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电气工程综合实习指导书docx
河北科技师范学院欧美学院
电气工程实习指导书
机电科学与工程系
二00八年七月
创新精神和实践能力是对新时期高素质人才的基本要求。
在相应课程理论及实验教学的基础上,开设综合实习。
通过本实习不但可以掌握基本电气控制线路的具体实现方法,低压电器元件的识别及使用方法,掌握电气控制线路的安装与检修的基本技能;熟悉三菱FX系列PLC的相关指令及其编程软件,最后能够编制出具有一定难度的PLC控制程序,而且掌握单片机软、硬件的综合调试方法,熟练掌握电路原理图及焊接等技术,根据设计选择元器件参数;进一步激发对电气控制及单片机智能性的探索精神,提高学生的综合素质,培养学生应用电器元件及单片机实现对工业控制系统的设计、开发与调试的能力。
达到最大限度地掌握电气控制与PLC技术、微机应用技术,软件及接口设计和数据采集与处理的技能,培养强弱电结合、硬软件结合的综合实践素质的目的。
由于我们的水平有限以及实习条件的限制,实习内容肯定有一些不足之处,希望广大师生在实习过程中给予批评指正,也希望您们在今后的工作过程中,根据您们的实际工作经验,将我们在实践教学环节中需要加强的内容及时反馈给我们,以利于改进我们的教学工作。
一、实习目的
1.学会识别、选择、使用常用低压电器,掌握典型电气控制线路的分析方法;
2.掌握电气控制线路的安装与检修的基本技能,解决在调试过程中所遇到的各种问题;
3.熟悉三菱FX系列PLC的相关指令及其编程软件,能够编制出具有一定难度的PLC控制程序,解决在调试过程中所遇到的各种问题;
4.熟悉S520变频器及其应用,了解组态软件开发;
5.通过对单片机小系统的设计、焊接、装配,掌握电路原理图及电子线路的基本焊接装配工艺、规范及注意事项;
6.通过对系统板的测试,了解系统板的T•作原理及性能,掌握元器件及系统故障的排除方法;
7.掌握程序编制及调试方法,完成系统初始化、存储器操作、端口操作、键盘显示等程序的编制及调试;
&通过单片机系统的组装,调试以及程序编制、调试及运行,与理论及实验的有机结合和指导教师的补充介绍,使学生掌握控制系统的工作原理、开发方法和操作方法。
9.培养学牛解决实际问题的能力,提高对理论知识的感性认识。
二、实习设备、器件及工具
低压电器套件,三菱FX系列可编程序控制器,S520变频器,计算机,单片机开发系统,万用表,单片机小系统板套件,必要的焊接、组装及工具。
三、实习时间及场地
实习时间:
自2008年8月10日至2008年9月5日共计5周(25个有效工作日)
实习地点:
工科实训中心
四、进度安排
第一部分:
电气控制(5天)
布置题目,画出电气原路图、布置图、接线图IX
按图纸进行施工,调试3天
实习总结、答辩1天
第二部分:
PLC控制(7天)
总体规划设计及准备1X
PLC编程1天
系统软、硬件联合调试4天
实习总结,实习答辩1天
第三部分:
单片机系统(第1组)(13天)
总体规划设计及准备2天
系统硬件焊接及调试2天
系统软件编制及调试4天
系统软、硬件联合调试4天
实习总结,实习答辩1天
单片机系统(第2组)(13天)
系统硬件焊接及调试3X
系统软件编制及调试6天
系统软、硬件联合调试3天
实习总结,实习答辩1天
五、组织管理
1.分组情况:
3个班70人分为35组(每组2人)。
2.整个实习,在机电科学与工程系主任的领导下,由指导教帅协同工科实训中心共同负责组织实施。
3.指导教师每犬检查学生出勤、纪律情况,每位指导教师督查学生独立完成设计的能力,并根据情况记入成绩。
4.学生内部悖理由各实习小组组长协助各班级班长、学习委员负责,严格按教学规范实施执行。
六、实习总结总体要求
学生在实习结束时每人完成专业实习总结一份,包括:
(1)电气控制部分总结核心部分应包插实习期间所连接的电气原理图、布置图、接线图(之一)、元件清单等。
(2)PLC部分总结核心部分应包括实习期间编写的PLC控制程序及相应的I/O接线图(所编写的PLC控制程序应有必要的注释)等。
(3)单片机系统应包括硬件电路、软件流程、程序等。
(4)对整个实习的收获与体会、建议。
七、成绩评定
学生在完成规定的实习内容的情况下,写出实习总结,进行演示和答辩。
由指导教师根据各个阶段的演示和答辩的情况、实习报告书的质量、实习表现按优、良、及格、不及格四级评定成绩。
实习成绩记入学生学籍档案,无实习成绩或实习成绩不及格者需进行补修,否则不能毕业。
电气控制部分
1、实现功能
采用继电■接触器完成:
(1)低压电器的识别。
(2)三相异步电动机的正反转控制。
(3)并步电动机星-三角降压起动控制。
(4)三相异步电动机反接制动控制。
(5)三相异步电动机彳亍程控制。
(6)顺序控制。
2、具体要求
以上各项内容,均由学生根据要求,设计电气控制原理图、布置图及接线图,对毎一个功能按自己的设想设置保护、联锁等环节,最终进行具体施工、调试,实现对电机的控制。
以达到锻炼学生的理论与实践的结合能力。
PLC控制部分
设计题目(第1轮)
设计题目1
川PLC控制2台三相异步电动机,具体要求如下:
⑴两台电动机可以独立启动和停止;⑵能同吋使两台电动机停止;⑶其中任意一台电动机过载时,两台电动机均停止。
设计题目2
用PLC控制一小车,小车由三相异步电动机拖动,其动作过程如下:
⑴小车由原位开始前进,到终点后自动停止;⑵在终点停留一段吋间后自动返冋原位停止。
设计题目3
用PLC控制一台三相异步电动机,具体要求如下:
⑴能实现启、停的两地控制;⑵能实现点动调整;⑶要有短路和过载保护。
设计题目4
用PLC控制一工作台,工作台由电动机M拖纵行程开关SQ1、SQ2分别装在工作台的原位和终点。
要求:
⑴能口动实现前进一后退一停止到原位;⑵在而进或后退过程中可以紧急停车。
画出PLC的外部接线图,并写出梯形图程序。
设计题目5
有两台三相异步电动机Ml和M2,要求:
(1)M]启动后,M2才能启动;⑵Ml停止后,M2延时30秒才能停止。
设计题目6
用PLC对自动售汽水机进行控制,工作要求:
(1)此售货机可投入1元、2元硬币,投币口为LSI,LS2;
(2)当投入的硬币总值大于等于6元时,汽水指示灯L1亮,此时按下汽水按钮SB,则汽水口L2出汽水12秒后自动停止。
(3)不找钱,不结余,下一位投币又重新开始。
设计题目7
用PLC控制交通灯,控制要求:
(1)东西向:
绿5S-绿闪3次一黄2S-红10S。
(2)南北向:
红10S-绿5S-绿闪3次〜黄2So
设计题目8
设计电镀生产线PLC控制系统。
控制要求:
(1)SQ1、SQ2为行车进退限位开关,SQ3、SQ4为上下限为开关。
(2)工件提升至SQ3停,行车进至SQ2停,放下工件至SQ4,电镀10S,工件升至SQ3停,滴液5S,行车追至SQ2停,放F工件至SQ6o
设计题目9
有一皮带运输机,分别用电动机Ml、M2、M3带动,控制要求如下:
按下起动按钮,先起动最末一台皮带机M3,经5S后再依次启动其它皮带机。
止常运行时,M3、M2、Ml均工作。
按下停止按钮时,先停止最前一台皮带机Ml,待送料完毕后再依次停止其它皮带机。
设计题目10
使用传送机将大、小球分类后分别存放。
控制要求如下:
左上为原点,按启动按钮SB1后,其动作顺序为:
下降一吸球(延时1S)-上升一右行一下降一释放(延时1S)—上升〜左行。
其中:
LSI:
左限位;LS3:
上限位;LS4:
小球容器;LS5:
大球容器;LS2:
吸住大球;LSO:
吸住小球。
注意:
机械臂下降时,吸住人球,则LS2接通,然后将大球放到大球容器中。
若吸住小球,则LSO接通,然后将小球放到小球容器中。
设计题目11
有一工业用洗衣机,其工作顺序是:
(1)按启动按钮后给水阀开始给水;
(2)当水满到水满传感器时就停止给水;(3)波轮开始正转5S、然后反转5S、再正转5S、……一共转5分钟;(4)出水阀开始岀水;(5)出水10S后停止出水,同时声光报警器报警,叫工作人员来取衣服;(6)按停止按钮声光报警器停止,并结束整个工作过程。
设计题目12
某注塑机用于热塑性材料的成型加工。
它借助于8个电磁阀YV1—YV8完成注翔各工序。
若注塑模在原点SQ1,按下启动按钮SB,通过YV1、YV3将摸子关闭,限位开关SQ2动作后表示摸子关闭完成,此时由YV2、YV8控制射台前进,准备射入热塑料,限位开关SQ3动作后表示射台到位,YV3、YV7动作开始注塑,延时1()秒,YV7、YV8动作进行保压,保压5秒后,由YV1、YV7执行预塑,等加料限位开关SQ4动作后由YV6执行射台的后退,限位开关SQ5动作后停止后
退,由YV2、YV4执行开模,限位开关SQ6动作后开模完成,YV3、YV5动作使顶针前进,将塑料件顶出,顶针终止限位SQ7动作后,YV4、YV5使顶针后退,顶针后退限位SQ8动作后,动作结束,完成一个工作循环,等待下一-次启动。
设计题目13
某冷加工自动线有一钻孔动力头,如题图所示。
动力头的加工过程如下:
(1)动力头在原位,加上启动信号SB,接通电磁阀YV1,动力头快进;
(2)动力头碰到限位开关SQ1后,接通电磁阀YV1、YV2,动力头由快进转为工进;(3)动力头碰到限位开关SQ2后,开始延时,时间为10秒;(4)当延时时间到,接通电磁阀YV3,动力头快退;(5)动力头回原位后,停止。
设计题目14
试设计程序,实现如下功能:
在按钮IN1按下VhLEDKLED2>LED3>LED4、LED5、LED6六个指示灯按照LED6-LED5-LED4-LED3-LED2-LED1-LED6……的顺序轮流点亮,且每
个指示灯点亮的时间为20秒。
画出PLC的外部接线图,并写出梯形图程序。
要求:
设计题目1~6最少完成1个;设计
题目7〜14最少完成1个。
设计题目(第2轮)
设计题目1
用PLC控制一台三相异步电动机,具体要求如2⑴能实现启、停的两地控制;⑵能实现点动调整;⑶耍有短路和过载保护。
设计题目2
用PLC对占动售汽水机进行控制,工作要求:
(1)此售货机可投入1元、2元硬币,投币口为LSI,LS2;
(2)当投入的硬币总值大于等于3元时,汽水指示灯L1亮,此时按下汽水按钮SB,则汽水口L2出汽水12秒后自动停止。
(3)不找钱,不结余,下一位投币乂重新开始。
设计题目3
使PLC的输出OUT1输出脉冲宽度为3秒的方波;当输入IN1为“1”时,PLC对OUT1脉冲进行计数;当计数值达到10时,PLC的另一个输出OUT2为“1”,并能够保持;当输入IN2为“1”后,输出OUT2复位。
设计题目4
使用传送机将大、小球分类后分别存放。
控制要求如下:
左上为原点,按启动按钮SB1后,其动作顺序为:
下降〜吸球(延时1S)〜上升〜右行〜下降〜释放(延时1S)〜上升〜左行。
其中:
LSI:
左限位;LS3:
±限位;LS4:
小球容器;LS5:
大球容器;LS2:
吸住大球;LS0:
吸住小球。
注意:
机械臂下降时,吸住大球,则LS2接通,然后将大球放到大球容器中。
若吸住小
球,则LS0接通,然后将小球放到小球容器中。
设计题目5
某注塑机用于热塑性材料的成型加工。
它借助于8个电磁阀YV1—YV8完成注塑各工序。
若注塑模在原点SQI,按卜"启动按钮SB,通过YV1、YV3将摸子关闭,限位开关SQ2动作后表示摸子关闭完成,此时由YV2、YV8控制射台前进,准备射入热塑料,限位开关SQ3动作后表示射台到位,YV3、YV7动作开始注塑,延吋10秒,YV7、YV8动作进行保压,保压5秒后,由YV1、YV7执行预鴉,等加料限位开关SQ4动作后由YV6执行射台的后退,限位开关SQ5动作后停止后退,由YV2、YV4执行开模,限位开关SQ6动作后开模完成,YV3、YV5动作使顶针nijilt,将塑料件顶出,顶针终止限位SQ7动作后,YV4、YV5使顶针后退,顶针后退限位SQ8动作后,动作结束,完成一个工作循环,等待下一次启动。
设计题目6
试设计程序,实现如下功能:
在按钮IN1按下后,LED1、LED2、LED3三个指示灯按照LED1-LED2-LED3-LED1……的顺序轮流点亮,H.每个指示灯点亮的时间为20秒;当按钮IN1没有按下时,LED4、LED5、LED6三个指示灯按照LED4->LED5fLED6-LED4……的顺序轮流显示,且每个指示灯点亮的时间也为20秒。
设计题目7
试编程实现如下图所示十字路口红绿灯的控制。
1
<—
—>
ooO
321
T
OOO
TL6TL5TL4红黄绿
设计题目8
试设计程序,实现如下功能:
在按钮1N1按下示,LED1、LED2、LED3三个指示灯按照LED1-LED2-LED3-LED1……的顺序轮流点亮,且每个指示灯点亮的时间为20秒;当按钮IN1没有按下时,LED1、LED2、LED3三个指示灯按照LED3-LED2->LED1-LED3的顺序轮流显示,n每个指示灯点亮的时间为40秒。
要求:
设计题目1〜3最少完成1个;设计题目4~8最少完成1个。
红红>红绿——>红黃
单片机系统部分(第一组)
第一部分线路焊接
线路焊接质量的好坏肓接影响到系统的正常工作。
焊接管脚之间的短路轻者造成器件损坏,重者造成整个系统的瘫痪;焊接管脚的虚焊或脱焊造成系统不能正常工作,并且检查起来相当困难。
因此,在实习过程小首先要练就过硕的焊接本领,为顺利地完成后续工作打好基础。
一、焊接方法
1)焊接时,应右手拿电烙铁,与线路板之间呈45°角,左手送焊锡丝。
由于小系统板采用双层线路板,因此应适当延长焊接吋间,以便使焊锡能够达到元件面,但焊接时间也不能过长,以免因温度过高损坏元器件或TC插座。
2)由于采用了IC插座,为保证任何人插接集成电路的正确,IC插座的缺口应对应集成电路的起始管脚(从元件面看为其左侧管脚)和结束管脚(右侧管脚),管脚排列为逆时针方向。
3)为避免频繁插拔造成管脚脱W,TC插座焊接时,应紧贴线路板;而大功率器件,为保证良好的散热,应使元件和线路板之间有一定距离。
电阻一般应采取卧式焊接,对于因空间限制而必须采用立式焊接的,为避免高频T扰,应将接地端做长线处理,信号端引线尽量要短,同时应避免札I近器件之间引器件倾斜造成短路。
4)焊接顺序上应按从低到高的顺序焊接,即电阻、二极管TC插桌-插接件-电容-三级管-按键等的顺序焊接。
二、系统检查
系统焊接完毕后不要插入IC芯片,首先进行非加电状态线路检査。
具体检查内容包括电源极性检查,接地线检杳,连线检查(有否短路、开路、虚焊以及错焊等)以及与外围电路连接正确与否等。
检查完毕后,再上电检查。
主要检查各集成电路供电电压是否止常,其它IC插座不应有电压的管脚是否存在电压。
如果存在非正常电压或外围元器件有发热现象,应立即关闭电源,查找故障原因,待故障排除后再进行检测。
断电后逐个插入TC芯片并分别进行上电检查,肓至全部安装完毕。
在安装过程中要注意集成电路的安装方向,应使缺口或凹点(管脚1)对•应IC插座
的缺口端。
并且严禁带电插拔集成电路,安装时集成电路一侧管脚先插入少许,横向推压集成电路将领一侧压入TC座中。
拔岀时,应用小改锥或刀片在纵向两侧伦流撬起,避免管脚弯曲共至折断。
加电检杳过程中如遇集成电路发热较严重或供电电压跌落,应立即关闭电源进行检查。
全部安装完毕并检杳通过后即可进入下面的系统测试
第二部分89系列典型单片机结构
89系列中,典型的单片机有AT89C51,AT89C2051,AT89C52,AT89S8252等。
一、AT89C51单片机
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图2-1AT89C51结构框图
AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片机。
片内带有一个4KB的Flash可编程、可擦除只读存储器(EPROM)o它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器(NURAM)技术,而且其输出引脚和指令系统都与MSC一51兼容。
片内的Flash存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器來编程。
因此AT89C51是一种功能强、灵活性高,且价格合理的单片机,可方便地应用在各种控制领域。
1、主要性能
4KB可改编程序Flash存储器(可经受1000次的写入/擦除);全静态工作:
0Hz〜24MHz;3级程序存储器保密;128*8字节内部RAM;32条可编程I/O线;2个16位定时器/计数器;6个中断
(8<}0・zdn(6v)「zdn2v)z・zdn(二dn(21<)pzdn(uis.zdnMv)9・zdn(s-<)z/zdn
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uUEd(层u9Hd(g)us・Ed(日u寸cnd(oH)uE(UKI)uernd(6I^}
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源;可编程串行通道;片内时钟振荡器。
另外,AT89C51是用静态逻辑來设计的,其工作频率可下降到0H乙并提供两种町用软件来选择的省电方式一空闲方式和掉电方式。
在空闲方式中,CPU停止工作,而RAM、定时器/计数器、串行口和屮断系统都继续工作。
在掉电方式中,片内振荡器停止工作,由于时钟被“冻结”.使一切功能都暂停,故只保存片內RAM中的内容,直到下-•次硬件复位为止。
2、引脚功能说明
(1)主电源引脚
①Vcc:
电源端。
②GND:
接地端。
(2)外接晶体引脚
1XTAL1:
接外部晶体的一个引脚。
在单片机内部,它是构成片内振荡器的反相放人器的输入端。
当采用外部振荡器时,该引脚接收振荡器的信号,即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。
2XTAL2:
接外部晶体的另一个引脚。
在单片机内部,它是上述振荡器的反相放大器的输岀端。
采用外部振荡器时,此引脚应悬浮不连接。
(3)控制或与其他电源复用引脚
©RST:
复位输入端。
当振荡器运行时,在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。
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图2-2AT89C51/LV51的引脚结构
2ALE/PROG:
当访问外部存储器时,ALE
(地址锁存允许)的输出用于锁存地址的低位字节。
即使不访问外部存储器,ALE端仍以不变的频率(此频率为振荡器频率的1/6)周期性地出现正脉冲信号。
因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当访问外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
在对Flash存储器编程期间,该引脚述用于输入编程脉冲(PROG)0
如杲需要的话,通过对专用寄存器(SFR)区中
SEH单元的DO位直数,可禁止ALE操作。
该位證数后,只有在执行一条MOVX或MOVC指令期间,ALE才会被激活。
另外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,该设定禁止ALE位无效。
3PSEN:
程序存储允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号。
当AT89C51由外部程序存储器取指令(或常数)时,每个机器周期两次再完完有效(即输出2个脉冲)。
但在此期间内,每当访问外部数据存储器时,这两次有效的还完完信号将不出现。
4EA/VPP:
外部访问允许端。
要使CPU只访问外部程序存储器(地址为0000H—FFFFH),则丑端必须保持低电平(接到GND端)。
然而要注意的是,如果保密位LB1被编程,复位时在内部会锁存云端的状态。
当E4端保持高电平(接Vcc端)时,CPU则执行内部程序存储器中的程序。
在Hash存储器编程期间,该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp(如果选用12V编程)。
(4)输入/输出引脚P0.0〜P0.7,P1.0〜P1.7,P2.0〜P2.7和P3.0〜P3.7
1P0端口(P0.0〜P0.7):
P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。
作为输出口用时,每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入。
对端口写1吋,又可作高阻抗输入端用。
在访问外部程序和数据存储器时,它是分时多路转换的地址(低8位)/数据总线,在访问期间激活了内部的上拉电阻。
在Flash编程时,P0端口接收指令字节;而在校验程序时,则输出指令字节。
验证时,要求外接上拉电阻。
2P]端口(P10.—Pl.7):
P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向1/O端口。
P1的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。
对端口写1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口。
P1作输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(Ijl)°
在对Flash编程和程序校验时,P1接收低8位地址。
3P2端口(P2.0〜P2.7):
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。
P2的输出缓冲器可驷动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。
对端口写1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口。
只作输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(Iil)o
在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器(如执行MOVX@DPTR指令)时,P2送出高8位地址。
在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX@RI指令)时,P2口引脚上的内容(就是专用寄存器(SFR)区中P2寄存器的内容),在整个访问期间不会改变。
在对Flash编程和程序校验期间,P2也接收鬲位地址和一•些控制信号。
④P3端口(P3.0〜P3.7):
P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P3的输个缓冲器口J驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。
对端口写1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口。
P3作输入口使用吋,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(Iil)o
在AT89C51中,P3端口还用于
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