现代电气控制实验指导书电气工程与自动化学院2021
现代电气控制 实验指导书 电气工程与自动化学院 2021
目录实验一TIA博途编程软件的使用实验二电动门控制实验实验三抢答器程序设计实验实验四人行横道按钮控制交通灯程序设计实验实验五混合液体控制装置程序设计实验实验六输料线控制实验1
1 目 录 实验一 TIA 博途编程软件的使用 实验二 电动门控制实验 实验三 抢答器程序设计实验 实验四 人行横道按钮控制交通灯程序设计实验 实验五 混合液体控制装置程序设计实验 实验六 输料线控制实验
实验一TIA博途编程软件的使用实验目的1.熟悉S7-1200的硬件组成。2.TIA博途编程软件的入门；设计小灯控制程序。3实验准备（课前预习，查资料，摘抄主要内容在实验报告中）PLC的CPU模块一般使用AC220V电源或DC24V供电，（将微处理器、电源、I/O电路，PROFINET以太网接口、高速运动控制功能组合到一个外壳中。）1215C（CPU）的产品参数及电路原理图：24VDC传感器电源输出IV3456234MOEMAAVOCTPUTSANPUIGOUTPUTS外接直流24V电源215-1AG40-0XBO2324VDC OUTPUTSD0a0Qb1CPU1215CDC/DC/DC（6ES7-215-1AG40-0XB0）CPU1215C技术规范型号CPU1215CAC/DC继电器CPU1215CDC/DC/继电器CPU1215CDC/DC/DC订货号（MLFB）6ES7215-1BG40-0XB06ES7215-1HG40-0XB06ES7215-1AG40-0XB0DC/DC/DC：直流供电，直流输入，直流输出（晶体管输出）CPU特征用户存储器125KB工作存器/4MB负教存储器，可用专用SD卡扩展/10KB保持性存储器板载数字1/014点销入/10点输出板载模拟VO2点输人/2点输出过程映像大小1024字节输人（I）/1024节输出（Q）位存储器（M）8192个牢2
2 实验一 TIA 博途编程软件的使用 一、 实验目的 1. 熟悉 S7-1200 的硬件组成。 2. TIA 博途编程软件的入门；设计小灯控制程序。 3. 二、 实验准备(课前预习，查资料，摘抄主要内容在实验报告中) PLC 的 CPU 模块一般使用 AC220V 电源或 DC24V 供电，（将微处理器、电源、I/O 电 路，PROFINET 以太网接口、高速运动控制功能组合到一个外壳中。) 1215C（CPU）的产品参数及电路原理图： DC/DC/DC :直流供电，直流输入，直流输出（晶体管输出） 外接直流 24V 电源
背饭总背线板总线接/MD24V220V漏型输入（源型输入）图中用电容隔离输入信号中的直流成分，用电阻限流：交流成分经桥式整流电路转换为直流电流。当图中的外接触点接通时，光耦合器中的发光二极管点亮，光敏三极管饱和导通，信号经背板总线接口传送给CPU模块；外接触点断开时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止。口M载板总线接OC24VA晶体管功率放大输出电路在用户程序执行阶段，当用户程序中的梯形图中的线圈OX.X=1通电，CPU模块内部的输出过程映像存储器QX.X=1，在输出信号刷新阶段，CPU将输出映像存储器QX.X的内容通过背板总线接口送到DO模块，背板总线接口电路输出电压使DO模块的QX.X端子所对应的小框内的光敏晶闸管中的发光二极管导通，光敏双向晶闸管导通，使另一个容量较大的双向晶闸管导通，使模块外部负载得电工作。信号板，可以增加需要的功能。安装时取下端子盖板，将信号板直接插入S7-1200的正面槽内。如SB1221数字量输入信号板。信号模块安装在CPU模块右边，最多可扩展8个信号模块。是输入和输出模块的统称。通信模块安装在CPU模块左边，最多可扩展3个通信模块。如PROFIBUS-DP主站模块CM1243-5，S7-1200可以和其他CPU，编程器，PROFIBUS-DP从站设备通讯。3
3 漏型输入（源型输入） 图中用电容隔离输入信号中的直流成分，用电阻限流；交流成分经桥式整流电路 转 换为直流电流。当图中的外接触点接通时，光耦合器中的发光二极管点亮，光敏三极管饱 和导通，信号经背板总线接口传送给 CPU 模块；外接触点断开时，光耦合器中的发光二极 管熄灭，光敏三极管截止。 在用户程序执行阶段，当用户程序中的梯形图中的线圈 QX.X=1 通电，CPU 模块内部的输出 过程映像存储器 QX.X=1，在输出信号刷新阶段， CPU 将输出映像存储器 QX.X 的内容通过 背板总线接口送到 DO 模块，背板总线接口电路输出电压使 DO 模块的 QX.X 端子所对应的 小框内的光敏晶闸管中的发光二极管导通，光敏双向晶闸管导通，使另一个容量较大的双 向晶闸管导通，使模块外部负载得电工作。 信号板，可以增加需要的功能。安装时取下端子盖板，将信号板直接插入 S7-1200 的正面 槽内。如 SB1221 数字量输入信号板。 信号模块安装在 CPU 模块右边，最多可扩展 8 个信号模块。是输入和输出模块的统称。 通信模块安装在 CPU 模块左边，最多可扩展 3 个通信模块。如 PROFIBUS-DP 主站模块 CM1243-5 ， S7-1200 可 以 和 其 他 CPU, 编 程 器 ， PROFIBUS-DP 从 站 设 备 通 讯
最午8个值号供块信号梯块扩展录午1块信号板信号板扩展通信模块扩展最3个通信慎块高速计数器共6个单相：3个100kHz以及3个30kHz的时钟频车，正交棉位：3个80kHZ以及3个20kHz的时钟频牢脉冲输出不论是使用款NO，5BIO还是二者的继合最多可以组态4个袜冲发生器14脉冲捕提输入共4个，情定为1ms延时中断/循环中断数孚就入14输入点数类型通型/源型（EC1类型）额定电压4mA时24VDC，领定值允许的连续电压景大30VDC浪浦电压35VDC持续0.52.5mA时15VDC湿辑1信号（最小）1mA时5VDC逻辑0信号（最大）500VAC,持续1min隔商（现场侧与逻辑侧）隔高组1滤波时间0.2、0.4.0.8.1.6、3.2、6.4和12.8ms（可选择、4个为一粗HSC时钟输入频率（最大）单相：100kHz（la.0-la.5）和30kHz（la.6-Ib.5）5-26VDC)（逻转1电平=15正交相位：80kHz（la.0-la.5）和20kHz（la.6-Ib.5）7（无相韩点）/14同时接通的翰入数500（屏藏），300（非屏藏），50（屏藏，HSC辅入）电缆长度（米）模拟辅入2输入跆数类型电压（单闸）范围0-10V满量程范围（数据宇）0-27648教宇辅出10输出点数类型出电器，干粮点圖志MOSFET电压范国5-30VDC或5-250VAC20.4-28.8VDC集成PROFINET接口2个，月用于与编程计算机、1HMI、其他PLC或设备通信PROFINET通信S7-1200CPU可以与以下设备通信：·编程设备·人机界面采用公开的用户通信和分布式I/O指令，S7-1200CPU可以和以设备通信：·其他的CPU·PROFINET/O设备（例如ET200和SINAMICS）·使用标准的TCP通信协议的设备集成的PROFINET接口允许与以下设备通信：ann·编程设备司·HMI设备·其它SIMATIC控制器支持以下协议：? TCP/IP· ISO-on-TCPPROFINET·S7通信（服务器端）4
4 集成 PROFINET 接口 2 个，用于与编程计算机、HMI、其他 PLC 或设备通信
高速脉冲输出：CPU有4个PTO/PWM高速脉冲输出（通过DC输出的CPU集成的Q0.0~Q0.3输出占空比为50%的方波脉冲序列输出PTO或脉冲宽度可以用程序控制的脉冲列输出）高速计数器：HSC1~HSC6共6个。有默认的数字量输入点。用于对发生频率高于PLC程序循环周期的事件进行计数。PLC的普通计数是在每一个扫描周期读取一次被测信号的方法来计数。实验内容三、1.了解实验台的物理结构。（实验台的白色电源线不能动，否则会引起供电故障观察实验台上的硬件结构，画出电源控制图。&SBISB2工AC220V（钢）KKi（自物）LENd空开心红2L火线专SI氏0L+KAbc24OM电饰OV32543.T1A博速使用六行1）项目视图的结构2）创建项目与硬件组态组态3）建立编程计算机和CPU的连接。通过以太网接口。（教材49页）4.“小灯控制程序”设计。1）接线2）编程3）下载程序，调试程序。四、实验报告1.指导书中“一”要求的预习内容；1215C电路原理图。2.指导书中“三”中的电源控制图。3.“小灯控制程序”项目的创建、组态，建立编程计算机和CPU的连接、编程过程及梯形图。5
5 高速脉冲输出：CPU 有 4 个 PTO/PWM 高速脉冲输出（通过 DC 输出的 CPU 集成的 Q0.0~Q0.3 输出占空比为 50%的方波脉冲序列输出 PTO 或脉冲宽度可以用程序控制的脉冲列输出） 高速计数器：HSC1~HSC6 共 6 个。有默认的数字量输入点。用于对发生频率高于 PLC 程序 循环周期的事件进行计数。 PLC 的普通计数是在每一个扫描周期读取一次被测信号的方法来计数。 三、 实验内容 1. 了解实验台的物理结构。（实验台的白色电源线不能动，否则会引起供电故障 ）。 观察实验台上的硬件结构，画出电源控制图。 2. 对照实验台，认识 S7-1200：1215C DC/DC/DC 硬件上认识。 3.TIA 博途使用入门 1）项目视图的结构 2）创建项目与硬件组态组态 3）建立编程计算机和 CPU 的连接。通过以太网接口。（教材 49 页） 4.“小灯控制程序”设计。 1）接线 2）编程 3）下载程序，调试程序。 四、实验报告 1. 指导书中“一”要求的预习内容；1215C 电路原理图。 2. 指导书中“三”中的电源控制图。 3.“小灯控制程序”项目的创建、组态，建立编程计算机和 CPU 的连接、编程过程及梯形 图
实验二PLC基本指令设计实验----电动门控制实验内容：SQ3Y3指示Y2aOSQ2SQ1图1电动门控制示意图1/0表按钮SB1一开门信号I0.0电机正转接触器Y1一自动门开Q0.0按钮SB2一关门信号I0.1电机反转接触器Y2一自动门关Q0.1按钮SB3—暂停信号I0.2行程开关SQ1一自动门关到位I0.3行程开关SQ2一自动门开到位I0.4行程开关SQ3—暂停位I0.5（1）控制要求：初始状态：SQ1、SQ2、SQ3均为OFF；Y1、Y2、Y3均为OFF。1）开关SB1合上后，电动门执行打开动作，5S后，Y1灯亮，直至门开到位SQ2为ON，停止打开动作，Y1灯灭；2）开关SB2合上后，电动门执行关闭动作，5S后，Y2灯亮，直至门关到位SQ1为ON停止关闭动作，Y2灯灭；3）在自动门开关过程中，若合上SB3，可以使自动门暂时停止动作，断开SB3，自动门继续动作；6
6 实验二 PLC 基本指令设计实验-电动门控制 一． 实验内容： I/O 表 按钮 SB1— 开门信号 I0.0 电机正转接触器 Y1— 自动门开 Q0.0 按钮 SB2— 关门信号 I0.1 电机反转接触器 Y2— 自动门关 Q0.1 按钮 SB3— 暂停信号 I0.2 行程开关 SQ1— 自动门关到位 I0.3 行程开关 SQ2— 自动门开到位 I0.4 行程开关 SQ3— 暂停位 I0.5 （1）控制要求： 初始状态：SQ1、SQ2、SQ3 均为 OFF；Y1、Y2、Y3 均为 OFF。 1) 开关 SB1 合上后，电动门执行打开动作，5S 后，Y1 灯亮，直至门开到位 SQ2 为 ON， 停止打开动作，Y1 灯灭； 2) 开关 SB2 合上后，电动门执行关闭动作，5S 后，Y2 灯亮，直至门关到位 SQ1 为 ON， 停止关闭动作，Y2 灯灭； 3) 在自动门开关过程中，若合上 SB3，可以使自动门暂时停止动作，断开 SB3，自动门 继续动作；
4）在自动门关闭的过程中，若夹到物体，则触发行程开关S03，自动门停止关闭动作，直到SQ3触发取消，自动门继续关闭动作：5）开关门电机的互锁功能。（2）写出实验程序，完成实验功能，并用按键和指示灯演示。二、实验步骤：1.新建项目2.添加新设备3.根据1/0表编写默认变量表（教材44页）4.编写程序。5.接线，调试程序，完成系统要求。三、实验报告要求：1.四种定时器脉冲定时器、接通延时定时器、关断延时定时器，时间累加器的指令形式（包括梯形图方框指令、梯形图线圈指令），各个参数说明和波形图：定时器复位线圈指令。（教材67页）2.定义好的变量表。3.用定义好的变量编程。梯形图写在报告中。四、附加任务（做的快的同学选作）：1.尝试用定时器线圈指令，代替定时器梯形图方框指令，完成上述控制要求2.用接通延时定时器设计周期和占空比可调的振荡电路，占空比为5：2附录：四种定时器。名称数据类型启动值保持性DB1'TI口Static-%0.0%Q0.0TPST口2TimeT+Oms"Tag.3'Time"Tag.4'INO3PTTimeT#OmsT#105PTMD10口4ETTimeT#OmsET"Tag_15RUfalse自Bool%0.1%DB1怡民春`TI6IN囍三BoolTag.SRTH白QfalseBool10.0 (IN)n10.1 (RT)D当前时间（ET)BCAQ0.0(Q)PTPT7
7 4) 在自动门关闭的过程中，若夹到物体，则触发行程开关 SQ3，自动门停止关闭动作， 直到 SQ3 触发取消，自动门继续关闭动作； 5）开关门电机的互锁功能。 (2) 写出实验程序，完成实验功能，并用按键和指示灯演示。 二、实验步骤： 1.新建项目 2.添加新设备 3.根据 I/O 表编写默认变量表（教材 44 页） 4.编写程序。 5.接线，调试程序，完成系统要求。 三、实验报告要求： 1.四种定时器 脉冲定时器、接通延时定时器、关断延时定时器，时间累加器的指令形式（包括梯形图 方框指令、梯形图线圈指令），各个参数说明和波形图；定时器复位线圈指令。（教材 67 页） 2.定义好的变量表。 3.用定义好的变量编程。梯形图写在报告中。 四、附加任务（做的快的同学选作）： 1.尝试用定时器线圈指令，代替定时器梯形图方框指令，完成上述控制要求 2.用接通延时定时器设计周期和占空比可调的振荡电路，占空比为 5:2 附录：四种定时器
（见波形B）。IN输入的脉冲宽度可以小于预设值，在脉冲输出期间，即使IN输入出现下降沿和上升沿，也不会影响脉冲的输出。I0.1为1时，定时器复位线圈RT通电，定时器T1被复位。如果正在定时，且N输入信号为O状态，将使当前时间值ET清零，O输出也变为O状态（见波形C）。如果此时正在定时，且IN输入信号为1状态，将使当前时间清零，但是Q输出保持为1状态（见波形D）。复位信号I0.1变为0状态时，如果IN输入信号为1状态，将重新开始定时（见波形E）%DB210.2(IN)TON%Q0.1%10.2Time10.3(RT)INQ人AT#10SPTET%MD14当前时间（ET)ADMAPT9610.3%DB2Q0.1(Q)几HHRTT%DB310.4(IN)TOF96Q0.29610.4Time10.5(RT)CDOINaTT#8S-PTET%MD18当前时间（ET)BAA96DB3%10.5Q0.2(QHE@盟运1Z77RTHPTBai%DB4I0.6(IN)TONRJALB%/0.6%Q0.3Timecn10.7(R)INQ12%10.7ET—%MD22R"T4PTPT当前时间(ET)%M3.1%DB4(PT)Q0.3(Q)D运T#155Balsx时间累加器TONR的IN输入电路接通时开始定时（见波形A和B）。输入电路断开时，累计的当前时间值保持不变。可以用TONR来累计输入电路接通的若干个时间段。图3-21中的累计时间t1+t2等于预设值PT时，Q输出变为1状态（见波形D）。复位输入R为1状态时（见波形C），TONR被复位，它的ET变为O，输出Q变为0状态。00
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实验三抢答器程序设计实验（一）实验项目概述1.熟悉西门子S7-1200硬件结构及实验装置的结构。2.熟悉并掌握西门子S7-1200的编程环境。3.完成四路抢答器程序设计及调试。（二）实验项目准备1 台1.工控实验装置1 台2.微型计算机3.设计四路抢答器的梯形图控制程序。掌握基本指令的具体使用方法，进一步理解课上讲解的基本内容。4.进一步熟悉西门子S7-1200的编程环境，要求比较熟练进行程序的录入。5.程序运行及调试。（三）实验项目实施1.观察并记录工控实验装置操作面板上各按钮、指示灯与PLC输入及输出端子的对应关系。2．接通电源。启动微型计算机，打开博途软件，进行硬件组态，在梯形图状态下，即可进行程序录入或编制。3．熟悉常开、常闭触点、按钮、继电器线圈等在梯形图中的对应关系。4.熟悉S7-1200编程环境。包括基本指令对应的梯形图逻辑、梯形图的输入、程序下载、运行调试等。5.相关内容可参考帮助信息。9
9 实验三 抢答器程序设计实验 （一）实验项目概述 1．熟悉西门子 S7-1200 硬件结构及实验装置的结构。 2．熟悉并掌握西门子 S7-1200 的编程环境。 3．完成四路抢答器程序设计及调试。 （二）实验项目准备 1. 工控实验装置 1 台 2. 微型计算机 1 台 3. 设计四路抢答器的梯形图控制程序。掌握基本指令的具体使用方法，进一 步理解课上讲解的基本内容。 4. 进一步熟悉西门子 S7-1200 的编程环境，要求比较熟练进行程序的录入。 5. 程序运行及调试。 （三）实验项目实施 1．观察并记录工控实验装置操作面板上各按钮、指示灯与 PLC 输入及输 出端子的对应关系。 2．接通电源。启动微型计算机，打开博途软件，进行硬件组态，在梯形 图状态下，即可进行程序录入或编制。 3．熟悉常开、常闭触点、按钮、继电器线圈等在梯形图中的对应关系。 4．熟悉 S7-1200 编程环境。包括基本指令对应的梯形图逻辑、梯形图的输 入、程序下载、运行调试等。 5．相关内容可参考帮助信息