机电一体化系统设计实验报告

专业年级： 学号： 姓名： 评分： 一、实验目的 ：

1．学习和掌握PLC的实际操作和使用方法 ；

2．学习和掌握利用PLC控制三相异步电动机正反转的方法 。

二、实验内容及步骤 ：

本实验采用PLC对三相异步电动机进行正反转控制 ，其主电路和控制电路接线图分别为图2-1和图2-2 。图中：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，KM5为正向接触器，KM6反向接触器。继电器KA5、KA6分别接于PLC的输出口Y23、Y24。

其基本工作原理为：合上QF1、QF5， PLC运行。当按下正向按钮，控制程序使Y23有效，继电器KA5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，控制程序使Y24有效，继电器KA6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。 实验步骤 ：

1．在断电的情况下，学生按图2-1和图2-2接线（为安全起见，控制电路的PLC外围

继电器KA5、KA6以及接触器KM5、KM6输出线路已接好） ； 2．在老师检查合格后，接通断路器QF1、QF5 ；

3．运行PC机上的工具软件FX-WIN，输入PLC梯形图 ；

4．对梯形图进行编辑﹑指令代码转换等操作并将程序传至PLC；

5． 运行PLC，操作控制面板上的相应开关及按钮，实现电动机的正反转控制。在PC

机 上对运行状况进行监控，同时观察继电器KA5、KA6和接触器KM5 、KM6的动作及变化情况，调试并修改程序直至正确 ； 6。记录运行结果 。

图 2-1 主 控 电 路

～3～

图 2-2 控制电路接线图

三．实验说明及注意事项

1．本实验中，继电器KA5、KA6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．本实验中，主控电路的电压为380V DC，请注意安全！

四．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（KA5、KA6） 2个 按钮 3个 实验导线 若干 五．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； 答：接触器有灭弧装置，而继电器没有。

接触器是在外界输入信号下能够自动接通断开负载主回路.继电器主要是传递信号,根据输入的信号到达不同的控制目的.

2．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-48MT，其输出接口为晶体管型）？

答：不行，Y23、Y24的输出电压为24V DC ，而接触器KM5、KM6的线圈控制电压为220V AC.

实验二 PLC控制三相异步电动机变频调速实验

专业年级： 学号： 姓名： 评分： 一、实验目的

1. 学习和掌握变频器的操作及控制方法 ； 2. 测试三相异步电动机变频调速性能 。 二、实验内容及步骤 ：

松下VFO变频器的操作模式分：面板操作模式、外部操作模式以及混合操作模式三种。面板操作模式是根据面板设定的启动信号和频率信号进行的运行方式；外部操作模式是根据外部的启动信号和频率信号进行的运行方式；混合操作模式是启动信号、频率信号分别由面板设定、外部设定（或分别由外部设定、面板设定）的运行方式 。变频器出厂时，已将操作模式设定为外部模式。

本实验采用外部操作模式(参数设置：P08=2 , P09=2)。最大运行频率值采用出厂设定值50HZ 。通过变频器控制三相异步电动机，并由三相异步电动机带动工作台主轴在不同频率下运行，同时测量并记录一些相关参数如：电压、速度等，从而得出三相异步电动机变频调速性能。图3-1为VFO变频器外部操作模式连线图。其中，PLC的电源由断路器QF1控制，VFO变频器的电源由断路器QF4和接触器KM4的主触头共同控制。 实验步骤 ：

1．学生根据图3-1接线（为安全起见，变频器和三相异步电动机的主控电路以及PLC外围的继电器KA4、接触器KM4输出线路已接好） ；

2．征得老师同意后，合上断路器QF1和QF4，输入并运行PLC程序 ； 3．按“启动”按钮，接触器KM4的主触头闭合，变频器得电；

4．按“正向”按钮，Y10输出，电动机正转。根据实验记录表调节电位器1的旋钮，使电动机在某一频率下运行。按“复位”按钮，定时器开始定时10S，同时计数器C240开始计数，其速度为：N(10S内主轴转数)×6。 记录正转时各频率所对应的电压值、速度值 ； 5．按“反向”按钮，Y11输出，电动机反转。根据实验记录表调节电位器1的旋钮， 使电动机在某一频率下运行。按“复位”按钮，定时器开始定时10S，同时计数器C240开始计数，其速度为：N(10S内主轴转数)×6。 记录反转时各频率所对应的电压值、速度值 ； 6．按“停止”按钮，电动机停转 ； 实验记录表 ： 频率（HZ） 正 转 速 度 反 转 速 度 （r/min） 电 压 （V） 电 压 （r/min） （V） 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ～6～

图 4-1 VFO变频器外部操作模式连线图

三．实验说明及注意事项

1．本实验中，电动机的工作电压为380VAC ，请注意安全 ；

2．继电器接触器KM4的作用是给变频器上电，不可作为变频器的启停控制，否则损坏变频器。变频器的启停由对变频器的输入端5的控制来实现, 变频器的正反转由对变频器的控制输入端6的控制来实现 ；

3．“主轴准停”为安装于主轴上的接近开关的一个常开触点，用于测量主轴的旋转速度（r/min）。X5作为高速计数输入端，与其相关联的内部高速计数器为C240 。

四．实验用仪器工具

PC 机 1台 PLC 1台 RS-232串行电缆线 1根 变频器 1台 三相异步电动机 1台 断路器（QF1、QF4） 2个 继电器（KA4） 1个

接触器（KM4） 1个

按钮 5个

实验导线 若干 五．思 考 题

1．试说明三相异步电动机变频调速的工作原理 ；

答：利用电力半导器件的通断作用把工频电源转换成另一频率的电能。先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成电流、电压均可控制的交流电源以供给电动机。 2．变频器的外部操作模式实验中，如果要求变频器最大工作频率超过50HZ（如120HZ、 200HZ等），怎么办？

答：可以通过改变设置最大频率上限来实现，不过一般的电机运行频率不可以超过工频，如果超过时间过长电机会发热甚至损害。

实验三 传送带控制

专业年级： 学号： 姓名： 评分： 一 控制对象

根据控制规格，传送带正转或逆转。 二 控制要求

1) 当按下操作面板上的 [PB1] (X20) 后, 漏斗供给指令 (Y10) 被置为ON。当松开 [PB1] (X20) 后, 供给指令 (Y10) 被置为 OFF。当将 供给指令 (Y10) 置为ON以后, 漏斗补给一个部件。

2) 当按下操作面板上的 [PB2] (X21) 之后, 传送带将按照以下3）到 6）描述的顺序动作。如果松开 [PB2] (X21) , 那么此动作将继续延续。

3) 传送带在输送带正转 (Y11)被置为ON起开始动作而在部件的右限 (X11) 被置为ON时停止。

4) 如果输送带反转 (Y12) 被置为ON的话，那么传送带到左限 (X10)被置为ON为止将会逆转。

5) 在左面的暂停点的部件停止 5 秒。

6) 5 秒以后, 输送带正转 (Y11) 被置为 ON ，传送带开始移动，直到停止传感器 (X12) 被置为ON为止。

三 编写梯形图程序

实验四 分捡和分配线

专业年级： 学号： 姓名： 评分： 一 控制对象 检测部件大小并按之分配到特定的地方。 二 控制要求 1) 当按下操作面板上的 [PB1] (X20), 机器人的供给指令 (Y0) 被置为 ON。当机器人移动完部件而且回到出发点后, 供给指令 (Y0) 被置为OFF。机器人在 供给指令 (Y0) 被置为ON以后补给一个部件。

2) 当操作面板上的 [SW1] (X24) 被置为ON, 传送带正转。当 [SW1] (X24) 被置为OFF, 传送带停止。

3) 在传送带上的大，中和小部件被输入传感器 上 (X1), 中 (X2) 和 下 (X3) 分拣而且将被搬运到特定的碟子上。

大部件：在传送带分支的分捡器 (Y3) 被置为ON的时候被放到后部传送带然后从右端落下。

中部件：在传送带分支的分捡器 (Y3) 被置为OFF的时候被放到前面传送带然后被机器人放到碟子上。

小部件：在传送带分支的分捡器 (Y3) 被置为ON的时候被放到后部传送带。当在传送带分支的传感器 检测到部件 (X6) 被置为ON, 传送带停止，部件被推到碟子上。 4) 当机器人里的部件在桌子上 (X11) 被置为ON, 取出指令 (Y7) 被置为ON。当 机器人操作完成 (X12) 被置为ON (当一个部件被放到碟子上时为ON), 取出指令 (Y7) 被置为OFF。

5) 当操作面板上的 [SW2] (X25) 被置为ON以后, 一个新部件会被自动补给。当机器人开始搬运一个中部件。当一个小部件被放到碟子上，或者一个大部件从传送带的右端掉下。 6) 闪烁灯在以下情况下点亮。 红灯：当机器人补给一个部件时点亮

绿灯：当传送带移动时点亮 黄灯：当传送带停止时点亮

三 编写梯形图程序