《电工学》课程授课教案（讲义）可编程控制器（PLC）实验——入门篇

可编程控制器(PLC)实验一一入门篇(2学时) 实验目的 1熟悉西门子S7-200系列PLC及实验装置。 2熟悉STEP7-Micro/WN编程软件。 3 掌握S7-200系列基本指令的编程及应用。 二、 实验设备 表1PLC实验设备表 名称 数量 个人电脑（装有STEP7-Micro/WIN编程软件） 1台 PC/PPI编程电缆 1根 S7-200系列(CPU224-AC/DC/RELAY)PLC(已安装在实验箱上) 1台 THSMS-1型PLC实验装置（实验箱） 1套 实验连接导线 若干 三、 实验内容 1熟悉西门子S7-200系列PLC及实验装置 实验装置中，PLC的型号是S7-200系列的CPU224AC/DC/RELAY,其输入/输出点数 为14/10，可以满足基本的实验需求。PLC工作时需外接220V的交流电源，内部自带一个 24V的直流电源。实验装置中，PLC的交直流电源及其输入输出点的引出方式如图1所示 其中虚线为看不见的内部连线。 V+O 0009 COMO ⑤①⑨⑤①S①⑨⑤①S⑨⑤⑤⑤⑧⑨⑨ 1L00.000.100.200.32L00.400.500.6 3L00.701.001.1NL1A -8d 1M0.00.110.20.310.410.510.610.72M1.0.11.21.3n415ML+ ⑧9 ⑧8 0 ● 图1PLC的交直流电源及其输入输出点的引出方式 实验装置的面版图如图2所示，该实验装置上有11个实验，内容丰富，可供选做

可编程控制器（PLC）实验——入门篇（2 学时） 一、 实验目的 1 熟悉西门子 S7-200 系列 PLC 及实验装置。 2 熟悉 STEP7-Micro/WIN 编程软件。 3 掌握 S7-200 系列基本指令的编程及应用。 二、 实验设备 表 1 PLC 实验设备表 名称 数量 个人电脑（装有 STEP 7-Micro/WIN 编程软件） 1 台 PC/PPI 编程电缆 1 根 S7-200 系列（CPU224-AC/DC/RELAY）PLC（已安装在实验箱上） 1 台 THSMS-1 型 PLC 实验装置（实验箱） 1 套 实验连接导线 若干 三、 实验内容 1 熟悉西门子 S7-200 系列 PLC 及实验装置 实验装置中，PLC 的型号是 S7-200 系列的 CPU224-AC/DC/RELAY，其输入/输出点数 为 14/10，可以满足基本的实验需求。PLC 工作时需外接 220V 的交流电源，内部自带一个 24V 的直流电源。实验装置中，PLC 的交直流电源及其输入/输出点的引出方式如图 1 所示， 其中虚线为看不见的内部连线。 图 1 PLC 的交直流电源及其输入/输出点的引出方式 实验装置的面版图如图 2 所示，该实验装置上有 11 个实验，内容丰富，可供选做。 V+ COM 1M I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 2M I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 M L+ 24V 1L Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 2L Q0.4 Q0.5 Q0.6 3L Q0.7 Q1.0 Q1.1 N L1 AC Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3

装配流水线 LED 厂十字路口交通灯 步 水 数码 显示 输入端开美、按钮 PLC输出白 的公共列引出编子 引出端子 Q. 电 00.7 01.1 S7-200 机手 装 AC/DC/RLY 动售货机 PC输入 1Ma.1031a.5a.71.0211d 引出端子 10.010.210.410.62111.111311.5 总开关 10.00.110.210.310.410.510.610.7 A C直流电 引出子 图2C实验装置面版图

图 2 PLC 实验装置面版图 输入端开关、按钮 的公共引出端子 PLC 直流电源 引出端 子 PLC 输入 点 引出端 子 PLC 输出 点 引出端 子 1M I0.1 I0.3 I0.5 I0.7 I1.0 I1.2 I1.4 L + I0.0 I0.2 I0.4 I0.6 2M I1.1 I1.3 I1.5 M I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 V+ Q0.0 Q0.2 2L Q0.5 3L Q1.0 COM 1L Q0.1 Q0.3 Q0.4 Q0.6 Q0.7 Q1.1 S7 -200 CPU224 AC/DC/RLY 天塌之光 LED 数码 显示 水塔水位 装配流水线 十字路口交通灯 液体混合装置 机械手 自动配料 / 四节传送带 步进电机自动售货机 三层电梯 总开关

2熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件 STEP7-Micro/WIN编程软件的主界面如图3所示。 引导条 指令树 菜单条 工具条 符号区 主程序区 ■H回☒ 一矩形光标 工 图3STEP7-Micro/WIN编程软件的主界面 STEP7-Micro/.WN编程软件的使用简述如下： (1)项目文件的生成 单击“文件”菜单中的“新建”命令或工具条中的“新建”按钮，将新建一个项目文件。 单击“文件”菜单中的“打开”命令或工具条中的“打开”按钮，将打开一个已有的项 目文 在个人电脑已经与PLC建立通信的前提下，单击“文件”莱单中的“上载”命令或 具条中的“上载”按钮，可将PLC存储器中己存储的项目文件上载到个人电脑。 (2)程序的编辑（以梯形图为例） 在主界面的指今树中，打开指今夹下的位罗组夹，则如图4所示，可看到一组位罗辑指 令。双击要输入的位逻辑指令 个编程元件，多个编程 元件将组成一个梯形图。图4梯形图中的 可单击 “？?.？”,然后链入合适的操作数。主界面的指令树中，指令夹下还有计数器夹、定时器 夹等，可供选择

2 熟悉 STEP7-Micro/WIN 编程软件 STEP7-Micro/WIN 编程软件的主界面如图 3 所示。 图 3 STEP7-Micro/WIN 编程软件的主界面 STEP7-Micro/WIN 编程软件的使用简述如下： （1）项目文件的生成 单击“文件”菜单中的“新建”命令或工具条中的“新建”按钮，将新建一个项目文件。 单击“文件”菜单中的“打开”命令或工具条中的“打开”按钮，将打开一个已有的项 目文件。 在个人电脑已经与 PLC 建立通信的前提下，单击“文件”菜单中的“上载”命令或工 具条中的“上载”按钮，可将 PLC 存储器中已存储的项目文件上载到个人电脑。 （2）程序的编辑（以梯形图为例） 在主界面的指令树中，打开指令夹下的位逻辑夹，则如图 4 所示，可看到一组位逻辑指 令。双击要输入的位逻辑指令，就可在主程序区的矩形光标处放置一个编程元件，多个编程 元件将组成一个梯形图。图 4 梯形图中的“？？.？”表示此处必须有操作数，可单击 “？？.？”，然后键入合适的操作数。主界面的指令树中，指令夹下还有计数器夹、定时器 夹等，可供选择。 引导条 指令树 菜单条 工具条 符号区 主程序区 矩形光标

立逻组指令 形 指 2. 图4位逻辑指令和梯形图 如图5所示，程序的编辑，也可单击工具条中“触点”、“线图”或“指令盒”等按纽 则弹出下拉菜单。在弹出的下拉菜单中，单击要输入的指令，就可在主程序区的矩形光标处 放置 个编程元件，多个编程元件将组成一个梯形图。 下行线 左行线 触点 指今盒 右行线 线 97 图5“触点”按钮及单击“触点”按钮后的下拉莱单 (3)程序的编译 程序编辑完成后，可用“LC”菜单中的“编译”命令或工具条中的“编译”按钮对程 序进行离线编译。 下载程序时，PLC应处于“STOP”方式。可用“PLC”莱单中的“STOP”命令或工具 条中的STOP”按钮将PLC置于“STOP"方式：也可直接将PLC的方式开关直接扳到STOP

图 4 位逻辑指令和梯形图 如图 5 所示，程序的编辑，也可单击工具条中“触点”、“线圈”或“指令盒”等按钮， 则弹出下拉菜单。在弹出的下拉菜单中，单击要输入的指令，就可在主程序区的矩形光标处 放置一个编程元件，多个编程元件将组成一个梯形图。 图 5 “触点”按钮及单击“触点”按钮后的下拉菜单 （3）程序的编译 程序编辑完成后，可用“PLC”菜单中的“编译”命令或工具条中的“编译”按钮对程 序进行离线编译。 （4）程序的下载和清除 在个人电脑已经与 PLC 建立通信的前提下，可以将编译后正确的程序下载到 PLC 中去。 下载程序时，PLC 应处于“STOP”方式。可用“PLC”菜单中的“STOP”命令或工具 条中的“STOP”按钮将 PLC 置于“STOP”方式；也可直接将 PLC 的方式开关直接扳到“STOP” 位逻辑指令 梯形图 下行线 左行线 触点 指令盒 上行线 右行线 线圈

位置。 单击“文件”菜单中的“下载”命令或工具条中的“下载”按钮，将弹出下载对话框。 选择是否下载程序块、数据块和系统块后，单击“确认”按钮，即开始下载程序。下载成功 后，将显示下载成功。如设置的CPU型号与实际不符，将出现警告信息，这时应修CP 型号后再下载。 为了使下载的程序能正确执行，下我前必须将PLC存储器中的原有程序清除。清除方 法是单击“PLC”菜单中的“清除”命令。 3掌握S7-200系列基本指令的编程及应用 (1)与、或、非指令的编程及应用 S7-200系列CPU224输入、输出存储器的编号范围、功能说明如表2所示。 表2输入、输出存储器的编号范围、功能说明 编号范围 功能说明 10.0-1.5共14点 接收外部输入设备的信号 Q0.0Q1.1共10点接收程序执行结果并以此驱动外部输出设备 图6为与、或、非指令的梯形图参考程序。按图6梯形图缩程、完成硬件接线、下载程 序、最后完成实验 与爱 10.0 0.1 Q0.0 网络1 103 业莎 网络2 非沙错 图6与、或、非指令的梯形图参考程序 (2)定时器的编程及应用 S7-200系列CPU224定时器分为有记忆的通电延时定时器(TONR)、通电延时定时器 (TON)和断电延时定时器(TOF)。定时器的编号范围、功能说明如表3所示

位置。 单击“文件”菜单中的“下载”命令或工具条中的“下载”按钮，将弹出下载对话框。 选择是否下载程序块、数据块和系统块后，单击“确认”按钮，即开始下载程序。下载成功 后，将显示下载成功。如设置的 CPU 型号与实际不符，将出现警告信息，这时应修改 CPU 型号后再下载。 为了使下载的程序能正确执行，下载前必须将 PLC 存储器中的原有程序清除。清除方 法是单击“PLC”菜单中的“清除”命令。 3 掌握 S7-200 系列基本指令的编程及应用 （1）与、或、非指令的编程及应用 S7-200 系列 CPU224 输入、输出存储器的编号范围、功能说明如表 2 所示。 表 2 输入、输出存储器的编号范围、功能说明 编号范围 功能说明 I0.0~I1.5 共 14 点 接收外部输入设备的信号 Q0.0~Q1.1 共 10 点 接收程序执行结果并以此驱动外部输出设备 图 6 为与、或、非指令的梯形图参考程序。按图 6 梯形图编程、完成硬件接线、下载程 序、最后完成实验。 图 6 与、或、非指令的梯形图参考程序 （2）定时器的编程及应用 S7-200 系列 CPU224 定时器分为有记忆的通电延时定时器（TONR）、通电延时定时器 （TON）和断电延时定时器（TOF）。定时器的编号范围、功能说明如表 3 所示。 I0.0 Q0.0 网络 1 网络 2 I0.3 I0.2 Q0.2 NOT 网络 2 I0.5 I0.4 Q0.4 I0.1 或逻辑 非逻辑 辑 与逻辑

表3定时器的编号范围、功能说明 编号范围 功能说明 T0-T255共256个 10,T64 有记忆的通电延时，1ms T1T4.T65T68 有的7的师申征时，10ms T5T31,T69T95 有记忆的通电延时，100ms 32,T96 通电/断电延时，1ms T33-T36,T97-T100 通电/断电延时，10ms T37~T63,T101~T255通电/断电延时，100ms 图7为定时器指令的梯形图参考程序。按图7梯形图编程、完成硬件接线、下载程序 最后完成实验。 IN TON 100-PT10ms IN TONR +100PT10ms T34 IN TOF +100PT10ms 网络4 图7定时器的梯形图参考程 (3)计数器的编程及应用 S7-200系列CPU224计数器分为递增计数器(CTU)、递减计数器(CTD)和递增/递减 计数器(CTUD)。计数器的编号范围为C0C255共256个 图8为计数器指令的梯形图参考程序。按图8梯形图编程、完成硬件接线、下载软件 最后完成实验

表 3 定时器的编号范围、功能说明 编号范围 功能说明 T0~T255 共 256 个 T0，T64 有记忆的通电延时，1ms T1~T4，T65~T68 有记忆的通电延时，10ms T5~T31，T69~T95 有记忆的通电延时，100ms T32，T96 通电 / 断电延时，1ms T33~T36，T97~T100 通电 / 断电延时，10ms T37~T63，T101~T255 通电 / 断电延时，100ms 图 7 为定时器指令的梯形图参考程序。按图 7 梯形图编程、完成硬件接线、下载程序、 最后完成实验。 图 7 定时器的梯形图参考程序 （3）计数器的编程及应用 S7-200 系列 CPU224 计数器分为递增计数器（CTU）、递减计数器（CTD）和递增/递减 计数器（CTUD）。计数器的编号范围为 C0~C255 共 256 个。 图 8 为计数器指令的梯形图参考程序。按图 8 梯形图编程、完成硬件接线、下载软件、 最后完成实验。 网络 1 I0.1 +100 IN TONR PT 10ms T1 网络 2 T1 Q0.1 网络 3 I0.2 T1 R 网络 1 I0.3 +100 IN TON PT 10ms T33 网络 2 T33 Q0.3 网络 3 I0.4 +100 IN TOF PT 10ms T34 网络 4 T34 Q0.4

CU CTU 0.9 国络 CU CTUD 10. CD 10 10.3 C3 路 CD CID LD Q0.0 网络 5 网路工 003 网络4 图8计数器指令的梯形图参考程序 (4)定时器和计数器的扩展 由于PLC的定时器、计数器都有一定的定时范用和计数范用，如果需要的设定值超过 机器规定的范围，则可以通过几个定时器、计数器的串联组合来扩充定时范围或计数范围。 图9为定时器、计数器扩展的梯形图参考程序。按图9梯形图编程、完成硬件接线、下 载软件、最后完成实验。 0.0 CU CTU 网络1 In 5-PV M0.0 IN TOF +100 PT 10m M0.0 CU CTU Q0.0 网络3 网络子 5-PV Q0.0 网络4 图9定时器、计数器扩展的梯形图参考程序

图 8 计数器指令的梯形图参考程序 （4）定时器和计数器的扩展 由于 PLC 的定时器、计数器都有一定的定时范围和计数范围，如果需要的设定值超过 机器规定的范围，则可以通过几个定时器、计数器的串联组合来扩充定时范围或计数范围。 图 9 为定时器、计数器扩展的梯形图参考程序。按图 9 梯形图编程、完成硬件接线、下 载软件、最后完成实验。 图 9 定时器、计数器扩展的梯形图参考程序 CU CTU R PV I0.1 C1 网络 2 C1 Q0.1 网络 1 I0.2 5 CD CTD LD PV I0.3 C3 网络 4 C3 Q0.3 网络 3 I0.4 5 CU CTUD CD R I0.0 C0 网络 1 I0.1 5 网络 2 C0 Q0.0 I0.2 网络 1 I0.0 +100 IN TON PT 10ms T33 网络 2 T33 +100 IN TOF PT 10ms T34 网络 3 T34 Q0.0 CU CTU R PV I0.0 C0 网络 2 C0 M0.0 网络 1 I0.1 5 CU CTU R PV M0.0 C1 网络 4 C1 Q0.0 网络 3 I0.2 5

四、实验步骤及注意事项 (1)实验时，首先用PC/PPI编程电缆连通个人电脑和PLC。 (2)将实验装置（实际是PLC)外接220V的交流电源，但实验面版上的电源开关开 始应置于断开状态。 (3)在个人电脑上编辑、编译软件（也可提前进行）。 (4)在实验面版上电源开关置于断开状态的情况下，按实验内容的要求接好线，检查 接线无误后，合上实验面版上的电源开关。 (5)下载已编译的软件。下载软件时，应将PLC上“RUN”、“STOP”开关置于“STOP 状态。 (6)将PLC上“RUN”、“STOP”开关置于“RUN”状态，则实验开始。 五、实验报告要求 ()归纳各实验内容，画出各梯形图对应的硬件接线图 (2)总结实验收获

四、 实验步骤及注意事项 （1）实验时，首先用 PC/PPI 编程电缆连通个人电脑和 PLC。 （2）将实验装置（实际是 PLC）外接 220V 的交流电源，但实验面版上的电源开关开 始应置于断开状态。 （3）在个人电脑上编辑、编译软件（也可提前进行）。 （4）在实验面版上电源开关置于断开状态的情况下，按实验内容的要求接好线，检查 接线无误后，合上实验面版上的电源开关。 （5）下载已编译的软件。下载软件时，应将 PLC 上“RUN”、“STOP”开关置于“STOP” 状态。 （6）将 PLC 上“RUN”、“STOP” 开关置于“RUN”状态，则实验开始。 五、 实验报告要求 （1）归纳各实验内容，画出各梯形图对应的硬件接线图。 （2）总结实验收获

可编程控制器(PLC)实验一提高篇(4学时) 实验目的 1进一步熟悉STEP7-Mcro/WIN编程软件。 2完成交通路口红绿灯控制的实验，了解PLC解决实际问题的方法。 3通过选做实验，进一步增强PLC解决实际问题的能力，同时了解可逆计数器指令CTUD、 移位寄存器指今SHRB等在控制系统中的应用。 二、 实验设备 表1PLC实验设备表 名称 数量 个人电脑（装有STEP7-Micro/WIN编程软件） 1台 PC/PPI编程电级 1根 S7-200系列(CPU224-ACDC/RELAY)PLC(已安装在实验箱上) 1后 THSMS-1型PLC实验装置（实验箱） 1套 实验连接导线 若干 三、 实验内容 1交通路口红绿灯的控制 交通路口红绿灯的安排如图】所示。控制要求为：按下启动开关（若用开关控制启动） 或启动按钮（若用按钮控制启动）后，首先南北红灯亮25s,与此同时，东西绿灯先亮20s, 再闪烁3s(3次) ,然后东西黄灯亮2s。25s后转换为：东西红灯亮25s 与此同时 南北绿 灯亮20s,再闪烁3s(3次)，然后南北黄灯亮2s。以后，上述过程循环进行。上述控制过 程的时序图如图2所示，其中10.0表示用开关控制启动，10.4表示用按钮控制启动。 北 黄绿红 灯灯灯 西 东 南 图1交通路口红绿灯的安排

可编程控制器（PLC）实验——提高篇（4 学时） 一、 实验目的 1 进一步熟悉 STEP7-Micro/WIN 编程软件。 2 完成交通路口红绿灯控制的实验，了解 PLC 解决实际问题的方法。 3 通过选做实验，进一步增强 PLC 解决实际问题的能力，同时了解可逆计数器指令 CTUD、 移位寄存器指令 SHRB 等在控制系统中的应用。 二、 实验设备 表 1 PLC 实验设备表 名称 数量 个人电脑（装有 STEP 7-Micro/WIN 编程软件） 1 台 PC/PPI 编程电缆 1 根 S7-200 系列（CPU224-AC/DC/RELAY）PLC（已安装在实验箱上） 1 台 THSMS-1 型 PLC 实验装置（实验箱） 1 套 实验连接导线 若干 三、 实验内容 1 交通路口红绿灯的控制 交通路口红绿灯的安排如图 1 所示。控制要求为：按下启动开关（若用开关控制启动） 或启动按钮（若用按钮控制启动）后，首先南北红灯亮 25s，与此同时，东西绿灯先亮 20s， 再闪烁 3s（3 次），然后东西黄灯亮 2s。25s 后转换为：东西红灯亮 25s，与此同时，南北绿 灯亮 20s，再闪烁 3s（3 次），然后南北黄灯亮 2s。以后，上述过程循环进行。上述控制过 程的时序图如图 2 所示，其中 I0.0 表示用开关控制启动，I0.4 表示用按钮控制启动。 图 1 交通路口红绿灯的安排 黄 绿 红 灯 灯 灯 北 西 东 南

启动按钮0.0厂 启动开关04几 南北红灯O0.1 东西绿灯Q0.2 东西黄灯00.3 东西红灯004 南北绿灯Q0.5 南北黄灯00.6 3s_ 20s 图2交通路口红绿灯控制过程的时序图 图3所示为交通路口红绿灯控制的梯形图参考程序1，该参考程序中，0.0是用开关控 制启动。按图3所示梯形图编程、完成硬件接线、下载软件、最后完成实验。 图4所示为交通路口红绿灯控制的梯形图参考程序2，该参考程序中，【04是用按钮控 制启动。按图4所示梯形图编程、完成硬件接线、下载软件、最后完成实验

图 2 交通路口红绿灯控制过程的时序图 图 3 所示为交通路口红绿灯控制的梯形图参考程序 1，该参考程序中，I0.0 是用开关控 制启动。按图 3 所示梯形图编程、完成硬件接线、下载软件、最后完成实验。 图 4 所示为交通路口红绿灯控制的梯形图参考程序 2，该参考程序中，I0.4 是用按钮控 制启动。按图 4 所示梯形图编程、完成硬件接线、下载软件、最后完成实验 启动开关 I0.4 2s 3s 20s 3s 20s 启动按钮 I0.0 南北红灯 Q0.1 东西绿灯 Q0.2 东西黄灯 Q0.3 东西红灯 Q0.4 南北绿灯 Q0.5 南北黄灯 Q0.6