《電氣控制及PLC技術》實驗指導書09(教師)

1、電氣控制及PLC技術實驗指導書（西門子S7-200）楊霞，賀洪斌，郭洪澈電氣工程學院20091目 錄前 言 1實驗一 三相異步電動機的繼電接觸器控制3實驗二 三相異步電動機的PLC控制 7實驗三 交通信號燈控制 12實驗四 自主設計操作測驗 17附 錄 四層電梯控制 18混料罐控制 22輸料線控制 25天塔之光控制 29自控軋鋼機控制 31郵件分揀控制 35自動售貨機控制 38前 言實驗基本要求及操作實驗是科學技術得以發(fā)展的重要保證，是研究自然科學的手段。PLC原理及應用實驗是PLC原理及應用理論課程的重要組成部分，也是培養(yǎng)從事電氣控制、電力傳動及其自動化等技術人員實驗技能的重要環(huán)節(jié)。一、實驗

2、設備序號設備名稱序號設備名稱10.25kw異步電動機6裝有STEP7-Micro/WIN32軟件的微機2磁粉剎車器7基本指令實驗掛箱3示波器8五模型實驗掛箱4備有交流接觸器、熱繼電器、按鈕等的電動機控制單元綜合試驗臺，導線若干9六模型實驗掛箱5西門子s7-200可編程序控制器15專用PPI通訊電纜二、實驗方法一）實驗目的1.在PLC原理及應用理論課知識基礎上，進行實驗基本技能的訓練。2.鞏固和加深所學的理論知識，培養(yǎng)運用理論分析和解決實際問題的能力。3.培養(yǎng)實事求是、嚴肅認真的科學作風和良好的實驗習慣。二）技能要求1.能正確使用實驗儀器設備，掌握實驗方法及數(shù)據(jù)分析方法。2.能正確連接實驗線路，

3、讀取數(shù)據(jù)，觀察曲線，能初步分析和排除故障。3.能正確利用實驗手段驗證一些理論和結論。4.能正確書寫實驗報告和繪制圖表，對數(shù)據(jù)進行處理，曲線進行分析，得出結論。三）實驗要求（一）課前預習教學實驗受時間及條件限制。在規(guī)定的時間內能否很好完成實驗任務，達到實驗目的與要求，很大程度上取決于課前準備的是否充分。因此，要求學生課前進行預習。1.仔細閱讀實驗指導書及相關參考資料，明確實驗目的及任務，了解實驗的基本原理及實驗線路、方法及步驟，具此編寫實驗報告。2.對實驗中要觀察哪些現(xiàn)象，記錄哪些數(shù)據(jù)曲線，注意哪些注意事項做到心里有數(shù)。3.對實驗指導書中提出的思考問題及注意事項要有深刻印象，以便在實驗中觀察和注

4、意。（二）.實驗操作1.學生到指定的實驗臺，認真領會指導老師對實驗的講解、要求及注意。2.實驗中所用儀器設備連線操作規(guī)范。3.實驗線路連接好后，認真檢查后，一定要實驗老師檢查無誤后，方可通電。4.實驗過程中，認真調試觀察，發(fā)現(xiàn)異常，及時查找原因處理。5.實驗完畢，先切斷電源，再根據(jù)實驗要求核對實驗數(shù)據(jù)，經(jīng)指導教師審核通過后再拆線路，并將儀器、接線按要求安放整齊。（三）.實驗報告實驗報告是學生進行實驗全過程的總結，是完成實驗教學環(huán)節(jié)的憑證，要求文字簡潔、工整、曲線圖表清晰，結論要有科學根據(jù)。實驗報告應包括以下內容：1.實驗目的2.實驗儀器：實驗中使用的主要儀器名稱、規(guī)格型號與參數(shù)。3.實驗原理4

5、.實驗步驟：具體任務要求，繪實驗電路圖。5.實驗記錄：數(shù)據(jù)表格、曲線。6.實驗分析：數(shù)據(jù)計算，曲線及誤差分析。7.實驗結論：實驗與理論相符，實驗中發(fā)生的問題、現(xiàn)象及事故分析，對實驗的建議和設想。8.思考問題：對實驗指導書中思考問題進行解答。實驗一 三相異步電動機的繼電接觸器控制一、實驗目的1看懂三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)和定子三相繞組六根引出線在接線盒中的排列方式；2根據(jù)電動機銘牌要求和電源電壓，能正確連接定子繞組(Y形或形)；3了解按鈕、交流接觸器和熱繼電器等幾種常用控制電器的結構、功能和作用，并熟悉它們的接用方法；4通過實驗操作加深對三相異步電動機直接起動、點動和正反轉控制線路工作原理、接線方

6、式、操作方法及各環(huán)節(jié)作用的理解和掌握，明確自鎖和互鎖的作用；5在理解順序控制工作原理的基礎上，學會對三相異步電動機進行簡單順序控制；6學會檢查線路故障的方法，培養(yǎng)分析和排除故障的能力。二、預習要求復習三相異步電動機直接啟動、點動和正反轉控制線路的工作原理，并理解自鎖、互鎖及點動的概念，以及短路保護、過載保護和欠壓保護的概念?！翱赡妗笨刂疲壕褪强赏瑫r控制電機正轉或反轉。生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)機械的運動部件往往要求能進行正反兩反向的運動，這就是拖動電機能作正反向旋轉。由電機原理可知，將接至電機的三相電源進線中的任意兩相對調，即可改變電機的旋轉方向，所以可逆運行控制線路實質上是由兩個方向相反的單向運行控制

7、線路構成。但為了避免誤動作引起電源相間短路，往往在這兩個相反方向的單向運行線路中加設必要的機械及電氣互鎖。按照電機可逆運行操作順序的不同，分別有“正停反”和“正反?！眱煞N控制線路。對于“正停反”控制線路，要實現(xiàn)電機由“正轉反轉”或“反轉正轉”的控制，都必須先按下停止按鈕，再進行反向起動，見圖1-4。然而對于生產(chǎn)過程中要求頻繁實現(xiàn)正反轉的電機，為提高勞動效率，減少輔助工時，往往要求能直接實現(xiàn)正反轉控制。圖1-5所示為三相異步機“正反停”可逆旋轉過程中按下SB2或SB3按鈕可直接實現(xiàn)電機的正反轉切換，當然，該線路也能實現(xiàn)“正停反”操作。1.按鈕、接觸器和電動機的點動控制電路（a）簡單點動控制線路（

8、b）即可點動又可保持的控制線路圖1-1 三相異步電動機點動控制電路圖1-2 功率較大的電動機的點動2.單向啟、保、?？刂凭€路圖1-3 三相異步電動機單向啟、保、?？刂凭€路3.三相異步電動機的正、反轉控制電路圖1-4 三相異步電動機的正、反轉控制電路（正-停-反）圖1-5 三相異步電動機的正、反轉控制電路（正-反-停）三、實驗設備1、0.25kw異步電動機一臺；2、磁粉剎車器一臺；3、示波器一臺；備有交流接觸器、熱繼電器、按鈕等的電動機控制單元綜合試驗臺一臺、導線若干四、實驗內容和步驟1.熟悉實驗裝置上的電源開關、交流接觸器、按鈕等器件接線端的位置。2.可實現(xiàn)點動的控制線路實驗（按圖1-2接線）

9、3.單向啟、保、停控制實驗（按圖1-3接線）4.直接啟動及停車實驗（按圖1-3接線）：接上KM的自鎖觸點，啟動按SB2，停車按SB1。5.欠壓保護實驗（按圖1-3接線）：電動機啟動后，拉開實驗裝置上的三相開關Q，使電動機停轉，然后重新合上實驗裝置上的三相開關Q，不按SB2按鈕，觀察電動機是否會自行啟動。6.電動機啟、保、?？刂频恼崔D實驗（按圖1-4接線）：拉開實驗裝置上的三相開關Q，將電動機定子繞組的三根電源線中任意兩根的一頭對調，再合上實驗裝置上的三相開關Q，重新啟動電動機，觀察電動機是否改變了轉向。注意：每項實驗完結都要斷電后拆除線路。五、實驗報告內容1畫出實驗步驟中的線路圖，并說明各器

10、件的作用。2寫出實驗的操作步驟。3寫出實驗心得。六、思考題1在圖1-4中，線路是如何實現(xiàn)電氣互鎖的？2為什么圖1-3主回路只串聯(lián)兩只發(fā)熱元件？以星行連接的負載為例，沒有串聯(lián)發(fā)熱元件的一項發(fā)生過載時，是否也能得到保護？3熱繼電器是否也能起到短路保護？4零壓保護是如何實現(xiàn)的？5若在實驗中發(fā)生故障，畫出故障線路，分析故障原因。附：電動機正、反向點動控制電力接線示意圖實驗二 三相異步電動機的PLC控制一、實驗目的1.學習西門子s7-200 PLC與外部設備的連接。2.學習編程軟件STEP7-Micro/WIN32的操作。3根據(jù)三相交流異步電機的原理圖，學習用PLC來控制電機的正反轉和Y/啟動的方法。二

11、、實驗設備1西門子s7-200 可編程序控制器一臺2裝有STEP7-Micro/WIN32軟件的微機一臺3三相交流異步電動機一臺及相關實驗設備。三、實驗內容圖2-1 三相異步電動機控制實驗示意圖圖2-1為三相交流異步電機的實驗原理及實驗模擬圖。此實驗的控制對象是一臺三相交流異步電動機，要完成的功能的是用PLC控制三相交流異步電動機的正反轉和Y/啟動。要完成這兩項功能，除電機外，還需要四組三相交流接觸器KM1、KM2、KMY和KM，以及3個按鈕SB1、SB2、SB3。圖中的M代表三相交流異步電動機，兩個箭頭旁分別有一個發(fā)光二極管，其中，紅燈亮表示電機正轉，綠燈亮表示電機反轉，都不亮表示電機停轉；

12、代表KM1、KM2、KMY和KM的發(fā)光二極管亮時表示該接觸器線圈得電，對應的常開觸點閉合。實驗1 電機正反轉控制實驗任務：當按下按鈕SB1時，KM接通，KM1燈亮，電機正轉；當按下按鈕SB2時，KMY接通，KM2燈亮，電機反轉；KMY和KM絕不能同時接通；正反轉之間要聯(lián)鎖。I/O分配：輸入信號信號元件及作用I0.0I0.1I0.2SB1：正轉SB2：反轉SB3：停止輸出信號控制對象及作用Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3KM1KM2KMKMY參考梯形圖程序：實驗2 自鎖運行實驗實驗任務：按下SB1，KM1、KM接通，電動機正轉。5秒后KM斷開，2秒鐘后KM2、KMY接通，電動機反轉，5秒后斷開，

13、2秒后KM1、KM接通，如此交替；按下停止按鈕SB2，KM燈全滅，電機停止運行。I/O分配：輸入信號信號元件及作用I0.0I0.1SB1：正轉SB2：反轉輸出信號控制對象及作用Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3KM1KM2KMKMY參考梯形圖程序：實驗3 電機Y-啟動實驗任務：按下按鈕SB1，電機KM1、KMY啟動并正轉；2秒后，KMY斷開，電機KM接通，并一直運行；按SB2，電機停止運作。I/O分配：輸入信號信號元件及作用I0.0I0.1SB1：正轉SB2：停止輸出信號控制對象及作用Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3KM1KM2KMKMY參考梯形圖程序：四、實驗報告內容1畫出實驗步驟中的線路圖，

14、并說明各器件的作用。2寫出實驗的操作步驟，控制梯形圖。3寫出實驗心得五、思考題1繼電器控制電路轉換為梯形圖法。2自鎖運行的觀察。3電機Y-啟動的原因。實驗三 交通信號燈控制一、實驗目的1.學習西門子s7-200 PLC與外部設備的連接。2.學習編程軟件STEP7-Micro/WIN32的操作。3.進一步學習PLC控制程序設計。4.根據(jù)交通信號燈控制規(guī)則，學習用PLC來控制交通信號燈的方法。二、實驗設備1西門子s7-200 可編程序控制器一臺2裝有STEP7-Micro/WIN32軟件的微機一臺3交通信號燈實驗設備。三、實驗內容設計PLC程序控制十字路口的紅綠黃三色信號燈，并通過交通信號燈實驗板

15、驗證程序的正確性。實驗1 交通燈實驗實驗任務：第一步：東西綠燈和南北紅燈亮10秒鐘第二步：東西黃燈和南北紅燈閃 亮5秒鐘第三步：東西紅燈和南北 綠燈亮10秒鐘第四步：東西紅燈和南北黃燈閃亮5秒鐘第五步：返回到第一步I/O分配：輸入信號信號元件及作用元件或端子位置輸出信號控制對象及作用元件或端子位置Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5東西綠燈東西黃燈東西紅燈南北綠燈南北黃燈南北紅燈交通燈實驗區(qū)參考梯形圖程序：實驗2 按鈕控制實驗實驗任務：人行道口常態(tài)亮紅燈,當人行道口的按鈕按下時，人行道的交通燈綠燈隨下一次十字路口的南北綠燈亮一次,之后再次一直亮紅燈。在人行道亮過綠燈的1分鐘內按下人

16、行道按鈕均不響應。1分鐘之后按下可重復前面的動作。I/O分配：輸入信號信號元件及作用元件或端子位置輸出信號控制對象及作用元件或端子位置Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5東西綠燈東西黃燈東西紅燈南北綠燈南北黃燈南北紅燈交通燈實驗區(qū)參考梯形圖程序：四、實驗報告設計方案；梯形圖、I/O接線圖；操作步驟；運行結果，程序修改和評價。五、思考題1.定時器的應用。2.按鈕控制如何？實驗四 自主設計操作測驗一、實驗目的對PLC控制理論、PLC程序設計及實際操作綜合測評。二、實驗設備1西門子s7-200 可編程序控制器一臺2裝有STEP7-Micro/WIN32軟件的微機一臺3各相關實驗設備。三、

17、實驗要求控制程序學生完全自主設計，在四層電梯控制、混料罐控制、輸料線控制、天塔之光控制、自控軋鋼機控制、郵件分揀控制、自動售貨機控制等設計中任選其一，在PLC上執(zhí)行這個程序，并實際控制被控對象運行，以驗證程序的功能和正確性。1.程序設計要求設計的程序要求進行順序控制，至少有六個狀態(tài)，具體規(guī)律由設計者自己確定。2.設計報告對程序設計要求有完整的設計報告，其內容包括： 自定的控制要求。 輸入輸出信號表。 梯形圖。 運行結果。設計報告在程序運行之前統(tǒng)一交上來。3.考核由程序的正確性和復雜程度、設計報告情況、獨立完成情況決定成績。四、實驗步驟課前設計，課上調試。五、實驗報告設計方案；梯形圖；運行操作步

18、驟；運行結果，程序修改和評價。41附錄：四層電梯控制（四層內選升降控制）電梯為四層四站有司機駕駛客梯,上下運行由直流電機拖動，電機正轉時電梯下降，反轉時上升。轎廂行走由滑塊動作示意,開門動作由信號燈示意。每層的電梯門旁裝有外呼電梯轎廂升降的按鈕SB1SB5T，內呼梯轎廂升降的按鈕SB6SB9，轎廂運行的井道內裝有位置控制行程開關SQ1SQ4。由于按鈕和信號燈數(shù)目不夠，開關門信號則由天塔之光實驗區(qū)的L5、L8兩組燈代替。實驗任務：用內部樓層選擇信號14控制轎廂升降到相應樓層；轎廂運行過程中有選擇信號時，優(yōu)先執(zhí)行前方的選擇信號；轎廂到達選擇的樓層后，停車3秒再繼續(xù)運行或等待信號；未選擇的樓層不停留

19、。I/O分配：輸入信號信號元件及作用元件或端子位置I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5一層內呼叫二層內呼叫三層內呼叫四層內呼叫SQ1SQ2SQ3SQ4四層電梯控制實驗區(qū)輸出信號控制對象及作用元件或端子位置Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6PWM上行下行L1L2L3L4四層電梯控制實驗區(qū)參考梯形圖程序：混料罐控制（循環(huán)運行實驗）實驗特點：本實驗是在基本實驗中的簡單的模擬工業(yè)生產(chǎn)中的混料罐生產(chǎn)工藝全過程實驗。其中的液面設計是通過電機電動嵌有LED燈的滑塊。在移動中照料混料罐面板來進行實驗的。電磁閥和攪拌電機用LED燈來模擬。3個限位開關連接 LED

20、指示燈。實驗效果如下圖所示。混料罐實驗模擬示意圖實驗任務：液面在最下方時，按下啟動按鈕。液體A閥門打開，液體A流入容器；當液面升到M傳感器檢測位置時，液體A閥門關閉，液體B閥門打開；當液面升到H傳感器檢測位置時，液體B閥門關閉，攪拌電機開始工作。攪拌電機工作5秒后停止攪拌，混合液體C閥門打開，開始放出混合液體。當液面降到L傳感器檢測位置時，延時兩秒，關閉液體C閥門，開始下一周期操作。I/O分配：參考梯形圖程序：輸料線控制（自動運行實驗）實驗任務：按下啟動按鈕，皮帶1啟動，經(jīng)過5秒皮帶2啟動，再經(jīng)過5秒皮帶3啟動，再經(jīng)過5秒，卸料閥打開，物料流下經(jīng)各級皮帶向后下放傳送進入下料倉。料滿后，卸料閥關

21、閉，停止卸料，經(jīng)過5秒后，皮帶3停止，再經(jīng)過5秒，皮帶2停止。料欠則重復執(zhí)行I/O分配：輸入信號信號元件及作用元件或端子位置I0.0I0.1I0.2I0.3啟動停止料欠傳感器料滿傳感器輸料線實驗區(qū)輸出信號控制對象及作用元件或端子位置Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3卸料電磁閥皮帶一動作皮帶二動作皮帶三動作輸料線實驗區(qū)參考梯形圖程序：天塔之光控制（順序點亮控制）實驗任務：L1燈亮，1秒后L2燈亮，再過1秒后L3燈亮再過1秒后L8燈亮，再過1秒后全部燈熄滅。I/O分配：輸入信號信號元件及作用元件或端子位置I0.0開關1基本指令實驗區(qū)輸出信號控制對象及作用元件或端子位置Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3

22、Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7燈1燈2燈3燈4燈5燈6燈7燈8天塔之光實驗區(qū)參考梯形圖程序：自控軋鋼機控制（計數(shù)自動控制）實驗目的：根據(jù)自控軋鋼機的原理圖，在實驗中掌握自控軋鋼機的工作原理。練習步進順控指令，學習用PLC來構成軋鋼機自控系統(tǒng)。實驗介紹：自控軋鋼機的壓力輸出端為一特殊端子，其功能是：開機時，ABC三個發(fā)光二極管均為OFF，端子第一次接通時，最上面的A燈亮，表示有一個壓下量；第二次接通時，上面和中間的A、B燈亮，表示有兩個壓下量；第三次接通時，A、B、C三燈都亮，表示有三個壓下量；第四次接通時，A、B、C三燈皆熄滅，表示軋鋼機復位；第五次接通時動作同第一次，如此循環(huán)。自控壓鋼機控

23、制實驗示意圖其中電機MI、M2、M3和皮帶的正反轉均由相應的發(fā)光二極管表示其工作狀態(tài)，Y1的亮滅模擬汽缸的狀態(tài)。實驗任務：打開啟動開關，電機M1、M2運行，傳送鋼板。傳送帶上有鋼板時，傳感器S1ON，電機M3正轉；當鋼板傳送到位時，S1OFF，S2ON，M1、M2=OFF,電磁閥Y1動作，電機M3反轉，壓力輸出端接通，給一向下壓下量，A燈亮；S2信號消失，S1ON，電機M3正轉；S1的信號消失時，S2ON，電機M3反轉，壓力輸出端再次接通，又給一向下壓下量，B燈亮；S2信號消失，S1ON，電機M3再次正轉；第三次S1OFF時，S2ON，電機M3反轉，壓力輸出端又給一向下壓下量，C燈亮，系統(tǒng)停留4秒，進行軋鋼作業(yè)；S2信號消失，S1ON，電機M3再次正轉；第三次S1OFF時，S2ON，電機M3反轉，壓力輸出端再次接通，A、B、C三燈都熄滅，程序計數(shù)一次；等待3秒后，從頭繼續(xù)運行；計數(shù)達到3次后，程序自動停止。I/O分配：輸入信號信號元件及作用I0.0I0.3I0.1