PLC可编程控制器系列实验指导书

目录

第一章可编程控制器的概述 (1)

第二章可编程控制器基本指令简介 (8)

第三章 GX Developer软件的使用及编程规则 (9)

第四章可编程控制器的网络及通信 (12)

实验一 1：N 通信 (20)

实验二 N：N通信 (21)

第五章 MCGS组态软件的介绍及使用 (30)

第六章实验内容 (33)

实验一可编程控制器的基本指令编程练习 (33)

实验二 LED数码显示控制 (37)

实验三天塔之光模拟控制 (42)

实验四步进电机运动控制（实物） (45)

实验五直线运动控制系统（实物） (47)

实验六运料小车控制模拟 (54)

实验七十字路口交通灯控制 (60)

实验八十字路口交通灯控制（带倒计时显示） (63)

实验九三层电梯控制系统的模拟 (69)

实验十四层电梯控制系统的模拟 (78)

实验十一五层电梯控制系统的模拟 (80)

实验十二三相鼠笼式异步电动机点动控制和自锁控制（实物） (82)

实验十三三相鼠笼式异步电动机联锁正反转控制（实物） (84)

实验十四三相鼠笼式异步电动机带延时正反转控制（实物） (86)

实验十五三相鼠笼式异步电动机星/三角换接起动控制（实物） (88)

实验十六水塔水位控制模拟 (90)

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实验十七装配流水线的模拟控制 (92)

实验十八液体混合装置控制的模拟 (95)

实验十九机械手动作的模拟 (98)

实验二十四节传送带的模拟 (101)

实验二十一自动配料系统控制的模拟 (105)

实验二十二轧钢机控制系统模拟 (108)

实验二十三邮件分拣系统模拟 (110)

实验二十四自动售货机的模拟控制 (114)

实验二十五加工中心的模拟控制 (119)

附录一：THPLC-A型可编程控制器实验装置使用说明书 (129)

附录二：THPLC-B型可编程控制器实验装置使用说明书 (131)

附录三：THPLC-C型网络型可编程控制器实验装置使用说明书 (133)

附录四：THPLC-1型可编程控制器实验箱使用说明书 (135)

附录五：THPLC-2型可编程控制器实验箱使用说明书 (137)

附录六：THPLC-3型网络型可编程控制器实验箱使用说明书 (139)

附录七：D65、D66、D67、D68、D69可编程控制器实验挂箱使用说明书 (141)

附录七——（1）霓虹灯饰的模拟控制实验 (136)

附录七——（2）五相步进电动机控制的模拟实验 (143)

附录七——（3）喷泉的模拟控制实验 (147)

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3 第一章 可编程控制器的概述

可编程序控制器，英文称Programmable Logical Controller ，简称PLC 。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC 应用于生产实践。

一、可编程控制器的基本结构

可编程控制器主要由CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成（如下图所示）。

1、CPU 模块

CPU 模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微处理器（CPU ）和存储器组成。它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC 的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。 接触器电磁阀指示灯

电源 电源 限位开关选择开关按钮

2、I/O模块

I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟输入信号。

可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。

3、电源

可编程序控制器一般使用220V交流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。

4、编程器

编程器是PLC的外部编程设备，用户可通过编程器输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。也可以通过专用的编程电缆线将PLC与电脑联接起来，并利用编程软件进行电脑编程和监控。

5、输入/输出扩展单元

I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。

6、外部设备接口

此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。

二、可编程控制器的工作原理

可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，可编程序控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。

除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段（如图所示）

在内部处理阶段，可编程序控制器检查CPU，模块内部

的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内

部工作。

在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的智

能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。

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在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接

通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。

在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。

在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的通/断状态传送到输出锁存器。

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四、可编程控制器的编程语言概述

现代的可编程控制器一般备有多种编程语言，供用户使用。IEC1131-3—可编程序控制器编程语言的国际标准详细的说明了下述可编程控制器编程语言：1）顺序功能图

2）梯形图

3）功能块图

4）指令表

5）结构文本

其中梯形图是使用得最多的可编程控制器图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制，主要特点如下：

1）可编程控制器梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器（即硬件继电器），而是在软件中使用的编程元件。每一编程元件与可编程序控制器存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应。

2）梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线（BUS bar）。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路的分析方法，可以想象左右两侧母线之间有一个左正右负的直流电源电压，当图中的触点接通时，有一个假想的“概念电流”或“能流（Power flow）从左到右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的。

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3）根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。

4）梯形图中的线圈和其他输出指令应放在最右边。

5）梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。

五、可编程控制器的编程步骤

（1）确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。

（2）分配输入输出设备，即确定哪些外围设备是送信号到PLC，哪些是外围设备是接收来自PLC信号的。并将PLC的输入、输出口与之对应进行分配。

（3）设计PLC程序画出梯形图。梯形图体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系。

（4）实现用计算机对PLC的梯形图直接编程。

（5）对程序进行调试（模拟和现场）。

（6）保存已完成的程序。

显然，在建立一个PLC控制系统时，必须首先把系统的需要的输入、输出数量确定下来，然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间的相互关系。确定控制上的相互关系之后，就可进行编程的第二步──分配输入输出设备，在分配了PLC的输入输出点、内部辅助继电器、定时器、计数器之后，就可以设计PLC程序画出梯形图。在画梯形图时要注意每个从左边母线开始的逻辑行必须终止于一个继电器线圈或定时器、计数器，与实际的电路图不一样。梯形图画好后，使用编程软件直接把梯形图输入计算机并下载到PLC进行模拟调试，修改→下载直至符合控制要求。这便是程序设计的整个过程。

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第二章可编程控制器基本指令简介基本指令如表所示：

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9 第三章 GX Developer 软件的使用及编程规则

一、GX Developer 软件的使用方法

GX Developer 编程软件为用户开发，编辑和控制自己的应用程序提供了良好的编程环境。为了能快捷高效地开发你的应用程序，GX Developer 软件提供了三种程序编辑器，GX Developer 软件还提供了在线帮助系统，以便获取所需要的信息。 本实验装置使用的编程软件是GX Developer7.0版本，在做实验前，首先将该软件根据软件安装的提示安装到计算机上，然后用编程线将计算机和实验装置连接到一起。

（一）系统需求

GX Developer 既可以在PC 机上运行，也可以在MITSUBISHI 公司的编程器上运行。PC 机或编程器的最小配置如下：Windows95、Windows98、Windows2000、Windows Me 或者Windows NT4.0以上。

（二）软件的使用

GX Developer 的安装：

1、未安装过本软件的系统中安装时请先安装F:\GX7.0-C\SW7D5C-GPPW-CL\SW7D5C

-GPPW-C\QSS_Support\EnvMEL/SETUP.EXE 。

双击SETUP 按照页面提示单击“下一步”安装即可。

2、安装完成后再双击F:\GX7.0-C\SW7D5C-GPPW-CL\SW7D5C-GPPW-C\QSS_Support/

SETUP.EXE 按照页面提示完成安装，重新启动计算机即可使用。

3、GX Developer 的使用：

GX Developer 的基本使用方法与一般基于Windows 操作系统的软件类似，在这里只介绍一些用户常用的几点对PLC 操作的用法：

（1）工程菜单

在软件菜单里的工程菜单下选择改变PLC类型即根据要求改变PLC类型。

1）在读取其他格式的文件选项下可以将FXGP_WIN-C编写的程序转话成GX工程。

2）在写入其他格式的文件选项下可以将用本软件在编写的程序工程转化为FX 工程。

（2）在线菜单

1）在传输设置中可以改变计算机与PLC通信的参数。

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2）选择PLC读取、PLC写入、PLC效验可以对PLC进行程序上传、下载、比较操作。

3）选择不同的数据可对不同的文件进行操作。

4）选择监视选项可以去对PLC状态实行实时监视。

5）选择调试选项可以完成对PLC的软元件测试，强制输入输出和程序执行模式变化等操作。

二、编程规则

1）外部输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的接点可多次重复使用，无需用复杂的程序结构来减少接点的使用次数。

2）梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在右边。接点不能放在线圈的右边，在继电器控制的原理图中，热继电器的接点可以加在线圈的右边，而PLC的梯形图是不允许的。

3）线圈不能直接与左母线相连。如果需要，可以通过一个没有使用的内部继电器的常闭接点或者特殊内部继电器的常开接点来连接。

4）同一编号的线圈在一个程序中使用两次称为双线圈输出。双线圈输出容易引起误操作，应尽量避免线圈重复使用。

5）梯形图程序必须符合顺序执行的原则，即从左到右，从上到下地执行，如不符合顺序执行的电路就不能直接编程。

6）在梯形图中串联接点使用的次数是没有限制，可无限次地使用。

7）两个或两个以上的线圈可以并联输出。

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第四章可编程控制器的网络及通信

一、可编程控制器的网络化趋势

如果把PLC与PLC、PLC与计算机或PLC与其它智能装置通过传输介质连接起来，就可以实现通信或组建网络，从而构成功能更强，性能更好的控制系统，这样可以提高PLC的控制能力及控制范围实现综合及协调控制，同时，还便于计算机管理及对控制数据的处理，提供人机界面友好的操控平台；可使自动控制从设备级发展到生产线级，甚至工厂级，从而实现智能化工厂（Smart Factory）的目标。

随着计算机技术、通信及网络技术的飞速发展，PLC在通信及网络方面的发展也极为迅猛，几乎所有提供可编程控制器的厂家都开发了通信模块或网络系统。三菱电机率先较早的开发了MELSECNET网络，随着网络化控制及集散式控制不断普及，工业控制要求的不断提高，传统的PLC控制系统的网络化方向发展已成为趋势。

二、三菱可编程控制器的通讯类型

1.N：N网络

用FX2N，FX2NC，FX1N，FXON可编程控制器进行的数据传输可建立在N：N的基础上，总站点数最大8个。

2.1：N网络（用专用协议进行数据传输）

用RS485（422）单元进行的数据传输可用专用协议在1：N（16）的基础上完成，最多可以连16台PLC机。

三、通讯格式

本节解释怎样在无协议通讯（RS指令）和计算机链接之间进行通讯设置。

1.什么是通讯格式。

通讯格式决定计算机链接和无协议通讯（RS指令）间的通讯设置（数据长度，奇偶校验和波特率等）。

通讯格式可用可编程控制器中的特殊数据寄存器D8120来进行设置。根据所使用的外部设备来设置D8120。当修改了D8120的设置后，确保关掉可编程控制器的电源，然后再打开，否则无效。

2.相关标志和数据寄存器。

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2）特殊数据寄存器

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例如：

M8002

MOV H0C8E D8120

b15 b0

D8120= 0000 1100 1000 1110

0 C 8 E

四、计算机链接（即1：N 通讯）

1.链接后的数据流

下述图样为可编程控制器的读、写及状态控制的数据流图。

1）计算机从可编程控制器读取数据。

15 2）计算机向可编程控制器发送数据

3）可编程控制器向计算机发送数据

2.站号

站号即可编程控制器提供的数字，用来确定计算机在访问哪一个可编程控制器。在FX 系列可编程控制器中，站号是通过特殊数据寄存器D8121来设定的。设定范围是从00H 到0FH 。最多可以实现16台通信。框图如下：

在以上系统中，可以用以下的指令来设定站号。如：0号站设定如下：

LD M8002

MOV K0 D8121

梯形图如右：

注意事项如下：

1）在设定站号时，不要为多个站设定相同的号码，否则，传送数据将会混乱并引起通讯的不正常。

2）站号不必按数字顺序来设定，在指定范围内（00H到0FH）可以自由设定。例如，按随机的顺序或跳过一些数字都是可以的，但总站数不能超过16。一般情况16台设定0到15。

3）用一对导线连接，接线图如下：

框图如下：FX2N-485-BD

1．相关标志和数据寄存器介绍

（1）辅助继电器

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说明：

在CPU错误，程序错误或停止状态下，对每一站点处产生的通讯错误数目不能进行计数。

（2）数据寄存器。

（3）设置

当程序运行或可编程控制器电源打开时，N：N网络的每一个设置都变为有效。

1）设定站点号（D8176）

如：设定主站0：

MOV K0 D8176；

设定从站1：

MOV K1 D8176；

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2）设定从站点的总数（D8177）

设定0到7的值到特殊数据寄存器中。（默认=7）

3）设置刷新范围（D8178）

设定0到2的值到特殊数据寄存器D8178中。（默认=0）

对于从站此设置不需要。

a.在模式0的情况下

b.在模式1的情况下

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19 c.模式2

4）设定重试次数（D8178）

设定0

到10的值到特殊寄存器D8178中。（默认=3）

从站点不需要此设置。

5）设置通讯超时（D8179）。

设定5到255的值到特殊寄存器D8179中。（默认=5）

此值乘以10（ms

）就是通讯超时的持续时间。

通讯超时是主站与从站间的通讯驻留时间。

例如：

确保把以上的程序作为N ：N 网络参数设定程序从第0步开始写入。 此程序不需要执行，因为当把其编入此位置时，它自动变为有效。

6）用一对导线连接，接线图如下：

20 实验一 1：N 通信

一、实验目的

熟悉PLC 通信原理及过程，上、下位机间通讯的格式，PLC 与PLC 之间的通讯格式。

二、实验说明

拨动输入开关X1,观察输出指示灯Y1是否点亮，并且在上位机上有相应的显示。 其中K0表示站点号，有效值从K0到K15共16个，每一个实验台的站点号都不同，必须正确设置站点号，否则会引起系统通讯不正确。

三、梯形图参考程序（以一号站点为例）

实验二 N ：N 通信

一、实验目的

熟悉PLC 通讯原理及过程，上、下位机间通讯的格式，PLC 与PLC 之间的通信格式。

二、实验说明

八台主机之间相互通讯，其中一台为主站，其余七台为从站。

0号站的X1～X7分别对应1号站～7号站的Y0（注：即按下0号站X1，则1号站的Y0亮，依次类推）

1号站的X0～X7分别对应0号站的～7号站的Y1(注:不含X1)

2号站的X0～X7分别对应0号站的～7号站的Y2(注:不含X2)

3号站的X0～X7分别对应0号站的～7号站的Y3(注:不含X3)

4号站的X0～X7分别对应0号站的～7号站的Y4(注:不含X4)

5号站的X0～X7分别对应0号站的～7号站的Y5(注:不含X5)

6号站的X0～X7分别对应0号站的～7号站的Y6(注:不含X6)

7号站的X0～X7分别对应0号站的～7号站的Y7(注:不含

X7)

21 三、梯形图参考程序 （主站）

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