电气控制与PLC(六实验)

PAGE《电气控制与PLC》课程实验指导书电气工程系实验中心2011年8月PAGE1目录《电气控制与PLC》课程实验要求2实验一、三相电动机的点、长动控制4实验二、三相电动机的正、反转控制7实验三、全自动洗衣机的控制9实验四、PLC控制三相电动机的顺序起动11实验五、步进电机控制13实验六、交通灯控制15附录、实物接线图17《电气控制与PLC》课程实验要求一、课程实验目的要求实验是理论教学的深化和补充，是提高学生动手能力、分析问题和解决问题能力的途径。通过该课程的实验，使学生进一步巩固和加深对所学电气控制与PLC理论知识理解，为进一步提高学生多方面的综合能力奠定基础。培养学生的创新能力，培养学生掌握理论指导下的实验方法，锻炼学生的实际操作能力以及了解西门子S7-200CPU226CN型PLC内部资源，STEP7-MICRO/WIN32软件的使用，理解可控制编程器基本指令的功能、掌握PLC的梯形图和编程语言。学生通过实践，可以加深理解各种指令的特点及其功能、提高编程技巧、培养学生应用PLC的能力。二、实验方式与基本要求1.实验方式：学生独立进行实验，理解使用梯形图编程的方法，掌握I/O口的分配、I/O口的接法和编程器的基本操作。2.实验要求：实验前，学生要认真预习实验指导书，掌握实验目的、实验内容及需要分配的I/O口。实验中，了解本次实验所用的实验仪器和设备，熟悉使用方法和操作过程；实验线路连接完毕，要求指导教师检查；实验时集中精力，认真观察实验现象，经指导教师检查后方可离开实验室。实验后，按要求书写实验报告，实验课程结束后写出实验总结报告。三、实验报告要求1.每个实验结束后，每一个学生都要认真独立的写出一份简洁规范、有见解和结论的实验报告，实验报告是根据在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。实验报告包括以下内容：（1）实验名称、专业班级、姓名、同组人姓名、实验台号、实验日期。（2）实验目的、实验设备、实验内容、实验步骤及PLC的梯形图和编程语言。（3）列出实验项目并给出实验时所用的I/O口的分配表及PLC梯形图。（4）根据实验所观察的现象分析，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，实验报告还应整洁规整。（5）每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。2.实验课程结束时，学生需要写出一份课程小结。小结应包括对课程的评价、建议和要求，自己的收获和体会。3.指导教师要认真批改每份实验报告，需有评语、成绩及签名。四、考试（考核）方法与要求本课程的实验教学进行考核，分两部分进行：1.课程笔试中包括实验内容，比例占10%，按课程笔试记分，不在单独考核。2.实验教学：按预习、操作、课堂纪律、实验报告分别计成绩，按优、良、中、及格、不及格五级评定，课程结束后，将实验总分并入课程总成绩，比例约占15%。五、说明《电气控制与PLC》课程实验共提供了十三种不同的实验内容，不同专业、不同学时的班级可根据先修课程的情况选择实验内容的多少或难易。为了弥补综合实验设备与实际设备的差异，其中约三分之一的实验采用传统实验设备，约三分之二的实验采用综合实验设备。实验一三相电动机的点、长动控制一、实验目的1.了解电力拖动控制线路的基本原理。2.掌握电动机点动与长动的基本控制方法与接线方法。3.熟悉接触器、空气开关、控制按钮、熔断器、热继电器等低压电器元件的使用方法和电动机的基本控制方法。二、实验原理1.该控制电路中，QF为空气开关，它不能直接给电动机M供电，只起接通或断开电源的作用。当闭合QF时电位通过熔断器到达交流接触器触头，也到达控制电路。FU为熔断器起到短路保护作用，实现对电动机的短路保护。FR为热继电器，在长动控制中当电动机过载时，FR的热元件发热弯曲打开FR动断触点使交流接触器KM电磁线圈断电，同时接触器KM触头也断开使电机断电而停止。2.点动控制（1）点动控制是指按下按钮电动机得电启动运转，松开按钮电动机失电直至停转。（2）点动控制电路动作原理如下：a.合上空气开关QF后，因没有按下点动按钮SB接触器KM线圈没有得电，KM主触点断开，电动机M不得电，所以不会启动。b.按下电动按钮SB后，控制回路中接触器KM得电，主回路的动合触点闭合，电动机启动。c.松开按钮SB，按钮自动复位，断开控制电路KM线圈，主电路中KM触点恢复断开状态，电动机断电停止。3.长动控制（1）长动控制是指按下按钮后电动机启动，松开按钮后电动机仍然能继续运行，只有按下停止按钮，电动机才能停止转动。（2）长动控制电路动作原理如下：a.合上空气开关QF。b.启动：先按下SB2，然后松开，KM得电后自锁，电动机得电后启动。c.停止：先按下SB1，然后松开，KM失电，电动机停止转动。（3）自锁是指依靠接触器自身的辅助动合触电来保证线圈继续通电的一种现象。4.长动与点动的区别长动与点动的区别在于松开启动按钮后，电动机能否继续保持运行状态。如果控制线路能满足松开启动按钮后，电动机仍然保持运行状态，那么即为长动控制，否则就是点动控制。三、实验材料和工具三相异步电动机一台、接触器、按钮、控制开关、熔断器、热继电器、连接导线、电工工具及万用表等。四、实验内容1.点动控制电动机点动控制电路原理图如图1.1所示。先根据图1.1连接好电路，经检查无误后通电调试。按下或松开按钮SB，观察现象并记录在表1中。表1电动机点动运行状况表步骤内容电机转向KM主触点KM接触器线圈按下SB松开SBFUFUKMFUQFM3~~～～SBKM图1.1点动控制电路2.长动控制电路电动机长动控制电路原理图如图1.2所示。先根据图1.2连接好电路，经检查无误后通电调试。按下或松开按钮SB1或SB2，观察并记录在表2中。表2电动机长动运行状况表步骤内容电机转向KM主触点KM接触器线圈KM自锁触点按下SB2松开SB2按下SB1FUFUKMFUQFM3~~～～SB1SB2FRKMFRKM图1.2长动控制电路五、实验要求1.检查实验设备上各电器元件是否完好。2.按电气原理图认真接线，把主电路与控制电路用不同颜色的导线分别开来。并认真检查接线是否正确。3.经指导老师检查后，再通电进行调试，且观察并记录现象。六、注意事项1.在接主电路时一定要注意接触器上、下触头的对称，以防把电路接成开路。2.在接交流接触器电磁线圈时，一定要将A1接入电路（接同侧的两个触点，不要接两侧对应的触点），否则造成短路故障。七、思考题1.在控制电路里为什么要接自锁触头，其功能是什么？2.对照原理图分辨出各电器元件分别在原理图的什么部分起什么作用？实验二三相电动机的正反转控制一、实验目的1.理解电力拖动基本控制电路电动机正反转的工作原理。2.掌握三相异步电动机正反转实现方法。3.掌握接触器的自锁与互锁的关系。4.通过实验发现问题并掌握解决问题的办法。二、实验原理1.对于三相笼型异步电动机来说，在电动机的定子绕组中加入与原来方向相反的电流时，电动机就产生与原来方向相反的转矩。实现电动机正、反转控制的方法是只要改变它的电源相序，既将主回路中的三相电源线任意两相对调即可。本次实验昰利用接触器的主触点来改变相序。2.电动机正、反转控制（1）该控制电路中KM1为正转接触器，KM2为反转接触器。正、反转接触器KM1和KM2线圈支路都分别串联对方的动断触点，任意一个接触器接通的条件是另外一个接触器处于断电状态下。这种相互关系称为“互锁”，是通过电器元件来实现的，所以也称为电气互锁。实现电气互锁的触点称为互锁触点。（2）接触器互锁正、反转控制电路动作原理如下：a.正转：按下按钮SB2然后松开，此时线圈KM1得电自锁，线圈KM2失电而互锁，电动机得电后开始正转。b.停止：按下按钮SB1然后松开，线圈KM1失电后电动机停止转动。c.反转：按下按钮SB3然后松开，此时线圈KM2得电自锁，线圈KM1失电而互锁，电动机得电后开始反转。三、实验材料和工具三相异步电动机一台、接触器、控制按钮、空气开关、熔断器、热继电器、连接导线、电工工具及万用表等。四、实验内容电动机的接触器互锁正、反转控制。其控制电路原理图如图2.1所示。先根据图2.1连接好电路，经检查无误后通电调试。按下或松开按钮SB1、SB2或SB3，观察现象并记录在表1中。表1电动机正、反转运行状况表内容步骤电机转向KM主触点KM自锁触点KM互锁触点KM接触器线圈按下SB2按下SB2按下SB3图2.1电动机正、反转控制电路五、实验要求1.检查实验设备上各电器元件是否完好。2.按电气原理图认真接线，把主电路与控制电路用不同颜色的导线分别开来。并认真检查接线是否正确。3.经指导老师检查后，再通电进行调试，且观察并记录现象。六、注意事项1.在接主电路时一定要注意接触器上、下触头的对称，以防把电路接成开路。2.在接交流接触器电磁线圈时，一定要将A1接入电路（接同侧的两个触点，不要接两侧对应的触点），否则造成短路故障。3.在接控制电路时一定要接入互锁触头，以防电路误动作时造成短路故障。4.接触器互锁正、反转控制电路从一个转向过渡到另一个转向，首先要按停止按钮SB1，不能够直接过渡到另一个转向。七、思考题1.在主电路里如果KM1和KM2同时吸合会产生什么后果？2.在控制电路里为什么要接互锁触头，其功能是什么？实验三全自动洗衣机的控制一、实验目的1.了解编程器的基本操作以及编程器的输入、检查和运行操作。2.了解用PLC实现全自动洗衣机的控制原理及其I/O口的连接、PLC程序的编写和调试运行。3.了解I/O口分配和I/O口接线的方法。4.了解PLC的编程语言。二、实验设备1.亚龙PLC-主机单元一台。2.亚龙PLC-全自动洗衣机控制单元一台。3.计算机或编程器一台。4.安全连线若干条。5.PLC串口通讯线一条。三、实验内容1.实验原理全自动洗衣机的工作方式：（1）按启动按钮，首先进水电磁阀打开，进水指示灯亮。（2）按上限按钮，进水指示灯灭，搅轮在正反搅拌，两灯轮流亮灭。（3）等待几秒钟，排水灯亮，后甩干桶灯亮了又灭。（4）按下限按钮，排水灯灭，进水灯亮。（5）重复两次（1）-（4）的过程。（6）第三次按下限按钮时，蜂鸣器灯亮五秒钟后灭，整个过程结束。（7）操作过程中，按停止按钮可结束动作过程。（8）手动排水按钮是独立操作命令，按下手动排水后，必须要按下限按钮。2.I/O口分配表表3.1全自动洗衣机的I/O口分配表输入输出I0.0启动按钮Q0.0进水指示灯I0.1停止按钮Q0.1排水指示灯I0.2上限按钮Q0.2正搅拌指示灯I0.3下限按钮Q0.3反搅拌指示灯I0.4手动排水按钮Q0.4甩干桶指示灯Q0.5蜂鸣器指示灯3.I/O接线图4.实物接线图全自动洗衣机控制接线图见附录图1所示。图3.1全自动洗衣机的I/O接线图四、实验步骤1.先将PLC主机上的电源开关拨到关状态，严格按全自动洗衣机控制接线图接线，注意12V和24V电源的正负不要短接，电路不要短路，否则会损坏PLC触点。2.将电源线插进PLC主机表面的电源孔中，再将另一端插到220V电源插板。3.将PLC主机上的电源开关拨到开状态，并且必须将PLC串口置于STOP状态，然后通过计算机或编程器将程序下载到PLC中，下载完后，再将PLC的串口置于RUN状态。4.接通2.7（2.4、2.5、2.6不接通），否则无法正确运行演示程序。5.实验操作按工作方式操作。五、思考题洗衣机搅轮正转、反转的时间改为10秒，循环次数为5次。实验四三相电动机的顺序控制一、实验目的1.了解三相电动机顺序控制的工作原理。2.了解用梯形图编写程序的编程方法和了解本实训的指令程序。3.掌握I/O口的分配和I/O口接线方法。4.理解编程器的基本操作以及编程器的输入、修改、检查和运行操作。二、实验设备1.亚龙PLC-主机单元一台。2.亚龙PLC三相异步电动机顺序控制单元一台。3.计算机或编程器一台。4.安全连线若干条。5.PLC串口通讯线一条。三、实验内容1.实验原理三相电动机顺序控制要求如下：（1）先拨上正转开关SB1，再拨下SB1，电机以Y-△方式启动，Y形接法运行5秒后转换为△形运行。（2）先拨上停止开关SB3，再拨下SB3，电机立即停止运行。（3）先拨上反转开关SB2，再拨下SB2，电机以Y-△方式启动，Y形接法运行5秒后转换为△形运行。正转时，反转无法启动；反转时，正转无法启动。正反转的切换只能通过停止来实现。（4）先拨上停止开关SB3，再拨下SB3，电机立即停止运行。2.I/O分配表 表4.1三相电动机顺序控制的I/O分配表输入输出I0.0正转启动开关Q0.0KM1I0.1反转启动开关Q0.1KM2I0.2停止开关Q0.2KM△Q0.3KMY3.I/O接线图图4.1三相电动机顺序控制的I/O接线图4.实物接线图三相电动机的顺序控制接线图见附录图2所示。四、实验步骤1.先将PLC主机的电源开关拨到关状态，严格按三相电动机的顺序控制接线图接线，注意12V和24V电源的正负不要短接，电路不要短路，否则会损坏PLC触点。2.将电源线插进PLC主机表面的电源孔中，再将另一端插到220V电源插板。3.将PLC主机上的电源开关拨到开状态，并且必须将PLC串口置于STOP状态，然后通过计算机或编程器将程序下载到PLC中，下载完后，再将PLC串口置于RUN状态。4.接通2.6（2.4、2.5、2.7不接通），否则无法正确运行演示程序。5.按照实验控制要求进行操作，观察其现象。五、思考题要求：先正转启动运行30秒，然后停止2秒，再反转启动运行30秒，再停止2秒，反复执行。实验五步进电机控制一、实验目的1.了解步进电动机的工作原理。2.理解使用步进梯形指令编程的方法。3.理解用梯形图编程的方法和了解指令程序编法。4.掌握I/O口的分配和I/O口的接法。5.掌握编程器的基本操作以及编程器的输入、检查、修改和运行操作。二、实验设备1.亚龙PLC-主机单元一台。2.亚龙PLC-步进电动演示板单元一台。3.计算机或编程器一台。4.安全连线若干条。5.PLC串口通讯线一条。三、实验内容1.实验原理1〉步进电机控制要求如下：步进电机的控制方式是采用四相四双拍得控制方式，每部旋转15°，每周走24步。电机正转时的供电时序是DC→CB→BA→AD，电机反转时供电时序是AB→BC→CD→DA2〉步进电机单元设有一些开关，其功能如下：（1）启动/停止开关——控制步进电机启动或停止。（2）正转/反转开关——控制步进电机正转或反转。（3）速度开关——控制步进电机连续运行和单步运行，其中S档为单步运行、N3档为高速运行、N2档为中速运行、N1档为低速运行。（4）单步按钮开关，当速度开关置于速度S档时，按一下单步按钮，电机运行一步。2.I/O分配表表5.1步进电机的I/O分配表输入输出I0.0正反转按钮Q0.0A相I0.1速度3档Q0.1B相I0.2速度2档Q0.2C相I0.3速度1档Q0.3D相I0.5手动按钮I0.6启动/停止按钮I0.7单步按钮3.I/O接线图4.实物接线图步进电机控制接线图见附录图3所示。图5.1步进电机的I/O接线图四、实验步骤1、先将PLC的电源开关拨到关状态，严格按步进电机控制接线图接线，注意12V和24V电源的正负不要短接，电路不要短路，否则会损坏PLC触点。2、将电源线插进PLC主机表面的电源孔中，再将另一端插到220V电源插板。3、将PLC主机上的电源开关拨到开状态，并且必须将PLC串口置于STOP状态，然后通过计算机或编程器将程序下载到PLC中，下载完后，再将PLC串口置于RUN状态。4、接通2.6、2.7（2.4、2.5不接通），否则无法正确运行演示程序。5、按下列步骤进行实验操作：（1）将正转/反转开关设置为“正转”。（2）分别选定速度档位N1、N2和N3，然后将启动/停止开关置为“启动”，观察步进电动机如何运行。按停止按钮，使电机停转。（3）将正转/反转开关设置为“反转”，重复（2）的操作。（4）选定S档，进入手动单步方式，启动/停止开关设置为“启动”时，每按一下单步按钮，电机进一步。启动/停止开关设置为“停止”，使步进电机退出工作状态。尝试正反转。在没有按下单步档S时，直接按手动也是单步运行。五、思考题1.如何改变步进电机的转速。2.编写一个使步进电机正转3.5圈，反转3圈的循环程序。实验六、交通灯的控制一、实验目的1、了解交通灯的工作原理及操作方法。2、掌握PLC控制的PLC的I/O连接方法。3、掌握梯形图的编程方法和理解指令程序的编法。4、掌握编程器的基本操作以及编程器的输入、检查、修改和运行操作。二、实验设备1、亚龙PLC—主机单元一台。2、亚龙PLC—交通灯控制单元一台。3、编程器或计算机一台。4、安全连线若干条。5、PLC串口通讯线一条。三、实验内容1.实验原理交通灯控制要求：（1）该单元设有启动和停止开关S1、S2，用以控制系统的“启动”与“停止”。S3还可屏蔽交通灯的灯光。（2）交通灯显示方式。当东西方向红灯亮时，南北方向绿灯亮，当绿灯亮到设定时间时，绿灯闪亮三次，闪亮周期为1秒，然后黄灯亮2秒，当南北方向黄灯熄灭后，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，当东西方向绿灯亮到设定时间时，绿灯闪亮三次，闪亮周期为1秒，然后黄灯亮2秒，当东西方向黄灯熄灭后，再转回东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮……周而复始，不断循环。2.I/O分配表表6.1交通灯控制的I/O分配表输入输出I0.0启动开关Q0.0东西红灯I0.1停止开关Q0.1东西绿灯I0.2屏蔽开关Q0.2东西黄灯Q0.3南北红灯Q0.4南北绿灯Q0.5南北黄灯3.I/O接线图4．实物接线图交通灯控制接线图见附录图4所示。图6.1交通灯控制的I/O接线图四、实验步骤1、先将PLC主机上的电源开关拨到关状态，严格按交通灯控制接线图接线，注意12V和24电源的正负不要短接，电路不要短路，否则会损坏PLC触点。2、将电源线插进PLC主机表面的电源孔中，再将另一端插到220V电源插板。3、将PLC主机上的电源开关拨到开状态，并且必须将PLC串口置于STOP状态，然后通过计算机或编程器将程序下载到PLC中，下载完后，再将PLC串口置于RUN状态。4、接通2.5（2.4、2.6、2.7不接通），否则无法正确运行演示程序。5、实验操作过程：（1）将启动S1先拨上再拨下，观察交通灯的变化。（