实验实训指导书Word格式文档下载.docx

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（3）在实践教学环节中，在强调了本课程的重要知识点的同时，将电工及工艺、电机与拖动、继电-接触器系统、自控原理及系统、仪表与传感技术、过程控制以及计算机网络技术等相关课程的内容溶入教学中。

在授课时结合工厂的相关实际自动化控制系统、自动化控制环节进行讲解，使学生实践过程能严格区分“实验模拟型”和“实际工程型”两种程序类型，以培养严谨的工程设计作风。

此外，阶段学习完成后，进行几个综合性较强的实训项目的练习，实训内容可针对攀钢的生产实际，使实践教学更加贴近现实，结合实际。

（4）实习基地的教学把所学知识与生产实际结合起来，学生通过在建立于攀钢各厂矿的实习基地进行的现场教学，既开拓了视野，也能把所学知识与生产实际结合起来。

四、实验、实验项目指导

实验（实训）课题1S7-300PLC硬件及STEP7软件认识实验

1.1实验（实训）目的

1、了解S7-300PLC的硬件结构及使用方法。

2、熟悉和掌握STEP7编程软件的使用，掌握创建编辑项目的方法。

1.2实验（实训）设备介绍

1.2.1S7-300PLC介绍

学院PLC实验室S7-300PLC的CPU主要包括采用CPU313C-2DP、CPU314C-2DP、CPU315-2DP等几种类型。

以紧凑型CPU314C-2DP为例，其硬件主要特点是24VDC供电、48KB内存、带有含有PROFIBUS-DP的主从接口；

装载存储器MMC卡容量128K字节，集成式DI/DO、AI/AO，24路数字量输入/16路数字量输出，带光电隔离；

4路模拟量输入/2路模拟量输出,1路集成的模拟量输入通道可测0～600Ω电阻或接Pt100热电阻。

CPU314C-2DP通过MPI通信接口用PC/MPI通信适配器与个人计算机（PC）通信，来下载和上载PLC的用户程序和组态数据（主站亦可使用配置的CP5611网卡与PLC通信）。

1.2.2使用注意事项

1、接线时注意分清各模块的工作电压，防止接错；

接线过程中要关闭控制屏上各路电源开关，严禁带电接线。

2、严禁私自拆卸PLC主机、PC/MPI通信适配器、MPI通信接口以及PROFIBUS-DP主从接口，严禁取出装载存储器MMC卡。

3、严禁打开个人计算机（PC）机箱，要按正确的方法开关计算机,不得随意删除计算机上的文件，严禁在计算机上设置任何密码。

1.3编程软件Step7的使用

1.4实验（实训）内容：

在教材上自找一段LAD程序，创建一个项目，根据实际的硬件进行组态并练习录入程序，编译通过之后点击STEP7管理器界面窗口中的图标，下载到CPU中，把CPU置于RUN状态运行程序，观察程序运行情况。

实验（实训）课题2三相异步电动机正反转控制

2.1实验（实训）目的

1、复习三相异步电动机的基本继电-接触器电路及其工作原理，学会运用PLC对三相异步电动机的基本继电-接触器电路进行控制。

2、熟悉STEP7软件的基本使用方法。

2、进一步巩固对常规指令的正确理解和使用。

3、根据实验设备，熟练掌握PLC的外围I/O设备接线方法。

4、复习三相鼠笼式异步电动机双重连锁正反转控制及其相关电路，加深对继电-接触器控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。

5、能根据“系统工艺及控制要求”和“设计要求”进行程序设计和程序调试，养成良好的设计习惯，培养基本的设计能力，学会逐步优化程序算法和积累编程技巧。

2.2三相电动机的基本控制电路原理及控制要求

2.2.1三相异步电动机正反转双重连锁控制

1、三相异步电动机正反转双重连锁控制电路原理：

在三相异步电动机正反转控制电路中，最基本的方法是采用正反转双重连锁控制电路，如图2-1所示。

采用KM1、KM2的常闭辅助触点实现控制电路的电气连锁，用SB2、SB3的常闭触点实现控制电路的机械连锁，即双重连锁。

在实际控制中，对于小功率的电机或空载启动的电机，可通过SB2、SB3在正、反转之间直接切换。

但对于大功率的电机或负载启动的电机，则需要先按下停止按钮SB1后，再进行转向的切换。

采用PLC控制电机正反转，即是要对原继电-接触器电路的控制电路进行控制或改造。

但在学校的实验室里，很多都是用指示灯来模拟数字量（开关量）的输出，这样编写的程序是不能用于实际工程的。

因为在实际控制中，为了检测接触器是否正常工作，即接触器的线圈得电，接触器的触点是否正常动作；

或接触器的线圈断电，接触器的触点是否正常复位，往往需要将接触器的辅助触点引入PLC来作为反馈检测信号，同时在外围电路中将可能引起电源相间短路的接触器进行硬件上的电气互锁。

这种控制方案在实际工程中得到了广泛的应用。

图2-1三相异步电动机正反转双重连锁控制电路

2、控制要求：

运用PLC实现对“三相异步电动机正反转双重连锁”的控制。

具体设计要求见“2.3设计要求”。

要求电动机具有常规的保护环节。

2.2.2三相异步电动机带限位自动往返控制

1、三相异步电动机带限位自动往返控制电路原理:

三相异步电动机带限位自动往返控制电路如图2-2所示，它在正反转控制电路的基础上稍加了改动。

利用SB1、SB2可实现手动的正反转，利用行程开关SQ1、SQ2可实现工作台的自动往返运行，利用行程开关SQ3、SQ4实现工作台的极限位保护（即SQ1、SQ2失效时，工作台继续行走，压下SQ3或SQ4，KM1、KM2都断电）。

运用PLC实现对“三相异步电动机带限位自动往返控制电路”的控制。

图2-2三相异步电动机带限位自动往返控制电路

2.2.3※思考题

说明：

“思考题”为针对该课题的提高练习，后面的实训课题基本上都有这项内容。

以“三相异步电动机正反转双重连锁控制电路”为基础，实现电动机自动正反转控制。

要求电动机启动后，先正转20S，再反转25S，当正转、反转的次数都达到4次后，即自动停车。

电动机自动停车后，延时30S后自动启动，先反转20S，再正转25S，当正转、反转的次数都达到2次后，即自动停车，并输出1HZ的指示灯信号，表示所有动作结束。

结束指示灯信号闪烁3S后熄灭。

2.3设计要求

根据“系统工艺及控制要求”：

1、进行I/O地址分配并绘制“I/O分配表”。

2、绘制“I/O接线示意图”（与“I/O分配表”相对应）。

3、进行系统I/O接线。

4、进行程序设计。

5、进行程序调试、运行，并能进行基本的硬件、软件故障分析与排除。

6、编写实验（实训）报告。

实验（实训）课题3三相异步电动机的减压启动控制

3.1实验（实训）目的

4、复习三相鼠笼式异步电动机Ｙ-Δ减压起动控制、三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制），加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。

3.2三相电动机的基本控制电路原理及控制要求

3.2.1三相异步电动机Ｙ-Δ减压启动控制

1、三相异步电动机Ｙ-Δ减压启动控制电路原理

通常，容量较大的电动机（如10KW以上）不允许直接起动，而应采用减压起动的方法，其目的是减小起动电流，但电动机的起动转矩也随之降低，因此减压起动常用于空载或轻载启动的场合。

常用的减压起动方法有Ｙ-Δ降压起动、定子串电阻降压起动及自耦变压器启动等，而Ｙ-Δ减压起动又是最普遍使用的方法。

三相异步电动机Ｙ-Δ减压起动控制电路如图3-1所示，其工作原理分析请参见相关教材，在此不再赘述。

图3-1三相异步电动机Ｙ-Δ减压起动控制电路

运用PLC实现对“三相异步电动机Ｙ-Δ减压起动”控制，要求Ｙ-Δ切换时间为6S。

具体设计要求见“3.3设计要求”。

3.2.2三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制）

1、三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制）原理

三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制），其转速的改变是通过磁极对数的变化而实现的。

如图3-2所示，按下低速按钮SB1时，KM1得电并自锁，KM1的常闭互锁辅助触点断开KM2和KM3支路，此时电动机接为“Δ”，作低速运行。

图3-2三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制）

当按下高速按钮SB2时，SB2的常闭接点首先断开KM1的自锁触点并使KM1断电，同时SB2的常开触点闭合，使KM2和KM3先后得电并自锁，KM2及KM3的常闭触点串联对KM1互锁。

此时电动机接为“ＹＹ”，作高速运行。

运用PLC实现对“三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制）”的控制。

3.2.3※思考题

以“三相异步电动机正反转双重连锁控制电路”、“三相异步电动机Ｙ-Δ减压起动”、“三相异步电动机变极调速控制电路（Δ/ＹＹ控制）”三个电路为基础，实现以下控制：

按下系统启动按钮后，先是第一台电动机自动作正反转运行（正转15S，反转15S）；

第一台电动机运行30S后，第二台电动机自动作Ｙ-Δ减压起动（Ｙ-Δ切换时间为8S）；

当第二台电动机运行30S后，第三台电动机自动作变极调速（Δ/ＹＹ控制）运行，先低速运行10S，再高速运行10S，接着再低速运行10S，如此低速、高速循环运行。

当按下系统停止按钮（或第三台电动机作低速、高速循环6次后，发出系统自动停车信号）后，三台电机按照“逆停”的顺序，依次延迟5S自动停车。

至此，控制结束。

要求三台电动机具有常规的保护环节及连锁环节。

3.3设计要求

实验（实训）课题4三相异步电动机电机制动控制电路

4.1实验（实训）目的

1、应用PLC技术实现对三相异步电动机的制动控制。

2、训练编程的思想和方法。

3、熟悉PLC的使用，提高应用PLC的能力。

4.2控制要求

1、三相异步电动机的反接制动控制电路。

（1）电动机要停止时两根电源线反接产生制动转矩。

（2）具有防止电动机反转的措施；

有过载保护环节。

2、三相异步电动机能耗制动控制电路

（1）电动机要停止时切断三相电源，将直流电源接入定子绕组，电动机转速接近零时，断开直流电源。

（2）具有防止相间短路的措施；

具有过载保护环节。

4.3实训内容及指导

4.3.1三相异步电动机的反接制动控制电路

1、系统配置

反接制动的原理是在电动机要停止时把任意两根电源反接而产生制动转矩,在制动转矩作用下,电动机将很快停止转动,电动机的转速降到接近于零时,由速度继电器切断电源,否则电动机将反转。

图4-1是反接制动控制原理图。

图4-1反接制动控制原理图

2、程序设计

3、运行并调试程序

（1）按启动按钮SB1，输出继电器Q12.0接通并自锁。

电动机电动机全压启动运行。

速度继电器常开触点接通,输入继电器I0.3接通。

（2）按停止按钮SB2，输出继电器Q12.0失电并接通输出继电器Q12.1并自锁，电动机反接电源开始制动，当转速低于速度继电器的整定值时，常开触点断开，输出继电器Q12.1失电，电动机制动结束。

（3）重新启动电动机。

（4）模拟电动机过载，将热继电器FR常闭触点断开，观察电动机的停转过程。

并分析原因。

并提出建议。

（5）重复上述操作。

4.3.1三相异步电动机能耗制动控制电路

能耗制动是电动机要停止时，在三相电源断电的同时把直流电源接入定子绕组，当电动机转速接近零时，再断开直流电源。

这种制动方法的实质是把转子的机械能转变为电能，所以称为能耗制动。

制动能力大小，与所输入的直流电流大小有关，电流越大，则制动作用越强。

图4-2是用时间继电器实现的能耗制动控制电路，图4-2中可调电阻R用于调节制动电流的大小。

图4-2能耗制动控制原理图

（1）按启动按钮SB1，输出继电器Q12.0接通并自锁，电动机全电压启动运行。

（2）按停止按钮SB2，输出继电器Q12.0失电同时接通输出继电器Q12.1和定时器T1，电动机定子绕组接入直流电源开始制，定时器开始定时，经5s后，输出继电器Q12.1失电制动结束。

（3）重新启动电动机。

（4）模拟电动机过载，将热继电器FR常闭触点断开，观察电动机的停转过程，并分析原因。

（5）重复上述操作。

4.4实训训练题

1．不用速度继电器，试重新反接制动控制的逻辑梯形图，并上机调试运行成功。

2．运行并调试程序。

3.调试记录。

实验（实训）课题5传送带与仓库控制模拟

5.1实验（实训）目的

1、了解计数器和比较起的功能。

2、掌握计数器和比较起的编程技巧。

3、了解传送带与仓库控制的一般工艺特点。

5.2实验（实训）内容及训练

如图5-1所示，显示了带有两个传送带并且它们之间有一个临时存储区域的系统。

传送带1将包裹传送到存储区域。

传送带1的尾部靠近存储区域处有一个光电屏障，它确定向存储区域传送的包裹的数量。

传送带2将包裹从临时存储区域传输到装载台，卡车从此处取走包裹并发送给用户。

传送带2的尾部靠近存储区域处有一个光电屏障，它确定离开存储区域进入装载台的包裹的数量。

带有五个灯的显示面板指示临时存储区域的填充量。

含5个指示灯的显示盘表示临时仓库区的占用程度。

图5-1传送带与仓库控制模拟示意图

5.3设计要求

6、编写实训报告。

实验（实训）课题6十字路口交通灯控制模拟

6.1实验（实训）目的

1、熟练掌握STEP7软件的基本使用方法。

4、能根据“系统工艺及控制要求”和“设计要求”进行程序设计和程序调试，养成良好的设计习惯，培养基本的设计能力，学会逐步优化程序算法和积累编程技巧。

5、拟用PLC设计十字路口交通灯控制系统，了解十字路口交通灯系统的常规控制方法。

6.2实验（实训）设备

本实验（实训）在“S22S7-300模拟实验挂箱”中完成，该实验挂箱“十字路口交通灯控制”面板图如图6-1所示。

十字路口分为东西向和南北向两个方向，面板中的四组“R、Y、G”指示灯用以模拟东西向和南北向的“红、黄、绿”三种颜色的交通指示灯，公路上的“甲、乙”指示灯用以模拟东西向和南北向的车辆正在驶过十字路口。

图6-1“十字路口交通灯控制”面板图

（S22S7-300模拟实验挂箱）

6.3系统工艺及控制要求

6.3.1总体控制要求

本系统是一个典型的顺序逻辑控制，要求严格按照交通灯的动作要求进行程序设计。

6.3.2具体工艺及控制要求

1、“车辆直行”指示灯

东西向指示灯：

系统启动后，东西向指示灯先是绿灯亮，20秒后，东西绿灯开始闪烁（1HZ），3秒后熄灭；

接着是东西黄灯亮，3秒后熄灭；

最后是东西红灯亮，26秒后熄灭。

至此完成东西向“车辆直行”指示灯的一个周期，并不断循环。

南北向指示灯：

系统启动后，南北向指示灯先是红灯亮，26秒后熄灭；

接着是南北绿灯亮，20秒后，南北绿灯开始闪烁（1HZ），3秒后熄灭；

最后是南北黄灯亮，3秒后熄灭。

至此完成南北向“车辆直行”指示灯的一个周期，并不断循环。

2、车辆直行模拟显示

某方向（东西向或南北向）“车辆直行”指示灯的绿灯亮，则该方向的车辆可以驶出停车线直行。

但考虑车辆加速的时间，因此在进行车辆直行模拟时，在绿灯亮后，用该方向公路上的指示灯（甲或乙指示灯）延迟1秒亮表示车辆正在直行。

当某方向（东西向或南北向）“车辆直行”指示灯的绿灯开始闪烁，表示提醒司机该方向的直行即将暂停，当绿灯熄灭，黄灯亮时，则该方向的车辆不可再驶出停车线，但已驶出停车线的车辆需继续直行。

因此在进行车辆停车模拟时，在黄灯亮后，用该方向公路上的指示灯（甲或乙指示灯）延迟2秒灭表示。

6.4设计要求

实验（实训）课题7水塔水位控制模拟

7.1实验（实训）目的

5、拟用PLC设计水塔水位自动控制系统，了解水位控制的一些简单方法。

7.2实验（实训）目的设备

本实验（实训）在“S23S7-300模拟实验挂箱”中完成，该实验挂箱“水位水塔控制”面板图如图7-1所示。

开关S1表示水塔的水位上限位检测，开关S2表示水塔水位下限检测，开关S3表示水池水位上限检测，开关S4表示水池水位下限检测，M1为抽水泵电机，Y为进水电磁阀。

图7-1“水塔水位控制”面板图

（S23S7-300模拟实验挂箱）

7.3系统工艺及控制要求

7.3.1总体控制要求

本系统是一个典型的、简单的水位控制（管道上的手动阀未在面板图反映出来）。

系统启动后，能根据水池水位及水塔水位的上下限，自动控制进水电磁阀的开闭以及抽水泵的启停。

7.3.2具体工艺及控制要求

1、系统启动后，当水池水位低于下限位（用开关S4闭和表示），进水电磁阀Y打开（电磁阀得电打开，用指示灯Y“亮”表示），进水管开始向水池注水。

同时定时器开始计时，8秒后，如果水池下限位开关S4没有复位断开，表示水池水位还没有高过下限位，即表示进水电磁阀Y得电后没有打开进水，电磁阀Y出现了故障，此时电磁阀Y的故障指示灯闪烁（1HZ）报警。

当水池水位高于上限位（用开关S3闭和表示），进水电磁阀Y关闭（电磁阀断电闭和，用指示灯Y“熄”表示），进水管停止向水池注水。

2、当水池水位高于下限位（即S4为断开时），且水塔水位低于水塔下限位时（用开关S2闭和表示），抽水泵电机M1开始运转抽水（用指示灯M1“亮”表示）。

同时定时器开始计时，10秒后，如果水塔下限位开关S2没有复位断开，表示水塔水位还没有高过下限位，即表示水泵电机M1出现了故障（或是水泵出现了故障，或是抽水管道出现了漏水故障等），此时水泵电机M1的故障指示灯闪烁（1HZ）报警。

当水塔水位高于水塔上限位（用开关S1闭和表示），水泵电机M1停车，水泵电机M1停止向水塔抽水。

3、要求系统具有常规的保护环节和故障报警功能。

7.3.3模拟操作注意

由于本系统水池、水塔的上下限位是由S1~S4四个开关来模拟的，且不考虑这四个水位开关的故障可能性，因此在模拟操作时需注意水池或水塔的上下限位开关不能同时闭合，即S3和S4不能同时闭合，S1和S2也不能同时闭合。

7.3.4※思考题

如果不用开关量式的水位上下限检测信号（即不用开关S1~S4），而用液位传感器来检测水位的高度（该检测信号可用实验台上的DC24V模拟电位计手动给定来模拟），在工艺及控制要求都不变的情况下，程序又应该怎样设计呢？

介于实验台只有一个DC24V模拟电位计，故水塔水位上下限检测仍用开关S3、S4模拟，而水池的液位检测可用此AI信号来模拟液位传感器的检测信号（如用PIW256表示），并假定水池的深度为10米（也即液位传感器的探头长度），水池下限位对应1.5米，上限位对应8.5米。

7.3.5补充说明

1、水位控制是一类典型的自动化控制系统类型。

由于实际的控制工艺及控制要求较为多样，故不可一概而论。

本系统的工艺及控制要求仅为模拟设计，特此说明。

2、指导教师可在以上控制要求基础之上，增加其他控制要求。

7.4设计要求

实验（实训）课题8“自动配料/四节传送带”系统模拟

8.1实验（实训）目的

1、熟练