电气控制技术与plc实验指导书

电气控制技术与PLC实验指导书（适用于自动化、电气、轨道等专业）

沈阳工学院

前言

可编程序控制器简称PLC是一种数字运算的电子操作系统装置，专为工业现场应用而设计的，它采用可编程序的存储器，用来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的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。《电气控制技术与PLC》课程，是一门实践性很强的技术课程，它要求有较强的编程及操作能力，根据教学要求，特编写此“电气控制技术与PLC实验指导书”，与理论课程配套使用。通过实验手段进行自动控制系统的模拟设计与程序调试，进一步验证、巩固和加深所学理论知识。同时还可以加强对常见工控设备的认识和了解。

本指导书的全部实验均是以日本欧姆龙公司的CP1H型PLC为实验样机，用梯形图、语句表编程。学生可以先学习这些指令的有关知识，再经过实验训练掌握PLC基本编程技能和操作方法，或边学边操作来验证和加深所学知识，为今后从事自动控制领域的相关工作打下扎实的基础。CX－P是和OMRON CP1H PLC 配套的可编程序控制器编程软件包。是在WINDOWS平台上操作的，用来对PLC 进行编程和调试。CX－P的功能比较多，其基本功能，可以保证实验者进行PLC 程序初步开发工作。

本实验指导书有实验项目十三个，任课老师可根据各专业的教学大纲以及教学计划的安排，选做部分或全部的实验项目。

目录

基本实验（电气控制部分）

实验一三相异步电动机点动、连动控制 (1)

实验二三相异步电动机正反转控制 (4)

基本实验（PLC）

实验三OMRON编程软件及计算机辅助设计 (6)

实验四基本逻辑指令编程实验 (14)

实验五微分指令和锁存器指令练习 (17)

实验六定时器和计数器指令编程实验 (20)

实验七移位指令编程实验 (23)

实验八数据传送、比较指令练习 (25)

综合、设计实验

实验九基本指令综合设计实验 (27)

实验十PLC顺序控制系统程序设计实验 (29)

实验十一三种液体自动混合控制 (31)

实验十二机械手控制 (33)

实验十三自动售货机控制................... (35)

附录Ⅰ常用内部特殊继电器 (37)

实验一三相异步电动机点动、连动控制（一）、实验目的

1、掌握点动控制线路的工作原理。

2、熟悉异步电动机的正转控制线路的工作原理，接线及故障检查。（二）、实验设备

1、三相异步电动机 1台

2、交流接触器 1台

3、热继电器 1台

4、按钮 2个

（三）、实验原理

1、点动控制线路

见图1.1，合上QS，当按下启动按钮SB时，接触器线圈KM通电，接触器主触点KM通电闭合，电动机接通电源。当手松开按钮时，接触器KM断电释放，接触器主触点KM断开，电动机切断电源而停止旋转。

图1.1 电动机点动控制线路

2、正转（连动）控制线路

见图1.2，启动时，合上QS，合上QS，引入三相电源。按下SB2→KM线圈通电自锁，接触器主触点闭合→M启动运转。

要使M 停止运转，按下SB1，切断KM 线圈电流并打开自锁电路，KM 的常开主触点将三相电源切断，电动机M 停止转

其中，依靠接触器的自身辅助触点而使其线圈保持通电的现象，称为自锁或者自保持。这个自锁作用的辅助触点叫做自锁触点。

图1.2 电动机连动控制线路

3、线路的保护

短路保护：由熔断器FU1,FU2来实现主电路和控制电路的短路保护。 过载保护：由FR 热继电器实现电动机的长期过载保护。 欠压和失压保护：有接触器本身的电磁机构来实现。

（四）、实验内容和步骤

1、根据实验电气元件和其对应图形符号，认真熟悉元件及各接线端子的名称。

2、检查电气元件的质量并且了解其使用方法。

3、按图1.1，用粗线接好主电路，用细线接好控制电路。

4、经指导教师检查并得到允许合上刀开关QS ，按下SB2观察接触器及电动 的工作情况。

5、按图1.2，接好控制线路（原主电路不变），经指导教师检查后合上QS ，操作SB1、SB2，观察电动机工作情况，及“点动”控制与“连续”控制的区别。

（五）、实验注意事项

1、 工具摆放合理。

L1L2L3

FR

KM

KM

2、操作完毕后及时清理工作台。

（六）、思考题

1、电路中自锁触头起什么作用？

2、点动控制还有几种形式，试画出其控制线路？

实验二 三相异步电动机正反转控制

（一）、实验目的

1、能够设计出电动机正、反转控制线路图。

2、牢固掌握用接触器控制的正、反转电路的工作原理及接线方法。

3、学会该典型控制的故障分析排除方法。

（二）、实验设备

1、三相异步电动机 1台

2、交流接触器 2个

3、热继电器 1个

4、按钮 3个

（三）、实验原理

正反转控制线路，见图2.1。

主电路：KM1主触点接通正相序电源，M 正转，KM2主触点接通反相序电源， M 反转。

控制电路：SB2控制正转启动，SB3控制反转启动，SB1用于停止控制。 其中，两个接触器常闭触点串联在对方线圈的电路中的现象称为互锁。

图2.1 三相异步电动机正、反转控制线路

L1L2L3

（四）、实验内容和步骤

1、检查各电器元件的质量情况，了解其使用方法，由实验箱上的图形符号熟悉元件的端子名称。

2、设计出电动机正、反转控制线路图。

3、根据线路图，用粗线接好主电路，（电动机暂不接入）。

4、用细线接好控制线路，经指导教师检查后进行下列操作。

5、合上刀开关QS，分别操作按钮，SB2、SB3、SB1，观察接触器工作情况。

6、接触器动作符合要求后，接入电动机，重复上述操作观察电动机起动、停止、正反转情况。

（五）、实验注意事项

1、工具摆放合理。

2、操作完毕后及时清理工作台

（六）、思考题

什么是互锁？互锁的作用？

实验三OMRON编程软件及计算机辅助设计（一）、实验目的

1、熟悉cx-p编程软件的使用方法。

2、掌握编辑、下载、运行程序的方法。

3、利用cx-p软件会编写简单的程序。

（二）、实验设备

1、OMRON PLC及模拟实验装置1台

2、安装有CX-P编程软件的PC机1台

3、PC机与PLC通讯的USB线1根

（三）、实验内容

一、会使用cx-p软件

CX-P编程软件简介

1、CX-P软件的启动及建立1个新工程。

首先安装CX-P编程软件。安装之后，选择图标双击鼠标左键，出现如图3.1。对CX－P编程软件界面的介绍如图3.2。

图3.1 CX－P编程软件界面

图3.2 CX－P编程软件界面功能说明

1－菜单2－工具条3－状态条4－用户工作区

单击“文件”菜单中的“新建”选项，出现图3.3对话框。

图3.3 改变PLC对话框

在“设备名称”栏中输入用户为PLC定义的名称；在“设备型号”栏中选择PLC的系列，例如CP1H, “设置”中无需选择CPU型号；在“网络类型”

栏中选择“USB”,进入编程软件的主界面如图3.4。

图3.4 编程主界面

2、绘制梯形图

将要编写的梯形图程序绘制在图3.4的右端的编辑窗口中。以“电动机优先启动”为例，简要说明使用CX－P软件编写梯形图的过程。按启动按钮时第一个电动机先启动运行，5秒后第二个电动机启动运行；按停止按钮时两个电动机同时停止运行。

（1）先用鼠标选取工具条中的“常开触点”按钮（），在编辑窗口中单击第1条指令行的开始位置，将弹出如图3.5所示的新触点对话框，输入图中的各

项内容后，按“确定”键。

（2）第1个触点已经输入到第1行的起始位置，如图3.6所示。

图3.6 “显示常开触点”窗口

触点的上方是该常开触点的名称和地址，下方是注释。触点左侧的红色标记表示该触点所在的指令条存在逻辑错误或者不完整。

（3）若要在第1个触点的右边串接一个常闭触点，先用鼠标选取工具条中的

“常闭触点”按钮（），然后单击第1个触点的右边位置，在弹出的对话框中输入相应的内容，完成第2个触点的输入。

（4）若要在第1行的最后输入一个线圈，可用鼠标选取工具条中的“新线圈”

按钮（），然后按照上述方法完成线圈的输入。

（5）若要在第1个触点的下方并联1个常开触点，可用鼠标选取工具条中的“新的纵线”按钮（），再点击第1个触点的右边位置，添加1条纵线，然后

按照第1步的方法，在第1个触点的下方添加1个常开触点。

（6）若要在线圈下面并上一个定时器，方法同上步。要点击工具条中的“指

令盒”按钮（），将会出现如图3.7所示的对话框，在该窗口中输入定时器指令和操作数后，按“确定”键，显示内容如图3.8。

图3.7 “输入定时器指令”窗口

图3.8 “显示定时器指令”窗口

（7）其他操作如上（1）～（6），当程序输入结束后，要在最后输入结束指令“END”，如图3.9所示。

图3.9 “添加END指令”窗口

3、程序的检查和编译

通过“PLC”菜单中的“程序检查选项”命令来实现程序编辑过程的语法和数据等检查。程序编辑完成后，选择“程序”菜单中的“编译”命令进行程序的编译，检查程序的正确性，编译的结果将显示在输出窗口中。

4、下载程序

下载过程如下：

（1）使用专用电缆将PLC与计算机相连。（实验室的已经连好）

（2）选择“PLC”菜单中的“在线工作”命令，在出现的确认对话框中，选择“是”，如图3.10所示，建立起PLC与机算计的通信。梯形图编辑窗口的背景由白色变为灰色，表明系统已经正常进入在线状态。

图3.10 “在线工作”窗口

（3）开始下载程序。选择“PLC”菜单中的“传送”命令，在下拉菜单中点击“到PLC”如图3.11。将会出现下载选项对话框，在选项中选择“程序”并确认，程序开始下载，当程序下载完成时出现“下载成功”，如图3.12，3.13。

图3.11 选择传送窗口

图3.12 下载选项窗口图3.13 程序下载窗口

5、程序的运行

选择“PLC”菜单中“操作模式”下的“运行”命令如图3.14，PLC开始运行程序。另外，还有调试及监控功能。

图3.14 选择程序运行窗口

二、使用cx-p软件编写简单的程序

控制要求：根据继电器的控制原理及思路试编写下面程序。

1、电动机的点动＋连动程序

（1）电动机的点动控制：按下点动启动按钮，电动机启动运行；松开点动

启动按钮，电动机停止运行。

输入/输出信号定义：

输入：SB1－点动控制按钮输出：M0－电动机运行

（2）电动机的连动控制：按下连动启动按钮，电动机启动运行；松开连动

启动按钮，电动机仍然继续运行；只有当按下停止按钮时，电动机才停止运行（即

启、保、停电路）。

输入/输出信号定义：

输入：SB2－连动控制按钮输出：M0－电动机运行

SB3－停止按钮

2、电动机的正反转控制程序

（1）电动机的正－停－反控制：要求按下电动机正转启动按钮电动机能够

正转启动并运行，此时按下反转启动按钮不起作用，电动机还继续正转运行，当

按下停止按钮时，电动机才停止运行。相反，当按下电动机反转启动按钮电动机

能够反转启动并运行，此时按下正转启动按钮不起作用，电动机还继续反转运行，当按下停止按钮时，电动机才停止运行。要求有自锁、互锁环节。

输入/输出信号定义：

输入：SB1－正转启动按钮输出：M0－电动机正转运行SB2－反转启动按钮M1－电动机反转运行

SB3－停止按钮

（2）电动机正/反转可任意切换、停车：要求电动机在正转时，按下反转启动按钮，电动机可由正转切换到反转运行；同样电动机在反转运行时，按下正转启动按钮，电动机可由反转切换到正转运行，系统有总的停止按钮。要求有自锁、

互锁环节。

输入/输出信号定义：

输入：SB1－正转启动按钮输出：M0－电动机正转运行SB2－反转启动按钮M1－电动机反转运行

SB3－停止按钮

（四）实验步骤

1、根据控制要求写出I/O地址分配表。

2、启动CP—X软件，设计符合控制要求的梯形图，通过转换，在指令表形式下阅读程序。然后“在线工作”，把程序下载到PLC中运行，并监视程序的运行状态。

3、根据实验内容在CP—X软件编程环境里进行编程，然后进行相关的操作。

4、保存好文件，做好各项实验记录。

5、最后把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，切断实验箱的电源，盖好实验箱的盖子。

6、写实验报告。

（五）报告要求

写出电动机的点动、连动及电机正反转的梯形图程序及指令语句。

（六）思考

1、如何将编辑好的程序下载到PLC中？

2、互锁、自锁的作用及真正的含义。

实验四基本逻辑指令编程实验

（一）、实验目的

1、熟悉cx-p编程软件的使用方法。

2、掌握PLC基本逻辑指令LD、LD NOT、AND、AND NOT、OR、OR NOT 等的使用方法。

3、会用基本逻辑指令实现顺控系统的编程。

（二）、实验设备

1、OMRON PLC及模拟实验装置1台

2、安装有CX-P编程软件的PC机1台

3、PC机与PLC通讯的USB电缆线1根

（三）、实验内容

1、基本逻辑指令的练习

（1）简单输入、输出指令的练习，参考图4.1所示的程序。

图4.1 简单输入、输出指令的程序

（2）实现与、或、非功能，参考图4.2，4.3所示的程序。结合表格，观察输出结果验证与、或、非等功能的正确性。

图4.2 与、或功能指令程序

图4.3与非、或非指令程序

2、走廊灯两地控制

控制要求：楼上开关、楼下开关均能控制走廊灯的亮灭。 输入/输出信号定义：

输入：SB1－楼上开关 输出：Y0－走廊灯 SB2－楼下开关 3、走廊灯三地控制 控制要求：走廊东侧开关、

走廊中间开关及走廊西侧开关均能控制走廊灯的亮灭。

输入/输出信号定义：

输入：SB1－走廊东侧开关 输出：Y0－走廊灯 SB2－走廊中间开关 SB3－走廊西侧开关

（四）实验步骤

1、上机练习简单输入、输出指令及与、或、非功能指令，观察实验结果。

2、根据控制要求写出I/O 地址分配表，编写走廊灯二地、三地控制梯形图及语句表程序。

3、将编写好的程序下载到PLC 中运行，根据运行情况进行调试、修改程序，直到通过为止。

4、保存好文件，做好各项实验记录。

5、最后把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，切断实验箱的电源，盖好实验箱的盖子。

6、写实验报告。

（五）报告要求

1、写出与、或、非功能指令运行结果。

2、写出用按钮分别实现两地、三地控制同一盏灯的控制梯形图及语句表程序。

3、分析控制程序。

（六）思考

分析下面的多点启、停控制程序，用基本逻辑指令写出语句表程序。

图4.4 多点启、停程序

实验五微分指令和锁存器指令练习

（一）、实验目的

1、进一步熟悉cx-p编程软件的使用方法。

2、熟悉微分指令、锁存器指令的使用方法。

（二）、实验设备

1、OMRON PLC及模拟实验装置1台

2、安装有CX-P编程软件的PC机1台

3、PC机与PLC通讯的USB电缆线 1根

（三）、实验内容

1、微分指令（DIFU、DIFD）练习

（1）输入图5.1的程序。

（2）运行程序，接通开关00000时，观察10000和10001的状态；断开开关00000时观察10000和10001的状态。按下00001时，观察10000和10001的状态。

图5.1 DIFU、DIFD指令程序

2、KEEP指令练习

（1）输入图5.2的程序。

（2）运行程序，在断开00000和闭合00000时，观察10000的状态。

（3）将图中的P_1s改为00001。运行程序，按下00000时观察10000的状态。按下00001时，观察10000的状态。