实验实训指导书

实验实训指导书一、概述：我院为机电职业技术学院，面对公司和社会培养高级技术应用型人材。以机电、电气、工业自动化为核心，含有良好的理论教学、实验及实训条件，赢得了社会、公司、家长、学生的好评，生源及就业都进入良性循环。二、本课程的专业培养目的的定位：课程紧随PLC技术的最新发展趋势及攀钢自动化的发展方向，不停更新教学内容和丰富实验实训设备，S7-300/400PLC的硬件安装、布线、程序设计、系统调试、检修与维护的自动化岗位需求出发，培养学生含有PLC安装、维修和设计等技能型人才所必需的职业能力，提高学生的职业素质，培养学生的创新意识。本课程作为一门专业课，为学生将来从事实际的PLC系统自动化工程设计和安装维护工作奠定良好的基础。三、本课程的课程目的：1．素质教育规定（1）培养学生自学能力；

（2）培养学生逻辑思维、分析问题解决问题能力；

（3）培养学生团体意识和合作能力；

（4）培养学生运用PLC及控制技术解决实际问题的能力。2．知识教学规定（1）理解PLC的特点和工作原理；

（2）掌握S7-300/400PLC的系统构成、重要技术指标、硬件构造、内部元器件及I/O编址；

（3）纯熟掌握S7PLC的硬件指安装及接线办法，纯熟掌握STEP7软件的基本使用办法；（4）掌握STEP7的指令系统及其应用；

（5）学会PLC控制系统的基本设计办法与故障诊疗办法；（6）熟悉并掌握PLC的基本网络通信方式。3．技能教学规定（1）本课程以实践教学为主，在教学中采用“教、学、做”一体课程教学模式，根据职教规律、课程的特点、高职生的学习特点，在实训室、生产现场完毕课程教学与学习，教师边解说、边演示，学生边学习、边实践、边提问，使学生在“教、学、做”一体的教学环境下，较快理解PLC的工作原理，掌握的硬件安装、布线办法，含有较好的程序设计、系统调试、检修与维护能力。（2）在教学中穿插案例教学，以工作过程为导向，以PLC技术应用项目为驱动，以PLC安装、设计及调试能力训练为中心，将实践教学融于教学全过程，突出课程的职业性和实用性，遵照先易后难、循序渐进，分层次教学的原则设计实践教学内容。（3）在实践教学环节中，在强调了本课程的重要知识点的同时，将电工及工艺、电机与拖动、继电-接触器系统、自控原理及系统、仪表与传感技术、过程控制以及计算机网络技术等有关课程的内容溶入教学中。在授学时结合工厂的有关实际自动化控制系统、自动化控制环节进行解说，使学生实践过程能严格分辨“实验模拟型”和“实际工程型”两种程序类型，以培养严谨的工程设计作风。另外，阶段学习完毕后，进行几个综合性较强的实训项目的练习，实训内容可针对攀钢的生产实际，使实践教学更加贴近现实，结合实际。（4）实习基地的教学把所学知识与生产实际结合起来，学生通过在建立于攀钢各厂矿的实习基地进行的现场教学，既开拓了视野，也能把所学知识与生产实际结合起来。四、实验、实验项目指导S7-300PLC硬件及STEP7软件认识实验1.1实验（实训）目的1、理解S7-300PLC的硬件构造及使用办法。2、熟悉和掌握STEP7编程软件的使用，掌握创立编辑项目的办法。1.2实验（实训）设备介绍1.2.1S7-300PLC介绍学院PLC实验室S7-300PLC的CPU重要涉及采用CPU313C-2DP、CPU314以紧凑型CPU314C-2DP为例，其硬件重要特点是24VDC供电、48KB内存、带有含有PROFIBUS-DP的主从接口；装载存储器MMC卡容量128K字节，集成式DI/DO、AI/AO，24路数字量输入/16路数字量输出，带光电隔离；4路模拟量输入/2路模拟量输出,1路集成的模拟量输入通道可测0～600ΩCPU314C-2DP通过MPI通信接口用PC/MPI通信适配器与个人计算机（PC）通信，1.2.2使用注意事项1、接线时注意分清各模块的工作电压，避免接错；接线过程中要关闭控制屏上各路电源开关，严禁带电接线。2、严禁私自拆卸PLC主机、PC/MPI通信适配器、MPI通信接口以及PROFIBUS-DP主从接口，严禁取出装载存储器MMC卡。3、严禁打开个人计算机（PC）机箱，要按对的的办法开关计算机,不得随意删除计算机上的文献，严禁在计算机上设立任何密码。1.3编程软件Step7的使用1.4实验（实训）内容：在教材上自找一段LAD程序，创立一种项目，根据实际的硬件进行组态并练习录入程序，编译通过之后点击STEP7管理器界面窗口中的图标，下载到CPU中，把CPU置于RUN状态运行程序，观察程序运行状况。2.1目的1、复习三相异步电动机的基本继电-接触器电路及其工作原理，学会运用PLC对三相异步电动机的基本继电-接触器电路进行控制。2、熟悉STEP7软件的基本使用办法。2、进一步巩固对常规指令的对的理解和使用。3、根据实验设备，纯熟掌握PLC的外围I/O设备接线办法。4、5、能根据“系统工艺及控制规定”和“设计规定”进行程序设计和程序调试，养成良好的设计习惯，培养基本的设计能力，学会逐步优化程序算法和积累编程技巧。2.2三相电动机的基本控制电路原理及控制规定2.2.1三相异步电动机正反转双重连锁控制1、三相异步电动机正反转双重连锁控制电路原理：在三相异步电动机正反转控制电路中，最基本的办法是采用正双重连锁电路，如图2-1所示。采用KM1、KM2的常闭辅助触点实现控制电路的电气连锁，用SB2、SB3的常闭触点实现控制电路的机械连锁，即双重连锁。在实际控制中，对于小功率的电机或空载启动的电机，可通过SB2、SB3在正、反转之间直接切换。但对于大功率的电机或负载启动的电机，则需要先按下停止按钮SB1后，再进行转向的切换。采用PLC控制电机正反转，即是要对原继电-接触器电路的控制电路进行控制或改造。但在学校的实验室里，诸多都是用批示灯来模拟数字量（开关量）的输出，这样编写的程序是不能用于实际工程的。由于在实际控制中，为了检测接触器与否正常工作，即接触器的线圈得电，接触器的触点与否正常动作；或接触器的线圈断电，接触器的触点与否正常复位，往往需要将接触器的辅助触点引入PLC来作为反馈检测信号，同时在外围电路中将可能引发电源相间短路的接触器进行硬件上的电气互锁。这种控制方案在实际工程中得到了广泛的应用。图2-1三相异步电动机正双重连锁电路2、控制规定：运用PLC实现对“三相异步电动机正反转双重连锁”的控制。具体设计规定见“2.3设计规定”。规定电动机含有常规的保护环节。2.2.2三相异步电动机1、三相异步电动机电路原理:三相异步电动机电路如图2-2所示，它在正反转控制电路的基础上稍加了改动。运用SB1、SB2可实现手动的正反转，运用行程开关SQ1、SQ2可实现工作台的自动来回运行，运用行程开关SQ3、SQ4实现工作台的极限位保护（即SQ1、SQ2失效时，工作台继续行走，压下SQ3或SQ4，KM1、KM2都断电）。2、控制规定：运用PLC实现对“三相异步电动机电路”的控制。具体设计规定见“2.3设计规定”。规定电动机含有常规的保护环节。图2-2三相异步电动机电路2.2.3※思考题阐明：“思考题”为针对该课题的提高练习，背面的实训课题基本上都有这项内容。以“三相异步电动机正双重连锁电路”为基础，实现电动机自动正反转控制。规定电动机启动后，先正转20S，再反转25S，当正转、反转的次数都达成4次后，即自动停车。电动机自动停车后，延时30S后自动启动，先反转20S，再正转25S，当正转、反转的次数都达成2次后，即自动停车，并输出1HZ的批示灯信号，表达全部动作结束。结束批示灯信号闪烁3S后熄灭。规定电动机含有常规的保护环节。2.3设计规定根据“系统工艺及控制规定”：1、进行I/O地址分派并绘制“I/O分派表”。2、绘制“I/O接线示意图”（与“I/O分派表”相对应）。3、进行系统I/O接线。4、进行程序设计。5、进行程序调试、运行，并能进行基本的硬件、软件故障分析与排除。6、编写报告。实验（实训）课题3三相异步电动机的减压启动控制3.1实验（实训）目的1、复习三相异步电动机的基本继电-接触器电路及其工作原理，学会运用PLC对三相异步电动机的基本继电-接触器电路进行控制。2、熟悉STEP7软件的基本使用办法。2、进一步巩固对常规指令的对的理解和使用。3、根据实验设备，纯熟掌握PLC的外围I/O设备接线办法。4、Ｙ-Δ减压起动控制三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制）5、能根据“系统工艺及控制规定”和“设计规定”进行程序设计和程序调试，养成良好的设计习惯，培养基本的设计能力，学会逐步优化程序算法和积累编程技巧。3.2三相电动机的基本控制电路原理及控制规定3.2.1三相异步电动机Ｙ-Δ减压启动控制1、三相异步电动机Ｙ-Δ减压启动控制电路原理普通，容量较大的电动机（如10KW以上）不允许直接起动，而应采用减压起动的办法，其目的是减小起动电流，但电动机的起动转矩也随之减少，因此减压起动惯用于空载或轻载启动的场合。惯用的减压起动办法有Ｙ-Δ降压起动、定子串电阻降压起动及自耦变压器启动等，而Ｙ-Δ减压起动又是最普遍使用的办法。三相异步电动机Ｙ-Δ减压起动控制电路如图3-1所示，其工作原理分析请参见有关教材，在此不再赘述。2、控制规定：图3-1三相异步电动机Ｙ-Δ减压起动电路运用PLC实现对“三相异步电动机Ｙ-Δ减压起动”控制，规定Ｙ-Δ切换时间为6S。具体设计规定见“3.3设计规定”。规定电动机含有常规的保护环节。3.2.2三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制）1、三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制）原理三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制），其转速的变化是通过磁极对数的变化而实现的。如图3-2所示，按下低速按钮SB1时，KM1得电并自锁，KM1的常闭互锁辅助触点断开KM2和KM3支路，此时电动机接为“Δ”，作低速运行。图3-2三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制）当按下高速按钮SB2时，SB2的常闭接点首先断开KM1的自锁触点并使KM1断电，同时SB2的常开触点闭合，使KM2和KM3先后得电并自锁，KM2及KM3的常闭触点串联对KM1互锁。此时电动机接为“ＹＹ”，作高速运行。2、控制规定：运用PLC实现对“三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制）”的控制。具体设计规定见“3.3设计规定”。规定电动机含有常规的保护环节。3.2.3※思考题以“三相异步电动机正双重连锁电路”、“三相异步电动机Ｙ-Δ减压起动”、“三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制）”三个电路为基础，实现下列控制：按下系统启动按钮后，先是第一台电动机自动作正反转运行（正转15S，反转15S）；第一台电动机运行30S后，第二台电动机自动作Ｙ-Δ减压起动（Ｙ-Δ切换时间为8S）；当第二台电动机运行30S后，第三台电动机自动作变极调速（Δ/ＹＹ控制）运行，先低速运行10S，再高速运行10S，接着再低速运行10S，如此低速、高速循环运行。当按下系统停止按钮（或第三台电动机作低速、高速循环6次后，发出系统自动停车信号）后，三台电机按照“逆停”的次序，依次延迟5S自动停车。至此，控制结束。规定三台电动机含有常规的保护环节及连锁环节。3.3设计规定根据“系统工艺及控制规定”：1、进行I/O地址分派并绘制“I/O分派表”。2、绘制“I/O接线示意图”（与“I/O分派表”相对应）。3、进行系统I/O接线。4、进行程序设计。5、进行程序调试、运行，并能进行基本的硬件、软件故障分析与排除。6、编写实验（实训）报告。实验（实训）课题4三相异步电动机电机制动控制电路实验（实训）目的1、应用PLC技术实现对三相异步电动机的制动控制。2、训练编程的思想和办法。3、熟悉PLC的使用，提高应用PLC的能力。4.2控制规定1、三相异步电动机的反接制动控制电路。（1）电动机要停止时两根电源线反接产生制动转矩。（2）含有避免电动机反转的方法；有过载保护环节。2、三相异步电动机能耗制动控制电路（1）电动机要停止时切断三相电源，将直流电源接入定子绕组，电动机转速靠近零时，断开直流电源。（2）含有避免相间短路的方法；含有过载保护环节。4.3实训内容及指导4.3.1三相异步电动机的反接制动控制电路1、系统配备反接制动的原理是在电动机要停止时把任意两根电源反接而产生制动转矩,在制动转矩作用下,电动机将很快停止转动,电动机的转速降到靠近于零时,由速度继电器切断电源,否则电动机将反转。图4-1是反接制动控制原理图。图4-1反接制动控制原理图2、程序设计3、运行并调试程序（1）按启动按钮SB1，输出继电器Q12.0接通并自锁。电动机电动机全压启动运行。速度继电器常开触点接通,输入继电器I0.3接通。（2）按停止按钮SB2，输出继电器Q12.0失电并接通输出继电器Q12.1并自锁，电动机反接电源开始制动，当转速低于速度继电器的整定值时，常开触点断开，输出继电器Q12.1失电，电动机制动结束。（3）重新启动电动机。（4）模拟电动机过载，将热继电器FR常闭触点断开，观察电动机的停转过程。并分析因素。并提出建议。（5）重复上述操作。4.3.1三相异步电动机能耗制动控制电路1、系统配备能耗制动是电动机要停止时，在三相电源断电的同时把直流电源接入定子绕组，当电动机转速靠近零时，再断开直流电源。这种制动办法的实质是把转子的机械能转变为电能，因此称为能耗制动。制动能力大小，与所输入的直流电流大小有关，电流越大，则制动作用越强。图4-2是用时间继电器实现的能耗制动控制电路，图4-2中可调电阻R用于调节制动电流的大小。图4-2能耗制动控制原理图2、程序设计3、运行并调试程序（1）按启动按钮SB1，输出继电器Q12.0接通并自锁，电动机全电压启动运行。（2）按停止按钮SB2，输出继电器Q12.0失电同时接通输出继电器Q12.1和定时器T1，电动机定子绕组接入直流电源开始制，定时器开始定时，经5s后，输出继电器Q12.1失电制动结束。（3）重新启动电动机。（4）模拟电动机过载，将热继电器FR常闭触点断开，观察电动机的停转过程，并分析因素。（5）重复上述操作。4.4实训训练题1．不用速度继电器，试重新反接制动控制的逻辑梯形图，并上机调试运行成功。2．运行并调试程序。3.调试统计。实验（实训）课题5传送带与仓库控制模拟5.1实验（实训）目的1、理解计数器和比较起的功效。2、掌握计数器和比较起的编程技巧。3、理解传送带与仓库控制的普通工艺特点。5.2实验（实训）内容及训练如图5-1所示，显示了带有两个传送带并且它们之间有一种临时存储区域的系统。传送带1将包裹传送到存储区域。传送带1的尾部靠近存储区域处有一种光电屏障，它拟定向存储区域传送的包裹的数量。传送带2将包裹从临时存储区域传输到装载台，卡车从此处取走包裹并发送给顾客。传送带2的尾部靠近存储区域处有一种光电屏障，它拟定离开存储区域进入装载台的包裹的数量。带有五个灯的显示面板批示临时存储区域的填充量。含5个批示灯的显示盘表达临时仓库区的占用程度。图5-1传送带与仓库控制模拟示意图5.3设计规定根据“系统工艺及控制规定”：1、进行I/O地址分派并绘制“I/O分派表”。2、绘制“I/O接线示意图”（与“I/O分派表”相对应）。3、进行系统I/O接线。4、进行程序设计。5、进行程序调试、运行，并能进行基本的硬件、软件故障分析与排除。6、编写实训报告。实验（实训）课题6十字路口交通灯控制模拟6.1实验（实训）目的1、纯熟掌握STEP7软件的基本使用办法。2、进一步巩固对常规指令的对的理解和使用。3、根据实验设备，纯熟掌握PLC的外围I/O设备接线办法。4、能根据“系统工艺及控制规定”和“设计规定”进行程序设计和程序调试，养成良好的设计习惯，培养基本的设计能力，学会逐步优化程序算法和积累编程技巧。5、拟用PLC设计十字路口交通灯控制系统，理解十字路口交通灯系统的常规控制办法。6.2设备本在“S22S7-300模拟实验挂箱”中完毕，该实验挂箱“”面板图如图6-1所示。十字路口分为东西向和南北向两个方向，图6-1“”面板图（S22S7-300模拟实验挂箱）6.3系统工艺及控制规定6.3.1总体控制规定本系统是一种典型的次序逻辑控制，规定严格按照交通灯的动作规定进行程序设计。6.3.2具体工艺及控制规定1、“车辆直行”批示灯东西向批示灯：系统启动后，东西向批示灯先是绿灯亮，20秒后，东西绿灯开始闪烁（1HZ），3秒后熄灭；接着是东西黄灯亮，3秒后熄灭；最后是东西红灯亮，26秒后熄灭。至此完毕东西向“车辆直行”批示灯的一种周期，并不停循环。南北向批示灯：系统启动后，南北向批示灯先是红灯亮，26秒后熄灭；接着是南北绿灯亮，20秒后，南北绿灯开始闪烁（1HZ），3秒后熄灭；最后是南北黄灯亮，3秒后熄灭。至此完毕南北向“车辆直行”批示灯的一种周期，并不停循环。2、车辆直行模拟显示某方向（东西向或南北向）“车辆直行”批示灯的绿灯亮，则该方向的车辆能够驶出停车线直行。但考虑车辆加速的时间，因此在进行车辆直行模拟时，在绿灯亮后，用该方向公路上的批示灯（）延迟1秒亮表达车辆正在直行。当某方向（东西向或南北向）“车辆直行”批示灯的绿灯开始闪烁，表达提示司机该方向的直行即将暂停，当绿灯熄灭，黄灯亮时，则该方向的车辆不可再驶出停车线，但已驶出停车线的车辆需继续直行。因此在进行车辆停车模拟时，在黄灯亮后，用该方向公路上的批示灯（）延迟2秒灭表达。6.4设计规定根据“系统工艺及控制规定”：1、进行I/O地址分派并绘制“I/O分派表”。2、绘制“I/O接线示意图”（与“I/O分派表”相对应）。3、进行系统I/O接线。4、进行程序设计。5、进行程序调试、运行，并能进行基本的硬件、软件故障分析与排除。6、编写实训报告。实验（实训）课题7水塔水位控制模拟7.1实验（实训）目的1、纯熟掌握STEP7软件的基本使用办法。2、进一步巩固对常规指令的对的理解和使用。3、根据实验设备，纯熟掌握PLC的外围I/O设备接线办法。4、能根据“系统工艺及控制规定”和“设计规定”进行程序设计和程序调试，养成良好的设计习惯，培养基本的设计能力，学会逐步优化程序算法和积累编程技巧。5、拟用PLC设计水塔水位自动控制系统，理解水位控制的某些简朴办法。7.2实验（实训）目的设备本在“S23S7-300模拟实验挂箱”中完毕，该实验挂箱“”面板图如图7-1所示。开关S1表达水塔的水位上限位检测，开关S2表达水塔水位下限检测，开关S3表达水池水位上限检测，开关S4表达水池水位下限检测，M1为抽水泵电机，Y为进水电磁阀。图7-1“”面板图（S23S7-300模拟实验挂箱）7.3系统工艺及控制规定7.3.1总体控制规定本系统是一种典型的、简朴的水位控制。7.3.2具体工艺及控制规定1、系统启动后，当水池水位低于下限位（用开关S4闭和表达），进水电磁阀Y打开（电磁阀得电打开，用批示灯Y“亮”表达），进水管开始向水池注水。同时定时器开始计时，8秒后，如果水池下限位开关S4没有复位断开，表达水池水位还没有高过下限位，即表达进水电磁阀Y得电后没有打开进水，电磁阀Y出现了故障，此时电磁阀Y的故障批示灯闪烁（1HZ）报警。当水池水位高于上限位（用开关S3闭和表达），进水电磁阀Y关闭（电磁阀断电闭和，用批示灯Y“熄”表达），进水管停止向水池注水。2、当水池水位高于下限位（即S4为断开时），且水塔水位低于水塔下限位时（用开关S2闭和表达），抽水泵电机M1开始运转抽水（用批示灯M1“亮”表达）。同时定时器开始计时，10秒后，如果水塔下限位开关S2没有复位断开，表达水塔水位还没有高过下限位，即表达水泵电机M1出现了故障（或是水泵出现了故障，或是抽水管道出现了漏水故障等），此时水泵电机M1的故障批示灯闪烁（1HZ）报警。当水塔水位高于水塔上限位（用开关S1闭和表达），水泵电机M1停车，水泵电机M1停止向水塔抽水。3、规定系统含有常规的保护环节和故障报警功效7.3.3由于7.3.4※思考题如果不用开关量式的水位上下限检测信号（即不用开关S1~S4），而用液位传感器来检测水位的高度（该检测信号可用实验台上的DC24V模拟电位计手动给定来模拟），在工艺及控制规定都不变的状况下，程序又应当如何设计呢？介于实验台只有一种DC24V模拟电位计，故水塔水位上下限检测仍用开关S3、S4模拟，而水池的液位检测可用此AI信号来模拟液位传感器的检测信号（如用PIW256表达），并假定水池的深度为10米（也即液位传感器的探头长度），水池下限位对应1.5米，上限位对应8.5米。7.3.5补充阐明1、水位控制故不可一概而论。本系统的工艺及控制规定仅为模拟设计，特此阐明。2、指导教师可在以上控制规定基础之上，增加其它控制规定。7.4设计规定根据“系统工艺及控制规定”：1、进行I/O地址分派并绘制“I/O分派表”。2、绘制“I/O接线示意图”（与“I/O分派表”相对应）。3、进行系统I/O接线。4、进行程序设计。5、进行程序调试、运行，并能进行基本的硬件、软件故障分析与排除。6、编写实训报告。实验（实训）课题8“自动配料/四节传送带”系统模拟8.1实验（实训）目的1、纯熟掌握STEP7软件的基本使用办法。2、进一步巩固对常规指令的对的理解和使用。3、根据实验设备，纯熟掌握PLC的外围I/O设备接线办法。4、能根据“系统工艺及控制规定”和“设计规定”进行程序设计和程序调试，养成良好的设计习惯，培养基本的设计能力，学会逐步优化程序算法和积累编程技巧。5、理解工厂自动化中，类似的“自动配料/皮带传送系统”的常规工艺、控制规定及重要程序的普通设计办法。8.2实验（实训）设备本实训在“S21S7-300模拟实验挂箱”中完毕，该实验挂箱“自动配料/四节传送带”面板图如图8-1所示。图8-1“自动配料/四节传送带”面板图（S21S7-300模拟实验挂箱）8.3系统工艺及控制规定8.3.1总体控制规定本系统是一种典型的“顺启逆停控制”。系统启动后，配料装置能自动识别货车到位状况和能够自动对货车进行配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。8.3.2具体工艺及控制规定1、系统启动前准备汽车开上地秤装料之前，地秤批示灯D1亮（表达地秤上没有车辆），此时方可允许汽车开上地秤准备装料。电动机M1、M2、M3和M4均为OFF。系统启动之前，料斗出料口关闭（用批示灯D