《PLC及机电传动控制》实验指导-

1、 PLC及机电传动控制实验指导书史先传编江苏工业学院机械与能源工程学院实验教学中心2008.06目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark16 实验一直流电动机和无刷直流电动机的内部结构及工作特性1 HYPERLINK l bookmark34 实验二交流异步电动机和同步电动机的内部结构1 HYPERLINK l bookmark50 实验三继电器接触器实验2实验四利用三菱FX2N仿真软件进行PLC编程实验4 HYPERLINK l bookmark84 实验五PLC编程实验6 HYPERLINK l bookmark96 实验六步进电动机实验8实验的基本要求和安

2、全操作规程一、实验的基本要求电机及电气技术实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。（一）、实验前的准备实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书，了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等），并按照实验项目准备记录抄表等。实验前应写好预习报告，经指导教师检查认为确实作好了

3、实验前的准备，方可开始作实验。认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。（二）、实验的进行1、建立小组，合理分工每次实验都以小组为单位进行成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。2、选择组件和仪表实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。3、按图接线根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。4、起动电机，观察

4、仪表在正式实验开始之前，先熟悉仪表设备，正确选择电机的起动电阻和负载电阻，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。5、测取数据预习时对电机的铭牌数据以及试验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时，根据实验步骤逐次测取数据。6、认真负责，实验有始有终实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。（三）、实验报告实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。

5、实验报告包括以下内容：1）实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期。2）列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据（PN、Un、In、nN）等。3）列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等。4）数据的实时采集，记录和计算。5）在计算机上按记录及计算的数据在曲线表上画出曲线。6）根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论填写到实验报告上。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。7）每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。二、实验安全操作规程为了按时完成电机及电气技术实验，确保实验时

6、人身安全与设备安全，要严格遵守如下规定的安全操作规程：1）实验时，接线和拆线都必须在切断电源的情况下进行。2）实验中如发生异常情况和故障，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。3）电机实验线路接好后应先检查功率表和电流表的量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。4）连接线路时要注意将导线完全插入插孔内，避免因接触不良造成电路不通或引起发热而影响实验的进行。5）做电机实验时，长发女生要注意将头发用发夹卡好，小心头发被卷入电机转轴而引起人身事故。6）爱护国家财产和实验设备，任何人不得随意在实验台和实验装置上乱填写记号。7）实验室须保持安静和清洁，不得大声喧哗

7、、抽烟、随地吐痰、乱仍纸屑。1实验一直流电动机和无刷直流电动机的内部结构及工作特性预习实验直流电动机的工作原理直流电动机的内部结构、各个组成部分简介直流电机输出扭矩与电枢电流的关系式直流电机电枢中反电动势与电机转速之间的关系式一、实验目的1）熟悉直流电动机的内部结构；2）掌握直流电动机的工作原理二、实验原理通过模型了解直流电动机工作原理。（见课本P17）三、实验设备1）直流电动机模型四、实验内容1直流电动机（1）认识直流电动机的主要组成部分；（2）了解各组成部分的功能；（3）掌握直流电动机的工作原理。五、实验报告画出直流电动机的工作原理图，并加以说明。六、思考题为什么直流电动机要进行零励磁保护

8、？为什么要求直流他励电动机磁场回路的接线要牢靠？起动时电枢回路必须串联起动变阻器？什么对调直流电源的正负极，可以改变直流他励电动机的转向，而不可以改变直流并励电动机的转向？ 1实验二交流异步电动机和同步电动机的内部结构预习实验交流电动机的工作原理交流电动机的内部结构、各个组成部分简介交流电机输出扭矩与电机转速的关系式一、实验目的1）熟悉交流电动机的内部结构2）掌握交流电动机的工作原理二、实验原理通过模型了解交流电动机工作原理。（见课本P51）三、实验设备交流电动机模型四、实验内容1交流电动机（1）认识交流电动机的主要组成部分；（2）了解各组成部分的功能；（3）掌握交流电动机的工作原理；（4）了

9、解鼠笼式异步电动机与线绕式异步电动机在结构上的主要不同之处五、实验报告画出交流异步电动机的工作原理图，并加以说明。六、思考题为什么交流电动机直接启动时，启动电流很大？三相异步电动机断了一根电源线后，为什么不能启动？什么电动机的机械特性？实验三继电器接触器实验一、实验目的1)熟悉继电器、接触器的工作原理。2)熟悉继电器接触器控制系统的设计方法二、实验原理实验原理如图2.1所示：J2错误!图2.1控制电路及主电路按下按钮SB1,继电器J1线圈得电并自锁，延时继电器T1线圈也得电；延时继电器T1开始延时，时间到，T1触点动作，使得T2、J2线圈得电；延时继电器T2开始延时，时间到，T2触点动作，使得

10、T1线圈失电，T1触点复位,使得T2、J2线圈也失电。T1开始延时，时间到，T1触点动作，使得T2、J2线圈得电；如此循环下去。按下按钮SB2，所有线圈都失电，所有触点都复位。三、实验设备2套24V延时继电器；2套24V继电器；一只24V指示灯或一台24V直流电机;(4)导线若干。四、实验内容实现电灯闪烁，并且通断时间可调。实验步骤如下1）根据图1，了解电路工作原理。2）按图1电路接线。3）检测接线是否正确，通电运行，验证设计的正确性。4）调整延时继电器，使得电灯亮2秒，灭4秒。五、实验报告1）绘制控制电路以及主电路，并说明工作原理。2）延时继电器T1、T2与电灯闪烁时间的关系，即，如何调节电

11、灯闪烁的时间。六、思考题（1）继电器与接触器的主要区别？（2）在交流接触器铁心上安装短路环为什么会减少振动和噪声？（3）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？实验四利用三菱FX2N仿真软件进行PLC编程实验（过街交通指示灯控制）预习实验报告PLC的组成部分PLC的扫描工作过程FX系列PLC的主要编程元件适用于FX系列的编程语言一、实验目的1）熟悉PLC工作原理2）熟悉PLC仿真软件的使用3）编制的PLC控制程序二、实验原理（编程控制对象见仿真软件的“中级挑战E1”在一个机动车单行街道上有一个行人过街斑马线，汽车与行人的移动方向如下图所示在斑马线上方有红（Y0

12、）、黄（Y1）、绿（Y2）交通信号灯，在街道两边有行人过街按钮（X10和等待提示灯（Y10）o汽车移动方向 执行如下动作：当没有行人过街时，所有信号灯关闭；当有行人需要过街时，行人将操作面板上的按钮(X10)按下。当X10被按下后，所有信号灯变化情况如下：操作面板上的指示灯(Y10)点亮，并保持点亮状态，即提示行人等待。在按钮(X10)被按下后，红、黄、绿交通信号灯按如下规律动作：首先，绿色信号灯(Y2)亮10秒；绿色信号灯(Y2)关闭后，黄色信号灯(Y1)点亮5秒；黄色信号灯(Y1)关闭后，红色信号灯(Y0)点亮10秒。在红色信号灯(Y0点亮的同时，操作面板上的指示灯(Y10)关闭，行人此时

13、可以过街。在红色信号灯(Y0)关闭后，操作面板上的指示灯(Y10)再次点亮，提示行人等待。自动重复(2)、(3)、(4)步骤；重复2次后，所有信号灯关闭。三、实验设备1)计算机；2)三菱FX系列PLC教学仿真软件。四、实验内容根据实验控制要求，编写交通指示灯控制的梯形图；将编制的梯形图输入到PLC仿真软件中；利用软件的转换功能，转换已经输入的梯形图在线“写入”PLC；(5)运行，观察运行情况；若运行情况与控制要求不相符，则进入编辑状态，修改梯形图直至达到控制要求。五、实验报告(1)绘制梯形图。(2)实验仿真结果。实验五PLC编程实验一、实验目的1）熟悉PLC工作原理。2）熟悉PLC控制程序编写

14、方法二、实验原理实验原理如图3所示：SA16图1实验原理图步进电机驱动器设置为整步工作方式，步距角为0.72。SA1为启动按钮，SA2为正、反转切换开关。下面为1S/步，运行125步（90）的正转程序:LDX00启动ORM0ANIC0OUTM0启动保持LDX00RSTC0计数器清零LDM0ANDT0OUTC0K125计数125LDT0OUTT1K5定时0.5SLDIT1OUTT0K5产生周期为1S的脉冲序列LDIX01ANDM0ANDT0OUTY10正转END三、实验设备1）机电控制综合实验台。2）五相步进电动机及其驱动器。四、实验内容按图1电路接线。编写正、反转控制程序，SA8断开时正转，S

15、A8闭合时反转。运行程序，验证程序的正确性。修改运行步数为250步。运行程序，记录角度和时间。五、实验报告（1）绘制梯形图。（2）列出角度和步数的关系式，角速度和脉冲周期的关系式。六、思考题本实验中，步进电动机的运行速度受什么因素限制？如何提高运行速度？ 实验六步进电动机实验一、实验目的1、掌握的步进电机的结构和工作原理；2、掌握步进电机调速方法和实现速度控制的原理；3、掌握改变步进电机旋转方向的控制原理；4、掌握步进电机控制器、驱动器的应用；5、理解单片机在控制步进电机方面的应用；6、了解变压器、整流器以及滤波器在电路中应用的工作原理。二、实验平台结构及工作原理本实验教学平台由透明有机玻璃板

16、作为基板，由电源部分、脉冲发生电路脉冲分配电路、放大电路、步进电机五部分组成。如图1所示：7Qn口89101112图1实验平台布局1-基板2电源部分3滤波器4镇流器5变压器6硬件分配器7软件分配器8控制器9键盘10场效应管11接线柱12步进电动机1、基板本实验教学平台所用的基板材料为透明有机玻璃。2、电源部分它既作为实验平台的直流电源，又作为步进电机的驱动电源。由变压器、整流器、滤波器组成。首先将220V的交流电经过变压器降压，经过整流器将交流电压转变为单向脉动电压，再经电容滤波减小电压的脉动程度。3、脉冲发生电路以AT89C51单片机作为控制器（晶振频率12MHZ）。用键盘设定脉冲频率（范围

17、：0999）和电机旋转方向，数码管显示设定值，LED显示脉冲发送和方向。4、环形分配器环形分配器有硬件和软件两种方式，其主要功能是：将接收到的脉冲按一定的规律产生各相导通或截止的信号。每来一个脉冲，环形分配器的输出转换一次。因此，步进电动机转速的高低、升速或降速、起动或停止都完全取决于脉冲的有无或频率。同时，环形分配器还必须接受控制器的方向信号，从而决定其输出的状态转换是按正序或者按反序转换，于是就决定了步进电动机的转向。4.1硬件环形分配器电路硬件电路见图2,CP为脉冲输入端，W+和W-为方向控制端。图2三相六拍硬件环形分配器原理图4.2软件环分用单片机实现软件环分，软件程序见表1;I/O配

18、置见图3。表1软件环分程序;主程序JZRVRS;若P2.0为1,则为正向，否则跳转到反向ORG0000HINCR0LJMPMAINCJNER0,#06H,INT0_L1ORG0003H;外部中断0入口地址MOVR0,#00HLJMPINT0_SVINT0_L1:MOVA,R0ORG0040HMOVCA,A+DPTRMAIN:MOVR0,#00H;保存脉冲地址MOVP1,AMOVP2,#0FFHRETIMOVDPTR,#TABLERVRS:DECR0MOVP1,#01H;A相绕组通电CJNER0,#0FFH,INT0_L2MOVTCON,#00000001BMOVR0,#05HMOVIE,#10

19、000001BINT0_L2:MOVA,R0HERE:SJMPHEREMOVCA,A+DPTR;中断服务程序MOVP1,AINT0_SV:MOVA,P2RETIANLA,#01HTABLE:DB01H.03H.02H.06H.04H.05H每来一个脉冲，单片机产生一次中断，在中断服务程序中查询P2.0端口电平高电平表示正转，低电平表示反转。正转时，地址指针加1,取出相应的字节，写到P1口，ATABTBTBCTCTCATA；反转时，地址指针减1,取出相应的字节，写到P1口，ATCATCTBCTBTABTA。1 图4单电压限流型驱动电路5、放大电路环行分配器输出的控制信号的电流只有几毫安，而步进电

20、动机的定子绕组需要几安培的电流，因此需要对从环行分配器输出的进给控制信号进行功率放大，变成足以推动步进电机的信号。步进电动机一相的驱动电路如图4所示。电阻R两端并联电容C,使电流上升更快，所以电容C又称为加速电容。二极管V在晶体管VT截止时起续流和保护作用，串联电阻使电流下降更快，从而使绕组电流波形后沿变陡。6步进电机A、步进电机的结构步进电机和一般旋转电机一样，分为定子和转子两大部分。定子是由硅钢片叠成的。定子上有6个磁极（大极），每两个相对的磁极组成一对，共有三对。每对磁极都缠有同一绕组，也即形成一相，这样3对磁极有三个绕组，形成三相。B、步进电机的工作原理步进电动机的工作原理，其实就是电

21、磁铁的工作原ABC理，如下图所示。a）环形分配器送来脉冲信号，对定子绕组轮流通电。图5三相步进电机的结构示意图b）A相通电，B、C相不通电，转子齿1、3与A相定子齿对齐，转子齿2、4与B、C相在不同方向上错开30（此时转矩为0,转子自锁）。c）A相断电，B相通电，转子齿2、4与B相定子齿对齐顺时针旋转30d）B相断电，C相通电，同理转子顺时针旋转30。e）通电顺序为ABCA时，转子顺时针旋转。如改为ACBA时，转子反向（逆时针）转动。（a）A相通电B相通电（c）C相通电7、实验台的工作原理：首先通过键盘设定脉冲频率、电机正反转（方向信号）指令，并通过LED数码显示管显示脉冲频率。从控制器输出的脉冲和方向信号送给硬环形分配器或者软件环形分配器，并通过发光二极管显示出正转或反转时的各相通电的顺序。从硬或软件环形分配器输出的各相导通或截止的信号送入信号放大电路（即驱动电路）