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西门子PLC实验指导书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月目 录第一章 可编程控制器实验装备使用介绍11.1 TVT-90系列可编程控制器训练装置简介11.2 电源模块的使用41.3 电源模块、CPU单元和继电器扩展模块的使用61.4 输入输出模块的使用71.5 实验单元板的使用8第二章 实验10实验一 熟悉STEP7 V5.3编程软件的使用及基本逻辑指令的编程方法10实验二、比较指令与定时指令的基本编程及应用22实验三、计数指令的基本编程及应用25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27实验五 浮点型数学运算基本指令的编程及应用31第三章 综合程序设计训练33综合设计实验一 电动机控制33综合设计实验二 天塔之光36综合设计实验三 交通灯自控与手控38综合设计实验四 水塔水位自动控制45综合设计实验五 多种液体自动混合系统47综合设计实验六 自动装车送料系统49综合设计实验七 邮件分拣50综合设计实验八 电梯控制51综合设计实验九 自动售货机53综合设计实验十 温度控制系统54综合设计实验十一 电镀流水线55综合设计实验十二 霓虹灯控制57综合设计实验十三 自动化仓库系统63综合设计实验十四 机械手装配搬运流水线65综合设计实验十五 自控飞锯67综合设计实验十六 自动扶梯系统69综合设计实验十七 无塔供水系统71综合设计实验十八 接触器联锁正反转三相异步电机控制72综合设计实验十九 三相电机顺序控制74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76综合设计实验二十一、触摸屏使用实验80综合设计实验二十二、变频器控制异步电机实验90第一章 可编程控制器实验装备使用介绍1.1 TVT-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。1TVT-90系列可编程控制器训练装置的基本配置及其结构主机（S7-300 CPU314C-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 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：I124.0I126.7）数字输出点数 16 (缺省地址：Q124.01125.7)模拟输入通道 5（缺省地址：AI752AI761）模块输出通道 2（缺省地址：AO752AO755）计数器/频率计数器 4个通道频率计数器 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：170-264V AC额定输入电流：0.6A额定输出电压：24V3）实验板单元额定输入电压：24V DC4）扩展继电器单元 扩展八个继电器输出，继电器输出 24 VDC / 2 A，230 VAC / 2 A，分成 2 组5）电力拖动及继电器控制单元 三相断电器单元 1套 倒顺开关 1套 按钮组合单元 1套 行程开关 1组 定时器单元 1组 三相继电器单元 1组 交流电动机单元 1台 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1-1所示。表1-1 变频器技术参数特性技术规格电源电压和功率范围200 V 至240 V 10 %单相，交流0.12 kW 3.0 kW（0.16 hp 4.0 hp）200 V 至240 V 10 %三相，交流0.12 kW 5.5 kW（0.16 hp 7.5 hp）380 V 至480 V 10 %三相，交流0.37 kW 11.0 kW（0.50 hp15.0 hp）输入频率47 Hz 至63 Hz输出频率0 Hz 至650 Hz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60 s，间隔周期时间5 分钟合闸冲击电流小于额定输入电流控制方法线性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 控制脉冲调制频率2 kHz 至16 kHz（每级调整2 kHz ）固定频率7 个，可编程跳转频率4 个，可编程设定值的分辩率0.01 Hz 数字输入；0.01 Hz 串行通讯输入；10 位二进制的模拟输入（电动电位计0.1 Hz 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）模拟输入1 个，（0 至10 V）用于频率设定值输入或PI 反馈信号，可标定或用作第4 个数字输入继电器输出1 个，可编程，30 V DC / 5 A（电阻性负载），250 V AC / 2 A（电感性负载）模拟输出1 个，可编程（0 mA 至20 mA）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 C 至+50 C （14 F 至122 F）存放温度-40 C 至+70 C （-40 F 至158 F）相对湿度Simatic -SIMATIC Manager，进入STEP7编程界面。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，输入项目的文件名与路径，建议以“名字”缩写加“学号”，在这里面，输入“f01”作为工作文件名。新建完成后，就会弹出一个界面框，出现以“f01”命名的工程文件夹。针对当前使用的硬件设备，需要插入站点，站点为“S7-300站点”，操作如工程界面图所示：图2-4 工程界面插入站点2 SIMATIC 300站点图2-5 插入站点更改站点名称，如TVT90HC-1图2-6 站名更改3 CUP314C-2DP硬件配置1）进入配置界面图2-7 进入配置界面双击TVT90HC-1站点图2-8双击TVT90HC-1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 选择底板图2-10选择底板展开SIMATIC 300RACK-300后双击Rail图2-11 双击Rail展开图 选择电源图2-12 电源选择图展开SIMATIC 300PS-300后选择“PS 307 2A”并双击。必须与实际硬件一致 选择CPU图2-13 CPU选择图展开SIMATIC 300CUP-300后选择“CUP 314C-2DP6ES7 314-6CG03-0AB0”并双击“V2.6”。必须与实际硬件一致。 选择继电器模块选择订货号为6ES7 322-1HF01-0AA0的模块（SM-300DO-300下的倒数第4个模块），把它拖放到4号槽中。如图2-15所示。图2-14 选择继电器模块3）I/O配置（依据接线端子板设置I/I地址）图2-15 I/O配置图 首先双击 D08X继电器输出，设置地址为2。图2-16 D08X继电器输出的地址设置 再双击DI24/DO16，设置输入、输出地址，一般都从0开始。注意设置输入、输出地址时要先设置输出继电器的地址，再设置输入、输出地址，否则输出地址无法从0开始设置，由于它与继电器的地址设置有关，继电器的地址设置不能与它相同。图2-17 数字模块地址配置图 双击AI5/A02，设置AD、DA地址，能够从I/O之后连续的地址或从10开始图2-18 模拟量模块地址配置图图2-19 输入输出信号参数设置 双击计数，设置高速计数器的地址。高速地址能够从AD/DA之后连续的地址或从32开始，图2-20 高速计数器的地址设置 4）保存与编译按键保存与编译图2-21 保存界面图2-22 编译界面4 符号编辑在工程界面下，双击“CPU 314C-2DP”“S7 程序(1)”“符号”进入符号编辑器，输入符号与地址，输入注释。保存退出。图2-23 符号编辑界面5 程序编写双击“CPU 314C-2DP”“S7 程序(1)”“块” “OB1”，选择创立语言为梯形图“LAD（D）” 点击“确定”图2-24 程序编写填写符号名与符号注释，便于程序的阅读。点击“确认”进入编程的画面。输入程序并保存。图2-25程序编写界面1） 设计练习程序1编程控制要求： 当SA1、SA2输入开关都断开时，L1灭，L2亮。 将SA1输入开关闭合，PLC主机上输入显示灯“I0.0”亮，L1、L2均保持原状态。 再将SA2输入开关闭合，PLC主机上输入显示灯“I0.1”亮，同时L1亮，L2灭。 只要SA1、SA2任何一个断开，L1灭，L2亮。实验I/O分配：实验硬件需用一块输入输出模块和一块TVT90HC-2天塔之光模拟实验板，其I/O口的地址分配与接线如表2-1所示：表2-1 I/O地址分配表输入（接输入输出模块）输出（接天塔之光模拟实验板）PLC端外接端口注释PLC端外接端口注释I0.0SA1输入开关Q0.0L1灯1I0.1SA2输入开关Q0.1L2灯2将下列程序输入到计算机中并下载到PLC中，点击“”监视（开/关）按钮进行程序实时运行监视，观察并描述运行结果。2） 设计练习程序2将第三章 综合设计实验一 电动机控制程序输入PLC中运行，观察并描述运行结果。6 项目下载项目下载包含程序与硬件配置。回到SIMATIC Manager窗口，如光标停在“TVT90HC-1”，点击键，下载项目运行。下载之前必须把硬件连接完成并通上电源。图2-26项目下载注意：如果下载时，不能正常连接，弹出如图2-27对话框。则程序配置硬件MPI节点地址与实际硬件设备不符合，请按以下步骤进行操作，重新设置程序硬件的MPI节点地址。图2-27程序下载 （1）在硬件配置页面，点击下载到模块按钮，如图2-28所示。图2-28下载到模块（2）弹出选择目标模块对话框，点击确定，如图2-29所示。图2-29选择目标模块 （3）在弹出的选择节点地址对话框中，点击视图按钮，查看程序配置的硬件MPI节点地址与实际硬件设备是否相同。然后点击确定按钮，如图2-30所示。图2-30 选择节点地址对话框 （4）硬件配置下载完后，弹出如图2-31所示的对话框。点击“是”按钮。图2-31 配置下载对话框 这样，硬件配置就下载成功了。实验二、比较指令与定时指令的基本编程及应用一实验目的了解PLC中比较指令与不同定时器指令的使用方法，掌握比较指令和基本定时器指令的应用。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-2天塔之光模拟实验板一块5. 连接导线若干三实验内容与操作1比较指令的使用说明比较指令使用说明，下述比较指令可供使用CMP？I 整数比较CMP？D 双整数比较CMP？R 实数比较 以整数比较为例，其整数比较指令符号如图2-35所示.：图2-32 整数比较指令符号其整数比较指令参数说明如表2-6所示：表2-6整数比较指令参数说明参数数据类型存储区域说明方块图输入BOOLI,Q,M,L,D先前逻辑运算的结果方块图输出BOOLI,Q,M,L,D只有在方框图输入的RLO为“1”时才能处理比较结果IN1INTI,Q,M,L,D或常数第一个参与比较的数值IN2INTI,Q,M,L,D或常数第二个参与比较的数值整数比较指令的使用方法如例3所示。 例1：如果条件成立，则输出Q0.0置位：1) 在输入I0.0和I0.1的信号状态为“1”2) 而且MW0=MW12定时器指令的使用说明下述定时器指令可供使用S_PULSE 脉冲S5定时器 (SP) 脉冲定时器线圈S_PEXT 扩展脉冲S5定时器 (SE) 扩展脉冲定时器线圈S_ODT 接通延时S5定时器 (SD) 接通延时定时器线圈S_ODTS 保持型接通延时S5定时器 (SS) 保持型接通延时定时器线圈S_OFFDT 断电延时S5定时器 (SA) 断开延时定时器线圈各定时器符号如图2-32所示。图2-33 各定时器符号 定时器的标识号Tno为T0T255,一共256个。在以后的实验中主要是用到了接通延时S5定时器，其参数说明如表2-2所示。表2-2 接通延时S5定时器参数说明参数数据类型存储区域说明TnoTIMERTT定时器标识号，no(编号)范围与CPU有关SBOOLI,Q,M,L,D启动输入端TVS5TIMEI,Q,M,L,D预置时间值RBOOLI,Q,M,L,D复位输入端BIWORDI,Q,M,L,D剩余时间值，整数格式BCDWORDI,Q,M,L,D剩余时间值，BCD格式QBOOLI,Q,M,L,D定时器的状态 接通延时S5定时器的使用方法如例1所示。 例2：如果输入端I0.0的信号状态从“0”变为“1”（RLO出现上升沿），则启动定时器T1，如果规定的2秒时间已结束，输入端I0.0的信号状态仍为“1”，则输出Q0.0为“1”，如果输入端I0.0的信号状态从“1”变为“0”，则定时器停止运行，Q0.0为“0”（如果输入端I0.1的信号状态从“0”变为“1”，则定时器复位，而不论定时器是否正在工作。）其它各定时器的功能和用法可按F1键参考各功能块的说明。3编程设计要求1）设计练习程序1设某工件加工过程分为4道工序完成，共需30s，其时序要求如图2-33所示，I0.0=ON时，启动和运行；I0.0=OFF时停机。而且每次启动均从第一道工序开始。图2-34 时序图编程控制要求：以上可用二种方法实现： 用4个定时器分别设置4道工序的时间，经过程序依次启动之。 用一个定时器设置全过程时间，再用若干条比较指令来判断和启动各道工序。实验I/O分配：实验硬件需用一块输入输出模块和一块TVT90HC-2天塔之光模拟实验板，其I/O口的地址分配与接线如表2-3所示：表2-3 I/O地址分配表输入（接输入输出模块）输出（接天塔之光模拟实验板）PLC端外接端口注释PLC端外接端口注释I0.0SA1启动工序Q0.0L1工序1Q0.1L2工序2Q0.2L3工序3Q0.3L4工序42）设计练习程序2做综合设计实验二 天塔之光控制程序，用定时器设计程序，并将设计程序输入PLC中进行调试和运行，观察并描述运行结果。四、实验报告要求编写程序并描述运行结果，画出时序图。实验三、计数指令的基本编程及应用一实验目的了解PLC中计数指令的使用方法，并掌握计数指令的应用。二实验设备1TVT-90GT实验装置一台。 2计算机一台。3输入输出模块一块4TVT90HC-2天塔之光模拟实验板一块5连接导线若干。三实验内容与操作1计数器指令使用说明下述计数器指令可供使用S_CUD 加-减计数器 (SC) 计数器线圈置位S_CD 减计数器 (SU) 加计数器线圈S_CU 加计数器 (SD) 减计数器线圈各计数器的符号如图2-34所示。图2-35 各计数器符号计数器的标识号Tno为T0T255,一共256个。 在本次实验中主要是以减计数器为例，其参数说明如表2-4所示。表2-4减计数器参数说明参数数据类型存储区域说明CnoCOUNTERCC计数器标识号，no（编号）范围与CPU有关CDBOOLI,Q,M,L,D减计数器输入端SBOOLI,Q,M,L,D计数器预置输入端PVWORDI,Q,M,L,D或常数计数器输入值的范围0-999，以C#形式表示PVWORDI,Q,M,L,D计数器预置值RBOOLI,Q,M,L,D复位输入端CVWORDI,Q,M,L,D当前计数器值，16进制数值CV_BCDWORDI,Q,M,L,D当前计数器值，BCD码QBOOLI,Q,M,L,D计数器的状态S_CD（减计数器）在输入端S出现上升沿时使用输入端PV上的数值预置。如果在输入端R上的信号状态为“1”，则计数器复位，计数器被置为“0”。如果输入端CD上的信号状态从“0”变为“1”，而且计数器的值大于“0”，则计数器减“1”。如果计数器被置位，而且输入端CD上的RLO=1，计数器将相应的在下一扫描循环计数，即使没有从上升沿到下降沿的变化或从下降沿到上升沿的变化。如果计数值大于“0”，则输出Q上的信号状态为“1”；如果计数值等于“0”，则输出Q上的信号状态为“0”。减计数器的使用方法如例2所示。例3：如果I0.2从“0”变为“1”，计数器使用MW10的值预置，如果I0.0的信号状态从“0”变为“1”，计数器C1的值将减1，C1的值等于0除外。如果C1的值不等于0，则Q0.0为“1”。其它各计数器的功能和用法可按F1键参考各功能块的说明。2编程设计要求1）用一个按钮开关（I0.0）控制3个灯（1号 灯Q0.0、2号 灯Q0.1、3号 灯Q0.2），按钮按3下1#灯亮，再按3下2#灯亮，再按3下3#灯亮，