机电传动控制实验指导书(2010).doc

机电传动控制机电传动控制 实实 验验 指指 导导 书书 罗玉元罗玉元 编编 二二 O O 一一 O O 零年六月零年六月 1 实验注意事项实验注意事项 1 接线前 包括改接线路 实验后都必须断开实验线路的电源 特别改接线 路和拆线时必须遵守 先断电 后拆线先断电 后拆线 的原则 2 电机在运转时 电压和转速均很高 切勿触碰导电和转动部分 以免发生 人身和设备事故 3 为了确保安全 学生应穿绝缘鞋进入实验室 接线或改接线路必须经指导 教师检查后方可进行实验 目 录 第一部分 继电器第一部分 继电器 接触器控制系统接触器控制系统 1 1 实验一 低压电器认识 1 实验二 机床电器控制 5 实验三 电动葫芦电气控制 7 第二部分第二部分 可编程序控制器可编程序控制器 9 9 实验四 认识三菱 FX1N PLC 与 FXGP WIN 9 实验五 认识西门子 S7200 PLC 与 STEP7 12 第三部分第三部分 电机调速定位控制电机调速定位控制 1818 实验六 交流电机变频调速控制 18 实验七 步进电机调速 定位控制 20 附 变频器功能参数设置与操作附 变频器功能参数设置与操作 24 1 第一部分 继电器第一部分 继电器 接触器控制系统接触器控制系统 实验一低压电器认识 预习思考预习思考 1 如何判断继电器 接触器与复合按钮的常开和常闭触点 2 为什么热继电器不能做短路保护而只能作长期过载保护 而熔断器则相反 为什么 3 电动机缺相启动和缺相运行 对电动机的会产生什么影响 4 如何判断异步电动机的六个引出线 如何连接成 Y 形或 形 又根据什么 来确定该电动机作 Y 形或 连接 一 一 实验目的实验目的 1 进行继电器 接触器控制实验的安全教育 2 认识继电器 接触器控制实验中常用的低压电器和仪器仪表 3 学习三相交流异步电机绕组的判别 接线 继电器 接触器的接线和使用 方法 二 二 实验设备实验设备 序号名 称型号与规格数量备注 2三相鼠笼式异步电动机1 3交流接触器3 4热继电器1 5时间继电器1 6按钮3 万用表1 三 三 实验原理实验原理 1 1 用万用表电阻档测量两个接点之间的电阻值 可以判断电机绕组两个端点 是否同相以及继电器 接触器的触点是常开还是常闭 2 2 2 通过绕组中的感应电流产生的方向效应可以判别绕组的首末端 将其中的任意两相绕组串联 如图 1 1 所示 将控制屏三相自耦调压器手 柄置零位 开启电源总开关 按下启动按钮 接通三相交流电源 调节调压器 输出 使在相串联的两相绕组出线端施以单相低电压 U 80 100V 测出第三相 绕组的电压 如测得的电压值有一定读数 表示两相绕组的末端与首端相联 两相绕组产生的感应电动势方向相同 是叠加的 如图 1 1 a 所示 反之 如测得的电压近似为零 则两相绕组的末端与末端 或首端与首端 相联 两相 绕组产生的感应电动势方向相反 是相互抵消的 如图 1 1 b 所示 用同 样方法可测出第三相绕组的首末端 四 四 实验内容实验内容 1 1 了解三相鼠笼式异步电动机的基本参数和接线方法 2 2 判断电动机的首末端 继电器 接触器线圈和触点及对应的接线端子号 3 3 观察电动机空载启动 缺相启动和空载运行 缺相运行时电动机的电枢电 流 五 五 实验步骤实验步骤 1 打开 TKDG 14 实验箱挂件 列出本实验中各低压电器的型号 记下元件上 标出的各个接线端子的标号和对应的功能 判定是常开触点 常闭触点还是线 圈的接点 2 将三相自耦调压器手柄置于输出电压为零位置 控制屏上三相电压表切换 开关置 调压输出 侧 根据电动机的容量选择交流电流表合适的量程 3 开启控制屏上三相电源总开关 按启动按钮 此时自耦调压器原绕组端 U1 V1 W1得电 调节调压器输出使 U V W 端 输出线电压为 380V 三只电压表指示应基本平 衡 保持自耦调压器手柄位置不变 按停止按 钮 自耦调压器断电 3 4 按图 1 3 接线 电动机三相定子绕组接成 Y 接法 供电线电压为 380V 实 验线路中 Q1 及 FU 由控制屏上的接触器 KM 和熔断器 FU 代替 学生可由 U V W 端子开始接线 以后各控制实验均同此 5 按控制屏上启动按钮 电动机直接起动 观察起动瞬间电流冲击情况及电 动机旋转方向 记录起动电流 当起动运行稳定后 将电流表量程切换至较小 量程档位上 记录空载电流 6 电动机稳定运行后 突然拆出 U V W 中的任一相电源 注意小心操作 以免触电 观测电动机作单相运行时电流表的读数并记录之 再仔细倾听电 机的运行声音有何变化 可由指导教师作示范操作 7 电动机起动之前先断开 U V W 中的任一相 作缺相起动 观测电流表读 数 记录之 观察电动机有否起动 再仔细倾听电动机有否发出异常的声响 况是否正常 8 按图 1 4 接线 观查并与图 1 3 电动机的转向比较 是否反向 注意注意 1 起动电流持续时间很短 且只能在接通电源的瞬间读取数字电流表的最大 读数 如错过这一瞬间 须将电动机停车 待停稳后 重新起动读取数据 2 单相 即缺相 运行时间不能太长 以免过大的电流导致电机的损坏 六 六 实验报告实验报告 按照下例自制表格 按照下例自制表格 1 元器件的认识 元件名称元件型号主要参数备注 电压接法 功率电流 三相异步 电动机 转速定额 元件名称元件型号主要参数元件的接点标号对应的功能 线圈 主触头 辅助常开触点 交流接触 器 辅助常闭触点 元件名称元件型号主要参数元件的接点标号对应的功能 线圈时间继电 器主触头 4 常开触点 常闭触点 元件名称元件型号主要参数 元件的接点标 号 对应的功能 线圈 主触头 常开触点 热继电器 常闭触点 元件名称元件型号主要参数 元件的接点标 号 对应的功能 常开触点 按钮 常闭触点 2 2 电动机启动电流与空载电流观测记录电动机启动电流与空载电流观测记录 电动机型号观察值备注 正常 空载 启动电 流 能否启动 缺相 空载 启动电 流 能否启动 稳定空载电流 3 3 电动机转向观察电动机转向观察 电动机型号接线方式电动机转向 图 1 3 顺 反 时针 图 1 4 顺 反 时针 七 七 实验心得和体会实验心得和体会 5 实验二实验二机床电器控制机床电器控制 预习思考预习思考 1 如何实现机床工作台往复运动的自动控制 2 在电动机正 反向控制线路中 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 3 行程控制和时间控制在机床控制电路中有什么作用 如何实现 一 一 实验目的实验目的 1 通过对机床控制线路的实际安装接线 学会常用控制电路的实际应用 锻 炼电器原理图变换成接线图的能力 2 通过实验进一步理解行程开关 时间继电器在机床电器控制电路中的作用 加深理解机床电气控制的原理 二 二 实验设备实验设备 序号名 称型号规格数量备注 1可调三相交流电源0 450V1TKDG 2 2丝杆螺母传动机构1配三相异步电动机 3交流接触器JZC4 403TKDG 14 4热继电器D9305D1TKDG 14 5时间继电器ST3PA B1TKDG 14 6按钮2自锁与自复位各1个 7行程开关 光电开关 2 三 三 实验原理实验原理 如图 2 1 所示 在机床加工工艺过程的 自动化中 实现无进刀切削进给 需要按时 间和行程控制 其原理是 按下启动按钮 电动机正转 工作台前进 移动到压下行程 开关 ST2 时 电动机停转 刀架停止移动 同时 ST2 的动合触点使时间继电器得电 经 一定时间延时后 电动机反转 刀架开始返 回 当返回到原位压下行程开关 ST1 时 电动机停转 刀架停止移动停在原位 完成一个自动工作循环 6 四 四 实验内容实验内容 选择接触器 行程开关 按钮 等控制元件 完成机床电器控制电路的接 线和调试运行 电路应具有电源指示和过载保护功能 五 五 实验步骤实验步骤 1 在图 2 2 的基础上 根据要求设计控 制回路 画出控制电路图 2 选择电器元件 按原理图接线 组成 实际控制回路 3 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 220V 4 接好线路 调整好行程开关 1ST 原 位 压下状态 与 2ST 限位 到位后 才压下 位置 5 调试线路 实现实验原理要求的动 作 6 实验结束后 按下电源停止按钮 切断三相电源 注意 注意 接线前断开电源 经指导教师检查后 方可进行通电操作 六 六 实验报告实验报告 1 画出完整的电路原理图 2 写出实验过程 七 七 实验心得和体会实验心得和体会 7 实验三电动葫芦电气控制 预习思考预习思考 1 什么是能耗制动 如何实现 2 能耗制动的强弱与哪些因素有关 如何进行调节 3 电机制动停车需在两相定子绕组通入直流电 若通入单相交流电 能否起 到制动作用 为什么 一 一 实验目的实验目的 1 学习并掌握电动葫芦的提升和移行机构电气控制的方法 2 学习用限位开关对三相异步电动机进行能耗制动并观察其制动效果 二 二 实验设备实验设备 序号名 称型号与规格数量备注 1 可调三相交流电源0 450V1 2 三相鼠笼式异步电动机DJ242 3 交流接触器 KM1 KM2JZC4 40各 1 4 交流接触器 K1 K2JZC4 40各 1 5 交流接触器 KZ KM3 JZC4 401 6 按钮4 7 限位开关 ST1 2 8 整流变压器220 26V1 9 整流桥堆1 10 热继电器D9305d1 三 三 实验原理实验原理 电动葫芦由升降机构和移行机构组成 分别由升降电动机 M1 和移行电动机 M2 拖动 M1 顺时针和逆时针两种转向分别模拟电动葫芦提升和下降 M2 顺时针和逆 时针两种转向分别模拟电动葫芦向前移行和向后移行 M1 提升高度受限位开关 SQ 限制 当运转至指定高度时 碰撞限位开关 接近开关 SQ 提升接触器 KM1 线圈断电 M1 脱离交流电网并进行能耗制动 8 迅速停车 当电动机 M1 或 M2 进行升降或移行工作时 必须相应的按住某按钮使之一 直处于接通状态 这种点动控制线路可以保证当操作人员离开现场时 电动葫 芦电动机会自动断电 四 四 实验内容实验内容 根据原理图选择元件 组成电动葫芦起升和下降的控制电路 然后进行调 试 比较采用能耗制动和自然停车两种情况下电机的停止时间 五 五 实验步骤实验步骤 1 鼠笼电动机按 接法 实验线路电源端接三相自耦调压器输出 U V W 供电线电压为 220V 2 按图 3 1 接线 接线完成后须经实验指导教师检查 方可通电实验 3 模拟电动葫芦的工作过程进行操作 调试 4 调试时将断开电机电源后不接入能耗制动时电机停止的时间与接入能耗制 动的时间进行对比 并记录在相应表格中 六 六 实验报告实验报告 1 1 写出调试过程和步骤 2 2 对比采用能耗制动与不采用能耗制动的停机时间 归纳总结实验现象和结 果 填入相应表格中 七 七 实验心得和体会实验心得和体会 9 第二部分第二部分 可编程序控制器可编程序控制器 实验四认识认识三菱 FX1N PLC 与 FXGP WIN 预习思考预习思考 1 三菱 FX1N 系列 PLC 通过什么接口实现与上位微机通讯 2 三菱 FX1N 系列 PLC 的主要编程元件的表示符号及其指令代码的编写是如何 规定的 一 一 实验目的 实验目的 1 熟悉 FXGP 的集成界面 掌握端口的设置以及程序的建立 转换和保存等基 本操作方法 2 初步学习用梯形图方式编制 PLC 程序 理解指令表和梯形图的对应关系 3 掌握 FXGP 的参数设置 程序传送 读出和写入 及在线监控方法 二 二 实验实验设备设备 序号名 称型号与规格数量备注 1 微型计算机586 以上1 2 可编程控制器FX1N 40MT1 3 编程线 通信电缆 SC 091 4 编程软件包 FXGP WIN C1 三 三 实验原理实验原理 用编程线将微机上的串口与 PLC 的编程口连接起来 通过编程软件的参数 设置 可实现微机与 PLC 通信 进行 PLC 程序的读写和监控操作 四 四 实验内容实验内容 运行 FXGPWIN 编程软件 建立 PLC 程序文件 编写 PLC 程序保存到指定位 置 将 PLC 程序下载到 PLC 并运行 通过监控功能观察运行结果 五 五 实验步骤实验步骤 1 设置文件路径为 d FXGP 注 为学号姓名 2 进入 FXGP 软件 新建一个序程序 指定正确的 PLC 类型 选中梯形图视图 编程状态 见图 4 1 10 3 用梯形图编写图 4 2 所示程序 转化后保存 PLC 程序到步骤 1 指定的目录 下 取名为 FXPLC1FXPLC1 4 用梯形图编写图 4 3 所示程序 转化后保存 PLC 程序到步骤 1 指定的目录 下 取名为 FXPLC2FXPLC2 5 打开保存过的 FXPLC1FXPLC1 程序 6 将 PLC 开关拨到 STOPSTOP 位置 在菜单工具条中选 PLC 传送 写出 在弹出 的对话框中选 确定 将程序传送到 PLC 7 将 PLC 开关拨到 RUNRUN 位置 菜单工具条选监控 测试 开始监控 调试程序 观察各端口设置及状态 图 4 1 FXGP WIN 编程界面 M100 X001 END M100 M100 T0 k200 Y001 X002 20s X001 X002 M100 Y001 M100 X001T0 图 4 2 FX1N 系列 PLC 梯形图实例 1 11 图 4 3 FX1N 系列 PLC 梯形图实例 2 8 打开保存过的 FXPLC2FXPLC2 程序 重复步骤 6 7 六 六 实验报告实验报告 1 写出图 4 2 的运行结果 2 完成图 4 3 的时序图 3 观察实验现象 认真记录实验中发现的问题 故障及解决方法 七 七 实验心得和体会实验心得和体会 12 实验五实验五认识西门子认识西门子 S7200 PLC 与与 STEP7 预习思考预习思考 1 西门子 S7200 系列 PLC 的编程元件中的输入输出编号与三菱 FX 系列有何 不同 2 STEP7 编程软件中编写的 PLC 程序段落是按照什么来区分的 3 西门子 S7200 系列 PLC 外部的输入信号的接线与三菱 FX 系列 PLC 有何不 同 一 一 实验目的实验目的 1 1 熟悉 PLC 实验装置 掌握西门子 S7200 系列 PLC 的外部接线方法 2 2 了解和熟悉 STEP7 编程软件的编程环境和使用方法 3 3 掌握简单程序的写入 编辑 监视和模拟运行 掌握 S7200 系列 PLC 的基 本指令和编程方法 二 二 实验内容实验内容 4 4 完成 PLC 外部接线 5 5 根据给定 PLC 梯形图 写入并调试含有简单输入输出和定时器 计数器等 编程元件的 PLC 程序 分析运行结果 三 三 实验设备实验设备 序号名 称型号与规格数量备注 1 微型计算机586 以上 1 2 可编程控制器实验箱 THSMS 11 3编程线 通信电缆 SC 091 4 编程软件包 Step7 microwin v4 0 1 13 四 四 实验步骤实验步骤 1 PLC 外部接线 PLC 外部接线如图 4 2 所示 THSMS 1 实验箱主控制面板如 图 4 3 所示 可以采用 PLC 提供的 24V 直流电源 输入端子上的 L 和 M 作 为输入信号电源 也可以用外部直流电源 既可以将输入公共端 1M 2M 接电源负极 如图 4 2 也可接电源正极 此时输入低电平有效 用开关量输 入电路板上的按钮或开关信号作为 PLC 的输入 PLC 输出端接实验控制面板上 的指示灯 图 4 2 S7200PLC 外部接线图 14 图 4 3 THSMS 1 实验箱主控制面板 2 程序的写入 检查及修改 将装有编程软件的计算机接到 PLC 上 并将 PLC 上的 RUN 开关拨到 STOP 位置 接通 PLC 的电源 按编程软件的 操作方法将用户程序清除 3 运行 STEP7 软件 运行 STEP7 编程环境如图 4 4 所示 图 4 4 STEP7 编程软件主界面 15 进入主界面后 如图 4 3 所示进行梯形图编写 1 点击编程元件图形菜单 图 4 5 红线标志 1 在弹出的对话框中选择相 应的元件符号 图 4 5 红线标志 2 图 4 5 STEP7 编程软件步骤 一 在程序区光标处 图 4 5 红线标志 3 相应的会出现如图 4 6 所示带有红色 问号 的元件符号 图 4 6 STEP7 编程软件步骤 二 2 鼠标点击问号处 修改元件的标识符号 如 I0 0 16 3 选择其它编程元件重复 1 3 的过程 直至完成程序如图 4 7 图 4 7 STEP7 编程实例完成图 4 程序编写 编写图 4 8 所示的梯形图 a 基本输入输出b 定时器使用 图 4 8 参考梯形图 5 下载 调试和验证程序 梯形图中的 I0 1 I0 3 分别对应控制实验单元输入开关 I0 1 I0 3 17 通过专用 PC PPI 电缆连接计算机与 PLC 主机 主机 STOP RUN 开关拨到开 关 STOP 位置 点击图形菜单中的 下载 弹出 下载 对话框 如通讯成 功 程序将下载到 PLC 否则会显示连接失败的相关信息 如图 4 9 所示 此 时应检查电源是否打开 电缆是否连接好 设置是否正确 重新下载 图 4 9 PLC 通信连接界面图 程序下载完成后 将可编程控制器主机上的 STOP RUN 开关拨到 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 I0 1 I0 3 观察输出指示灯 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 是 否符合与 或 非逻辑的正确结果 6 6 程序的保存 上载和修改程序的保存 上载和修改 将程序保存在指定目录下 关闭并重新启动 STEP7 点 上载 将下载到 PLC 的程序调出 如图 4 8 所示 五 五 实验报告实验报告 1 实验具体步骤 如何联机 编写程序 下载程序 调试程序 观察结果 修改程序 2 实验程序上机验证 写出运行后得到的结果 并分析与预习中的结果是否 相同 六 六 实验心得和体会实验心得和体会心得体会 本次实验中遇到的问题 解决方法及收获 18 第三部分第三部分 电机调速电机调速定位控制定位控制 实验六实验六交流电机变频调速控制交流电机变频调速控制 预习思考预习思考 1 变频器的频率改变后 其输出电压是否变化 如何变化 2 设定频率时 有时会出现不能在设定的频率下运行 为什么 3 不能进行 50HZ 以上的设定 为什么 4 能不能在运行中写入各个参数 一一 实验目的实验目的 1 了解掌握变频器主要参数的功能与设置方法 2 了解掌握三相异步电机变频器调速的方法 二 二 实验内容实验内容 通过 PUF 方式 设定相关参数 使电机在额定频率下运行 变频器转速随 着旋钮的旋转而时时改变以及变频器的加速时间和上限频率设定 三 三 实验设备实验设备 序号名 称型号与规格数量备注 1 可调三相交流电源0 450V1 2 三相鼠笼式异步电动机DJ242 3 变频器JZC4 40各 1 四 四 实验原理实验原理 a 控制面板图 b 接线图 图6 1变频器控制面板及接线图 19 接接线线时时请请注注意意电电机机铭铭牌牌数数据据和和变变频频器器输输出出电电压压 选选择择合合适适的的接接线线方方式式 五五 实实验验步步骤骤 1 由控制旋钮控制变频器频率 1 按接线图正确将线连好后 合上电源 准备设置变频器各参数 2 按 键设定 PU 操作模式 3 按 键进入参数设置模式 4 拨动设定用按钮 选择参数号码 直至监示用三位LED 显示 P30 5 按 键读出现在设定的值 出厂时默认设定值为0 6 拨动设定用按钮 把当前值增加到1 7 按 键完成设定值 8 重复步骤 4 5 6 7 把 Pr 53 设置为 1 9 连续按两次 按钮 退出参数设置模式 10 按 按钮启动电机 旋转设定用按钮 观察频率数值 记录转速 2 设定在 50Hz 频率下运行 例 状态下运行 操作步骤如下 1 接通电源 显示监示显示画面 2 按 键设定 PU 操作模式 3 旋转设定用旋钮 直至监示用 3 位 LED 显示框显示出希望设定的频率 约 5 秒闪灭 4 在数值闪灭期间按 键设定频率数 此时若不按 键 闪烁 5 秒 后 显示回到0 0 还需重复 操作 3 重新设定频率 5 约闪烁 3 秒后 显示回到0 0 状态 按 键运行 6 变更设定时 请进行上述的3 4 的操作 从上次的设定频率开始 7 按 键 停止运行 3 设定加速时间为 10 秒 1 接通电源 显示监示显示画面 2 按 键选中 PU 操作模式 此时PU 指示灯亮 3 按 键进入参数设置模式 4 拨动设定用按钮 选择参数号码 直至监示用三位LED 显示 P7 5 按 键读出现在设定的值 出厂时默认设定值为5 6 拨动设定用按钮 把当前值增加到10 7 按 键完成设定值 六六 实验报告 写出调试过程和结果 七 七 实验心得和体会实验心得和体会 20 实验七实验七 步进电机调速 定位控制步进电机调速 定位控制 预习思考预习思考 1 步进电机的速度与哪些因素有关 其计算式是怎样的 不同的步进电机 相 同的脉冲频率速度一定相同吗 2 步进电机的角位移 转角 与什么有关 计算式是怎样的 如何实现步进 电机位置控制 3 启动时和启动后步进电机的脉冲频率过高会发生什么现象 一一 实验目的实验目的 1 了解步进电机的工作原理和主要参数对步进电机性能的影响 2 掌握步进电机速度控制和位置控制的方法 二 二 实验内容实验内容 通过可编程控制器对步进电机进行控制 测试步进电机的单步运行 正反 转控制 定位运行和速度调节的性能和反应 三 三 实验设备实验设备 序号名 称型号与规格数量备注 1 三菱可编程控制器 PLC FX1N 40MT1 2 步进电机34HS84380B21步距角 1 8 3 旋转编码器 C5w51可选件 4 个人计算机1含监控软件 5 编程电缆SC 091 四 四 实验原理实验原理 通过计算机与 PLC 通信 PLC 输出给步进电机控制器提供脉冲和方向信号 借助 MCGS 编制的监控应用程序对 PLC 监控 从而对步进电机在不同细分数下输出的脉冲信号 频率 数量等进行控制 实现单步运行 定位控制和速度控制 控制原理见图 7 1 图中 编码器可选 21 图 7 1 步进电机控制原理图 PLC 梯形图和外部接线图分别如图 7 2 和图 7 3 所示 图 7 2 步进电机控制梯形图 22 图 7 3 步进电机控制外部接线图 五五 实实验验步步骤骤 1 按接线图正确将线连好后 打开电源 输入并下载PLC 程序 设置步进电机 测控参数 步进电机控制器细分数初始值为5 PLC 程序脉冲频率默认为250Hz 2 在计算机上运行打开步进电机监控程序 界面如图7 4