電氣控制技術(shù)實驗指導書(2017)

1、電 氣 控 制 技 術(shù) 實 驗 指 導 書南通大學電氣工程學院實驗一 電氣控制線路設(shè)計與調(diào)試一、實驗目的1、了解常用控制電器基本結(jié)構(gòu)及其選用方法。2、掌握復雜電氣控制線路的設(shè)計方法。3、掌握電氣控制線路的安裝與調(diào)試方法。4、掌握電氣控制線路的故障分析及排除方法。二、 實驗儀器電氣控制實驗裝置 1臺電動機 1 臺；萬用表 1只電工工具及導線 若干三、 實驗內(nèi)容及要求1、實驗內(nèi)容：以煉焦系統(tǒng)中運煤小車往返運動的工程應用為背景，設(shè)計一小車往返運動控制線路，小車往返運動控制要求如圖所示：初態(tài)：小車從原點啟動（如圖中位置），啟動前壓住行程開關(guān)SQO。系統(tǒng)運行要求如下：按啟動按鈕SB2，小車前進，到SQA

2、處停車，緊接著后退；小車后退至SQO處停車，再轉(zhuǎn)第二次前進，到SQB處后再次后退；上述過程循環(huán)運行，直至按下停止按鈕SB1，立即后退至SQO處停車。 2、實驗要求：根據(jù)小車往返運動的控制要求設(shè)計運煤小車電氣控制系統(tǒng)主電路和控制電路，并按電氣控制線路的繪圖原則繪制電氣原理圖；依據(jù)電機參數(shù)確定所有電器元件的型號與參數(shù)；按照GB50171 92電氣裝置安裝工程盤柜及二次回路結(jié)線施工及驗收規(guī)范（附后，請重點關(guān)注其中的第四章）和“維修電工中、高級工”考核的要求完成設(shè)計線路的安裝與調(diào)試。1)運用狀態(tài)表進行電氣控制線路設(shè)計該系統(tǒng)具有多次通斷電單元線路設(shè)計問題，要求針對系統(tǒng)設(shè)計過程中“約束信號選擇”和“輔助單

3、元設(shè)計”等相關(guān)問題進行討論與分析。利用狀態(tài)表進行該系統(tǒng)設(shè)計時應注意：(1)填寫狀態(tài)表時應考慮電動機正反轉(zhuǎn)控制間的聯(lián)鎖關(guān)系，在正轉(zhuǎn)向反轉(zhuǎn)切換時，KM2通電是以KM1失電為前提，也就是只有互鎖常閉觸頭KM1閉合后KM2才能得電，因此從KM1失電到KM2得電要經(jīng)過一段時間，這反映在狀態(tài)表上就是KM1的通電區(qū)域并不是占滿整個工步而留有一定空隙，KM1也是如此。(2)對于執(zhí)行元件KM1和KM2而言，在整個工作過程中要通斷電多次，對應狀態(tài)表上將有多段通電區(qū)域，對于每一段而言，都應有一個X開、X關(guān)。一般來說，對于一個通電元件，若有N次通斷電，則應有N個X開、X關(guān)。在選取X開、X關(guān)信號時應注意，選取X開、X關(guān)

4、信號應只能開啟和關(guān)斷對應的通電區(qū)域，而不能開啟和關(guān)斷別的區(qū)域，以免造成誤開啟和誤關(guān)斷。(3)要根據(jù)誤開啟和誤關(guān)斷信號的數(shù)量，確定增加輔助繼電器的類型、數(shù)目和通電區(qū)域，正確選取各輔助繼電器的開啟與關(guān)斷信號。元器件數(shù)量在充分考慮經(jīng)濟性的情況下要盡量最少,線路必須簡化。2) 小車拖動電機功率為4.5KW，選擇電器元件的型號和參數(shù)。3) 畫元件布置圖，完成小車往返運動控制線路的安裝與調(diào)試。(1)電氣元件的布置按主回路上元件的次序從上到下布置，如：進線進線端子排空氣開關(guān)熔斷器接觸器熱繼出線端子排。其他控制器件根據(jù)接線的需要和方便排列在接觸器或熱繼的旁邊，同一類型的器件盡量排列在一起，以保證器件布置的美觀

5、和同一器件之間接線的方便和美觀。（參見本實驗指導后附圖）(2)采用硬線接線，要求做到橫平豎直。電器元件接線時可以走線的平面一般有兩個：一個是底平面，另一個是與接觸器等常開觸點端子平行的平面。在同一個平面內(nèi)不允許出現(xiàn)導線的交叉(特別是底平面)。（參見下圖1-1）圖1-1電氣接線要做到橫平豎直、同一個平面內(nèi)不允許出現(xiàn)導線的交叉(特別是底平面)(3)采用螺絲、墊片壓接的端子（如熔斷器端子），線頭必須順時針彎制成圓圈，壓在墊片下面用螺絲壓緊。采用瓦片壓接的端子(如接觸器、中間繼電器等的端子)可以將導線頭直接插入壓接，但建議插入壓接的導線數(shù)目一般不宜多于2根。圖1-2 螺絲、墊片壓接的端子、瓦片壓接的端

6、子接線例 (4)控制回路接線時，根據(jù)原理圖，按從上而下，從左至右的原則，一個接點一個接點的完成接線，即同一標號的接點一次完全接好，再接該接點下方的一個接點?？刂苹芈凡槐刂v究器件上下端子電路的“上進下出”，但主回路一定要保證“上進下出”。(5)接線時建議先把橫向的導線接好（一般是控制回路的），按照接線的順序，由近及遠，逐步增加端子出線后彎折的長度，使導線盡量靠近器件?？刂苹芈返墓簿€一般最先一次接好。豎向的線（一般為主回路粗線）一般最后接。(6)接線時思路要清晰，先在原理圖上確定接線接在元器件的上下端子的哪里（參見圖1-3），再在元器件布置圖上預先畫一畫示意圖，再接線。要減少上下端子之間的繞接。

7、如必須繞接，則要考慮走線的長短和布局的美觀。圖1-3 電機正反轉(zhuǎn)電路接線“上、下”標注圖例4)記錄實驗中發(fā)生故障，畫出故障現(xiàn)象的原理圖，分析故障原因并排除。四、思考題1、對于由某個信號引起的誤開啟或誤關(guān)斷問題，在電路設(shè)計時一般采用何種方法加以解決？2、在電路設(shè)計過程中，若出現(xiàn)行程開關(guān)觸頭數(shù)目不夠使用時應采用什么方法加以解決？3、運煤小車如在原位O點裝煤需要三分鐘，在A點、B點卸煤需要兩分鐘，試修改設(shè)計電路。4、分析實驗過程中可能出現(xiàn)的問題及解決辦法。五、實驗報告要求1、按照實驗預習報告和實驗報告撰寫的一般要求完成兩個報告的撰寫，實驗預習報告批改通過后方能開始實驗。2、在實驗預習報告中要詳細論述

8、根據(jù)設(shè)計要求，利用狀態(tài)表設(shè)計小車往返運動控制線路的過程，并按電氣控制線路國標的繪圖原則繪制實驗用電氣線路原理圖。3、在實驗預習報告中要根據(jù)電氣線路中電氣元器件選擇的原則，選擇線路中用到的元器件，并列表標明實驗電路所用器件型號。4、在實驗預習報告中要設(shè)計電氣接線，即在原理圖上確定接線接在元器件的上下端子的哪里，再在元器件布置圖上預先畫出接線示意圖。3、在實驗報告中要詳細記錄實驗中發(fā)現(xiàn)的問題、錯誤、故障及解決的方法。附圖實驗二 簡單順序控制系統(tǒng)的設(shè)計1一、實驗目的1、了解和熟悉FX2N系列PLC的結(jié)構(gòu)和外部接線方法。2、進一步掌握PLC的基本邏輯指令，定時器、計數(shù)器的使用方法。3、掌握基于邏輯代數(shù)

9、的PLC應用程序設(shè)計方法。4、掌握基于GX Works2 或GX Developer 軟件的PLC應用程序輸入和編輯方法，熟悉Simulation仿真調(diào)試軟件的使用。二、實驗儀器1、FX2N可編程序控制器 1臺2、PLC實驗接口板卡及接線端子 1套3、微型計算機(含虛擬對象、編程與仿真軟件) 三、實驗內(nèi)容及要求1、實驗內(nèi)容利用實驗室提供的PLC虛擬控制對象（界面如下圖），完成十字路口交通信號燈PLC控制程序的設(shè)計與調(diào)試。系統(tǒng)要求實現(xiàn)正常時序控制及“急車強通”控制兩種控制方式：1)正常時序控制正常時序控制時序圖如圖所示，其控制要求如下：(1) 當啟動按鈕SQ2按下后，信號燈控制系統(tǒng)開始工作，此時

10、設(shè)南北向紅燈亮，東西向綠燈亮。當停止按鈕SQ1按下后，所有信號燈都熄滅。(2) 南北紅燈維持亮60s。同時東西綠燈持續(xù)亮54s，到54s時東西綠燈閃亮3s后熄滅，接著東西黃燈持續(xù)亮3s后熄滅。而后，東西紅燈亮，南北綠燈亮。(3）東西紅燈持續(xù)亮36s。南北綠燈持續(xù)亮30s，然后閃亮3s后熄滅。接著南北黃燈持續(xù)亮3s后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。(4）上述工作過程周而復始。(5）東西綠燈和南北綠燈不能同時亮，否則關(guān)閉信號燈系統(tǒng)并報警。2)急車強通控制：急車強通控制時序圖如圖所示，其控制要求如下：(1)“急車強通”信號受“急車強通”開關(guān)控制。無急車時，信號燈按正常時序控制。有急車來時，將“急車

11、強通”開關(guān)接通，不管原來信號燈的狀態(tài)如何，一律強制讓急車來車方向的綠燈亮，使急車放行，直至急車通過為止。(2)急車通過后，將“急車強通”開關(guān)斷開，信號燈的狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為急車放行方向上的綠燈閃3次，隨后按正常時序控制。(3)急車強通信號只能響應一路方向的急車，即若兩個方向先后來急車，則響應先按下“急車強通”開關(guān)的一方，松開該方向的“汽車強通”開關(guān)后隨即再響應另一方。（此功能的操作在虛擬對象中無法完成，但要求程序中有此考慮）2、實驗要求：采用PLC基本邏輯控制指令，按照上述控制要求，設(shè)計一道口交通燈PLC控制系統(tǒng)。要求設(shè)計并按國標繪制PLC控制線路。利用Simulation仿真調(diào)試軟件預習調(diào)試。借助

12、于實驗室虛擬對象實驗裝置完成實驗系統(tǒng)的安裝與編程調(diào)試。1）采用PLC基本邏輯控制指令，按照上述控制要求，設(shè)計一道口交通燈PLC控制系統(tǒng)。要求設(shè)計并按國標繪制PLC控制線路。2）根據(jù)虛擬對象的輸入/輸出定義，在實驗室針對虛擬對象編輯調(diào)試程序，達成控制要求。 3）在GX Works2 或GX Developer 軟件環(huán)境下進行控制程序的編輯與調(diào)試。 4）記錄在調(diào)試程序過程中出現(xiàn)的問題，并分析產(chǎn)生的原因。四、 思考題1、實現(xiàn)指示燈的閃爍通常有哪些編程方式？舉例之。2、東西綠燈和南北綠燈不能同時亮，要采取哪些互鎖控制措施？3、在交通燈實際控制電路中，若紅、黃和綠信號燈采用交流220V指示燈，其實際電氣

13、接線圖應如何設(shè)計？4、分析實驗過程中可能出現(xiàn)的問題及解決辦法。五、實驗報告要求1、按照實驗預習報告和實驗報告撰寫的一般要求完成兩個報告的撰寫，實驗預習報告批改通過后方能開始實驗。2、在實驗預習報告中列寫對紅綠交通燈控制的PLC控制系統(tǒng)的I/O分配表。3、在實驗預習報告中繪制實現(xiàn)對紅綠交通燈控制的PLC控制系統(tǒng)的原理圖。4、在實驗預習報告中列寫利用Simulation仿真調(diào)試軟件預習調(diào)試通過的采用PLC實現(xiàn)對紅綠交通燈控制的程序清單。4、在實驗報告中整理出調(diào)試該程序的步驟，整理出實際調(diào)試后的程序清單。5、在實驗報告中記錄實驗中發(fā)現(xiàn)得問題、錯誤、故障及解決方法。實驗三 簡單順序控制系統(tǒng)的設(shè)計2一、

14、實驗目的1、了解和熟悉FX2N系列PLC的結(jié)構(gòu)和外部接線方法。2、進一步掌握PLC的基本邏輯指令，定時器、計數(shù)器的使用方法。3、掌握基于邏輯代數(shù)的PLC應用程序設(shè)計方法。4、掌握基于GX Works2 或GX Developer 軟件的PLC應用程序輸入和編輯方法，熟悉Simulation仿真調(diào)試軟件的使用。二、實驗儀器1、電氣控制實驗裝置 1臺 2、FX2N可編程序控制器 1臺3、微型計算機(含編程與仿真軟件) 4、電動機 1 臺；5、萬用表、電工工具及導線 若干 三、實驗內(nèi)容及要求1、實驗內(nèi)容以煉焦系統(tǒng)中運煤小車往返運動的工程應用為背景，完成運煤小車PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計與調(diào)試。小車往返

15、運動控制要求如圖所示： 系統(tǒng)要求實現(xiàn)運煤小車的自動循環(huán)控制及手動控制兩種控制方式：1) 自動循環(huán)控制：初態(tài)：小車從原點啟動（如圖中位置），啟動前壓住行程開關(guān)SQO。（1）按啟動按鈕SB1，小車開始裝料，30s后裝料結(jié)束，小車前進，到SQA處停車。 （2）小車在SQA處卸料，10s后卸料結(jié)束，小車后退，到SQo處停車。（3）小車在SQo處裝料，30s后裝料結(jié)束，小車前進，到SQB處停車。（4）小車在SQB處卸料，10s后卸料結(jié)束，小車后退，到SQo處停車。（5）小車在SQo處裝料后繼續(xù)前進，按上述過程進行自動循環(huán)。要求可設(shè)定循環(huán)次數(shù)，循環(huán)到設(shè)定次數(shù)時小車自動停在SQO處。按下停止按鈕SB2，立即

16、后退至SQO處停車。2) 手動控制：要求小車具備點動前進與后退控制功能。2、實驗要求：采用PLC基本邏輯控制指令，設(shè)計運煤小車PLC控制系統(tǒng)。要求設(shè)計并按國標繪制PLC控制線路。利用Simulation仿真調(diào)試軟件預習調(diào)試。借助于實驗室電氣控制實驗裝置完成實驗系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。1）采用PLC基本邏輯控制指令，設(shè)計送煤小車PLC控制程序，設(shè)計并按國標繪制PLC控制線路。2）GX Works2 或GX Developer 軟件環(huán)境下進行控制程序的編輯與模擬調(diào)試。3）根據(jù)實驗內(nèi)容要求，完成送煤小車硬件線路的安裝與調(diào)試。4）完成系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調(diào)。5）記錄在調(diào)試程序過程中出現(xiàn)的問題，并分析產(chǎn)生的原因。四、

17、思考題1、實現(xiàn)對循環(huán)次數(shù)設(shè)定有哪些編程方式？ 2、自動循環(huán)與手動操作兩種控制方式的選擇有哪些實現(xiàn)方式？舉例之。3、要實現(xiàn)“按下停止按鈕SB2，小車完成當前裝卸任務(wù)后退至SQO處停車”功能，控制程序應如何修改？4、分析實驗過程中可能出現(xiàn)的問題及解決辦法。五、實驗報告要求1、按照實驗預習報告和實驗報告撰寫的一般要求完成兩個報告的撰寫，實驗預習報告批改通過后方能開始實驗。2、在實驗預習報告中列寫實現(xiàn)對運煤小車控制的PLC控制系統(tǒng)的I/O分配表。3、在實驗預習報告中繪制運煤小車控制的PLC控制系統(tǒng)的硬件原理圖。4、在實驗預習報告中列寫利用Simulation仿真調(diào)試軟件預習調(diào)試通過的采用PLC實現(xiàn)運煤

18、小車控制的程序清單。5、在實驗報告中整理出調(diào)試該程序的步驟，整理出實際調(diào)試后的程序清單。6、在實驗報告中記錄實驗中發(fā)現(xiàn)得問題、錯誤、故障及解決方法。實驗四 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試1一、實驗目的1、掌握可編程序控制器應用系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法2、掌握PLC的一些特殊指令和應用程序設(shè)計方法。3、掌握具有多種工作方式的控制系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調(diào)方法。、實驗儀器1、電氣控制實驗裝置 1臺 2、FX2N可編程序控制器 1臺3、微型計算機(含編程與仿真軟件) 1臺4、萬用表、電工工具及導線 若干 三、實驗內(nèi)容及要求1、實驗內(nèi)容以機械手工程應用為背景，完成機械手PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計與調(diào)試。機械手結(jié)構(gòu)示意圖及工作

19、狀態(tài)示意圖如圖所示。 要求機械手將物體從位置A搬至位置B，其工作順序為：機械手從原點下移到位，從A處夾緊物品后再上移，上升到位后手臂右移，右移到位后手臂下移，下將到位后手臂放松將物品放于位置B處，然后手臂上升，上升到位后手臂左移，左移到原點后停止，一次循環(huán)結(jié)束。系統(tǒng)要求實現(xiàn)機械手的連續(xù)、單周期、單步控制及手動控制等多種工作方式：1)手動控制當系統(tǒng)選擇“手動控制”工作方式時，采用按鈕操作對機械手的上升/下降、右行/左行、夾緊/放松動作單獨進行操作，具體控制要求如下：選擇開關(guān)于“右行/左行”方式，按住啟動按鈕SB1，機械手左行；按住停止按鈕SB2，機械手右行；選擇開關(guān)于“上升/下降”方式，按住啟動

20、按鈕SB1，機械手上升；按住停止按鈕SB2，機械手下降；選擇開關(guān)于“夾緊/放松”方式，按住啟動按鈕SB1，機械手夾緊；按住停止按鈕SB2，機械手放松。手動時必須有限位保護。2)單步操作當系統(tǒng)選擇“單步操作”工作方式時，每按一次起動按鈕機械手按順序完成一步后自動停止。3)單周期操作當系統(tǒng)選擇“單周期操作”工作方式時，機械手從原位開始每按一次起動按鈕機械手自動完成一個周期的動作后停止。在工作中若按停止按鈕，則機械手動作停止。4) 當系統(tǒng)選擇“連續(xù)操作”工作方式時，機械手在原位，按起動按鈕，機械手的動作將自動、連續(xù)不斷的周期性循環(huán)。在工作中若按停止按鈕，則機械手動作停止。2、實驗要求：采用PLC控制

21、指令，設(shè)計機械手PLC控制系統(tǒng)。要求設(shè)計并按國標繪制PLC控制線路。利用Simulation仿真調(diào)試軟件預習調(diào)試。借助于實驗室電氣控制實驗裝置完成實驗系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。1）采用PLC控制指令，設(shè)計機械手PLC控制程序，設(shè)計并按國標繪制PLC控制線路。2）在GX Works2 或GX Developer 軟件環(huán)境下進行控制程序的編輯與模擬調(diào)試。3）根據(jù)實驗內(nèi)容要求，完成機械手硬件線路的安裝與調(diào)試。4）完成系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調(diào)。5）記錄在調(diào)試程序過程中出現(xiàn)的問題，并分析產(chǎn)生的原因。四、思考題1、多種控制方式的選擇能否采用主控指令實現(xiàn)？若能則應注意什么問題？2、要實現(xiàn)機械手“自動回原位控制”功能，控制程序

22、應如何修改？3、分析實驗過程中可能出現(xiàn)的問題及解決辦法。五、實驗報告要求1、按照實驗預習報告和實驗報告撰寫的一般要求完成兩個報告的撰寫，實驗預習報告批改通過后方能開始實驗。2、在實驗預習報告中列寫對機械手控制的PLC控制系統(tǒng)的I/O分配表。3、在實驗預習報告中繪制實現(xiàn)對機械手控制的PLC控制系統(tǒng)的原理圖。4、在實驗預習報告中列寫利用Simulation仿真調(diào)試軟件預習調(diào)試通過的采用PLC實現(xiàn)對機械手控制的的程序清單。5、在實驗報告中整理出調(diào)試該程序的步驟，整理出實際調(diào)試后的程序清單。6、在實驗報告中記錄實驗中發(fā)現(xiàn)得問題、錯誤、故障及解決方法。實驗五 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試2一、實驗目的1、掌

23、握可編程序控制器應用系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法2、掌握PLC的一些特殊指令和應用程序設(shè)計方法。3、掌握具有多種工作方式的控制系統(tǒng)應用程序的調(diào)試方法。二、實驗儀器1、FX2N可編程序控制器 1臺2、PLC實驗接口板卡及接線端子 1套3、微型計算機(含虛擬對象、編程與仿真軟件) 三、實驗內(nèi)容及要求利用實驗室提供的PLC虛擬控制對象（界面如下圖），完成全自動洗衣機PLC控制程序的設(shè)計與調(diào)試。洗衣機虛擬對象界面圖1、實驗內(nèi)容全自動洗衣機實物示意圖如圖所示。內(nèi)桶外桶波輪全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩干）用。內(nèi)桶的四周有許多小孔，使內(nèi)

24、、外桶的水流相通。該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時，通過電控系統(tǒng)使進水閥打開，經(jīng)過水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排到機外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電機驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時，通過電控系統(tǒng)將脫水桶旋轉(zhuǎn)離合器合上，由洗滌電機帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進行甩干。高、低水位開關(guān)分別用來檢測高、低水位。起動按鈕用來起動洗衣機工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。控制要求：該全動洗衣機的控制要求可以用所示的流程圖來表示。1)PC投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好起動。2)按起動按鈕洗衣機開始進水，水滿（即水位到達高水位時）停止進水并開始洗滌。3)正轉(zhuǎn)洗滌15s后暫停，暫停2s后開始反轉(zhuǎn)洗滌。4)反洗15s后暫停，暫停2s后，若正、反洗未滿3次，則返回從正洗開始的動作；若正、反洗滿3次時，則開始排水。5)水位下降到低水位時