控制仪表与装置实验指导书 - zhejiang university ·...

控制仪表与装置实验指导书

冯毅萍曹峥仲玉芳编写

浙江大学控制系自动化实验中心 2014-04

2

目录

第一部分预备知识 ................................................................................................................................. 3

控制仪表 ....................................................................................................................................... 3

计算机控制装置 ........................................................................................................................... 4

CS4000 高级过程控制实验装置 ................................................................................................. 4

实验注意事项及实验报告要求 ................................................................................................... 7

第二部分控制仪表实验 ........................................................................................................................... 8

实验一变送器实验 ............................................................................................................................. 8

实验二调节阀实验 ............................................................................................................................. 9

实验三调节器实验 ........................................................................................................................... 10

实验四 DCS 系统认识实验 .............................................................................................................. 12

第三部分可编程控制器实验 ................................................................................................................... 14

实验一.基本指令编程实验 ............................................................................................................... 14

实验二 LED 数码显示控制 ............................................................................................................... 17

实验三天塔之光模拟控制 ............................................................................................................... 18

实验四步进电机运动控制 ............................................................................................................... 19

实验五十字路口交通灯控制 ........................................................................................................... 20

实验六水塔水位控制模拟 ............................................................................................................... 21

实验七装配流水线的模拟控制 ....................................................................................................... 22

实验八液体混合装置控制的模拟 ................................................................................................... 23

实验九机械手动作的模拟 ............................................................................................................... 24

实验十四节传送带的模拟 ............................................................................................................... 25

实验十一自动配料系统控制的模拟 ............................................................................................... 26

实验十二自动售货机的模拟控制 ................................................................................................... 27

实验十三四层电梯控制系统的模拟 ............................................................................................... 28

3

第一部分预备知识

控制仪表与装置是实现生产过程自动化必不可少的工具，采用各种控制仪表或控制装置可以构

成所需的自动控制系统，以满足各种不同的工业生产过程控制的要求。随着工业技术的更新，特别

是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，自动化仪表已经进入了计算机控制装

置为主的时代，常见的有 PLC 控制系统、集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）以及工

业以太网控制系统等。

控制仪表

广义上的控制仪表包括变送器、控制器和执行器。

变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号（或将传感器输入的非电量转换成

电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源）的转换器。传感器和变送器一同构成自动控制的

监测信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。变送器的种类很多，用在工控仪表

上面的变送器主要有温度变送器、压力变送器（图 1）、流量变送器、电流变送器、电压变送器等

等。

控制器是将生产过程参数的测量值与给定值进行比较，得出偏差后根据一定的调节规律产生输

出信号推动执行器消除偏差量，使该参数保持在给定值附近或按预定规律变化。在化工生产中，又

称调节器或调节仪表。它把所需控制的被控变量的测量值与要求的设定值进行比较，得出偏差，按

照一定的函数关系(称为控制规律)发生控制作用，操纵控制阀或其他执行器以实现对生产过程的控

制。在化工生产中常见的被控变量有温度、流量、压力、液位和成分等。常规的控制器内部用模拟

信号联系和运算，故称模拟控制仪表，也称调节器。控制器内部用数字信号联系和运算的，称为数

字式控制仪表，也称数字调节器（如图 2）。

图 1 压力变送器图 2 数字调节器图 3 气动调节阀

控制仪表的控制规律一般有开关控制和连续控制。开关控制成本低廉，只能用于精度要求不高

的场合；连续控制能实现被控变量的精确定位，在工业自动化中应用广泛，常用的控制规律有比例

积分微分（PID）控制。

执行器是接收控制信息并对受控对象施加作用的装置。执行器也是控制系统正向通路中直接改

变操纵变量的仪表，由执行机构和调节机构组成。

调节阀（图 3）是过程工业中最常用的执行器，由执行机构（电动或气动装置）和阀体组成。

它在自动控制系统中的作用是接受来自调节器发出的信号，以其在工艺管路的位置和特性，调节工

艺介质的流量，从而将被控数控制在生产过程所要求的范围内。

4

在工业现场，变送器、控制器与执行器之间的信号传输有统一的标准。常用的有 4～20mA、0～

10mA 电信号，0～0.1MPa 气信号等。

计算机控制装置

当前主流的计算机控制装置主要有可编程控制器（PLC）、集散控制系统（DCS）、现场总线控

制系统（FCS）。这里以可编程控制器为例，介绍计算机控制装置的基本原理和组成。

可编程控制器（Programmable Controller）是计算机控制装置家族中的一员，由于其缩写 PC

早已成为个人计算机的代名词，而且早期的可编程控制器主要应用于开关量的逻辑控制，因此为区

别起见称之为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称 PLC。当然随着技术

的发展，今天的 PLC 绝不意味着只有逻辑控制功能，它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、

自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置；具有体积小、功能强、编程

简单、灵活通用、可靠性高、维护方便等一系列优点，广泛应用于各种中小型控制系统（图 4 为典

型的 PLC 控制系统拓扑结构）。

图 4 PLC 两级计算机控制系统结构示意图

全世界 PLC 的生产厂家约有 200 多家，主要的生产厂家都集中在美国、欧洲和日本，美国产品

的代表是 A-B 公司的 PLC，欧洲产品的代表是 Siemens PLC，日本产品的代表是 OMRON、三菱等。

美国和欧洲的 PLC 技术的形成是在相互隔离的情况下独立研究开发获得的，因此它们两者的产品

常表现出明显的差异性，而日本的 PLC 技术是从美国引进的，因此对美国产品有一定的继承性。

本教材使用的是欧姆龙 CPM2AH 型 PLC。

CS4000 高级过程控制实验装置

CS4000 型过程控制实验装置是中控科教根据自动化及相近专业的教学特点和学生培养目标，

结合国内外最新科技动态而推出的集智能仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术为一体

的普及型多功能实验装置。

…….

工业 PC 机

可编程序控制器（PLC）

打印机 UPS

输入模块输出模块

显示器

配电器配电器调节阀

现场各种流量、温度、压力变送器

…….

…

5

图 5 CS4000 型过程控制实验装置的原理图

图 6 CS4000 型过程控制实验装置的总貌

装置的检测机构

CS4000 装置的检测仪表主要有扩散硅式压力传感器，电磁流量计，Pt100 热电阻温度传感器等。

输出 4-20mA 标准电流信号。

装置的执行机构

CS4000 装置的执行机构主要有可控硅移相调压装置，电动调节阀，变频器等。输入 4-20mA

标准电流信号。

6

装置的控制系统

CS4000 过程控制实验装置可以采用智能数字仪表控制系统、DDC 计算机直接控制系统、PLC

可编程控制系统、DCS 集散控制系等来进行控制。本实验室配置了以 C3000 和 C6000 为核心的智

能数字常规控制仪表以及 ECS-700 集散控制系统。

装置的接线面板介绍

CS4000 过程控制实验装置的接线面板柜安放在操作台的左边，接线实物图如图 7 所示，上部

是 C3000 智能调节记录仪及其连接端子，中间是 C6000 智能调节记录仪及其连接端子，下部是装

置对象过来的所有检测信号及送往装置的控制信号连接端子，另外还包含与 DCS 集散系统连接的

端子，具体说明请见铭牌。

图 7 CS4000 操作台接线面板实物图

各种变送器、控制器、执行器的详细参数和操作方法，详见相关的仪表说明文档。

7

实验注意事项及实验报告要求

（一）应做好实验准备工作

１、明确所做实验的目的和要求。

２、根据实验室的现有条件，拟定实验方案，编写程序框图，熟悉仪器设备的操作启动方法等。

（二）实验报告要求

实验报告必须简洁明了，数据完整，交待清楚，结论明确，有讨论，有分析，得出的公式或图

线有明确的使用条件，报告的格式不强求一致，但一般应包括下列各项:

1、报告的题目；

2、报告的编写人及同组实验人员的姓名；

3、实验的目的；

4、实验的基本原理、硬件配置图、接线图及软件框图等，实验设备及必要说明；

5、实验内容及主要操作步骤；

6、实验数据及实验现象记录。

7、根据实验任务，明确提出本次实验的结论。

8、分析讨论，要对实验结果作出分析误差大小及原因的讨论，对实验中发现的问题应作讨论，对

实验方法、实验设备有何改进的意见也可写在这里。

9、附录：程序清单、参考资料等。

8

第二部分控制仪表实验

实验一变送器实验

实验目的

① 掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。

② 掌握 C3000 过程控制器的基本组态方法。

③ 理解传感器信号范围、零点迁移与量程的相互影响。

实验器材

① CS4000 型过程控制实验装置。

② C3000 过程控制器、实验连接线。

③ 计算机、无纸记录仪数据采集软件 Inscan6.3、RS232/485 转换器、打印机。

实验原理

如图 8 所示，将液位变送器信号接入 C3000 过程控制器，手动为水箱加水，观察并记录液位升

高过程中水箱液位的读书与变送器输出的信号。

液位

变送器模入通道1

24 电源

图 8 变送器实验系统连接图

实验内容和步骤

① 将左下液位水箱的液位信号送至 C3000 过程控制器模拟量输入通道 1。

② 打开主管路泵前手阀 V1 和电动调节阀前手阀 V4，打开左下液位水箱进水阀 V11。

③ 打开控制台及实验对象电源开关（先合上空气开关，再按启动按钮），打开 C3000 过程控制

器电源开关、电动调节阀、检测设备电源开关。

④ 按 C3000 的 menu 键以工程师身份进入 C3000 的组态画面，设定模入通道 1 输入信号类别

为 4-20mA 电流信号，量程范围也设置为 4-20mA。退出组态时要“启用”组态。

⑤ 将调节阀门开度手动调至 40%，切换至监控画面，打开主管路泵，观察储水罐液位逐渐上

升的过程，将传感器信号及液位高度填入表 1。

表 1 传感器信号与液位高度记录表

传感器信号（mA）液位高度 h（mm）

实验报告要求

① 按照实验报告规定的格式要求撰写实验报告；

9

② 每个实验要求画出相应的实验框图、接线图，写出必要的实验步骤，记录相应的实验数据

和实验曲线；

思考题

① 为什么工业现场信号传输规格通常是电流信号而不是电压信号？

② 为什么零点和量程是相互影响的?

实验二调节阀实验

实验目的

① 掌握实验装置的基本操作与调节阀的校验方法。

② 掌握 C3000 过程控制器的基本组态方法。

③ 了解工业现场标准信号的规格。

实验器材




实验原理

手动调节 C3000 过程控制器的输出，观察并记录不同的输出信号下电动调节阀开度的变化，以

及管路流量的变化。

流量

变送器-

+

调节阀模出通道1

模入通道2

图 9 调节阀实验系统连接图


① 将主回路流量信号送至 C3000 过程控制器模拟量输入通道 2，将模拟量输出通道 1 信号送至

电动调节阀。

② 打开主管路泵前手阀 V1 和电动调节阀前手阀 V4，打开左下液位水箱进水阀 V11。



④ 按 C3000 的 menu 键以工程师身份进入 C3000 的组态画面，设定模入通道 2 输入信号类别

为 4-20mA 电流信号，通道 2 的量程范围为 0-1.2m3/h；模出通道 1 信号类别为 4-20mA 电流信号，

表达式设为第一个控制回路的输出，退出组态时要“启用”组态；再进入调整画面，将调节回路 1

设为手动。

⑤ 进入 PID 画面，手动改变控制器输出，观察调节阀开度的变化，将输出信号、调节阀开度

值和主回路流量填入表 2。

10

表 2 输出信号与调节阀开度记录表

输出信号（mA）调节阀开度（%）主回路流量（m3/h）

实验报告要求


② 每个实验要求画出相应的实验框图、接线图，写出必要的实验步骤，记录相应的实验数据

和实验曲线；

思考题

执行器（调节阀）是两线制还是四线制，为什么?

实验三调节器实验

实验目的

① 了解常用的控制方案及其原理。

② 掌握常用控制方案参数设置的基本方法。

实验器材




实验原理

本实验需构建一个单回路控制系统（如图 11），以左下水箱为控制对象，被控变量是水箱液位。

液位变送器将检测得到的信号传送到控制器，控制器通过一定的控制算法，输出信号至执行器（调

节阀），通过调节阀开度变化来对被控变量施加作用。

控制对象控制器

执行器

测量变送

24V电源

- +

- +

+

+

-

-

- +

PV

MV

SV 控制对象控制器

执行器

测量变送

24V电源

- +

- +

+

+

-

-

- +

PV

MV

SV

图 10 调节器实验系统连接图

位式控制是一种常见的控制方案，变送器把被控变量转变为电流信号 Ii，它与位式控制器设定

的上限输入 Imax和下限输入 Imin 比较，从而决定位式控制器输出信号的闭合与断开，即控制加在调

节阀上的信号有无。图 12 为位式控制器的工作原理。

11

图 11 位式控制器的输入输出特性

图中 Io——位式控制器的输出 Ii——位式控制器的输入

Imax——位式控制器的上限输入 Imin——位式控制器的下限输入

由图 15 可见，Io 与 Ii 的关系不仅有死区存在，而且还有回环。执行器只有“开”或“关”两

种极限工作状态，故称这种控制器为二位控制器。该系统的工作原理是：当被控制的水箱液位下降

到小于设定下限时，即 Ii<Imin 时，位式控制器的输出继电器闭合，调节阀获得最大输入信号（20mA），

使开度达到最大；随着液位的不断升高，Ii 也不断增大，当增大到大于设定值上限时，即 Ii > Imax

时，则位式控制器的输出继电器断开，调节阀获得最小输入信号（4mA）。由于这种控制方式具有

冲击性，易损坏元件，只适用在对控制质量要求不高的场合。

PID 控制方案是工业现场应用最广泛的常规控制方案，控制方框图如图 13 所示。

图 12 单回路 PID 控制方框图

其原理是将被控变量的设定值与测量值进行比较，得出偏差信号（e+）按一定控制规律作用后

给出控制信号（u+），这里的控制信号连续可变，能够实现精确控制。工业自动化中常用的连续控

制包括三种基本控制规律：①比例作用(P),控制器输出的变化与偏差的变化成比例。偏差越大，控

制作用越强。用于不要求严格消除残余偏差的场合。②积分作用(I),控制器输出的变化率与偏差成

比例。用于要求消除残余偏差的场合，较少单独使用。③微分作用(D),控制器输出与偏差的变化率

成比例，用于需要加速调节过程的场合，不单独使用。常用的控制规律往往是比例作用与其他作用

的组合。如一般参数（如流量）的控制常用比例积分作用(PI)；对惯性较大的对象(如温度、成分)

控制常用比例积分微分作用(PID)。


此实验以左下液位水箱的液位为实验对象。

① 将左下液位水箱的液位信号送至 C3000 过程控制器模拟量输入通道 1，将模拟量输出通道

12 信号送电动调节阀，为了同时记录控制器输出信号，可以将模拟量输出信号串联接入模拟量输

入通道 2，具体接线如图 14 所示。

12

图 13 单容水箱特性测试接线图

② 打开主管路泵前手阀 V1 和电动调节阀前手阀 V4，打开左下液位水箱进水阀 V11。将左下

水箱出水阀 V10 打开至适当开度。



④ 按 C3000 的 menu 键以工程师身份进入 C3000 的组态画面，设定模入通道 1 和 2 输入信号

类别为 4-20mA 电流信号，通道 1 量程设置为 0-27cm，通道 2 量程设置为 4-20mA；模出通道 1 信

号类别为 4-20mA 电流信号，表达式设为第一个控制回路的输出，退出组态时要“启用”组态；再

进入调整画面，将调节回路 1 设为手动；C3000 的设定步骤如图 9。

⑤ 进入组态画面，建立一个 ONOFF 控制回路，完成相应的参数设置。

⑥ 打开主管路泵，将控制回路投自动，并将设定值设置为 13cm，观察记录控制曲线。

⑦ 关闭主回路泵，进入组态画面，建立一个 PID 控制回路，完成相应的参数设置。

⑧ 打开主回路泵，将控制回路投自动，将设定值设置为 13cm，观察记录控制曲线。

⑨ 改变 PID 参数，重复步骤⑧

实验报告要求


② 画出相应的实验框图、接线图，写出必要的实验步骤，记录必要的数据和响应曲线；

思考题

① 位式控制系统与连续的 PID 控制系统有什么区别？

② 分析 PID 参数对控制性能的影响。

③ 数字信号如何实现近似的连续控制？

实验四 DCS 系统认识实验

实验目的

① 熟悉计算机集散控制系统的软硬件配置。

② 了解集散控制系统的系统功能和结构组成。

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③ 掌握集散控制系统的选型与安装方法。

④ 了解集散控制系统的运行操作过程。

实验器材


② 实验操作台、实验连接线。

③ WebField ECS-700 集散控制系统及 VisualFiled 系统软件。

④ 计算机、打印机等。

实验内容

① 根据 CS4000 型过程控制实验装置的控制要求，进行 DCS 控制系统的硬件选型和 DCS 控

制柜的设计。

② 画出 DCS 控制系统的结构图、网络通信配置图和硬件接线图（端子接线图）。

③ 会安装 VisualFiled 系统软件。

实验步骤

① 实验前阅读《ECS-700 系统的硬件手册》、《ECS-700 系统培训.PDF》和《DCS 实验指

导.PPT》，学习 ECS-700 系统各个模块的功能特点、硬件选型、系统集成、安装方法。

② 根据 CS4000 型过程控制实验装置确定控制回路和控制方案，结合 ECS-700 系统的硬件手

册，进行硬件选型。

③ 设计 ECS-700 的控制站。

④ 绘制 ECS-700 控制系统的结构图。

⑤ 绘制 ECS-700 控制系统的网络通信配置图。

⑥ 绘制 ECS-700 控制系统的硬件接线图。

⑦ 阅读《VF 软件安装规范.pdf》，学习 VisualFiled 系统软件的安装。

实验报告要求

① 按实验报告规定的格式要求撰写实验报告；

② 简述 DCS 系统的构成及特点；

④ 列出硬件选型清单；

⑤ 画出系统结构图、网络通信配置图以及硬件接线图。

⑥ 简要说明 VisualFiled 系统软件的安装步骤及注意事项。

注意事项

① 实验过程中，DCS 系统的卡件、网线等不要随意插拔。

② 实验时其他注意事项参照常规实验要求。

思考题

① ECS-700 集散控制系统的组成及功能特点？

② ECS-700 的网络结构是怎样的？

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第三部分可编程控制器实验

实验一.基本指令编程实验

1.1 与或非功能实验

一、实验目的

1、熟悉 PLC 实验装置，OMRON 可编程控制器CPM2AH 系列的外部接线方法。

2、了解编程软件 CX-Programmer 的编程环境，软件的使用方法。

3、掌握与、或、非逻辑功能的编程方法。

二、实验说明

首先根据参考程序，判断10.01、10.02、10.03、10.04 的输出状态，再拨动输入开关0.01、

0.03，观察输出指示灯10.01、10.02、10.03、10.04 是否符合与、或、非逻辑的正确结果。

三、实验面板图

图 14 PLC 实验箱面板图

四、实验步骤

1、输入输出接线

24V配电＋端接控制对象的V＋，－端接控制对象的COM

24V配电＋端接输入端子排的COM

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24V配电－端接输出端子排的COM（输出端子所有COM短接）

2、打开主机电源将程序下载到主机中。

3、启动并运行程序观察实验现象。

五、梯形图参考程序

与门输出指令：

或门输出指令：

或非门输出指令：

与非门输出指令：

六、实验内容

抢答器设计

抢答器实质上是一个优先电路：输入信号 A（0.00）或输入信号 B（0.01）中先到者取得优先

权，后到者无效。A、B对应的输出信号分别为 10.00、10.01。

1.2 定时器/计数器功能实验

一、实验目的

掌握定时器、计数器的正确编程方法，并学会定时器和计数器扩展方法。

二、实验说明

定时器的控制是经过时间继电器的延时动作，然后产生控制作用。其控制作用同一般延时继电

器一样。

三、实验步骤

1、输入输出接线（同1.1）



四、梯形图参考程序

1、一般延时电路的参考程序

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2．长时间延时电路的参考程序

由于PLC 的定时器和计数器有一定的定时范围和计数范围。如果需要的设定值超过其范围，我

们可以通过几个定时器和计数器的串联组合来扩充设定值的范围。

3．计数器实验

OMRON 系列的内部计数器分为计数器和可逆计数器两类。

实验参考程序，计数器指令：

4.计数器的扩展实验

计数器的扩展与定时器扩展的方法类似（程序略）。

五、实验内容

单稳态触发电路设计

单稳态触发电路的工作特点是：只有一个稳定状态，即无信号触发时，电路处于稳定状态；在

外来触发脉冲作用下，可从稳定状态翻转到暂稳态，经过一段时间后又自行回到稳定状态。假设稳

定状态为低电平，暂稳态为高电平，触发信号为 0.00，输出为 10.00。试设计一个单稳态触发器，

暂稳态维持的时间为 1s。

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实验二 LED 数码显示控制

在LED 数码显示控制单元完成本实验

一、实验目的

熟练掌握移位寄存器SFT ，能够灵活的运用。

二、实验说明

1）SFT 指令简介

SFT 指令由三个执行条件I、P 和R 控制。如果SFT 指令执行，且1）P 端上次执行条件为“OFF”，

当前执行条件为“ON”；2）R 端为“OFF”，则执行条件I 状态移入ST 和E 之间定义的移位寄存

器的最低位。

2）参考程序描述

按下启动按钮后，由八组LED 发光二极管模拟的八段数码管开始显示：先是一段段显示，显示

次序是A、B、C、D、E、F、G、H,随后显示数字及字符，显示次序是0、1、2、3、4、5、6、7、8、

9、A、b、C、d、E、F，断开启动按钮程序停止运行。


图 15 LED 数码显示面板图

四、实验步骤


a) 电源线




b) 信号线


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实验三天塔之光模拟控制

在天塔之光单元完成本实验

一、实验目的

了解并掌握移位指令SFT 基本应用及编程方法。

二、实验说明

合上启动开关后，按以下规律显示：L1→L1、L2→L1、L3→L1、L4→L1、L2→L1、L2、L3、L4

→L1、L8→L1、L7→L1、L6→L1、L5→L1、L8→L1、L5、L6、L7、L8→L1→L1、L2、L3、L4→L1、

L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8→L1----循环执行，断开启动开关程序停止运行。


图 16 天塔之光面板图

四、实验步骤


a) 电源线




b) 信号线



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实验四步进电机运动控制

在步进电机单元完成本实验

一、实验目的

了解移位寄存器指令在控制系统中的应用及编程方法。

二、实验说明

使用移位寄存器指令，可以大大简化程序设计。移位寄存器指令所描述的操作过程如下：若在

输入端输入一串脉冲信号，在移位脉冲作用下，脉冲信号依次移位到各个寄存器的内部继电器中，

并将这些内部继电器的状态输出，每个内部继电器可在不同的时间内得到由输入端输入的一串脉冲

信号。


图 17 步进电机面板图

四、实验步骤


a) 电源线



b) 信号线



20

实验五十字路口交通灯控制

在十字路口交通灯单元完成本实验

一、实验目的

熟练使用基本指令，根据控制要求，掌握PLC 的编程方法和程序调试方法，了解使用PLC解决

一个实际问题。

二、实验说明

信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东

西绿灯亮，东西和南北的LED 数码管由25 秒开始倒计时，当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭，

LED 数码管复位显示25；南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒；

东西和南北的LED 数码管也开始由25秒开始倒计时，到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。

在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北

红灯熄灭，绿灯亮，东西和南北的LED 数码管又由25秒开始倒计时。东西红灯亮维持30秒。南北绿

灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿

灯亮。周而复始。


图 18 交通灯面板图

四、实验步骤

1、输入输出接线。

a) 电源线




b) 信号线


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实验六水塔水位控制模拟

在水塔水位控制单元完成本实验

一、实验目的

用PLC 构成水塔水位自动控制系统。

二、实验说明

当水池水位低于水池低水位界（S4 为ON 表示），阀Y 打开进水（Y 为ON）定时器开始定时，

4 秒后，如果S4 还不为OFF，那么阀Y 指示灯闪烁，表示阀Y 没有进水，出现故障，S3 为ON后，

阀Y 关闭（Y 为OFF）。当S4 为OFF 时，且水塔水位低于水塔低水位界时S2 为ON，电机M运转抽水。

当水塔水位高于水塔高水位界时电机M 停止。


图 19 水塔水位控制面板图

四、实验步骤


a) 电源线




b) 信号线

2、打开主机电源开关将程序下载到主机中。


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实验七装配流水线的模拟控制

在装配流水线单元完成本实验

一、实验目的

了解移位寄存器在控制系统中的应用及针对位移寄存器指令的编程方法。

二、实验说明

在本实验中，传送带共有十六个工位。工件从1 号位装入，依次经过2 号位、3 号位………16

号工位。在这个过程中，工件分别在A（操作1）、B（操作2）、C （操作3）三个工位完成三种装

配操作，经最后一个工位送入仓库。按下启动开关SD ，程序按照D→A→E→B→F→C→G→H 流水线

顺序自动循环执行；在任意状态下选择复位按钮程序都返回到初始状态；选择移位按钮，每按动一

次，工件运行一步。


图 20 装配流水线面板图

四、实验步骤


a) 电源线




b) 信号线



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实验八液体混合装置控制的模拟

在液体混合装置单元完成本实验

一、实验目的

熟练使用置位和复位等各条基本指令，通过对工程实例的模拟，熟练地掌握PLC 的编程和程序

调试。

二、实验说明

由实验面板图可知：本装置为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3 为液面传感器，液体A、B 阀

门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3 控制，M 为搅动电机，控制要求如下：按下启动按钮SB1，

装置投入运行时，液体A、B 阀门关闭，混合液阀门打开20 秒将容器放空后关闭：液体A 阀门打开，

液体A 流入容器。当液面到达SL2 时，SL2 接通，关闭液体A 阀门，打开液体B阀门。液面到达SL1

时，关闭液体B 阀门，搅动电机开始搅动。搅动电机工作6 秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开

始放出混合液体。当液面下降到SL3 时，SL3 由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀

门关闭，开始下一周期。停止操作:在当前的混合液操作处理完毕后.按下停止按钮SB1，停止操作。


图 21 液体混合装置面板图

四、实验步骤


a) 电源线




b) 信号线

输入 SB1 SL1 SL2 SL3

0000 0001 0002 0003

输出 YV1 YV2 YV3 YKM

1000 1001 1002 1003



24

实验九机械手动作的模拟

在机械手单元完成本实验

一、实验目的

用数据移位指令来实现机械手动作的模拟

二、实验说明

下图为一个将工件由A 处传送到B 处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电

磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀

线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电

为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时

执行放松动作。设备装有上、下限位开关和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，

即为：


图 22 机械手动作模拟面板图

四、实验步骤

1、输入输出连线

a) 电源线




b) 信号线



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实验十四节传送带的模拟

在四节传送带单元完成本实验

一、实验目的

通过使用各基本指令，进一步熟练掌握PLC 的编程和程序调试。

二、实验说明

有一个用四条皮带运输机的传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求如下：启动时先起

动最末一条皮带机，经过1 秒延时，再依次起动其它皮带机。停止时应先停止最前一条皮带机，

待料运送完毕后再依次停止其它皮带机。当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机

立即停止，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。例如M2 故障，M1、M2 立即停，经过1 秒延

时后，M3 停，再过1 秒，M4 停。当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面的皮带机停止，该皮带

机运行1 秒后停，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才停止。例如，M3 上有重物，M1、M2 立即

停，再过1 秒，M4 停。


图 23 四节传送带面板图

四、实验步骤

1、输入输出连线

a) 电源线




b) 信号线



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实验十一自动配料系统控制的模拟

在自动配料单元完成本实验

一、实验目的

1、熟练掌握PLC 的编程和程序调试。

2、了解掌握现代工业中自动配料系统的工作过程和编程方法。

二、实验说明

系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料，当车装满时，配料系

统能自动关闭。

1、初始状态

系统启动后，红灯L2 灭，绿灯L1 亮，表明允许汽车开进装料。料斗出料口D2 关闭，若料位

传感器S1 置为OFF（料斗中的物料不满），进料阀开启进料（D4 亮）。当S1 置为ON（料斗中的物

料已满），则停止进料（D4 灭）。电动机M1、M2、M3 和M4 均为OFF。

2、装车控制

装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1 置为ON，红灯信号灯L2 亮，绿灯L1灭；

同时启动电机M4，经过1S 后，再启动启动M3，再经2S 后启动M2，再经过1S 最后启动M1，再经过

1S 后才打开出料阀（D2 亮），物料经料斗出料。当车装满时，限位开关SQ2 为ON，料斗关闭，1S

后M1 停止，M2 在M1 停止1S 后停止，M3在M2 停止1S 后停止，M4 在M3 停止1S 后最后停止。同

时红灯L2 灭，绿灯L1 亮，表明汽车可以开走。

3、停机控制

按下停止按钮SB2，自动配料装车的整个系统终止运行。


图 24 自动配料系统面板图

四、实验步骤


a) 电源线




27

b) 信号线



实验十二自动售货机的模拟控制

在自动售货机单元完成本实验

一、实验目的

了解并掌握可逆计数器CNTR 在控制系统中的应用，灵活运用定时器TIM实现脉冲功能。

二、实验要求

M1、M2、M3 三个复位按钮表示投入自动售货机的人民币面值，YO 为货币指示（例如按下M1 则

Y0 显示1）。自动售货机里有汽水（3 元/瓶）和咖啡（5 元/瓶）两种饮料，当Y0 所显示的值大

于或等于这两种饮料的价格时，C 或D 发光二极管会点亮，表明可以购买饮料；按下汽水按钮或咖

啡按钮表明购买饮料，此时A 或B 发光二极管会点亮，延时0.1S， E 或F 发光二极管会点亮，表

明饮料已从售货机取出；按下ZL 按钮表示找零，此时Y0 清零，延时0.6S 找零出口G 发光二极管

点亮。


28

图 25 自动售货机面板图

四、实验步骤


a) 电源线




b) 信号线

2、根据接线设计程序，实现自动售货机的功能。

3、编译调试，直至达到实验要求。

4、运行程序观察现象。

实验十三四层电梯控制系统的模拟

在四层电梯控制系统单元完成本实验

一、实验目的

1、工程实例的模拟，熟练地掌握PLC 的编程和程序调试方法。

2、进一步熟悉PLC 的I/O 连接。

3、熟悉四层楼电梯采用轿厢外按钮控制的编程方法。

29

二、实验要求

电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方

向。电梯轿箱内设有楼层内选按钮S1～S4，用以选择需停靠的楼层。L1 为一层指示、L2 为二层指

示、L3 为三层指示、L4 为四层指示，SQ1～SQ4 为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，

下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。例如，电梯停在一层，在三层轿箱外呼叫时，

必须按三层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到三层），按三层下降呼叫按钮无效；反

之，若电梯停在四层，在三层轿箱外呼叫时，必须按三层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从四层

运行到三层），按三层上升呼叫按钮无效，依此类推。


图 26 电梯控制系统面板图

四、实验步骤


a) 电源线




b) 信号线

（一）输入：RST 按钮接0102

30

（二）输出：

2、根据接线设计程序，实现电梯自动控制的功能。

3、编译调试，直至达到实验要求。

4、运行程序观察现象。

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