可編程控制器實驗指導(dǎo)書

可編程序控制器實驗系統(tǒng)

實驗指導(dǎo)書華中科技大學(xué)文華學(xué)院機電一體化實驗室TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"實驗一三相異步電動機啟?？刂茖嶒?(1)\o"CurrentDocument"實驗二PLC控制三相異步電動機正反轉(zhuǎn)實驗 (4)\o"CurrentDocument"實驗三PLC控制三相異步電動機變頻調(diào)速實驗 (8)\o"CurrentDocument"實驗四PLC順控程序設(shè)計及調(diào)試實驗 (15)實驗五PC與PLC串行通信程序設(shè)計與調(diào)試實驗 (18)實驗一三相異步電動機啟?？刂茖嶒炓弧?實驗?zāi)康倪M一步學(xué)習(xí)和掌握接觸器以及其它保護電器的結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方法；通過三相異步電動機的啟、?？刂齐娐返膶嶒灒M一步學(xué)習(xí)和掌握接觸器控制電路的結(jié)構(gòu)和工作原理。二、 實驗原理圖1.1為三相異步電動機的繼電器一接觸器基本啟?？刂齐娐?，左邊部分為主回路，右邊部分為控制回路。~380V圖1.1三相異步電動機直接啟?？刂齐娐穲D中：QG——刀開關(guān)，電源開關(guān)；FU——熔斷器，電路的基本保護之一，短路保護；FR一熱繼電器，電路的基本保護之二，過載保護；KM——接觸器，是三相異步電動機起?？刂频闹饕娖?，控制回路控制線圈的得電或失電，從而控制主觸頭閉合或斷開，使電動機接通電源運行或斷開電源停止。SB1——啟動按鈕；SB2——停止按鈕。電路的基本工作原理：首先合上刀開關(guān)QG，再按下啟動按鈕SB1,KM線圈得電并自鎖，主觸頭閉合，電動機接通電源運行。按下停止按鈕SB2,KM線圈失電，主觸頭斷開，電動機斷電停止。三、實驗步驟實驗電路如圖1.2所示。圖中QF5為斷路器，它集刀開關(guān)、熔斷器和熱繼電器的功能于一體，在電路中起電源開關(guān)、短路保護、過載保護以及欠壓保護的作用。電路中控制的交流電動機M為主軸電動機，因此，電動機運行時，主軸旋轉(zhuǎn)。在操作面板上找到交流電源、交流電機、接觸器KM5以及操作按鈕“啟動”、“停止”所對應(yīng)的接線端子；在未通電的情況下，按圖1.2完成控制電路的接線（為了安全起見，虛線外的連線已接好）;圖1.2三相異步電動機直接啟?？刂齐娐方泳€圖經(jīng)老師檢查認(rèn)可后進行下面操作；4?合上電源開關(guān)，觀察電動機和接觸器的工作狀態(tài)；按下操作控制面板上“啟動”按鈕，觀察接觸器和電動機的工作狀態(tài);按下操作控制面板上“停止”按鈕，觀察接觸器和電動機的工作狀態(tài)。當(dāng)未合上斷路器QF5時，進行4和5步操作，觀察結(jié)果。四、注意事項接線和拔線時，請務(wù)必斷開電源開關(guān)；電源開關(guān)合上后，請不要用手觸摸接線端子；請務(wù)必不能將導(dǎo)線一端接入交流電源、交流電機、KM5的接線端子上，另一端放在操作臺上而合上QF5。通電實驗時，請不要用手觸摸主軸。五、 實驗用電器元件和工具TOC\o"1-5"\h\z三相異步電動機 1臺斷路器（QF5） 1個接觸器（KM5） 1個按鈕 2個實驗導(dǎo)線 若干六、 實驗前的準(zhǔn)備預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，復(fù)習(xí)教材的相關(guān)章節(jié)。七、實驗報告要求記錄實驗中所用異步電動機的名牌數(shù)據(jù)；弄清QF5型號和功能；比較實驗結(jié)果和電路工作原理的一致性；說明6步的實驗結(jié)果并分析原因。八、思考題實驗電路中，控制回路的控制電壓是多少？接觸器是交流接觸器，還是直流接觸器？接觸器線圈的工作電壓是多少如果將控制回路從W4的連線改接在W5上，電路是否能正常工作？為什么？控制電路是怎樣實現(xiàn)短路保護和過載保護的？電動機什么情況下采用直接啟動方法？實驗二PLC控制三相異步電動機正反轉(zhuǎn)實驗一、 實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)和掌握PLC的實際操作和使用方法；學(xué)習(xí)和掌握PLC控制三相異步電動機正反轉(zhuǎn)的硬件電路設(shè)計方法；學(xué)習(xí)和掌握PLC控制三相異步電動機正反轉(zhuǎn)的程序設(shè)計方法；學(xué)習(xí)和掌握PLC控制系統(tǒng)的現(xiàn)場接線與軟硬件調(diào)試方法。二、 實驗原理三相異步電動機定子三相繞組接入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流和電磁力，在感應(yīng)電流和電磁力的共同作用下，轉(zhuǎn)子隨著旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動。因此轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是通過改變定子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)的方向來實現(xiàn)的，而旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向只需改變?nèi)喽ㄗ永@組任意兩相的電源相序就可實現(xiàn)。如圖2.1所示為PLC控制異步電動機正反轉(zhuǎn)的實驗原理電路。圖2.1PLC控制三相異步電動機正反轉(zhuǎn)實驗原理圖左邊部分為三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制的主回路。由圖2.1可知：如果KM5的主觸頭閉合時電動機正轉(zhuǎn)，那么KM6主觸頭閉合時電動機則反轉(zhuǎn)，但KM5和KM6的主觸頭不能同時閉合，否則電源短路。右邊部分為采用PLC對三相異步電動機進行正反轉(zhuǎn)控制的控制回路。由圖可知：正向按鈕接PLC的輸入口X0，反向按鈕接PLC的輸入口XI，停止按鈕接PLC的輸入口X2；繼電器KA4、KA5分別接于PLC的輸出口Y23、Y24，KA4、KA5的觸頭又分別控制接觸器KM5和KM6的線圈。實驗中所使用的PLC為三菱FX2N系列晶體管輸出型的，由于晶體管輸出型的輸出電流比較小，不能直接驅(qū)動接觸器的線圈，因此在電路中用繼電器KA4、KA5做中間轉(zhuǎn)換電路。在KM5和KM6線圈回路中互串常閉觸頭進行硬件互鎖，保證軟件錯誤后不致于主回路短路引起斷路器自動斷開。電路基本工作原理為：合上QF1、QF5，給電路供電。當(dāng)按下正向按鈕，控制程序要使Y23為1，繼電器KA4線圈得電，其常開觸點閉合，接觸器KM5的線圈得電，主觸頭閉合，電動機正轉(zhuǎn)；當(dāng)按下反向按鈕，控制程序要使丫24為1，繼電器KA5線圈得電，其常開觸點閉合，接觸器KM6的線圈得電，主觸頭閉合，電動機反轉(zhuǎn)。三、實驗步驟斷開電源開關(guān)，按圖2.2接線（為安全起見，虛線框外的連線已接好）；在老師檢查合格后，合上電源開關(guān)；運行PC機上的工具軟件FX-WIN，并使PLC工作在STOP狀態(tài)；輸入編寫好的PLC控制程序并將程序傳至PLC；使PLC工作在RUN狀態(tài)，操作控制面板上的相應(yīng)按鈕，實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制（按下“正向”按鈕，電機正轉(zhuǎn)；按下“反向”按鈕，電機反轉(zhuǎn)；按下“停止”按鈕，電機停轉(zhuǎn)）。在PC機上對運行狀況進行監(jiān)控，同時觀察繼電器KA4、KA5和接觸器KM5、KM6的動作以及主軸的旋轉(zhuǎn)方向，調(diào)試并修改程序直至正確；重復(fù)4、5步驟，調(diào)試其它實驗程序。圖2.2實驗接線圖四、實驗說明及注意事項本實驗中，繼電器KA4、KA5的線圈控制電壓為24VDC,其觸點5A220VAC(或5A30VDC)；接觸器KM5、KM6的線圈控制電壓為220VAC,其主觸點25A380VAC。三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)控制是通過正、反向接觸器KM5、KM6改變定子繞組的相序來實現(xiàn)的。其中一個很重要的問題就是必須保證任何時候、任何條件下正反向接觸器KM5、KM6都不能同時接通，否則會造成電源相間瞬時短路。為此，在梯形圖中應(yīng)采用正反轉(zhuǎn)互鎖，以保證系統(tǒng)工作安全可靠。接線和拔線時，請務(wù)必斷開電源；電源合上后，請不要用手觸摸接線端子；請務(wù)必不能將導(dǎo)線一端接入交流電源、交流電機、KM5、KM6的接線端子上，另一端放在操作臺上而合上QF5。通電實驗時，請不要用手觸摸主軸；不可將PLC的輸出端口和公共端之間直接接電源，否則會燒壞PLC輸出端口。五、實驗用儀器工具PC機1臺PLC1臺編程電纜線1根三相異步電動機1臺斷路器（QF1、QF5）2個接觸器（KM5、KM6）2個繼電器（KA4、KA5）2個按鈕3個實驗導(dǎo)線若干六、實驗前的準(zhǔn)備1.預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書報告，復(fù)習(xí)教材的相關(guān)章節(jié)熟悉三菱FX2N編程工具、編程方法以及調(diào)試監(jiān)控方法；根據(jù)實驗電路，編寫好如下實驗程序（梯形圖、指令代碼均可）：1） 按“正向”按鈕，主軸正轉(zhuǎn)，按“反向”按鈕，主軸反轉(zhuǎn)。但主軸由正轉(zhuǎn)變反轉(zhuǎn)或由反轉(zhuǎn)變正轉(zhuǎn)必須先停止；2） 無論主軸處于何種狀態(tài)（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停止），按“正向”按鈕，主軸正轉(zhuǎn)，按“反向”按鈕，主軸反轉(zhuǎn)。3） 改變“正向”、“反向”、“停止”按鈕與PLC輸入接口的連接對應(yīng)的程序。七、 實驗報告要求畫出調(diào)試好的程序梯形圖，寫出指令代碼，分析實驗結(jié)果。八、 思考題試比較繼電器和接觸器的結(jié)構(gòu)及工作原理的異同點。請說明本實驗中繼電器的線圈工作電壓和接觸器的線圈工作電壓分別是多少？試比較可編程控制器的三種輸出接口：晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式、繼電器輸出方式的工作原理異同點。能否將接觸器KM5,KM6的線圈直接接至PLC的輸出端Y23、Y24（注：本實驗所用的PLC為FX2N-48MR，其輸出接口為繼電器型）？實驗三PLC控制三相異步電動機變頻調(diào)速實驗一、 實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)和掌握變頻器的操作及控制方法；深入了解三相異步電動機變頻調(diào)速性能；進一步學(xué)習(xí)PLC控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計和程序設(shè)計、調(diào)試。二、 實驗原理通過改變?nèi)喈惒诫妱訖C定子繞組電壓的頻率，可以改變轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)改變頻率的同時改變電壓的大小，使電壓與頻率的比值等于常數(shù)，則可保證電動機的輸出轉(zhuǎn)矩不變。變頻器就是專用于三相異步電動機調(diào)頻調(diào)速的控制裝置。它的輸入為單相交流電壓（控制750W及以下的小功率電動機）或三相交流電壓（控制750W以上的大功率電動機），而輸出為幅值和頻率均可調(diào)的三相交流電壓供給三相異步電動機。變頻器的生產(chǎn)廠家很多，產(chǎn)品也很多，但基本原理相同。本實驗中采用的是松下小型變頻器VF0200W，使用時要考慮操作模式和頻率設(shè)定模式。操作模式：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制方式。對于電動機正、反轉(zhuǎn)的控制有外部操作和面板操作兩種模式，通過專用參數(shù)的設(shè)定來確定。面板操作模式：通過變頻器自帶面板上的操作鍵實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制；外部操作模式：通過接在變頻器專用輸入端上開關(guān)信號的接通、斷開實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。頻率設(shè)定模式：運行頻率設(shè)定方式。運行頻率的設(shè)定方式分為面板設(shè)定、外部設(shè)定兩種，通過專用參數(shù)的設(shè)定來確定。面板設(shè)定模式：通過變頻器自帶面板上的電位器或?qū)Ｓ面I來設(shè)定頻率的大小。外部設(shè)定模式：通過變頻器上專用輸入端上的電位器、電壓信號、電流信號、開關(guān)編碼信號或PWM信號來設(shè)定頻率的大小。本次實驗的主要內(nèi)容有兩種。外部操作和外部電位器頻率設(shè)定；外部控制和外部開關(guān)編碼信號頻率設(shè)定。實驗原理電路如圖3.1所示。

啟動正向反向停止復(fù)位主軸準(zhǔn)停圖3.1實驗原理圖頻率設(shè)定模擬輸入端信號控制端正/反轉(zhuǎn)控制端運行/停止控制端啟動正向反向停止復(fù)位主軸準(zhǔn)停圖3.1實驗原理圖頻率設(shè)定模擬輸入端信號控制端正/反轉(zhuǎn)控制端運行/停止控制端操作按鈕“啟動”、“正向”、“反向”、“停止”、“復(fù)位”以及主軸計數(shù)用行程開關(guān)“主軸準(zhǔn)?！狈謩e接在PLC的輸入端X0、XI、X2、X3、X4和X5上，輸出Y22控制KA3,輸出端Y10?Y14根據(jù)變頻器的工作方式不同，與變頻器控制信號的連接不同。電路的基本工作原理是：PLC控制程序，完成如下功能1） 當(dāng)按下啟動按鈕時，程序使Y22為1,KA3線圈通電，動合觸頭閉合使接觸器KM4線圈通電，KM4主觸頭閉合，變頻器通電。2） 在外部控制模式下，按“正向”按鈕，電動機正轉(zhuǎn)，按“反向”按鈕，電動機反轉(zhuǎn)，按“停止”按鈕，電動機停止運行。3） “主軸準(zhǔn)?！睘榘惭b于主軸上的接近開關(guān)，用于測量主軸的旋轉(zhuǎn)速度（r/min）。X5作為高速計數(shù)輸入端，與其相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部高速計數(shù)器為C240。在實驗中，速度的測量方法是：當(dāng)速度達到穩(wěn)定后，按“復(fù)位”按鈕，定時器開始定時60S，同時計數(shù)器開始對“主軸準(zhǔn)?！毙盘栍嫈?shù)，當(dāng)計數(shù)器的值穩(wěn)定時（定時器定時時間到）即為主軸速度值（r/min）。外部控制和外部電位器頻率設(shè)定工作方式1） 采用外部控制和外部電位器頻率設(shè)定工作方式時，電路連接如圖3.2所示。2） 當(dāng)采用外部控制和外部電位器頻率設(shè)定工作方式時其相關(guān)參數(shù)設(shè)定見表3.1。

表3.1外部控制和外部電位器頻率設(shè)定工作方式參數(shù)設(shè)定參數(shù)編號設(shè)定數(shù)據(jù)意義P083輸入端5的信號為“1”時，電動機正轉(zhuǎn)，否則停止；輸入端6的信號為“1”時，電動機反轉(zhuǎn)，否則停止；P092外部電位器設(shè)定頻率大小圖3.2外部控制和外部電位器頻率設(shè)定工作方式電路連接圖由圖3.2和表3.1可知：正轉(zhuǎn)時，PLC程序要使Y10為1,反轉(zhuǎn)時要使Y11為1,Y10、Y11不能同時為1，同時為0時電動機停止。頻率大小通過改變1、2、3端上連接的電位器來調(diào)節(jié)。外部控制和外部開關(guān)信號頻率設(shè)定1） 采用外部控制和外部開關(guān)信號頻率設(shè)定工作方式時，電路連接如圖3.3所示。2） 當(dāng)采用外部控制和外部開關(guān)信號頻率設(shè)定工作方式時其相關(guān)參數(shù)設(shè)定見表3.2。表3.2外部控制和外部開關(guān)信號頻率設(shè)定工作方式參數(shù)設(shè)定參數(shù)編號設(shè)定數(shù)據(jù)意義P083輸入端5的信號為“1”時，電動機正轉(zhuǎn)，否則停止；輸入端6的信號為“1”時，電動機反轉(zhuǎn)，否則停止；P090面板電位器設(shè)定頻率大小P190頻率由7、8、9端的開關(guān)信號確定。P200P210

主軸準(zhǔn)停停止復(fù)位主軸準(zhǔn)停停止復(fù)位圖3.3外部控制和外部開關(guān)信號頻率設(shè)定工作方式電路連接圖7、8、9端的開關(guān)信號與頻率的關(guān)系如表3.3所示。表3.37、8、9端的開關(guān)信號與頻率的關(guān)系端子號運行頻率說明987000第1速P09指定頻率設(shè)定方式設(shè)定的頻率001第2速參數(shù)P32的設(shè)定值為工作頻率010第3速參數(shù)P33的設(shè)定值為工作頻率011第4速參數(shù)P34的設(shè)定值為工作頻率100第5速參數(shù)P35的設(shè)定值為工作頻率101第6速參數(shù)P36的設(shè)定值為工作頻率110第7速參數(shù)P37的設(shè)定值為工作頻率111第8速參數(shù)P38的設(shè)定值為工作頻率由圖3.3和表3.2可知：正轉(zhuǎn)時，PLC程序要使Y10為1,反轉(zhuǎn)時要使Y11為1,Y10、Y11不能同時為1，同時為0時電動機停止。頻率大小通過改變7、8、9端的狀態(tài)來調(diào)節(jié)。三、實驗步驟（一）外部控制、外部電位器調(diào)頻控制方式按圖3.2接線（虛線框外的連線已接好）；征得老師同意后，合上電源開關(guān)，輸入PLC程序并運行；3.執(zhí)行PLC中的“監(jiān)控測試/開始監(jiān)控”，PLC進入監(jiān)控狀態(tài)；按“啟動”按鈕，變頻器通電，按表3.1設(shè)定變頻器參數(shù)；參數(shù)設(shè)定方法如下：1） 按動變頻器面板上的“MODE”鍵，直到顯示參數(shù)號P01；2） 按“f”或“I”鍵，調(diào)節(jié)參數(shù)號，使其為所需設(shè)定的參數(shù)號；3） 按“SET”鍵，進入修改參數(shù)狀態(tài)，數(shù)字閃爍；4） 按“f”或“I”鍵，改變數(shù)字使其為所需設(shè)定的數(shù)字；5） 按“SET”鍵，設(shè)定值被寫入；6） 重復(fù)2）、3）、4）、5）設(shè)定其它參數(shù)。7） 按“MODE”按“正向”按鈕，Y10輸出，電動機正轉(zhuǎn)；調(diào)節(jié)電位器旋鈕，使變頻器的顯示頻率為10；按“復(fù)位”按鈕，待計數(shù)器C240的計數(shù)值穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)寄存器D10的值并記錄于表3.4中；表3-4實驗記錄表1顯示頻率（HZ）正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)速度（1血而速度（1血而10216210153243242043243825552552306666663576876240888888調(diào)節(jié)電位器的旋鈕，使變頻器的顯示頻率分別為表3.4中的數(shù)據(jù)，重復(fù)7；按“反向”按鈕，Y11輸出，電動機反轉(zhuǎn)，重復(fù)6、7、8；按“停止”按鈕，電動機停轉(zhuǎn)；斷開電源。（二）外部控制、外部開關(guān)編碼調(diào)頻控制方式按圖3.3接線（虛線框外的連線已接好）；征得老師同意后，合上電源開關(guān)；按“啟動”按鈕，變頻器通電，變頻器參數(shù)設(shè)定如表3-2和3.5所示；執(zhí)行PLC中的“監(jiān)控測試/開始監(jiān)控”，PLC進入監(jiān)控狀態(tài)；按“正向”按鈕，Y10輸出；此時，Y12、Y13、Y14均為0，頻率由變頻器內(nèi)部設(shè)定；按“復(fù)位”按鈕，待計數(shù)器C240的計數(shù)值穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)寄存器D10的值和對應(yīng)的變頻器顯示值并記錄于表3.5中；執(zhí)行PLC中的“監(jiān)控測試/強制Y輸出”，分別使Y12、Y13、Y14為表3.5中的狀態(tài)，重復(fù)7；按“停止”按鈕，電動機停轉(zhuǎn)；斷開電源開關(guān)。表3.5實驗記錄表2輸出狀態(tài)（輸入端子）設(shè)定值顯示值（Hz）速度(r/min)Y14(9)Y13(8)Y12(7)參數(shù)號設(shè)定值0008.0168001P321010216010P331515324011P342020432100P352525546101P363030660110P373535774111P384040888其中：0——OFF，1——ON四、實驗說明及注意事項本實驗中，電動機的.工作電壓為380VAC，請洋意安全：繼電器接觸器KM4的作用是給變頻器上電，不可作為變頻器的啟?？刂?，否則損壞變頻器。變頻器的啟停由對變頻器的輸入端5、6的控制來實現(xiàn)：編寫PLC程序時，要保證Y10、Y11互鎖；千萬不可將變頻器的輸出端口U、V、W直接連接到交流電源的U4、V4、W4端口，否則會燒壞變頻器：不可將PLC的輸出端口和公共端之間直接接電源，否則會燒壞PLC輸出端口。五、 實驗用儀器工TOC\o"1-5"\h\zPC機 1臺PLC 1臺變頻器 1臺三相異步電動機 1臺斷路器（QF1、QF4） 2個繼電器（KA3） 1個接觸器（KM4） 1個按鈕 5個實驗導(dǎo)線 若干六、 實驗前的準(zhǔn)備預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書及附錄相關(guān)內(nèi)容，編寫好實驗用程序。七、 實驗報告要求畫出PLC控制程序梯形圖并寫出相對應(yīng)的指令代碼：已知電動機的轉(zhuǎn)差率S=0.02,主軸的機械傳動比j=47/36，請計算表3.4、3.5各頻率下對應(yīng)主軸的理想速度，并與實測值進行比較，分析誤差產(chǎn)生的主要原因。將兩種速度設(shè)定方法所測得的實際速度進行比較分析。八、 思考題三相異步電動機調(diào)速的主要方法有幾種？為什么三相異步電動機調(diào)頻調(diào)速時要同時改變電壓的大??？

實驗四PLC順控程序設(shè)計及調(diào)試實驗一、 實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)和掌握PLC的實際操作方法；學(xué)習(xí)和掌握PLC順控程序的設(shè)計及調(diào)試方法；二、 實驗原理PLC的主要功能之一是邏輯控制和順序控制，本實驗就是通過對三個燈的順序通斷電的控制實驗，達到學(xué)習(xí)和掌握計數(shù)器、定時器的使用方法以及邏輯控制的編程和調(diào)試方法。當(dāng)按下起動按鈕后，順序控制的動作循環(huán)如圖4.1所示。圖4.1 圖4.1 順序控制動作循環(huán)圖由圖4.1可知：除三個燈亮有一定順序要求外，還有時間和計數(shù)要求，即要使用PLC的內(nèi)部資源定時器和計數(shù)器。