PLC可編程控制器實(shí)驗(yàn)方案與指導(dǎo)書(shū)引言可編程邏輯控制器（PLC）作為工業(yè)自動(dòng)化的核心控制設(shè)備，其應(yīng)用已滲透到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。掌握PLC的基本原理、編程方法及應(yīng)用技能，是相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生及工程技術(shù)人員必備的能力。本實(shí)驗(yàn)方案與指導(dǎo)書(shū)旨在通過(guò)一系列由淺入深的實(shí)踐操作，幫助學(xué)習(xí)者建立對(duì)PLC控制系統(tǒng)的整體認(rèn)知，熟悉編程環(huán)境，掌握基本指令的應(yīng)用與程序設(shè)計(jì)思路，并培養(yǎng)系統(tǒng)調(diào)試與故障排查能力。本指導(dǎo)書(shū)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力和問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)，適用于高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)或工程技術(shù)人員的自學(xué)實(shí)踐。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉PLC硬件組成：認(rèn)識(shí)PLC的基本結(jié)構(gòu)、各組成部分的功能，掌握I/O模塊的接線(xiàn)方式。3.理解PLC工作原理：理解PLC的掃描工作方式及輸入、輸出映像區(qū)的概念。4.掌握基本指令應(yīng)用：熟練運(yùn)用PLC的基本邏輯指令（如LD,LDI,OUT,AND,ANI,OR,ORI,ANB,ORB,SET,RST等）進(jìn)行簡(jiǎn)單控制程序的設(shè)計(jì)與編寫(xiě)。5.培養(yǎng)系統(tǒng)調(diào)試能力：學(xué)習(xí)PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試方法，能夠分析并排除簡(jiǎn)單的軟硬件故障。6.提升工程實(shí)踐能力：通過(guò)典型控制案例的實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)運(yùn)用PLC解決實(shí)際控制問(wèn)題的初步能力。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與環(huán)境1.PLC主機(jī)：選用某主流品牌小型PLC（如基于IEC____標(biāo)準(zhǔn)的控制器），配備必要的直流電源模塊。2.編程軟件：PLC廠商提供的官方編程軟件（與所選PLC型號(hào)匹配）。3.實(shí)驗(yàn)臺(tái)：包含PLC安裝槽位、電源接口、輸入設(shè)備（按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感器模擬裝置）、輸出設(shè)備（指示燈、蜂鳴器、小型繼電器、電機(jī)模型等）及接線(xiàn)端子排。4.個(gè)人計(jì)算機(jī)：安裝有PLC編程軟件，具備與PLC通訊的接口（如USB、以太網(wǎng)）。5.工具與耗材：導(dǎo)線(xiàn)若干（不同顏色區(qū)分更佳）、剝線(xiàn)鉗、螺絲刀（十字、一字）、萬(wàn)用表。6.輔助設(shè)備（視具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目而定）：如三相異步電動(dòng)機(jī)模型、變頻器（若涉及）、示波器（若涉及信號(hào)測(cè)量）等。三、實(shí)驗(yàn)安全注意事項(xiàng)1.電氣安全：*進(jìn)行硬件接線(xiàn)或拆線(xiàn)操作前，務(wù)必確保PLC及實(shí)驗(yàn)臺(tái)總電源已斷開(kāi)。*熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源的開(kāi)關(guān)位置，遇緊急情況能立即切斷電源。*接線(xiàn)時(shí)注意區(qū)分交直流電源，防止誤接損壞設(shè)備。*避免用濕手操作電氣設(shè)備，保持工作區(qū)域干燥。2.設(shè)備保護(hù)：*PLC的I/O端口有一定的電流容量限制，外接負(fù)載時(shí)注意不要超過(guò)其額定值，必要時(shí)通過(guò)中間繼電器轉(zhuǎn)接。*愛(ài)惜實(shí)驗(yàn)設(shè)備，輕插輕拔連接線(xiàn)，避免用力過(guò)猛損壞接口或元器件。3.操作規(guī)范：*嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，不得擅自更改實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路或程序。*實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象（如異味、冒煙、異響），應(yīng)立即斷電并報(bào)告指導(dǎo)教師。*使用螺絲刀等工具時(shí)，注意避免短路。4.人身安全：*禁止在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上放置水杯、食物等與實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的物品。*保持實(shí)驗(yàn)臺(tái)面整潔，導(dǎo)線(xiàn)擺放有序，防止絆倒或拉扯。四、實(shí)驗(yàn)原理概述PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC的工作方式采用循環(huán)掃描工作方式，其工作過(guò)程大致可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，并周而復(fù)始地進(jìn)行。這種工作方式保證了PLC對(duì)輸入輸出信號(hào)的實(shí)時(shí)響應(yīng)和控制的確定性。本實(shí)驗(yàn)主要圍繞PLC的基本邏輯控制功能展開(kāi)，涉及的核心指令包括：*基本邏輯指令：用于實(shí)現(xiàn)與、或、非等邏輯運(yùn)算，如LD（取）、LDI（取反）、OUT（輸出）、AND（與）、ANI（與非）、OR（或）、ORI（或非）等。*堆棧與分支指令：用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯的分支與匯合，如MPS（進(jìn)棧）、MRD（讀棧）、MPP（出棧）、ANB（塊與）、ORB（塊或）。*定時(shí)器與計(jì)數(shù)器指令：用于實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制，如TON（通電延時(shí)定時(shí)器）、CTU（增計(jì)數(shù)器）。*置位與復(fù)位指令：用于對(duì)輸出線(xiàn)圈或內(nèi)部繼電器進(jìn)行保持性置位和復(fù)位操作，如SET（置位）、RST（復(fù)位）。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一：PLC基本操作與指示燈控制1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?熟悉PLC硬件的連接與上電過(guò)程。*理解PLC輸入輸出點(diǎn)的地址分配。*實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制指示燈邏輯。2.實(shí)驗(yàn)器材：*PLC主機(jī)及電源*編程計(jì)算機(jī)及編程軟件*實(shí)驗(yàn)臺(tái)（含按鈕、指示燈、接線(xiàn)端子）*導(dǎo)線(xiàn)、螺絲刀3.控制要求：*按下按鈕SB1，指示燈HL1點(diǎn)亮；松開(kāi)SB1，HL1熄滅。（點(diǎn)動(dòng)控制）*按下按鈕SB2，指示燈HL2點(diǎn)亮；再次按下SB2（或按下復(fù)位按鈕SB3），HL2熄滅。（自鎖/復(fù)位控制）4.I/O地址分配：*輸入：SB1-I0.0,SB2-I0.1,SB3-I0.2*輸出：HL1-Q0.0,HL2-Q0.15.硬件接線(xiàn)：*仔細(xì)檢查接線(xiàn)，確保無(wú)誤后，為PLC及實(shí)驗(yàn)臺(tái)供電。6.參考梯形圖程序（簡(jiǎn)述邏輯）：*點(diǎn)動(dòng)控制：I0.0的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)Q0.0的線(xiàn)圈。*自鎖/復(fù)位控制：I0.1的常開(kāi)觸點(diǎn)與Q0.1的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)后，串聯(lián)I0.2的常閉觸點(diǎn)，再驅(qū)動(dòng)Q0.1的線(xiàn)圈。（或使用SET/RST指令實(shí)現(xiàn)）7.實(shí)驗(yàn)步驟：*軟件安裝與設(shè)置：在計(jì)算機(jī)上安裝PLC編程軟件，根據(jù)PLC型號(hào)進(jìn)行通訊參數(shù)設(shè)置（如選擇正確的通訊端口、波特率等），建立與PLC的連接。*創(chuàng)建項(xiàng)目：新建一個(gè)項(xiàng)目，選擇正確的PLC型號(hào)。*編寫(xiě)程序：在編程界面中，根據(jù)控制要求和I/O地址分配，輸入梯形圖程序。*程序監(jiān)控與調(diào)試：將PLC切換至“運(yùn)行”模式，通過(guò)編程軟件的監(jiān)控功能，觀察程序運(yùn)行狀態(tài)。操作實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的按鈕，觀察指示燈狀態(tài)是否符合控制要求。*記錄與分析：記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，若出現(xiàn)異常，分析原因并排除故障（檢查接線(xiàn)、程序邏輯）。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二：三相異步電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)與連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?理解電動(dòng)機(jī)控制的基本電氣原理。*掌握PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)與連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制的編程方法。*理解自鎖（保持）電路的作用。2.實(shí)驗(yàn)器材：*PLC主機(jī)及電源*編程計(jì)算機(jī)及編程軟件*實(shí)驗(yàn)臺(tái)（含按鈕、接觸器、熱繼電器、電機(jī)模型）*導(dǎo)線(xiàn)、螺絲刀、萬(wàn)用表3.控制要求：*按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB1，電動(dòng)機(jī)M點(diǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)；松開(kāi)SB1，電動(dòng)機(jī)停止。*按下啟動(dòng)按鈕SB2，電動(dòng)機(jī)M連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB3，電動(dòng)機(jī)停止。*熱繼電器FR動(dòng)作時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)立即停止。4.I/O地址分配：*輸入：SB1（點(diǎn)動(dòng)）-I0.0,SB2（啟動(dòng)）-I0.1,SB3（停止）-I0.2,FR（熱繼）-I0.3*輸出：KM（接觸器線(xiàn)圈）-Q0.05.硬件接線(xiàn)：*PLC輸入回路：將各按鈕、熱繼電器的常開(kāi)/常閉觸點(diǎn)按地址分配接入PLC輸入端子。注意SB3和FR通常使用常閉觸點(diǎn)。*PLC輸出回路：PLC的輸出端子Q0.0連接至接觸器KM的線(xiàn)圈回路（注意需通過(guò)中間繼電器或直接驅(qū)動(dòng)，根據(jù)PLC輸出類(lèi)型和接觸器線(xiàn)圈電壓選擇）。接觸器主觸點(diǎn)連接至電機(jī)模型電源。*特別注意：電機(jī)模型電源的安全接線(xiàn)，確保在教師指導(dǎo)下進(jìn)行。6.參考梯形圖程序（簡(jiǎn)述邏輯）：*點(diǎn)動(dòng)控制：I0.0的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)I0.2的常閉觸點(diǎn)、I0.3的常閉觸點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)Q0.0。*連續(xù)控制：I0.1的常開(kāi)觸點(diǎn)與Q0.0的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)（實(shí)現(xiàn)自鎖），然后串聯(lián)I0.2的常閉觸點(diǎn)、I0.3的常閉觸點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)Q0.0。*將點(diǎn)動(dòng)控制支路與連續(xù)控制支路并聯(lián)。7.實(shí)驗(yàn)步驟：*安全檢查：確保電機(jī)模型電源未接通，檢查接觸器、熱繼電器等主回路接線(xiàn)是否正確、牢固。*PLC接線(xiàn)：完成PLC輸入輸出回路的接線(xiàn)，并仔細(xì)核對(duì)。*程序編寫(xiě)：根據(jù)控制要求和I/O地址分配編寫(xiě)梯形圖程序。注意停止按鈕和熱繼電器的常閉觸點(diǎn)在程序中的體現(xiàn)。*帶載運(yùn)行：在確保控制回路正常后，接通電機(jī)模型主電源，進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)和連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)操作，驗(yàn)證控制功能及過(guò)載保護(hù)功能。*故障模擬與排除：嘗試模擬某一輸入信號(hào)故障（如斷線(xiàn)），觀察現(xiàn)象并學(xué)習(xí)排查方法。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三：三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的編程方法。*深刻理解互鎖保護(hù)的重要性（電氣互鎖與程序互鎖）。*進(jìn)一步熟悉定時(shí)器等功能指令的應(yīng)用（可選，如加入延時(shí)切換）。2.實(shí)驗(yàn)器材：（在項(xiàng)目二基礎(chǔ)上增加反轉(zhuǎn)接觸器）*增加一個(gè)反轉(zhuǎn)接觸器KM23.控制要求：*按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB1，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB3，電動(dòng)機(jī)停止。*按下反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB3，電動(dòng)機(jī)停止。*正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，不允許直接切換到反轉(zhuǎn)；反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，不允許直接切換到正轉(zhuǎn)。必須先按停止按鈕。*具備必要的過(guò)載保護(hù)。*（可選）正轉(zhuǎn)切換到反轉(zhuǎn)，或反轉(zhuǎn)切換到正轉(zhuǎn)時(shí)，需經(jīng)過(guò)一段延時(shí)（如1秒），防止電源反接沖擊。4.I/O地址分配：*輸入：SB1（正轉(zhuǎn)啟動(dòng)）-I0.0,SB2（反轉(zhuǎn)啟動(dòng)）-I0.1,SB3（停止）-I0.2,FR（熱繼）-I0.3*輸出：KM1（正轉(zhuǎn)接觸器）-Q0.0,KM2（反轉(zhuǎn)接觸器）-Q0.15.硬件接線(xiàn)：*主回路：KM1和KM2的主觸點(diǎn)分別為電動(dòng)機(jī)提供正序和負(fù)序電源，注意兩者的相序切換。*控制回路：PLC輸出驅(qū)動(dòng)KM1、KM2線(xiàn)圈。確保KM1和KM2的輔助常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電氣互鎖（若程序中已實(shí)現(xiàn)軟件互鎖，此步可作為雙重保護(hù)）。6.參考梯形圖程序（簡(jiǎn)述邏輯）：*正轉(zhuǎn)控制：I0.0常開(kāi)、SB3常閉(I0.2常閉)、FR常閉(I0.3常閉)、KM2常閉(Q0.1常閉，程序互鎖)串聯(lián)，控制KM1線(xiàn)圈(Q0.0)，并加入KM1自鎖觸點(diǎn)。*反轉(zhuǎn)控制：I0.1常開(kāi)、SB3常閉(I0.2常閉)、FR常閉(I0.3常閉)、KM1常閉(Q0.0常閉，程序互鎖)串聯(lián)，控制KM2線(xiàn)圈(Q0.1)，并加入KM2自鎖觸點(diǎn)。*（可選延時(shí)切換）：在正轉(zhuǎn)停止到反轉(zhuǎn)啟動(dòng)之間，或反轉(zhuǎn)停止到正轉(zhuǎn)啟動(dòng)之間，插入一個(gè)定時(shí)器延時(shí)，確保電機(jī)停穩(wěn)后再反向啟動(dòng)。7.實(shí)驗(yàn)步驟：*接線(xiàn)與檢查：重點(diǎn)檢查主回路相序是否正確，互鎖觸點(diǎn)接線(xiàn)是否正確。*程序編寫(xiě)：特別注意在程序中加入互鎖邏輯，防止KM1和KM2同時(shí)吸合造成電源短路。*空載調(diào)試：先斷開(kāi)電機(jī)模型主電源，測(cè)試正反轉(zhuǎn)接觸器的吸合順序和互鎖功能是否正常。*帶載調(diào)試：逐步測(cè)試正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)、停止功能，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確，有無(wú)異常。*安全驗(yàn)證：故意操作“正轉(zhuǎn)時(shí)按反轉(zhuǎn)按鈕”等錯(cuò)誤操作，驗(yàn)證互鎖保護(hù)是否有效。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與現(xiàn)象分析*對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)記錄如下信息：*實(shí)驗(yàn)日期、實(shí)驗(yàn)者、同組人員、指導(dǎo)教師。*所用PLC型號(hào)、編程軟件版本。*詳細(xì)的I/O地址分配表。*關(guān)鍵的梯形圖程序片段（或附上完整程序截圖）。*實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到的現(xiàn)象（如按鈕按下時(shí)對(duì)應(yīng)輸入指示燈狀態(tài)、輸出指示燈狀態(tài)、接觸器動(dòng)作、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況等）。*實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題、故障現(xiàn)象、分析過(guò)程及解決方法。*對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，討論程序邏輯的正確性，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。*對(duì)比理論預(yù)期與實(shí)際結(jié)果，若有差異，分析原因。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)、班級(jí)、學(xué)號(hào)、姓名、實(shí)驗(yàn)日期、地點(diǎn)、指導(dǎo)教師。2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模汉?jiǎn)述本次實(shí)驗(yàn)要達(dá)到的目標(biāo)。3.實(shí)驗(yàn)原理：簡(jiǎn)要闡述實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的基本原理和相關(guān)理論知識(shí)。4.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材：列出實(shí)驗(yàn)中使用的主要設(shè)備型號(hào)、規(guī)格及數(shù)量。5.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：簡(jiǎn)明扼要地描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程和操作步驟。6.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理：整理記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制必要的圖表（如I/O地址分配表、梯形圖程序、時(shí)序圖等）。7.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)原理。8.問(wèn)題與討論：總結(jié)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決