专业综合实验课程指导书

1、指导书彭宇宁，农锦华广西大学电气工程学院2010年12月2日目 录一、实验内容1、 *网络化控制系统的构成及投运和系统控制质量的研究032、 串级控制系统的构成、投运和参数整定及控制质量研究073、 前馈控制系统的构成、投运和参数整定及控制质量研究114、 采用集散控制系统的计算机仿真系统的构成和组态145、 火灾探测、报警及灭火实验（楼宇自动化）186、 TVT99A电梯模型207、 TVT99B材料分拣装置238、 TVT99C立体仓库模型269、 TVT99D机械手模型2910、 *直流PWM调速系统原理及特性实验3111、 直流PWM调速系统调节器的设计实验3412、 直流PWM传动系

2、统制动过程观察3613、 交流电机V/F协调控制系统原理及特性3814、矢量控制交流调速原理及特性的实验研究42二、附录1、 专业综合实验教学大纲452、 A3000过程控制实验系统简介及使用说明493、 松下可编程序控制器及其基本指令介绍544、 EC3型现代交、直流调速综合实验与开发平台简介595、 Simulink模型算法在LabVIEW中的应用696、 建筑消防自动化系统实验平台简介73注：“*”为必做实验，实验69必做一项，实验25必选做一项，实验1013也必选做一项；要求必做和选做的实验总学时数80学时；综合实验考核：4学时/每人，实际操作50；实验报告50。实验一 网络化控制系统

3、的构成及投运和系统控制质量的研究一、实验目的1、了解工业控制网络的结构，掌握远程测控系统的组成、信息传输方式、数据的采集和系统的控制。2、熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。3、掌握单回路控制系统的投运及PID参数整定的方法，定性地研究P、PI和PID控制器的参数对系统控制品质的影响。二、实验设备1、A3000FS现场总线型过程控制现场系统 4套2、A3000CS上位控制系统 4套三、实验要求 1、熟悉A3000高级过程控制系统实验装置（包括A3000-FS和A3000-CS两部分），了解其工艺流程，掌握各种传感器、变送器、控制器、执行器及计算机控制系统与网络系统等的功能和应用。2、控制A

4、3000实验装置上某个水箱液位，构建一个双容液位远程测控系统。要求所构建的控制系统控制性能指标（采用单项指标评定）：过渡过程时间ts=50100（s）、余差e()=0。3、确定控制方案，选择控制系统，并画出系统原理方框图、网络结构图和系统接线图。系统：DDC控制系统、DCS控制系统或FCS控制系统；控制器：智能仪表、PLC控制器、PC机、变频器和虚拟仪器等；执行器：调节阀、变频器。4、任选用一种组态软件（如：力控、组态王、MCGS或LabVIEW等），根据已确定的控制方案进行系统组态、控制组态与显示组态。控制系统的人机界面设计要求：显示相关带控制点的工艺流程图和变量趋势图；具有基本的操作控件（

5、能实现系统设定值及P、I、D参数的设置，自动和手动操作等）。5、控制系统的组成、投运及参数整定应与工程实际相符合。四、实验原理及内容A3000高级过程控制实验系统通过网关实现了全部常规智能控制系统的网络连接。通过以太网，任何一台计算机都可以访问任何一个控制设备。该装置所用的I/O接口和网关均为研华ADAM-4000系列产品。ADAM4000模块的通讯和使用可参看附录。（二）单回路控制系统1、控制系统结构以双容水箱液位定值(随动)控制实验为例，带控制点的工艺流程图如图1-1所示：LT103图1-1 双容水箱液位定值控制实验QohQiLIC101FV101给定值干扰被控变量为水位h，操纵变量为调节

6、阀FV101控制的水流入量Qi。水箱流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。在实验中分别采用P、PI、PID控制策略，观察控制效果，比较控制品质。2、控制系统方框图如图1-2所示：图1-2 双容水箱液位定值控制实验逻辑图3、系统连接（1）在A3000-FS上，打开手动调节阀JV201、JV206，调节下水箱闸板开度（可以稍微大一些），其余阀门关闭。（2）在A3000-CS上，将液位差压变送器的输出连接到AI0，AO0端口，即连接到电动调节阀上。（3）打开A3000电源。在A3000-FS上，启动右边水泵。（4）启动计算机组态软件，进入实验系统选择相应的实验。启动控制器，设置各项参数，将控制器的“

7、手动自动”切换开关置相应的位置。测量或控制量测量或控制量标号使用PLC端口智能控制器端口使用ADAM端口下水箱液位LT103AI0测量输入端AI0调节阀FV101AO0输出端AO0表114、控制器参数整定在工程上常用的整定方法有：经验法、临界比例度法、衰减振荡法和响应曲线法。本实验可任意采用其中一种来实现。例：用临界比例度法整定控制器的参数。（1）先将控制器置纯比例状态，待系统稳定后，逐步减小控制器的比例度（即1/KC），并且每当减小一次比例度，待被控变量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%15%的阶跃扰动，观察被控变量变化的动态过程。若被控变量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度，直到

8、输出响应曲线呈现等幅振荡为止。如果响应曲线出现发散振荡，则表示比例度调节得过小，应适当增大，使之出现等幅振荡。（2）在图1-3所示的系统中，当被控变量作等幅荡时，此时的比例度就是临界比例度，用k表示之，相应的振荡周期就是临界周期Tk。据此，按表1-2可确定PID控制器的三个参数、Ti和Td。 图1-3 具有周期Tk的等幅振荡表1-2 用临界比例度k整定PID调节器的参数调节器参数调节器名称Ti(S)Td(S)P2kPIkTkPIDkkk（3）必须指出，表格中给出的参数值是对控制器参数的一个初略设计，因为它是根据大量实验而得出的结论。若要就得更满意的动态过程，则要在表格给出参数的基础上，对、Ti

9、（或Td）作适当调整。5、控制系统的投运及运行（1） 设置好控制器的正、反作用和P，I，D参数；（2） 按无扰动切换的要求将控制器从“手动”入“自动”状态。（3） 控制器可采用不同的控制算法以满足上述控制性能指标要求。五、思考问题1、 分析积分量I与被控系统的响应时间有什么关系。如果减少系统被控对象的容积，那么对控制系统的I是应该增大还是减少？2、 单容液位控制系统的被控对象时间常数TP和KP的大小取决于什么？3、 DDC、DCS和FCS控制系统的结构有何不同？六、实验结果提交 写出完整的实验报告：1、给出控制方案，画出系统原理方框图和网络结构图。2、提交系统运行结果，给出相关的数据、曲线和图

10、形。3、根据曲线，分析P，PI，PID控制大致具有哪些趋势特征。4、给出各个控制条件下的衰减比n，超调量 /最大偏差emax，余差e()，以及调节时间ts，并分析论证系统是否满足控制指标要求。5、根据这些数据，分析P、I、D参数对控制系统的影响。6、回答思考题。实验二 串级控制系统的构成、投运和参数整定 及控制质量研究一、实验目的1、加深理解串级控制系统的工作原理及特点。2、掌握串级控制系统的设计和组成。3、学习相关的组态软件4、初步掌握串级控制系统的控制器参数调整方法。二、实验设备1、A3000FS现场总线型过程控制现场系统 4套2、A3000CS上位控制系统 4套三、实验要求1、 根据工艺

11、要求和工况条件，设计出合理可行的串级控制系统。（1）要求及条件工艺要求：下水箱液位控制在某一高度上。对下水箱液位产生影响的扰动量：若干变量（请学生自行分析）。（2）控制方案 主被控变量c1(t)、副被控变量c2(t)及操纵变量q(t)等的选择；主控制器和副控制器控制算法的选择及正、反作用的确定等。2、 掌握串级控制系统的控制器参数整定方法和系统投运步骤。3、 经过参数调整，获得最佳的控制效果，并通过干扰来验证。四、实验范例在A3000高级过程控制实验系统中，能够完成多种串级控制系统实验。以下给出液位流量串级控制系统的范例以供参考（如图2-1所示）。1、 液位流量串级控制系统方案及工作原理实验以

12、串级控制系统来控制下水箱液位，以第二支路流量为副被控变量，右边水泵直接向下水箱注水，流量变动的时间常数小、时延小，控制通道短，从而可加快提高响应速度，缩短过渡过程时间，符合副回路选择的超前，快速、反应灵敏等要求。以下水箱为主被控对象。流量的改变需要经过一定时间才能反应到下水箱液位的变化，时间常数比较大（时延较大）。如图21所示，图21 液位流量串级控制系统设计好下水箱和流量串级控制系统。将主控制器的输出送到副控制器的外给定输入端，而副控制器的输出去控制执行器。经反复调试，使第二支路的流量快速稳定在给定值上，这时给定值应与副反馈值相同。待流量稳定后，通过变频器快速改变流量，加入扰动（即，使干扰落

13、入串级控制系统的副回路）。若控制器的各参数设置比较理想，且扰动量较小，经过副回路的及时控制校正，基本不会影响下水箱的液位。如果扰动量较大或控制器的各参数设置不理想，虽然经过副回路的校正，还将会影响主回路的液位，此时再由主回路进一步调节，从而完全克服上述扰动的影响，使液位调回到给定值上。当用第一动力支路把扰动加在下水箱时（即，干扰落入串级控制系统的主回路），扰动使液位发生变化，主回路产生校正作用，克服扰动对液位的影响。由于副回路的存在加快了校正作用，使扰动对主回路的液位影响较小。该串级控制系统框图如图2-2所示。图22 液位流量串级控制系统原理方框图2、液位流量串级控制系统组态表21 液位流量串

14、级控制系统连接示意测量或控制量测量或控制量标号使用控制器端口电磁流量计FT102AI0下水箱液位LT103AI1调节阀FV101AO03、位流量串级控制系统实验内容与步骤（1）、在A3000-FS上，打开手动调节阀JV201、JV206，调节下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。（2）、按照表21进行连线。或者按如下操作：在A3000-CS上，将电磁流量计（FT102）连到控制器AI0输入端，下水箱液位（LT103）连到控制器AI1输入端，电动调节阀（FV101）连到控制器AO0端。（3）、在A3000-FS上，启动右边水泵，给中水箱注水。（4）、首先进行副回路比例调节，获得值。（5）、切换至

15、单主回路控制。断开电磁流量计与AI0的连线，将下水箱液位连到AI0。调整主控制回路（调节P、I值即可），对主控制器或调节器进行工作量设定。（6）、关闭阀JV205，当中水箱液位降低2cm高度，打开阀门，观察控制曲线，等待稳定。（7）、切换到串级控制状态（此时最好无扰动）：将电磁流量计连到副控制器输入端AI0，主控制器输出端连接到副控制器的外给定端，副控制器的输出连接到调节阀。（8）、正确设置PID控制器：副控制器：纯比例（P）控制，反作用，自动，KC2（副回路的开环增益）较大。主控制器：比例积分（PI）控制，反作用，自动，KC1 KC2（KC1主回路开环增益）。（9）、待系统稳定后，类同于单回

16、路控制系统那样，对系统加扰动信号，扰动的大小与单回路时相同。（10）、通过反复对副控制器和主控制器参数的调节，使系统具有较满意的动态响应和较高的控制精度。五、实验内容与步骤 根据实验要求，参考实验范例，完成相应的实验内容。六、思考问题1、 串级控制系统有哪些主要特点？什么情况下可考虑设计串级控制？2、 制定串级控制系统方案时应该注意哪几个方面的问题？3、 串级控制系统中主、副控制器的正反作用如何选择？七、实验结果提交（写出完整的实验报告）写出完整的实验报告：1、画出相关的控制系统图。2、通过抓图方法，提交获得的实验曲线。3、给出最佳控制效果的主、副控制器的参数和控制系统的性能指标（衰减比n，超

17、调量 /最大偏差emax，余差e()，以及调节时间ts等）。4、 系统分析。5、 回答思考题。实验三 前馈控制系统的构成、投运和参数整定及控制质量研究一、实验目的1、熟悉前馈-反馈控制的原理，了解前馈-反馈控制系统的结构及特点。2、掌握前馈-反馈控制系统的设计与工程应用。3、掌握LabVIEW和Matlab/Simulink软件，学会采用两软件混合编程方法构建前馈-反馈控制系统；或学会用力控组态软件的控制策略编写系统的控制算法。4、初步掌握前馈-反馈控制系统的控制器参数调整方法。二、实验设备1、A3000FS现场总线型过程控制现场系统 4套2、A3000CS上位控制系统 4套三、实验要求1、熟

18、悉A3000过程控制实验系统，分析选择工艺流程与对象，确定系统控制方案，设计一个前馈反馈控制系统，并画出系统接线图。2、利用LabVIEW或力控设计系统控制器和系统操作界面。即可应用力控的控制策略搭建PID与前馈控制算法；也可用Matlab/Simulink来实现算法构建，并用LabVIEW和Matlab/Simulink接口技术设计出具有控制功能的虚拟仪器（参见附录）。3、系统投运与控制器参数调整，获得最佳的控制效果，并通过施加干扰来验证。4、在相同的工况条件下，比较前馈反馈控制系统与单回路控制系统的控制效果。四、实验原理1、控制原理前馈控制又称扰动补偿，它与反馈控制原理完全不同，是按照引起

19、被控参数c(t)变化的干扰f(t)大小进行调节的。在这种控制系统中，需直接测量干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，控制器就能发出控制信号使操纵量q(t)作相应的变化，让干扰f(t)对被控参数c(t)的影响与操纵量q(t) 对被控参数c(t)的作用相互抵消，以保证c(t)基本不变。因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快，但是前馈控制是开环控制，其控制效果还需要通过反馈加以检验。目前工程上采用的是前馈反馈控制系统。前馈控制器的设计是该系统实现的重要环节，其控制算法是基于“不变性原理”而得出的，它取决于系统的控制通道与干扰通道的数学模型：2、控制方案参考如图3-1所示。设法保持下水箱液位，用两个

20、水泵注水。如果支路一流量出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰量的大小，然后在第二个支路通过调整调节阀开度，改变其流量大小直接进行补偿。此法为单纯前馈控制，它属于开环控制。这种控制是有余差的，而且系统极不稳定，因此增加反馈通道，使用PI控制算法。具体系统组成如图31所示。图3-1 前馈反馈控制系统原理图系统构成参见表31表31 测量与控制端连接表测量或控制量测量或控制量标号使用控制器端口涡轮流量计FT101AI0下水箱液位LT103AI1电磁流量计FT102AI2调节阀FV101SAO0五、实验内容与步骤1、 在A3000-FS上，打开工艺阀JV206、 JV103，电磁阀XV101，JV

21、201，JV104，其余阀门关闭；2、 按照表31进行连线：在A3000-CS上，电磁流量计输出端连接到AI2；涡轮流量计输出端连接AI0；下水箱液位变送器输出端连接AI1，AO0连接到电动调节阀（FV101）；3、打开A3000电源；4、在A3000-FS上，启动左边水泵和右边水泵。左边水泵使用变频器控制。5、首先测量调节阀开度和流量关系。给出不同的开度电流，观察电磁流量计的数值；6、计算关系函数，设计虚拟仪器；7、前馈-反馈控制系统投入运行。启动上位机，设置控制器参数（、Ti参数设置方法与步骤参见单回路控制系统实验），设置前馈系数Kff，T1，T2，记录其实时曲线；8、通过变频器改变左边支

22、路水流量，观察并记录控制曲线的变化。9、反复进行操作8，并修正Kff，T1，T2参数的值。六、思考问题1、前馈控制与反馈控制各有什么特点？2、前馈控制算法与什么有关？如何推导出其数学模型？3、分析前馈反馈控制与串级控制的区别，优缺点。七、实验结果提交写出完整的实验报告：1、画出相关的控制系统图及原理方框图。2、通过抓图方法，提交获得的实验曲线。3、推导出前馈控制算法。4、给出最佳的控制参数，分析系统的控制品质。5、回答思考题。实验四 采用集散控制系统的计算机仿真系统的构成和组态一、实验目的1了解集散控制系统的结构和线路连接。2学习I/AS集散控制系统的系统组态、控制组态和显示组态。3掌握集散控

23、制系统的投运和参数整定的方法。二、实验设备IA Series AW70系列小型集散控制系统（美国FOXBORO公司的产品） 1套三、实验内容与步骤1、 系统认识IA Series网络结构分为四个层次： 宽带局域网（BROADBAND LAN） 载波带局域网（CARRIERBAND LAN） 节点总线（NODE BUS） 现场总线（FIELD BUS）AW70AW70系列小型集散控制系统的I/AS软件是在Windows NT操作系统平台上运行的。其网络结构如图41所示。节点总线 CP现场总线I/OI/OI/O 图41 AW70系列小型集散控制系统网络结构 注：AW70 应用操作站处理机 CP（M

24、icro I/A） 控制处理机 I/O 输入输出接口（1）当系统启动后，首先进入的是“Initial”（初始环境）。（2）将光标移到显示屏上的“Change_Env”（改变环境）按钮并点击鼠标，打开环境名菜单，选择任何一个菜单项，就能进入选定的环境（只要这个环境没有加口令锁住）。 （3）要求进入“Process_Eng”（过程工程师环境）。在该环境中有Disp这个顶端键，选择该键并点击鼠标，就打开了下拉菜单显示列表，选择列表中某项，便可显示原设计好的“工程”运行情况。（4）在“Process_Eng”环境下，点击config顶端键，可进入创建“新工程”或修改已建好的“原工程” 环境，即能进行控

25、制组态、显示组态、报警组态和历史数据归档组态等等。各种组态工具软件的使用，请参考相关资料4,5。（5）在不同的环境或状态下，可寻找下面这些菜单键退出：Quit; Exit; Cancel; Close等。2、设置系统时间 新装入I/AS软件的机器必须从新设置系统时间才能正常工作（如，若未进行此操作，就不能运用控制组态软件和历史组态软件）。具体操作如下：（1）点击Sys键（2）选Sys_Mgmt菜单项。这个操作运行SMDH（系统管理显示处理程序），该程序向你提供全部正被监视的测点的一张清单。（3）选中显示屏地步的TIME软键。（4）轻敲箭头来设定正确的日期和时间，大箭头以五个单位变化，小箭头以一

26、个单位变化。（5）选择RETURN-SET软键，把你设置的时间送入系统；RETURN-CANCEL则放弃对时间所做的修改。（6）选择顶端上的Close退出SMDH程序并返回到先前的显示。注意在屏幕右上角的系统时间是否已改变。3、系统组态 系统组态是应用I/AS系统组态软件根据用户所选择的系统配置来选择、定义和连接硬件设备，并定义网络结构。这项任务基本是由供货商FOXBORO公司工程技术人员来完成。系统组态的主要步骤为：SysChange_EnvProcess_EngConfigSystem_Cfg创建新系统或修改原系统（添加和删除硬件设备）。4、控制组态 控制组态就是根据所设计的控制系统方案编

27、写相应的控制程序。I/AS集散控制系统的编程有离线编程和在线编程两种，编程方式采用填表式。以下是离线编程操作步骤：（1） 在过程工程师环境下选择 ConfigControl_ConfigCIO_ConfigVolVolumeVol001（2） 在Compound Functions菜单中选择Insert New Compound，输入组合模块名；（3） 选择Edit Compound Parameters，编辑组合模块参数；（4） 选择View Blocks/ECB in this Compound，显示模块功能菜单；（5） 选择Insert New Blocks/ECB，输入模块名；（6）

28、编辑各模块参数，即根据系统要求将各模块有关参数连接起来或设置所 需的值。各模块参数参见附录；（7） 选择Checkpoint将编辑好的程序下载到控制处理机中进行运行, 并退出程序编辑状态。6、 显示组态显示组态主要包括工艺流程图的建立和流程图相关参数的组态。（1）工艺流程图的建立：在过程工程师环境下，选择ConfigFoxdraw就可进入流程图建立环境。流程图的建立可利用AW70的Foxdraw软件中丰富的图形库。（2）流程图的组态： 在Foxdraw环境下，光标移到需编辑的图形目标上，点击鼠标右键，弹出Object菜单，选择Configure Object，便进入组态目标对话框。该对话框有三

29、个标签： General 用户可以定义目标的名字。 Dynamic Update 图形目标为被动连接，它随过程变量或状态的改变而改变。Operator Action 图形目标为主动连接，选择该目标后，可产生相应的动作。7、 其他组态请参看相关书籍和资料4,5。8、 系统设计任务根据图42所示的系统方框图，用AW70实现计算机控制系统的仿真。要求完成控制组态和显示组态。DTIMELLAGAOUTPIDAIN+ 图42 系统方框图 注：AIN模拟量输入信号处理模块，PIDPID控制算法模块，AOUT模拟量输出信号处理模块，LLAG一阶惯性环节模块，DTIME延时模块 四、思考问题1、什么叫集散控制

30、系统（DCS）？试述其基本组成及简要工作原理。2、什么叫现场总线控制系统（FCS）?它与集散控制系统有和区别？五、实验结果提交写出完整的实验报告：1、画出相关带控制点的工艺流程图及控制系统原理方框图。2、通过抓图方法，提交获得的实验曲线。3、给出最佳的控制参数，分析系统的控制品质。4、回答思考题。I/AS系统的使用注意事项： 1、系统启动过程（1）先合上控制器Micro I/A及I/O卡件的电源，再打开AW70主机电源；（2）请等候系统启动，直至出现I/A窗口界面，此过程约需510分钟；（3）单击System TimeReturnSet，设置系统时间；（4）单击ChangeEnv，进入相应的环

31、境。2、关机过程（一定要在I/A环境下关机，不允许在Windows NT环境下关机）（1）先关AW70主机，具体步骤如下： 在Process_Eng环境下，单击SftMnt 选择Shutdown/RebootShutdown，等待出现关机信息后才可断电。关机过程约需10分钟。 （2）再关控制器Micro I/A及I/O卡件的电源。若不能正常关机，一定要告诉指导老师，由指导老师来处理。实验五 火灾探测、报警及灭火实验（楼宇自动化）一、实验目的1、熟悉消防自动化系统的工作原理；2、设计安全消防控制系统，并对系统进行安装、调试；3、学习使用STEP 7编程软件编辑应用程序，建立PLC与力控组态软件的

32、通信；4、利用力控组态软件设计系统的监控界面，实时监控系统的运行情况。二、实验设备1、楼宇自动化实验装置 4套2、A3000CS上位控制系统 4套三、实验要求1、熟悉楼宇自动化实验装置中各元器件的功能及作用，选择A3000上适合的控制系统实验装置，设计出切合实际的楼宇自动化消防系统；2、完成实验设备的安装、调试工作（4套设备中有一套已完成安装，还有3套需要本次综合实验进行安装、调试）；3、学会用STEP 7和力控软件编写控制系统应用程序，要求最起码能实现2个单元空间的火灾探测、火灾报警控制及火灾事故广播等功能，并对控制系统进行实时监控。四、实验内容及步骤1、熟悉设备熟悉消防自动化系统中各元器件

33、和仪器设备的安装位置、功能及作用，了解相关设备的动作过程；2、确定控制方案根据实验要求设计控制系统，拟定所需的现场输入、输出信号点数，画出系统的控制原理图，并进行硬件连接；3、编辑逻辑控制算法程序 用STEP 7编写控制算法程序，然后通过RS485串口线将程序下载至PLC中，设置PLC状态开关，使其处于RUN（运行）状态；4、编写监控界面应用程序用力控组态软件编写系统监控界面应用程序，通过相应设置建立其与PLC的通信；5、系统运行自动状态 在所设计系统的任意区域的感烟探测器附近放置烟雾，感烟探测器便能探测到烟雾信号，灭火系统启动，此时观察系统的工作情况；手动状态 拨动任意区域的手动报警按钮，观

34、察系统的工作情况；灾情消除以后，恢复系统正常工作状态。五、实验注意事项1、本实验平台使用S7-200型PLC可编程序控制器，本身有24伏的直流电源，所以该实验平台使用的继电器线圈为24伏。2、该系统需用的I/O端口为：输入17个，输出25个。而S7-200有20个输入端口，足够使用，但输出仅有16个端口，所以输出端口只能轮换使用。（注意：STEP7 SIMATIC Manager 编程具有其自身的特点，在编程之前需要在符号表中对所有输入输出的全局变量进行定义，使程序具有可读性。其中包括：I/O地址、数据块命名、注释等。）六、实验结果提交写出完整的实验报告：1、画出相关的控制系统图及原理方框图。

35、2、提交组成控制系统的I/O分配表和控制算法程序（梯形图）。3、通过抓图方法，提交获得的控制系统相关设置和监控界面实时运行图。4、仔细观察实验现象，认真记录实验中发现的问题、错误、故障及解决的方法，分析系统的控制效果。实验六 TVT-99A电梯模型一、实验目的用PLC构成电梯自动控制系统。二、实验设备1电梯模型装置 1台2计算机 1台3编程电缆 1根电梯模型装置由底座、立柱及面板、主电路板等组成，电流开关设置在底座上面。底座背部设有电源插座及保险管座，保险管规格为250V/1A。本装置电源为交流220V/50Hz，应使用带保护接地的三芯单相插座。三、基本实验要求1了解系统的基本构成2熟悉编程方

36、式3熟悉电梯控制的基本逻辑。4编程要求（1）轿厢门的手动操作（即按轿厢门“开”或“关”按钮，作出相应动作。）（2）电梯上电时，轿厢门关闭、先下行到底层，然后在第一和第四层之间往返，平层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时3S后自动关门，继续运行。注意：编程时要考虑顶层和底层，开门和关门的限位保护，防止损坏。四、基本控制单元及I/O分配1. 基本控制单元包括FP1-C40及EX两部分FP1-C40为24输入（X0X19）16输出（Y0Y11）。输入为电平信号，低电平为有效；输出为继电器信号。EX为8输入（X20X27）。输入为电平信号，低电平为有效。2. 执行机构：驱动电机（直流电机，工作电压24

37、V）1个。3检测设备：微动开关6个（14层平层信号4个，上限位1个、下限位1个）；光电开关1个（门开关）；按钮12个（轿厢内选层4个，开门1个，关门1个，1楼上1个，2楼上1个，2楼下1个，3楼上1个，3楼下1个，4楼下1个）。I/O分配：功能编号功能编号一层内呼X0一层内呼指示Y8二层内呼X1二层内呼指示Y9三层内呼X2三层内呼指示YA四层内呼X3四层内呼指示YB一层外呼上X4一层外呼上指示YC二层外呼下X5二层外呼下指示YD二层外呼上X6二层外呼上指示YE三层外呼下X7三层外呼下指示YF三层外呼上X8三层外呼上指示Y0四层外呼下X9四层外呼下指示Y1开门开关XA电梯轿厢上行Y2关门开关XB

38、电梯轿厢下行Y3一层平层XC门电机开Y4二层平层XD门电机关Y5三层平层XE电梯上行指示Y6四层平层XF电梯下行指示Y7开门限位X10关门限位X11轿厢上升极限位X12轿厢下降极限位X13五、控制功能1 开始时，电梯处于任意一层；2 当有外呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时3s后自动关门；3 当有内呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时3s后自动关门；4 在电梯厢运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼

39、梯信号。例如，电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在此过程中可以响应二层向上外呼信号，但不响应二层向下外呼梯信号。同时，如果电梯到达三层，如果四层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。否则，电梯轿厢将继续运行至四楼，然后向下运行响应三层向下外呼梯信号；5 电梯应具有最远反向外梯响应功能。例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则轿厢光去四楼响应四层向下外呼梯信号；6 电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮将不起作用。平层且电梯轿厢停止运行后，按开门按钮轿厢门打开，按关门轿厢门关闭。六、实验结果提交写出完整的实验报告：1、通过抓图方法，提交所编的实验程序。2、对实

40、验过程进行分析。实验七 TVT-99B材料分拣装置一、实验目的用PLC构成材料自动分拣系统，熟悉PLC编程，了解基本的上位组态知识。二、实验设备1.材料分拣装置模型 1台2.计算机 1台3.编程电缆 1根PLC控制分拣装置涵盖了PLC技术、电动技术、传感器技术、位置控制技术等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型。该装置采用台式结构，内置电源，配装FP0系列主机，转接面板上设计了可与其它PLC或单片机连接的转接口。该装置中，选用了颜色识别传感器及对不同材质敏感的电容式和电感式传感器，分别被固定在网板上。实验者在经得指导老师同意的条件下可以重新安装传感器排列位置或选择网板不同区域安装（如三个传感

41、器集中装在汽缸5附近的网板区域）。本装置还设置了气动方面的减压器、滤清、气压指示等，各传感器位置见图1。三、基本实验要求1了解系统的基本构成2检测元件实验料位上不放料，将各种物料（各类有颜色的小方块）放在传感器下，观察传感器的变化情况。3 熟悉编程方式4I/O分配测试利用你认为合适的方法确定Y0、Y1、Y2、Y3、对应的执行机构，以及确定各类传感器对应的I/O编码。5动作分解编程（详见 五、功能实现）四、基本控制单元及I/O分配FP0-C14RS、E8X：其中FP0-C14RS为8输入（X0X7）6输出（Y0Y5）。输入为电平信号，低电平为有效；输出为继电器信号。EX为8输入（X20X27）。

42、输入为电平信号，低电平为有效。执行机构：传送带电机（交流单相电机，工作电压220V）1个、电磁气动阀5个。检测设备：电容式传感器1个、电感式传感器1个、颜色传感器1个、光电传感器1个、旋转编码器1个。I/O分配：功能编号功能编号气缸1动作限位X27气缸电磁阀1Y0气缸2动作限位X1气缸电磁阀2Y1气缸3动作限位X2气缸电磁阀3Y2气缸4动作限位X3气缸电磁阀4Y3气缸5动作限位X4气缸电磁阀5Y4气缸1回位限位X20传送带电机Y5气缸2回位限位X21气缸3回位限位X22气缸4回位限位X23气缸5回位限位X24编码脉冲X0下料传感器X26电感传感器X5电容传感器X6颜色传感器X7注：气缸5为下料

43、气缸五、功能实现整个系统应实现如下分拣功能：1 分拣出金属与非金属2 分拣某一颜色块3 分拣出金属中某一颜色块4 分拣非金属中某一颜色块5 分拣金属中某一颜色块和非金属中的某一颜色块6 建议分拣颜色为：红、绿、兰7 建议分拣材料为：铁、铝、塑料等。 运行方式：有料时自动运行，无料时走完一个行程自动停机。六、传感器调试方法及步骤1 通电状态下，在颜色传感器下方的传送带上，放置带有某一颜色料块，调节传感器上的电位器，观察窗口中红黄（或绿）指示灯，当两灯恰同时发光时，该灵敏点即为料块颜色检出点。（注：顺时针放置检测色温向低端移动，否则反之）。2 在电感传感器下方的传送带动上，放置铁质料块，调整传感器

44、上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铁质材料的检出点。3 在电容传感器下方的传送带上，放置铝质料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铝质材料的检出点。注意：实验室传感器皆已调整好，勿需调试！七、实验结果提交写出完整的实验报告：1、通过抓图方法，提交所编的实验程序。2、对实验过程进行分析。实验八 TVT-99C立体仓库模型一、实验目的主要以PLC编程练习及位置控制、上位机监控练习。通过传感器信号采集，PLC编程，实现对步进电机及直流电机进行较复杂的位置控制及时序逻辑控制等功能。二、实验设备1.立体仓库模型

45、1台2.计算机 1台3.编程电缆 1根立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。模型的机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机、直流电机作为拖动元件。电气控制由松下FP0 PLC、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。三、基本实验要求1了解系统的基本构成2熟悉编程方式3了解系统的检测、保护措施，执行机构的控制原理。4编程要求 （1） 将Z轴上的货物送到指定位置（由教师指定位置）（2） 将某一指定位置的货物取出（3） 自动将某一位置的货物送到另一位置（4） 将零号位置的货物送到任意位置（5） 从任意位置取回货物放至零号位（6）

46、能够实现低速启动-变速运行-低速停车的功能（7） X、Y、Z极限保护（8） 012号仓位扫描检测5监控系统的建立四、控制单元FP0-C16T、16RS、E16X：其中FP0-C16T为8输入（X0X7）8输出（Y0Y7）。输入为电平信号，低电平为有效；输出为电平信号（晶体管输出），高电平有效。FP0-C16RS为8输入（X20X27）8输出（Y20Y27）。输入为电平信号，低电平为有效；输出为继电器信号。E16X为16输入（X40X47）。输入为电平信号，低电平为有效。执行机构：X轴步进电机1个、Y轴步进电机1个、Z轴直流电机（400rpm）1个。检测设备：微动开关2个（左限位、下限位）、光电

47、开关2个（右限位、上限位）、44按键开关。微动开关13个（仓位信号）。表1 I/O分配：功能编号功能编号货台回位限位X4X轴脉冲Y0货台到位限位X5Y轴脉冲Y1货台是否有货X6X轴方向（1/0）Y2自动/手动（1/0）X7Y轴方向（1/0）Y3键盘值1位X20货台前进Y6键盘值2位X21货台后退Y7键盘值3位X22就绪指示Y20键盘值4位X23取指示Y21X轴右限位X24放指示Y22X轴左限位X25十位显示Y23Y轴上限位X26BCD码输出1位Y24Y轴下限位X27BCD码输出2位Y25BCD码输出3位Y26BCD码输出4位Y27注：X40X4C为112仓的仓位信号。五、控制功能1首先熟悉控制

48、面板上的开关及按钮功能及仓位号2分别点动按键1、2、3、4、5、6，观察水平（X轴）、垂直（Y轴）、前后（Z轴）各丝杠运行情况，运行应平衡，在接近极限位置时，应招待限位保护（运行自动停止）。3将带托盘汽车模型置零号仓位，放置模型时，入位要准确，并注意到仓位底部检测开关已动作。4执行送指令（1） 选择欲送仓位号，按动仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号；（2） 按动送指令按钮，观察送入动作（若被选择仓位内已有汽车，则该指令不被执行）；（3） 指令完成后，机械自动返回；（4） 零号仓位已无汽车，则下一个送指令（误操作）将不被执行。5执行取指令（1） 选择欲取仓位号，按动仓位号对应按钮，控制

49、面板上的数码管显示仓位号；（2） 按动取指令按钮，观察取出动作（若被选择仓位内无汽车，则该指令不被执行）；（3） 指令完成后，机构自动复位；（4） 零号仓位已有汽车，则下一个取指令（误操作），将不被执行。六、调试方法与调试步骤 1将Z轴上的汽车模型取下，且置Z轴为后极限位置。 2编程使X轴、Y轴回复零位。以后的立体仓库坐标定位以零点（0，0）开始。 3编程使Z轴部件到达1号仓库，且校对位置，力图使仓库中心线与Z轴对齐。记录坐标值（X1，Y1），此坐标值以步进电机的肪冲数为准。4 依次记录2号12号仓库坐标。七、实验结果提交写出完整的实验报告：1、通过抓图方法，提交所编的实验程序。2、对实验过程

50、进行分析。实验九 TVT-99D机械手模型一、实验目的1了解机械手工作原理，能用PLC进行简单的机械手自动控制程序编制。2了解计算机监控软件，熟悉计算机上位监控。二、实验设备1机械手模型 1台2计算机 1台3编程电缆 1根该装置的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸等机械器件组成；电气方面有步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组成。该装置涵盖了PLC技术，位置控制技术、气动技术等。三、基本实验要求1了解系统的基本构成2检测元件实验3执行元件实验4熟悉编程方式5动作分解编程（1）给横向电机加500个脉冲，看看前进的距离。（2）给纵向电机加500个脉冲，看看前进的距离。（3）编一个简单的程序（例如电机横向反复移动，加限位保护）四、控制单元及I/O分配1基本的控制单元包括FP0-C16T、E16RS三部分其中FP0-C16T为8输入（X0X7）8输出（Y0Y7）。输入为电平信号，低电平为有效；输出为电平信号（晶体管输出），高电平有效。E16RS为8输入（X20X27）8输出（Y20Y27）。输入为电平