电气控制及PLC技术 电气工程学院 自动化系 杨霞 2018年1月.

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1 电气控制及PLC技术 电气工程学院 自动化系 杨霞 2018年1月

2 电气控制及PLC技术 实验讲解 实验一 三相异步电动机继电-接触器控制实验 实验二 认识可编程控制器的硬件与编程软件使用实验
实验四 交通信号灯控制实验 实验五 自主设计操作测验 （设计内容自选）

3 实验一 三相异步电动机继电-接触器控制 一、实验目的 1．看懂三相异步电动机铭牌数据和定子三相绕组六根引出线在接线盒 中的排列方式；
实验一 三相异步电动机继电-接触器控制 一、实验目的 1．看懂三相异步电动机铭牌数据和定子三相绕组六根引出线在接线盒 中的排列方式； 2．根据电动机铭牌要求和电源电压，能正确连接定子绕组(Y形或Δ形)； 3．了解复式按钮、交流接触器和热继电器等几种常用控制电器的结构， 并熟悉它们的接用方法； 4．通过实验操作加深对三相异步电动机直接起动、点动和正反转控制 线路工作原理、接线方式、操作方法及各环节作用的理解和掌握，明确 自锁和互锁的作用； 5．在理解顺序控制工作原理的基础上，学会对三相异步电动机进行简 单顺序控制； 6．学会检查线路故障的方法，培养分析和排除故障的能力。

4 实验一 三相异步电动机继电-接触器控制 二、预习要求 三、实验内容和步骤
实验一 三相异步电动机继电-接触器控制 二、预习要求 复习三相异步电动机直接启动、点动和正反转控制线路的工作原理， 并理解自锁、互锁及点动的概念，以及短路保护、过载保护和欠压保护 的概念。 三、实验内容和步骤 1．熟悉实验装置上的电源开关、交流接触器、按钮等器件接线端位置。 2．按图1和图2接线，进行如下实验： （1）点动实验：不接KM的自锁触点，按SB2。 （2）直接启动及停车试验：接上KM的自锁触点，启动按SB2，停车按 SB1。 （3）欠压保护实验：电动机启动后，拉开实验装置上的三相开关Q，使 电动机停转，然后重新合上实验装置上的三相开关Q，不按SB2按钮，观 察电动机是否会自行启动。 （4）电动机的正反转实验：拉开实验装置上的三相开关Q，将电动机定 子绕组的三根电源线中任意两根的一头对调，再合上实验装置上的三相 开关Q，重新启动电动机，观察电动机是否改变了转向。

5 实验一 三相异步电动机继电-接触器控制 图1 电动机正、反向点动控制电力接线示意图

6 实验一 三相异步电动机继电-接触器控制 图2 三相异步电动机单向启、保、停控制线路图

7 实验一 三相异步电动机继电-接触器控制 图3 三相异步电动机的正、反转控制电路图

8 实验一 三相异步电动机继电-接触器控制 四、实验报告内容 五、思考题 1．画出实验步骤中的线路图。 2．写出实验的操作步骤。
实验一 三相异步电动机继电-接触器控制 四、实验报告内容 1．画出实验步骤中的线路图。 2．写出实验的操作步骤。 3．写出实验心得。 五、思考题 1．在图2中，线路是如何实现电气互锁的？ 2．为什么图1主回路只串联两只发热元件？以星行连接的 负载为例，没有串联发热元件的一项发生过载时，是否也 能得到保护？ 3．热继电器是否也能起到短路保护？ 4．若在实验中发生故障，画出故障线路，分析故障原因。

9 实验二 认识可编程控制器的硬件与编程软件使用 ——SIMATIC编程软件使用方法练习
首先研究SIMATIC指令系统的基本操作方法，然后进行PLC的练 习实验。本实验给出了PLC控制系统实验要求的样例程序，参 考电路等PLC练习实验所需要的所有资料，可以通过程序输入、 调试、运行，逐步掌握PLC实验的基本方法。 1. 实验目的 （1）练习使用S7-200编程软件，了解PLC实验装置的组成。 （2）掌握用户程序的输入和编辑方法。 （3）熟悉基本指令的应用。 （4）熟悉语句表指令的应用及其与梯形图程序的和转还。

10 实验二 认识可编程控制器的硬件与编程软件使用 ——SIMATIC编程软件使用方法练习
2. 实验内容 （1）输入图2.1所示的梯形图，并转换成对应的语句表指令（也 可结合教材习题练习）。 （2）为梯形图2.1中段1注释，并用符号表为I0.0、I0.1、Q0.0添加 符号名（符号名可任意设定）。 （3）练习程序的编辑、修改、复制、粘贴的方法。 （4）将图2.1中程序改成图2.2，并转换成语句表程序，分析OLD、 ALD语句用法。 （5）参考教材，练习栈操作指令的使用方法。 （6）参考教材，练习定时器和计数器指令及参数的输入方法， 例如梯形图2.3。 （7）练习系统块设置的方法。

11 实验二 认识可编程控制器的硬件与编程软件使用 ——SIMATIC编程软件使用方法练习
网络1 LD I0.0 O Q0.0 AN I0.1 = Q0.0 网络2 A I0.1 LD M0.0 A Q0.1 OLD = Q0.1 图2.1 梯形图练习1

12 实验二 认识可编程控制器的硬件与编程软件使用 ——SIMATIC编程软件使用方法练习
LD I0.0 A I0.1 O M0.0 A Q0.1 LDN I0.2 O M0.1 A Q0.0 ALD = Q0.1 图2.2 梯形图练习2

13 实验二 认识可编程控制器的硬件与编程软件使用 ——SIMATIC编程软件使用方法练习
部分含有定时器的梯形图

14 实验二 认识可编程控制器的硬件与编程软件使用 ——SIMATIC编程软件使用方法练习
部分含有计数器的梯形图

15 实验二 认识可编程控制器的硬件与编程软件使用 ——SIMATIC编程软件使用方法练习
3. 实验步骤 （1）开机（打开计算机电源，但不接PLC电源）。 （2）进入S7-200编程软件 。 （3）选择语言类型（SIMATIC）。 （4）输入CPU类型。 （5）由主菜单或快捷按钮输入、编辑程序。 （6）进行编译，并观测编译结果，修改程序，直至编译成功。

16 实验二 认识可编程控制器的硬件与编程软件使用 ——SIMATIC编程软件使用方法练习
4. 实验报告内容 （1）以图2.1为例，总结梯形图输入及修改的操作 过程。 （2）写出梯形图添加注释及符号名的操作过程。 （3）总结OLD、ALD指令和栈操作指令的使用方法。 （4）简述系统块设置的方法。 5. 思考练习 （1）分析各种定时器的使用方法及不同之处。 （2）总结程序输入、调试的方法和经验。

17 实验三 三相异步电动机的PLC控制 一、实验目的 二、实验设备 1.学习西门子s7-200 PLC与外部设备的连接。
2.学习编程软件STEP7-Micro/WIN32的操作。 3.根据三相交流异步电机的原理图，学习用PLC来控制电机的正反转和Y/△启动的方法。 二、实验设备 1.西门子s7-200 可编程序控制器一台 2.装有STEP7-Micro/WIN32软件的微机一台 3.三相交流异步电动机一台及相关实验设备。

18 实验三 三相异步电动机的PLC控制 图 电机控制PLC电气原理图

19 实验三 三相异步电动机的PLC控制 三、实验内容

20 实验三 三相异步电动机的PLC控制 实验1 电机正反转控制 I/O分配： 实验任务：
实验1 电机正反转控制 I/O分配： 实验任务： 当按下按钮SB1时，KM△接通， KM1灯亮，电机正转；当按下 按钮SB2时，KMY接通，KM2灯 亮，电机反转；KMY和KM△绝 不能同时接通；正反转之间要 联锁。（特殊内部标志位存储 器SM0.0， RUN状态监控，PLC 在运行RUN状态，该位始终为1） 输入信号 信号元件及作用 I0.0 I0.1 I0.2 SB1：正转 SB2：反转 SB3：停止 输出信号 控制对象及作用 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 KM1 KM2 KM△ KMY

21 电机正反转控制参考梯形图程序 I0.0↓→Q0.2→Q0.0正转 I0.1↓→Q0.3→Q0.1反转 I0.0↓→Q0.2→角起
正反转互锁 I0.1↓→Q0.3→Q0.1反转 I0.0↓→Q0.2→角起 星角互锁 I0.1↓→Q0.3→星起

22 实验三 三相异步电动机的PLC控制 实验2 自锁运行实验 I/O分配： 实验任务：
按下SB1，KM1、KM△接 通，电动机正转。5秒后 KM△断开，2秒钟后KM2、 KMY接通，电动机反转， 5秒后断开，2秒后KM1、 KM△接通，如此交替； 按下停止按钮SB2，KM 灯全灭，电机停止运行。 输入信号 信号元件及作用 I0.0 I0.1 SB1：正转 SB2：反转 输出信号 控制对象及作用 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 KM1 KM2 KM△ KMY

23 自锁运行实验参考梯形图程序

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26 实验三 三相异步电动机的PLC控制 实验3 电机Y-△降压起动 I/O分配： 输入信号 信号元件及作用 I0.0 I0.1 SB1：正转
输出信号 控制对象及作用 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 KM1 KM2 KM△ KMY 实验任务： 按下按钮SB1，电机 KM1、KMY启动并正转； 2秒后，KMY断开，电 机KM△接通，并一直 运行；按SB2，电机停 止运作。

27 实验三 三相异步电动机的PLC控制 电机Y-△起动参考梯形图程序

28 实验三 三相异步电动机的PLC控制 参考梯形图程序

29 实验三 三相异步电动机的PLC控制 四、实验报告内容 1．画出实验步骤中的线路图，并说明各器件的作用。 2．写出实验的操作步骤，控制梯形图。
3．写出实验心得 五、思考题 1．继电器控制电路转换为梯形图法。 2．自锁运行的观察。 3．电机Y-△启动的原因。

30 实验四 交通信号灯控制 一、实验目的 二、实验设备 三、实验内容 1.学习西门子S7-200 PLC与外部设备的连接。
实验四 交通信号灯控制 一、实验目的 1.学习西门子S7-200 PLC与外部设备的连接。 2.学习编程软件STEP7-Micro/WIN32的操作。 3.进一步学习PLC控制程序设计。 4.根据交通信号灯控制规则，学习用PLC来控制交通信号灯的方法。 二、实验设备 1．西门子S7-200 可编程序控制器一台 2．装有STEP7-Micro/WIN32软件的微机一台 3．交通信号灯实验设备。 三、实验内容 设计PLC程序控制十字路口的红绿黄三色信号灯，并通过交通信号灯实验板 验证程序的正确性。

31 实验四 交通信号灯控制 图 红绿灯控制PLC电气原理图

32 实验四 交通信号灯控制 实验1 交通灯实验 I/O分配： 实验任务： 第一步：东西绿灯和南北红灯 亮10秒钟
实验四 交通信号灯控制 实验1 交通灯实验 I/O分配： 实验任务： 第一步：东西绿灯和南北红灯 亮10秒钟 第二步：东西黄灯和南北红灯 闪 亮5秒钟 第三步：东西红灯和南北 绿灯 亮10秒钟 第四步：东西红灯和南北黄灯 闪亮5秒钟 第五步：返回到第一步 输入信号 信号元件及作用 元件或端子位置 输出信号 控制对象及作用 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 东西绿灯 东西黄灯 东西红灯 南北绿灯 南北黄灯 南北红灯 交通灯实验区

33 实验四 交通信号灯控制 参考梯形图程序

34 实验四 交通信号灯控制

35 实验四 交通信号灯控制

36 实验四 交通信号灯控制 实验2 按钮控制实验 实验任务：
实验四 交通信号灯控制 实验2 按钮控制实验 实验任务： 人行道口常态亮红灯,当人行 道口的按钮按下时，人行道 的交通灯绿灯随下一次十字 路口的南北绿灯亮一次,之后 再次一直亮红灯。在人行道 亮过绿灯的1分钟内按下人行 道按钮均不响应。1分钟之后 按下可重复前面的动作。 I/O分配： 输入信号 信号元件及作用 元件或端子位置 输出信号 控制对象及作用 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 东西绿灯 东西黄灯 东西红灯 南北绿灯 南北黄灯 南北红灯 交通灯实验区

37 实验四 交通信号灯控制 参考梯形图程序

38 参考梯形图程序

39 参考梯形图程序

40 实验四 交通信号灯控制 四、实验报告 五、思考题 设计方案；梯形图、I/O接线图；操作步骤；运行结果， 程序修改和评价。 1.定时器的应用。
实验四 交通信号灯控制 四、实验报告 设计方案；梯形图、I/O接线图；操作步骤；运行结果， 程序修改和评价。 五、思考题 1.定时器的应用。 2.按钮控制如何？

41 实验五 自主设计操作测验 一、实验目的 二、实验设备 三、实验要求 对PLC控制理论、PLC程序设计及实际操作综合测评。
实验五 自主设计操作测验 一、实验目的 对PLC控制理论、PLC程序设计及实际操作综合测评。 二、实验设备 1．西门子s7-200 可编程序控制器一台 2．装有STEP7-Micro/WIN32软件的微机一台 3．各相关实验设备。 三、实验要求 控制程序学生完全自主设计，在四层电梯控制、混料罐控制、 输料线控制、天塔之光控制、自控轧钢机控制、邮件分拣控 制、自动售货机控制等设计中任选其一，或者自创，在PLC上 执行这个程序，并实际控制被控对象运行，以验证程序的功 能和正确性。

42 实验五 自主设计操作测验 四、实验步骤 五、实验报告 1.程序设计要求
实验五 自主设计操作测验 1.程序设计要求 设计的程序要求进行顺序控制，至少有六个状态(及格标准)，具体规律 由设计者自己确定。 2.设计报告 对程序设计要求有完整的设计报告，其内容包括： ①自定的文字控制方案；②输入输出信号表；③PLCI/O分配接线图；④功能流程图； ⑤梯形图；⑥运行结果。设计报告在程序运行之前统一交上来。 3.考核 由程序的正确性和复杂程度、设计报告情况、独立完成情况决定成绩。 四、实验步骤 课前设计、调试，课上接线、考核。 五、实验报告 设计方案；梯形图；运行操作步骤；运行结果，程序修改和评价。

43 四层电梯控制（四层内选升降控制） 电梯为四层四站有司机驾驶客梯,上下运行由直流电机拖动， 电机正转时电梯下降，反转时上升。轿厢行走由滑块动作示 意,开门动作由信号灯示意。每层的电梯门旁装有外呼电梯轿 厢升降的按钮SB1～­­‍SB5T，内呼梯轿厢升降的按钮SB6～­­‍SB9， 轿厢运行的井道内装有位置控制行程开关SQ1～SQ4。由于按 钮和信号灯数目不够，开关门信号则由天塔之光实验区的L5、 L8两组灯代替。 实验任务：用内部楼层选择信号1～4控制轿厢升降到相应楼 层；轿厢运行过程中有选择信号时，优先执行前方的选择信 号；轿厢到达选择的楼层后，停车3秒再继续运行或等待信号； 未选择的楼层不停留。

44 混料罐控制（循环运行实验） 实验特点：本实验是在基本实验中的简单的模拟工业生产中的混 料罐生产工艺全过程实验。其中的液面设计是通过电机电动嵌有 LED灯的滑块。在移动中照料混料罐面板来进行实验的。电磁阀 和搅拌电机用LED灯来模拟。3个限位开关连接 LED指示灯。实验 效果如下图所示。 实验任务：液面在最下方时，按下启动按钮。液体A阀门打开， 液体A流入容器；当液面升到M传感器检测位置时，液体A阀门关 闭，液体B阀门打开；当液面升到H传感器检测位置时，液体B阀 门关闭，搅拌电机开始工作。搅拌电机工作5秒后停止搅拌，混 合液体C阀门打开，开始放出混合液体。当液面降到L传感器检测 位置时，延时两秒，关闭液体C阀门，开始下一周期操作。

45 输料线控制（自动运行实验） 实验任务： 按下启动按钮，皮带1启动，经过5秒皮带2启动，再经过5秒 皮带3启动，再经过5秒，卸料阀打开，物料流下经各级皮带 向后下放传送进入下料仓。料满后，卸料阀关闭，停止卸料， 经过5秒后，皮带3停止，再经过5秒，皮带2停止。料欠则重 复执行

46 天塔之光控制（顺序点亮控制） 实验任务： L1灯亮，1秒后L2灯亮，再过1秒后L3灯亮……再过1秒后L8 灯亮，再过1秒后全部灯熄灭。

47 自动售货机控制（单交易系统） 实验目的：掌握基本逻辑指令的使用方法，熟悉传送比较 指令和四则运算指令的用法。
实验特点：本实验是模拟现实生活中的自动售货机的工作 情况而设计的实验。实验中，取物及退币用LDE灯来模拟， 其他与现实中的自动售货机基本相似。注：本实验八段码 数码管带74LS247N译码模块。 实验任务：该机接受硬币后能自动送出顾客选择的商品并 找零。要求实现：按下投币口按钮1元或5元，数码管显示 投币金额之和（不能大于9元）。有四种商品可选：纯水一 元；可乐二元；牛奶三元；酸奶四元。按下商品对应按钮 时，数码管显示金额变为原金额减去所买商品价格之差， 即余额。

48 邮件分拣控制（邮码检测实验） 实验目的：掌握邮件分拣机的的工作原理，熟悉数字量的应用，学习BCD码向 BIN码的转换。 实验特点：
实验时，打开启动开关后按“检测邮码”按钮，当前的邮码输入PLC中。若检测到 此邮码有效，则L2亮，表示开始分拣，不能再进邮件，同时电机M5运行，带动 皮带运行输送邮件。邮件运送到与邮码相对应的邮箱处时，M5停止运行。则分 拣机M1～M4中相应的那一台动作（用发光二极管发亮表示），将该邮件推入 对应邮箱（二极管发亮）。若检测到邮码无效时，L1亮，表示出错，分拣机停 止工作，需按下复位键，才能重新运行。当拨下停止开关时，待本轮分拣结束 后系统停止运行。 实验任务：按下检测邮码按钮,拨码盘上对应灯亮,超出范围灯不亮，邮政编码只 有1～5编码有效，其它为无效码。

49 自控轧钢机控制（计数自动控制） 实验目的：根据自控轧钢机的原理图，在实验中掌握自控轧钢机的工作原理。 练习步进顺控指令，学习用PLC来构成轧钢机自控系统。 实验介绍：自控轧钢机的压力输出端为一特殊端子，其功能是：开机时，ABC 三个发光二极管均为OFF，端子第一次接通时，最上面的A灯亮，表示有一个压 下量；第二次接通时，上面和中间的A、B灯亮，表示有两个压下量；第三次接 通时，A、B、C三灯都亮，表示有三个压下量；第四次接通时，A、B、C三灯皆 熄灭，表示轧钢机复位；第五次接通时动作同第一次，如此循环。 其中电机MI、M2、M3和皮带的正反转均由相应的发光二极管表示其工作状态， Y1的亮灭模拟汽缸的状态。 实验任务：打开启动开关，电机M1、M2运行，传送钢板。传送带上有钢板时， 传感器S1＝ON，电机M3正转；当钢板传送到位时，S1＝OFF，S2＝ON，M1、 M2=OFF,电磁阀Y1动作，电机M3反转，压力输出端接通，给一向下压下量，A灯 亮；S2信号消失，S1＝ON，电机M3正转；S1的信号消失时，S2＝ON，电机M3 反转，压力输出端再次接通，又给一向下压下量，B灯亮；S2信号消失，S1＝ ON，电机M3再次正转；第三次S1＝OFF时，S2＝ON，电机M3反转，压力输出 端又给一向下压下量，C灯亮，系统停留4秒，进行轧钢作业；S2信号消失，S1 ＝ON，电机M3再次正转；第三次S1＝OFF时，S2＝ON，电机M3反转，压力输 出端再次接通，A、B、C三灯都熄灭，程序计数一次；等待3秒后，从头继续运 行；计数达到3次后，程序自动停止。