实 验 报 告

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实验一PLC控制系统设计基础

一实习内容

1.PLC控制系统设计的基本原则

2.PLC控制系统设计的一般步骤

二、实践计划

1.绘制系统的功能图，设计梯形图程序

2.根据梯形图程序写出指令表程序，对程序进行模拟调

试，直到满足控制要求为止。

三、目的

1.巩固FX系列基本指令、步进指令

2.能正确选用PLC型号

四、要求

1.了解PLC的基本组成、工作原理、特点、用途

2.掌握PLC的指令系统和编程方法及应用实例

PLC控制系统的设计步骤

与传统的继电器-接触器控制系统相比，PLC控制系统具有更好的稳定性，控制柔性，维修方便性，随着PLC的普及和推广，其应用领域越来越广泛。特别是在许多新建项目和设备的技术改造中，常常采用PLC作为控制装置。我国的PLC生产目前也有一定的发展，小型PLC已批量生产，中型PLC已有产品，大型PLC已开始研制。

一、PLC控制系统设计的基本原则

任何一种电气控制系统都是为了实现生产设备或生产过程的控制要求和工艺需要，从而提高产品质量和生产效率。因此，在设计PLC应用系统时，应遵循以下基本原则：

1．充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求。

2．在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及

维修方便。

3．保证控制系统安全可靠。

4．应考虑生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I／O点

数和存储器容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩

充。

二、PLC控制系统设计的一般步骤

设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根

据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的

条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提

出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布

局。最后根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配

置。

PLC控制系统设计可以按以下步骤进行。

1．熟悉被控对象，制定控制方案 分析被控对象的工艺过程及工作

特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对 PLC控

制系统的控制要求。

2．确定I／O设备 根据系统的控制要求，确定用户所需的输入(如

按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指

示灯等)由此确定PLC的I／O点数。

3．选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、I／O模块、电源的

选择。

4．分配PLC的I／O地址 根据生产设备现场需要，确定控制按钮，

选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、

规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入／输出设备与PLC输入输

出端子的对照表，以便绘制PLC外部I／O接线图和编制程序。

5．设计软件及硬件进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件

的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行，因此，PLC控制

系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电

气控制线路后才能进行施工设计。

6．联机调试 联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。

开始时，先不带上输出设备（接触器线圈、信号指示灯等负载）进行调

试。利用编程器的监控功能，采分段调试的方法进行。各部分都调试正

常后，再带上实际负载运行。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。

通常只需修改部分程序即可，全部调试完毕后，交付试运行。经过一段

时间运行，如果工作正常、程序不需要修改则应将程序固化到EPROM中，

以防程序丢失。

7．整理技术文件 包括设计说明书、电气安装图、电气元件明细表

及使用说明书等。

三、PLC程序设计的一般步骤如下：

1．对于较复杂系统，需要绘制系统的功能图；对于简单的控制系统

也可省去这一步。

2．设计梯形图程序。

3．根据梯形图编写指令表程序。

4．对程序进行模拟调试及修改，直到满足控制要求为止。调试过程

中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

四、PLC的选择

随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多，而且功能也日

趋完善。近年来，从德国、日本、美国等引进的PLC产品和国内厂家组

装自行开发的产品，已有几十个、上百种型号。PLC的品种繁多，其结

构形式／性能、容量、指令系统、编程方式、价格等各有不同，适用的

场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统技术经

济指标有着重要意义。

（一）PLC的机型选择 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，

力争最佳的性能价格比。

1．合理的结构型式 整体式PLC的每一个I／O点的平均价格比模块式的便宜，且体积

相对较小，所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而

模块式PLC的功能扩展灵活方便，I／O点数量、输入点数与输出点数

的比例、I／O模块的种类等方面，选择余地较大。维修时只要更换模

块，判断故障的范围也很方便。因此，模块式PLC一般适用于较复杂系

统和环境差（维修量大）的场合。

2．安装方式的选择 根据PLC的安装方式，系统分为集中式、远程I／O式和多台PLC

联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I／O硬件，系统反应快、

成本低。大型系统经常采用远程I／O式，因为它们的装置分布范围很

广，远程I／O可以分散安装在I／O装置附近，I／O连线比集中式的

短，但需要增设驱动器和远程I／O电源。多台联网的分布式适用于多

台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必

须要附加通信模块。

3．相当的功能要求 一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只

需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟

量控制的系统，可选用能带A／D和D／A单元。具有加减算术运算。数

据传送功能的增强型低档PLC。

对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，

可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC

价格较贵，一般大型机主要用于大规模过程控制和集散控制系统等场

合。

4．响应速度的要求 PLC的扫描工作方式引起的延迟可达2－3个扫描周期。对于大多数

应用场合来说，PLC的响应速度都可以满足要求，不是主要问题。然而

对于某些个别场合，则要求考虑PLC的响应速度。为了减少PLC的I／O

响应的延迟时间，可以选用扫描速度高的PLC，或选用具有高速I／O处

理功能指令的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。

5．系统可靠性的要求 对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，

应考虑是否采用冗余控制系统或热备用系统。

6．机型统一 一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑以下三个方面的

问题：

（l）同一机型的PLC，其编程方法相同，有利于技术力量的培训和

技术水平的提高。

（2）同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和

管理。

（3）同一机型的PLC，其外围设备通用，资源可共享，易于联网通

信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。

（二）PLC的容量选择 PLC的容量包括I／O点数

1．I／O点数 PLC的I／O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I／O点

的数量，在满足控制要求的前提下力争使用I／O点最少，但必须留有

一定的备用量。通常I／O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实

际需要，再加上10％－15％的备用量来确定。

五、思考题

1、本次实验学到什么？

答:通过本次实验，加深了对课本知识的理解，可以灵活运用课本上学到

的知识，加深了我们对PLC认识，巩固了我们的知识。且了解了plc的

工作原理，如何正确选用plc型号。我觉得可以多开展这一类的实践活

动，既丰富了课余生活，又学到了知识。

2、PLC机型的选择？

答：PLC机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最好的性能价格比。具体应考虑以下几个方面；

（1）性能与任务相适应；（2）结构上合理、安装方便，机型上应统一

（3）是否满足响应时间要求；（4）对联网通信功能的要求；（5）其他特殊要求

实验二

一、实验目的

1. 掌握PLC控制的基本原理

2. 掌握工作台循环控制的基本原理及程序设计。

二、实验器材

1．ZYE3103B型可编程控制器实验台 1台

2．ZYPLC04工作台自动循环控制演示板 1块

3．PC机或FX-20P-E编程器 1台

4．编程电缆 1根

5．连接导线 若干

三、实验原理与实验步骤

1. 面板上SIN1-SIN2是两个工作台到位信号开关（由磁感应器充当），

SIN3-SIN4是两个工作台过位的保护开关。L1、L2是两个到位指示灯。左行(K1)和右行(K2)是PLC给电机的两个控制信号。

2. 控制要求：

(1) 首先按下启动/停止按钮，再按下左行（或右行）按钮，继电器J1

（J2）吸合，电机正转（反转），工作台向左（右）运行；当到达左端（右端）限位开关位置时，工作台自动停止，同时左端（右端） 工作台自动循环控制

指示灯亮，然后，继电器J1（J2）断开，继电器J2（J1）吸合，电机反转（正转），工作台向右（左）运行。如此循环

(2) 再次按下启动/停止按钮，电机停转。

3. 实验步骤：

(1) 打开PLC实验台电源，编程器与PLC连接。

(2) 根据具体情况编制输入程序，并检查是否正确。

(3) 按接线图连线，实验台与ZYPLC04连接，检查连线是否正确。

(4) 按下左行或右行按钮，观察运行结果。

四、设计程序清单

1. I/O地址分配清单：

输入地址：

左行K1 X5 右行K2 X6

启动/ 停止K0 X7

SIN1 (左限位)

X2

SIN3（左保护）

X4

输出地址：

（主板继电器 J1） Y0 (主板继电器J2) Y1

L1

Y4 Y3 L2 X3 SIN4（右保护）X1 SIN2（右限位）

2. 程序

(1) 梯形图

(2) 指令表

(3) 接线图

说明：图中J1、J2为实验台主板上的继电器J1、J2

接线明细表：SIN1~SIN4——X1~X4 左行K1——X5 右行K2——X6

启动K0——X7

J1、J2——Y0、Y1 Y3——L1 Y4

——L2

M0先接继电器J1的9脚，再接继电器J2的9脚

M1先接继电器J1的12脚，再接继电器J2的12脚

继电器J1的5脚和继电器J2的8脚均接电源部分的+24V

继电器J1的8脚和继电器J2的5脚均接电源部分的COM

继电器J1线圈的13脚接主机Y1口

继电器J2线圈的13脚接主机Y2口

模块+24V接电源部分+24V，模块COM接电源部分COM

五、思考题 1、PLC的组成来看，除CPU、存储器及通信接口外，与工业现场直接有关的还有哪些接口？并说明其主要功能。

答：1、输 入 接 口：接 受 被 控 设 备 的 信 号，并 通 过 光 电 耦 合 器 件 和 输 入 电 路 驱 动 内 部 电 路 接 通 或 断 开。

2、输出接口：程序的执行结果通过输出接口的光电耦合器件和输出组件（ 继 电 器、晶 闸 管 、晶 体 管）输 出 ，控 制 外 部 负 载 的 接 通 或断开。

2、PLC的基本单元由哪几个部份组成？各起什么作用？

答：1、CPU：PLC的核心部件，指挥PLC进行各种工作。如接受用户程序和数据、诊断、执行执行程序等；2、存储器：存储系统和用户的程序和数据；3、I/O接口：PLC与工业生产现场被控对象之间的连接部件，用来接受被控设备的信号和输出程序的执行结果；4、通信接口：通过通信接口与监视器、打印机等其他设备进行信息交换；5、电源

实验三 交通灯的模拟控制

一、实验目的

用PLC构成交通灯控制系统

二、实验内容

1．控制要求

起动后，南北红灯亮并维持25s。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，1s后，东西车灯即甲亮。到20s时，东西绿灯闪亮，3s后熄灭，在东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，同时甲灭。黄灯亮2s后灭东西红灯亮。与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。1s后，南北车灯即乙亮。南北绿灯亮了25s后闪亮，3s后熄灭，同时乙灭，黄灯亮2s后熄灭，南北红灯亮，东西绿灯亮，循环。

2．I/O分配

输入 输出

起动按钮：X0 南北红灯：Y0 东西红灯：Y3

停止按钮：X1 南北黄灯：Y1 东西黄灯：Y4

南北绿灯：Y2 东西绿灯：Y5

南北车灯：Y6 东西车灯：Y7

3．按图所示的梯形图输入程序。

4．调试并运行程序。

交通灯控制示意图

三、交通灯控制语句表

四、交通灯控制梯形图

五、思考题

1、PLC开关量输出接口有哪几种类型？各有什么特点？ 答：晶闸管输出型：只能带交流负载，响应速度快，动作频率高； 晶体管输出型：只能带直流负载，响应速度快，动作频率高；

继电器输出型：可带交、直流负载，但其响应时间长，动作频率低。

4、按结构型式分，PLC有哪几种类型？各有什么特点？ 答：1、整 体 式：将 CPU、电 源、I/O部件都集中在一个机箱内，结构紧凑、价格低，一般小型PLC采用这种结构；2、模块式：将PLC的各个部分分成若干个单独的模块，可根据需要选配不同模块组成一个系统，具有配置灵活、方便扩展和维修的特点，一般中、大型PLC采用这种结构。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成，模块装在框架或基板的插座上。3、 叠装式：结合了整体式和模块式的特点，叠装式PLC的CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆连接，使得系统不仅配置灵活而且体积小巧。

 

第二篇：02207电气传动与可编程控制器(PLC)10大纲

一、课程性质及其设置目的与要求（一）课程性质与特点本课程是一门实践性很强，并对考生电工学、电子学及计算机原理等课程基础知识要求较高的专业课程，课程任务是让考生掌握机电控制电路分析与设计的基础理论与方法，学习时应注意理论联系实际，活学活用，知识点达到融会贯通，能运用所学知识与技能分析、解决机电控制实际问题。（二）本课程的基本要求掌握继电器、接触器控制电路分析方法，能设计一般复杂程度的机床电气控制回路；理解交、直流调速的基本原理、方法；掌握可编程控制器PLC的基本工作原理、常用指令及实际应用编程方法。（三）本课程与相关课程的联系本课程为一门综合性课程，先修课程包括：电工学电子学、微机原理、液压传动、机械制造设备与工艺等。二、课程内容与考核目标第一部分 机床电气控制技术第一章 机床控制线路的基本环节（一）课程内容：电气原理图、交流电动机启动、正反转、制动、保护及高低速转换控制方法、电液控制回路、继电器接触器控制基本环节电路。（二）学习要求了解各种常用电器元件结构与工作原理，电气原理图与接线图、安装图的区别；理解机床电气控制线路的基本环节功能；掌握电动机常用控制方案及电气原理图的分析方法。（三）考核知识点与考核要求：1、领会：电气控制线路基本控制环节的特点及应用；2、掌握：机床电气控制线路的各个基本环节功能；3、熟练掌握：电气控制基本环节工作原理与设计方法。第二章 机床电气控制线路的分析与设计（一）课程内容：常用卧式车床的电气控制线路分析，电气控制回路设计的内容、方法，常用电器元件的选择原则。（二）学习要求：了解各种常用电器的选择原则，电气控制回路设计的内容、方法；理解卧式车床的电气控制线路工作原理；掌握电器原理图的分析方法与一般复杂程度继电器、接触器控制回路设计方法。（三）考核知识点与考核要求：1、领会：电气控制回路设计的内容、方法；2、掌握：卧式车床的电气控制线路，常用电器的选择原则；3、熟练掌握：电气控制原理图的工作原理分析；给定控制功能要求，能设计出满足要求的电气控制线路原理图。第三章 直流电动机调速控制系统（一）课程内容：直流调速方法、原理；反馈控制基本概念及原理；直流调速系统概念。（二）学习要求：了解：直流电机调速方法及原理，反馈控制基本概念，无静差调节方法；理解：直流调速性能指标，转速负反馈、电压负反馈电压

负反馈复合电流正反馈基本原理与性能比较；掌握：直流调速闭环系统放大倍数、调速范围、静差度及转速降落计算；转速负反馈回路工作原理分析。（三）考核知识点与考核要求：1、领会：直流典籍调速方法及原理，反馈控制基本原理及方法；2、掌握：直流电机恒转矩、恒功率调速方案；直流调速性能指标分析；3、熟练掌握：转速负反馈回路工作原理；直流调速闭环系统方法倍数、调速范围、静差度及转速降落的有关计算。第四章 交流电动机调速控制系统（一）课程内容：交流调速方法、原理；变频调速、变转差率调速、变极对数调速基本概念及原理；变频器工作原理及交流调速系统。（二）学习要求了解交流调速方法及原理；理解：变频调速、变转差率调速、变极对数调速基本概念及原理；掌握：变频器工作原理。（三）考核知识点与考核要求：1、领会： 交流电机调速方法及原理：变频调速、变转差率调速、变极对数调速基本概念；恒幅脉宽调制、交流调速系统概念；2、掌握：交流电机恒转矩、恒功率调速方案；交流变频调速原理，变频器工作原理。第二部分 可编程控制器第一章 概论（一）课程内容：可编程控制器PLC的历史、发展、基本结构、特点与应用。（二）学习要求：了解：可编程控制器PLC的历史、发展、基本结构；理解：可编程控制器PLC的特点与应用（三）考核知识点与考核要求：1、领会：可编程控制器PLC的基本结构；2、掌握：可编程控制器PLC的特点与应用领域。第二章 PLC的硬件与工作原理（一）课程内容：可编程控制器PLC的物理结构；CPU模块、开关量I/O模块、模拟量I/O模块、高速技术模块与运动控制模块基本概念；PLC的基本工作原理；FX系列PLC结构特点与性能。（二）学习要求：了解：可编程控制器PLC的物理结构、各功能模块：理解：FX系列PLC结构特点与性能；掌握：PLC的基本工作原理；开关量I/O模块、模拟量I/O模块、高速计数模块与运动控制模块的功能。（三）考核知识点与考核要求：1、领会：可编程控制器PLC的物理结构和各功能模块的作用；2、掌握：PLC的基本工作原理；开关量I/O模块、模拟量I/O模块、高速计数模块与运动控制模块的功能。第三章 PLC的编程语言与指令系统（一）课程内容：PLC的编程语言种类；FX系列PLC梯形图中编程元件；FX系列PLC基本逻辑指令。（二）学习要求：了解：PLC的编程语言种类；理解：FX系列PLC梯形图中编程元件的种类；掌握：FX系列PLC基本逻辑指令。（三）考核知

识点与考核要求：1、领会：FX系列PLC梯形图中编程元件的含义与用法；2、掌握：FX系列PLC基本逻辑指令的编程应用方法。第四章 梯形图设计方法（一）课程内容：梯形图的基本电路；梯形图的经验设计法；根据继电器电路图设计梯形图；顺序控制设计法与顺序功能图法。（二）学习要求：了解：梯形图的基本电路；理解：梯形图基本电路设计一般方法；掌握：梯形图的经验设计法；根据继电气电路图设计梯形图。（三）考核知识点与考核要求：1、领会：梯形图基本电路的含义；2、掌握：梯形图的经验设计法及根据继电器电路图设计梯形图方法。第五章 顺序控制梯形图编程方法（一）课程内容：使用STL指令、使用起保停电路及以转换为中心的顺序控制梯形图的变成方法；各种变成方法比较；具有多种工作方式系统的编程方法。（二）学习要求了解：可编程控制器顺序控制梯形图编程方法种类与特点；理解：使用STL指令、使用起保停电路及以转换为中心的顺序控制梯形图设计步骤与方法；掌握：STL指令、起保停电路及转换为中心的顺序控制梯形图的实际应用编程方法。（三）考核知识点与考核要求：1、领会：可编程控制器顺序控制梯形图编程方法种类与特点；2、掌握：STL指令、起保停电路及转换为中心的顺序控制梯形图的编程方法的实际应用。三、有关说明和实施要求（一）关于“课程内容与考核目标”中有关提法的说明在大纲的考核要求中，提出了“领会”、“掌握”、“熟练掌握”等三个能力层次的要求，他们的含义是：1、领会：要求应考者能够记忆规定的有关知识点的主要内容，并能够领会和理解规定的有关知识点的内涵和外延，熟悉其内容要点和它们之间的区别与联系，并能够根据考核的不同要求，作出正确的解释、说明和阐述。2、掌握：要求考生掌握有关知识点，正确理解和记忆相关内容的原理、方法和步骤等。3、熟练掌握：要求考生必须掌握的课程中的核心内容和重要知识点。试卷对不同能力层次要求的试题所占的比例大致是：“领会”20%，“掌握”40%，“熟练掌握”40%。试题难易程度分四档：易、较易、较难难，在试卷中比例为2：3：3：2。试卷题型：单项选择题、填空题、名词解释、简答题、综合应用题（包括：综合分析题、论述题、设计题、计算题、编程题等）考试方式：闭卷；考试时间：150分钟；采用百分制。