《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(BVR0.75 mm2 )若干。
三、实训电路控制原理
1、限位控制线路
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。
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,BVR0.75 mm2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。
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。
（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：
I0.0 SB1 正向起动按钮 I0.5 SQ3 前进位置检测
I0.1 SB2 反向起动按钮 I0.6 SQ4 前进位置保护
I0.2 SB3 停止开关 Q0.0 KM1 正转接触器
I0.3 SQ1 起始位置检测 Q0.1 KM2 反转接触器
I0.4 SQ2 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S7-200 24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；
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。
4. 实训设备
（1）计算机（编程器）1台；
（2）实训装置（含S7-200 24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CPU214 PLC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S7-200 24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（Y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S7-200 24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。
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S7-200 24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。
（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
（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S7-200 24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Y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S7-200 24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。
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1 F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；
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。
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。