电气控制系统与PLC实验指导书.doc

电气控制系统与 PLC 实实 验验 指指 导导 书书 电气自动化实验中心 编写 机械与电气工程系 目 录 目 录1 前 言2 实验一 三相鼠笼式异步电动机3 实验二 三项鼠笼式异步电动机正反转控制8 实验三 基本指令的编程练习12 （一）与或非逻辑功能实验12 （二）定时器/计数器功能实验 13 实验四 十字路口交通灯控制的模拟17 实验五 天塔之光21 实验六 液体混合装置控制的模拟24 实验七 LED 数码管显示.28 实验八 水塔水位控制33 实验九 电梯控制系统的模拟35 实验十 机械手动作的模拟66 附 录70 实验一 三相鼠笼式异步电动机 点动和自锁控制 实验要求：选做 实验类型：验证 实验学时：2 一、实验目的 1. 通过对三相鼠笼式异步电动机点动控制和自锁控制线路的实际安装接线， 掌握由电气原理图变换成安装接线图的知识。 2.通过实验进一步加深理解点动控制和自锁控制的特点 二、原理说明 1. 继电接触控制在各类生产机械中获得广泛地应用，凡是需要进行前后、 上下、左右、进退等运动的生产机械，均采用传统的典型的正、反转继电接 触控制。 交流电动机继电接触控制电路的主要设备是交流接触器，其主要构造为： (1) 电磁系统铁心、吸引线圈和短路环。 (2) 触头系统主触头和辅助触头，还可按吸引线圈得电前后触头的动作 状态，分动合（常开）、动断（常闭）两类。 (3) 消弧系统在切断大电流的触头上装有灭弧罩，以迅速切断电弧。 (4) 接线端子，反作用弹簧等。 2. 在控制回路中常采用接触器的辅助触头来实现自锁和互锁控制。要求接 触器线圈得电后能自动保持动作后的状态，这就是自锁，通常用接触器自身的 动合触头与起动按钮相并联来实现，以达到电动机的长期运行，这一动合触头 称为“自锁触头”。使两个电器不能同时得电动作的控制，称为互锁控制，如 为了避免正、反转两个接触器同时得电而造成三相电源短路事故，必须增设互 锁控制环节。为操作的方便，也为防止因接触器主触头长期大电流的烧蚀而偶 发触头粘连后造成的三相电源短路事故，通常在具有正、反转控制的线路中采 用既有接触器的动断辅助触头的电气互锁，又有复合按钮机械互锁的双重互锁 的控制环节。 3. 控制按钮通常用以短时通、断小电流的控制回路，以实现近、 远距离 控制电动机等执行部件的起、停或正、反转控制。按钮是专供人工操作使用。 对于复合按钮，其触点的动作规律是：当按下时，其动断触头先断，动合触头 后合；当松手时，则动合触头先断，动断触头后合。 4. 在电动机运行过程中，应对可能出现的故障进行保护。 采用熔断器作短路保护，当电动机或电器发生短路时，及时熔断熔体，达 到保护线路、保护电源的目的。熔体熔断时间与流过的电流关系称为熔断器的 保护特性，这是选择熔体的主要依据。 采用热继电器实现过载保护，使电动机免受长期过载之危害。其主要的技 术指标是整定电流值，即电流超过此值的20时，其动断触头应能在一定时间 内断开，切断控制回路，动作后只能由人工进行复位。 5. 在电气控制线路中，最常见的故障发生在接触器上。 接触器线圈的电 压等级通常有220V和380V等，使用时必须认请，切勿疏忽，否则，电压过高易 烧坏线圈，电压过低，吸力不够，不易吸合或吸合频繁，这不但会产生很大的 噪声，也因磁路气隙增大，致使电流过大，也易烧坏线圈。此外，在接触器铁 心的部分端面嵌装有短路铜环，其作用是为了使铁心吸合牢靠，消除颤动与噪 声，若发现短路环脱落或断裂现象，接触器将会产生很大的振动与噪声。 三、实验设备 序号名 称型号与规格数量备注 1三相交流电源220V 2三相鼠笼式异步电动机DJ241 3交流接触器1D61-2 4按 钮 2D61-2 5热继电器D9305d1D61-2 6交流电压表0500V 7万用电表自备 四、实验内容 认识各电器的结构、图形符号、接线方法；抄录 电动机及各电器铭牌数据；并用万用电表档检查各 电器线圈、触头是否完好。 鼠笼机接成接法；实验线路电源端接三相自耦 调压器输出端U、V、W，供电线电压为220V。 1. 点动控制 按图1-1点动控制线路进行安装接线，接线时，先 接主电路，即从220v三相交流电源的输出端U、V、W开始，经接触器KM的主触头， 热继电器FR的热元件到电动机M的三个线端A、B、C，用导线按顺序串联起来。 主电路连接完整无误后，再连接控制电路，即从220V三相交流电源某输出端(如 V)开始，经过常开按钮SB1、接触器KM的线圈、热继电器FR的常闭触头到三相交 流电源另一输出端(如W)。显然这是对接触器KM线圈供电的电路。 图1-1 接好线路，经指导教师检查后，方可进行通电操作。 (1) 开启控制屏电源总开关，按启动按钮，调节调压器输出，使输出线电 压为220V。 (2) 按起动按钮SB1，对电动机M进行点动操作，比较按下SB1与松开SB1电 动机和接触器的运行情况。 （3）实验完毕，按控制屏停止按钮，切断实验线路三相交流电源。 2. 自锁控制电路 按图1-2所示自锁线路进行接线，它与图1-1的不同点在于控制电路中多串 联一只常闭按钮SB2，同时在SB1上并联1只接触器KM的常开触头，它起自锁作用。 M 3 FR KM KM SB1 Q1 FU 220V FR AB C M 3 FR KM KM Q1 FU 220V FR AB C SB1 SB2 KM 图1-2 接好线路经指导教师检查后，方可进行通电操作。 (1) 按控制屏启动按钮，接通220V 三相交流电源。 (1)按起动按钮SB1，松手后观察电动机M是否继续运转。 按停止按钮SB2，松手后观察电动机M是否停止运转。 (4) 按控制屏停止按钮，切断实验线路三相电源，拆除控制回路中自锁触 头KM，再接通三相电源，启动电动机，观察电动机及接触器的运转情况。从而 验证自锁触头的作用。 实验完毕，将自耦调压器调回零位，按控制屏停止按钮，切断实验线路的 三相交流电源。 五、实验注意事项 1. 接线时合理安排挂箱位置，接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠。 2. 操作时要胆大、心细、谨慎，不许用手触及各电器元件的导电部分及电 动机的转动部分，以免触电及意外损伤。 3. 通电观察继电器动作情况时,要注意安全,防止碰触带电部位。 六、预习思考题 1. 试比较点动控制线路与自锁控制线路从结构上看主要区别是什么？从功 能上看主要区别是什么？ 2. 自锁控制线路在长期工作后可能出现失去自锁作用。 试分析产生的原 因是什么？ 3. 交流接触器线圈的额定电压为220V，若误接到380V 电源上会产生什么 后果？反之，若接触器线圈电压为380V，而电源线电压为220V，其结果又如何？ 4. 在主回路中，熔断器和热继电器热元件可否少用一只或两只？ 熔 断器和热继电器两者可否只采用其中一种就可起到短路和过载保护作用？为什 么？ 实验二 三项鼠笼式异步电动机正反转控制 实验要求：选做 实验类型：验证 实验学时：2 一、实验目的 1. 通过对三相鼠笼式异步电动机正反转控制线路的安装接线， 掌握由电 气原理图接成实际操作电路的方法。 2. 加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。 3. 学会分析、排除继电-接触控制线路故障的方法。 二、原理说明 在鼠笼机正反转控制线路中，通过相序的更换来改变电动机的旋转方向。 本实验给出两种不同的正、反转控制线路如图2-1及2-2，具有如下特点： 1. 电气互锁 为了避免接触器KM1（正转）、KM2（反转）同时得电吸合造成三相电源短 路，在KM1（KM2）线圈支路中串接有KM1（KM2）动断触头，它们保证了线路工 作时KM1、KM2不会同时得电（如图2-1），以达到电气互锁目的。 2. 电气和机械双重互锁 除电气互锁外，可再采用复合按钮SB1与SB2组成的机械互锁环节（如图2- 2），以求线路工作更加可靠。 3. 线路具有短路、过载、失、欠压保护等功能。 三、实验设备 序号名 称型号与规格数量备注 1三相交流电源220V 2三相鼠笼式异步电动机DJ241 3交流接触器 JZC4-402D61-2 4按 钮 3D61-2 5热继电器D9305d1D61-2 6交流电压表0500V1 7万用电表1自备 四、实验内容 认识各电器的结构、图形符号、接线方法；抄录电动机及各电器铭牌数据； 并用万用电表档检查各电器线圈、触头是否完好。 鼠笼机接成接法；实验线路电源端接三相自耦调压器输出端U、V、W，供 电线电压为220V。 1. 接触器联锁的正反转控制线路 按图接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。 图 2-1 (1) 开启控制屏电源总开关，按启动按钮，调节调压器输出，使输出线电 压为 220V。 (2) 按正向起动按钮 SB1，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。 (3) 按反向起动按钮 SB2，观察并记录电动机和接触器的运行情况。 (4) 按停止按钮 SB3，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。 (5) 再按 SB2，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。 (6) 实验完毕，按控制屏停止按钮，切断三相交流电源。 2、接触器和按钮双重联锁的正反转控制线路 按图接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。 (1) 按控制屏启动按钮，接通 220V 三相交流电源。 (2) 按正向起动按钮 SB1，电动机正向起动，观察电动机的转向及接触器的 M 3 FR KM1 KM2 KM2 KM1 KM2 KM1 KM2 KM1 SB1 SB2 SB3 Q1 FU 220V FR 动作情况。按停止按钮 SB3，使电动机停转。 (3) 按反向起动按钮 SB2，电动机反向起动，观察电动机的转向及接触器 的动作情况。按停止按钮 SB3，使电动机停转。 (4) 按正向(或反向)起动按钮，电动机起动后，再去按反向(或正向)起动按 钮，观察有何情况发生？ (5) 电动机停稳后，同时按正、反向两只起动按钮，观察有何情况发生？ (6) 失压与欠压保护 a、按起动按钮 SB1(或 SB2)电动机起动后，按控制屏停止按钮，断开实验 线路三相电源，模拟电动机失压(或零压)状态，观察电动机与接触器的动作情 况，随后，再按控制屏 图 2-2 上启动按钮，接通三相电源，但不按 SB1(或 SB2)，观察电动机能否自行起动？ b、重新起动电动机后，逐渐减小三相自耦调压器的输出电压，直至接触器 释放，观察电动机是否自行停转。 (7) 过载保护 打开热继电器的后盖，当电动机起动后，人为地拨动双金属片模拟电动机 过载情况，观察电机、电器动作情况。 注意：此项内容，较难操作且危险，有条件可由指导教师作示范操作。 实验完毕，将自耦调压器调回零位，按控制屏停止按钮，切断实验线路电 KM1 KM2 SB3FR KM1 KM2 KM1 KM2 KM1 KM2 SB1 SB2 Q1 FU 220V M FR 3 源。 四、故障分析 1、接通电源后，按起动按钮(SB1 或 SB2)，接触器吸合，但电动机不转且 发出“嗡嗡”声响；或者虽能起动，但转速很慢。这种故障大多是主回路一相 断线或电源缺相。 2、接通电源后，按起动按钮(SB1 或 SB2), 若接触器通断频繁，且发出连 续的劈啪声或吸合不牢，发出颤动声，此类故障原因可能是： (1) 线路接错，将接触器线圈与自身的动断触头串在一条回路上了。(2) 自 锁触头接触不良，时通时断。(3) 接触器铁心上的短路环脱落或断裂。(4) 电源 电压过低或与接触器线圈电压等级不匹配。 五、预习思考题 1、在电动机正、反转控制线路中，为什么必须保证两个接触器不能同时工 作？采用哪些措施可解决此问题，这些方法有何利弊，最佳方案是什么？ 2、在控制线路中,短路、过载、失、欠压保护等功能是如何实现的? 在实际 运行过程中,这几种保护有何意义? 实验三 基本指令的编程练习 （一）与或非逻辑功能实验 实验要求：选做 实验类型：验证 实验学时：2 在基本指令的编程练习实验区完成本实验。 一、实验目的 1、熟悉 PLC 实验装置。 2、练习手持编程器的使用。 3、熟悉系统操作。 4、掌握与、或、非逻辑功能的编程方法。 二、基本指令编程练习的实验面板图 上图中下面两 排接线孔，通过防转 叠插锁紧 线与 PLC 的主机相应的输入输出插孔相接。Xi 为输入点，Yi 为输出点。 图中中间两排 X0X13 为输入按键，模拟开关量的输入。 八路一排 Y0Y7 是 LED 指示灯，接继电器输出用以模拟输出负载的通与断。 图中上方为两位十进制数码计数器。 三、写出程序 通过程序判断 Y1、Y2、Y3、Y4 的输出状态，然后再输入并运行程序加以验 证。 实验参考程序参考。 步 序 指 令 器件 号 说明步 序 指 令 器件 号 说明 0LDX001输入7ANIX003 1ANDX003输入8OUTY003或非门输出 2OUTY001与门输出9LDIX001 3LDX00110ORIX003 4ORX00311OUTY004与非门输出 5OUTY002或门输出12END程序结束 6LDIX001 四、实验步骤 通过专用电缆连接手持编程器与 PLC 主机。打开编程器，逐条输入程序， 检查无误后，将可编程控制器主机上的 STOP/RUN 按钮拔到 RUN 位置，运行指示 灯点亮，表明程序开始运行，有关的指示灯将显示运行结果。 拨动输入开关 X1、X3，观察输出指示灯 Y1、Y2、Y3、Y4 是否符合与、或、 非逻辑的正确结果。 （二）定时器/计数器功能实验 在基本指令的编程练习实验区完成本实验。 一、实验目的 掌握定时器、计数器的正确编程方法，并学会定时器和计数器扩展方法。 二、写出实验程序 三、 1、定时器的认识实验 定时器的控制逻辑是经过时间继电器的延时动作，然后产生控制作用。其 控制作用同一般继电器。 实验参考程序 步序指令器件号说明 0LDX001输入 1OUTT0延时 5 秒 2K50 3LDT0 4OUTY000延时时间到，输出 5END程序结束 2 2定时器扩展实验 由于 PLC 的定时器和计数器都有一定的定时范围和计数范围。如果需要的 设定值超过机器范围，我们可以通过几个定时器和计数器的串联组合来扩充设 定值的范围。 实验参考程序 步序指令器件号说明 0LDX001输入 1OUTT0延时 5 秒 2K50 3LDT0 4OUTT1延时 3 秒 5K30 6LDT1 7OUTY000延时时间到，输出 8END程序结束 3 3计数器认识实验 三菱 FXOS 系列的内部计数器分为 16 位二进制加法计数器和 32 位增计数 减计数器两种。其中的 16 位二进制加法计数器，其设定值在 K1K32767 范围 内有效。 实验参考程序 步 序 指 令 器件 号 说明步 序 指 令 器件 号 说明 0LDX001输入6LDT0 1ANIT07OUTC0计数 20 次 2OUTT0延时 10 秒8K20 3K1009LDC0 4LDX000输入10OUTY000计数满，输出 5RSTC0计数器复位11END程序结束 这是一个由定时器 T0 和计数器 C0 组成的组合电路。T0 形成一个设定值为 10 秒的自复位定时器，当 X0 接通，T0 线圈得电，经延时 10 秒，T0 的常闭接 点断开，T0 定时器断开复位，待下一次扫描时，T0 的常闭接点才闭合，T0 线 圈又重新得电。即 T0 接点每接通一次，每次接通时间为一个扫描周期。计数器 对这个脉冲信号进行计数，计数到 20 次，C0 常开接点闭合，使 Y0 线圈接通。 从 X0 接通到 Y0 有输出，延时时间为定时器和计数器设定值的乘积：T总 =T0C0=1020=200S。 4、计数器的扩展实验 5、计数器的扩展与定时器扩展的方法类似。 实验参考程序。 步序指令器件号说 明 0LDX001输入 1ANIT0 2OUTT0延时 1 秒 3K10 4LDC0 5ORX002 步序指令器件号说 明 6RSTC0计数器 C0 复位 7LDT0 8OUTC0计数 20 次 9K20 10LDX002输入 11RSTC1计数器 C1 复位 12LDC0 13OUTC1计数 3 次 14K3 15LDC1 16OUTY000计数满,输出 17END程序结束 总的计数值 C总=C0C1=2031=60S 实验四 十字路口交通灯控制的模拟 实验要求：必做 实验类型：设计 实验学时：2 在十字路口交通灯模拟控制实验区完成本实验。 一、实验目的 熟练使用各基本指令，根据控制要求，掌握 PLC 的编程方法和程序调试方 法，使学生了解用 PLC 解决一个实际问题的全过程。 二、十字路口交通灯控制的实验面板图： 实验面板图中，下框中的南北红、黄、绿灯 R、Y、G 分别接主机的输出点 Y2、Y1、Y0，东西红、黄、绿灯 R、Y、G 分别接主机的输出点 Y5、Y4、Y3，模 拟南北向行驶车的灯接主机的输出点 Y6，模拟东西向行驶车的灯接主机的输出 点 Y7；下框中的 SD 接主机的输入端 X0。上框中的东西南北三组红绿黄三色发 光二极管模拟十字路口的交通灯。 三、控制要求 信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号灯系统开始工作， 且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 南北红灯亮维持 25 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20 秒。 到 20 秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3 秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮， 并维持 2 秒。到 2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭， 绿灯亮。 东西红灯亮维持 30 秒。南北绿灯亮维持 25 秒，然后闪亮 3 秒后熄灭。同 时南北黄灯亮，维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始 四、写出实验程序 实验参考程序 步 序 指 令 器件 号 说明 步 序 指令 器件 号 说明 0LDX000起动18K20 1ANIT419LDT0 2OUTT0 南北红灯 25 秒 20OUTT1 南北绿灯 25 秒 3K25021K250 4LDT022LDT1 5OUTT4 东西红灯 30 秒 23OUTT11 南北向车 27 秒 6K30024K270 7LDX00025OUTT2 南北绿灯闪 烁 8ANIT026K30 9OUTT6 东西绿灯 20 秒 27LDT2 10K20028OUTT3 南北黄灯 2 秒 11LDT629K20 12OUTT10 东西向车 22 秒 30LDIT0 13K22031ANDX000 14OUTT7 东西绿灯闪 烁 32OUTY002 南北红灯工 作 15K3033LDT0 16LDT734OUTY005 东西红灯工 作 17OUTT5 东西黄灯 2 秒 35LDY002 步 序 指 令 器件 号 说明 步 序 指令 器件 号 说明 36ANIT660ORB 37LDT661OUTY000 南北绿灯工 作 38ANIT762LDY005 39ANDT2263ANIT1 40ORB64LDT1 41OUTY003 东西绿灯工 作 65ANIT2 42LDY00266ORB 43ANIT667OUTT13延时 1 秒 44LDT668K10 45ANIT769LDT13 46ORB70ANIT11 47OUTT12延时 1 秒71OUTY006 南北向车行 驶 48K1072LDT2 49LDT1273ANIT3 50ANIT1074OUTY001南北黄灯工 作 51OUTY0