PLC控制技术实验指导书

目录实验一：ProfiBUS电缆制作 2实验二：博途软件使用说明 5实验三：S7-1200控制系统硬件配置 11实验四：HMI和PLC的通信连接 23实验五：利用PLC和接触器实现电机的正反转 33实验六：利用变频器实现电机的调速及正反转 36实验七：利用HMI智能面板实现电机的正反转 38实验八：人行横道按钮控制交通灯程序设计 42实验九：抢答器程序设计 47实验十：利用按钮实现机械臂的点动运动 50实验十一：利用触摸屏实现机械臂的自动演示 55实验十二：PLC模拟量处理 69实验一：ProfiBUS电缆制作一、实验目的了解电缆剥线器的使用和Profibus-DP连接和安装。二、实验使用设备及器材SIEMENSDP电缆专用的剥线工具1个、电工刀1个、剥线钳1、DP电缆若干段。实验内容1、准备好长度为1m的DP电缆若干段，然后按照图1-1所示的方法剥制PROFIBUS-DP电缆。图1-1剥制PROFIBUS-DP电缆的正确方法2、接线：按对应颜色（注意：左绿右红）沿着端子出线方向插入线头，然后用小螺丝刀拧紧螺丝，确保接线压稳接牢。注意若是终端网头直接接A1，B1即可，并将终端电阻拨码开关置ON，反之置ＯＦＦ，制作完成如图２－２所示。图２－２PROFIBUS-DP电缆接线图3、装上ＤＰ头上盖：首先将网线顺着进线，出线通道放平，注意屏蔽层应紧压内置接地金属片并确保不裸露在孔外，网线外皮应压在固定位置。然后盖好上盖用螺丝刀将螺丝拧紧，注意上下盖应合紧，无缝隙。实验二：博途软件使用说明一、实验目的了解S7-1200博途软件。二、实验使用设备及器材博途软件、网线1根、S7-1200控制系统一套。实验内容TIA（TotallyIntegratedAutomation，全集成自动化）Portal在一个软件应用程序中集成了各种SIMATIC产品，使用这一软件可以提高生产力和效率。TIA产品在TIAPortal中协同工作，能够在创建自动化解决方案所需的各个方面为您提供支持。所有数据均存储在一个项目中。用于编程(STEP7)和可视化(WinCC)的组件不是单独的程序，而是可以访问公共数据库的系统的编辑器。所有数据均存储在一个公共的项目文件中。始终可以使用一个适合所有任务的公共用户界面来访问所有的编程和可视化功能。TIAPortal可用来帮助您创建自动化解决方案。关键的组态步骤为：●创建项目●配置硬件●联网设备●对PLC编程●组态可视化●加载组态数据●使用在线和诊断功能集中数据管理：在TIAPortal中，所有数据都存储在一个项目中。修改后的应用程序数据（如变量）会在整个项目内（甚至跨越多台设备）自动更新。跨项目组成部分的符号寻址：如果在不同PLC的多个块中以及HMI画面中使用了过程变量，则可以在程序中的任意位置创建或修改该变量。这种情况下，在哪个设备的哪个块中进行修改并不重要。TIAPortal提供以下用于定义PLC变量的选项：●在PLC变量表中定义●在程序编辑器中定义●通过PLC输入和输出的链接来定义所有已定义的PLC变量都列在PLC变量表中，并可在表中进行编辑。变量修改是集中执行且不断进行更新的。一致的数据管理免去了在同一项目内的不同参与者之间（例如，程序员与HMI设计者之间）进行同步的必要。库概念：通过库可以在同一项目和其它项目中再次使用项目组成部分。●块、PLC变量、PLC变量表、中断、HMI画面、单个模块或完整站等元素可存储在本地库和全局库中。●设备和定义的功能可以重复使用。●通过全局库可轻松实现项目之间的数据交换。1、TIAPortal中的视图对于自动化项目，TIAPortal提供了两个不同的工作视图，通过它们可快速访问工具箱和各个项目组件：●Portal视图：Portal视图支持面向任务的组态。●项目视图：项目视图支持面向对象的组态。可以随时使用用户界面左下角的链接在Portal视图和项目视图之间切换。在组态期间，视图也会根据正在执行的任务类型自动切换。例如，如果要编辑Portal视图中列出的对象，应用程序会自动切换到项目视图中的相应编辑器。编辑完对象后，可以切换回Portal视图并继续操作下一个对象或进行下一项活动。保存项目时，无论打开了哪个视图或编辑器，始终会保存整个项目。Portal视图提供面向任务的工具箱视图。Portal视图用于提供一种简单的方式来浏览项目任务和数据。这表明可通过各个Portal来访问处理关键任务所需的应用程序功能。下图显示了Portal视图的结构：不同任务的Portal：Portal为各个任务区提供了基本功能。在Portal视图中提供的Portal取决于所安装的产品。②所选Portal对应的操作：此处提供了在所选Portal中可使用的操作。可在每个Portal中调用上下文相关的帮助功能。③为所选操作选择窗口：所有Portal都有选择窗口。该窗口的内容取决于您当前的选择。④切换到项目视图：可以使用“项目视图”(Projectview)链接切换到项目视图。⑤当前打开的项目的显示区域：在此处可了解当前打开的是哪个项目。2、项目视图项目视图是项目所有组件的结构化视图。项目视图中提供了各种编辑器，可以用来创建和编辑相应的项目组件。下图显示了项目视图的结构：①菜单栏：菜单栏包含您工作所需的全部命令。②工具栏：工具栏提供了常用命令的按钮。这提供了一种比菜单更快的命令访问方式。③项目树：通过项目树可以访问所有组件和项目数据。例如，可在项目树中执行以下任务：添加新组件编辑现有组件扫描和修改现有组件的属性④工作区：为进行编辑而打开的对象将显示在工作区内。3、加载项目执行下列步骤，加载项目：1.使用TIAPortal的Portal视图打开相应的项目。点击“启动”、“打开现有项目”、“浏览”，打开现有项目，即可完成加载项目。2.打开项目视图。3.选择用户界面语言。点击“选项”下面的“设置”，设置用户界面语言为中文。实验三：S7-1200控制系统硬件配置一、实验目的掌握S7-1200控制系统硬件组态二、实验使用设备及器材S7-1200控制系统一套，网线一根。三、实验内容1.启动TIAPortal。点击桌面上的TIAPortalV13图标，打开如下所示的TIAPortal界面。2.点击“创建新项目”，在“F盘”下面的“S7-1200硬件配置”文件夹下面创建项目“项目1”，如下图所示已创建一个新项目，在下一部分中，您将向项目中添加一个新PLC并组态其属性。3．插入并组态PLC以下步骤介绍如何在Portal视图中插入PLC以及在项目视图中打开其配置。在项目中创建的PLC的类型必须与所用的硬件一致。要向项目中添加新设备，请按以下步骤操作：使用Portal添加新设备。点击“设备与网络”、“添加新设备”2.选择所需的PLC。3.单击“添加”(Add)。4.在项目中创建了一个新PLC，并在设备和网络编辑器的设备视图中打开了该PLC。5.在图形视图中选择PROFINET接口。6.在属性窗口的“以太网地址”(Ethernetaddresses)下面，输入PLC的IP地址。7.在2号槽中插入DI模块6ES7221-1BF32-0XB0。8.在3号槽中插入DQ模块6ES7222-1BF32-0XB0。9.在4号槽中插入AI/AQ模块6ES7234-4HE32-0XB0。10.硬件组态已完成。11.单击工具栏上的“保存项目”(Saveproject)图标保存项目。12.将硬件组态下载到PLC13.搜索网络中的PLC设置“PG/PC接口的类型”、“PG/PC接口”，点击“开始搜索”。14.找到网络中的PLC，点击“下载”。15.点击“完成”，PLC进入启动模式，PLC上面“RUN”指示灯点亮。实验四：HMI和PLC的通信连接一、实验目的了解如何创建新HMI设备、画面的模板、以及和S7-1200的通信连接。二、实验使用设备及器材触摸屏1个、S7-12001套，网线2根。三、实验内容HMI系统相当于用户和过程之间的接口。过程操作主要由PLC控制。用户可以使用HMI设备来监视过程或干预正在运行的过程。以下选项可用于操作和监视机器与工厂：●显示过程●操作过程●输出报警●管理过程参数和配方以下步骤介绍如何创建新HMI设备以及HMI画面的模板。1、添加新的HMI设备1.使用项目树添加一个新的HMI设备。2.选择12寸触摸屏6AV2124-0MC01-0AX0，点击“确定”。2、创建HMI画面的模板创建完HMI设备后，将打开HMI设备向导。HMI设备向导以“PLC连接”(PLCconnections)对话框开始。要创建HMI画面的模板，请按以下步骤操作：组态与PLC的连接。点击“浏览”，选择“PLC-1”。2.选择模板的背景色和页眉的构成元素。可随后于HMI画面的模板中更改在此处所做的显示设置。3.报警组态如果通过HMI设备向导启用报警，则可以通过HMI设备输出报警。在此处所创建的报警窗口将创建在“画面管理”下的全局画面中。报警的用途有很多，例如可在超出限制值时通过HMI设备输出警告。再比如，可以通过附加信息对报警内容进行补充，从而可以更容易地定位系统中的故障。用户自定义报警与系统报警之间的基本区别是：用户自定义报警用于监视机器过程。系统报警会被导入到项目中并且包含所用HMI设备的状态信息。TIAPortal的信息系统中提供了关于报警的附加信息。4.将以后要在其中创建图形元素的画面重命名为"HMI"。可以使用该对话框在更广泛的项目中创建画面并建立画面导航。用于在画面之间导航的按钮是自动创建的。5.禁用系统画面。对于此实例项目来说，无需使用系统画面。可将系统画面作为HMI画面使用以设置项目、系统和操作信息以及用户管理。与画面导航一样，用于在主画面和系统画面之间导航的按钮也是自动创建的。6.启用下面的按钮区域并插入“起始画面”、“退出”(Exit)按钮。7.单击工具栏上的“保存”(Save)按钮以保存该项目。您已在项目中创建了一个HMI设备并为HMI画面创建了一个模板。在项目视图中，创建的HMI画面将显示在编辑器中。在下一部分中，将介绍如何在HMI画面中创建画面对象以使编程过程可视化。图形对象：图形对象是所有可用于HMI中项目可视化的元素。例如，这些对象包括：用于可视化机器部件的文本、按钮、图表或图形。图形对象的用途：图形对象可进行静态可视化或借助变量用作动态对象：●运行系统中的静态对象不会发生改变。●动态对象会根据过程改变。用户可通过以下变量来可视化当前过程值：–PLC存储器中的PLC变量–以字母数字、趋势图和棒图形式显示的HMI设备存储器中的内部变量。动态对象还包括HMI设备中的输入域，用以通过变量在PLC和HMI设备之间交换过程值和操作员输入值。8.在触摸屏画面中添加简单的电机正反转运行控制图。9.将画面下载到触摸屏中。设置“PG/PC接口的类型”、“PG/PC接口”、“接口/子网的连接”，点击“开始搜索”，找到192.168.0.2触摸屏设备，点击“下载”即可实验五：利用PLC和接触器实现电机的正反转实验目的学习利用接触器及PLC实现电机正反转接线图和PLC程序设计。实验使用设备及器材异步电动机1台、接触器2个、按钮3个、指示灯3个、导线若干。实验内容1、电气接线图请按照上面的原理图将断路器Q1、断路器Q2、接触器KM1、接触器KM2、三相异步电动机MA1、按钮SB24、按钮SB25、按钮SB26、指示灯SB12-H3、指示灯SB11-H2、指示灯SB14-H6正确接线。2、PLC部分设计S7-1200控制系统使用CPU1214、数字量输入模块型号、数字量输出模块型号，地址分配如下：元器件代码PLC地址功能SB24I8.3电动机正转控制按钮SB25I8.4电动机反转控制按钮SB26I8.5电动机停止控制按钮SB12-H3Q12.1电动机正转指示灯SB11-H2Q12.0电动机反转指示灯SB14-H6Q12.4电动机正反转停止指示灯3、PLC控制程序设计电机正转操作步骤：按下正转按钮SB24，接触器KM1吸合，电机正转运行，同时绿色指示灯SB12-H3点亮，红色指示灯SB14-H6灭；按下停止按钮SB26，接触器KM1断开，电机停止正转运行，同时绿色指示灯SB12-H3熄灭，红色指示灯SB14-H6点亮；电机反转操作步骤：按下正转按钮SB25，接触器KM2吸合，电机反转运行，同时蓝色指示灯SB11-H2点亮，红色指示灯SB14-H6灭；按下停止按钮SB26，接触器KM2断开，电机停止正转运行，蓝色指示灯SB11-H2熄灭，红色指示灯SB14-H6点亮；电机正反转控制程序如下图所示：实验六：利用变频器实现电机的调速及正反转实验目的学习利用变频器实现电机的正反转及调速。实验使用设备及器材S7-1200系统一套、异步电动机1台、接触器1个、按钮3个、信号发生器1个、导线若干。实验内容1、电气接线图请按照上面的的原理图将接触器KM1、变频器、信号发生器、电机、SB21、SB24、SB25、SB262、PLC部分设计S7-1200控制系统使用CPU1214、数字量输入模块型号、数字量输出模块型号，地址分配如下：元器件代码PLC地址功能SB21I8.0电动机急停控制SB24I8.3电动机正转控制按钮SB25I8.4电动机反转控制按钮SB26I8.5电动机停止控制按钮KM1Q0.0控制接触器线圈ATV32的LI1Q1.1电机正转控制端子ATV32的LI2Q12.7电机反转控制端子3、信号发生器使用如下：原理：利用信号发生器产生0-10V的电压信号，来实现变频器的调速。将黑色信号线接在端子排的端子号53上面，黄色信号线接在变频器的AI1上面；按信号发生器上面的黄色“信号”键，切换成电压输出模式，按上下键调整电压的大小，改变电压的大小就可是实现不同的速度；按信号发生器上面的黄色“输出”键，LCD屏幕中的“SOURCE”由OFF变成“ON”，启动输出。4、PLC控制程序设计：松开急停按钮SB21，接触器KM1闭合。按下正转按钮SB24，电机正转运行。按下反转按钮SB25，电机反转运行。按下停止按钮SB26，电机停止运行。按下急停按钮SB21，接触器断开，电机停止。电机正反转控制程序如下图所示：实验七：利用HMI智能面板实现电机的正反转一、实验目的学习利用接触器及PLC实现电机正反转接线图和PLC程序设计、触摸屏画面设计。二、实验使用设备及器材S7-1200控制系统1套、异步电动机1台、接触器2个、触摸屏1个、导线若干。三、实验内容1、电气原理图请按照上面电气原理图将接触器KM1、接触器KM2、三相异步电动机正确接线。将触摸屏的以太网接口通过网线连接到CSM1277以太网模块上面。2、PLC部分设计S7-1200控制系统地址分配如下：触摸屏和PLC地址功能M24.0HMI电动机正转控制按钮M25.0HMI电动机反转控制按钮M26.0HMI电动机停止控制按钮M12.1HMI电动机正转指示灯M12.0HMI电动机反转指示灯M12.4HMI电动机停止指示灯3、触摸屏画面设计如下对于电机正转、停止、反转控制按钮，只需要设置“事件”下面的“按下”及“释放”即可动态的控制电机。对于电机正转、停止、反转指示灯，只需要设置“动画”下面的“外观”即可实现颜色跟着变量的变化而变化。4、PLC程序设计电机正转运行操作如下：按下“电机正转控制按钮”，接触器KM1吸合，电机正转运行，同时“电机正转指示灯”点亮，“电机停止指示灯”熄灭；按下“电机停止控制按钮”，接触器KM1断开，电机停止正转运行，同时“电机正转指示灯”熄灭，“电机停止指示灯”点亮；电机反转运行操作如下：按下“电机反转控制按钮”，接触器KM2吸合，电机反转运行，同时“电机反转指示灯”点亮，“电机停止指示灯”熄灭；按下“电机停止控制按钮”，接触器KM2断开，电机停止反转运行，同时“电机反转指示灯”熄灭，“电机停止指示灯”点亮；触摸屏控制电机正反转控制程序如下图所示：实验八：人行横道按钮控制交通灯程序设计一、实验目的了解S7-1200PLC控制系统逻辑控制编程及定时器的使用方法。二、实验使用设备及器材交通仿真电路板1个、S7-1200PLC控制系统一套、24V电源一个、按钮操作信号板1个。三、实验内容启动开关SB24时，交通信号灯开始工作，此时东西绿灯亮，南北红灯亮，东西绿灯亮10S后、东西黄灯亮、东西黄灯亮3S后、东西红灯亮同时南北红灯转绿灯亮，南北绿灯亮10S后，南北黄灯亮，南北黄灯亮3S后，南北红灯亮，同时东西红灯转绿灯，依次类推，交通灯进入正常工作状态，当按下急停按钮SB21时，交通信号灯停止工作。1、电气原理图请按照上面的原理图将SB21按钮、SB24按钮、LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8、LED9、LED10、LED11、LED12正确接线。2、PLC部分设计与外部输入、输出元件对应的PLC输入、输出端子号对应地址分配如下表所示：设备代码PLC地址功能SB24I8.3交通信号灯工作启动开关SB21I8.0交通信号灯工作停止开关LED1Q12.0东向红灯指示灯LED7西向红灯指示灯LED2Q12.1东向黄灯指示灯LED8西向黄灯指示灯LED3Q12.2东向绿灯指示灯LED9西向绿灯指示灯LED4Q12.3北向红灯指示灯LED10南向红灯指示灯LED5Q12.4北向黄灯指示灯LED11南向黄灯指示灯LED6Q12.5北向绿灯指示灯LED12南向绿灯指示灯3、PLC控制程序设计按下绿色按钮SB24后，交通灯进入工作状态；按钮急停按钮SB21后，交通灯停止工作。交通灯控制程序如下图所示实验九：抢答器程序设计实验目的进一步熟悉S7-1200PLC逻辑指令、编制简单的PLC应用项目程序、进一步掌握编程软件的使用方法和调试程序的方法。实验使用设备及器材安装有博途V13的编程软件的ＰＣ机１台、编程电缆１根、S7-1200控制系统一套，按钮3个、指示灯4个、选择开关1个。实验内容参加智力竞赛的A、B、C三人其桌上各有一只抢答按钮、分别为SB24、SB25、SB26，用3盏灯SB11-H2、SB12-H3、SB14-H6显示他们的抢答信号。当主持人接通抢答允许开关SB22，允许抢答指示灯SB13-H4点亮后，抢答开始，最先按下按钮的抢答者对应的灯亮；与此同时，禁止另外两个抢答者的灯亮，指示灯在主持人断开开关SB22后媳灭。1、电气原理图请按照上面的原理图将按钮SB22、SB24、SB25、SB26、指示灯SB12-H3、SB11-H2、SB14-H6、SB13-H4正确接线。1、PLC部分设计与外部输入、输出元件对应的PLC输入、输出端子号对应地址分配如下表所示：设备代码PLC地址功能SB22I8.1主持人抢答允许开关SB24I8.3A抢答按钮SB25I8.4B抢答按钮SB26I8.5C抢答按钮SB12-H3Q12.1A抢答成功指示灯SB11-H2Q12.0B抢答成功指示灯SB14-H6Q12.4C抢答成功指示灯SB13-H4Q12.2主持人允许抢答指示灯2、PLC控制程序设计主持人接通抢答允许开关SB22后，如果SB12-H3指示灯亮，证明A抢答成功；如果SB11-H2指示灯亮，证明B抢答成功；如果SB14-H6指示灯亮，证明C抢答成功；抢答器控制程序如下图所示实验十：利用按钮实现机械臂的点动运动一、实验目的熟悉S7-1200PLC运动组态及运动控制指令应用。二、实验使用设备及器材安装有博途V13的编程软件的ＰＣ机１台、编程电缆１根、S7-1200控制系统一套，按钮3个、指示灯1个、选择开关1个、机械臂运动系统一套。三、实验内容选择开关SB22向右旋转，指示灯Q12.2点亮，证明垂直轴使能成功；按下SB24，垂直轴向下运动；按下SB25，垂直轴向上运动；按下SB26或者碰到上下限位开关，垂直轴停止运动。1、电气原理图请按照电气原理图将垂直步进驱动器、垂直步进电机、接近开关CN2-1、CN2-2、CN2-3、按钮SB22、SB24、SB25、SB26、SB13-H4正确接线。2、PLC部分设计与外部输入、输出元件对应的PLC输入、输出端子号对应地址分配如下表所示：设备代码PLC地址功能SB22I8.1轴使能开关SB24I8.3垂直轴向下运动按钮SB25I8.4垂直轴向上运动按钮SB26I8.5垂直轴停止运动按钮SB13-H4Q12.2垂直轴使能成功指示灯3、运动控制轴硬件组态请按照以下步骤添加垂直轴的工艺对象在项目树中打开“CPU>工艺对象”(CPU>Technologyobjects)文件夹。双击“添加新对象”(Addnewobject)命令。将打开“添加新对象”(Addnewobject)对话框。选择“运动控制”(MotionControl)工艺。打开“运动控制>S7-1200运动控制”(MotionControl>S7-1200MotionControl)文件夹。在“版本”(Version)列中选择所需的工艺版本。选择“TO_PositioningAxis”对象。在“名称”(Name)输入框中输入轴名称“VerticalStepMoter”。要更改自动分配的数据块编号，请选择“手动”(Manual)选项。要显示有关工艺对象的其它信息，请单击“其它信息”(Additionalinformation)。单击“确定”(OK)确认输入,建立了如下所示的轴;请按照以下步骤组态垂直轴的工艺对象3、PLC控制程序设计选择开关SB22向右旋转，指示灯Q12.2点亮，证明垂直轴使能成功；按下SB24，垂直轴向下运动；按下SB25，垂直轴向上运动；按下SB26或者碰到上下限位开关，垂直轴停止运动。机械臂的垂直轴点动运动控制程序如下图所示实验十一：利用触摸屏实现机械臂的自动演示一、实验目的熟悉S7-