1、電器與可編程控制器應用技術實驗指導書 紀利琴編寫 江谷傳審定電子通信工程學院 2010年3月前 言實驗課一般分為課前預習、進行實驗和課后寫實驗報告三個階段。為了保證試驗課順利進行，現將有關應該注意的問題說明如下：1、課前預習為了做好實驗，預習和準備是很重要的。可編程控制器實驗是一軟硬件結合的實驗。在做實驗之前，應先仔細閱讀實驗指導書，根據實驗要求，設計出軟件程序和硬件電路，以供在實驗中驗證，求證，保證實驗的順利進行。2、進行實驗實驗能否順利進行，關鍵在于掌握良好的工作方法和操作方法。在實驗中，應做到以下幾點: 對于單純的軟件實驗，不需要輔助的實驗設備，只需要一臺計算機。在做此類實驗的時候，首先

2、要熟悉編程環境，掌握調試方法。同時，要注意把程序規類，命名和存放。實驗過程中記錄正確的實驗程序及程序運行過程中出現的數據。 對于軟硬件結合的實驗，具體的方法如下： 做硬件電路的連接時，首先檢查需要的實驗器材。拿到器材后不要急于連線，而應先看一下實驗原理圖及接線圖，特別是在本次實驗中要用到的部分，更應詳細了解。在接線時，應按照這樣的一個順序連接，“主回路、控制回路”；接線時不可帶電操作；接線完畢，檢查線路是否有問題。硬件電路的連接在保證無誤的情況下，還應考慮線路布局的合理性和美觀性。 確保硬件電路無誤的情況下（老師確認），可開始編程。編程時應注意事先及時保存文件。 編程完畢，確認程序，無誤后下載

3、程序。下載程序后可以在線調試程序程序。注意調試前應設置PLC的工作方式為“RUN”。 對于實驗中出現的問題，這里要特別說明一下： 試驗中絕對不能出現短路的情況，所以在接通電源之前一定要老師幫忙檢查線路問題，確保不短路。若出現其他線路問題，如斷路或者導線接觸不良，應先斷掉電源，再檢驗線路的問題。 軟硬件結合的實驗，在硬件接線完畢后，應該用軟件測試硬件有無問題，如有問題，及時修改。 實驗完畢，整理實驗板。拆卸線路，注意要將導線分類放置，最后將所有用到的實驗儀器和器材交到指導老師手中。指導老師檢查無誤簽字后，關閉計算機和電源，打掃好衛生方可離開。 3、寫實驗報告實驗報告是實驗工作的全面總結，要用簡明

4、的形式將實驗結果完整和真實的表達出來。報告要求文理通順，簡明扼要，字跡端正，圖表清晰，結論正確，分析合理，討論深入。特別是對實驗當中出現的故障和錯誤的處理，要詳細闡明。試驗報告具體要求如下： 實驗題目，實驗器材要在實驗報告中體現。 實驗內容和實驗步驟要詳細闡述。 正確的實驗結果（包括程序、流程圖和硬件線路圖）和實驗中用以驗證程序的數據都要有所體現。 對實驗中出現的故障處理要有詳細的說明，并詳細的回答思考題提出的問題。 實驗心得，實驗中的收獲。 2010年3月目 錄實驗一 三相異步電機正反轉控制-5實驗二 運料小車的控制-8實驗三 三相異步電機的星-三角啟動-11 實驗四 十字路口交通燈控制-1

5、4 實驗五 組合機床的控制-17 實驗六 溫度模擬信號采樣實驗-20 實驗七 PLC控制的自動定時攪拌機-24實驗八 PLC控制的搶答器-26實驗九 PLC控制的報警裝置-28附錄1 實驗平臺簡介-29附錄2 施耐德NEZA系列PLC介紹-31實驗一 三相異步電機正反轉控制一、實驗目的 1. 熟悉PLC的基本指令，初步熟悉編程方法；2. 掌握PLC的使用，鍛煉學生的動手操作能力；3. 學會用PLC控制電機的正反轉控制。二、實驗儀器1. 實驗平臺一臺2. 三相電機一臺3. 交流接觸器板一塊（線圈工作電壓為AC24V）4. 熱繼電器板一塊5. 空氣開關板一塊6. 連接導線一套三、實驗原理 原理圖見

6、圖1.1和圖1.2圖1.1 主回路圖1.2 控制回路四、實驗內容1.控制要求：一臺三相異步電動機，可正向和反向轉動。現要求按下正轉按鈕時電機正轉，按反轉按鈕時電機反轉,按停止按鈕時電機停止工作。2輸入輸出接口分配：輸入： 正傳啟動按鈕SB1 %I0.0 反轉啟動按鈕SB2 %I0.1 停止按鈕SB3 %I0.2輸出： 電機正轉接觸器線圈KM1 %Q0.1電機反轉接觸器線圈KM2 %Q0.3五、實驗步驟 1.根據電氣原理圖連接各電器元件；2.檢查線路的正確性；3.根據功能要求在編程軟件上編寫程序；4.程序無誤后接通信電纜下載程序；5.運行并調試程序。六、實驗程序記錄七、預習要求1. 復習PLC的

7、基本指令；2熟悉施耐德PLC的編程界面；3了解調試簡單程序的步驟；4自己動手編寫本實驗的程序。八、實驗注意事項 1.注意電機的正反轉接線方法;2.注意在下載程序時PLC的工作方式是什么;3.接觸器的接線方法。實驗二 運料小車的控制一、實驗目的 1熟悉行程控制的方法；2掌握定時指令的使用方法。二、實驗儀器1. 實驗平臺一臺2. 連接導線一套三、實驗原理 原理圖見圖2.1圖2.1 PLC控制原理圖四、實驗內容1.  控制要求：設計運料小車控制程序，要求如圖2.2所示，運料小車在A、B處之間往復運動。具體過程為 小車在沒有啟動時小車位于原始位置（A處）； 當系統啟動時，小車在A處停留15秒

8、裝料后向B處運料，到達B處后停留15秒卸貨，之后又返回A處繼續裝料再往B處送料，如此循環下去； 停機時，小車返回原始位置停止。 圖2.32輸入輸出接口分配：輸入： 啟動按鈕SB1 %I0.0 停止按鈕SB2 %I0.1 A處位置開關SQ1 %I0.2B處位置開關SQ2 %I0.3 輸出： 電機正轉控制器 %Q0.1（用指示燈模擬）電機反轉控制器 %Q0.3（用指示燈模擬）五、實驗步驟 1.根據電氣原理圖連接各電器元件；2.檢查線路的正確性；3.根據功能要求在編程軟件上編寫程序；4.程序無誤后接通信電纜下載程序；5.運行并調試程序。六、實驗程序記錄七、預習要求1. 復習PLC的基本指令、定時指令

9、； 2了解調試本程序的步驟，寫出本實驗運料小車的動作流程；3自己動手編寫本實驗的程序。八、實驗注意事項 1.注意位置開關的動作原理;2.使用定時指令注意選擇的定時器類型;3通過本實驗，總結實驗技能。實驗三 三相異步電機的星-三角啟動一、實驗目的 1進一步了解定時指令的使用方法；2熟悉三相異步電機星三角啟動的控制方法；3進一步掌握施耐德編程軟件的使用方法和調試程序的方法;4. 比較不同廠家PLC編程語言的不同之處。二、實驗儀器1. 實驗平臺一臺2. 連接導線一套三、實驗原理 原理圖見圖3.1和圖3.2 圖3.1 三相異步電機的星-三角啟動主回路圖圖3.2 PLC控制原理圖四、實驗內容1控制要求：

10、設計程序控制三相異步電機的啟動，模擬仿真。三相異步電機的啟動方式為星三角轉換啟動方式，主回路原理圖如圖3.1，PLC控制，當系統啟動時電機的啟動，停機時電機停止運行。2輸入輸出接口分配：輸入： 啟動按鈕SB1 %I0.0 停止按鈕SB2 %I0.1 電機過載信號 %I0.2輸出： 接觸器KM1 %Q0.0（用指示燈模擬） 控制星型啟動接觸KM3 %Q0.1（用指示燈模擬） 控制三角型運行接觸KM2 %Q0.3（用指示燈模擬）五、實驗步驟 1.根據電氣原理圖連接各電器元件；2.檢查線路的正確性；3.根據功能要求在編程軟件上編寫程序；4.程序無誤后接通信電纜下載程序；5.運行并調試程序。六、實驗程

11、序記錄七、預習要求1. 復習PLC的基本指令、定時指令； 2三相異步電機星三角啟動的原理與實現方法；3分別采用施耐德、西門子廠家PLC的編程語言編寫本實驗的程序。八、實驗注意事項 1. 三相異步電機星三角啟動的線路設計方法;2. 不同廠家PLC編程語言的不同。實驗四 十字路口交通燈控制一、實驗目的 1學會編寫復雜梯形圖程序；2掌握PLC順序控制指令的使用；3進一步了解循環控制程序的設計思路二、實驗儀器1. 電氣控制平臺一臺；2. 交通信號燈PCB板一塊；3導線若干。三、實驗原理 原理圖見圖4.1，接線圖見圖4.2和圖4.3圖4.1 PLC控制原理圖 圖4.2 PLC平臺與模

12、擬板的連接圖圖4.3 交通信號燈模擬板接線端子四、實驗內容1.用PLC控制交通燈模擬板，模擬十字路口交通燈。要求：當系統啟動時，東西方向綠燈亮16秒后閃8 秒（頻率為1次/秒）滅，黃燈亮8秒滅，紅燈亮32秒，以后依次循環。南北方向在東西方向綠燈、黃燈亮時南北紅燈亮32秒，接著綠燈亮16秒后閃8秒（頻率為1次/秒），之后黃燈亮8秒，接著循環。 當系統停止時所有的燈滅。2.I/O分配：輸入 %I0.0 啟動按鈕%I0.1 停止按鈕 輸出 %Q0.0 東西紅燈 %Q0.2 東西黃燈 %Q0.3 東西綠燈 %Q0.4 南北紅燈 %Q0.5 南北黃燈 %Q0.7 南北綠燈五、實驗步驟 1.根據電氣原理圖

13、連接各電器元件；2.檢查線路的正確性；3.根據功能要求在編程軟件上編寫程序；4.程序無誤后接通信電纜下載程序；5.運行并調試程序。六、實驗程序記錄七、預習要求1. 復習PLC的基本指令、定時、順序控制指令； 2了解交通信號燈顯示的流程；3分別采用施耐德、西門子廠家PLC的編程語言編寫本實驗的程序。八、實驗注意事項 1. 西門子PLC編程指令與施耐德PLC編程指令的不同;2. 注意該實驗的控制流程。實驗五 組合機床的控制一、實驗目的 1掌握PLC的基本指令，掌握定時器指令、順序控制指令的使用；2掌握PLC的使用及其應用系統程序設計方法，鍛煉學生的動手操作能力。二、實驗儀器1. 實驗平臺一臺2.

14、連接導線一套三、實驗原理 1.本實驗要求控制機床動力頭的運動狀態，包括：快進、工進、延時和快退。實際機床上，由控制器（PLC）的輸出直接驅動控制電磁換向閥，再由電磁換向閥來實現動力頭的運動狀態控制，動力頭的一個工作循環的工步圖如圖5.1所示（停留延時時間為2秒）。圖5.1 動力頭工步圖圖5.1中SB2、SQ1、SQ2和SQ3是工步轉換條件，其含義見表5.1所示。表5.1 電磁閥狀態動力頭工步對應關系圖快進工進延時快退停止YV101000YV200100YV310000轉換條件SB2SQ2SQ32秒SQ12.PLC電氣接線原理結合I/O地址分配情況，進行PLC外部I/O端子的接線。PLC外部接線

15、情況如圖5.2所示。 圖5.2 施奈德PLC接線原理圖四、實驗內容1控制要求直流電磁換向閥的4個狀態分別對應于動力頭的4個工步（包括停止狀態）。直流電磁換向閥的3個輸入端YV1、YV2和YV3的狀態與動力頭工步對應關系見表5.1所示。2I/O地址分配I/O地址分配見表5.2所示。表5.2 I/O地址分配表類型名稱符號地址輸入主電動機接觸點KM1I0.0系統停止按鈕SB1I0.1系統啟動按鈕SB2I0.2動力頭停止行程開關SQ1I0.4動力頭快進轉工進行程開關SQ2I0.5動力頭工進轉延時行程開關SQ3I0.6輸出直流電磁換向閥輸入1（用信號燈1代替）YV1（HL1）Q0.1直流電磁換向閥輸入2

16、（用信號燈2代替）YV2（HL2）Q0.2直流電磁換向閥輸入3（用信號燈2代替）YV3（HL3）Q0.3實驗中，使用三個信號燈的亮、熄代替三個直流電磁換向閥輸入的通、斷。五、實驗步驟 1.根據電氣原理圖連接各電器元件；2.檢查線路的正確性；3.根據功能要求在編程軟件上編寫程序；4.程序無誤后接通信電纜下載程序；5.運行并調試程序。六、實驗程序記錄七、預習要求1. 復習PLC的基本指令；2熟悉施耐德PLC的編程界面；3了解調試簡單程序的步驟；4自己動手編寫本實驗的程序。八、實驗注意事項 1注意位置開關的動作原理；2使用定時指令注意選擇的定時器類型；3注意輸出信號燈的亮、熄與機床動力頭運動狀態的對

17、應關系。實驗六 溫度模擬信號采樣實驗一、實驗目的 1掌握PLC的基本指令，使用定時中斷實現模擬量的輸入采樣2掌握PLC模擬量的輸入、輸出方法，鍛煉學生的動手操作能力二、實驗儀器1實驗平臺一臺2連接導線若干三、實驗原理 1.通常一個現場環境或對象溫度的采集、處理和輸出過程可以用圖6.1來描述。圖6.1 溫度信號的采樣與恢復的原理框圖圖中，“溫度傳感器”檢測來自“現場環境或對象”的溫度信號，并將其轉換成相應的電壓信號，輸入到“變送器”；電壓信號經由“變送器”變換為適于“采樣與恢復設備”的輸入要求的電壓信號（變換后的電壓），再經“采樣與恢復設備”采樣和恢復后輸出到“輸出設備”。2. PLC電氣接線原

18、理PLC模擬量的輸入、輸出外部接線參考圖6.2所示。圖6.2 施奈德PLC接線原理圖四、實驗內容1控制要求受實驗室條件的限制，本實驗采用“模擬器”（產生連續信號）來模擬圖6.1中“變送器”之前的所有環節，如圖6.3所示。用PLC對模擬信號進行采樣與恢復（實際就是實現A/D與D/A功能），并將恢復后的模擬信號送到“顯示設備”輸出顯示，這里可以PC機上的編程軟件來檢測輸出。圖6.3 PLC溫度模擬信號采樣與恢復實驗原理框圖2I/O地址分配I/O地址分配見表6.1所示。表6.1 I/O地址分配表類型名稱符號地址輸入采樣啟動按鈕SB1I0.0采樣停止按鈕SB2I0.1模擬器AS1AIW0輸出通過PLC

19、自檢測五、實驗步驟 1.根據電氣原理圖連接各電器元件；2.檢查線路的正確性；3.根據功能要求在編程軟件上編寫程序；4.程序無誤后接通信電纜下載程序；5.運行并調試程序。六、實驗程序記錄七、預習要求1. 復習PLC的基本指令；2熟悉施耐德PLC的編程界面；3了解調試簡單程序的步驟；4自己動手編寫本實驗的程序。八、實驗注意事項 1注意模擬量的輸入輸入方法；2注意周期采樣定時中斷的方法。實驗七 PLC控制的自動定時攪拌機 一、 實驗目的1進一步熟悉指令的功能和應用2熟悉化工生產中液體攪拌機的控制，并編寫程序和調試二、 實驗器材1實驗平臺一臺2連接導線若干三、 系統控制要求 如右圖所示，工作時出料閥門

20、A關閉，進料閥門B打開，開始進料。當罐內的液面上升到一定高度時，液面傳感器SL1的觸點接通，則進料閥門B關閉，此時啟動電動機M，開始攪拌。5分鐘后結束攪拌，打開出料閥門A。當罐內液面下降到一定位置時，使液面傳感器SL2觸點斷開，出料閥門A關閉，又重新打開進料閥門B，開始進料，重復上述過程。四、 實驗內容1寫出輸入/輸出點的分配表2設計出梯形圖、外部設備與PLC的連接圖3編程進行調試輸入端接好輸入開關輸入程序模擬運行，觀察系統功能是否符合要求繼續調試直至正確4分析實驗中遇到的問題五、 實驗步驟1根據實驗原理統計輸入輸出點數，并編寫I/O端子分配表2畫出PLC的外部接線圖3寫出程序并分析和調試程序

21、六、實驗程序記錄七、預習要求1. 復習PLC的系統設計步驟及要求；2熟悉施耐德PLC的編程界面；3自己動手設計本控制系統，并編寫PLC實驗的程序。八、實驗注意事項 1注意I/O口的分配；2注意PLC編程的方法。實驗八 PLC控制的搶答器 一、實驗目的1進一步熟悉基本指令的功能和應用。2熟悉搶答裝置的控制，并設計編寫程序和調試。二、實驗器材1實驗平臺一臺2連接導線若干三、實驗原理PLC的指令；理解搶答器的控制要求。寫出I/O分配表，并設計梯形圖及注釋說明，寫出相應指令。提示：利用繼電器自鎖使輸出保持“ON”；利用繼電器互鎖保證最先按下的有效，利用兩個定時器分別作10s和4s的延時。 四、系統控制

22、要求系統進行四組參賽的搶答，其中SB1SB4分別為各組的搶答按鈕，HL1HL4為各組的指示燈，SB0為搶答按鈕，HL0為搶答開始指示燈，SB5為復位按鈕，HL6為犯規指示燈，HL7為超時電鈴。其控制要求如下：（1） 當主持人按下搶答按鈕SB0，燈HL0亮。此時，若參賽者要回答問題，需搶先按下搶答按鈕，只有最先按下的一組指示燈亮，從而獲得回答問題的機會。（2） 若參賽者在主持人按下開始按鈕之前按下搶答按鈕，則視為犯規，燈HL6亮，且最先違例的參賽組的指示燈也亮，以便對其進行處罰。（3） 各指示燈亮后，均需等主持人按下復位按鈕才會熄滅。（4） 若主持人按下開始按鈕10s后無人進行搶答，則指示燈HL

23、7響4s，此后搶答無效。五、實驗步驟1根據實驗原理統計輸入輸出點數，并編寫I/O端子分配表；2畫出PLC的外部接線圖3寫出程序并分析和調試程序六、實驗程序記錄七、預習要求1. 復習PLC的系統設計步驟及要求；2熟悉施耐德PLC的編程界面；3自己動手設計本控制系統，并編寫PLC實驗的程序。八、實驗注意事項 1注意I/O口的分配；2注意PLC編程的方法。 實驗九 PLC控制的報警裝置 一、實驗目的1進一步熟悉基本指令的功能和應用。2熟悉搶答裝置的控制，并設計編寫程序和調試。二、實驗器材1實驗平臺一臺2連接導線若干三、實驗原理當某一控制系統發生故障，有事故報警信號K1啟動時，報警指示燈HL應閃爍，同

24、時蜂鳴器鳴叫（用指示燈代替模擬），以通知操作人員采取相應措施。當操作人員按下音響復位按鈕K3后，蜂鳴器停止鳴叫，同時報警指示燈應改為持續亮，直至報警信號斷開時熄滅。平時操作人員可通過按下檢查按鈕K2檢驗報警指示燈是否完好。五、實驗步驟1根據實驗原理統計輸入輸出點數，并編寫I/O端子分配表；2畫出PLC的外部接線圖3寫出程序并分析和調試程序六、實驗程序記錄七、預習要求1. 復習PLC的系統設計步驟及要求；2熟悉施耐德PLC的編程界面；3自己動手設計本控制系統，并編寫PLC實驗的程序。八、實驗注意事項 1注意I/O口的分配；2注意PLC編程的方法。附錄1 實驗平臺簡介附11實驗平臺組成一、供電部分

25、：1三相四線交流電源 容量10A2三相電源總開關帶漏電保護 3三相、單相輸出帶自動空氣開關 容量10A4事故急停按鈕，電源指示5PLC、變頻器、信號源分路供電開關6備用電源插座二、檢測部分1030mA直流電源檢測2030V直流電壓檢測三、信號源部分1可調節420mA直流電流源2可調節1.2524V直流電壓源3交流24V電壓源 容量1A 允許正偏差6V4雙交流12V 容量0.5A 允許正偏差3V5±24V直流電壓源 +24V容量：1A；-24V容量：0.5A6±12V直流電壓源 容量：0.5A7±5V直流電壓源 容量：0.5A8正弦三角波信號源 周期1999ms可調

26、，輸出電壓幅度012V可調9方波尖脈沖信號源 周期1999ms可調，占空比1%99%可調，脈沖輸出個數099可調，輸出電壓幅度012V可調四、PLC部分1施耐德 NEZA PLC2供電電源 AC220V3開關量模擬：12路DC24V開關量輸入，8路繼電器輸出，容量0.5A4模擬量模塊：4路模擬量輸入，可420mA或010V，分辨率為12位的；2路模擬量輸出，可420mA或010V輸出，分辨率為12位5帶PID控制功能塊6指令執行速度為0.21us7通訊口：RS4858高速計數器功能：10KHZ五、變頻器部分1施耐德 Altivar 28型 變頻器2變頻器電源輸入輸出 AC220V 三相輸出3變

27、頻器功率：0.37KW4模擬量輸入：10K電位器 010V直流電壓 020mA直流電流5模擬量輸出：直流020mA6開關量輸入：4路開關量輸入7開關量輸出：2路繼電器輸出，容量1A8帶PID調節功能附12實驗平臺內部原理接線圖一、實驗臺面板平面圖 XK-2001型電氣智能實驗平臺面板平面圖二、穩壓電源部分端子接線圖XT-2低壓電源部分三、開關量輸入部分端子接線圖 XT-3開關量輸入部分四、PLC數字輸入輸出部分端子接線圖 XT-5 PLC數字輸入輸出部分五、PLC模擬量部分端子接線圖XT-6 PLC模擬量部分六、蜂鳴器、指示燈部分端子接線圖XT-7 蜂鳴器、指示燈部分七、變頻器輸入部分端子接線

28、圖 XT-8 變頻器輸入部分八、變頻器部分端子接線圖XT-9 變頻器部分注意：XT-1電源部分中L1、L2、L3為交流380V輸出的，L、N為交流220V輸出的，E為地線起保護作用附錄2：施耐德NEZA系列PLC介紹NEZA系列PLC是法國施耐德電氣公司生產的一款小型PLC，其I/O點數從14點可以擴展到80點，具有高速計數、脈沖輸出、網絡通訊、客戶化功能塊等先進功能。其工作原理和結構組成與其它廠家的PLC相似，不再介紹。附21NEZA系列PLC的性能1CPU性能 見表附2-1 附2-1 CPU性能額定電壓交流供電直流供電AC220VDC24V極限電壓AC 85264VDC 19.230V功率

29、損耗30VA14W浪涌電流1ms以內20A，最大值40A瞬時斷電持續時間10ms1ms隔離2000V 50/60HZ內存容量 512個內部字、64個常量字、128個內部位程序容量1000步本機I/O點數 14點：8輸入/6輸出；20點：12輸入/8輸出功能塊定時器32個，時基有1ms、10ms、100ms等五種計數器16個，計數范圍為09999移位寄存器8個，每個16位功能塊步進計數器4個，256步LIFO/FIFO4個，每個16字調度模塊16個I/O擴展每個CPU模塊可帶3個本地擴展，模擬擴展模塊在最后模擬量擴展8路模擬量輸入，2路模擬量輸出，分辨率12位通信接口RS485連接，支持Modb

30、us、Unitelway、ASCII協議掃描時間掃描1000條基本指令所用時間小于1ms布爾指令執行時間執行一條布爾基本指令所需時間為0.22us2I/O性能（1）輸入特性 見表附2-2 附2-2 輸入特性類型正邏輯（漏型）負邏輯（源型）額定輸入電壓24VDC額定輸入電流7mA輸入電壓范圍 19.230V輸入閾值1電壓11V8V電流2.5mA，在11V時2.5mA，在8V時0電壓5VVps5V電流<1.0mA輸入濾波0到1100us/3ms/12ms可編程1到0隔離輸入和地之間1000V 50/60HZ（2）輸出特性 見表附2-3 附2-3 輸出特性輸出類型繼電器晶體管交流負載每個觸點2A-直流負載電壓24VDC24VDC電流每個觸點2A1A響應時間打開5ms1ms閉合10ms1ms電子熔斷短路過載無有感性交流過電壓無-感性直流過電壓無有反向保護-有隔離1500V 50/60HZ1500V 50/60HZ浪涌電流-8A附22 NEZA系列PLC的內部資源分配（對應