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1、 机电传动控制实验指导书前 言机电传动控制是机电控制工程专业的一门重要专业基础课，为配合该课程的教学，使学生更好更全面地掌握所学知识，设置了五个教学实验。机电传动控制实验研究的对象是各种电动机、驱动单元和控制单元，通过实验使学生深入理解步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机的工作原理和机械特性；掌握接触器、继电器的工作原理和由它组成的控制线路；学会正确选用电动机、驱动单元和可编程控制器；掌握机电传动控制系统动态性能的测试方法。本指导书由陈继荣、袁贵栋、于冬梅编写。任有志审核。由于编者水平有限，时间仓促，书中错误难免，恳请指正。河北科技大学机械电子工程学院机械电子实验中心2007年3月 目 录 实
2、验一 接触器、继电器控制实验 实验二 可编程序控制器认识实验 实验三 可编程序控制器综合控制实验 实验四 可控硅触发原理实验 实验五 步进电机工作原理实验 附 录: 可 编 程 序 控 制 器 简 介 第一章 概述 第二章 指令系统 第三章 编程器使用说明实验一 接触器、继电器控制实验一、实验目的:1、了解接触器、继电器等常用电气元件的结构、原理，掌握其接线方法；2、掌握三相异步电动机正反转的控制方法。二、实验设备:接触器、继电器等常用电气元件：若干电气控制实验板: 一套三相异步电动机：一台三、实验原理： 1、接触器、继电器等常用电气元件是实现自动控制的基础元件，只有掌握了这些元件的结构和工作
3、原理，才能在工作中正确的选用和使用。本实验通过对这些元件的拆装练习，可以加深理解它们的结构和工作原理。2、三相异步电动机因结构简单、价格便宜和较好的稳态和动态性能，因此是工业中使用最广泛的一种电动机。三相异步电动机的正反转控制也是工业生产中经常用到的控制方式。三相异步电动机的正反转实现起来很方便，即改变三相电的通电相序即可。对三相异步电动机的正反转控制，包括主电路和控制电路。主电路用来实现改变三相电的通电相序，控制电路用来实现对主电路的控制，如图1-1所示。图1-1 三相异步电动机的正反转控制电路四、实验步骤：一）、拆装练习：对接触器、热继电器、空气断路器、开关、按钮等元件进行拆装练习，了解其
4、内部结构及工作原理。（拆装之前先观察其外形，记下拆卸顺序，了解动作及工作原理，按反序装好)二）、接线练习：按原理图接好回路，（先接控制线路，后接主线路），经教师检查后，接通主电路及控制电路电源。1.按下正转启动按钮SB2，1分钟后按下停止按钮SB1，观察电机运转方向，记录下来。2.按下反转启动按钮SB3，1分钟后按下停止按钮SB1，观察电机运转方向，记录下来。3.按下SB2，电机正转，在运转中按下SB3，观察电机运转方向的变化，记录下来。按下停止按钮SB1，使电机停止。4.断开一相熔断器，按下SB2，观察电机是否运转。用手转动电机轴，使电机正转启动、停止，反向启动、停止，记录实验现象。五、分析
5、与讨论：1、一个按钮有两对触点（一对常开，一对常闭）。把一个按钮的常开、常闭触点接在如图12电动机的直接启动电路中，能否完成电动机的起动任务？图12 电动机的直接启动电路、在图中，若误将接触器的辅助常开触点接作常闭触点（或反之），将会出现什么问题？2、分析实验步骤二）、3.的实验现象。3、分析实验步骤二）、4.的实验现象。实验二 可编程序控制器认识实验一、实验目的：通过对编程器的认识与操作，了解程序的输入、运行及监控等操作方式，在理解程序的同时，实时监测可编程序控制器内部各继电器的状态和定时器、计数器的工作情况。二、实验设备：C20P、C40P可编程序控制器：一台；稳压电源：一台；输入、输出设
6、备控制板：一块；电线及改锥等工具：若干。三、实验内容及步骤：1、了解可编程序控制器的内、外结构，掌握其接线方法；观察PC外形，熟悉各部分功能和用法； 图21 C28P可编程控制器顶视图PC外形，最上边一排为输出端子，串入输出负载电源后接输出设备（本实验中以小灯泡作为输出设备），下边一排为输入端子，过PC自带24V电源后接输入设备（本实验中以按钮作为输入设备）；中部为编程器等外围功能模块接口，右边黑块为输入/输出显示屏，以显示输入（INPUT）/输出（OUTPUT）、电源（POWER）、运转（RUN）、报警/异常（ALARM/ERROR）等状态。根据PC内部等效电路，PC外部接线时，需遵从图示原
7、则：2、学会编程器的使用方法，掌握常用基本指令LD、AND、OR、NOT、OUT、TIM、CNT、FUN、SFT，常用编辑指令WRITE、INS、DEL、CLR、MON等的使用。3、按下列程序熟悉基本指令和上机操作：a、串、并联：b、复杂支路串联：C、复杂支路并联：d、定时器（TIM）：e、计数器（CNT）：f、移位寄存器（SFT）：四、分析与讨论:1、实验中，在监控TIM、CNT时有什么不同？各自在何时触发？定时器复位后，怎样开始新的计时？2、输入指令时，如果忘记按WRITE键，会出现什么情况？3、如何实现编程、监控、运行状态的设置？三种状态各有何不同？实 验 三 可编程序控制器综合控制实验
8、一、实验目的：通过对实验二的学习与掌握，对一个具体的控制系统进行可编程控制，学会对可编程控制器的实际应用。二、实验步骤：1、在设计一个控制系统之前，首先了解生产工艺过程，画出工艺流程图，确定输入输出点数和形式，以及控制逻辑关系，选择功能和容量满足要求的PLC。2、编制输入输出的现场代号和PLC内部编号的对照表。3、根据工艺流程，结合输入输出对照表画出梯形逻辑图。4、按照梯形图编写程序。5、将程序通过编程器送入PLC。6、进行系统模拟调试、检查和修改程序，直至正确为止。7、模拟调试完成后，可以进行硬件系统安装调试和运行。三、实验内容：（一）用可编程序控制器实现对五个灯的顺序控制：要求：1、用定时
9、器实现，每隔2秒进行一次移动；2、用移位寄存器实现，手动控制实现顺序移动， 具体要求：按照设计步骤进行工艺流程分析、输入/输出点分配、编写梯形图程序、输入/修改程序、模拟调试程序、硬件系统安装调试。灯泡动作时序如下图已知：输入：0001 输出：0500，0501，0502，0503，0504.四、分析与讨论：1、用定时器、移位寄存器实现上述程序，各有何特点？2、写出实验程序，并解释工作过程。（二）用可编程控制器对柔性制造系统中的车床机械手进行控制车床机械手动作顺序：根据要完成的功能，数控车床机械手应完成的运动自由度为：X向（输送带和车床电动卡盘水平位置）、Y向（输送带和电动卡盘的垂直位置）、Z
10、向（工件进入或退出卡盘），绕 Y向的旋转运动（工件由垂直卡盘改变为同卡盘中心平行）及抓紧松开工件的运动，X 向运行位移较长，如采用气压驱动，则气缸行程长，会造成机械结构庞大，同时结构刚度也较低。所以采用了步进电机通过滚珠丝杠、丝母驱动机械手的移动，步进电机由PLC直接控制，如图2所示。Y向位移较小，采用气压驱动，结构简单、运动速度快，可提高生产效率。选用了直线导向气缸，缸体与X向的丝母与丝母套相连接，工作原理如图3所示。其上下运动由PLC控制电磁阀的通电或断电实现。Z方向的运动与Y向相同，由导向气缸实现，但为水平放置，缸体与Y向气缸的导向杆连接板相连。其上下运动由PLC控制电磁阀的通电或断电实
11、现。绕Y向的旋转运动由旋转气缸实现，缸杆带动气指及工 图3 Y向结构及运动原理件一起转动。气缸与Z向的导 向杆连接板连接，如图4所示。旋转运动通过PLC控制电磁阀的通电或断电实现。 抓紧及松开工件由气指完成，气指本身是一种气缸，由电磁阀控制其张开与关闭，（三）用可编程控制器对柔性制造系统中的铣床机械手进行控制根据要完成的功能，铣床机械手应完成的运动自由度为：Y向直线往复运动、Z向直线往复运动、绕X向的旋转运动及抓紧、松开工件的运动。Y向直线位移，由于其工作行程较长，确定由步进电机通过滚珠丝杠、丝母驱动机械手的移动，步进电机由PLC直接控制；Z方向直线位移由直线导向气缸控制实现，缸体与Y向的丝杠
12、与丝杠螺母座相连接，由PLC控制电磁阀的通电或断电实现其直线运动；绕X向的旋转运动由摆动气缸控制，带动气指及工件一起转动，实现工件的自动装卸。抓紧及松开工件由气指完成，由电磁阀控制其张开与关闭。实验四 可控硅触发原理实验一、实验目的：1、掌握可控硅的测量方法。2、观察可控硅导通、关断的过程及条件。3、加深对单结晶体管触发电路触发脉冲的产生、移相、晶闸管整流电路控制原理的理解。二、实验设备：可控硅触发关断实验板：1块；可控硅单相半控桥式整流电路实验板：1块；外加负载（台灯）：1台；双踪示波器：1台；万用表：1块；电源：1台。三、实验内容及步骤：1、测量可控硅的引脚：用万用表欧姆档测量各种封装形式
13、可控硅各极之间阻值（只有G对K极之间有阻值），判断A、K、G三极并判断管子性能好坏。指定元件的三个引脚为1、2、3，用红表笔、黑表笔分别接各个引脚，测量结果记录于下表中：2、按图41所示接好电路，了解晶闸管触发及关断的过程及条件：接通开关S后，观察负载L的情况，将结果记录于下表中。图41 晶闸管触发工作原理进一步理解晶闸管工作、导通和截止的基本条件.晶闸管具有正反向阻断能力;晶闸管导通必须同时具备两个条件:晶闸管的阳极和控制级同时加正向电压;晶闸管截止的条件:必须把阳极正向电压降低到一定值(或断开,或反向).3、主电路与触发电路联合实验: 图4-2 单相半控桥式整流电路的触发电路按图42接好线
14、路，进行单结晶体管触发，得到一可调输出电压，用示波器观察A、B、C、E、 D、F各点的波形（电源、整流、稳压、电容充放电、电阻上尖脉冲、负载电压），记录下来。改变触发电路可调电阻Ri的阻值以改变控制角的大小，观察各波形的变化及灯的明暗变化。四、分析与讨论：1、改变Ui的大小会使脉冲相位发生变化吗？2、增加或减少C1对脉冲的移相和输出功率有何影响？3、分析输出开路（即不接负载）时，为何用示波器观察不到输出波形？实 验 五 步进电机工作原理实验一、实验目的：了解步进电机的工作原理和控制方法；了解环形分配器的作用和实现方法；理解步进电机的通电方式与步距角、通电顺序与转向的关系；二、实验设备：步进电机控制实验板：一台；步进电机驱动电源：一台；信号发式器：一台；步进电机：一台；电线及工具：若干。三、实验原理：1、步进电机的工作原理简介：步进电机是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行装置。由于所用电源是脉冲电源，所以也称为脉冲马达。对步进电机施加一个电脉冲信号时，它就转过一个确定的角度，称为一步，每一步所转过的角度叫作步
