CN102013198A - 一种plc综合实验箱 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种PLC综合实验箱，包括作为实验箱控制器的小型机PLC及与其外围硬件，其特征在于：所述PLC综合实验箱通过总线电路连接一体集成有至少包括PLC实验板模块、交通灯模块、数码管模板、混合液位模板，皮带传送模块及步进电机模块，所述各模块或模板上均设置有有与小型机PLC相连的电路接口。本发明涉及一种教学实验装置，尤其涉及一种帮助学生快速掌握可编程逻辑控制进行系统设计的教学实验装置，属于教具设备领域。本实验箱综合几大模块，然后在用这几大模块在这一平台上完成许多不同的实验，有利于节约了实验带来的成本高和实验带来的模块与模块转换从而带来复杂度。

Description

一种PLC综合实验箱 

技术领域

本发明涉及一种教学实验装置，尤其涉及一种帮助学生快速掌握可编程逻辑控制进行系统设计的教学实验装置，属于教具设备领域。 

背景技术

可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、操作灵活、编程简单以及适合于工业环境等一系列优点，在工业自动化、过程控制、机电一体化、传统产业技术改造等方面的应用越来越广泛，已成为现代工业控制的三大支柱之一。此中尤以三菱公司推出的最新小型机-FX系列PLC(2N-B-40MR/MT)，是一款性价比高、功能完善、极具竞争优势的通用控制器。其特点是结构紧凑，集成了开关量控制、模拟量控制、高速计数与脉冲输出等功能于一身，指令丰富，引用功能块的编程方式使编程更加简单。 

在以往的可编程控制器(PLC)教学实验设备中，老师需要准备大量材料来让学生来完成实验，甚至还要花很多时间来让学生连接电路和拆掉此做好的实验来完成另外一个实验。这样就不能高效率地在一节课或多节课中中完成两个或是多个实验，导致教学效率低下。由于做差不多实验或是不同实验的时间隔开的时间长容易淡 忘，这样就不利于学生更快理解可编程控制器(PLC)的原理及编程操作的熟练掌握。 

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种PLC综合实验箱，可以在单一实验箱上完成许多不同的实验，从而提高实验教学的质量，降低教学成本。 

本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现：一种PLC综合实验箱，包括作为实验箱控制器的小型机PLC及与其外围硬件，其特征在于：所述PLC综合实验箱通过总线电路连接一体集成有至少包括PLC实验板模块、交通灯模块、数码管模板、混合液位模板，皮带传送模块及步进电机模块，所述各模块或模板上均设置有有与小型机PLC相连的电路接口。 

进一步，其中，所述小型机PLC的外围硬件包括可选任一与计算机数据通信相连的RS232串口下载线、USB接口及ISP下载头。 

再进一步，其中，所述小型机PLC的外围硬件还包括PT100传感器。 

更进一步，其中，所述各模块或模板与小型机PLC之间均设有形状唯一对应的防插反式电路接口。 

再更进一步，其中，所述小型机PLC内部包含有用于存放实验程序、带中文注释的例子程序、接线方法以及PLC本身硬件操作系统的存储单元。 

进一步，其中，所述实验箱具有铝合金的外箱，并且所述实验箱覆盖各功能模块或模板的表面设有与外箱密封连接的透明亚克力面板。 

本发明PLC综合实验箱的应用，其突出效果为： 

1、全开放的模块化设计：所有硬件资源对用户开放，搭配随心所欲，不会出现硬件束缚软件的情况。既可学习软件，更可深入的了解硬件。 

2、采用高档透明雅克力面板，铝合金外箱，全贴片机器生产，产品美观大方，结构紧凑！ 

3、超强的电路资源配备：集成了所有PLC应用中可能遇到的功能模块部份。 

4、完美的例子程序：集合多年的经验，每个模块都有完整的带中文注释例子程序，原理图，接线方法，很多都可以直接应用。能够快速提高用户硬件，软件编程水平。 

5、USB通信接口，完全适应最新的无串口并口的笔记本电脑。更适合野外环境下现场调试工作。 

6、端口采用防插反设计，均配有连接照片和中文注解。 

7、配有ISP下载头、并可选RSR232或USB接口通信，不受电脑配置及操作系统影响，稳定性一流。 

8、全中文软件操作导航，独有智能一键通设计，擦除，写入，校验，运行自动完成，使用极其方便简。 

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。 

附图说明

图1是本发明PLC综合实验箱的系统拓扑框图； 

图2是本发明综合实验箱空置状态下的外观照片； 

图3是本发明综合实验箱的面板示意图； 

图4a～图16c分别是本发明第一功能至第十一功能、第十三功能至第十六功能的实验电路结构图及时序梯形图； 

各附图中的标记含义： 

11～总开关、12～外围硬件的通信接口、21～PLC实验板模块、22～步进电机模块、23～混合液位模板、24～皮带传送模块、25～交通灯模块、26～数码管模板。 

具体实施方式

如图1、2、3所示，本发明PLC综合实验箱包括作为控制器的小型机PLC以及其外围硬件，可编程控制器(PLC)实验箱通过总线电路连接一体集成有至少包括PLC实验板模块21、交通灯模块25、数码管模板26、混合液位模板23，皮带传送模块24及步进电机模块22，同时这些模块上均设置有电路接口。 

接着小型机PLC的外围硬件包括可选任一与计算机数据通信相连的RS232串口下载线、USB接口及ISP下载头，同时小型机PLC的外围硬件还包括PT100传感器。而各模块或模板与小型机PLC之间均设有形状唯一对应的防插反式电路接口，同时小型机PLC内部包含有用于存放实验程序、带中文注释的例子程序、接线方法以及PLC本身硬件操作系统的存储单元。最后实验箱具有铝合金的外箱，并且所述实验箱覆盖各功能模块或模板的表面设有与外箱密封连接的透明亚克力面板。 

以下为本发明实验箱一具体实施例的结构、功能及特点的简要说明：以ZK200+系列PLC综合实验箱为本发明一具体实施例(以下简称ZK200+系列)其主要是建立在一个多功能三菱PLC平台之上的。在做实验前先简单介绍一下 关于PLC实验箱的指示灯和按钮部分。如图2所示：右下为指示灯模块，上方是24V电压、12V电压和接地端，均设有一个输出端子和一个电源指示灯，下面Y0～Y8为发光二极管材料的绿色指示灯。SPEAKER为一个轰鸣器，可作为报警装置使用。 

左下为按钮模块。上半部分和指示灯模块一样，也是电源接入口，下面X0、X1、X2、X5、X6分别表示SB1～SB5的普通按钮，而余下的X3、X4、X7、X8则分别表示K1～K4的带自锁的按钮，PT100为温度传感器，可以模拟温度量。 

该实验箱可以自由组合各种实验如表1所示： 

表1 

实验1用一个按钮实现一个指示灯交替亮 

实验要求：按下启动按钮SB0一个指示灯亮0.5S灭0.5S交替亮，按下停止按钮SB2，灯停止工作。 

实验步骤： 

根据题目要求，判定所需的指令及硬件设备：一个按钮，一个指示灯和一些导线就好了，软件方面需要2个常开开关，线圈和定时器或者辅助继电器M8013，确定后第一步就是前面所说的I/O分配表(下面就不详细说明了) 

(说明：I/O分配表中的启动按钮和指示灯L1均为自定义；所接电源为24V直流电压，一般没有特别说明的PLC输入输出均为24V直流电压) 

其实每个实验都可以用多种方法进行编程，取决于个人的爱好和想法，设计者鼓励用多种方法对同个实验进行编写，这样才能够更加熟练的运用各种指令，才能更加理解各个指令的用法和各指令之间的联系和区别。 

上机调试和修改：在本实验中如图4a只需将PLC中的输入端子X0、X1接到两个不带自锁的按钮(SB0、SB2)，将按钮模块的GND(COM)连接到电源的GND(接地端)即可完成输入部分的电路图。因为其中的COM端在PCB板上已经连接到了GND(接地端)，因此不用再连接。而输出部分的电路图需要将Y0连接到一个指示灯，并且将相应的COM端接到电源的接地端(此处选择Y0，因此需要将COM0连接到接地端)，将指示灯的24V(COM)端连接到电源的正极(24V)，这样输出部分的电路图便完成了，接下来就是将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，输入正确程序，程序如图4b的梯形图所示，之后将PLC处于运行状态(RUN)，进行操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部元件，因此不需要去接)。 

实验2料箱盛料过少报警装置 

实验要求：分手动/自动。当手动/自动开关SB1断开时为自动，接通时为手动。自动：当低限位开关SB2接通时，报警器开始鸣响，同时报警灯连续闪烁10次(亮0.5S，灭0.5S)，后报警器停止鸣响，报警灯灭，此外按下复位 按钮，立即停止。手动：按下低限位按钮，报警器开始鸣响，报警灯闪烁，按下复位按钮，立即停止。 

首先介绍一下关于液体混合和物料传送模块部分(如图2所示)。 

上面为物料传送部分，L1～M3均为指示灯，S1～S4均为按钮； 

下面部分为液体混合，Y1～H均为指示灯，S1～T均为开关。 

实验步骤： 

一、I/O分配表 

其中PLS为上升微分脉冲输出指令，其意思是只在第一个脉冲输出，以后就不在输出。 

RST为复位指令，其意思是将C0置于低电平。 

二、连线调试 

按图5a所示连接图连接实验箱的电路，并将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，按图5b所示梯形图输入正确程序后再将PLC处于运行状态(RUN)，接下来就可以操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部软元件，因此不需要去接)。 

实验3三级传送带的模拟运行 

实验要求：(1)某一生产线的末端有一台三级皮带运输机。分别由M1、M2、M3三台电动机拖动，有手动和自动两种控制方式。(2)手动时.按下启动 按钮.要求按3s的时间间隔。并按M1→M2→M3的顺序启动，按下停止按钮.按5s的时间间隔。并按M3→M2→M1的顺序停止。(3)自动控制时.要求按下启动按钮.按4s时间间隔顺序启动。经5s后，按6s的时间间隔顺序停止。完成了一个工作循环。经3s后自动重复上述工作循环，如在某一时刻，按下停止按钮，必须完成了一个工作循环后停止。 

实验步骤： 

一、I/O分配表 

二、连线调试 

按图6a所示连接图连接实验箱的电路，并将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，按图6b所示梯形图输入正确程序后再将PLC处于运行状态(RUN)，接下来就可以操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部软元件，因此不需要去接)。 

实验4单的八路跑马灯 

实验要求：按下开始按钮，八盏指示灯L0～L7按照相隔1S的时间顺序点亮，L7亮之后再从L0开始循环点亮；按下停止按钮，灯立即熄灭。 

实验步骤： 

一、I/O分配表 

二、连线调试 

按图7a所示连接图连接实验箱的电路，并将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，按图7b所示梯形图输入正确程序后再将PLC处于运行状态(RUN)，接下来就可以操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部软元件，因此不需要去接)。 

实验5步进电机实验 

实验要求：步进电机是一种用电脉冲进行控制，将电脉冲信号转换成相应角位移的电机，步进电机每输入一个电脉冲就前进一步，其输出的角位移与输入的脉冲数成正比，因此只要控制输入到其线圈绕组中的脉冲数或者脉冲频率即可控制步进电动机的角位移和转速，但给步进电动机的各线圈绕组输入的脉冲还需要进行脉冲分配器的分配。现要求PLC软件编程设计脉冲分配器，实现步进电动机以四相八拍通电方式工作，并要求步进电动机设有快速、慢速控制、正反转及单步控制4种控制方式。 

首先对步进电机模块做个简单的介绍：其中一周为一个360°周期，把它分为了6个等分，其中一个等分为60°，在每个等分的临界点均设有传感器，其 中的S1～S6就表示为从零度开始按顺时针方向的六个传感器，这里使用的步进电机是一个四相八拍型电机，因此有A、A非、B、B非四相，左下角拨码开关用于其它用途，放在这里也为了增加模块之间的关联性。 

实验步骤： 

一、I/O分配表 

二、连线调试 

按图8a所示连接图连接实验箱的电路，并将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，按图8b所示梯形图输入正确程序后再将PLC处于运行状态(RUN)，接下来就可以操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部软元件，因此不需要去接)。 

实验6三路抢答器 

实验要求：竞赛分为三个组队：儿童二人组、学生一人组、教授二人组。1)竞赛者回答主持人的问题，须抢先按下按钮，指示灯亮后须主持人按下复位按钮才能停下。(只能一盏灯亮)。2)为了给参赛儿童一些优待，两人一组的赛队只要有一人按下则灯亮，而为了对教授组做一些限制，只能两人同时按下按钮灯才亮。如果儿童在主持人合上开关的10S内按下按钮，则幸运灯 亮，以示得到一次幸运机会。 

实验步骤： 

一、I/O分配表 

二、连线调试 

按图9a所示连接图连接实验箱的电路，并将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，按图9b所示梯形图输入正确程序后再将PLC处于运行状态(RUN)，接下来就可以操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部软元件，因此不需要去接)。 

实验7舞台艺术灯饰的控制 

实验要求：平时看到五光十色的舞台灯光，可以用PLC来控制，如下图所示的舞台灯饰，共有七道灯，上方4道呈拱形，下方3道呈阶梯形，现在要求1-7号灯闪亮的时序如下图： 

7号灯一亮一灭交替进行，6、5、4号3道灯由内到外依次点亮，3、2、1号阶梯灯由上至下依次点亮，再全灭，整个过程需要60S，循环往返。 

实验步骤： 

一、I/O分配表 

二、连线调试 

按图10a所示连接图连接实验箱的电路，并将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，按图10b所示梯形图输入正确程序后再将PLC处于运行状态(RUN)，接下来就可以操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部软元件，因此不需要去接)。 

实验8交通信号灯的自动控制 

实验要求： 

1)东西南北均设有直行绿灯，直行黄灯，直行红灯；人行绿灯，人行红灯。按下启动按钮SB1，东西向直行绿灯亮30S，闪3S，转黄灯亮2S；后转南北直行绿灯亮30S，闪3S，转黄灯亮2S；后进入下一循环；2)东西向人行绿灯应在东西向直行绿灯亮3S后亮27S，后闪3S，转为红灯亮；南北向人行绿灯应在南北直行绿灯亮3S后亮27S，闪3S，转红灯亮；3)特殊情况时按下SB3，东西南北均黄灯闪烁(0.5S亮，0.5S灭)；4)按下停止按钮SB2，所有 的灯均熄灭。 

在这也简单说明一下此模块：首先上面部分为交通灯实验部分，此模块本就是一个生活中常见的交通灯，只是把它缩小了而已，给人以形象、直观之感。其中的字母符号代表从图中可以完全看出，其中X0～X1均为开关按钮，其它的都代表交通指示灯了。 

下面部分为数码显示部分，此模块主要应用于数字电子表等一类的数码显示，其中最下面四个集成芯片为65C325K型号，左边一个集成芯片为72J4L3K型。 

实验步骤： 

一、I/O分配表——十字路口交通灯I/O分配表 

二、连线调试 

按图11a所示连接图连接实验箱的电路，并将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，按图11b所示梯形图输入正确程序后再将PLC处于运行状态(RUN)，接下来就可以操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部软元件，因此不需要去接)。 

实验9循环计数实验 

实验要求：按下按钮SB1，数码显示从00-99加一以一秒的速度依次显示，到99后循环又从00开始加一显示，以此循环；按下停止按钮，立刻停止显示。 

实验步骤： 

一、I/O分配表 

二、连线调试 

按图12a所示连接图连接实验箱的电路，并将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，按图12b所示梯形图输入正确程序后再将PLC处于运行状态(RUN)，接下来就可以操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部软元件，因此不需要去接)。 

实验10四彩灯闪变 

实验要求：用单按钮启动/停止，使四只彩灯按十六进制数的规律变换，自动以每秒变一次，从全暗开始加一到全亮，再自动减一到全暗的控制过程。 

实验步骤： 

一、I/O分配 

二、连线调试 

按图13a所示连接图连接实验箱的电路，并将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，按图13b所示梯形图输入正确程序后再将PLC处于运行状态(RUN)，接下来就可以操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部软元件，因此不需要去接)。 

实验11编码输入 

实验要求：设计用四只编码开关，预置一只信号灯能以1～15次闪亮的次数闪亮，灯以亮2S，暗1S的方式变化。由启动/停止按钮的控制程序。 

实验步骤：一、I/O分配表 

二、连线调试 

按图14a所示连接图连接实验箱的电路，并将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，并输入正确程序后再将PLC处于运行状态(RUN)，接下来就可以操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部软元件，因此不需要去接)。 

实验12汽车的转向灯 

实验要求：设计用一只四位开关，为汽车转向或倒车灯作控制，当开关在A位时为左向灯L1，按亮2S，灭1S闪烁。在B位时右向灯L2按亮1S，灭2S闪烁，在C位时倒车灯L3按亮3S，灭3S闪烁。并且工作一分钟后会自动停止，在D位时为没有转向的控制程序。 

实验步骤：一、I/O分配表 

汽车的转向灯与交通灯的电路相近，可以依据交通灯来进行电路连接在这就不做具体详细说明。 

实验13小车自动送料装置 

实验要求：设计小车先停在原地压下SQ1位置开关，按下启动按钮SB1时先在原地用2.8S装A料后自行前进到乙地压下SQ2，停车用2.53S装料后，自行前进到丙地压下SQ3，停车卸料5S后自行返回原地停车。自行在装料。装卸A、B料时用指示灯。当按另一只停止按钮SB2时，车必须完成一次送料后，停到原地的控制程序。 

实验步骤： 

一、I/O分配表 

二、连线调试 

按图15a所示连接图连接实验箱的电路，并将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，按图15b所示梯形图输入正确程序后再将PLC处于运行状态(RUN)，接下来就可以操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部软元件，因此不需要去接)。 

实验14液体混合装置的自动控制 

实验要求：用PLC及电磁阀等实现液体混合装置的控制 

如上图16a所示液体混合装置，L1.L2.L3分别是高中低液位传感器， 当液体达到相应高度时对应的传感器接通，液体A、液体B的流入和混合液体的流出分别由YV1.YV2.YV3控制，M为搅拌电机。具体控制要求如下： 

初始：容器内为放空状态---起动：按下起动按钮SB1，YV1打开，液体A流入，当液位上升到L2，关闭YV1，打开YV2；液体B流入，液位上升到L1，关闭YV2，起动电动机M，开始搅拌，同时起动定时器；10S之后，M关闭，同时起动YV3，混合液体放出；当液位下降到L3，L3由接通到断开，起动定时器，5S之后容器放空，YV3关闭，重新开始下一循环---停止：按下停止按钮SB2，要处理完当前周期之后，系统停在初始位置。 

实验步骤：一、I/O分配表 

二、连线调试 

按图16b所示连接图连接实验箱的电路，并将电源开关打开，将PLC处于输入状态(STOP)，按图16c所示梯形图输入正确程序后再将PLC处于运行状态(RUN)，接下来就可以操作实验了。(其中的辅助继电器和定时器均为PLC内部软元件，因此不需要去接)。 

通过上述实施方式，不难看出本发明是一种适用范围较广的PLC综合实验装置，可以进行涉及除上述实验以外的多种实验内容。 

Claims (6)

1.一种PLC综合实验箱，包括作为实验箱控制器的小型机PLC及与其外围硬件，其特征在于：所述PLC综合实验箱通过总线电路连接一体集成有至少包括PLC实验板模块、交通灯模块、数码管模板、混合液位模板，皮带传送模块及步进电机模块，所述各模块或模板上均设置有与小型机PLC相连的电路接口。

2.根据权利要求1所述的一种PLC综合实验箱，其特征在于：所述小型机PLC的外围硬件包括可选任一与计算机数据通信相连的RS232串口下载线、USB接口及ISP下载头。

3.根据权利要求1所述的一种PLC综合实验箱，其特征在于：所述小型机PLC的外围硬件还包括PT100传感器。

4.根据权利要求1所述的一种PLC综合实验箱，其特征在于：所述各模块或模板与小型机PLC之间均设有形状唯一对应的防插反式电路接口。

5.根据权利要求1所述的一种PLC综合实验箱，其特征在于：所述小型机PLC内部包含有用于存放实验程序、带中文注释的例子程序、接线方法以及PLC本身硬件操作系统的存储单元。

6.根据权利要求1所述的一种PLC综合实验箱，其特征在于：所述实验箱具有铝合金的外箱，并且所述实验箱覆盖各功能模块或模板的表面设有与外箱密封连接的透明亚克力面板。

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