2011 必修 可编程控制器原理及应用实验指导书(04级用)

《可编程控制器原理及应用》实验指导书适用专业:电气、测控、信息课程代码: 8401620总学时: 40 总学分: 2.5编写单位:测控技术与仪器系编写人:郑萍余建华审核人:审批人:批准时间: 2011 年 5 月 20 日目录实验一十字路口交通灯（带强通控制）单、双流程控制实验（实验代码1） (2)实验二１６只彩灯的１２种追灯花样控制实验（实验代码2） (6)实验三基于MCGS的PLC上位监控系统设计实验（实验代码3） (9)实验四创新性、自创性、综合性实验（实验代码4） (14)附录1：实验平台介绍 (16)附录2：成绩考核办法 (17)附录3：推荐教材、参考书 (18)附录4：说明 (18)实验一十字路口交通灯（带强通控制）单、双流程控制实验一、实验目的和任务1、通过熟悉编程软件及可编程控制器输入模拟装置的面板上各部分的作用，初步掌握可编程控制器从编程到运行的全过程操作。

了解和掌握计数器、定时器的使用方法、STL指令编程方法，并通过十字路口交通灯控制（带强通控制）的程序设计、编辑与运行，熟练掌握基于STL指令的顺序控制程序的设计方法，初步掌握模块化的编程思想，并进一步提高运用多种方法进行程序设计、分析和调试的能力。

2、完成带强制通行的十字路口交通灯控制程序设计及调试。

二、实验内容1、验证性实验内容1）十字路口交通灯控制的单流程基本编程设计；2）十字路口交通灯控制的双流程基本编程设计（并行分支与汇合）；3）细心体会和掌握STL指令编制顺序控制程序的方法和优越性。

2、设计性实验内容1）设计带强制通行的十字路口交通灯控制；2）总结用STL指令编制顺序控制程序的优越性，单流程和双流程编制的特点，理解编程方法的多样性，优化自己的编程思想。

三、实验仪器、设备及材料提供三菱FX2N 可编程控制器、模拟板、计算机（见附录1）。

四、实验原理根据十字路口交通灯控制系统结构流程分析I/O信号：输入I信号：启动X5,停止X6；输出O信号：南北绿灯Y0，南北黄灯Y1，南北红灯Y2，东西绿灯Y4，东西黄灯Y5，东西红灯Y6，画出PLC 的I/O接线图，根据I/O地址就可以进行编程设计。

在设计之前画出控制波形图和状态转移图，在此基础上就可有序地编写梯形图。

1）十字路口交通灯波形如图1.1所示：2）基于PLC 控制的十字路口交通灯控制模拟接线图如图1.2所示： 3）十字路口交通灯控制的单流程状态转移图如图1.3所示：S20S23图1.3单流程状态转移图3）十字路口交通灯控制的双流程状态转移图如图1.4所示：同学们可先选择一种进行基于STL 指令的编程练习，对所编的梯形图下载到PLC 中进行运行，同时在编程平台上监控运行情况，根据运行情况修改程序，最后实现十字路口交通灯控制的全部功能。

五、 主要技术重点、难点STL 指令的编程需要注意其特色性，要注意掌握设计和调试方法，需要同学在实验前在提供的仿真平台上做好基本准备。

六、 实验步骤先做验证性实验，掌握调试技术，再完成设计性实验。

1、验证性实验步骤1） 学习用SFC 语言编制用户程序的方法：a ） 单流程的程序编制方法，见图1.3；b ） 双流程（并行分支与汇合）的程序编制方法，见图1.4； 2） 编写图3或图4的梯形图； 3） 将编好的程序下载到可编程控制器；4） 运行操作：完成对十字路口交通灯控制的程序调试5） 细心体会和掌握STL 指令编制顺序控制程序的方法和优越性。

2、设计性实验步骤图1.4 双流程的状态转移图1）设计带强制通行的十字路口交通灯控制：东西、南北强制通行。

要求如下：在正常的十字路口交通灯控制运行时，如果东西强制通行开关接通，则进入强制通行状态。

此时东西绿灯常亮，而南北红灯常亮；东西强制通行结束后，东西强制通行开关关闭，恢复正常运行。

此时应从南北绿灯亮、东西红灯亮开始循环工作。

南北强制通行情况与东西强制通行相似，其运行状态相反。

2）硬件设计：在图1.2上添加强制通行开关，并标出其输入地址；3）软件设计：仔细思考，尽可能以优化的方式进行编程设计；4）编程操作：将所设计的梯形图程序下载到可编程控制器；5）运行调试：完成对十字路口交通灯控制程序的调试。

七、实验报告要求1、验证性实验报告要求1）设计图1.3或图1.4的梯形图；2）写出调试过程及调试方法。

2、设计性实验报告要求1）硬件设计：在图1.2上添加强制通行开关，并标出其输入地址；2）软件设计：仔细思考，尽可能以优化的方式进行设计设计。

画出所设计的带强制通行的十字路口交通灯控制梯形图；3）说明编程思想及编程过程；4）说明运行调试步骤及调试过程，如何证明所设计的系统可完成十字路口交通灯的强制通行控制。

3、总结与思考总结用STL指令编制顺序控制程序的优越性，单流程和双流程编制的特点，理解编程方法的多样性，优化自己的编程思想。

八、实验注意事项注意输出控制灯的闪烁频率为0.5S。

九、思考题1、用STL指令编制顺序控制程序有什麽的优越性？2、单流程和双流程各自的特点是什么？3、为什么仿真调试与实际连接PLC调试时情况有所不同？实验二16彩灯的12种追灯花样控制程序设计一、实验目的和任务每条功能指令相当于一个子程序，基本逻辑指令与功能指令的结合运用，使所编程序变化无穷，以适应各种场合。

本次实验要求掌握MOV、ZRST、ROR、ROL、SFTL、SFTR等功能指令的用法并能灵活运用之，最终初步了解功能指令在程序设计中的作用，并通过16彩灯的12种追灯花样控制程序的编制，提高程序设计能力，牢固掌握编程方法。

二、实验内容 1、基本实验内容1）采用功能指令实现16彩灯的12种花样手动切换控制，通过以下控制完成： 彩灯的移位位数控制 彩灯的移位速度控制 彩灯的移位方向控制 彩灯的三种初态控制2）完成其监控与调试；3）细心体会和掌握各功能指令的用法。

2、设计性实验内容1） 要求设计任意三种彩灯追灯花样的自动循环程序设计，既当启动按钮按下后，三种追灯花样的自动循环程序表演，直至停止信号到来；2） 要求用一个按钮实现整个程序的通、断控制，可参考图2.1；3） 将设计的任意三种彩灯追灯花样的自动循环程序在可编程控制器上成功演示。

三、实验仪器、设备及材料提供三菱FX2N 可编程控制器、模拟板、计算机（见附录1）。

四、 实验原理根据16彩灯的控制要求分析I/O 信号：输入I 信号：启动/停止乒乓开关接入X7；X10为左移控制，X11为右移控制，X15 、X16、 X17为每次移动的灯数目选择开关；输出O 信号：16彩灯输出Y0～Y17首先画出16彩灯的硬件输入、输出接线图，如图2.2所示：画出PLC的I/O接线图后，根据I/O地址进行编程设计。

16彩灯的12种花样手动切换控制如图2.3所示：五、主要技术重点、难点PLC编程的模块化设计和调试。

六、实验步骤先做验证性实验，掌握调试技术，再完成设计性实验。

1、基本实验内容与实验步骤1）16彩灯的硬件输入、输出接线图如图2.2所示；2）编程操作：图2.3进行编程练习，文件的编辑、转换、拷贝、传送等操作；3）运行操作：对图2.3编好的序进行运行操作，完成16彩灯的12种花样手动切换控制；4）监控与调试：将编好的程序传送到可编程控制器中运行，并利用上位机监控该程序的运行，观察可编程控制器的输出指示灯，与监控情况进行比较，观察彩灯花样变化效果。

2、设计性实验步骤1）在16彩灯的12种花样手动切换控制基础上，设计任意三种彩灯追灯花样的自动循环程序设计，首先设计其控制梯形图；2）要求用一个按钮实现整个程序的通、断控制，可参考图2.1；3）要求将编好的程序传送到可编程控制器中运行，并利用上位机监控该程序的运行，通过观察可编程控制器的输入输出指示灯，与监控情况进行比较，进行程序的调试练习并逐步修改；4）设计的任意三种彩灯追灯花样的自动循环程序在可编程控制器上成功演示，特别注意程序的可扩展性。

七、实验报告要求1、基本实验报告要求1）说明如何实现以下控制：彩灯的移位位数控制彩灯的移位速度控制彩灯的移位方向控制彩灯的三种初态控制2）说明调试过程。

2、设计性实验报告要求1）设计性实验要求实现任意三种彩灯追灯花样的自动循环并可采用单按钮进行启停控制，画出所设计项目的硬件PLC输入输出接线图；2）画出所设计项目的控制梯形图；3）说明调试过程。

八、实验注意事项注意程序的可扩展性。

九、思考题1、16彩灯的追灯花样自动循环控制的程序编制，它和程序控制的彩色喷泉在控制原理上相同吗？2、如何实现程序的模块化和可扩展性？3、体会编程方法的多样性和工程应用的可实现性。

实验三基于上位机组态软件的综合性设计实验一、实验目的和任务了解和掌握上位机组态软件的基本操作与用法，能根据控制项目要求设计合适的监控界面，掌握变量的链接、数据的通信与交换方式，通过对MCGS 工控组态软件的应用，要求学生了解计算机技术和网络技术为工业自动化开辟的广阔发展空间、当今工控领域内系统的基本构成以及如何组建优质高效的监控系统，提高学生的实际综合动手能力与工程技术水平。

本设计要求学生完成“科技之光灯塔”的彩灯控制系统设计。

其内容包括PLC 的软硬件设计，上位机的监控程序设计，并构成一个完整的监控系统。

三、 实验内容1、系统构成：下位机PLC 负责“科技之光灯塔”的16彩灯的运行花样控制；上位机负责灯塔控制系统的监控，上位机监控效果图如图4.1所示。

2、PLC 系统设计：1）硬件设计：参照实验二；2）软件编程：参照实验二自行设计出彩灯的花样控制程序，并进行运行与调试工作，直至完全满意为止。

3、使用上位机组态软件MCGS 进行上位机的监控组态设计;4、进行上/下位机综合调试，通过监控画面中的启动、停止按钮控制PLC 的工作，实现16彩灯的上位监控，构成完整的基于工业组态软件MCGS 的综合监控系统。

四、 实验仪器、设备及材料供MCGS 组态软件的通用版作为实验平台，提供三菱FX2N 可编程控制器、模拟板、计算机（见附录1）。

五、 实验原理1、 MCGS 组态软件功能 1）MCGS 组态软件的整体结构MCGS 5.1软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。

MCGS 组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序McgsSet.exe 支持，其存放于MCGS 目录的Program 子目录中。

用户在MCGS 组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。

MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program 子目录中。