电气控制实验指导书10-.doc

前 言实验的目的和任务 实验课是整个教学过程的一个重要环节，实验是培养学生独立工作能力，使用所学理论解决实际问题、巩固基本理论并获得实践技能的重要手段。 一、实验目的1) 进行实验基本技能的训练。 2) 巩固、加深并扩大所学的基本理论知识，培养解决实际问题的能力。 3) 培养实事求是、严肃认真、细致踏实的科学作风和良好的实验习惯。为将来从事生产和科学实验打下必要的基础。 二、实验任务 1) 观察常用电器的结构，了解其规格和用途，学会正确选择电器的方法。 2) 掌握继电接触控制线路的基本环节。 3) 掌握典型电气线路安装、调试、分析与排除故障等基本技能。 4) 初步掌握简单电气控制系统的设计与调试方法。 5) 初步掌握可编程序控制器的使用方法及程序编制与调试方法。应以严肃认真的精神，实事求是的态度，踏实细致的作风对待实验课，并在实验课中注意培养自己的独立工作能力和创新精神。实验方法做一个实验大致可分为三个阶段，即实验前的准备；进行实验；实验后的数据处理、分析及写出实验报告。一、实验前的准备实验前应认真阅读实验指导书，明确实验目的、要求、内容、步骤，并复习有关理论知识，在实验前要能掌握实验内容和实验步骤。进入实验室后，不要急于连接线路，应先检查实验所用的电器、仪表、设备是否良好，了解各种电器的结构、工作原理、型号规格，熟悉仪器设备的技术性能和使用方法，并合理选用仪表及其量程。发现实验设备有故障时，应立即请指导教师检查处理，以保证实验顺利进行。二、连接接实验电路接线前合理安排电器、仪表的位置，通常以便于操作和观测读数为原则。各电器相互间距离应适当，以联线整齐美观并便于检查为准。主令控制电器应安装在便于操作的位置。联接导线的截面积应按回路电流大小合理选用，其长度要适当。每个接点联接线不得多于两根。电器接点上垫片为“瓦片式”时，联接导线只需要去掉绝缘层，导体部分直接插入即可，当垫片为圆形时，导体部分需要顺时针方向打圆圈，然后将螺钉拧紧，不允许有松脱或接触不良的情况，以免通电后产生火花或断路现象。联接导线裸露部分不宜过长，以免相邻两相间造成短路，产生不必要的故障。连接电路完成后，应全面检查，认为无误后，请指导老师检查后，方可通电实验。在接线中，要掌握一般的接线规律，例如先串联后并联；先主电路后控制电路；先控制接点，后保护接点等。三、PLC程序编制与调试实验前应该在预习报告上完成程序的编制，实验时根据需要选择模块并正确接线。实验时进行正确的硬件配置后输入程序并调试。并在调试过程中由STEP7的梯形图监测功能发现问题后通过修改程序以得出正确结果。四、观察与记录观察实验中各种现象或记录实验数据是整个实验过程中最主要的步骤，必须认真对待。进行特性实验时，应注意仪表极性及量程。检测数据时，在特性曲线弯曲部分应多选取几个点，而在线性部分时则可少取几个点。进行控制电路实验时，应有目的地操作主令电器，观察电器的动作情况，进一步理解电路工作原理。若出现不正常现象时，应立即断开电源，检查分析，排除故障后继续进行实验。注意：运用万用表检查线路故障时，一般在断电情况下，采用电阻档检测故障点；需要在通电情况下，检测故障点时，应用电压档测量(注意电压性质和量程)；此外，还要注意被检测点之间有无其他寄生电路或旁路现象以及对测量仪表的阻抗要求，以免造成判断不准确。 五、实验结束工作 实验结束应先断开电源，认真检查实验结果，确认无遗漏或其他问题后，经指导教师检查同意后，方可拆除线路，清理实验设备、导线、工具并报告指导教师后方可离开实验室。实验报告及要求实验报告是实验工作的全面总结，要用简明的形式将实验结果完整和真实地表达出来。报告要求简明扼要，字迹工整，分析合理。图表整齐清楚，曲线和线路图用铅笔及绘图仪器绘制，不应徒手描画。报告包括以下几项内容：1) 实验名称、专业、班级、姓名、同组者姓名。2) 实验目的。3) 实验线路图与控制线路原理或梯形图程序与简要解释。4) 实验设备。5）实验调试过程（包括问题原因与解决方法）。6) 对实验结果进行分析讨论并回答实验指导书所提出的问题。实验一 三相异步电动机单向全压起动及点动控制一、实验目的1、 了解复合按钮、熔断器、热继电器、接触器的结构、工作原理和使用方法。2、 掌握三相异步电动机起动停止及点动控制控制线路的工作原理及接线方法。3、 熟悉上述线路的故障分析及排除故障的方法。二、实验线路三、实验设备及电器元件1、三相异步电动机 12、LL12通用电学实验台 13、电气控制实验板 14、电工工具及导线 若干四、实验步骤1、熟悉电工实验台、电气控制实验板上各器件分布及使用方法。2、按电气原理图接线，先接控制电路。3、自己检查无误后，经指导教师认可后通电试验。4、操作按钮并观察接触器的吸合情况。5、完成主电路接线并通电试验，观察电动机的运行情况。注意：实验中出现不正常现象时，应断开电源，分析故障原因，排除后方可再通电试验。五、思考题1、 连续运转与点动控制的区别是什么？2、 实验中如出现点动正常，无法实现连续运转，故障原因有哪些？3、 实验中如出现电动机转速很低且噪声较大，故障原因是什么？实验二 三相异步电动机正反转控制一、实验目的1、熟悉复合按钮、熔断器、热继电器、接触器的结构、工作原理和使用方法。2、掌握三相异步电动机正反转控制线路的工作原理及接线方法。3、熟悉上述线路的故障分析及排除故障的方法。二、实验线路 三、实验设备及电器元件1、三相异步电动机 12、LL12通用电学实验台 13、电气控制实验板 14、电工工具及导线 若干四、实验步骤1、熟悉电气控制实验板上各器件分布及使用方法。2、按电气原理图接线，先接控制电路。3、检查无误后，通电试验。4、操作正、反转按钮并观察接触器的吸合、断开情况。5、完成主电路接线并通电试验，观察电动机的运行情况。注意：实验中出现不正常现象时，应断开电源，分析故障原因，排除后方可再通电试验。五、思考题1、 电动机处于正转状态，如出现按下反转起动按钮，旋转方向不变，分析故障原因？2、 电动机处于正转状态，如出现按下反转起动按钮，电机停转，分析故障原因。3、 该控制电路中有哪些保护环节？实验三 三相异步电动机Y降压起动控制一、实验目的1、熟悉电子式时间继电器的结构、工作原理和使用方法。2、掌握三相异步电动机Y降压起动控制线路的工作原理及接线方法。3、熟悉上述线路的故障分析及排除故障的方法。二、实验线路三、实验设备及电器元件1、三相异步电动机 12、LL12通用电学实验台 13、电气控制实验板 14、电工工具及导线 若干四、实验步骤1、熟悉实验设备及电器元件。2、按图接线，先完成控制电路。3、检查无误后通电试验，操作起动按钮并观察接触器、时间继电器的通断情况。4、完成主电路接线并试验，观察电动机的运行情况。五、思考题1、按起动按钮后，电机星型起动但无法自锁，可能原因是什么？实验四 三相异步电动机能耗制动控制一、实验目的1、掌握三相异步电动机能耗制动控制线路的工作原理及接线方法。2、熟悉上述线路的故障分析及排除故障的方法。二、实验线路三、实验设备及电器元件1、三相异步电动机 12、LL12通用电学实验台 13、电气控制实验板 14、电工工具及导线 若干四、实验步骤1、检查各电器元件的质量情况，了解其使用方法。2、按电气原理图接线，经指导教师认可后，将直流电调为30V后通电实验。3、操作起动按钮和停止按钮，观察电动机制动情况。4、调节整流输出电压大小，观察制动效果。注意：实验中出现不正常现象时，应断开电源，分析故障原因，排除后方可再通电试验。五、思考题1、 起动正常，按制动按钮后电机依然正常运转，原因是什么？2、 实验中曾发生何种故障，是如何处理的？实验五 可编程序控制器的基本操作训练一、 实验目的1、熟悉PLC实验装置，S7-300系列编程控制器的外部接线方法。2、了解编程软件STEP7的编程环境，软件的使用方法。3、熟悉PLC的基本逻辑指令，掌握简单程序的编辑与调试方法。二、 STEP7使用1、项目建立双击桌面“SIMATIC Manager”打开SEP7管理器界面，进入后取消自动生成项目的向导，点击图标，新建一个项目在相应对话框中输入项目名并选择存放路径。2、硬件配置右击项目名，插入一个SIMATIC 300 Station，随后双击右边界面中的“SIMATIC 300（1）”，双击随后出现的图标“hardware”，进入硬件配置界面。硬件配置界面分4部分，左上为配置界面，左下为配置的更进一步说明，右上为供选硬件（本实验室全部硬件在SIMATIC 300中），单击选中某个硬件后，右下有该硬件的具体定货号与进一步说明。点击SIMATIC 300前面的+号打开，再打开RACK，双击rail,先配置一个导轨，则在左上框中出现一11个空的表格代表响应槽号。1号槽为电源（PS），2号槽为CPU，3号空，4号为信号模块（SM300）中的数字量输入模块（DI），5号为信号模块（SM300）中的数字量输出模块（DO）。放置相关模块先单击选中对应槽，在根据实物模块上方的规格来寻找相关模块，在单击具体模块，在右下的框中看具体定货号（应该与实物模块下方的定货号一致），双击该模块即可完成配置。全部模块配置完毕必须保存与编译（点击图标），在下载至PLC（此时PLC电源必须打开）。3、程序编制回管理器界面，打开左框中一系列+号，单击block，在右框空白处点右键插入一组织块（Organizationg Block）,将OB2改为OB35，并降OB35下载至PLC。双击OB1，在随后出现的对话框中选择变成语言为梯形图（LAD），若忘选，在OB1编程界面中也可在view下拉项中选择。进入OB1编程界面，常规的触点与线圈在快捷菜单中使用，定义号输入后按回车即可，若出现红色字体，则表示错误。使用其他指令，点击图标，会在左边出现全部编程指令。编写完毕后下载至PLC，运行PLC时可点击图标实时监测程序运行，某点通则以绿线显示，否则以虚线显示。三、输入输出点的地址与连接1、地址：S11面板上的标注为实际物理地址（编程使用时可在硬件配置的属性中更改该模块的起始地址，不更改则为物理地址。2、接线首先给使用模块提供电源（24VDC）（注意正负），4号槽的I0.0-I1.7的正端已经连接。再将24VDC电源接至其他实验模块上，然后将输入输出一一对应接至实验模块上。注意：输入输出关系，即不可将PLC输出点接至实验模块的按钮或开关上。（参见实验模板图）输入点接线原理图如下：图中虚线为学生接线，实线为设备已有接线。按上图接线，则S11上的S1与实验模块上的I0.0两者并联，任何一个接通则对应输入继电器接通。若只使用输入模块上的开关，则只需要将24V负端接至S11的M端即可。S11上的S1-S7在中间位置为断开状态，拨向上面下面都处于接通状态，但在上面能停留（SA），在下面不能停留（SB）。输出点接线原理图如下：图中虚线为学生接线，实线为设备已有接线。另外，实际PLC输入输出模块上有指示灯可以监测该点接通状态。四、基本指令编程练习的实验面板图 左图中的接线孔，通过防转座插锁紧线与PLC的主机相应输入输出插孔相接。I为输入点，Q为输出点。上图中下面两排I0.0I1.5为输入按键和开关，模拟开关量的输入。上边一排Q0.0Q1.1是LED指示灯，接PLC主机输出端，用以模拟输出负载的通与断 五、梯形图参考程序简单程序编写与调试。 实验参考程序： 写出调试结果。六、编写三人抢答器控制程序并接线调试 三个选手按钮采用S21上的I0.0、I0.1、I0.2（分别接通PLC的I0.0、I0.1、I0.2），主持人复位开关使用S11上的I0.0（接通PLC的I0.3），对应的指示灯选用S21上的Q0.0、Q0.1、Q0.2（分别接通PLC的Q4.1、Q4.2、Q4.3）。要求：主持人开关（SA）断开时禁止抢答（即任一选手按下按钮无效），主持人开关接通时，最先按下抢答按钮的选手对应的指示灯亮并保持至主持人开关断开，其他选手再按按钮无效。实验六 交通灯的PLC控制一、 实验目的1、熟练使用PLC基本指令，掌握各类定时器或其它控制逻辑的使用。2、熟练掌握PLC的编程与调试方法。二、控制要求 信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，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。三、十字路口交通灯控制的实验面板图：四、输入/输出点列表面板SD南北G南北Y南北R东西G东西Y东西R甲乙PLCI0.0Q4.0Q4.1Q4.2Q4.3Q4.4Q4.5Q4.6Q4.7五、实验报告要求1、简要解释程序。2、实验调试中的问题原因与解决方法。实验七 四节传送带的PLC控制在S7-300模拟实验挂箱（一）上完成本实验。一、 实验目的通过使用各基本指令，进一步熟练掌握PLC的编程和程序调试。二、控制要求 有一个用四条皮带运输机的传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求如下： 启动时先起动最末一条皮带机，经过5秒延时，再依次起动其它皮带机。 停止时应先停止最前一条皮带机，待料运送完毕后再依次停止其它皮带机。 当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。例如M2故障，M1、M2立即停，经过5秒延时后，M3停，再过5秒，M4停。当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面的皮带机停止，该皮带机运行5秒后停，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才停止。例如，M3上有重物，M1、M2立即停，再过5秒，M4停。三、四节传送带的模拟实验面板图： 四、输入/输出连线列表面板M1M2M3M4ABCDSB1SB2PLCQ4.1Q4.2Q4.3Q4.4I0.1I0.2I0.3I0.4I0.0I0.5五、报告要求整理出调试过程中出现的现象。对自己的程序进行分析。实验八 LED数码显示控制一、实验目的1、掌握计数器指令使用方法。2、掌握LED段码编程时字节型整型数与位的关系。二、控制要求按下启动按钮后，由八组LED发光二极管模拟的八段数码管开始显示：显示次序是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，并循环不止。要求使用计数器对秒脉冲信号计数，在计数到10时复位计数器实现循环。读出计数器当前值分别与0-9比较将显示段码用MOVE指令写入QB4。三、LED数码显示控制的实验面板图 右部面板中的A、B、C、D、E、F、G、H用发光二极管模拟输出。 四、输入/输出点列表面板SDABCDEFGHPLCI0.0Q4.0Q4.1Q4.24.34.44.54.64.7五、实验报告要求1、简要解释程序。2、实验调试中的问题原因与解决方法。实验九 霓虹灯的PLC控制一、实验目的掌握左移、右移指令的使用，熟悉顺序控制时循环工作的实现方法。二、控制要求按下启动按钮后，8个灯L1-L8由L1至L8一个接一个一次间隔1秒点亮，至L8亮后再由L8-L1一个接一个一次间隔1秒点亮并循环工作。三、输入/输出点列表面板启动停止L1L2L3L4L5L6L7L8PLCI0.0I0.1Q4.0Q4.1Q4.24.34.44.54.64.7四、实验报告要求1、简要解释程序。2、实验调试中的问题原因与解决方法。实验十 机械手取放工件的PLC控制一、 实验目的熟练掌握移位指令在复杂顺序控制系统中的应用。二、控制要求图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为： 三、机械手动作的模拟实验面板图此面板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。四、输入/输出点列表面板SB1SB2SQ1SQ2SQ3SQ4PLCI0.0I0.5I0.1I0.2I0.3I0.4面板YV1YV2YV3YV4YV5HLPLCQ4.0Q4.1Q4.2Q4.3Q4.4Q4.5五、工作过程分析当机械手处于原位时，上升限位开关I0.2、左限位开关I0.4均处于接通（“1”状态），按下启动按钮，SB1置“1”，下降阀输出继电器Q4.0接通，执行下降动作，由于上升限位开关I0.2断开，原位指示灯灭。当下降到位时，下限位开关SQ1接通，下降阀Q4.0断开，机械手停止下降，夹紧电磁阀Q4.1接通，执行夹紧动作并延时3秒。3秒后上升电磁阀Q4.2接通，执行上升动作，I0.1断开。Q4.1保持接通，机械手继续夹紧工件。当上升到位时，上限位开关I0.2接通，右移阀继电器Q4.3接通，执行右移动作。待移至右限位开关动作位置，I0.3动合触点接通， Q4.0线圈再次接通，执行下降动作。当下降到使I0.1动合触点接通位置， Q0.0线圈断开，停止下降，R指令Q4.1线圈断开，机械手松开工件（即Q4.1断电）；延时3秒，Q4.2线圈再度接通，I0.1断开，机械手又上升，行至上限位置，I0.2触点接通，左移Q4.4接通。到达左限位开关位置，机械手回到原位，由于I0.2、I0.4均接通，完成一个工作周期。再次按下启动按钮，将重复上述动作。六、实验报告要求1、简要解释程序。2、实验调试中的问题原因与解决方法。实验十一 喷泉的PLC控制一、实验目的熟练使用功能或功能块实现分部编程。二、实验原理使用功能块分部编程可以增加程序的可读性。但是当功能块不同时调用又对同样的地址赋值时要注意处理。方法一：功能块中使用不同的中间位，主程序中再组合输出；方法二：停止调用前对该功能块作处理。三、控制要求4个喷头ABCD，由转换开关SA的3个档位（分别接通SA-1、SA-2、SA-3）选择工作方式。方式一：启动后ABCD依次间隔2秒喷水并循环工作。方式二：启动后按AB-BC-CA顺序间隔2秒喷水并循环工作。方式三：启动后按A-C-B-D顺序间隔2秒喷水，最后ABCD一起喷水。任何工作方式下按停止按钮4个喷头全部停止喷水。四、输入/输出点列表面板启动停止SA-1SA-2SA-3PLCI0.0I0.4I.1I0.2I0.3面板ABCDPLCQ4.0Q4.1Q4.2Q4.3六、实验报告要求231、简要解释程序。2、实验调试中的问题原因与解决方法。26实验十二 温度PID控制一、实验目的熟悉模拟量的检测与控制方法，掌握PID闭环控制系统的设计与调试方法。二、控制要求某点温度由传感器（0-10V，0-3000C）检测，由一加热元件加热（驱动器0-5V），使该点温度稳定在设定值。三、 接线图硬件配置中选择模拟量输出输出属性中的信号类型范围与传感器、驱动器匹配。都选择0-10V。四、 FB41简介FB41是S7-300系统自带的PID运算控制模块。在P,I,D这三种控制作用中，比例部分与误差部分信号在时间上时一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比例的调节作用，具有调节及时的特点。比例系数越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但是对于大多数的系统来说，比例系数过大，会使系统