电气控制及PLC实验指导书.docx
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电气控制及PLC实验指导书
电气控制与PLC
实验指导书
刘跃华吴德强编
教学单位：
自动化工程系
课程名称：
电气控制与PLC
电子科技大学中山学院
2010年3月
实验的基本要求及安全操作规程.1
实验的基本要求及安全操作规程
0-1实验的基本要求
电气控制及PLC技术实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。
培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。
在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。
现按实验过程提出下列基本要求。
一、实验前的准备
实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，
明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等），并按照实验项目准备记录抄表等。
实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始做实验。
认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。
二、实验的进行
1、建立小组，合理分工
每次实验都以小组为单位进行，每组由2〜3人组成，实验进行中每人应有明确的分工，以保
证实验操作协调，记录数据准确可靠。
2、选择组件和仪表
实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。
3、按图接线根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联
主回路，再接控制回路。
为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线。
4、起动电机，观察仪表在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有
仪表是否正常（如指针正、反向是否超满量程等）。
如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。
5、测取数据预习时对电机的试验方法及所测数据的大小作到心中有数。
正式实验时，根据实验步骤逐次
测取数据。
6、认真负责，实验有始有终
实验完毕，须将数据交指导教师审阅。
经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。
三、实验报告实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写
出的心得体会。
实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。
实验报告包括以下内容：
1）实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温C。
2）列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据（Pn、Un、In、nN）等。
3）列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等。
4）数据的整理和计算。
5）根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。
实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
6）每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。
0-2实验安全操作规程
为了按时完成电气控制及PLC技术实验，确保实验时人身安全与设备安全，要严格遵守如下规定的安全操作规程：
1）实验时，人体不可接触带电线路。
2）接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。
3）学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。
实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。
4）电机如直接起动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。
5）总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导人员来控制，其他人只能由指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。
1-1所示。
实验名称：
实验一三相异步电动机点动和自锁控制线路
学时安排：
2学时实验类别：
验证性实验要求：
必做
一、实验目的和任务
1、通过对三相异步电动机点动控制和自锁控制线路的实际安装接线，掌握由电气原理图变换成安装接线图的知识。
2、通过实验进一步加深理解点动控制和自锁控制的特点以及在机床控制中的应用。
、实验原理介绍
1、点动控制电路
点动控制电路是用按钮和接触器控制电动机的最简单的控制电路，如图
其原理图分为：
主电路和控制电路。
主电路的电源引入采用隔离开关QS电动机的电源由
接触器KM的主触点的通、断来控制。
其工作原理：
首先合上电源开关QS
起动时：
按下S3KM线圈得电tKM主触点闭合t电动机M运转
停止时：
松开S3KM线圈失电tKM主触点分断t电动机M停转
这种当按钮按下时电动机就运转，但按钮松开后电动机就停止的控制方式称为点动控制。
2、自锁控制电路
如图1-2（a）所示为接触器自锁控制电路。
它是一种广泛采用的连续运行控制电路。
是在点动
控制电路的基础上又在控制电路中增加了一个停止按钮SB1,还在起动按钮SB2的两端并接了接
触器的一对辅助动合触点KM
此外，由于电动机是连续工作，所以还增设了热继电器FR作为电动机的过载保护，它的动
断触点串联在控制回路中，发热元件串接在主回路中。
小》点动和自锁混合揑制电路
闭I3hiw电动机n锁橙制电路
工作原理：
首先合上电源开关QS
起动时：
按下SBAKM线圈得电tKM主触点闭合，KM辅助触点闭合，自锁t电动机M运转
停止时：
松开SBHKM线圈失电tKM主触点分断，KM辅助触点断开，解除自锁t电动机M
停转
当松开SB2后，由于KM辅助动合触点闭合，KM线圈仍然得电，电动机M继续运转。
这种依靠接触器自身辅助动合触点使其线圈保持通电的现象称为自锁（或称自保），起自锁
作用的辅助动合触点称为自锁触点（或称自保触点）。
这样的控制线路称为具有自锁（或称自保）的控制电路。
3、点动和自锁混合控制电路
图1-2（b）所示是既能进行点动又能进行自锁控制的电路，称为点动和自锁混合控制电路。
图中，SB2为连续运转起动按钮，当按下按钮SB2时，其工作原理与自锁控制电路的工作原理相
同。
SB3为点动按钮，当按下按钮SB3时，接触器KM线圈得电，其三个主触点闭合，电动机通电运转（此时，SB3的动断触点分断，KM辅助动合触点的自锁不起作用）。
当松开SB3时，接触器KM线圈失电，主触点分断，电动机M断电停转。
工作原理：
首先合上电源开关QS
点动控制时，按下点动按钮SB3,其常闭触头先断开自锁电路，常开触头后闭合，接通起动
控制电路，KM线圈通电，主触头闭合，电动机起动运转。
当松开SB3时，其常开触头先断开，常闭触头后闭合自锁电路，KM线圈断电，主触头断开，
电动机停止运转。
三、实验设备介绍
序号
型号
名称
数量
1
DJ24
三相鼠笼异步电动机（△/220V）
1件
2
D61
继电接触控制挂箱
（一）
1件
3
D62
继电接触控制挂箱
（二）
1件
4
数子万用表
1块
屏上挂件排列顺序D61、D62。
四、实验内容和步骤
实验前要检查控制屏左侧端面上的调压器旋钮须在零位，下面直流电机电源”的电枢电源”
开关及励磁电源”开关须在关”断位置。
开启电源总开关”，按下启动按钮，旋转控制屏左侧调压器旋钮将三相交流电源输出端U、V、W的线电压调到220V。
再按下控制屏上的停止”按钮
以切断三相交流电源。
以后在实验接线之前都应如此。
1、三相异步电动机点动控制线路
按图1-3接线。
图中SBi、KM1选用D61上元器件，Qi、FUi、FU2、FU3、FU4选用D62上元器件，电机选用DJ24（△/220V）。
接线时，先接主电路，它是从220V三相交流电源的输
出端U、V、W开始，经三刀开关Qi、熔断器FUi、FU2、FU3、接触器KMi主触点到电动机M的三个线端A、B、C的电路，用导线按顺序串联起来，有三路。
主电路经检查无误后，再接控制电路，从插孔W开始，经熔断器FU4、按钮SBi常开、接触器KMi线圈到插孔V。
线接好经指导老师检查无误后，按下列步骤进行实验：
（1）按下控制屏上启动"按钮；
（2）先合上Qi,接通三相交流220V电源；
（3）按下启动按钮SBi，对电动机M进行点动操作，比较按下SBi和松开SBi时电动机M的
运转情况。
根据实验步骤观察并记录操作结果。
220V
LiL2L3
图i-3点动控制线路
2、三相异步电动机自锁控制线路
按下控制屏上的停止”按钮以切断三相交流电源。
按图I-4接线，图中SBi、SB2、KMi、
FRi选用D6i挂件，Qi、FUi、FU2、FU3、FU4选用D62挂件，电机选用DJ24（△/220V）。
检查无误后，启动电源进行实验：
⑴合上开关Qi,接通三相交流220V电源；
（2）按下起动按钮SB2，松手后观察电动机M运转情况；
（3）按下停止按钮SBi，松手后观察电动机M运转情况。
根据实验步骤观察并记录操作结果。
220V
3、三相异步电动机既可点动又可自锁控制线路
按下控制屏上停止”按钮切断三相交流电源后，按图1-5接线，图中SBi、SB2、SB3、KM1、FRi选用D61挂件，Qi、FUi、FU2、FU3、FU4选用D62挂件，电机选用DJ24（△/220V），检查无误后通电实验：
（1）合上Qi接通三相交流220V电源；
（2）按下起动按钮SB2，松手后观察电机M是否继续运转；
（3）按下停止按钮SBi，松手后观察M是否停转；
（4）在M运转半分钟后按下SB3,然后松开，电机M是否停转；连续按下和松开SB3，观察此时属于什么控制状态。
根据实验步骤观察并记录操作结果。
220V
五、注意事项和要求
六、作业及预习要求
1、预习要求
（1）复习各种点动及长动电气控制线路的接线方法与工作原理；
（2）如何实现自锁控制功能？
2、作业
（1）试分析什么叫点动，什么叫自锁，并比较图1-3和图1-4的结构和功能上有什么区别？
（2）图中各个电器如Q1、FU1、FU2、FU3、FU4、KM1、FR、SB1、SB2、SB3各起什么作
用？
已经使用了熔断器为何还要使用热继电器？
已经有了开关Q1为何还要使用接触器KM1？
（3）图1-4电路能否对电动机实现过载、短路、欠压和失压保护？
4）画出图1-3、1-4、1-5的工作原理流程图。
七、参考书目
史国生主编化学工业出版社
电气控制与可编程控制器技术（第二版）
实验名称：
实验二三相异步电动机的正反转控制线路
学时安排：
2学时实验类别：
验证性实验要求：
必做
一、实验目的和任务
1、通过对三相异步电动机正反转控制线路的接线，掌握由电路原理图接成实际操作电路的方法。
2、掌握三相异步电动机正反转的原理和方法。
3、掌握手动控制正反转控制、接触器联锁正反转、按钮联锁正反转控制及按钮和接触器双重联锁正反转控制线路的不同接法，并熟悉在操作过程中有哪些不同之处。
二、实验原理介绍
由三相异步电动机转动原理可知，若要电动机逆向运行，只需将接于电动机定子的三相电源
线中的任意两相对调一下即可，与反接制动的原理相同。
电动机可逆运行控制线路，实质上是两个方向相反的单向运行电路的组合，并且为了避免误
操作引起电源相间短路，必须在这两个相反方向的单向运行线路中加设必要的联锁机构。
根据电动机可逆运行操作顺序的不同，有“正一停一反”手动控制电路与“正一反一停”手
动控制电路。
1、电动机“正一停一反”控制电路
“正一停一反”控制电路是指电动机正向运转后要反向运转，必须先停下来再反向。
图2-1（b）所示为电动机“正一停一反”手动控制电路。
主电路中，KM1KM2分别为实现
正、反转的接触器主触点。
估》主电路图2-1三相异步电动机的正反转控制电路
为了防止两个接触器同时得电而导致电源短路，利用两个接触器的常闭触点KM1KM2分别
串接在对方的工作线圈电路中，构成互相制约关系，以保证电路安全可靠地工作，这种相互制约的关系称为“联锁”。
（或“互锁”）。
实现联锁的常闭辅助触点称为联锁（或互锁）触点。
若电动机正在正向运行时，直接按下反向起动按钮，是无法反转的。
因为此时正向接触器连锁触点已切断了反向接触器的回路。
工作原理：
合上电源开关QS
正转时，按下正转启动按钮SB2t接触器KM1线圈通电吸合tKM1主触点闭合，自锁，联锁t电动机M得电正向运行
停止时，按下停止按钮SB1t接触器KM1线圈断电释放tKM1复位t电动机M失电停转。
反转时，按下反转启动按钮SB3t接触器KM2线圈通电吸合tKM2主触点闭合，自锁，联锁t电动机M反向运行
图2-1（b）控制电线路作正反转操作时，必须先按下停止按钮SB1,工作接触器断电后，
再按下反转按钮实现反转，所以具有“正-停-反”的控制特点。
2、电动机“正-反-停”控制电路
在实际中，为了提高工作效率，减少辅助工时，要求直接实现正反转的控制。
如图2-1（c）所示为电动机“正-反-停”控制电路。
由于电动机正转的时候，按下反转按钮时首先应断开正转接触器线圈线路，待正转接触器释放后再接通反转接触器。
在图2-1（c）中，采用复合按钮来控制电动机的正反转。
线路中，正转启动按钮SB2的常开触点串接于正转接触器KM1的线圈回路中，用于接通KM1
线圈；而SB2的常闭触点则串接于反转接触器KM2的线圈回路中，首先断开KM2线圈，以保证按
下SB2时，KM1能可靠得电。
反转启动按钮SB3的接法与SB2类似，SB3的常开触点串接于KM2的线圈回路中；常闭触点则串接于正转接触器KM1的线圈回路中，以保证按下SB3时，KM2能可靠得电，实现电动机的反转。
图2-1（c）中既有“电气互锁”，又有“机械互锁”，称为“双重互锁”。
此控制线路工作可靠性高，操作方便，是电力拖动系统中常用的线路。
工作原理：
正转时，按下正转启动按钮SB2t其常闭触点先断开KM2线圈电路，KM2复位，电动机M断电停转；然后其常开触点使接触器KM1线圈通电吸合tKM1主触点闭合，自锁，联锁t电动机M正向运行；
反转时，按下反转启动按钮SB3t其常闭触点先断开KM1线圈电路，KM1复位，电动机M断电停转；然后其常开触点使接触器KM2线圈通电吸合tKM2主触点闭合，自锁，联锁t电动机M反向运行；
停止时，按下停止按钮SB1t接触器KM1或KM2线圈断电释放tKM1或KM2复位t电动机M失电停转。
当按下SB2或SB3时，首先是常闭触头断开，然后才是常开触头闭合。
这样在需要改变电
动机运转方向时，就不必按SB1停止按钮了。
可直接操作正反转按钮即能实现电动机运转情况
的改变。
三、实验设备介绍
序号
型号
名称
数量
1
DJ24
三相鼠笼异步电动机（△/220V）
1件
2
D61
继电接触控制挂箱
（一）
1件
3
D62
继电接触控制挂箱
（二）
1件
4
数子万用表
1块
屏上挂件排列顺序D61、D62。
四、实验内容和步骤
1、倒顺开关正反转控制线路
（1）旋转控制屏左侧调压器旋钮将三相调压电源U、V、W输出线电压调到220V，按下停
止”按钮切断交流电源。
（2）按图2-2接线。
图中Qi（用以模拟倒顺开关）、FUi、FU2、FU3选用D62挂件，电机选用DJ24（△/220V）。
（3）启动电源后，把开关Qi合向左合”位置，观察电机转向。
（4）运转半分钟后，把开关Qi合向断开”位置后，再扳向右合”位置，观察电机转向。
根据实验步骤观察并记录操作结果。
220V
图2-2倒顺开关正反转控制线路
2、接触器联锁正反转控制线路
⑴按下停止”按钮切断交流电源。
按图2-3接线。
图中SBi、SB2、SB3、KMi、KM2、FRi选用D6i件，Qi、FUi、FU2、FU3、FU4选用D62挂件，电机选用DJ24（△/220V）。
经指导老师检查无误后，按下启动"按钮通电操作。
（2）合上电源开关Qi，接通220V三相交流电源。
（3）按下SBi，观察并记录电动机M的转向、接触器自锁和联锁触点的吸断情况。
（4）按下SB3,观察并记录M运转状态、接触器各触点的吸断情况。
（5）再按下SB2，观察并记录M的转向、接触器自锁和联锁触点的吸断情况。
（6）在电动机正转时，直接按下SB2，观察并记录电动机M的转向、各触点的吸断情况。
根据实验步骤观察并记录操作结果。
LiL2L3
qoa
3、按钮联锁正反转控制线路
（1）按下停止”按钮切断交流电源。
按图2-4接线。
图中SBi、SB2、SB3、KMi、KM2、FRi选用D61挂件，Qi、FUi、FU2、FU3、FU4选用D62挂件，电机选用DJ24（△/220V）。
经检查无误后，按下启动"按钮通电操作。
（2）合上电源开关Qi，接通220V三相交流电源。
（3）按下SBi，观察并记录电动机M的转向、各触点的吸断情况。
⑷按下SB3,观察并记录电动机M的转向、各触点的吸断情况。
（5）按下SB2，观察并记录电动机M的转向、各触点的吸断情况。
（6）在电动机正转时，直接按下SB2，观察并记录电动机M的转向、各触点的吸断情况。
根据实验步骤观察并记录操作结果。
Qi
FU4
卩ZfRi
图2-4按钮联锁正反转控制线路
4、按钮和接触器双重联锁正反转控制线路
⑴按下停止”按钮切断三相交流电源按图2-5接线。
图中SBi、SB2、SB3、KMi、KM2、
FRi选用D61挂件，FUi、FU2、FU3、FU4、Qi选用D62挂件，电机选用DJ24（△/220V）。
经检查无误后，按下启动"按钮通电操作。
（2）合上电源开关Qi,接通220V交流电源。
（3）按下SBi，观察并记录电动机M的转向、各触点的吸断情况。
⑷按下SB3,观察并记录电动机M的转向、各触点的吸断情况。
（5）按下SB2，观察并记录电动机M的转向、各触点的吸断情况。
（6）在电动机正转时，直接按下SB，观察并记录电动机M的转向、各触点的吸断情况。
根据实验步骤观察并记录操作结果。
2
M
图2-5按钮和接触器双重联锁正反转控制线路
五、注意事项和要求
六、作业与预习要求
1、预习要求
（1）复习各种电动机正反转控制线路的接线方法与工作原理；
（2）如何实现联锁控制功能？
2、作业
（1）试分析图2-2、2-3、2-4、2-5各有什么特点？
并画出运行原理流程图。
（2）接触器和按钮的联锁触点在继电接触控制中起到什么作用？
七、参考书目
电气控制与可编程控制器技术（第二版）史国生主编化学工业出版社
实验名称：
实验三三相鼠笼式异步电动机的降压起动控制线路
学时安排：
2学时实验类别：
验证性实验要求：
必做
、实验目的和任务
1、通过对三相异步电动机降压起动的接线，进一步掌握降压起动在机床控制中的应用。
2、了解不同降压起动控制方式时电流和起动转矩的差别。
3、掌握在各种不同场合下应用何种起动方式。
二、实验原理介绍
降压启动是指利用启动设备将电压适当降低后加到电动机的定子绕组上进行启动，待电动机启动运转后，再使其恢复到额定值，电动机正常运行。
由于电流随电压的降低而减小，从而达到限制启动电流的目的。
笼型异步电动机常用的降压启动方法有：
定子绕组中串接电阻降压启动、Y/△降压启动、
自耦变压器降压启动等。
1、定子绕组中串接电阻降压启动控制电路
图3-1所示为定子绕组中串接电阻降压启动控制电路。
电动机启动时，在定子绕组中串接电阻，使定子绕组电压降低，从而限制了启动电流。
待电动机转速接近额定转速时，再将串接电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行。
这种启动方式，不受电动机接线型式的限制，设备简单、经济，得到广泛应用。
图3-1定子绕组串接电阻降压启动控制电路
图3-1（b）控制电路工作原理：
合上电源开关QS按下起动按钮SB2,KM1得电吸合并自锁，电动机串电阻R起动，接触器
KM1得电的同时，时间继电器KT得电吸合，其延时闭合常开触点的延时闭合使接触器KM2不能
得电，经过一段延时后，KM2得电动作，将主回路电阻R短接，电动机在全压下进入稳定正常
运行。
此电路虽然简单，但KM1线圈及KT线圈始终得电，不安全，也没必要。
从主回路看，只要KM2得电就能使电动机正常运行。
图3-1（c）在原控制线路的基础上进行改进，在KM2得电后，用其常闭触点断开KM1线圈
及KT线圈电路，同时KM2自锁，使得电动机正常运行时，仅有KM2得电工作，提高控制线路的
安全性和可靠性。
图3-1（c）工作原理：
（自行分析）
2、Y/△降压启动控制电路
对于正常运行为三角形接法，而且三相绕组六个抽头均引出的笼型异步电动机，常用星形-
三角形降压方法来达到限制起动电流的目的。
在启动时，定子绕组先接成星形，当转速上升到接近额定转速时，将定子绕组接线方式由星形改接成三角形，使电动机进入全压正常运行。
图3-2所示为Y/△降压启动控制电路。
该电路用两个接触器来控制Y/△降压启动。
由于电动机容量不大，且三相平衡，星形接法电流很小，所以可以利用接触器KM2的常闭辅助触点来连接电动机。
该电路采用时间原则实现由Y接法向△接法的自动换接。
h~ir~irp
FU=
KM
图3-2Y/△降压启动控制电路之一
工作原理：
（自行分析）
图3-3所示为另一种Y/△降压启动控制线路。
该控制线路中用三个接触器来实现控制目的。
其中KM3为星形连接接触器，KM2为三角形连接接触器，KM1为接通电源的接触器。
当KM1KM3线圈得电，绕组实现Y形接法降压启动；当KM1KM2线圈得电，绕组实现△形接法，电动机转入正常运行。
该电路是由时间继电器按时间原则实现自动换接。
该电路常用于13kW以上的电动机启动控
制。
图3-3Y/△降压启动控制电路之
工作原理：
合上电源开关③f按下启动按槌百
线圈得电
严KVk常开融点闭合亠自锁
jSI哇器牖卜6动机胡星磁L降压俑~*L>KM3W闭触点斷开〜实现与KM；联锁
坊阳厂KT延时断开点断线圈新电一］②
-KT线圈得电一^㈠A
Ks?
・kt延时闭合常开触点闭:
r>KMt辆常开触点闭合〜自極
-—KM.线圈得电
KM3辆常团触点断叶实现与KM.联餓
KMr主触点闭合■十电动机M变为三角形接袪f电动机全压运行
三、实验设备介绍
序号
型号
名称
数量
1
DJ24
三相鼠笼异步电动机（△/220V）
1件
2
D61
继电接触控制挂箱
（一）
1件
3
D62
升级会员 