教學(xué)設(shè)備

PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入、輸出接口、電源、編程器擴展器接口和外部設(shè)備接口等幾個主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：
1、主機
主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。CPU是PLC的核心，它用以運行用戶程序、監(jiān)控輸入、輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機等）的請求以及進行各種內(nèi)部判斷等。PLC的內(nèi)部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改，另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。
2、輸入/輸出（I/O）接口
I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關(guān)等）的控制信號，輸出接口是將主機經(jīng)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、指示閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I/O點數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是PLC的一項主要技術(shù)指標(biāo)，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。
3、電源
 圖中電源是指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設(shè)備提供直流電源。
4、編程器
編程器是PLC的一種主要的外部設(shè)備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示PLC的工作情況。除手持編程器外，還可通過適配器和專用電纜線將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進行電腦編程和監(jiān)控。
5、輸入/輸出擴展單元
I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元與基本單元（即主機）連接在一起。
6、外部設(shè)備接口
此接口可將編程器、打印機、條碼掃描儀器等外部設(shè)備與主機相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。
二、PLC的工作原理
PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。
PLC的掃描一個周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。
PLC的輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺�有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。
PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。
輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。
三、PLC的程序編制
編程元件
PLC是采用軟件編制程序來實現(xiàn)控制要求的。編程時要使用到各種編程元件，它們可提供無數(shù)個動合和動斷觸點，編程元件是指輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能繼電器等。
PLC內(nèi)部這些繼電器的作用和繼電接觸控制系統(tǒng)中使用的繼電器十分相似，也有“線圈”與“觸點”，但它們不是“硬”繼電器，而PLC存儲器的存儲單元。當(dāng)寫入該單元的邏輯狀態(tài)為“1”時，則表示相應(yīng)繼電器線圈得電，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開，所以，內(nèi)部的這些繼電器稱之為“軟”繼電器。
2、編程語言
所謂程序編制，就是用戶根據(jù)控制對象的要求，利用PLC廠家提供的程序編制語言，將一個控制要求描述出來的過程。PLC最常用的編程語言是梯形圖語言和指令語句表語言，且兩者常常聯(lián)合使用。
梯開圖（語言）
梯形圖是一種從繼電器接觸控制電路圖演變而來的圖形語言。它是借助類似于繼電器的動合、動斷觸點、線圈以及串、并聯(lián)等術(shù)語和符號，根據(jù)控制要求聯(lián)接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關(guān)系的圖形，直觀易懂。
梯形圖中常用圖形符號分別表示PLC編程元件的動斷和動合接點，  用 (  ) 表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號及標(biāo)注的字母或數(shù)加以區(qū)別。
梯形圖的設(shè)計應(yīng)注意到以下三點：
1、梯形圖按從左到右、自上而下的順序排列。每一邏輯行（或稱梯級）起始于左母線，然后是觸點的串、并聯(lián)接，最后是線圈與右母線相聯(lián)。
2、梯形圖中每個梯級流過的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒有電源。這個“概念電流”，只是用來形象地描述用戶程序執(zhí)行中應(yīng)滿足線圈接通的條件。
3、輸入繼電器用于接收外部輸入信號，而不能由PLC內(nèi)部其它繼電器的觸點來驅(qū)動。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點，而不出現(xiàn)其線圈，輸出繼電器則輸出程序執(zhí)行結(jié)果給外部輸出設(shè)備，當(dāng)梯形圖中的輸出繼電器線圈得電時，就有信號輸出，但不是直接驅(qū)動輸出設(shè)備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實現(xiàn)。輸出繼電器的觸點也可供內(nèi)部編程使用。
2）指令語句表
      指令語句表是一種用指令助記符來編制PLC程序的語言，它類似于計算機的匯編語言，但比匯編語言易懂易學(xué)，若干條指令組成的程序就是指令語句表。一條指令語句是由步序、指令語和作用器件編號三部組成。

 

一、概述
  本PLC可編程控制器實訓(xùn)裝置集可編程邏輯控制器、編程軟件、仿真實訓(xùn)教學(xué)軟件、實訓(xùn)模塊、實訓(xùn)實物、電氣實訓(xùn)網(wǎng)孔板、電氣元器件模塊等于一體。在本裝置上，可直觀地進行PLC的基本指令訓(xùn)練，多個PLC實際應(yīng)用的模擬及實物控制訓(xùn)練。裝置配備的主機采用應(yīng)用廣泛的日本三菱FX系列（FX1N -40MR內(nèi)置數(shù)字量輸入24路數(shù)字量 輸出16路）可編程控制器，配套SC-09通信編程電纜、三相鼠籠異步電機，并提供實訓(xùn)所需的+24V/1A、+5V/1A直流電源。
    本PLC可編程控制器實訓(xùn)裝置適合高職院校、職業(yè)學(xué)校、技校的機電設(shè)備安裝與維修、機電技術(shù)應(yīng)用、電氣運行與控制、電氣技術(shù)應(yīng)用、電子電器應(yīng)用與維修等專業(yè)和非機電類專業(yè)的《可編程控制器技術(shù)》、《電氣及PLC控制技術(shù)》、《PLC及其應(yīng)用》的實訓(xùn)。也適合技工學(xué)校、職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校、職教中心、鑒定站的PLC實操、技能鑒定考核。

二、技術(shù)性能
1、輸入電源：三相四線（或三相五線）～380V±10% 50Hz
2、工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃)
3、裝置容量：＜500VA
4、重 量：＜110Kg
5、外形尺寸：1680mm×750mm×1600mm
6、安全保護：具有漏電壓、漏電流、過載保護裝置

三、實訓(xùn)裝置的基本配置及功能
1、實訓(xùn)控制屏（鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)）：掛放實訓(xùn)模塊，內(nèi)置滑槽，模塊在實訓(xùn)屏上可任意移位。
2、實訓(xùn)桌：鋼木結(jié)構(gòu)，桌面為防火耐磨材料制作，具有放置工具抽屜、鍵盤托、顯示器擱板。
3、網(wǎng)孔板：具有知識產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)孔實訓(xùn)板，結(jié)構(gòu)巧妙，實訓(xùn)時電氣元件不需螺絲固定，只需一插一拉即可牢牢固定在網(wǎng)孔板上，省時省力，靈活快捷。
4、控制柜：
（1）交流電源控制單元
三相四線380V交流電源經(jīng)空氣開關(guān)后給裝置供電，電網(wǎng)電壓表監(jiān)控電網(wǎng)電壓，設(shè)有帶燈保險絲保護，控制屏的供電由鑰匙開關(guān)和啟停開關(guān)控制，同時具有漏電告警指示及告警復(fù)位。
提供三相四線380V、單相220V電源各一組，由啟停開關(guān)控制輸出，并設(shè)有保險絲保護。
（2）定時器兼報警記錄儀
定時器兼報警記錄儀，平時作時鐘使用，具有設(shè)定時間、定時報警、切斷電源等功能；還可自動記錄由于接線或操作錯誤所造成的漏電告警次數(shù)。
（3）直流電源、直流電壓/電流表、邏輯輸出及指示等
直流電壓：0～10V可調(diào)輸出；直流電流：4～20mA；直流數(shù)字電壓表/電流表；電壓表量程0～200V、輸入阻抗為10MΩ、精度0.5級；電流表量程0～200 mA、精度0.5級；同時設(shè)有邏輯電平輸出（點動、自鎖）、邏輯電平指示、LED數(shù)碼管、方向指示器、八音盒、直流24V繼電器、信號轉(zhuǎn)換座若干。
（4）主機實訓(xùn)組件
配置三菱FX1N-40 mR主機，集成數(shù)字量I/O（24路數(shù)字量輸入16路數(shù)字量輸出）、RS-422通信口、SC-09通信編程電纜（也可選用其他品牌主機，價格另儀）。

5、實訓(xùn)模塊組件

 

序號	編號	控制對象實訓(xùn)模塊	實訓(xùn)教學(xué)目標(biāo)
1	DB1	搶答器/音樂噴泉	通過對搶答系統(tǒng)中各組人員搶答時序的監(jiān)視和控制，掌握條件判斷控制指令的編寫方法；通過對音樂噴泉控制系統(tǒng)中“水流”及音樂的循環(huán)控制，掌握循環(huán)指令的編寫方法。
2	DB2	裝配流水線/十字路口交通燈	通過對“生產(chǎn)流水線”順序加工過程及十字路口交通燈路況信號控制，掌握順序控制指令的編寫方法。
3	DB3	水塔水位/天塔之光	通過對“水塔水位”和“儲水池水位”變化過程的判斷，了解簡單邏輯控制指令的編寫方法。通過對天塔之光閃亮過程的移位控制，掌握移位寄存器指令的編寫方法。
4	DB4	自動送料裝車/四節(jié)傳送帶	通過對傳送帶啟停、傳送狀態(tài)的控制和對貨物在自動送料裝車系統(tǒng)中流向、流量的控制，掌握較復(fù)雜邏輯控制指令的編寫方法。
5	DB5	多種液體混合裝置	通過對“液體混合裝置”中不同液體比例及液體混合時攪拌時間的控制，掌握條件判斷指令及各種不同類型的定時器指令的編寫方法。
6	DB6	自動售貨機	通過對用戶投幣數(shù)目的識別和自動售貨機中各種“貨物”的進出控制，掌握各種計數(shù)器指令及比較輸出指令的編寫方法。
7	DB7	自控軋鋼機/郵件分揀機	通過對自控軋鋼機和郵件分揀機材料（“鋼錠“郵件”）來料數(shù)量、來料類別識別及對各種執(zhí)行器（例如“電機”）啟停時序的控制，掌握數(shù)值運算指令及中斷指令的編寫方法。
8	DB8	機械手控制/自控成型機	通過對機械手停留“位置”及自控成型機各方向“液缸位置”的控制，掌握一個完整工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中的較簡單邏輯控制程序的編寫能力。
9	DB9	加工中心	通過對加工中心中各方向“電機”運行方向及“刀庫”進出刀、換刀過程的控制，掌握一個完整工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中的較復(fù)雜邏輯控制的編寫能力。
10	DB10	四層電梯	通過對一個完整的四層電梯模型的綜合控制，初步掌握PLC控制系統(tǒng)的分析、I/O分配、設(shè)計I/O接線圖、接線、編程、調(diào)試等工作過程的綜合知識。
11	DB11	步進電機/直線運動：（實物）步進電機系統(tǒng)由驅(qū)動電路、步進電機、刻度盤、指針等組成； 直線運動系統(tǒng)由電機、同步帶、光電傳感器、導(dǎo)軌、移動塊等組成。	通過利用PLC對步進電機及直線運動實物模塊的控制，初步了解步進電機方向、拍數(shù)的控制及直線運動檢測、定位控制。
12	DB1	典型電動機控制實操單元：交流接觸器3只；時間繼電器1只，3個按鈕，3只交流指示燈，熱繼電器2只，元器件安裝與網(wǎng)孔板配套的底座。	掌握一般強電系統(tǒng)的安裝和調(diào)試工作過程知識，實現(xiàn)PLC方式的電機典型運行控制；掌握安裝和調(diào)試PLC電氣控制系統(tǒng)的有關(guān)知識。
13	DB2	網(wǎng)孔板	學(xué)會電氣控制系統(tǒng)中各元器件的布局規(guī)劃、安裝、調(diào)試過程知識。

 6.三相鼠籠異步電機，交流380V/△ 1臺
　7.PLC仿真實訓(xùn)軟件主要功能和特點
�。�1）通過FLASH虛擬環(huán)境實時顯示PLC的運行狀態(tài)
�。�2）可以實現(xiàn)PLC虛擬接線，并對接線進行錯誤檢查
�。�3）PLC編程訓(xùn)練、PLC程序編寫測試等功能
　（4）實現(xiàn)PLC運行模擬，對錯誤程序進行檢查
四、實訓(xùn)項目
（一）PLC基本技能實訓(xùn)
　1.PLC認知實訓(xùn)（軟硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、基本指令練習(xí)、接線、編程下載等）
　2.典型電動機控制實操實訓(xùn)（點動、自鎖、正反轉(zhuǎn)、星三角換接啟動等）
　3.PLC仿真實訓(xùn)
（二）PLC模擬控制應(yīng)用實訓(xùn)
　4.數(shù)碼顯示控制（實物）
　5.搶答器控制（優(yōu)先級、數(shù)值運算，具有聲效功能）
　6.天塔之光控制（閃爍、發(fā)射、流水型）
　7.音樂噴泉控制（具有聲效功能）
　8.十字路口交通燈控制
　9.水塔水位控制（自動/手動，自診斷）
　10.自動送料裝車系統(tǒng)控制
　11.四節(jié)傳送帶控制
　12.裝配流水線控制
　13.多種液體混合裝置控制
　14.自控成型機控制
　15.自控軋鋼機控制
　16.郵件分揀機控制
　17.自動售貨機控制
　18.機械手控制
　19.四層電梯控制（實物）
　20.加工中心控制（實物）
（三）PLC實物控制實訓(xùn)
　21.直線運動位置檢測、定位控制（實物）
　22.步進電機運動控制（實物）  

名稱	型號	數(shù)量	單位	備注
PLC主機	三菱FX1N-40 mR	1	臺
通訊電纜	PC-PPI	1	條
實訓(xùn)模塊	搶答器/音樂噴泉	1	塊
	裝配流水線/十字路口交通燈	1	塊
	水塔水位/天塔之光	1	塊
	自動送料裝車/四節(jié)傳送帶	1	塊
	多種液體混合裝置	1	塊
	自動售貨機	1	塊
	自控軋鋼機/郵件分揀機	1	塊
	機械手控制/自控成型機	1	塊
	加工中心	1	塊
	四層電梯	1	塊
	步進電機/直線運動	1	塊
	電動機控制實操單元	1	塊
	網(wǎng)孔板（350*550）	1	塊	具有知識產(chǎn)權(quán)
電機	交流380V三相鼠籠式異步電動機	1	臺
軟件	演示板原程序及三菱編程軟件	1	套
	組態(tài)軟件MCGS	1	套
	PLC仿真軟件	1	套
實驗臺	學(xué)生桌及控制屏	1	套
說明書	實驗指導(dǎo)	1	冊
連接線	實驗連接線50CM自鎖線	50	條
	15CM自鎖線	10	條
	系統(tǒng)排線	1	條
	Ф4電機安全疊加連線	30	條