可编程控制器实验指导书

可编程序控制器实验系统

实验指导书华中科技大学文华学院机电一体化实验室TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"实验一三相异步电动机启停控制实验 (1)\o"CurrentDocument"实验二PLC控制三相异步电动机正反转实验 (4)\o"CurrentDocument"实验三PLC控制三相异步电动机变频调速实验 (8)\o"CurrentDocument"实验四PLC顺控程序设计及调试实验 (15)实验五PC与PLC串行通信程序设计与调试实验 (18)实验一三相异步电动机启停控制实验一、 实验目的进一步学习和掌握接触器以及其它保护电器的结构、工作原理和使用方法；通过三相异步电动机的启、停控制电路的实验，进一步学习和掌握接触器控制电路的结构和工作原理。二、 实验原理图1.1为三相异步电动机的继电器一接触器基本启停控制电路，左边部分为主回路，右边部分为控制回路。~380V图1.1三相异步电动机直接启停控制电路图中：QG——刀开关，电源开关；FU——熔断器，电路的基本保护之一，短路保护；FR一热继电器，电路的基本保护之二，过载保护；KM——接触器，是三相异步电动机起停控制的主要电器，控制回路控制线圈的得电或失电，从而控制主触头闭合或断开，使电动机接通电源运行或断开电源停止。SB1——启动按钮；SB2——停止按钮。电路的基本工作原理：首先合上刀开关QG，再按下启动按钮SB1,KM线圈得电并自锁，主触头闭合，电动机接通电源运行。按下停止按钮SB2,KM线圈失电，主触头断开，电动机断电停止。三、实验步骤实验电路如图1.2所示。图中QF5为断路器，它集刀开关、熔断器和热继电器的功能于一体，在电路中起电源开关、短路保护、过载保护以及欠压保护的作用。电路中控制的交流电动机M为主轴电动机，因此，电动机运行时，主轴旋转。在操作面板上找到交流电源、交流电机、接触器KM5以及操作按钮“启动”、“停止”所对应的接线端子；在未通电的情况下，按图1.2完成控制电路的接线（为了安全起见，虚线外的连线已接好）;图1.2三相异步电动机直接启停控制电路接线图经老师检查认可后进行下面操作；4•合上电源开关，观察电动机和接触器的工作状态；按下操作控制面板上“启动”按钮，观察接触器和电动机的工作状态;按下操作控制面板上“停止”按钮，观察接触器和电动机的工作状态。当未合上断路器QF5时，进行4和5步操作，观察结果。四、注意事项接线和拔线时，请务必断开电源开关；电源开关合上后，请不要用手触摸接线端子；请务必不能将导线一端接入交流电源、交流电机、KM5的接线端子上，另一端放在操作台上而合上QF5。通电实验时，请不要用手触摸主轴。五、 实验用电器元件和工具TOC\o"1-5"\h\z三相异步电动机 1台断路器（QF5） 1个接触器（KM5） 1个按钮 2个实验导线 若干六、 实验前的准备预习实验指导书，复习教材的相关章节。七、实验报告要求记录实验中所用异步电动机的名牌数据；弄清QF5型号和功能；比较实验结果和电路工作原理的一致性；说明6步的实验结果并分析原因。八、思考题实验电路中，控制回路的控制电压是多少？接触器是交流接触器，还是直流接触器？接触器线圈的工作电压是多少如果将控制回路从W4的连线改接在W5上，电路是否能正常工作？为什么？控制电路是怎样实现短路保护和过载保护的？电动机什么情况下采用直接启动方法？实验二PLC控制三相异步电动机正反转实验一、 实验目的学习和掌握PLC的实际操作和使用方法；学习和掌握PLC控制三相异步电动机正反转的硬件电路设计方法；学习和掌握PLC控制三相异步电动机正反转的程序设计方法；学习和掌握PLC控制系统的现场接线与软硬件调试方法。二、 实验原理三相异步电动机定子三相绕组接入三相交流电，产生旋转磁场，旋转磁场切割转子绕组产生感应电流和电磁力，在感应电流和电磁力的共同作用下，转子随着旋转磁场的旋转方向转动。因此转子的旋转方向是通过改变定子旋转磁场旋转的方向来实现的，而旋转磁场的旋转方向只需改变三相定子绕组任意两相的电源相序就可实现。如图2.1所示为PLC控制异步电动机正反转的实验原理电路。图2.1PLC控制三相异步电动机正反转实验原理图左边部分为三相异步电动机正反转控制的主回路。由图2.1可知：如果KM5的主触头闭合时电动机正转，那么KM6主触头闭合时电动机则反转，但KM5和KM6的主触头不能同时闭合，否则电源短路。右边部分为采用PLC对三相异步电动机进行正反转控制的控制回路。由图可知：正向按钮接PLC的输入口X0，反向按钮接PLC的输入口XI，停止按钮接PLC的输入口X2；继电器KA4、KA5分别接于PLC的输出口Y23、Y24，KA4、KA5的触头又分别控制接触器KM5和KM6的线圈。实验中所使用的PLC为三菱FX2N系列晶体管输出型的，由于晶体管输出型的输出电流比较小，不能直接驱动接触器的线圈，因此在电路中用继电器KA4、KA5做中间转换电路。在KM5和KM6线圈回路中互串常闭触头进行硬件互锁，保证软件错误后不致于主回路短路引起断路器自动断开。电路基本工作原理为：合上QF1、QF5，给电路供电。当按下正向按钮，控制程序要使Y23为1，继电器KA4线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM5的线圈得电，主触头闭合，电动机正转；当按下反向按钮，控制程序要使丫24为1，继电器KA5线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM6的线圈得电，主触头闭合，电动机反转。三、实验步骤断开电源开关，按图2.2接线（为安全起见，虚线框外的连线已接好）；在老师检查合格后，合上电源开关；运行PC机上的工具软件FX-WIN，并使PLC工作在STOP状态；输入编写好的PLC控制程序并将程序传至PLC；使PLC工作在RUN状态，操作控制面板上的相应按钮，实现电动机的正反转控制（按下“正向”按钮，电机正转；按下“反向”按钮，电机反转；按下“停止”按钮，电机停转）。在PC机上对运行状况进行监控，同时观察继电器KA4、KA5和接触器KM5、KM6的动作以及主轴的旋转方向，调试并修改程序直至正确；重复4、5步骤，调试其它实验程序。图2.2实验接线图四、实验说明及注意事项本实验中，继电器KA4、KA5的线圈控制电压为24VDC,其触点5A220VAC(或5A30VDC)；接触器KM5、KM6的线圈控制电压为220VAC,其主触点25A380VAC。三相异步电动机的正、反转控制是通过正、反向接触器KM5、KM6改变定子绕组的相序来实现的。其中一个很重要的问题就是必须保证任何时候、任何条件下正反向接触器KM5、KM6都不能同时接通，否则会造成电源相间瞬时短路。为此，在梯形图中应采用正反转互锁，以保证系统工作安全可靠。接线和拔线时，请务必断开电源；电源合上后，请不要用手触摸接线端子；请务必不能将导线一端接入交流电源、交流电机、KM5、KM6的接线端子上，另一端放在操作台上而合上QF5。通电实验时，请不要用手触摸主轴；不可将PLC的输出端口和公共端之间直接接电源，否则会烧坏PLC输出端口。五、实验用仪器工具PC机1台PLC1台编程电缆线1根三相异步电动机1台断路器（QF1、QF5）2个接触器（KM5、KM6）2个继电器（KA4、KA5）2个按钮3个实验导线若干六、实验前的准备1.预习实验指导书报告，复习教材的相关章节熟悉三菱FX2N编程工具、编程方法以及调试监控方法；根据实验电路，编写好如下实验程序（梯形图、指令代码均可）：1） 按“正向”按钮，主轴正转，按“反向”按钮，主轴反转。但主轴由正转变反转或由反转变正转必须先停止；2） 无论主轴处于何种状态（正转、反转或停止），按“正向”按钮，主轴正转，按“反向”按钮，主轴反转。3） 改变“正向”、“反向”、“停止”按钮与PLC输入接口的连接对应的程序。七、 实验报告要求画出调试好的程序梯形图，写出指令代码，分析实验结果。八、 思考题试比较继电器和接触器的结构及工作原理的异同点。请说明本实验中继电器的线圈工作电压和接触器的线圈工作电压分别是多少？试比较可编程控制器的三种输出接口：晶体管输出方式、晶闸管输出方式、继电器输出方式的工作原理异同点。能否将接触器KM5,KM6的线圈直接接至PLC的输出端Y23、Y24（注：本实验所用的PLC为FX2N-48MR，其输出接口为继电器型）？实验三PLC控制三相异步电动机变频调速实验一、 实验目的学习和掌握变频器的操作及控制方法；深入了解三相异步电动机变频调速性能；进一步学习PLC控制系统硬件电路设计和程序设计、调试。二、 实验原理通过改变三相异步电动机定子绕组电压的频率，可以改变转子的旋转速度，当改变频率的同时改变电压的大小，使电压与频率的比值等于常数，则可保证电动机的输出转矩不变。变频器就是专用于三相异步电动机调频调速的控制装置。它的输入为单相交流电压（控制750W及以下的小功率电动机）或三相交流电压（控制750W以上的大功率电动机），而输出为幅值和频率均可调的三相交流电压供给三相异步电动机。变频器的生产厂家很多，产品也很多，但基本原理相同。本实验中采用的是松下小型变频器VF0200W，使用时要考虑操作模式和频率设定模式。操作模式：正转、反转控制方式。对于电动机正、反转的控制有外部操作和面板操作两种模式，通过专用参数的设定来确定。面板操作模式：通过变频器自带面板上的操作键实现正转、反转控制；外部操作模式：通过接在变频器专用输入端上开关信号的接通、断开实现正转、反转控制。频率设定模式：运行频率设定方式。运行频率的设定方式分为面板设定、外部设定两种，通过专用参数的设定来确定。面板设定模式：通过变频器自带面板上的电位器或专用键来设定频率的大小。外部设定模式：通过变频器上专用输入端上的电位器、电压信号、电流信号、开关编码信号或PWM信号来设定频率的大小。本次实验的主要内容有两种。外部操作和外部电位器频率设定；外部控制和外部开关编码信号频率设定。实验原理电路如图3.1所示。

启动正向反向停止复位主轴准停图3.1实验原理图频率设定模拟输入端信号控制端正/反转控制端运行/停止控制端启动正向反向停止复位主轴准停图3.1实验原理图频率设定模拟输入端信号控制端正/反转控制端运行/停止控制端操作按钮“启动”、“正向”、“反向”、“停止”、“复位”以及主轴计数用行程开关“主轴准停”分别接在PLC的输入端X0、XI、X2、X3、X4和X5上，输出Y22控制KA3,输出端Y10〜Y14根据变频器的工作方式不同，与变频器控制信号的连接不同。电路的基本工作原理是：PLC控制程序，完成如下功能1） 当按下启动按钮时，程序使Y22为1,KA3线圈通电，动合触头闭合使接触器KM4线圈通电，KM4主触头闭合，变频器通电。2） 在外部控制模式下，按“正向”按钮，电动机正转，按“反向”按钮，电动机反转，按“停止”按钮，电动机停止运行。3） “主轴准停”为安装于主轴上的接近开关，用于测量主轴的旋转速度（r/min）。X5作为高速计数输入端，与其相关联的内部高速计数器为C240。在实验中，速度的测量方法是：当速度达到稳定后，按“复位”按钮，定时器开始定时60S，同时计数器开始对“主轴准停”信号计数，当计数器的值稳定时（定时器定时时间到）即为主轴速度值（r/min）。外部控制和外部电位器频率设定工作方式1） 采用外部控制和外部电位器频率设定工作方式时，电路连接如图3.2所示。2） 当采用外部控制和外部电位器频率设定工作方式时其相关参数设定见表3.1。

表3.1外部控制和外部电位器频率设定工作方式参数设定参数编号设定数据意义P083输入端5的信号为“1”时，电动机正转，否则停止；输入端6的信号为“1”时，电动机反转，否则停止；P092外部电位器设定频率大小图3.2外部控制和外部电位器频率设定工作方式电路连接图由图3.2和表3.1可知：正转时，PLC程序要使Y10为1,反转时要使Y11为1,Y10、Y11不能同时为1，同时为0时电动机停止。频率大小通过改变1、2、3端上连接的电位器来调节。外部控制和外部开关信号频率设定1） 采用外部控制和外部开关信号频率设定工作方式时，电路连接如图3.3所示。2） 当采用外部控制和外部开关信号频率设定工作方式时其相关参数设定见表3.2。表3.2外部控制和外部开关信号频率设定工作方式参数设定参数编号设定数据意义P083输入端5的信号为“1”时，电动机正转，否则停止；输入端6的信号为“1”时，电动机反转，否则停止；P090面板电位器设定频率大小P190频率由7、8、9端的开关信号确定。P200P210

主轴准停停止复位主轴准停停止复位图3.3外部控制和外部开关信号频率设定工作方式电路连接图7、8、9端的开关信号与频率的关系如表3.3所示。表3.37、8、9端的开关信号与频率的关系端子号运行频率说明987000第1速P09指定频率设定方式设定的频率001第2速参数P32的设定值为工作频率010第3速参数P33的设定值为工作频率011第4速参数P34的设定值为工作频率100第5速参数P35的设定值为工作频率101第6速参数P36的设定值为工作频率110第7速参数P37的设定值为工作频率111第8速参数P38的设定值为工作频率由图3.3和表3.2可知：正转时，PLC程序要使Y10为1,反转时要使Y11为1,Y10、Y11不能同时为1，同时为0时电动机停止。频率大小通过改变7、8、9端的状态来调节。三、实验步骤（一）外部控制、外部电位器调频控制方式按图3.2接线（虚线框外的连线已接好）；征得老师同意后，合上电源开关，输入PLC程序并运行；3.执行PLC中的“监控测试/开始监控”，PLC进入监控状态；按“启动”按钮，变频器通电，按表3.1设定变频器参数；参数设定方法如下：1） 按动变频器面板上的“MODE”键，直到显示参数号P01；2） 按“f”或“I”键，调节参数号，使其为所需设定的参数号；3） 按“SET”键，进入修改参数状态，数字闪烁；4） 按“f”或“I”键，改变数字使其为所需设定的数字；5） 按“SET”键，设定值被写入；6） 重复2）、3）、4）、5）设定其它参数。7） 按“MODE”按“正向”按钮，Y10输出，电动机正转；调节电位器旋钮，使变频器的显示频率为10；按“复位”按钮，待计数器C240的计数值稳定后读取数据寄存器D10的值并记录于表3.4中；表3-4实验记录表1显示频率（HZ）正转反转速度（1血而速度（1血而10216210153243242043243825552552306666663576876240888888调节电位器的旋钮，使变频器的显示频率分别为表3.4中的数据，重复7；按“反向”按钮，Y11输出，电动机反转，重复6、7、8；按“停止”按钮，电动机停转；断开电源。（二）外部控制、外部开关编码调频控制方式按图3.3接线（虚线框外的连线已接好）；征得老师同意后，合上电源开关；按“启动”按钮，变频器通电，变频器参数设定如表3-2和3.5所示；执行PLC中的“监控测试/开始监控”，PLC进入监控状态；按“正向”按钮，Y10输出；此时，Y12、Y13、Y14均为0，频率由变频器内部设定；按“复位”按钮，待计数器C240的计数值稳定后读取数据寄存器D10的值和对应的变频器显示值并记录于表3.5中；执行PLC中的“监控测试/强制Y输出”，分别使Y12、Y13、Y14为表3.5中的状态，重复7；按“停止”按钮，电动机停转；断开电源开关。表3.5实验记录表2输出状态（输入端子）设定值显示值（Hz）速度(r/min)Y14(9)Y13(8)Y12(7)参数号设定值0008.0168001P321010216010P331515324011P342020432100P352525546101P363030660110P373535774111P384040888其中：0——OFF，1——ON四、实验说明及注意事项本实验中，电动机的.工作电压为380VAC，请洋意安全：继电器接触器KM4的作用是给变频器上电，不可作为变频器的启停控制，否则损坏变频器。变频器的启停由对变频器的输入端5、6的控制来实现：编写PLC程序时，要保证Y10、Y11互锁；千万不可将变频器的输出端口U、V、W直接连接到交流电源的U4、V4、W4端口，否则会烧坏变频器：不可将PLC的输出端口和公共端之间直接接电源，否则会烧坏PLC输出端口。五、 实验用仪器工TOC\o"1-5"\h\zPC机 1台PLC 1台变频器 1台三相异步电动机 1台断路器（QF1、QF4） 2个继电器（KA3） 1个接触器（KM4） 1个按钮 5个实验导线 若干六、 实验前的准备预习实验指导书及附录相关内容，编写好实验用程序。七、 实验报告要求画出PLC控制程序梯形图并写出相对应的指令代码：已知电动机的转差率S=0.02,主轴的机械传动比j=47/36，请计算表3.4、3.5各频率下对应主轴的理想速度，并与实测值进行比较，分析误差产生的主要原因。将两种速度设定方法所测得的实际速度进行比较分析。八、 思考题三相异步电动机调速的主要方法有几种？为什么三相异步电动机调频调速时要同时改变电压的大小？

实验四PLC顺控程序设计及调试实验一、 实验目的学习和掌握PLC的实际操作方法；学习和掌握PLC顺控程序的设计及调试方法；二、 实验原理PLC的主要功能之一是逻辑控制和顺序控制，本实验就是通过对三个灯的顺序通断电的控制实验，达到学习和掌握计数器、定时器的使用方法以及逻辑控制的编程和调试方法。当按下起动按钮后，顺序控制的动作循环如图4.1所示。图4.1 图4.1 顺序控制动作循环图由图4.1可知：除三个灯亮有一定顺序要求外，还有时间和计数要求，即要使用PLC的内部资源定时器和计数器。