《电气控制系统与PLC实验指导书》.docx
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《电气控制系统与PLC实验指导书》
《电气控制系统与PLC》
实验指导书
电气自动化实验中心编写
机械与电气工程系
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
DJ24
1
3
交流接触器
1
D61-2
4
按钮
2
D61-2
5
热继电器
D9305d
1
D61-2
6
交流电压表
0～500V
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Ω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。
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
DJ24
1
3
交流接触器
JZC4-40
2
D61-2
4
按钮
3
D61-2
5
热继电器
D9305d
1
D61-2
6
交流电压表
0～500V
1
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Ω档检查各电器线圈、触头是否完好。
鼠笼机接成Δ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
D.使用HAVING子句的作用是限定分组的条件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？
一、填空（每空1分，总计30分）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?
endif
S=0
实验三基本指令的编程练习
（一）与或非逻辑功能实验
6.在下面的VisualFoxPro表达式中，不正确的是________。
实验要求：
选做
【答案】计算机系统，数据库，数据库管理系统，有关人员实验类型：
验证
【答案】D实验学时：
2
在基本指令的编程练习实验区完成本实验。
一、
二、fori=0to999实验目的
1、熟悉PLC实验装置。
2、
3、49.假定学号的第3、4位为专业代码。
要计算各专业学生选修课程号为”101”课程的平均成绩，正确的SQL语句是________。
练习手持编程器的使用。
4、熟悉系统操作。
5、
6、input"请输入圆环的内半径：
"tor1掌握与、或、非逻辑功能的编程方法。
三、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X0～X13为输入按键，模拟开关量的输入。
八路一排Y0～Y7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。
四、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
0
LD
X001
输入
7
ANI
X003
1
AND
X003
输入
8
OUT
Y003
或非门输出
2
OUT
Y001
与门输出
9
LDI
X001
3
LD
X001
10
ORI
X003
4
OR
X003
11
OUT
Y004
与非门输出
5
OUT
Y002
或门输出
12
END
程序结束
6
LDI
X001
五、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
0
LD
X001
输入
1
OUT
T0
延时5秒
2
K50
3
LD
T0
4
OUT
Y000
延时时间到，输出
5
END
程序结束
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
0
LD
X001
输入
1
OUT
T0
延时5秒
2
K50
3
LD
T0
4
OUT
T1
延时3秒
5
K30
6
LD
T1
7
OUT
Y000
延时时间到，输出
8
END
程序结束
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K1～K32767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
0
LD
X001
输入
6
LD
T0
1
ANI
T0
7
OUT
C0
计数20次
2
OUT
T0
延时10秒
8
K20
3
K100
9
LD
C0
4
LD
X000
输入
10
OUT
Y000
计数满，输出
5
RST
C0
计数器复位
11
END
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=T0×C0=10×20=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
0
LD
X001
输入
1
ANI
T0
2
OUT
T0
延时1秒
3
K10
4
LD
C0
5
OR
X002
步序
指令
器件号
说明
6
RST
C0
计数器C0复位
7
LD
T0
8
OUT
C0
计数20次
9
K20
10
LD
X002
输入
11
RST
C1
计数器C1复位
12
LD
C0
13
OUT
C1
计数3次
14
K3
15
LD
C1
16
OUT
Y000
计数满,输出
17
END
程序结束
总的计数值C总=C0×C1=20×3×1=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
0
LD
X000
起动
18
K20
1
ANI
T4
19
LD
T0
2
OUT
T0
南北红灯25秒
20
OUT
T1
南北绿灯25秒
3
K250
21
K250
4
LD
T0
22
LD
T1
5
OUT
T4
东西红灯30秒
23
OUT
T11
南北向车27秒
6
K300
24
K270
7
LD
X000
25
OUT
T2
南北绿灯闪烁
8
ANI
T0
26
K30
9
OUT
T6
东西绿灯20秒
27
LD
T2
10
K200
28
OUT
T3
南北黄灯2秒
11
LD
T6
29
K20
12
OUT
T10
东西向车22秒
30
LDI
T0
13
K220
31
AND
X000
14
OUT
T7
东西绿灯闪烁
32
OUT
Y002
南北红灯工作
15
K30
33
LD
T0
16
LD
T7
34
OUT
Y005
东西红灯工作
17
OUT
T5
东西黄灯2秒
35
LD
Y002
步序
指令
器件号
说明
步序
指令
器件号
说明
36
ANI
T6
60
ORB
37
LD
T6
61
OUT
Y000
南北绿灯工作
38
ANI
T7
62
LD
Y005
39
AND
T22
63
ANI
T1
40
ORB
64
LD
T1
41
OUT
Y003
东西绿灯工作
65
ANI
T2
42
LD
Y002
66
ORB
43
ANI
T6
67
OUT
T13
延时1秒
44
LD
T6
68
K10
45
ANI
T7
69
LD
T13
46
ORB
70
ANI
T11
47
OUT
T12
延时1秒
71
OUT
Y006
南北向车行驶
48
K10
72
LD
T2
49
LD
T12
73
ANI
T3
50
ANI
T10
74
OUT
Y001
南北黄灯工作
51
OUT
Y007
东西向车行驶
75
LD
X000
52
LD
T7
76
ANI
T23
53
ANI
T5
77
OUT
T22
产生1秒脉冲
54
OUT
Y004
东西黄灯工作
78
K5
55
LD
Y005
79
LD
T22
56
ANI
T1
80
OUT
T23
57
LD
T1
81
K5
58
ANI
T2
82
END
程序结束
59
AND
T22
一、工作过程
当起动开关SD合上时，X000触点接通，Y002得电，南北红灯亮；同时Y002的动合触点闭合，Y003线圈得电，东西绿灯亮。
1秒后，T12的动合触点闭合，Y007线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。
维持到20秒，T6的动合触点接通，与该触点串联的T22动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。
又过3秒，T7的动断触点断开，Y003线圈失电，东西绿灯灭；此时T7的动合触点闭合、T10的动断触点断开，Y004线圈得电，东西黄灯亮，Y007线圈失电，模拟东西向行驶车的灯灭。
再过2秒后，T5的动断触点断开，Y004线圈失电，东西黄灯灭；此时起动累计时间达25秒，T0的动断触点断开，Y002线圈失电，南北红灯灭，T0的动合触点闭合，Y005线圈得电，东西红灯亮，Y005的动合触点闭合，Y000线圈得电，南北绿灯亮。
1秒后，T13的动合触点闭合，Y006线圈得电，模拟南北向行驶车的灯亮。
又经过25秒，即起动累计时间为50秒时，T1动合触点闭合，与该触点串联的T22的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁；闪烁3秒，T2动断触点断开，Y000线圈失电，南北绿灯灭
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