机电控制与PLC应用精品.docx
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机电控制与PLC应用精品
《机电控制与PLC应用》
实
验
指
导
书
广州南洋理工职业学院机电工程系
张玲莉编
2012年2月
目录
前言……………………………………………………………………………3
实验一继电器控制电动机直接启动…………………………………………4
实验二继电器控制电动机正反转……………………………………………5
实验三可编程控制器的介绍和FX软件的操作…………………………‥…6
实验四PLC模拟控制电动机直接启动………………………………………9
实验五PLC控制的流水灯光…………………………………………………10
实验六PLC控制三种液体自动混合加热……………………………………11
实验七PLC控制全自动皮带运输机…………………………………………12
实验八PLC控制十字路口交通信号灯………………………………………13
实验九PLC控制的四人抢答器………………………………………………14
实验十PLC控制五相步进电动机的模拟实验………………………………15
实验十一变频器的面板操作……………………………………………………16
实验十二变频器的运行…………………………………………………………20
实验十三变频器的多段速度运行………………………………………………23
实验十四PLC与变频器控制的电机正反转系统………………………………25
实验十五PLC与变频器控制的电动机多段速运转系统………………………26
附录…………………………………………………………………………………28
前言
一、本实验课在该课程体系中的地位与作用
《机电控制与PLC》实验是电气工程及其自动化、机电一体化专业课程的重要组成部分，属于学科专业实验范畴。
作为与相关教学内容配合的实践性教学环节，应在《机电控制与PLC》理论课教学过程中开设。
学生应具备《模拟电子》、《数字电子》、《单片机原理》、《电力电子技术》、《电机拖动》等课程的基础。
二、学生应达到的实验能力与标准
本课程实验要求学生在课堂教学的基础和已有的基本实验操作技能的基础上，通过对常用低压电路元件的认识和对交、直流电动机的起动、制动控制；使用可编程控制器对异步电动机等控制对象实施控制的应用程序的编程等实验来提高学生的动手能力；并进一步巩固课堂教学内容，加深对本课程基本内容的理解和掌握。
实验过程中应能发现问题、分析问题、解决问题。
进一步启迪学生的创新思维。
通过接受电气控制工程的初步实践训练，提高学生综合运用基础和专业知识分析和解决工程实际问题的能力。
三、实验的考核与成绩评定
以实验报告和学生实际操作能力为主，参考提问和出勤情况等，综合评定给出成绩。
四、实验场地
实验一、二在电工实验室完成
实验三、四、五、六、七、八、九、十在PLC实验室完成
实验十一、十二、十三、十四、十五在自动控制实验室完成
实验一继电器控制电动机直接启动
一、实验目的：
1、认识交流接触器、按钮开关、电动机等的结构及工作原理；
2、能正确安装和操作接触器自锁的直接启动控制线路
二、实验场地与器材：
所需器材：
三相交流电源、按钮开关、交流接触器、三相交流异步电动机、导线
三、控制要求：
按照下图连接主回路和控制回路，按下启动按钮SB1，电机投入运行状态；运行过程中，按下停止按钮SB2，电机停止运行。
四、控制电气原理图：
五、实验步骤：
第一步:
理解PLC控制电机全电压启动的原理；
第二步:
连接上图的主原理图；
第三步:
连接上图的控制线路；
第四步:
接通电源，启动电动机；
第五步:
得出实验结论,并完成实验报告。
实验二继电器控制电动机正反转
一、实验目的：
1、认识交流接触器、按钮开关、电动机等的结构及工作原理；
2、能正确安装和操作接触器连锁的电动机正反转控制线路
二、实验场地与器材：
所需器材：
三相交流电源、按钮开关、交流接触器、三相交流异步电动机、导线
三、控制要求：
按下启动按钮SB1，电机正向投入运行状态，运行过程中，按下停止按钮SB3，电机停止运行；按下启动按钮SB2，电机反向投入运行状态，运行过程中，按下停止按钮SB3，电机停止运行。
四、控制电气原理图：
五、实验步骤：
第一步:
理解PLC控制电机全电压启动的原理；
第二步:
连接上图的主原理图；
第三步:
连接上图的控制线路；
第四步:
接通电源，启动电动机；
第五步:
得出实验结论,并完成实验报告。
实验三可编程控制器的介绍和FX软件的操作
一、实验目的：
熟悉使用PLC编程软件
二、实验场地与器材：
本实验在PLC实验室完成
实验器材：
基本配置电脑一台、FX2N-48MR型PLC一台、编程电缆、实验模块
三、编程软件介绍：
FX系列可编程控制器，有两种编程软件：
GXDeveloper和FXGP/WIN-C。
在GX-Developer或FXGP/WIN-C。
编程环境下面，可以进行程序的编制，调试，在线监控，程序修改等操作。
以下以FXGP/WIN-C软件环境进行介绍:
FXGP/WIN-C。
PLC的程序输入通过手持编程器、专用编程器或计算机完成。
手持编程器体积小，携带方便，在现场调试时优越性强，但在程序输入、阅读、分析时较繁锁；而专用编程器价格太贵，通用性差；计算机编程在教学中优势较大，且其通讯更为方便。
因此也就有了相应的计算机平台上的编程软件和专用通讯模块，在该实验当中我们重点介绍三菱FX系列编程软件的使用和操作。
三菱公司FX系列PLC编程软件名称为fxgpwin，我们介绍版本为SW0PC-FXGP/WIN-CVersion3.30Copyright（C）1996MITSUBISHIELECTRICCORPORATION，其具体应用说明如下：
（1）Fxgpwin编程软件对FX0/FX0S、FX1S、FX1N、FX0N、FX1FX2N/FX2NC和FX（FX2/FX2C）系列三菱plc编程及其它操作。
1）进入fxgpwin的编程环境：
双击桌面fxgpwin图标或按table键选择到图标fxgpwin，即可进入编程环境。
2）编写新程序，新建文件
3）选择好PLC型号后按确认键即可进入编辑界面，在视图中可以切换梯形图、指令表等。
4）建立好文件后就可以在其中编写程序了。
程序的保存在“文件“菜单下的“另存为“下即可；PLC程序上载，传入PLC。
当编辑好程序后就可以向PLC上载程序，方法是：
首先必须正确连接好编程电缆，其次是PLC通上电源（POWER）指示灯亮，打开菜单“PLC“——“传送“——“写出“确认。
5）出现程序写入步数范围选择框图，确认后即可：
6）PLC程序上载一样，在上述操作中选择“读入“，其他操作不变。
7）程序打开打开菜单“文件““打开“，出现界面，选择要打开的程序，确定即可。
8）退出主程序，ALT+F4或点击文件菜单下的“退出“。
四、程序的编写：
1）编程语言的选择
FXGPWIN软件提供三种编程语言，分别为梯形图、指令表、SFC状态流程图。
打开“视图“菜单，选择对应的编程语言。
2）梯形图的编辑。
梯形图编辑时如图：
3）编写程序可通过功能栏来选择，也可以直接写指令进行程序编写。
主要是熟悉菜单下各功能子菜单。
4）梯形图编写需进行转换，在工具菜单下选择或按F4键，转换完毕即可进行上载调试，注意端口设置。
5）程序的检查。
在“选项“菜单下的“程序检查“，即进入程序检查环境，可检查语法错误、双线圈、电路错误。
实验四PLC模拟控制电动机直接启动
一、实验目的：
掌握PLC控制电机的基本的运行方式。
二、控制要求：
按照下图连接主回路和控制回路，按下启动按钮SB1，电机投入运行状态；运行过程中，按下停止按钮SB2，电机停止运行。
三、实验设备：
可编程控制器、三相异步电动机、编程电缆、个人计算机、继电器模块、实验导线等。
四、实验步骤：
第一步:
理解PLC控制电机全电压启动的原理；
第二步:
根据控制要求设计PLC硬件控制回路,列出I/O分配表；
第三步:
画出PLC控制回路接线图；
第四步:
根据控制回路在计算机上编制梯形图并联机调试；
第五步:
得出实验结论,并完成实验报告。
实验五PLC控制的流水灯光
一、实验目的：
1、用PLC实现对流水型异步机的各种控制要求；
2、根据系统控制要求设计I/O分配表、梯形图及配线图；
3、掌握PLC控制系统的调试方法和技巧。
二、控制要求：
按下启动按钮，彩灯L1、L4、L7点亮，1S后熄灭；接着L2、L5、L8点亮，
1S后熄灭；接着L3、L6、L9点亮，1S后熄灭；接着L1、L4、L7点亮，1S后熄灭；依此循
环下去。
三、实验设备：
PLC主机模块、天塔之光控制单元、编程电缆、个人计算机、开关、按钮单元模块、实验导线等。
四、实验步骤:
第一步:
理解PLC控制流水型灯光的原理；
第二步:
根据控制要求设计PLC硬件控制回路,列出I/O分配表；
第三步:
画出PLC控制回路接线图；
第四步:
根据控制回路在计算机上编制梯形图并联机调试；
第五步:
得出实验结论,并完成实验报告。
实验六PLC控制三种液体自动混合加热
一、实验目的：
1、用PLC实现对多种液体自动混合并加热的各种控制要求；
2、根据系统控制要求设计I/O分配表；
3、根据控制要求编写顺序控制功能图（SFC）、梯形图及配线图；
4、掌握PLC控制系统的调试方法和技巧。
二、控制要求：
初始状态，容器是空的，电磁阀Y1、Y2、Y3和搅拌机均为OFF，液面传感
器L1、L2、L3、加热器H均为OFF；按下启动按钮后，电磁阀Y1、Y2闭合（Y1=Y2=ON），
开始注入液体A、B，至液面高度为L2（L2=ON）时，停止注入（Y1=Y2=OFF），同时开启
液体C电磁阀Y3（Y3=ON）注入液体C，当液面升至L1（L1=ON），停止注入（Y3=OFF），
同时开启搅拌机，10S后搅拌停止后开始加热（H=ON），当混合液温度达到某一指定值时，
T=ON，H=OFF，加热器停止加热，放出混合液体（Y4=ON），至液体高度降为L3（L3=ON）
后，再经5S停止放出（Y4=OFF）；按下停止按钮后，当前操作完毕后，停止在初始状态。
三、实验设备：
PLC主机模块、多种液体自动混合控制单元、编程电缆、个人计算机、实验导线等。
四、实验步骤:
第一步:
理解PLC控制多种液体自动混合的原理；
第二步:
根据控制要求设计PLC硬件控制回路,列出I/O分配表；
第三步:
画出PLC控制回路接线图；
第四步:
根据控制要求编写顺序控制功能图（SFC）；
第五步:
根据SFC在计算机上编制梯形图并联机调试
第六步：
得出实验结论,并完成实验报告。
实验七PLC控制全自动皮带运输机
一、实验目的：
1、用PLC实现对全自动皮带运输机的各种控制要求；
2、根据系统控制要求设计I/O分配表；
3、根据控制要求编写顺序控制功能图（SFC）、梯形图及配线图；
4、掌握PLC控制系统的调试方法和技巧。
二、控制要求：
按下启动键，M4首先投入运转，2S后M3运转，2S后M2运转，2S后M1运转，2S后
料斗门打开，其指示灯Y0亮，系统进入运行状态；20S后，料斗门自动关闭（指示灯Y0
熄灭），2S后M1停转，2S后M2停转，2S后M3停转，2S后M4停转，此时系统进入
停止状态。
10S后M4自动启动，接着自动重复以上过程。
运行过程中，按下停止键，系
统按上述过程顺序停止。
三、实验设备：
PLC主机模块、全自动皮带运输机控制单元、编程电缆、个人计算机、实验导线等。
四、实验步骤:
第一步:
理解PLC控制多种液体自动混合的原理；
第二步:
根据控制要求设计PLC硬件控制回路,列出I/O分配表；
第三步:
画出PLC控制回路接线图；
第四步:
根据控制要求编写顺序控制功能图（SFC）；
第五步:
根据SFC在计算机上编制梯形图并联机调试
第六步：
得出实验结论,并完成实验报告。
实验八PLC控制十字路口交通信号灯
一、实验目的：
1、用PLC实现对十字路口交通信号灯的各种控制要求；
2、根据系统控制要求设计I/O分配表；
3、根据控制要求编写顺序控制功能图（SFC）、梯形图及配线图；
4、掌握PLC控制系统的调试方法和技巧。
二、控制要求：
南北方向
灯
绿灯Y1亮
绿灯闪3次
黄灯Y3亮
红灯Y5亮
时间（S）
55
3
2
60
东西方向
灯
红灯Y6亮
绿灯Y2亮
绿灯闪3次
黄灯Y4亮
时间（S）
60
55
3
2
三、实验设备：
PLC主机模块、十字路口交通信号灯控制单元、编程电缆、个人计算机、实验导线等。
四、实验步骤:
第一步:
理解PLC控制十字路口交通信号灯的原理；
第二步:
根据控制要求设计PLC硬件控制回路,列出I/O分配表；
第三步:
画出PLC控制回路接线图；
第四步:
根据控制要求编写顺序控制功能图（SFC）；
第五步:
根据SFC在计算机上编制梯形图并联机调试；
第六步：
得出实验结论,并完成实验报告。
实验九PLC控制的四人抢答器
一、实验目的：
1、掌握用PLC控制抢答器系统的实现方法；
2、根据系统控制要求设计I/O分配表；
3、根据控制要求编写梯形图及配线图；
4、掌握PLC控制系统的调试方法和技巧。
二、控制要求：
一个四组抢答器，抢答键分别是开关按钮模块上的SB1、SB2、SB3、SB4.任意一组抢先按下按键后，显示器能及时显示该组的编号并使蜂鸣器发出响声（蜂鸣器响2S后停止），同时锁住抢答器，其它组此时按键无效；按下复位开关后，进行下一轮抢答。
三、实验设备：
PLC主机模块、八段数码管显示单元、编程电缆、个人计算机、开关按钮模块、实验导线等。
四、实验步骤:
第一步:
理解PLC控制的四人抢答器的工作原理；
第二步:
根据控制要求设计PLC硬件控制回路,列出I/O分配表；
第三步:
画出PLC控制回路接线图；
第四步:
根据控制回路在计算机上编制梯形图并联机调试；
第五步:
得出实验结论,并完成实验报告。
实验十PLC控制五相步进电动机的模拟实验
一、实验目的：
1、掌握用PLC控制五相步进电动机的实现方法；
2、根据系统控制要求设计I/O分配表；
3、根据控制要求编写梯形图及配线图；
4、掌握PLC控制系统的调试方法和技巧。
二、控制要求：
按下启动按钮，2S后A亮，然后B亮（A灭），C亮（B灭），D亮（C灭），E亮（D灭）…………依次往下执行（时间间隔均为2S）。
点亮的先后顺序如下：
①A→B→C→D→E
②A→AB→BC→CD→DE→EA
③AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA
④EA→ABC→BCD→CDE→DEA
⑤当按以上步骤点亮到第4步后，又返回第1步重复以上的过程。
三、实验设备：
PLC主机模块、五相步进电机控制系统、编程电缆、个人计算机、开关按钮模块、实验导线等。
四、实验步骤:
第一步:
理解PLC控制的五相步进电动机的工作原理；
第二步:
根据控制要求设计PLC硬件控制回路,列出I/O分配表；
第三步:
画出PLC控制回路接线图；
第四步:
根据控制回路在计算机上编制梯形图并联机调试；
第五步:
得出实验结论,并完成实验报告。
实验十一变频器的面板操作
一、实验目的：
1、了解FR-A500型变频器的结构和器件配置；
2、熟悉变频器的PU面板；
3、掌握变频器的参数设置步骤。
二、实验场地与器材：
所需器材：
三相交流电源、三菱变频器、三相交流异步电动机、导线
三、变频器的操作面板和按键操作
使用变频调速之前，首先要熟悉它的面板显示和键盘操作单元，本实验装置配备了操作面板FR-DU04，外形如下图所示：
按键功能见下表：
键名
说明
[MODE]
用于选择操作模式或设定模式。
[SET]
用于确定频率和参数的设定。
[UP/DOWN]
•用于连续增加或降低运行频率。
按下此键可改变频率。
•在参数设定模式中按下此键，则可连续设定参数。
[REV]
用于给出反转指令。
[FWD]
用于给出正转指令。
[STOP/RESET]
•用于停止运行。
•用于保护功能动作输出停止时复位变频器（用于主要故障）。
Hz
显示频率时点亮。
PU
PU操作模式时点亮。
A
显示电流时点亮。
EXT
外部操作模式时点亮。
V
显示电压时点亮。
FWD
正转时闪烁。
MON
监视显示模式时点亮。
REV
反转时闪烁。
四、变频器操作面板的功能使用
1、按[MODE]键改变监视显示
2、在特定操作模式下的功能设定
A.显示
▪监视器显示运转中的指令
EXT指示灯亮表示外部操作；
PU指示灯亮表示PU操作；
EXT和PU灯同时亮表示PU和外部操作组合方式。
▪监视显示在运行中也能改变
注：
1.按下标有*1的[SET]键超过1.5秒能把监视模式改为上电监视模式。
2.按下标有*2的[SET]键超过1.5秒能显示包括最近4次的错误指示。
B.频率设定
在PU操作模式下，用操作面板设定运行频率。
C.操作模式
注：
当Pr.79=0时才有上面的三相显示可切换（具体见附录）。
D.参数设定方法
▪参数以“Pr.数字”表示。
不同的数字表示变频器不同的功能。
例：
Pr.3设定基底频率；Pr.13设定启动频率。
▪一个参数值的设定既可以用数字键设定也可以用[UP/DOWN]键增减。
▪在Pr.状态下，按[SET]键出现P.000，通过[UP/DOWN]键和[SET]键来设定各位数字。
▪按[SET]键1.5秒写入设定值。
E.帮助模式
在HELP状态下，按[UP/DOWN]键改变帮助模式。
•报警记录
在报警记录[E.H15]模式下用[UP/DOWN]键能显示最近的4次报警。
（带有“.”的表示最近的报警。
）
当没有报警存在时，显示E.__0.
在报警记录下也可查看报警发生时的频率，电流，电压等，具体操作如下图：
•报警记录清除
•参数清除
将参数值初始化到出厂设定值，标准值不被初始化。
（Pr.77设定为“1”时（即选择参数写入禁止），参数不能被消除。
）
•全部消除
将参数值和校准值全部初始化到出厂设定值
•用户消除
初始化用户设定参数。
其他参数被初始化为出厂设定值。
实验十二变频器的运行
一：
实验目的：
1、学习变频器的外部控制接线；
2、学习用PU面板控制变频器的运行；
3、学习从外部控制变频器的运行；
4、学习用PU面板和外部共同控制变频器的运行。
二、实验场地与器材：
三相交流电源、三菱交流变频调速器（带有FR-DU04操作面板）、三相交流异步电动机、继电器模块、导线
三、用PU面板控制变频器运行：
在PU操作模式，可有FR-DU04操作面板控制变频器的运行；
1、PU点动运行操作步骤：
①将电源处于ON，切换到PU操作模式，“PU”灯亮；
②运行频率设定，按【MODE】键切换到频率设定模式，设定点动频率参数Pr.15=6HZ；
③设定点动加减速时间参数Pr.16=3S；
④选择PU点动运行模式；
⑤按着FWD或REV键时电动机正向或反相旋转，松手后停止。
2、PU长动运行操作步骤：
①将电源处于ON，切换到PU操作模式，“PU”灯亮；
②运行频率设定，按【MODE】键切换到频率设定模式，然后，按【UP/DOWN】键改变设定值为50HZ，按【SET】键1.5S写如频率；
③按【FWD】或【REV】键，电机启动，自动地变为监视模式，显示输出频率；
④按【STOP】键，电机减速后停止。
四、从外部控制变频器的运行
从外部控制变频器的运行时，需进行外部接线，点动和长动接线图分别如下图所示：
外部点动接线图外部长动接线图
1、外部点动操作步骤：
1按照上图进行外部接线
②运行频率设定，按【MODE】键切换到频率设定模式，设定点动频率参数Pr.15=6HZ；
③设定点动加减速时间参数Pr.16=3S；
④按【MODE】键选择运行模式，按【UP/DOWN】键选择外部操作，确认EXT灯亮；
⑤同时接通JOG+STF,进行正向点动，或同时接通JOG+STF进行反向点动。
2、外部长动运行操作步骤：
（设50HZ运行）
1按照上图进行外部接线
2将电源处于ON，切换到PU操作模式，“PU”灯亮；
3运行频率设定，按【MODE】键切换到频率设定模式，然后，按【UP/DOWN】键改变设定值为50HZ，按【SET】键1.5S写如频率；
4按【MODE】键选择运行模式，按【UP/DOWN】键选择外部操作，确认EXT灯亮；
5将启动开关（STF或STR）处于ON，表示运转状态的FWD和REV闪烁。
6顺时针旋转频率设定电位器，此时变频器显示频率为50HZ；逆时针旋转频率设定电位器，此时变频器显示频率为0HZ；电动机停止；
7断开启动开关，电机停止。
五、变频器的组合操作模式（外部输入信号与PU并用运行）
六、填写实验报告。
实验十三变频器的多段速度运行
一：
实验目的：
掌握变频器的段速度运行
二、实验场地与器材：
三相交流电源、三菱交流变频调速器（带有FR-DU04操作面板）、三相交流异步电动机、继电器模块、导线
三、多段速度的作用：
将多种运行速冻用参数的方式预先在变频器中设定好，利用变频器的外部输入端子在变换运行速度，2多段速度运行模式，只在外部操作模式或PU/外部组合操作模式（PR.79=3、4）中有效。
变频器可通过开启、关闭外部控制端子信号（RH,RM,RL,REX信号）选择多档速度，在借助于点动频率PR.15、上限频率PR.1、和下限频率PR.2，最多可设定18种速度。
四、七段以下速度选择操作
如果只是有七段以下速度，可通过RH、RM、RL的开关信号组合，选取希望的运行速度。
（1）七段速度选择接线图如图1所示：
（2）
七段速度参数设置如下：
第一段Pr.4=50Hz
第二段Pr.5=30Hz
第三段Pr.6=10Hz
第四段Pr.24=15Hz
第五段Pr.25=40Hz
第六段Pr.26=35Hz
第七段Pr.27=8Hz
图1：
七段速度选择接线图
（3）在外部操作模式有效的情况下（PR.79=3、4），先合上正转或反转信号开关。
（4）
合上RH，则电机按速
度1（50Hz）运转，合上RH、RL，则电机按速度5（40Hz）运转，等等。
七段速度的控制端子的状态与变频器的速度如图2所示：
图2七段速度的控制端子的状态与变频器的速度
五、七段以上速度的选择操作
如果需设置的速度超过七段，则需使用REX信号。
在变频器的出厂参数中，没有定义这个信号，所以实验时先设置参数Pr.184=8，就将AU端定义为REX端子；
（1）按照图3接好控制线路；
（2）十五段速度参数设置如下：
第八段Pr.232=20Hz
第九段Pr.233=38Hz
第一十段Pr.234=16Hz
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