块 DC523 作为的输出模块，如图 2-5 所示。24 路可设置开关量输入/输出(晶体管) 24 V DC每个通道都有反相，短路，过压保护输入延迟: 0.1ms,1ms,8ms,32ms缺省:8ms，输入延迟可在CPU内设置通过 I/O总线供电有TU515 和TU516两种底板有 LED 和CPU故障显示 与其他模块之间电气集成一个高速计数器，根据不同的工作方式占用1至3个通道。计数器只在

15、CPU本地扩展有效图 2-5 开关量输入/输出模块 DC5232.2 三菱Q 系列 PLC本设计采用三菱公司 Q 系列中的 Q02（H）PLC。配合一个电源模块、三个 QX40型输入模块和三个 QY10 型触点输出模块，如图 2-1 所示。图 2-1 PLC 组硬件连接图1）Q02(H)PLC 参数：支持的本地 I/O 达 4096 点，最快指令仅 34 纳秒；程序容量从 28K-252K 步（1 步=4byte）；支持结构化编程，最大程序数量为 252 个，每个程序克设定为扫描、低速、等待，且可互相切换；内置标准 RAM 及 ROM，文件寄存器数量 128K，且可扩展到 1M；具有 12M

16、USB 及 115K RS232 编程接口；软元件约 30K，可设定；支持多达 4 个 CPU，一个系统中可集成顺控 CPU、过程控制 CPU、运动控制CPU（最大 96 轴）、PU；支持 100M 以太网，另有 WEB SERVER 模块，可用浏览器通过RANET、ERNETPLC，进行程序、读写等功能；各种智能模块、功能模块，满足各种从简单到复杂的应用，如 BASIC 模块，支持 BASIC 语言，易写通讯程序；2）QX40 型输入模块(正公共端型)参数：模块共有 18 个端子点，1-16 为输入端子点，第 17 点为公共端（正），第 18点为空点。具体参数见表 2-1。表2-1 QX40

17、输入模块参数3）QY10 型触点输出模块参数:模块共有 18 个端子点，1-16 点为输出端子点，第 17 点为公共端点（正/负），第 18 点为空点。具体参数见表 2-2。输入点数16 点方法光电耦合器额定输入电压24VDC(+20/-15%，失真因数在5%以内)额定输入电流约 4mA输入降额无ON 电压/ON 电流9V 或更高/3mA 或更高OFF 电压/OFF 电流11V 或更低/1.7mA 或更低输入阻抗约 5.6k耐电压560VAs/3 个周期(海拔2000m)电阻由绝缘电阻测试仪测出 10M 或更高公共端方式16 点/公共端(公共端子: TB17)运行指示ON 指示(LED)外部连

18、接方式18-点端子排(M3 6 螺栓)适用线径芯 0.3 至 0.75mm2(外径最大 2.8 毫米)适用压装端子R1.25-3(不能使用带套管压装端子。)5VDC消耗电流50mA(标准:所有点 ON)重量0.16kgI/O 点数16(按 16 点输出模块设置 I/O 分配)表2-2 QY10输出模块参数表2.3 转接板转接板是连接在 PLC 与实验装置之间的接板，如下图所示。转接板上焊接的是可以插拔的接插件，其作用就是为了方便插拔，连线一旦接好就不用再接，这样可以方便的选择其它 PLC 来控制。当转接板与输入接线端子板相连时，与装置上输入接线端子板连接的那侧，VCC 与com 分别与输入接线

19、端子板上的VCC与 com 端相连；与 PLC 相连的那一侧，24V+接电源正 24 伏，com 端接电源地。然而，当转接板与输出接线端子板相连时，与 PLC 相连的那一侧，只需 com 端接电源地，如图 2-2 所示。图 2-2 转接板输出点数16 点方法继电器额定开关电压、电流24VDC 2A(电阻负载)240VAC 2A(cos =1)/点, 8A/公共端最小开关负载5VDC 1mA最大开关负载264VAC 125VDC最大开关频率3600 次/小时电涌抑制器无耐电压2830VAs/3 个周期(海拔 2000m)电阻由绝缘电阻测试仪测出 10M 或更高运行指示ON 指示(LED)外部连接

20、18-点端子排(M3 *6 螺栓)适用线径芯 0.3 至 0.75mm(外径最大 2.8 毫米)适用压装端子R1.25-3(不能使用带套管压装端子。)5VDC电流消耗430mA(标准:所有点 ON)重量0.22kg公共端方式16 点/公共端(公共端子: TB17)I/O 点数16(按 16 点输出模块设置 I/O 分配)3 编程介绍3.1 CoDeSys 编程CoDeSys是可编程逻辑控制PLC 的完整开发环境（CoDeSys 是ControlledDevelopement System 的缩写），在 PLC 程序员编程时,CoDeSys 为强大的 IEC 语言提供了一个简单的方法，系统的编辑

21、器和调试器的功能建立在高级编程语言的基础上，Codesys 是一个标准的，被很多硬件厂家支持，可编程超过 150家 OEM 生产的自动装置。CoDeSys 提供了许多组合产品的扩充，诸如各种不同领域的总线配置程序、完整的可视化功能和运动控制功能。除了支持 PLC 编程，还支持总线接口，驱动设备（特别是伺服，数控），显示设备，IO 设备等的编程，支持 Codesys 的厂家往往是相关专业领域作的较突出的厂家。CoDeSys 支持 IEC _61131 所描述的所有语言。文本化的语言：指令表和结构文本图形化的语言：顺序功能流程图、功能模块图和梯形图，还可采用基于功能模块图的连续功能编辑器（CFC）

22、。CoDeSys 操作界面如图 3-1 所示。图 3-1 CoDeSys 操作界面图虽然 CoDeSys 提供了强大的可视化界面功能，但在本课题的可视化界面设计中只设计了一个简单界面用于显示程序的当前状态，如图 3-2 所示。图 3-2 可视化界面3.2 GX Developer 编程GX Developer 编程可以有梯形图、逻辑指令等多种编程方式。GXDeveloper 的编程语言就梯形图来说，与 CoDeSys 当中的梯形图编程有些不同。在 GX Developer 输入输出的名字只能是 X*0 到 X*F，Y*0 到 Y*F，其中“*”由硬件决定，体现它的地址是多少。中间继电器也只能用

23、 M*，其中“*”是十进制数，类似的有定时器用 T*,计数器用 C*等等，软元件都有其固定的符号表示。程序使用步骤如下。1、打开编程。点击“开始”“所有程序”“MELSOFT应用程序”“GX Developer”就会出现图 3-3 所示的界面。图 3-3 GX Developer 编程的开始界面2、新建工程。点击“工程”菜单栏下面的“创建新工程”就会弹出如下图所示的框，选择相应的 PLC 系列、PLC 类型和程序类型，然后点击确定就可以编程了，如图 3-4 所示。图 3-4 创建新工程界面3、变换。编程后编程区会成灰色，要变换一下才能单，选择“变换”或者直接按“F4”，如图 3-5 所示。，点

24、击“变换”菜图 3-5 变换示意图程序前，先把数据线插上，再把 CPU 模块上的 run/stop4、写入程序: 在拨动开关拨到 stop 位置，然后点击“示。”菜单下的“PLC 写入”。如图 3-6 所图 3-6 写入程序5、选择写入的内容。在上一步完成后会弹出如图 3-7 所示的框，选择“参数+程序”，此时程序和参数下面就会打上红色的对勾，然后点击“执行”。图 3-7 选择内容6、自动。程序回自动到 PLC 中，完成后会出现如图示的消息框。然后把 RUN/STOP 拨动开关拨到 RUN 处，把 RESET/LCLR 拨动开关先拨到 RESET 处，再拨回 LCLR 处即可运行。图 3-8完

25、成消息框6、保存。点击“工程”菜单下的“另存工程为”就会出现下面的 选择要存放的路径，再给工程命名，然后点击保存即可，如图 3-9 所示。框，图 3-9 另存工程程序编辑成功后进行模拟，模拟界面如图 3-10 所示。图 3-10 程序模拟界面图4 实验内容4.1 自动仓库4.1.1 实验目的1通过实验了解工业自动化仓库的自动存取货物的流程；2了解仓库的机械结构和控制方式；3培养学生对 PLC 控制系统硬件和的设计与调试能力；4分析和解决系统调试运行过程中出现的各种实际问题的能力。4.1.2 实验要求需要达到的控制要求：1、必做能实现叉车自动从缓冲区取货，将货物送入任意指定仓位，如当按下“入库键

26、”、“8”号键、“确认”键，叉车自动从缓冲区取货，将货物放入 8 号库；能实现叉车自动从某一指定仓位取货，并将货物送入缓冲区，如当按下“出库”键、“5”号键、“确认”键后，叉车自动从 5 号库取货，并将其放入缓冲区；出错后的复位功能。2、选做实现叉车从某一仓位取货，并将货物放入另一指定仓位；实现叉车从缓冲区取货，放入任一指定库位，并从另一指定库位取货，放入缓冲区，如叉车从缓冲区取货，将货物放入 4 号库，并从 9 号库取货，将货物放入缓冲区。4.1.3 实验步骤1.观察仓库的机械结构及自动控制元件，充分了解仓库组成，输入输出，结合控制要求，对其的控制过程做一个总的设想。用 CoDeSys 进行

27、编程，并在 Simulation 模式下进行模拟调试、运行。当模拟运行成功后，对仓库进行实际的控制，进一步调试程序，直到满足预期的控制要求。在进行对仓库的控制前，要实现 PC 机与 PLC 的通讯设置，以便将程序拷贝到 PLC 中。下面介绍通讯设置：1)设置 PC 机 IP 地址(AC500 模块上是 192.168.204.230)说明：要把 PC 机和 PLC 的 IP 地址设置到同一个局域网中，即前三段地址（192.168.204）相同，最后一段只要和 PLC 的地址不同即可，在此处，可以设为 10。“子网掩码”处的设置方法：鼠标左键点击待输入数字的矩形框即可如图 4-1 所示。图 4-

28、1 PC 机IP 地址设置在资源-目标系统，如图 4-2 所示。2、目标系统设置:图 4-2 目标系统设置3、通讯参数设置:联机-通讯参数，如图 4-3 所示。图 4-3 通讯参数设置4、点击“标准配置”，如图 4-4 所示。图 4-4 标准配置ernal”,选择第二项，并将其右侧“模块参数”点击“Couplers”中的“中的 Run on config fault 中选择位“YES”，如图 4-5 所示。图 4-5 选择通讯方式5、PLC 配置部分：点击“PLC 配置”，然后在菜单栏中，选择“附件”。在“附件”选择标准配置。在 IO_Bus 上点击右键，选择“添加子元件”，先后选择并添加 D

29、I524_32和 DC523_24 两个模块（一定注意先后顺序，不然无法运行程序），如图 4-6 所示。图 4-6 输入输出模块配置6、如果还是，点击“工具”下的“IPconfig”，如图 4-7 所示。图 4-7 IP 配置，如图 4-8 所示。点击 SearchDevi图 4-8 Search Devi然后点击 Configure,再点击 Set IP Address,如图 4-9 所示。图 4-9 设置 IP 地址最后填写：192.168.204.230注意：在实现与 PLC 的通讯时，要把 Simulation Mode 那个选项勾选掉，即让其前边没有对勾。然后点击 Loginrun，

30、如图 4-10 所示。图 4-10 去掉仿真模式完成通讯后，要实现地址与变量的关联。此时，仓库的键盘、电机与PLC 的输入、输出模块，加上 CoDeSys 所显示的地址，是一一对应的。这时把程序的变量与地址关联，即可实现程序与 PLC 输入输出的关联进而与仓库输入输出的关联。例如：“1”号键-PLC 的 DC524 中的 IX1.1-S1(自己在程序中给变量起的名字)（“-”代表关联）。可以通过点击 PLC Configurition，然后在右边点击 Digital Inputs 0-31FIX，打开界面，来检测各个输入输出点的地址。如图 4-11 所示。按下仓库的某一个键，比如“自动”键，观察个地址的左边正方形框变成蓝色，那么就代表这个地址是“自动”键的地址。所有输入输出都可以根据这种方法进行检测。图 4-11 关联变量地址4.1.4 实验1.找到 PLC 个输入输出点与配表，表 4-1；仓库输入输出的对应关系，填写 I/O 地址分表 4-1 IO 功能对应表DC52