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《机电控制技术》实验报告

《机电控制技术》 实验报告

詹如平 机制 124 班 5901112154

一、实验特点 本实验指导分为验证性基础实验和综合性实验,涉及到程序设计与调试实验。基础 实验包括 PLC 面板结构认识、编程器的使用练习、常用指令的使用练习。综合性实验 包括十字路口交通信号灯自动控制设计、多级传送控制系统设计和 PLC 自动控制的程 序设计与调试。鉴于实验设备不能到位,因此,主要开设验证性基础实验,通过实验进 一步加深对 PLC 各种指令功能的理解。程序设计与调试实验包括编写程序、PLC 的电 源及 I/O 接线、上机调试程序等技能和技巧的训练,为今后从事 PLC 控制系统的设计打 下良好的基础。 二、实验设备 OMRON C28P 和 CQM1H 可编程控制器、PRO15 编程器、输入开关实验板。 三、实验内容 1.PLC 认识实验 2.常用指令练习 3.三相异步电动机的 PLC 控制 4.交通信号灯的 PLC 控制设计 四、实验注意事项 1.事先预习相关实验内容,编制好实验程序。 2.在实验教师指导下按规程进行相关操作。 3.注意观察实验过程和结果,并写出实验报告。

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实验一、 PLC 认识实验
一、实验目的 熟悉 PLC 主机的结构,熟悉编程器的功能及使用方法。 二、预习要求 (1)复习相关参考书中 OMRON PLC 的面板结构。 (2)仔细阅读课文中编程器的组成和主要操作;预习实验内容及要求。

三、实验内容和步骤 (1)熟悉主机和编程器的结构 了解主机面板各组成部分的功能及各端子、端口与外部电路的连接方法。了解编程 器与主机的连接方法及面板各组成部分的功能。 答:OMRON C28P a、结构:整体式; b、CPU 模块号:C28P-CDR-AE; ①电源电压:100~240 VAC; ②输入电压:24VDC; ③输出器件:继电器; c、内存区结构:
数据区 内部辅助继 电器(IR) 输出 05~09CH 0500~0915 输入 字 00~04CH 位 0000~0415 说明 CPU 模块只有一个输 入通道,即 00CH CPU 模块只有一个输 出通道,即 05CH, 0500~0511 工作区 10~18CH 1000~1807 无对应号的接线端子, 只作中间继电器 专用内部辅助继电器 (SR) 暂存继电器(TR) TR0~TR7 分支电路使用 18~19CH 1808~1907 监视 PLC 的操作

3

保持继电器(HR) TIM/CNT 数据存储区 DM

HR 00~HR 09

HR0000~HR0009 00~47

有掉电保护 共用 不是所有的指令都能 使用该区

DM00~DM63

d、专用内部辅助继电器: 1808:备份电池电压低时为“ON” ; 1809:扫描周期大于 100ms 时为“ON” ; 1810:高速计数器指令的硬件复位; 1811、1812、1814:常“OFF” ; 1813:常“ON” ; 1815:当 PLC 开始运行时, “ON”一个扫描周期; 1900:产生 0.1S 时钟脉冲; 1901:产生 0.2S 时钟脉冲; 1902:产生 1S 时钟脉冲; 1903:BCD 码指令中操作数大于 9999 时为“ON” ; 1904:进位标志; 1905~1907:执行 CMP 指令时,大于、等于、小于标志。

(2)PLC 上电 ① 在断电情况下, 把编程器的方式开关拨在 PROGRAM 位, 然后将编程器连接电缆 插头插入主机左侧的外设端口中。 ② 接通主机交流 220V 电源,此时屏幕显示口令 PROGRAM PASSWORD! ③ 清除屏幕显示的口令。

(3)清除内存储器(只在编程状态下) 清除内存储器,包括全部清除和局部清除两种情况的操作。 答:(1)全部清除。清除存储器中用户程序、各继电器、计数器、数据存储器的全部 数据,其操作过程及每步操作时屏幕显示的内容如图 1。

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图 1 操作过程及其显示内容 (2)局部清除。保留指定地址以前的程序或保留指定的数据区,则进行部分清除。 例如,保留地址 00123 以前的用户程序及 HR 区的内容,其操作过程及显示内容如图 2 所示。

图 2 操作过程及其显示内容 保留 CNT 区、DM 等区的操作与上述相同。若设定的地址超出用户程序的范围, 则清除操作无效。

(4)输入程序(只在编程方式下) ① 建立程序的首地址。可以从首地址 0000 开始,也可按有关方法确定任意首地址。 ② 输入下面的练习程序。注意:每输入一条语句都要按一次 WRITE 键。 在 PROGRAM(编程)方式下,输入程序。 答:

5

图 3 梯形图及语句表

图 4 操作过程

(5)程序读出(三种方式下均可) 用↑或↓键逐条读出输入的指令,发现错误的语句,可在编程方式下于原处重新输 入语句。 答:在 RUN、MONITOR、PROGRAM 三种方式下,均可用↑或↓键逐条读出输入的 程序指令。发现错误语句,可在编程方式下于原处重新输入语句。例如检查上面的程序 语句,其操作过程及显示内容如图 5 所示。

图 5 读程序操

(6)插入和删除指令(仅在编程方式下) 答:(1)使用 INS 键,可把一条指令插入已输入的程序中。例如,欲将 AND 00102 指 令插入下图 6 箭头所指的位置,其操作为:先找到 AND NOT 00101 指令所在地址(可用 指令读出、指令检索、触点检索操作 ) → 输入 AND 00102 语句 → 按 INS 键 → 显示 “INSERT?”的提示画面→按↓键,则指令被插入。插入指令后,其后的指令地址自动加 l。 上述操作的过程和显示内容如下图 7 所示。
6

图 6 指令插入 在 PROGRAM 方式下删除指令。

图 7 插入 AND 0002 语句的操作和显示

若对上图 6 程序中刚插入的 AND 0002 语句进行删除,其操作为: 先找到 AND 0002 指令所在的地址→按 DEL→显示“DELETE?”的提示画面→按↑ 键,则指令被删除(若指令有操作数也一起被删除)。删除指令后,其后的指令地址自动 减 1。 删除 AND 0002 语句的操作和显示内容如下图 8 所示。

图 8 删除 AND 0002 语句的操作和显示

(7)指令检索(三种方式下均可) 检索练习程序中的第六条指令。 (8)检索某个接点(三种方式下均可) 检索练习程序中触点 01000 的个数。 (9)程序检查(仅在编程方式下) ① 按课文介绍的方法进行程序检查,注意观察屏幕显示。 ② 将练习程序的 END 语句删除,再进行程序检查,注意观察屏幕显示。 (10)运行程序(运行方式下) 闭合开关 00000,观察 01000 的 LED 何时亮、何时灭。反复作几次。 (11)强制置位和复位(三种方式均可)
7

用课文介绍的方法,对 01000、TIM000 强制 ON、OFF,持续强制 ON、OFF。 (12)练习监视功能(运行和监控方式下) ① 监视 TIM000 的数据变化过程。 ② 监视通道 010 各位的状态。 ③ 在断开、闭合开关 00000 时监视 01000 的状态。

(13)修改 TIM 的设定值(监控方式下) 答:(1)在 MONITOR 方式下,当程序运行时能改变 TIM/CNT 的设定值。对图 3 所示的程序,欲将定时器 TIM000 的设定值改为#0400,其操作及相应显示如图 9 所示。

图 9 操作及显示内容 (2)若将 TIM000 的设定值改为一个通道,则可依次按 CHG、SHIFT、 号,最后按 WRITE 键。
CH 键及通道 ?

(14)修改 TIM 的当前值(监控方式下) ① 在监控状态下运行程序时,将正在进行定时的 TIM000 的当前值修改为将 20 秒。 观察屏幕显示,看 TIM000 的当前值是否改变了。 ② 修改后再重新启动程序,用监视功能观察 TIM000 的设定值是否有改变。 (15)用编程器向数据区或通道写入数据(仅在编程方式下) ①向 DM 区 写 入 数 据 。 例 如 向 DM0000 写 入 常 数 0010 , 依 次 按 下 列 各 键 : DM→0→MONTR→CHG→l、O→WRITE。② 向 HR 通道写入数据。例如向 HRl0 写入 常 数 0010 , 依 次 按 下 列 各 键 : SHIFT→CH→HR→1 、 O→MONTR→CHG→1 、 0→WRITE。 (16)清除某些通道或数据区的内容,如清除 HR、DM、CNT 的内容。

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四、实验总结

本实验主要是熟悉 PLC 主机的结构,熟悉编程器的功能及使用方法,并且需要我们复 习相关参考书中 OMRON PLC 的面板结构,仔细阅读课文中编程器的组成和主要操

作,在实验过程中,我也对 C28P 有了进一步的认识,其主要包括 CPU、存储器、输入 输出单元,通信接口、编程设备。这款 PLC 编程简便快捷,可以很好的满足一般控制 需求。

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实验二、常用指令练习
一、实验目的 进一步熟悉编程器的结构及使用方法。掌握输入/输出、定时器/计时器、微分、保 持继电器等常用指令的功能和编程方法。 二、预习要求 (1)复习课本中与本次实验有关的指令。 (2)分析实验内容中各程序段的执行结果,弄清各实验内容的目的。 三、实验内容和步骤 (1)基本逻辑指令练习 ① 输入图 1 的程序。执行程序,观察各输入点的作用和可能的自保持现象以及输入、 输出 LED 的状态。

图1 a 程序: LD 00000 OUT01000 OUT NOT 01001 END

10

b 程序: LD 00000 OR 01000 AND NOT 00001 OUT 01000 END 具有自保持功能

c 程序: LD 00000 OR NOT 00002 LD NOT 00001 OR 01000 AND LD OUT 01000 END 具有自保持功能

d 程序: LD 00000 AND NOT 00001 LD NOT 00002 AND 01000 OR LD 0UT 01000 END 具有自保持功能

(2)TIM/CNT 指令练习

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图2

① 输入图 2 的程序。
a 程序; LD 00000 AND NOT TIM000 TIM 000 #0050 LD TIM000

LD 00002 CNT 001 #0003 LD CNT001 OUT 01000 END

b 程序: LD 00000 AND 25502 LD 00001 LD 00002 CNTR 000 #0005 LD CNT000
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OUT 01000 END

② 自闭合自锁开关 00000 起,监视 CNT001 的计数和 TIM000 定时的全过程。 ③ 将 CNT001 的设定值改为#0005,监视 CNT00l 的计数过程。在其当前值为 0002 时,断开电源,观察复电后 01000 对应的 LED 过几秒时亮。分析计数器是否有掉电保 持功能。 答:定时器一个循环是 5s,当计数器当前值为 0002 时断电,由于计数器具有断电 保持功能,且计数做减法,故 t=2X5=10s,即复电后 10 秒灯亮,计数器具有掉电保持功 能。

④ 用 TIM 指令编写一个定时程序,用 01000 观察其输出。当 01000 对应的 LED 亮 后断电再复电,分析定时器有否掉电保持功能。 程序:LD 00000 TIM 000 #0030 LD TIM000 OUT 01000 END 经过实验,定时器无掉电保持功能。

(3)DIFU、DIFD 指令练习 ① 输入图 3 的程序。 LD 00000 DIFU(13) 20000 DIFD(14) 20001 LD 20000 OR 01000 AND NOT 00001
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OUT 01000 LD 20001 OR 01001 AND NOT 00001 OUT 01001 END

② 运行程序,接通自锁开关 00000 时,观察 01000 和 01001 的状态;断开自锁开关 00000 时观察 01000 和 01001 的状态。 答:接通自锁开关 00000 时,01000 得电,01001 失电; 断开自锁开关 00000 时 ,01000 得电状态,01001 得电状态。

③ 将 01000 和 01001 复位。重新作一次步骤② 的内容。 答:复位后,01000 和 01001 同时失电;重新作一次步骤② 的内容,接通自锁开关 00000 时,01000 得电,01001 失电;断开自锁开关 00000 时 ,01000 得电状态,01001 得电状态。

④ 将 PLC 断电、先将自锁开关 00000 闭合后再接通电源,观察 01000 和 01001 的状态。 答:01000 和 01001 都不得电 ⑤ 将 PLC 断电、 先断开自锁开关 00000 后再接通电源, 观察 01000 和 01001 的状态。

图3

14

答: 01000 得电,01001 失电。

(4)KEEP 指令练习 ① 输入图 4 的程序。 LD 00000 LD 25502 KEEP 01000

② 运行程序,在断开 00000 和闭合 00000 时,观察 01000 的状态。 答:断开 00000,01000 失电,闭合 00000 时,25502 能产生周期为 1s 的时钟脉冲, 且当 S 端和 R 端同时为 on 时,复位优先,故 01000 以周期为 1s 脉冲得失电。

③ 将图中 25502 改为 00001。运行程序,当 01000 ON 时断开 00000,观察 01000 的 状态;接着再断开 PLC 电源,观察再复电时 01000 的状态。 答:当 01000 为 ON 时断开 00000,01000 一直保持得电状态; 断开 PLC 电源,再复电,由于 01000 不是保持继电器,故 01000 保持失电状态。

④ 将 25502 改为 00001,01000 改为 HR0000。运行程序,当 HR0000 ON 时先断开 00000、再断开电源,监视复电时 HR0000 的状态。

图4 答:由于 HR00000 为保持继电器,故复电时 HR00000 为得电状态。 四.实验报告内容 (1)掌握 TIM 和 CNT 的特点和使用。 答:以 C28P 为例,TIM 延时范围为 0——999.9s,断电后加电重新计时,即断电复位。 (2)掌握 DIFU 和 DIFD 指令的用途。 答:前沿微分脉冲指令 DIFU(13)和后沿微分脉冲指令 DIFD(14) ,DIFU 的功能是在 输入脉冲的前(上升)沿使指定的继电器接通一个扫描周期之后释放,而 DIFD 的功能
15

是在输入脉冲的后(下降)沿使指定的继电器接通一个扫描周期之后释放。

(3)总结 KEEP 指令的功能。 答:其功能相当于锁存器,当置位端(S 端)条件为 ON 时,KEEP 继电器一直保持 ON 状态,即使 S 端条件变为 OFF,KEEP 继电器也还保持 ON, ,直到复位端(R 端)条件 为 ON 时,才使之变 OFF ,KEEP 指令主要用于线圈的保持,即继电器的自锁电路可 用 KEEP 指令实现。若 SET 端和 RES 端同时为 ON,则 KEEP 继电器优先变为 OFF。 锁存继电器指令编写必须按置位行(S 端) ,复位行(R 端)和 KEEP 继电器的顺序来编 写。

四、实验总结
该试验让我们进一步熟悉编程器的结构及使用方法, 掌握输入/输出、 定时器/计时器、 微分、保持继电器等常用指令的功能和编程方法。同时,需要对梯形图要有较深了解, 相互联系。

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实验三、三相异步电动机的 PLC 控制
一、实验目的 练习使用 PLC 实现各种控制,加深理解用 PLC 进行控制的原理,并了解 PLC 控制 与继电器控制的区别。 二、预习要求

(1)根据实验内容的要求,选择输入/输出电器,作出 I/O 分配表,画出 PLC 的外部 连线图。 (2)画好梯形图,写出语句表。 ① 用 PLC 实现对三相异步电动机的直接启、 停控制, 要求有短路、 零压和过载保护。 用两个按钮进行启、停操作。为了模拟电动机过载,再用一个按钮的触点代替热继电器 的触点。 ② 电动机星形/三角形接法启动控制。要求用 TIM 延时指令等进行操作切换。 ③ 编写电动机正反转的控制程序。要求正反转要互锁,电动机正转过程中欲反转, 必须先停机才能反转。用 3 个按钮进行启停、正反转操作。 (3)画出各实验内容中电动机等负载的主电路图。 3.实验内容和步骤 (1)三相异步电动机的直接启、停控制

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电源保护 主电动机起、停 380V

电源开关 L1 L2 L3 QS

电源保护

主电动机

主电动机起、停控制

FU2 FU1 SB1

SA

KM

SB2

KM

FR

FR KM

M PE 1 3~ 2 1 PE 2

M 3~ 2 2 3 4 5 5 ×

图5

开关直接起动控制电路

图6 接触器直接起动控制电路

① PLC 断电,按 I/O 分配表将各电器与主机连接好,接好电动机的主电路。 ② 将方式开关打在编程位后 PLC 再上电,将写好的程序输入 PLC。 ③ 将编程器开关拨到运行位,进行下列操作,并记录现象。 启动按钮,观察电动机启动;途中按停止按钮,观察停止按钮的作用。 按下模拟热继电器(模拟电机过载) ,观察电机是否停机。

(2)电动机星形/三角形接法启动控制 ① 控制板正确布线、确保三角形接法正确。 ② 安装电动机并保护接地。

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电源 保护 380V L1 L2 L3

隔离 开关

主电动机 Y接线

主电动机 △接线 FU2

主电动机 起动、停止

主电动机 Y/△转换控制

开关

FR

QS

FU1 SB1 KM1 SB2 KM1 FR KM2 KM3 M 3~ KM2

PE

KT

KM2

KT

KM3 KM1 KM2 KT KM3

3 6 ×4 7 8 3 1 2 3 4 53 4 4 6 7

6 9 3 ×6 3 8 3 9

图7

星形/三角形减压起动的控制电路

(3)电动机正、反转控制

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电机正转运行

反转运行 FU2

电动机正转控制

反转控制

电动机正转控制

反转控制

U V

开关 FR FR

W FU1 SB1 SB2 KM1 SB2 KM1 KM2 KM1 SB1 KM2 FR KM1 KM2 SB3 SB3 KM2 KM1 KM2 SB2 SB1

M PE 3~ KM1 1 4 5 1 1 2 (a) 3 1 K M 4 KM2 2 6 3 2 2 5 6 KM1 1 4 5 1 3 1 K M
3

KM2 2 6 3 2 4 (b) 2 5 6

图8 异步电动机正反转控制电路 3

① 按正转按钮,观察电动机的转向。正转过程中反转按钮,观察电动机转向是否改 变。 ② 按下停车按钮,待电动机停止转动后,再反转按钮,观察电动机的转向是否改变。 反转过程中按下正转按钮,观察电动机转向是否改变。

四、实验报告内容 (1)画出各实验梯形图、写出各实验 I/O 分配表。 (2)画出各实验的 PLC 外部接线以及负载的主电路图。 (3)总结继电接触器和 PLC 这两种控制的区别。 答:传统的继电接触器控制系统,是由输入设备(按钮、开关等) 、控制线路(由各类 继电器、接触器、导线连接而成,执行某种逻辑功能的线路)和输出设备(接触器线圈、 指示灯等) 三部分组成。 这是一种由物理器件连接而成的控制系统。 传统继电器的缺点: 可靠性差、维修困难、改造工期长、费用高。无法满足现代市场经济下的小:批量、多品 种、多规格、低成本和高质量地生产产品的要求。 PLC(1)编程简单,可在现场修改和调试程序。 ( 2)维护方便,各部件最好是插件式
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的装置。 (3)可靠性要高于继电器控制柜。 (4)体积要小于继电器控制柜。 (5)可将数 据直接送入管理计算机。 (6)在成本上可与继电器控制柜竞争. PLC 的梯形图虽与继电接触器控制电路相类似,但其控制元器件和工作方式是不 一样的,主要区别有以下几个方面。 (1)元器件不同 继电接触器控制电路是由各种硬件低压电器组成,而 PLC 梯形图

中输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等软继电器是由软件来实现 的,不是真实的硬件继电器。 (2)工作方式不同 继电接触器控制电路工作时,电路中硬件继电器都处于受控状态, 凡符合条件吸合的硬件继电器都同时处于吸合状态, 受各种约束条件不应吸合的硬件继 电器都同时出在断开状态。PLC 梯形图中软件继电器都处于周期性循环扫描工作状态, 受同一条件制约的各个软继电器的动作顺序取决于程序扫描顺. (3)元件触点数量的不同 硬件继电器的触电数量有限,一般只有 4-8 对,PLC 梯形图中 软件继电器的触点数量在编程时可无限制使用,可常开又可常闭。 (4) 控制电路实施方式不同 继电接触器控制电路是通过各种硬件继电器之间接线来实 施,控制功能固定,当要修改控制功能时,必修重新接线。PLC 控制电路由软件编程来 实施,可以灵活变化和在线修改。

实验四、 交通信号灯的 PLC 控制设计
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一、实验目的 进一步熟悉 PLC 的指令功能和应用,学会根据实际需要编程和调试。

二、实验内容及步骤 1、设计要求 设计一个十字路口交通信号灯的控制程序。要求为:南北向红灯亮 35 秒,东西向绿灯亮 30 秒闪 3 秒,东西向黄灯亮 2 秒,然后东西向红灯亮 25 秒,南北向绿灯亮 20 秒闪 3 秒,南北向黄灯亮 2 秒,并不断循环反复。南北 绿灯和东西绿灯不能同时亮,若同时亮,则关闭信号灯控制系统,并报警。 2、确定输入输出地址、并编写程序。 3、编译程序,无误后下载至 PLC 主机的存储器中,并运行程序。 4、调试程序,直至符合设计要求。 5、列出参考程序(交通灯.cxp)及 I/O 分配表。

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1000 1201 1000

0000

1002

1202 1001 1201 TIM 00 #0200

TIM00 1001 1401 1002 TIM01 1002 1003 TIM02 1003 1202 1004 1001 1002 1003 1000

1003

1300 1200

TIM 01 #0030 1002

1004

1300 1003 TIM 02 #0020 1004

1001

TIM05

0502

0501 0500

图9 程序: LD 1000 AND 0000 OR 1201 OR 1000

交通信号灯东西方向控制梯形图

AND NOT 1002 AND NOT 1202 OUT 1001 AND NOT 1201 TIM 00
23

#0200 LD TIM00 AND 1001 OR 1401 OR 1002 AND NOT 1003 AND NOT 1300 TIM 01 #0030 AND 1200 OUT 1002 LD TIM01 AND 1002 OR 1003 AND NOT 1004 AND NOT 1300 OUT 1003 TIM 02 #0020 LD TIM02 AND 1003 OR 1202 OR 1004 AND NOT 1001 AND NOT TIM05 OUT 1004 LD 1001 OR1002 OUT 0502 LD 1003 OUT 0501 LD 1000 OUT 0500

24

1000 1201 1101

0000

TIM02

1102 1101

1101 1102 1202 TIM04 TIM05 1004 TIM03 1103 1402 1102 1103 1101 1104 1102

1201

1103 1102 1202 TIM 03 #0200 1104 TIM 05 #0020 TIM 04 #0030 1103 0505

1101

1300

1104

1300 1200

0503 0504 END(01)

图10

交通信号灯南北方向控制梯形图

程序: LD 1000 AND 0000 OR 1201 OR 1101 AND NOT TIM02 AND NOT 1102 OUT 1101
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LD

???

AND 1101 OR 1102 OR 1202 AND NOT 1201 AND NOT 1103 OUT 1102 AND NOT 1202 TIM 03 #0200 LD TIM04 OR 1004 AND NOT TIM05 AND NOT 1101 AND NOT 1300 OUT 1104 TIM 05 #0020 LD TIM03 AND 1102 OR 1103 OR 1402 AND NOT 1104 AND NOT 1300 TIM 04 #0030 AND 1200 OUT 1103 LD 1102 OR 1103 OUT 0505 LD 1101 OUT 0503 LD 1104
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OUT 0504 END 三、实验总结
PLC 应用非常广泛,有时可以很好的实现预定目标,通过本题练习,进一步熟悉 PLC 的指令功 能和应用,并学会根据实际需要编程和调试。

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