《电气控制与PLC》实训指导书.doc

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《电气控制与PLC》实训指导书第一部分继电器-接触器控制实训一工作台自动往复控制一、实训目的1、掌握实现三相异步电动机限位控制的方法。2、熟悉常见低压电器。3、培养电气线路安装操作能力二、实训设备和元器件1、电动机控制线路接线模拟板1块；2、常用电工工具1套；3、试车用三相异步电动机350w左右、380v1台；4、BV1.0mm2导线(BVR0.75mm2)若干。三、实训电路控制原理1、限位控制线路14 限位控制线路如图所示。图中SQ为行程开关，又称限位开关，它装在预定的位置上，当运动部件移动到此位置时，装在部件上的撞块压下行程开关，使其常闭触头断开，控制回路被切断，电动机停止转动。2、自动循环控制线路工作台前进—后退自动循环控制线路如图所示。线路的动作原理如下：按下SB2，接触器KM1线圈通电，主触头闭合，电动机M正转，工作台向前运动。当工作台前进到一定位置时，固定在工作台上的撞块压动行程开关SQ1（固定在床身上），其常闭触头打开，断开KM1的控制回路，同时SQ1的常开触头闭合，使KM2的线圈回路通电，KM2的主触头闭合，M因电源相序改变而变为反转，于是拖动工作台向后运动。在运动过程中，撞块使SQ1复位。当工作台向后运动到一定位置时，撞块又使行程开关SQ2动作，断开KM2线圈回路，接通KM1线圈回路，电动机又从反转变为正转。工作台就这样往复循环工作。按下SB1，KM1或KM2接触器断电释放，电动机停止转动，工作台停止。SQ3和SQ4起极限保护作用。四、实训操作内容及要求1、在电动机控制线路安装模拟板上安装限位控制、工作台自动循环控制线路。安装时要注意文明安全操作，保护好电器，接点要安装牢靠，接触良好。2、每安装一个线路，经检查无误后，接入三相异步电动机，通电试运转。仔细观察电器及电动机动作、运转情况，掌握正确的操作方法。五、实训报告与考核要求（一）实训报告1、画出限位控制和工作台自动循环控制线路，并分析线路工作原理。2、设计一个带点动的限位控制电路。（二）考核要求1、在规定时间内正确安装线路，且试运转成功，操作方法正确。2、安装工艺达到基本要求，线头长短适当，接点牢靠，接触良好。3、文明安全操作，没有电器损坏及安全事故。14 实训二三相异步电动机Y—Δ减压起动控制一、实训目的1、掌握实现三相异步电动机限位控制的方法。2、熟悉常见低压电器。3、培养电气线路安装操作能力。二、实训设备和元器件1、电动机控制线路接线模拟板1块；2、常用电工工具1套；3、试车用三相异步电动机350w左右、380v1台；4、BV7.0mm2,BVR0.75mm2导线若干。三、实训电路控制原理电动机Y—△减压起动控制方法只适用于正常工作时定子绕组为三角形（△）联结的电动机。这种方法既简单又经济，使用较为普遍，但其起动转距只有全压起动时的1/3，因此，只适用于空载或轻载起动。利用时间继电器可以实现Y—△减压起动的自动控制，典型线路如图所示，动作原理分析略。四、实训操作内容及要求1、在电动机控制线路接线练习板上安装手动控制Y—△减压起动线路和自动控制Y—△减压起动线路中的任意一个。安装时注意文明安全操作，接点要牢靠，接触要良好。14 2、安装完线路，检查无误后，接入三相异步电动机，通电试操作。接入点动机前，要用万用表区分好电动机的三个定子绕组，同时要认真观察电动机及电器的运转及动作情况。五、实训报告与考核要求（一）实训报告1、画出手动控制Y—△减压起动和自动控制Y—△减压起动的线路，并分析后者的动作原理。2、自动控制Y—△减压起动电动机线路是否可以设计成其他形式，试设计一种。（二）考核要求1、在规定的时间内完成安装任务，且试运转成功，操作方法正确。2、安装工艺达到基本要求，线头长短适当，接点牢靠，接触良好。3、文明安全操作，没有损坏电器及违反安全规程。二、PLC部分本实训仅给出PLC控制题目及要求，由实训者自行设计PLC外部接线和应用程序，并反复进行程序的输入、修改、调试，直至得出正确的运行结果，意在提高创新和独立思考能力及综合素质。题目一、工作台自动循环控制1.实训目的（1）掌握PLC外部输入、输出电路的设计和导线的连接方法。（2）利用符号表对POU（S7-200的三种程序组织单位指主程序、子程序和中断程序）进行赋值。（3）掌握应用软件的编程方法。（4）掌握程序注释的方法。2.实训内容及要求（1）设计工作台自动循环的PLC控制电路。（2）连接PLC外部电路（使用通用器件板开关元器件）。（3）输入梯形图程序。14 （4）建立符号表，对POU赋值。图1工作台自动循环（5）为程序注释。*I/O分配、符号表及注释参考：I0.0SB1正向起动按钮I0.5SQ3前进位置检测I0.1SB2反向起动按钮I0.6SQ4前进位置保护I0.2SB3停止开关Q0.0KM1正转接触器I0.3SQ1起始位置检测Q0.1KM2反转接触器I0.4SQ2起始位置保护（6）编辑、编译及下载用户程序；（7）动态调试和运行用户程序，显示运行结果。注意：程序上、下载时，必须给PLC上电，并将CPU置于STOP状态。3.实训设备（1）计算机（编程器）1台；（2）实验装置（含S7-20024点CPU）1台；（3）实训板1块；（4）连接导线若干。4.实训内容与要求（1）画出PLC外部（输入、输出）电路，并连接外部导线；（2）首先接通个人计算机（编程器）电源，然后，接通可编程控制器（PLC）电源；（3）编程及调试运行。①设计PLC控制工作台自动循环的梯形图程序；14 ②选择CPU的工作方式（RUN或STOP）③输入梯形图程序；④建立符号表；⑤为程序添加注释；⑥程序的编译、下载；⑦程序的调试和运行。5.实训报告内容（1）根据控制要求，画出程序流程框图；（2）总结建立符号表的优点；（3）详细记录、分析程序下载过程及运行时出现的问题。6.思考练习利用工程环境的条件，按本题的要求，实现对小功率单相交流异步电动机（M）的驱动，同时增加运行指示功能，画出控制原理图。题目二智力竞赛抢答器1.实训目的（1）掌握PLC外部输入、输出电路的设计和连接方法；（2）掌握应用软件的编程方法；（3）掌握应用符号地址编程的方法。2.智力竞赛抢答器的要求利用PLC控制系统设计1个4组的智力竞赛抢答器。3.抢答器的控制要求（1）在主持人侧，设置抢答指示电路和启动、复位按钮。选手侧各设置1个抢答按钮。（2）主持人按动启动按钮，可以进行一次抢答，黄色发光二极管作允许抢答指示。（3）竟猜者抢答主持人所提的问题时，按动各自的抢答按钮。（4）收到第1个抢答信号后，主持人侧红色发光二极管作抢答指示，数码管显示抢先1组的组别，主持人按下复位按钮，指示灯和数码管熄灭。14 4.实训设备（1）计算机（编程器）1台；（2）实训装置（含S7-20024点CPU）1台；（3）实验板1块；图2抢答器实验板5.实训内容及要求（1）设计PLC外部电路；（2）使用通用器件板开关元器件和实验板连接PLC外部电路，采用符号地址、应用七段码指令编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）运行用户程序，观察程序运行结果。6.思考练习（1）指出影响系统响应速度的因素。（2）利用CPU214PLC制成的抢答器，最多为几组？试设计最多组时PLC的外部电路。题目三电动机Y-△起动1.实训目的（1）用PLC控制电动机Y-△起动电路；（2）通过实训，提高分析、解决问题的能力。2.实训设备（1）计算机（编程器）1台；（2）实训装置（含S7-20024点CPU）1台；（3）电动机Y-△起动实验模板1块；（4）连接导线若干。3.电动机Y-△起动要求图（1）电动机M能实现正、反向Y-△启动。（2）电气操作流程说明：按动正向启动按钮SB2，KM1和KM4闭合（Y型起动），经3秒后KM4断开，KM3闭合，实现正向△型运行；按动反向启动按钮SB3，KM2和KM4闭合（Y14 型起动），经3秒后KM4断开，KM3闭合，实现正向△型运行，按停车按钮SB1，电动机M停止运行。4.实训内容及要求（1）根据电动机Y-△起动要求，设计PLC外部电路（配合通用器件板开关元器件）；（2）连接PLC外部（输入、输出）电路，编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）运行用户程序，观察程序运行结果。5.思考练习（1）若电动机M直接由正向运行转入反向运行（不用停车按钮），程序如何改动？（2）结合实训过程和结果写出实训报告。题目四自动送料装车系统1.实训目的：（1）了解工业生产过程中PLC控制方法；（2）学会熟练使用PLC解决生产实际问题。2.实训设备（1）计算机（编程器）1台；（2）实训装置（含S7-20024点CPU）1台；（3）自动送料装车系统实训模板1块；（4）连接导线若干。3.自动送料装车系统的控制要求初始状态：绿灯（L1）亮，红灯（L2）灭，表示图4自动装车模拟控制板允许汽车开进装料，此时，进料阀门（k1），料斗阀门（k2），电动机（M1，M2，M3）皆为OFF状态。当汽车到来时，检测开关S3接通（负载板上未设，可从通用器件板选取），红色信号灯L2亮，绿色L1灭，传送带驱动电动机M3运行；2秒后，电动机M2运行；再经过2秒钟M1运行，依次顺序起动送料系统。14 电动机M3运行后，进料阀门K1打开料斗进料，料斗装满时，检测开关S1=1，进料阀门K1关闭（设1料斗物料足够装满1车）；料斗出料阀门K2在M1运行及料满（S1=1）后，打开放料，物料通过传送带的传送，装入汽车。当装满汽车后，称重开关S2动作，料斗出料阀门K2关闭，同时电动机M3断电停止，2秒后M2停止，再过2秒M1停止，L1亮，L2灭，表示汽车可以开走。4.实训内容及要求（1）根据自动送料装车系统的控制要求，设计PLC外部电路，；（2）连接PLC外部（输入、输出）电路（配合通用器件板开关元器件），编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）运行用户程序，观察程序运行结果。5.思考练习（1）在原控制要求的基础上，增加每日装车次数统计功能。（2）结合实训过程和结果写出实训报告。题目五多种液体自动混合1.实训目的（1）结合多种液体自动混合系统，应用PLC技术对化工生产过程实施控制；（2）学会熟练使用PLC解决生产实际问题。2.实训设备（1）计算机（编程器）1台；（2）实训装置（含S7-20024点CPU）1台；（3）多种液体自动混合实验模板1块；（4）连接导线若干。3.液体自动混合系统的控制要求（1）液体自动混合系统的初始状态：图5多种液体混合模拟控制板在初始状态，容器为空，电磁阀Y1，Y2，Y3，Y4和搅拌机M以及加热元件R均为OFF，液面传感器L1，L2，L3和温度检测T均为OFF。14 （2）液体混合操作过程：按动启动按钮，电磁阀Y1闭合（Y1为ON），开始注入液体A，当液面高度达到L3时（L3为ON）→关闭电磁阀Y1（Y1为OFF），液体A停止注入，同时，开启电磁阀门Y2（Y2为ON）注入液体B,当液面升至L2时（L2为ON）→关闭电磁阀Y2（Y2为OFF），液体B停止注入，同时，开启电磁阀Y3（Y3为ON），注入液体C，当液面升至L1时（L1为ON）→关闭电磁阀Y3（Y3为OFF），液体C停止注入，然后开启搅拌电动机M，搅拌10秒→停止搅拌，加热（启动电炉R）→当温度（检测器T动作）达到设定值时→停止加热（R为OFF），并放出混合液体（Y4为ON），至液体高度降为L3后，再经5秒延时，液体可以全部放完→停止放出（Y4为OFF）。液体混合过程结束。按动停止按钮，液体混合操作停止。4.实训内容及要求（1）按液体混合要求，设计PLC外部电路（配合使用通用器件板开关元器件）；（2）连接PLC外部（输入、输出）电路，编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）运行用户程序，观察程序运行结果。5.思考练习（1）分析程序运行结果。（2）试编写出搅拌与加热同时进行的程序，要求加热与搅拌条件同时满足后顺序向下执行，观测运行结果。（3）简述液位传感器L1，L2，L3的工作原理及实验时的操作方法。（4）结合实训过程和结果写出实训报告。题目六循环显示电路1.实训目的（1）熟悉PLC循环程序的编程；（2）了解工业顺序控制的基本原理；（3）学会熟练使用PLC解决动态显示问题。2.实训器材14 （1）计算机（编程器）1台；图1.20循环显示模拟控制板（2）实训装置（含S7-20024点CPU）1台；（3）循环显示实验模板1块；（4）连接导线若干。3.循环显示要求模板中心的黄灯L1亮红灯L2、.L3、.L4、.L5间隔0.5秒依次点亮1.5秒绿灯L6、L7、L8、L9间隔0.5秒依次点亮1.5秒黄灯L1熄灭1.5秒L2、L3、L4、L5同时熄灭1.5秒L6、L7、L8、L9同时熄灭1.5秒返回初始步，循环显示。4.实训内容及要求（1）按循环显示实验模板的要求，设计PLC外部电路（配合使用通用器件板开关元器件）；（2）连接PLC外部（输入、输出）电路，编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）运行用户程序，观察程序运行结果。5.思考练习（1）请重新设计1套循环显示程序流程，利用本控制模板，显示出不同的动态结果。（2）结合实训结果写出实训报告。题目七水塔水位系统1.实训目的（1）利用PLC构成水塔水位（液位）控制系统；（2）了解自动控制的工作原理及设备在日常生活中的应用。2.水塔水位的控制要求（1）初始状态：水箱没有水，液位开关S4断开（S4为OFF）。（2）控制要求：本装置上电后，按动启动按钮，电动阀Y通电（Y为ON）水箱开始注水，水箱水位达到S4高度后，液位开关S4闭合（S4为ON），水箱水位达到S3高度(水满)时，液位开关S3闭合（S3为ON）→注水电动阀Y14 断电（Y为OFF），水箱停止注水。此后，随着水塔水泵抽水过程的进行，水箱液面逐渐降低，液位开关S3（S3＝OFF）复位，随着抽水过程的继续进行，水箱液面继续降低，当液面低于开关S4时，液位开关S4复位（S4为OFF）→电动阀Y再次通电（Y为ON）水箱(自动)注水，水位达到S3时再次停止注水。如此循环，使水箱水位保持在S3～S4之间。当水箱水位高于S4液位，并且水塔水位低于水塔最低允许液面开关S2时（液位开关S2为OFF）→水泵电动机M开始运行，向水塔抽水。当液面达到最高液位开关S1时→水塔电机M停止抽水（M为OFF）；循环控制使得水塔水位自动保持在S1～S2之间变化。3.实训设备（1）计算机（编程器）1台；（2）实训装置（含S7-20024点CPU）1台；（3）水塔水位实验模板1块；（4）连接导线若干。4.实训内容及要求（1）按水塔水位的控制要求，设计PLC外部电路；（2）连接PLC外部（输入、输出）电路，编写用户程序；图7水塔水位模拟控制板（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）运行用户程序，观察程序运行结果。5.思考练习（1）联系抽水马桶与水塔水位系统，比较两者的工作原理和控制过程的异同，进一步理解水位控制系统的工作原理及控制过程。（2）结合实训结果写出实训报告。题目八电梯控制1.实训目的（1）掌握PLC的基本指令、功能指令的综合应用。（2）掌握PLC与外围控制电路的实际接线方法。（3）掌握随机逻辑程序的设计方法。14 2.实训器材（1）编程器1台（PC机）；（2）可编程序控制实验装置1台；（3）四层电梯自动控制演示板1块；（4）连接导线若干。3.实训内容与步骤电梯实验动作要求如下：图8-1电梯模拟控制板（1）电梯上行设计要求①当电梯停于1楼（1F）或2F、3F时，4楼呼叫，则上行到4楼碰行程开关后停止；②电梯停于1F或2F，3F呼叫时，则上行，到3F行程开关控制停止；③电梯停于1F，2F呼叫，则上行，到2F行程开关控制停止；④电梯停于1F，2F、3F同时呼叫，电梯上行到2F，停5秒，继续上行到4F停止；⑤电梯停于1F，3F、4F同时呼叫，电梯上行到3F，停5秒，继续上行到4F停止；⑥电梯停于1F，2F、4F同时呼叫，电梯上行到2F，停5秒，继续上行到4F停止；⑦电梯停于1F，2F、3F、4F同时呼叫，电梯上行到2F，停5秒，继续上行到3F，停5秒，继续上行到4F停止；⑧电梯停于2F，3F、4F同时呼叫，电梯上行到3F停5秒，继续上行到4停止。（2）电梯下行设计要求①电梯停于4F或3F或2F，1F呼叫，电梯下行到1F停止；②电梯停于4F或3F，2F呼叫，电梯下行到2F停止；③电梯停于4F，3F呼叫，电梯下行到3F停止；④电梯停于4F，3F、2F同时呼叫，电梯下行到3F，停5秒，继续下行到2F停止；14 ⑤电梯停于4F，3F、2F同时呼叫，电梯下行到3F，停5秒，继续下行到1F停止；⑥电梯停于4F，2F、1F同时呼叫，电梯下行到2F，停5秒，继续下行到1F停止；⑦电梯停于4F，3F、2F1F同时呼叫，电梯下行到3F，停5秒，继续下午到2F，停5秒，继续下行到1F停止；（3）各楼层运行时间应在15秒以内，否则认为有故障；（4）电梯停于某一层，数码管应显示该层的楼层数；（5）电梯上、下行时，相应的标志灯亮。4.I/O地址输入、输出地址分配参考：PLC进入RUN状态，电梯系统启动工作；PLC输出QO.0/Q0.1用于上行/下行指示和提升电机（M）正/反转控制。Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5.分别显示电梯所在的层位置1～4。输入地址分配如图1.23所示。一层：SQ1(I0.0)二层：SQ2(I0.1)三层：SQ3(I0.2)四层：SQ4(I0.3)一层：SB8(I0.7)二层：SB6(I0.5)三层：SB4(I0.6)四层：SB2(I0.4)一层：SB7(I1.3)二层：SB5(I1.2)三层：SB3(I1.1)四层：SB1(I1.0)图8-2电梯输入地址分配参考5.实验思考（1）按照题目给出的条件要求，最少需要多少点的PLC？（2）分析实训结果及本实训要求存在的主要问题。（3）根据实训结果写出实训报告。14