《电气控制及PLC技术》实验指导书

电气控制及PLC技术实验指导书

（西门子S7-200）

电气工程学院

目录

前言 (1)

实验一三相异步电动机的继电－接触器控制 (3)

实验二三相异步电动机的PLC控制 (7)

实验三交通信号灯控制 (12)

实验四自主设计操作测验 (17)

附录四层电梯控制 (18)

混料罐控制 (22)

输料线控制 (25)

天塔之光控制 (29)

自控轧钢机控制 (31)

邮件分拣控制 (35)

自动售货机控制 (38)

前言

实验基本要求及操作

实验是科学技术得以发展的重要保证，是研究自然科学的手段。《PLC原理及应用》实验是《PLC原理及应用》理论课程的重要组成部分，也是培养从事电气控制、电力传动及其自动化等技术人员实验技能的重要环节。

一、实验设备

二、实验方法

一）实验目的

1.在《PLC原理及应用》理论课知识基础上，进行实验基本技能的训练。

2.巩固和加深所学的理论知识，培养运用理论分析和解决实际问题的能力。

3.培养实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯。

二）技能要求

1.能正确使用实验仪器设备，掌握实验方法及数据分析方法。

2.能正确连接实验线路，读取数据，观察曲线，能初步分析和排除故障。

3.能正确利用实验手段验证一些理论和结论。

4.能正确书写实验报告和绘制图表，对数据进行处理，曲线进行分析，得出结论。

三）实验要求

（一）课前预习

教学实验受时间及条件限制。在规定的时间内能否很好完成实验任务，达到实验目的与要求，很大程度上取决于课前准备的是否充分。因此，要求学生课前进行预习。

1.仔细阅读实验指导书及相关参考资料，明确实验目的及任务，了解实验的基本原理及实验线路、方法及步骤，具此编写实验报告。

2.对实验中要观察哪些现象，记录哪些数据曲线，注意哪些注意事项做到心里有数。

3.对实验指导书中提出的思考问题及注意事项要有深刻印象，以便在实验中观察和注意。

（二）.实验操作

1.学生到指定的实验台，认真领会指导老师对实验的讲解、要求及注意。

2.实验中所用仪器设备连线操作规范。

3.实验线路连接好后，认真检查后，一定要实验老师检查无误后，方可通电。

4.实验过程中，认真调试观察，发现异常，及时查找原因处理。

5.实验完毕，先切断电源，再根据实验要求核对实验数据，经指导教师审核通过后再拆线路，并将仪器、接线按要求安放整齐。

（三）.实验报告

实验报告是学生进行实验全过程的总结，是完成实验教学环节的凭证，要求文字简洁、工整、曲线图表清晰，结论要有科学根据。实验报告应包括以下内容：

1.实验目的

2.实验仪器：实验中使用的主要仪器名称、规格型号与参数。

3.实验原理

4.实验步骤：具体任务要求，绘实验电路图。

5.实验记录：数据表格、曲线。

6.实验分析：数据计算，曲线及误差分析。

7.实验结论：实验与理论相符，实验中发生的问题、现象及事故分析，对实验的建议和设想。

8.思考问题：对实验指导书中思考问题进行解答。

实验一三相异步电动机的继电－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．了解按钮、交流接触器和热继电器等几种常用控制电器的结构、功能和作用，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。

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。

“可逆”控制：就是可同时控制电机正转或反转。生产过程中，生产机械的运动部件往往要求能进行正反两反向的运动，这就是拖动电机能作正反向旋转。由电机原理可知，将接至电机的三相电源进线中的任意两相对调，即可改变电机的旋转方向，所以可逆运行控制线路实质上是由两个方向相反的单向运行控制线路构成。但为了避免误动作引起电源相间短路，往往在这两个相反方向的单向运行线路中加设必要的机械及电气互锁。按照电机可逆运行操作顺序的不同，分别有“正←→停←→反”和“正←→反←→停”两种控制线路。对于“正←→停←→反”控制线路，要实现电机由“正转→反转”或“反转→正转”的控制，都必须先按下停止按钮，再进行反向起动，见图1-4。然而对于生产过程中要求频繁实现正反转的电机，为提高劳动效率，减少辅助工时，往往要求能直接实现正反转控制。图1-5所示为三相异步机“正←→反←→停”可逆旋转过程中按下SB2或SB3按钮可直接实现电机的正反转切换，当然，该线路也能实现“正←→停←→反”操作。

1.按钮、接触器和电动机的点动控制电路

FU2FU2

（a）简单点动控制线路（b）即可点动又可保持的控制线路

图1-1 三相异步电动机点动控制电路

图1-2 功率较大的电动机的点动

2.单向启、保、停控制线路

图1-3 三相异步电动机单向启、保、停控制线路

3.三相异步电动机的正、反转控制电路

图1-4 三相异步电动机的正、反转控制电路（正-停-反）

图1-5 三相异步电动机的正、反转控制电路（正-反-停）

三、实验设备

1、0.25kw异步电动机一台；

2、磁粉刹车器一台；

3、示波器一台；备有交流接触器、热继电器、按钮等的电动机控制单元综合试验台一台、导线若干

四、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、按钮等器件接线端的位置。

2.可实现点动的控制线路实验（按图1-2接线）

3.单向启、保、停控制实验（按图1-3接线）

4.直接启动及停车实验（按图1-3接线）：接上KM的自锁触点，启动按SB2，停车按SB1。

5.欠压保护实验（按图1-3接线）：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。

6.电动机启、保、停控制的正反转实验（按图1-4接线）：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。

注意：每项实验完结都要断电后拆除线路。

五、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。

3．写出实验心得。

六、思考题

1．在图1-4中，线路是如何实现电气互锁的？

2．为什么图1-3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？

4．零压保护是如何实现的？

5．若在实验中发生故障，画出故障线路，分析故障原因。附：

电动机正、反向点动控制电力接线示意图

实验二三相异步电动机的PLC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．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。

三、实验内容

图2-1 三相异步电动机控制实验示意图

图2-1为三相交流异步电机的实验原理及实验模拟图。此实验的控制对象是一台三相交流异步电动机，要完成的功能的是用PLC控制三相交流异步电动机的正反转和Y/△启动。要完成这两项功能，除电机外，还需要四组三相交流接触器KM1、KM2、KMY和KM△，以及3个按钮SB1、SB2、SB3。

图中的M代表三相交流异步电动机，两个箭头旁分别有一个发光二极管，其中，红灯亮表示电机正转，绿灯亮表示电机反转，都不亮表示电机停转；代表KM1、KM2、KMY 和KM△的发光二极管亮时表示该接触器线圈得电，对应的常开触点闭合。

实验1 电机正反转控制

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。

I/O分配：

参考梯形图程序：

实验2 自锁运行实验

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。

I/O分配：

参考梯形图程序：

实验3 电机Y-△启动

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。

I/O分配：

参考梯形图程序：

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。

实验三交通信号灯控制

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。

实验1 交通灯实验

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

I/O分配：

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：

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？

实验四自主设计操作测验

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，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。

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，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自定的控制要求。

②输入输出信号表。

③梯形图。

④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，课上调试。

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。

附录：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。

I/O

输入信号信号元件及作用元件或端子位置

I0.6

I0.7

I1.0

I1.1

I1.2

I1.3

I1.4

I1.5

一层内呼叫

二层内呼叫

三层内呼叫

四层内呼叫

SQ1

SQ2

SQ3

SQ4

四层电梯控制实验区

输出信号控制对象及作用元件或端子位置

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

PWM

上行

下行

L1

L2

L3

L4

四层电梯控制实验区参考梯形图程序：