2020年西门子PLC实验指导书

西门子PLC实验指导书

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《可编控制器技术》实验

及工程应用综合设计

实验指导书

中南大学信息科学与工程学院

3月

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目录

第一章可编程控制器实验装备使用介绍..........................................错误!未定义书签。

LITVT-90系列可编程控制器训练装置简介.....................................错误!未定义书签。

1.2电源模块的使用..........................................................错误!未定义书签。

1.3电源模块、CPU单元和继电器扩展模块的使用.................................错误!未定义书签。

1.4输入输出模块的使用.......................................................错误!未定义书签。

1.5实验单元板的使用.........................................................错误!未定义书签。

第二章实验....................................................................错误!未定义书签。

实验一熟悉STEP7V5.3编程软件的使用及基本逻辑指令的编程方法..................错误!未定义书签。

实验二、比较指令与定时指令的基本编程及应用.....................................错误!未定义书签。

实验三、计数指令的基本编程及应用...............................................错误!未定义书签。

实验四传送指令和移位以及循环移位指令的基本编程及应用........................错误!未定义书签。

实验五浮点型数学运算基本指令的编程及应用....................................错误!未定义书签。

第三章综合程序设计训练.......................................................错误!未定义书签。

综合设计实验一电动机控制...................................................错误!未定义书签。

综合设计实验二天塔之光.....................................................错误!未定义书签。

综合设计实验三交通灯自控与手控.............................................错误!未定义书签。

综合设计实验四水塔水位自动控制.............................................错误!未定义书签。

综合设计实验五多种液体自动混合系统.........................................错误!未定义书签。

综合设计实验六自动装车送料系统.............................................错误!未定义书签。

综合设计实验七邮件分拣......................................................错误!未定义书签。

综合设计实验八电梯控制.....................................................错误!未定义书签。

综合设计实验九自动售货机....................................................错误!未定义书签。

综合设计实验十温度控制系统.................................................错误!未定义书签。

综合设计实验十一电镀流水线..................................................错误!未定义书签。

综合设计实验十二霓虹灯控制..................................................错误!未定义书签。

综合设计实验十三自动化仓库系统.............................................错误!未定义书签。

综合设计实验十四机械手装配搬运流水线........................................错误!未定义书签。

综合设计实验十五自控飞锯....................................................错误!未定义书签。

综合设计实验十六自动扶梯系统...............................................错误!未定义书签。

综合设计实验十七无塔供水系统................................................错误!未定义书签。

综合设计实验十八接触器联锁正反转三相异步电机控制...........................错误!未定义书签。

综合设计实验十九三相电机顺序控制...........................................错误!未定义书签。

综合设计实验二十时间继电器控制Y-△三相电机降压起动控制....................错误!未定义书签。

综合设计实验二十一、触摸屏使用实验...........................................错误!未定义书签。

综合设计实验二十二、变频器控制异步电机实验...................................错误!未定义书签。

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第一章可编程控制器实验装备使用介绍

1.1TVT-90系列可编程控制器训练装置简介

TVT-90系列可编程控制器训练装置由可编程序控

制器主机、编程用计算机、电源模块、输入输出模块和

16块模拟控制对象单元实验板组成。用实验连接导线将

主机板上的有关部分与输入输出模块连接可完成指令系

统训练，用实验连接导线将主机板与模拟实验板有关部

分连接能够完成程序设计训练，用连接导线将主机与实

际系统的部件连接可作为开发机使用，进行现场调试。

1.TVT-90系列可编程控制器训练装置的基本配置及其

结构

主机（S7-300CPU314C-2DP）及电源模块PS307

1个

变频器（MM420）

1个

触摸屏（MT5600V）

1个

三相电源模块

1块

输入输出模块

1块

实验单元板

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16块

通讯适配器

1套

实验台

1张

实验连接导线

1套

2.主要技术参数

1）CPU单元模块

主机采用德国西门子S7-314C-2DP型，其主要技

术数据如下：

数字输入点数

24（缺省地址：1124.0—1126.7）

数字输出点数

16（缺省地址:Q124.0-1125.7）

模拟输入通道

5（缺省地址:AI752-AI761）

模块输出通道

2（缺省地址：A0752-A0755）

计数器/频率计数器

4个通道

频率计数器

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3个通道，最大60KHz

脉冲输出

1个通道

2）电源单元PS307

额定输入电压：170-264VAC

额定输入电流：0.6A

额定输出电压：24V

3）实验板单元

额定输入电压：24VDC

4）扩展继电器单元

扩展八个继电器输出，继电器输出24VDC/2A,

230VAC/2A,分成2组

5）电力拖动及继电器控制单元

①三相断电器单元

1套

②倒顺开关

1套

③按钮组合单元

1套

④行程开关

1组

⑤定时器单元

1组

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⑥三相继电器单元

1组

⑦交流电动机单元

1台

⑧直流电动机单元

1台

6）变频器单元

变频器主要技术参数见表所示。

表i-i变频器技术参数

特性技术规格

200V至240V±10%单相，交流0.12kW-3.0kW(0.16hp-4.0hp)

电源电压和功率

200V至240V±10%三相，交流0.12kW-5.5kW(0.16hp-7.5hp)

范围

380V至480V±10%三相，交流0.37kW-11.0kW(0.50hp-15.0hp)

输入频率47Hz至63Hz

输出频率0Hz至650Hz

功率因数0.98

变频器效率96%至97%

过载能力在额定电流基础上过载50%,持续时间60s,间隔周期时间5分钟

合闸冲击电流小于额定输入电流

线性V/f控制；带磁通电流控制（FCC）的线性V/f控制，平方V/f控制；多点V/f

控制方法

控制

脉冲调制频率2kHz至16kHz(每级调整2kHz)

固定频率7个，可编程

跳转频率4个，可编程

0.01Hz数字输入；0.01Hz串行通讯输入；10位二进制的模拟输入

设定值的分辩率

（电动电位计0.1Hz[0.1%（PID方式）]）

数字输入3个可编程的输入（电气隔离的），可切换为高电平/低电平有效（PNP/NPN）

1个，（0至10V）用于频率设定值输入或PI反馈信号，可标定或用作第4个数

模拟输入

字输入

继电器输出1个，可编程，30VDC/5A（电阻性负载），250VAe/2A（电感性负载）

模拟输出1个，可编程（0mA至20mA）

串行接口RS-485,选件RS-232

电磁兼容性可选EMC滤波器，EN55011标准A或B级,也可选内部A级滤波器

制动直流注入制动，复合制动

防护等级IP20

温度范围-10℃至+50℃(14°F至122°F)

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存放温度-40℃至+70℃（-40°F至158°F）

相对湿度<95%相对湿度-无结露

工作地区的海拔海拔1000m以下不需要降低额定值运行

高度

欠电压，过电压，过负载，接地，短路，电机失步，电动机锁定保护，电动机过

保护的特征

温，变频器过温，参数联锁

标准UL,cUL,CE,C-tick

CE标记符合EC低电压规范73/23/EEC和电磁兼容性规范89/336/EEC的要求

7)触摸屏单元

触摸屏技术参数如表1-2所示。

表1-2触摸屏技术参数

MT510TMT510SMT506SMT506L

硬件规格

型号10.4"TFT10.4.DSTN5.1"STN5.1"Blue

亮度250cd/m2150cd/m2150cd/m260cd/m2

颜色256色256色256色4灰度级

对比度100:130:130:115:1

分辨率640x480640x480320x240320x240

(WxH)

背光灯CCFLx2CCFLx2CCFLxlCCFLxl

CCFL寿命最少15,000小时最少15,000小时最少15,000小时最少15,000小

时

触控面板8线电阻式4线电阻式

触控精度2mm

表面硬度4H

通信口一个RS-232□（连接PC或slave）一个RS-232/485口（连接PLC）

处理器32bitRISCCPU133MHz

存储器4MBDRAM,1MBFlashRom（可选用2MB）4MBDRAM,1MBFlashRom

打印口标准打印口N/A

RTC和配方记忆卡可选

系统诊断电源失效自动侦测

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一般规格

电源21-30V直流

功耗430mA*24VDC440mA*24VDC220mA*24VDC200mA*24VDC

CE符合EN50081-2和EN50082-2标准

FCCFCCA级

耐压500VAC（1）

绝缘500VDC50M.以上

防震10to25Hz（X,Y,Z方向2G30分钟）

防护结构IP65前面板（0环密封）

使用温度0~45.C

环境湿度10-90%RH（非浓缩）

外壳塑料ABS+PC

外型尺寸315x238x60mm204x150x75mm

WxHxD

显示去尺寸302x225mm192x138mm

重量约.2.0kg约1.0kg

1.2电源模块的使用

1.三相曳嚅

良由断电

380V

ofc功能分布

控断

的

九

图i-i三相电源模块功能分布图

主要功能：电源模块上装有24V直流稳压电源，供

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入输出，同时输出交流380V

茜群警疆艇

能确保主—O

的24V直流电源请不要与"此j邨g"块混用。.

如果出现七君由'

待、DV24V区出

电源。―

操作步爨:4用即峰表小示型的断24路耀路盘信上开关

SA,DC2K4V灯Z直To9日门u主以u

十电源..…'为AC220V电源，联计算机

和PLC主；।，豆朗登埴勿插入！

S7300CPU时晶春事项：

要渭鬻5〜PLC%E

,PLC的L+、2L+、3L+、

2M、3M、4M、5「M以、C免O、发C生l、短C路2、!实C3号

连。严禁接J1WI

妻膏用料,':流220V,/里鼠….

寸“DC24”的输出指最不灯鬻亮。旌麟3

△

注意：SA为AC220V电源开关，不用时，请不要

闭合。LN输出为AC220V高电压，小心触电！

系统模块及PLC输入均使用DC24V电源，严禁

接入AC220V电源，以免损坏设备。

2.交直流电源模块的使用

交直流电源模块单元采用三相五线制380V输入，

可输出三相AC380V、单相AC220V、直流24V、交流

12V-24V-36V＞励磁输出200V、可调直流电源输出0〜

200V（供直流电机电枢调压用），直流电流、电压表指示、

TCL工业级豪华型单相、三相插座。电源模块面板为环

氧树脂绝缘板，上贴优质PC膜。交直流电源模块功能

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分布图如图1・2所示。

图1-2交直流电源模块功能分布图

①电源指示灯：显示三相电源供电情况。

②断路器：交直流电源单元模块总电源。

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③三相四线插座：可提供三相四线制电源。

④单相五孔插座：可输出单相220V电源。

⑤24V电源开关，控制面板上直流24V输出。

⑥电枢电压表：可指示电枢电压输出值。

⑦电枢电流表：可指示电枢电流输出值。

⑧电位器：可调电枢电压。

1.3电源模块、CPU单元和继电器扩展模块的使用

该单元包括西门子电源单元PS307、CPU314C-2DP

单元和继电器扩展模块单元，其中电源单元只针对CPU

单元供电，至于外围设备的供电由外部电源单元提供。

电源模块及CPU单元示意图如图1-3所示。

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图1-3电源模块及CPU单元示意图

使用方法;

1卖验连将PLC的与相帚的馥

模块有连，PLC字量输入力

3L+、,通接电源板一的反1短犷端，

的IM、2MT3iC5M、CO、Cl、C2、C3与DCOV

、•比连接近同1

PS307上的开

美拨到'般『播

指示大冗O

.②.输入输

口方入蓿尊;・就连接Vn>Ain

liill+、i

Xn>Alnlffi(An>Ain

VRMANA蹿噫:•娘选

+、别表示亳压焦圈的+、

端）;.选n、MANA端（An、

MANA篇公共点■o接0V。5M为电

3

源的

1.4输入输出模块的使用

赵

电

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部分

包

要

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入0^f

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输

输

出

单

元s

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1--4

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1.工作电源输入区

工作电源输入区由电源输入端子和电源指示灯组成。

主要做模块工作电源用，电源输入端子接24V直流电源,

当供电正常，电源指示灯亮，表示线路正常。

2输入单元

■输入单元由数字量输入单元和模拟量输入单元组成。

数字量输入单元由4个按钮、8个钮子开关以及两组

拨码开关等组成。如果将按钮或钮子开关与主机输入点

(10.0~12.7)相接，经过改变开关的状态，能够对PLC

的输入状态进行改变；

如果利用BCD拨码开关，可对主机输入8421开关量,

每次改变4位输入点的状态；以第一组拨码开关为例进

行说明，4位输入接线的I/O分配表如表1-3所示。

表1-34位输入点接线的I/O分配表

拨码开PLC输

关端入端

810.0

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410.1

210.2

110.3

则当拨码开关的旋转轮显示5时，对应的PLC输入端

的状态表如表1-4所示。

★接线注意事

拨码开关的公共点CO、Cl以及钮子开关的公共点C

应与第镰块中加24输出端中的“0V”相连接。

模拟量输出区主要由电压源和电流源组成,电压源输

出工业标准的0〜10V可调电压，电流源输出4〜20mA

的可调电流。

当使用电压源和电流源时，电源区的“+24V”和“0V”

应与电源模块单元中的直流输出端对应连接。

3、输出单元

输出单元由数字量输出单元和模拟量输出指示单元

等组成。

数字量输出单元由数码管显示区、继电器区等组成。

数码显示区由标准七段显示编码方式输出，公共端点C2

应与电源模块中DC24V输出端的“24V”端相连接。

继电器区由4组继电器单元组成，可控制4组交流电

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的通断。

继电器控制电路采用直流24V供电，可控制主电路中

交流220V电源的通断，为了防止电源极性颠倒，在其

控制电路中加入了保护二极管防止反向电压输入。

接线时，继电器的端接电源模块中的DC24V输

出端的“+24V”端，其“一”端与PLC输出端口相连。

模拟量输出指示单元由两块电压、电流表组成，可测

量0〜10V电压和4〜24mA电流。接线时注意指针表的

使用规范和表头的极性指示。

1.5实验单元板的使用

TVT-90系列可编程控制器训练装置共配置模拟实

验板16块:

1.TVT90HC-1电机控制

2.TVT90HC-2天塔之光

3.TVT90HC-3交通信号灯自控和手控

4.TVT90HC-4水塔水位自动控制

5.TVT90HC-7多种液体自动混合

6.TVT90HC-8自动送料装车系统

7.TVT90HC-9邮件分拣机

8.TVT90HC-10电梯控制

9.TVT90HC-11自动售货机

10.TVT90HC-12霓虹灯控制

11.TVT90HC-13温度控制系统

12.TVT90HC-14电镀流水线

13.TVT90HC-15自动化仓库系统

14.TVT90HC-16机械手装配搬运流水线

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15.TVT90HC-17自控飞锯系统

16.

TVT90HC-20无塔供水

系统

八”模拟实验板依据

系统原理图接线。DC

24V连接电源模块，注

意极性！开关量S、SQ

输入电路连接对应的

PLC的输入端口，输出

Y、M、L接PLC的输出

端口。应当注意，个

别实验模板为了形

象，采用动态LED指

示，传感器的状态系

统随程序要求自动给

定。

以TVT90HC-7多

种流体自动混合系统

为例进行说明。

将液位传感器信

号SI、S2、S3对应的

与PLC的10・0、10・1、

10.2连接，进水阀门

（Yl、Y2、Y3）、出水

阀门Y4和搅拌机M与

PLC的Q0.0、Q0.1、

Q0.2、Q0.3、Q0.4连接，DC24V与电源模块的DC24V

连接。当液位上升时，传感器S3、S2、S1按顺序依次

接通，储液罐的液位由LED自动指示，当电机旋转时，

由电机的LED指示运转状态。液位下降时，液位指示灯

依次下降，SI、S2、S3依次断开。Yl、Y2、Y3、Y4、M

的状态由LED指示，当LED亮时，表示其在运行。

特殊实验板的输入、输出单元电路在该板的实验中

介绍。

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图1-5多种流体自动混合系统图

第二章实验

实验一熟悉Step7V5.3编程软件的使用及基本逻辑指令的编程方法

一.实验目的

了解可编程控制器的基本单元和编程的基本结构，

熟悉Step7V5.3编程软件的使用及基本逻辑指令的编程

和调试程序的方法。

二.实验设备

1.TVT-90GT实验装置一台。

2.计算机一台。

3.输入输出模块一块

4.TVT90HC-1电机控制模拟实验板一块

5.TVT90HC-2天塔之光模拟实验板一块

6.连接导线若干。

三.实验内容与操作

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1.进入Step?v5.3软件

打开[程序]，[Simatic]->[SIMATICManager],进入

STEP7编程界面。

*Siaatic►:由LicenseManage*ent

f!?|ssssss❽ST-200ExplorerVI0.3,8

9DXP2004QST-200PCAcc«»VI.0.0.56

■Proitl99SE物STEP7

STEP7-iicrofIMV4.0.308

TDKeypadD«si(n«rVI0308

&文档

由信息

4SIMATICMtntcer

图2-1进入STEP7编程界面图

图2-2项目向导图

系统默认的首选项是“新建项目向导”，在对软件使

用不太熟悉的情况下能够跟随向导进行下一步的操作。

在这里，为了操作方便，省略此项步骤。点击［取消］按

钮。

2.新建工程

图2-3工程建立界面

点击文件，新建菜单，出现上面的界面，输入项目

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的文件名与路径，建议以“名字”缩写加“学号，，，在这

里面，输入“fOl”作为工作文件名。

新建完成后，就会弹出一个界面框，出现以-01”

命名的工程文件夹。针对当前使用的硬件设备，需要插

△站点，站点为"S7-300站点”，操作如工程界面图所

不：

图2-4工程界面

插入一站点-2SIMATIC300站点

I^SIIATIClanager'-[fOl-E:\tvt\tvt90hcs7300\f01]I

自文怦Q)*««)PLC&)查看9逸项Q)»□«)

口1谢髀1:1」匚站点Q)'I1SWAHC400站点B

I&Elf子网a)♦

2snuncx站点

1SDuncPC站点

5其它站

H7住J

SsnAncss

IFG/PC

111

图2-5插入站点

更改站点名称，如TVT90HC-1

SIIATIClanacer-(fOl—E:\tvt\tvt90hcs73

0文怦①)«n<z>axa)nrsHsA9(Q)

口|国用=1Xl电炉I包5%国

IGUATIC闹T

图2-6站名更改

3.CUP314c-2DP硬件配置

1)进入配置界面

4SIIATICKanager-[fOl-E:\tvt\tvt9Ohcs730

日文件任)编辑迎)插入Q)FLC1)查看9选项Q)

fl

口同髀|=|住间•回引a[>S|lB|

眄TVT90HC-1智”工(1)

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图2-7进入配置界面

双击TVT90HC1站点

SI1ATIClanager-[fOl—E

色文件（D编辑&）插入Q）PLC0,）

口产I群尸III曰身四孑

I硬件

则TVT90HC-1

图2・8双击TVT90HCJ站点

双击硬件进入硬件配置界面

图2-9硬件配置界面

2）选择硬件

①选择底板

♦督PROFIBUSDP

德PROFIBUS-PA

♦需PROFINET10

-(3SIMATIC300

ffiCJC7

&QCP-300

.OCPU-300

g口FM-300

♦，口Gateway

国QIM-300

+口M7-EXTENSI0N

♦_JPS-300

-CJRACK-300

口ESQ

口SM-300

♦画SIMATIC400

♦园SIMATICPCBasedContro：

♦£SIMATICPCStation

图2・10选择底板

展开SIMATIC300fRACK-300后双击Rail

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（配置）-fOl]

HTConfig-[TVT9i

图2-11双击Rail展开图

②选择电源

♦#PROFIBUSDP-