可编程控制器实验指导书

可 编 程 序 控 制 器 实 验 系 统

实 验 指 导 书

华中科技大学文华学院机电一体化实验室

目 录

实验一 三相异步电动机启停控制实验 ........................................（1） 实验二 PLC控制三相异步电动机正反转实验 ...........................（4） 实验三 实验四 实验五

PLC控制三相异步电动机变频调速实验 .......................（8） PLC顺控程序设计及调试实验 .....................................（15） PC与PLC串行通信程序设计与调试实验 ..................（18）

实验一 三相异步电动机启停控制实验

一、实验目的

1．进一步学习和掌握接触器以及其它保护电器的结构、工作原理和使用方法； 2．通过三相异步电动机的启、停控制电路的实验，进一步学习和掌握接触器控制电路的结构和工作原理。 二、实验原理

图1.1为三相异步电动机的继电器－接触器基本启停控制电路，左边部分为主回路，右边部分为控制回路。

~380VLQGFUNFRSB2SB1KMKMFRM3~KM

图1.1 三相异步电动机直接启停控制电路

图中：

QG——刀开关，电源开关；

FU——熔断器，电路的基本保护之一，短路保护； FR——热继电器，电路的基本保护之二，过载保护；

KM——接触器，是三相异步电动机起停控制的主要电器，控制回路控制线圈的得电或失电，从而控制主触头闭合或断开，使电动机接通电源运行或断开电源停止。

SB1——启动按钮； SB2——停止按钮。

- 1 -

电路的基本工作原理：首先合上刀开关QG ，再按下启动按钮SB1，KM线圈得电并自锁，主触头闭合，电动机接通电源运行。按下停止按钮SB2，KM线圈失电，主触头断开，电动机断电停止。 三、实验步骤

实验电路如图1.2所示。图中QF5为断路器，它集刀开关、熔断器和热继电器的功能于一体，在电路中起电源开关、短路保护、过载保护以及欠压保护的作用。电路中控制的交流电动机M为主轴电动机，因此，电动机运行时，主轴旋转。

1．在操作面板上找到交流电源、交流电机、接触器KM5以及操作按钮“启动”、“停止”所对应的接线端子；

2．在未通电的情况下，按图1.2完成控制电路的接线（为了安全起见，虚线外的连线已接好）；

图1.2 三相异步电动机直接启停控制电路接线图

3．经老师检查认可后进行下面操作；

4．合上电源开关，观察电动机和接触器的工作状态；

5．按下操作控制面板上“启动”按钮，观察接触器和电动机的工作状态；

- 2 -

6．按下操作控制面板上“停止”按钮，观察接触器和电动机的工作状态。 7．当未合上断路器QF5时，进行4和5步操作，观察结果。 四、注意事项

1．接线和拔线时，请务必断开电源开关； 2．电源开关合上后，请不要用手触摸接线端子；

3．请务必不能将导线一端接入交流电源、交流电机、KM5的接线端子上，另一端放在操作台上而合上QF5。

4．通电实验时，请不要用手触摸主轴。 五、实验用电器元件和工具

三相异步电动机 1台 断路器（QF5） 1个 接触器（KM5） 1个 按 钮 2个 实验导线 若干 六、实验前的准备

预习实验指导书，复习教材的相关章节。 七、实验报告要求

1． 记录实验中所用异步电动机的名牌数据； 2． 弄清QF5型号和功能；

3． 比较实验结果和电路工作原理的一致性； 4． 说明6步的实验结果并分析原因。 八、思 考 题

1． 实验电路中，控制回路的控制电压是多少？

2． 接触器是交流接触器，还是直流接触器？接触器线圈的工作电压是多少 3． 如果将控制回路从W4的连线改接在W5上，电路是否能正常工作？为什么？ 4． 控制电路是怎样实现短路保护和过载保护的？ 5． 电动机什么情况下采用直接启动方法？

- 3 -

实验二 PLC控制三相异步电动机正反转实验

一、实验目的

1． 学习和掌握PLC的实际操作和使用方法 ；

2． 学习和掌握PLC控制三相异步电动机正反转的硬件电路设计方法； 3． 学习和掌握PLC控制三相异步电动机正反转的程序设计方法； 4． 学习和掌握PLC控制系统的现场接线与软硬件调试方法。 二、实验原理

三相异步电动机定子三相绕组接入三相交流电，产生旋转磁场，旋转磁场切割转子绕组产生感应电流和电磁力，在感应电流和电磁力的共同作用下，转子随着旋转磁场的旋转方向转动。因此转子的旋转方向是通过改变定子旋转磁场旋转的方向来实现的，而旋转磁场的旋转方向只需改变三相定子绕组任意两相的电源相序就可实现。

如图2.1所示为PLC控制异步电动机正反转的实验原理电路。

图2.1 PLC控制三相异步电动机正反转实验原理图

- 4 -

左边部分为三相异步电动机正反转控制的主回路。由图2.1可知：如果KM5的主触头闭合时电动机正转，那么KM6主触头闭合时电动机则反转，但KM5和KM6的主触头不能同时闭合，否则电源短路。

右边部分为采用PLC对三相异步电动机进行正反转控制的控制回路。由图可知：正向按钮接PLC的输入口X0，反向按钮接PLC的输入口X1，停止按钮接PLC的输入口X2；继电器KA4、KA5分别接于PLC的输出口Y23、Y24，KA4、KA5的触头又分别控制接触器KM5和KM6的线圈。

实验中所使用的PLC为三菱FX2N系列晶体管输出型的，由于晶体管输出型的输出电流比较小，不能直接驱动接触器的线圈，因此在电路中用继电器KA4、KA5做中间转换电路。

在KM5和KM6线圈回路中互串常闭触头进行硬件互锁，保证软件错误后不致于主回路短路引起断路器自动断开。

电路基本工作原理为：合上QF1、QF5，给电路供电。当按下正向按钮，控制程序要使Y23为1，继电器KA4线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM5的线圈得电，主触头闭合，电动机正转；当按下反向按钮，控制程序要使Y24为1，继电器KA5线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM6的线圈得电，主触头闭合，电动机反转。 三、实验步骤

1．断开电源开关，按图2.2接线（为安全起见，虚线框外的连线已接好）； 2．在老师检查合格后，合上电源开关；

3．运行PC机上的工具软件FX-WIN，并使PLC工作在STOP 状态； 4．输入编写好的PLC控制程序并将程序传至PLC；

5．使PLC工作在RUN状态，操作控制面板上的相应按钮，实现电动机的正反转控制（按下“正向”按钮，电机正转；按下“反向”按钮，电机反转；按下“停止”按钮，电机停转）。在PC机上对运行状况进行监控，同时观察继电器KA4、KA5和接触器KM5 、KM6的动作以及主轴的旋转方向，调试并修改程序直至正确 ；

6．重复4、5步骤，调试其它实验程序。

- 5 -

图 2.2 实验接线图

四、实验说明及注意事项

1．本实验中，继电器KA4、KA5的线圈控制电压为24V DC，其触点5A 220V AC（或5A 30V DC）；接触器KM5、KM6的线圈控制电压为220V AC，其主触点25A 380V AC。

2．三相异步电动机的正、反转控制是通过正、反向接触器KM5、KM6改变定子绕组的相序来实现的。其中一个很重要的问题就是必须保证任何时候、任何条件下正反向接触器KM5、KM6都不能同时接通，否则会造成电源相间瞬时短路。为此，在梯形图中应采用正反转互锁，以保证系统工作安全可靠。

3．接线和拔线时，请务必断开电源； 4．电源合上后，请不要用手触摸接线端子；

5．请务必不能将导线一端接入交流电源、交流电机、KM5、KM6的接线端子上，另一端放在操作台上而合上QF5。

6．通电实验时，请不要用手触摸主轴；

7．不可将PLC的输出端口和公共端之间直接接电源，否则会烧坏PLC输出端口。

- 6 -

五、实验用仪器工具

PC 机 1台 PLC 1台 编程电缆线 1根 三相异步电动机 1台 断路器（QF1、QF5） 2个 接触器（KM5、KM6） 2个 继电器（KA4、KA5） 2个 按钮 3个 实验导线 若干 六、实验前的准备

1．预习实验指导书报告，复习教材的相关章节；

2．熟悉三菱FX2N编程工具、编程方法以及调试监控方法； 3．根据实验电路，编写好如下实验程序（梯形图、指令代码均可）：

1）按“正向”按钮，主轴正转，按“反向”按钮，主轴反转。但主轴由正转变反转或由反转变正转必须先停止；

2）无论主轴处于何种状态（正转、反转或停止），按“正向”按钮，主轴正转，按“反向”按钮，主轴反转。

3）改变“正向”、“反向”、“停止”按钮与PLC输入接口的连接对应的程序。 七、实验报告要求

画出调试好的程序梯形图，写出指令代码，分析实验结果。 八、思 考 题

1．试比较继电器和接触器的结构及工作原理的异同点。

2．请说明本实验中继电器的线圈工作电压和接触器的线圈工作电压分别是多少？ 3．试比较可编程控制器的三种输出接口：晶体管输出方式、晶闸管输出方式、继电器输出方式的工作原理异同点。

4．能否将接触器KM5，KM6的线圈直接接至PLC的输出端Y23、Y24（注：本实验所用的PLC为FX2N-48MR，其输出接口为继电器型）？

- 7 -

实验三 PLC控制三相异步电动机变频调速实验

一、实验目的

1. 学习和掌握变频器的操作及控制方法 ； 2. 深入了解三相异步电动机变频调速性能；

3. 进一步学习PLC控制系统硬件电路设计和程序设计、调试。 二、实验原理

通过改变三相异步电动机定子绕组电压的频率，可以改变转子的旋转速度，当改变频率的同时改变电压的大小，使电压与频率的比值等于常数，则可保证电动机的输出转矩不变。

变频器就是专用于三相异步电动机调频调速的控制装置。它的输入为单相交流电压（控制750W及以下的小功率电动机）或三相交流电压（控制750W以上的大功率电动机），而输出为幅值和频率均可调的三相交流电压供给三相异步电动机。

变频器的生产厂家很多，产品也很多，但基本原理相同。本实验中采用的是松下小型变频器VF0 200W，使用时要考虑操作模式和频率设定模式。

1． 操作模式：正转、反转控制方式。

对于电动机正、反转的控制有外部操作和面板操作两种模式，通过专用参数的设定来确定。

面板操作模式：通过变频器自带面板上的操作键实现正转、反转控制；

外部操作模式：通过接在变频器专用输入端上开关信号的接通、断开实现正转、反转控制。

2． 频率设定模式：运行频率设定方式。

运行频率的设定方式分为面板设定、外部设定两种，通过专用参数的设定来确定。 面板设定模式：通过变频器自带面板上的电位器或专用键来设定频率的大小。 外部设定模式：通过变频器上专用输入端上的电位器、电压信号、电流信号、开关编码信号或PWM信号来设定频率的大小。

本次实验的主要内容有两种。 1． 外部操作和外部电位器频率设定；

2． 外部控制和外部开关编码信号频率设定。 实验原理电路如图3.1所示。

- 8 -

口，否则会烧坏变频器；

5．不可将PLC的输出端口和公共端之间直接接电源，否则会烧坏PLC输出端口。 五、实验用仪器工

PC 机 1台 PLC 1台 变频器 1台 三相异步电动机 1台 断路器（QF1、QF4） 2个 继电器（KA3） 1个 接触器（KM4） 1个 按钮 5个 实验导线 若干 六、实验前的准备

预习实验指导书及附录相关内容，编写好实验用程序。 七、实验报告要求

1．画出PLC控制程序梯形图并写出相对应的指令代码 ；

2．已知电动机的转差率S＝0.02，主轴的机械传动比j＝47/36，请计算表3.4、3.5各频率下对应主轴的理想速度，并与实测值进行比较，分析误差产生的主要原因。

3．将两种速度设定方法所测得的实际速度进行比较分析。 八、思 考 题

1．三相异步电动机调速的主要方法有几种？

2．为什么三相异步电动机调频调速时要同时改变电压的大小？

- 14 -

实验四 PLC顺控程序设计及调试实验

一、实验目的

1．学习和掌握PLC的实际操作方法 ；

2．学习和掌握PLC顺控程序的设计及调试方法 ； 二、实验原理

PLC的主要功能之一是逻辑控制和顺序控制，本实验就是通过对三个灯的顺序通断电的控制实验，达到学习和掌握计数器、定时器的使用方法以及逻辑控制的编程和调试方法。

当按下起动按钮后，顺序控制的动作循环如图4.1所示。

仅灯L1亮5S 起动 N 循环次数为3 结束 图 4.1 顺序控制动作循环图

由图4.1可知：除三个灯亮有一定顺序要求外，还有时间和计数要求，即要使用PLC的内部资源定时器和计数器。

顺序控制的编程方法有常用的经验法和状态转移图两种方法。

经验法就是利用继电器接触器电路的设计方法进行程序设计，这种方法设计的程序往往不够完整，调试工作量大。

状态转移图程序设计方法是一种类似于动作循环图的程序表达

图4.2 实验电路原理图

- 15 -

仅灯L2亮5S 仅灯L3亮5S 循环次数加1 Y

方式，使用PLC专用元件——状态元件S，具有逻辑顺序关系清楚，调试方便的特点（详细编程方法见相关使用说明书）。

实验电路原理图如图4.2所示。

顺序工作的原理为：当按下“启动”按钮时，三个灯按图3.1动作顺序自动循环三次而停止。在循环的过程中，按下“停止”按钮，循环立即停止，所有灯熄灭。 三、实验步骤

1．在断电的情况下，按图4.3接线 （虚线外的连线已接好）； 2．经老师检查合格后方可接通电源；

3．运行工具软件FXGP-WIN，输入已编辑好的程序梯形图； 4．执行“工具/转换”将梯形图转换为指令代码；

图4.3 实验电路接线图

5．执行“PLC/传送/写出”，将控制程序传给PLC；

6．执行“PLC/运行”，执行控制程序，按下“启动”按钮，观察信号灯的亮灭情况； 7．如果信号灯的亮灭情况不正确，须进行程序修改和调试。可借助“梯形图监控”和“元件监控”两种方法对程序进行监控、调试，直至程序正确 。

- 16 -

四、实验仪器及工具软件

PC 机 1台 PLC 1台 RS-232串行电缆线 1根 断路器 1个 按钮 2个 指示灯 3个

实验导线 若干 五、实验说明及注意事项

1．不可带电拔插RS-232串行电缆线，以免损坏PC和PLC接口； 2．直流24V电源的极性一定要正确；

3．不可将PLC的输出端口和公共端之间直接接电源，否则会烧坏PLC输出端口。

六、实验前的准备

1．预习实验指导书，编写顺序控制的经验法程序和状态转移图程序的梯形图； 2．熟悉三菱FX2N系列PLC编程软件的使用方法。 七、实验报告要求

1． 简要说明工具软件FX-WIN的作用及其先进性 ； 2． 画出实验中所调试好的控制程序梯形图并写出相应指令。 八、思 考 题

1．编写能实现下列要求的PLC控制程序 ：

- 17 -

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qaad.html