电气控制及可编程控制器指导书教师.docx
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电气控制及可编程控制器指导书教师
电气控制及可编程控制器
实验指导书
五邑大学机电系
目录
第一章可编程控制器概述…………………………………………………………………………2
第二章实验内容……………………………………………………………………………………4
(一)电气控制技术实验………………………………………………………………………………4
实验一三相异步电动机Y/△换接起动控制…………………………………………4
实验二三相异步电动机带延时正反转控制…………………………………………7
实验三基于PLC的三相异步电机Y/△换接起动控制………………………………9
(二)PLC典型控制模拟及应用实验…………………………………………………………………11
实验四十字路口交通灯控制的模拟……………………………………………………11
实验五装配流水线控制的模拟…………………………………………………………14
实验六水塔水位控制的模拟……………………………………………………………17
实验七天塔之光…………………………………………………………………………19
实验八机械手动作的模拟………………………………………………………………22
实验九液体混合装置控制的模拟………………………………………………………25
实验十温度PID控制………………………………………………………………………28
实验十一三层电梯控制系统的模拟………………………………………………………32
实验十二轧钢机控制系统模拟……………………………………………………………37
实验十三邮件分拣系统模拟………………………………………………………………39
实验十四运料小车控制模拟………………………………………………………………42
实验十五舞台灯光的模拟…………………………………………………………………47
(三)变频调速控制技术实验…………………………………………………………………………51
实验十六变频器功能参数设置与操作实验……………………………………………51
实验十七三相异步电机的变频开环调速………………………………………………53
实验十八基于PLC通信方式的变频器开环调速…………………………………………55
实验十九基于PLC通信方式的变频器闭环定位控制……………………………………58
实验二十基于PLC模拟量方式的变频器闭环调速………………………………………62
(四)触摸屏组态控制实验……………………………………………………………………………64
实验二十一基于触摸屏的三相异步电机调速……………………………………………64
实验二十二基于触摸屏的温度PID控制……………………………………………………67
附录:
THPLC-D型网络型可编程控制器及电气控制实验装置使用说明……………………………69
第一章可编程控制器概述
可编程控制器是采用微机技术的通用工业自动化装置,近几年来,在国内已得到迅速推广普及。
正改变着工厂自动控制的面貌,对传统的技术改造、发展新型工业具有重大的实际意义。
可编程控制器是60年代末在美国首先出现的,当时叫可编程逻辑控制器,目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。
其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,控制器的硬件是标准的、通用的。
根据实际应用对象,将控制内容写入控制器的用户程序内,控制器和被控对象连接也很方便。
随着半导体技术,尤其是微处理器和微型计算机技术的发展,到70年代中期以后,已广泛地使用微处理器作为中央处理器,输入输出模块和外围电路都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路,这时的已不再是仅有逻辑判断功能,还同时具有数据处理、调节和数据通信功能。
可编程控制器对用户来说,是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺,因此可在初步设计阶段选用可编程控制器,在实施阶段再确定工艺过程。
另一方面,从制造生产可编程控制器的厂商角度看,在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器,适合批量生产。
由于这些特点,可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎,并得到迅速的发展。
目前,可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到了广泛的普及推广应用。
可编程序控制器,英文称ProgrammableController,简称PC。
但由于PC容易和个人计算机(PersonalComputer)混淆,故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序的编制工作,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
编程的八个步骤
(一)决定系统所需的动作及次序。
当使用可编程控制器时,最重要的一环是决定系统所需的输入及输出,这主要取决于系统所需的输入及输出接口分立元件。
输入及输出要求:
(1)第一步是设定系统输入及输出数目,可由系统的输入及输出分立元件数目直接取得。
(2)第二步是决定控制先后、各器件相应关系以及作出何种反应。
(二)将输入及输出器件编号
每一输入和输出,包括定时器、计数器、内置继电器等都有一个唯一的对应编号,不能混用。
(三)画出梯形图。
根据控制系统的动作要求,画出梯形图。
梯形图设计规则
(1)触点应画在水平线上,不能画在垂直分支上。
应根据自左至右、自上而下的原则和对输出线圈的几种可能控制路径来画。
(2)不包含触点的分支应放在垂直方向,不可放在水平位置,以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径。
(3)在有几个串联回路相并联时,应将触头多的那个串联回路放在梯形图的最上面。
在有几个并联回路相串联时,应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。
这种安排,所编制的程序简洁明了,语句较少。
(4)不能将触点画在线圈的右边,只能在触点的右边接线圈。
(四)将梯形图转化为程序
把继电器梯形图转变为可编程控制器的编码,当完成梯形图以后,下一步是把它编码成可编程控制器能识别的程序。
这种程序语言是由地址、控制语句、数据组成。
地址是控制语句及数据所存储或摆放的位置,控制语句告诉可编程控制器怎样利用数据作出相应的动作。
(五)在编程方式下用键盘输入程序。
(六)编程及设计控制程序。
(七)测试控制程序的错误并修改。
(八)保存完整的控制程序。
(二)电气控制技术实验
实验一三相异步电机Y-△换接起动控制
一、实验目的
1.了解时间继电器的使用方法及在控制系统中的应用。
2.熟悉异步电动机Y-△降压起动控制的运行情况和操作方法。
二、原理说明
1.按时间原则控制电路的特点是各个动作之间有一定的时间间隔,使用的元件主要是时间继电器。
时间继电器是一种延时动作的继电器,它从接受信号(如线圈带电)到执行动作(如触点动作)具有一定的时间间隔。
此时间间隔可按需要预先整定,以协调和控制生产机械的各种动作。
时间继电器的种类通常有电磁式、电动式、空气式和电子式等。
其基本功能可分为两类,即通电延时式和断电延时式,有的还带有瞬时动作式的触头。
2.按时间原则控制鼠笼式电动机Y-△降压自动换接起动的控制线路如下图所示。
从主回路看,当接触器KM1、KM2主触头闭合,KM3主触头断开时,电动机三相定子绕组作Y连接;而当接触器KM1和KM3主触头闭合,KM2主触头断开时,电动机三相定子绕组作△连接。
因此,所设计的控制线路若能先使KM1和KM2得电闭合,后经一定时间的延时,使KM2失电断开,而后使KM3得电闭合,则电动机就能实现降压起动后自动转换到正常工作运转。
该线路具有以下特点:
(1)接触器KM3与KM2通过动断触头KM3(5-7)与KM2(5-11)实现电气互锁,保证KM3与KM2不会同时得电,以防止三相电源的短路事故发生。
(2)依靠时间继电器KT延时动合触头(11-13)的延时闭合作用,保证在按下SB1后,使KM2先得电,并依靠KT(7-9)先断,KT(11-13)后合的动作次序,保证KM2先断,而后再自动接通KM3,也避免了换接时电源可能发生的短路事故。
(3)本线路正常运行(△接)时,接触器KM2及时间继电器KT均处断电状态。
三、实验设备
序号
名称
数量
1
三相交流电源
1
2
三相鼠笼式异步电动机(DJ24)
1
3
交流接触器
2
4
时间继电器
1
5
按钮
1
6
热继电器
1
7
万用电表
1
8
切换开关
1
四、实验内容
1.手动控制Y-△降压起动控制线路。
按右图线路接线。
(1)开关Q2合向上方、使电动机为△接法。
(2)按控制屏启动按钮,接通三相交流电源,观察电动机的转速。
(3)按控制屏停止按钮,切断三相交流电
源,待电动机停稳后,开关Q2合向下方,使电动机为Y接法。
(4)按控制屏启动按钮,接通三相交流电源,观察电动机在Y接法直接起动时,电动机的转速。
(5)按控制屏停止按钮,切断三相交流电源,
(6)待电动机停稳后,操作开关Q2,使电动机作Y-△降压启动。
a.先将Q2合向下方,使电动机Y接,按控制屏启动按钮,使电动机转动。
b.待电动机接近正常运转时,将Q2合向上方△运行位置,使电动机正常运行。
实验完毕后,按控制屏停止按钮,切断实验线路电源。
2.接触器控制Y-△降压起动线路
按图线路接线,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,接通三相交流电源。
(2)按下按钮SB2,电动机作Y接法起动,注意观察起动时,电机的转速。
(3)待电机转速接近正常转速时,按下按钮SB2,使电动机为△接法正常运行。
(4)按停止按钮SB3,电动机断电停止运行。
(5)实验完毕,按控制屏停止按钮,切断实验线路电源。
3.时间继电器控制Y-△自动降压起动线路
(1)按图线路进行接线,先接主回路后接控制回路。
要求按图示的节点编号从左到右、从上到下,逐行连接。
(2)在不通电的情况下,用万用电表Ω档检查线路连接是否正确,特别注意KM2与KM3两个互锁触头是否正确接入。
经指导教师检查后,方可通电。
(3)开启控制屏电源总开关,按控制屏启动按钮,接通三相交流电源。
(4)按起动按钮SB1,观察电动机的整个起动过程及各继电器的动作情况,记录Y-△换接所需时间。
(5)按停止按钮SB2,观察电机及各继电器的动作情况。
(6)调整时间继电器的整定时间,观察接触器KM2、KM3的动作时间是否相应地改变。
(7)实验完毕,按控制屏停止按钮,切断实验线路电源。
五、实验注意事项
1.注意安全,严禁带电操作。
2.只有在断电的情况下,方可用万用电表Ω档来检查线路的接线正确与否。
六、思考题
1.采用Y-△降压起动对鼠笼电动机有何要求。
2.如果要用一只断电延时式时间继电器来设计异步电动机的Y-△降压起动控制线路,试问三个接触器的动作次序应作如何改动,控制回路又应如何设计?
3.控制回路中的一对互锁触头有何作用?
若取消这对触头对Y-△降压换接起动有何影响,可能会出现什么后果?
4.降压起动的自动控制线路与手动控制线路相比较,有哪些优点?
实验二三相异步电机带延时正反转控制
在继电接触控制实验挂箱中完成本实验。
一、实验目的
1.通过对三相鼠笼式异步电动机延时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
在鼠笼电机延时正反转控制线路中,通过相序的更换来改变电动机的旋转方向。
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6-24-1),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6-24-2),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
数量
1
三相交流电源
1
2
三相鼠笼式异步电动机(DJ24)
1
3
交流接触器
3
4
按钮
2
5
热继电器
1
7
时间继电器
1
8
万用电表
1
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。
按下图接线,经指导教师检查后,方可进行通电操作。
实验步骤:
(1)开启控制屏电源总开关。
(2)按正向起动按钮SB2,观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
(3)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。
(4)调整时间继电器的整定时间,观察接触器KM1、KM2的动作时间是否相应地改变。
(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。
实验三基于PLC的三相异步电机Y/△换接起动控制
在继电接触控制实验挂箱中完成本实验。
由于电机正反转换接时,有可能因为电动机容量较大或操作不当等原因,使接触器主触头产生较为严重的起弧现象,如果电弧还未完全熄灭时,反转的接触器就闭合,则会造成电源相间短路。
用PLC来控制电机则可避免这一问题。
一、实验目的
1.掌握电机星/三角换接启动主回路的接线。
2.学会用可编程控制器实现电机星/三角换接降压启动过程的编程方法。
二、控制要求
触动启动按钮SB2后,电机先作星形连接启动,经延时6秒后自动换接到三角形连接运转;触动停止按钮SB3后电机停止转动。
三、基于PLC的三相异步电动机星/三角换接启动控制实验接线图
PLC接线图电机接线图
四、动作过程分析
启动:
按启动按钮SB2,X000的动合触点闭合,M100线圈得电,M100的动合触点闭合,Y001线圈得电,即接触器KM1的线圈得电,1秒后Y003线圈得电,即接触器KM3的线圈得电,电动机作星形连接启动;同时定时器线圈T0得电,当启动时间累计达6秒时,T0的动断触点断开,Y003失电,接触器KM3断电,触头释放,与此同时T0的动合触点闭合,T1得电,经0.5秒后,T1动合触点闭合,Y002线圈得电,电动机接成三角形,启动完毕。
定时器T1的作用使KM3断开0.5秒后KM2才得电,避免电源短路。
停车:
按停止按钮SB3,X001的动断触点断开,M100、T0失电;M100、T0的动合触点断开,Y001、Y003失电。
KM1、KM3断电,电动机作自由停车运行。
过载保护:
当电动机过载时,热过载保护继电器FR的动断触点断开,电动机也停车。
注意:
接通电源之前,将三相电源模块的开关置于“关”位置,请在连好实验接线后,才将这一开关接通,请千万注意人身安全。
五、梯形图参考程序
(一)PLC典型控制模拟及应用实验
实验四十字路口交通灯控制的模拟
在MF22模拟实验挂箱中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实验面板图:
实验面板图中,甲模拟东西向车辆行驶状况;乙模拟南北向车辆行驶状况。
东西南北四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
信号灯受一个启动开关控制,当启动开关接通时,信号灯系统开始工作,且先南北红灯亮,东西绿灯亮。
当启动开关断开时,所有信号灯都熄灭。
南北红灯亮维持25秒。
东西绿灯亮维持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25秒。
南北绿灯亮维持20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、输入/输出接线列表
输入
接线
SD
X0
输出
接线
南北G
南北Y
南北R
东西G
东西Y
东西R
甲
乙
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y7
Y6
五、工作过程
当启动开关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;此时T2的动合触点闭合、T11的动断触点断开,Y001线圈得电,南北黄灯亮,Y006线圈失电,模拟南北向行驶车的灯灭。
维持2秒后,T3动断触点断开,Y001线圈失电,南北黄灯灭。
这时起动累计时间达5秒钟,T4的动断触点断开,T0复位,Y003线圈失电,即维持了30秒的东西红灯灭。
上述是一个工作过程,然后再周而复始地进行。
六、梯形图参考程序
实验五装配流水线控制的模拟
在MF22实验挂箱中装配流水线的模拟控制实验区完成本实验。
一、实验目的
了解移位寄存器在控制系统中的应用及针对位移寄存器指令的编程方法。
二、实验原理
使用移位寄存器指令(SFTR、SFTL),可以大大简化程序设计。
移位寄存器指令的功能如下:
若在输入端输入一连串脉冲信号,在移位脉冲作用下,脉冲信号依次移到移位寄存器的各个继电器中,并将这些继电器的状态输出。
其中,每个继电器可在不同的时间内得到由输入端输入的一连串脉冲信号。
三、控制要求
在本实验中,传送带共有十六个工位。
工件从1号位装入,依次经过2号位、3号位……16号工位。
在这个过程中,工件分别在A(操作1)、B(操作2)、C(操作3)三个工位完成三种装配操作,经最后一个工位后送入仓库。
注:
其它工位均用于传送工件。
四、装配流水线模拟控制的实验面板图
图中左框中的A~H表示动作输出(用LED发光二极管模拟),右侧框中的A~G表示各个不同的操作工位。
五、输入/输出接线列表
输入
接线
启动
移位
复位
X0
X1
X2
输出
接线
A
B
C
D
E
F
G
H
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
六、梯形图参考程序
实验六水塔水位控制
在MF23实验挂箱中水塔水位控制区完成本实验。
一、实验目的
用PLC构成水塔水位自动控制系统。
二、控制要求
当水池水位低于水池低水位界(S4为ON表示),阀Y打开进水(Y为ON)定时器开始定时,4秒后,如果S4还不为OFF,那么阀Y指示灯闪烁,表示阀Y没有进水,出现故障,S3为ON后,阀Y关闭(Y为OFF)。
当S4为OFF时,且水塔水位低于水塔低水位界时S2为ON,电机M运转抽水。
当水塔水位高于水塔高水位界时电机M停止。
三、水塔水位控制的实验面板图:
面板中S1表示水塔的水位上限,S2
表示水塔水位下限,S3表示水池水位
上限,S4表示水池水位下限,M1为
抽水电机,Y为水阀。
四、输入/输出接线列表
输入
接线
S1
S2
S3
S4
X0
X1
X2
X3
输出
接线
M1
Y
Y0
Y1
五、梯形图参考程序
实验七天塔之光
在MF23模拟实验挂箱中天塔之光实验区完成本实验。
一、实验目的
用PLC构成闪光灯控制系统。
二、控制要求
合上启动按钮后,按以下规律显示:
L1→L2+L3+L4+L5→L6+L7→L1→L1、L2、L3、L4、L5→L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7→L1……每个状态亮1s,如此循环,周而复始。
三、天塔之光的实验面板图:
四、输入/输出接线列表
输入
接线
SD
ST
输出
接线
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
X0
X1
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
五、梯形图参考程序
合上启动按钮后,按以下规律显示:
L1→L1、L2→L1、L3→L1、L4→L1、L5→L1、L2、L4、→L1、L3、L5→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7→L1、L6→L1、L7→L1→L1、L2、L3、L4、L5→L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7→L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7→L1……示例程序:
实验八机械手动作的模拟
在MF24模拟实验挂箱中机械手动作的模拟实验区完成本实验。
一、实验目的
用数据移位指令来实现机械手动作的模拟。
二、控制要求
图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手,上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。
当某个电磁阀线圈通电,就一直保持现有的机械动作,例如一旦下降的电磁阀线圈通电,机械手下降,即使线圈再断电,仍保持现有的下降动作状态,直到相反方向的线圈通电为止。
另外,夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成,线圈通电执行夹紧动作,线圈
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