《电气控制及PLC技术》实验指导书

电气控制及 PLC 技术 实验指导书 西门子 西门子 S7 200 电气工程学院 目目 录录 前 言 1 实验一 三相异步电动机的继电 接触器控制 3 实验二 三相异步电动机的 PLC 控制 7 实验三 交通信号灯控制 12 实验四 自主设计操作测验 17 附 录 四层电梯控制 18 混料罐控制 22 输料线控制 25 天塔之光控制 29 自控轧钢机控制 31 邮件分拣控制 35 自动售货机控制 38 0 前前 言言 实验基本要求及操作实验基本要求及操作 实验是科学技术得以发展的重要保证 是研究自然科学的手段 PLC 原理及应用 实验是 PLC 原理及应用 理论课程的重要组成部分 也是培养从事电气控制 电力传 动及其自动化等技术人员实验技能的重要环节 一 实验设备一 实验设备 序号设备名称序号设备名称 10 25kw 异步电动机6装有 STEP7 Micro WIN32 软件 的微机 2磁粉刹车器7基本指令实验挂箱 3示波器8五模型实验挂箱 4备有交流接触器 热继电器 按钮等的电动机控制单元综 合试验台 导线若干 9六模型实验挂箱 5西门子 s7 200 可编程序控制 器 15专用 PPI 通讯电缆 二 实验方法二 实验方法 一 实验目的一 实验目的 1 在 PLC 原理及应用 理论课知识基础上 进行实验基本技能的训练 2 巩固和加深所学的理论知识 培养运用理论分析和解决实际问题的能力 3 培养实事求是 严肃认真的科学作风和良好的实验习惯 二 技能要求二 技能要求 1 能正确使用实验仪器设备 掌握实验方法及数据分析方法 2 能正确连接实验线路 读取数据 观察曲线 能初步分析和排除故障 3 能正确利用实验手段验证一些理论和结论 4 能正确书写实验报告和绘制图表 对数据进行处理 曲线进行分析 得出结论 1 三 实验要求三 实验要求 一 课前预习 教学实验受时间及条件限制 在规定的时间内能否很好完成实验任务 达到实验目 的与要求 很大程度上取决于课前准备的是否充分 因此 要求学生课前进行预习 1 仔细阅读实验指导书及相关参考资料 明确实验目的及任务 了解实验的基本原 理及实验线路 方法及步骤 具此编写实验报告 2 对实验中要观察哪些现象 记录哪些数据曲线 注意哪些注意事项做到心里有数 3 对实验指导书中提出的思考问题及注意事项要有深刻印象 以便在实验中观察和 注意 二 实验操作 1 学生到指定的实验台 认真领会指导老师对实验的讲解 要求及注意 2 实验中所用仪器设备连线操作规范 3 实验线路连接好后 认真检查后 一定要实验老师检查无误后 方可通电 4 实验过程中 认真调试观察 发现异常 及时查找原因处理 5 实验完毕 先切断电源 再根据实验要求核对实验数据 经指导教师审核通过后 再拆线路 并将仪器 接线按要求安放整齐 三 实验报告 实验报告是学生进行实验全过程的总结 是完成实验教学环节的凭证 要求文字简 洁 工整 曲线图表清晰 结论要有科学根据 实验报告应包括以下内容 1 实验目的 2 实验仪器 实验中使用的主要仪器名称 规格型号与参数 3 实验原理 4 实验步骤 具体任务要求 绘实验电路图 5 实验记录 数据表格 曲线 6 实验分析 数据计算 曲线及误差分析 7 实验结论 实验与理论相符 实验中发生的问题 现象及事故分析 对实验的建 议和设想 2 8 思考问题 对实验指导书中思考问题进行解答 3 实验一实验一 三相异步电动机的继电 接触器控制三相异步电动机的继电 接触器控制 一 实验目的一 实验目的 1 看懂三相异步电动机铭牌数据和定子三相绕组六根引出线在接线盒中的排列方式 2 根据电动机铭牌要求和电源电压 能正确连接定子绕组 Y 形或 形 3 了解按钮 交流接触器和热继电器等几种常用控制电器的结构 功能和作用 并 熟悉它们的接用方法 4 通过实验操作加深对三相异步电动机直接起动 点动和正反转控制线路工作原理 接线方式 操作方法及各环节作用的理解和掌握 明确自锁和互锁的作用 5 在理解顺序控制工作原理的基础上 学会对三相异步电动机进行简单顺序控制 6 学会检查线路故障的方法 培养分析和排除故障的能力 二 预习要求二 预习要求 复习三相异步电动机直接启动 点动和正反转控制线路的工作原理 并理解自锁 互锁及点动的概念 以及短路保护 过载保护和欠压保护的概念 可逆 控制 就是可同时控制电机正转或反转 生产过程中 生产机械的运动部 件往往要求能进行正反两反向的运动 这就是拖动电机能作正反向旋转 由电机原理可 知 将接至电机的三相电源进线中的任意两相对调 即可改变电机的旋转方向 所以可 逆运行控制线路实质上是由两个方向相反的单向运行控制线路构成 但为了避免误动作 引起电源相间短路 往往在这两个相反方向的单向运行线路中加设必要的机械及电气互 锁 按照电机可逆运行操作顺序的不同 分别有 正 停 反 和 正 反 停 两种控制线路 对于 正 停 反 控制线路 要实现电机由 正转 反转 或 反转 正转 的控制 都必须先按下停止按钮 再进行反向起动 见图 1 4 然而 对于生产过程中要求频繁实现正反转的电机 为提高劳动效率 减少辅助工时 往往要 求能直接实现正反转控制 图 1 5 所示为三相异步机 正 反 停 可逆旋转过程中 按下 SB2 或 SB3 按钮可直接实现电机的正反转切换 当然 该线路也能实现 正 停 反 操作 1 按钮 接触器和电动机的点动控制电路 FU2 SB1 KM SB3KM FU2 SB2 SB2 KR a 简单点动控制线路 b 即可点动又可保持的控制线路 4 图 1 1 三相异步电动机点动控制电路 图 1 2 功率较大的电动机的点动 2 单向启 保 停控制线路 图 1 3 三相异步电动机单向启 保 停控制线路 3 三相异步电动机的正 反转控制电路 5 图 1 4 三相异步电动机的正 反转控制电路 正 停 反 图 1 5 三相异步电动机的正 反转控制电路 正 反 停 三 实验设备三 实验设备 1 0 25kw 异步电动机一台 2 磁粉刹车器一台 3 示波器一台 备有交流接触 器 热继电器 按钮等的电动机控制单元综合试验台一台 导线若干 四 实验内容和步骤四 实验内容和步骤 1 熟悉实验装置上的电源开关 交流接触器 按钮等器件接线端的位置 2 可实现点动的控制线路实验 按图 1 2 接线 3 单向启 保 停控制实验 按图 1 3 接线 4 直接启动及停车实验 按图 1 3 接线 接上 KM 的自锁触点 启动按 SB2 停 车按 SB1 5 欠压保护实验 按图 1 3 接线 电动机启动后 拉开实验装置上的三相开关 Q 使电动机停转 然后重新合上实验装置上的三相开关 Q 不按 SB2 按钮 观察电动 机是否会自行启动 6 电动机启 保 停控制的正反转实验 按图 1 4 接线 拉开实验装置上的三相 开关 Q 将电动机定子绕组的三根电源线中任意两根的一头对调 再合上实验装置上的 三相开关 Q 重新启动电动机 观察电动机是否改变了转向 注意 每项实验完结都要断电后拆除线路 注意 每项实验完结都要断电后拆除线路 五 实验报告内容五 实验报告内容 1 画出实验步骤中的线路图 并说明各器件的作用 2 写出实验的操作步骤 3 写出实验心得 六 思考题六 思考题 1 在图 1 4 中 线路是如何实现电气互锁的 6 2 为什么图 1 3 主回路只串联两只发热元件 以星行连接的负载为例 没有串联发 热元件的一项发生过载时 是否也能得到保护 3 热继电器是否也能起到短路保护 4 零压保护是如何实现的 5 若在实验中发生故障 画出故障线路 分析故障原因 附 附 电动机正 反向点动控制电力接线示意图电动机正 反向点动控制电力接线示意图 7 实验二实验二 三相异步电动机的三相异步电动机的 PLCPLC 控制控制 一 实验目的一 实验目的 1 学习西门子 s7 200 PLC 与外部设备的连接 2 学习编程软件 STEP7 Micro WIN32 的操作 3 根据三相交流异步电机的原理图 学习用 PLC 来控制电机的正反转和 Y 启动 的方法 二 实验设备二 实验设备 1 西门子 s7 200 可编程序控制器一台 2 装有 STEP7 Micro WIN32 软件的微机一台 3 三相交流异步电动机一台及相关实验设备 三 实验内容三 实验内容 图 2 1 三相异步电动机控制实验示意图 图 2 1 为三相交流异步电机的实验原理及实验模拟图 此实验的控制对象是一台三 相交流异步电动机 要完成的功能的是用 PLC 控制三相交流异步电动机的正反转和 Y 启动 要完成这两项功能 除电机外 还需要四组三相交流接触器 KM1 KM2 KMY 和 KM 以及 3 个按钮 SB1 SB2 SB3 图中的 M 代表三相交流异步电动机 两个箭头旁分别有一个发光二极管 其中 红灯亮表示电机正转 绿灯亮表示电机反转 都不亮表示电机停转 代表 KM1 KM2 KMY 和 KM 的发光二极管亮时表示该接触器线圈得电 对应的常开触 8 点闭合 实验实验 1 1 电机正反转控制电机正反转控制 实验任务 当按下按钮 SB1 时 KM 接通 KM1 灯亮 电机正转 当按下按钮 SB2 时 KMY 接通 KM2 灯亮 电机反转 KMY 和 KM 绝不能同时接通 正反转 之间要联锁 I O 分配 参考梯形图程序 输入信号信号元件及作用 I0 0 I0 1 I0 2 SB1 正转 SB2 反转 SB3 停止 输出信号控制对象及作用 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 KM1 KM2 KM KMY 9 实验实验 2 2 自锁运行实验自锁运行实验 实验任务 按下 SB1 KM1 KM 接通 电动机正转 5 秒后 KM 断开 2 秒钟 后 KM2 KMY 接通 电动机反转 5 秒后断开 2 秒后 KM1 KM 接通 如此交替 按下停止按钮 SB2 KM 灯全灭 电机停止运行 I O 分配 输入信号信号元件及作用 I0 0 I0 1 SB1 正转 SB2 反转 输出信号控制对象及作用 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 KM1 KM2 KM KMY 参考梯形图程序 10 实验实验 3 电机电机 Y 启动启动 实验任务 按下按钮 SB1 电机 KM1 KMY 启动并正转 2 秒后 KMY 断开 电 机 KM 接通 并一直运行 按 SB2 电机停止运作 I O 分配 输入信号信号元件及作用 I0 0 I0 1 SB1 正转 SB2 停止 输出信号控制对象及作用 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 KM1 KM2 KM KMY 参考梯形图程序 11 四 实验报告内容四 实验报告内容 1 画出实验步骤中的线路图 并说明各器件的作用 2 写出实验的操作步骤 控制梯形图 3 写出实验心得 五 思考题五 思考题 1 继电器控制电路转换为梯形图法 2 自锁运行的观察 3 电机 Y 启动的原因 12 实验三实验三 交通信号灯控制交通信号灯控制 一 实验目的一 实验目的 1 学习西门子 s7 200 PLC 与外部设备的连接 2 学习编程软件 STEP7 Micro WIN32 的操作 3 进一步学习 PLC 控制程序设计 4 根据交通信号灯控制规则 学习用 PLC 来控制交通信号灯的方法 二 实验设备二 实验设备 1 西门子 s7 200 可编程序控制器一台 2 装有 STEP7 Micro WIN32 软件的微机一台 3 交通信号灯实验设备 三 实验内容三 实验内容 设计 PLC 程序控制十字路口的红绿黄三色信号灯 并通过交通信号灯实验板验证程 序的正确性 实验实验 1 交通灯实验交通灯实验 实验任务 第一步 东西绿灯和南北红灯亮 10 秒钟 第二步 东西黄灯和南北红灯闪 亮 5 秒钟 第三步 东西红灯和南北 绿灯亮 10 秒钟 第四步 东西红灯和南北黄灯闪亮 5 秒钟 第五步 返回到第一步 I O 分配 输入信号信号元件及作用元件或端子位置 输出信号控制对象及作用元件或端子位置 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 Q0 5 东西绿灯 东西黄灯 东西红灯 南北绿灯 南北黄灯 南北红灯 交通灯实验区 参考梯形图程序 13 14 实验实验 2 按钮控制实验按钮控制实验 实验任务 人行道口常态亮红灯 当人行道口的按钮按下时 人行道的交通灯绿灯随 下一次十字路口的南北绿灯亮一次 之后再次一直亮红灯 在人行道亮过绿灯的 1 分钟内 按下人行道按钮均不响应 1 分钟之后按下可重复前面的动作 I O 分配 输入信号信号元件及作用元件或端子位置 输出信号控制对象及作用元件或端子位置 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 Q0 5 东西绿灯 东西黄灯 东西红灯 南北绿灯 南北黄灯 南北红灯 交通灯实验区 参考梯形图程序 15 16 四 实验报告四 实验报告 设计方案 梯形图 I O 接线图 操作步骤 运行结果 程序修改和评价 五 思考题五 思考题 1 定时器的应用 2 按钮控制如何 17 实验四实验四 自主设计操作测验自主设计操作测验 一 实验目的一 实验目的 对 PLC 控制理论 PLC 程序设计及实际操作综合测评 二 实验设备二 实验设备 1 西门子 s7 200 可编程序控制器一台 2 装有 STEP7 Micro WIN32 软件的微机一台 3 各相关实验设备 三 实验要求三 实验要求 控制程序学生完全自主设计 在四层电梯控制 混料罐控制 输料线控制 天塔之 光控制 自控轧钢机控制 邮件分拣控制 自动售货机控制等设计中任选其一 在 PLC 上执行这个程序 并实际控制被控对象运行 以验证程序的功能和正确性 1 程序设计要求程序设计要求 设计的程序要求进行顺序控制 至少有六个状态 具体规律由设计者自己确定 2 设计报告设计报告 对程序设计要求有完整的设计报告 其内容包括 自定的控制要求 输入输出信号表 梯形图 运行结果 设计报告在程序运行之前统一交上来 3 考核考核 由程序的正确性和复杂程度 设计报告情况 独立完成情况决定成绩 四 实验步骤四 实验步骤 课前设计 课上调试 五 实验报告五 实验报告 设计方案 梯形图 运行操作步骤 运行结果 程序修改和评价 18 附录 附录 四层电梯控制四层电梯控制 四层内选升降控制 电梯为四层四站有司机驾驶客梯 上下运行由直流电机拖动 电机正转时电梯下降 反转时上升 轿厢行走由滑块动作示意 开门动作由信号灯示意 每层的电梯门旁装有外 呼电梯轿厢升降的按钮 SB1 SB5T 内呼梯轿厢升降的按钮 SB6 SB9 轿厢运行的井 道内装有位置控制行程开关 SQ1 SQ4 由于按钮和信号灯数目不够 开关门信号则由 天塔之光实验区的 L5 L8 两组灯代替 实验任务 用内部楼层选择信号 1 4 控制轿厢升降到相应楼层 轿厢运行过程中 有选择信号时 优先执行前方的选择信号 轿厢到达选择的楼层后 停车 3 秒再继续运 行或等待信号 未选择的楼层不停留 I O 分配 输入信号信号元件及作用元件或端子位置 I0 6 I0 7 I1 0 I1 1 I1 2 I1 3 I1 4 I1 5 一层内呼叫 二层内呼叫 三层内呼叫 四层内呼叫 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 四层电梯控制实验区 输出信号控制对象及作用元件或端子位置 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 Q0 5 Q0 6 PWM 上行 下行 L1 L2 L3 L4 四层电梯控制实验区 参考梯形图程序 参考梯形图程序 19 20 21 22 混料罐控制混料罐控制 循环运行实验 实验特点 实验特点 本实验是在基本实验中的简单的模拟工业生产中的混料罐生产工艺全过 程实验 其中的液面设计是通过电机电动嵌有 LED 灯的滑块 在移动中照料混料罐面 板来进行实验的 电磁阀和搅拌电机用 LED 灯来模拟 3 个限位开关连接 LED 指示灯 实验效果如下图所示 混料罐实验模拟示意图 实验任务 实验任务 液面在最下方时 按下启动按钮 液体 A 阀门打开 液体 A 流入容器 当液面升到 M 传感器检测位置时 液体 A 阀门关闭 液体 B 阀门打开 当液面升到 H 传感器检测位置时 液体 B 阀门关闭 搅拌电机开始工作 搅拌电机工作 5 秒后停止搅 拌 混合液体 C 阀门打开 开始放出混合液体 当液面降到 L 传感器检测位置时 延时 两秒 关闭液体 C 阀门 开始下一周期操作 I OI O 分配 分配 参考梯形图程序 参考梯形图程序 23 24 25 输料线控制输料线控制 自动运行实验 实验任务 实验任务 按下启动按钮 皮带 1 启动 经过 5 秒皮带 2 启动 再经过 5 秒皮带 3 启动 再经过 5 秒 卸料阀打开 物料流下经各级皮带向后下放传送进入下料仓 料满 后 卸料阀关闭 停止卸料 经过 5 秒后 皮带 3 停止 再经过 5 秒 皮带 2 停止 料 欠则重复执行 I O 分配 分配 输入信号信号元件及作用元件或端子位置 I0 0 I0 1 I0 2 I0 3 启动 停止 料欠传感器 料满传感器 输料线实验区 输出信号控制对象及作用元件或端子位置 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 卸料电磁阀 皮带一动作 皮带二动作 皮带三动作 输料线实验区 参考梯形图程序 参考梯形图程序 26 27 28 29 天塔之光控制天塔之光控制 顺序点亮控制 实验任务 实验任务 L1 灯亮 1 秒后 L2 灯亮 再过 1 秒后 L3 灯亮 再过 1 秒后 L8 灯亮 再过 1 秒后全部灯熄灭 I O 分配 分配 输入信号信号元件及作用元件或端子位置 I0 0开关 1基本指令实验区 输出信号控制对象及作用元件或端子位置 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 Q0 5 Q0 6 Q0 7 灯 1 灯 2 灯 3 灯 4 灯 5 灯 6 灯 7 灯 8 天塔之光实验区 参考梯形图程序 参考梯形图程序 30 31 自控轧钢机控制自控轧钢机控制 计数自动控制 实验目的 实验目的 根据自控轧钢机的原理图 在实验中掌握自控轧钢机的工作原理 练习 步进顺控指令 学习用 PLC 来构成轧钢机自控系统 实验介绍 实验介绍 自控轧钢机的压力输出端为一特殊端子 其功能是 开机时 ABC 三个 发光二极管均为 OFF 端子第一次接通时 最上面的 A 灯亮 表示有一个压下量 第二 次接通时 上面和中间的 A B 灯亮 表示有两个压下量 第三次接通时 A B C 三 灯都亮 表示有三个压下量 第四次接通时 A B C 三灯皆熄灭 表示轧钢机复位 第五次接通时动作同第一次 如此循环 自控压钢机控制实验示意图 其中电机 MI M2 M3 和皮带的正反转均由相应的发光二极管表示其工作状态 Y1 的亮灭模拟汽缸的状态 实验任务 实验任务 打开启动开关 电机 M1 M2 运行 传送钢板 传送带上有钢板时 传 感器 S1 ON 电机 M3 正转 当钢板传送到位时 S1 OFF S2 ON M1 M2 OFF 电 磁阀 Y1 动作 电机 M3 反转 压力输出端接通 给一向下压下量 A 灯亮 S2 信号消 失 S1 ON 电机 M3 正转 S1 的信号消失时 S2 ON 电机 M3 反转 压力输出端 再次接通 又给一向下压下量 B 灯亮 S2 信号消失 S1 ON 电机 M3 再次正转 第三次 S1 OFF 时 S2 ON 电机 M3 反转 压力输出端又给一向下压下量 C 灯亮 系统停留 4 秒 进行轧钢作业 S2 信号消失 S1 ON 电机 M3 再次正转 第三次 S1 OFF 时 S2 ON 电机 M3 反转 压力输出端再次接通 A B C 三灯都熄灭 程序计数一次 等待 3 秒后 从头继续运行 计数达到 3 次后 程序自动停止 I OI O 分配 分配 输入信号信号元件及作用 I0 0 I0 3 I0 1 I0 2 启动 停止 S1 S2 输出信