三相异步电动机控制基于继电接触器和基于电机控制器.doc

实验一： 三相异步电动机控制（基于继电接触器和基于电机控制器)
一、实验目的
1、熟悉基于继电接触器的传统三相异步电动机控制方法
2、了解基于施耐德电机控制器的三相异步电动机控制方法
二、 实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
1、电动机的单向连续运行，主电路如图1.1所示，控制电路如图1.2所示

图1.1 单向连续运行主电路

图1.2 单向连续运行控制电路
2、电机的正反转控制—双重互锁，主电路如图1.3所示，控制电路如图1.4所示

图1.3 正反转控制主电路

图1.4正反转控制控制电路
实验二：M218PLC基本指令的熟悉和应用
一、实验目的
1、熟悉Somachine编程软件
2、加深对布尔指令、定时器、计数器等基本指令的理解
三、 实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
3.1 SoMachine编程软件熟悉与使用
1.选择“创建新机器”。如图1.1所示。
2.选择创建新机器下的“使用空项目启动”。如图1.2所示。

图1.1创建新机器 图1.2使用空项目启动
3.保存新建项目并命名，然后点击“保存”。如图1.3所示。

图1.3保存新建项目并命名
1、 配置
(1)在左侧目录中选择与项目有关的硬件设备，并将其拖到中间空白区域。我们使用PLC型号为TM218LDAE24DRHN。如图1.4所示。

图1.4 PLC配置的选择

(2)若使用的设备有PLC和触摸屏，其中触摸屏的型号为HMIGXO3501，图1.5为其连接方式。

图1.5 PLC和触摸屏的连接方式
5、编写程序
(1) 创建pou:可以直接在mypou中编写程序，”MyPOU”是 SoMachine 软件自动生成的程序，并且自动在 MAST任务中调用该程序。”MyPOU”程序由两个部分组成。如图1.6所示。

图1.6 创建POU
(2) 可以根据自己的需求选择更合适的编程语言。编程语言选择的方法如图1.7和图1.8所示。

图1.7 选择编程语言的方法图 1.8 选择编程语言的方法
(3) 添加Pou：双击任务配置中的“MAST”，再点击“添加POU”。如图1.9 所示。

图1.9 添加POU
(4) 返回新建的pou，编写程序。
(5) 程序编写完后进行编译检查语法错误。
(6) 与硬件相连时，用编程电缆将PC机与PLC相连在软件中点击登录，登录前应将通信协议(Somachine或Modbus)设置好，网关配置好。
i) 配置下载通讯路径.
第一步，在 Devices 窗口中双击PLC的节点。进入显示控制器的配置窗口。第一个选项卡定义通讯设置，如下图1.10所示

图1.10 配置下载通讯路径界面
第二步，添加网关，弹出如下窗口，直接点击确定，如下图1.11所示

图 1.11 添加网关
第三步，扫描网络， 片刻之后，就能扫描到连接到编程电缆的M218，请点击该PLC。
第四步，设置通讯路径，如图1.12所示

图1.12 设置通讯路径
到此，通讯路径设置完成，可以下载程序了。
注：如果不与硬件连接也可以进行仿真，检查程序的逻辑错误。如图1.13 所示。

图1.13 仿真方法
3.2 布尔指令训练
(1) 任务要求：应用 PLC 的布尔指令，完成下面要求的PLC程序。
只有当I0(%IX0.0)和I1(%IX0.1)输入开关都断开时，Q0(%QX0.0)有输出。
‚只有I0(%IX0.0)和I1(%IX0.1)输入一个闭合，另一个断开时，Q1 (%QX0.1)才有输出。
ƒ只有当I0(%IX0.0) 和I1(%IX0.1) 输入开关都闭合时，Q2(%QX0.2)有输出。
(2) 编程提示
这个任务可通过非运算、与运算、或运算及其组合就能完成。
(3) 参考程序

(4) 编译、仿真
(5) 下载程序，试运行。
3.3 定时器功能块
1、通电延时定时器功能块
1) 实验要求：用通电延时定时器功能块编写延时3s导通的定时程序，运行、监控并调试，观察结果。
2)编写程序并仿真。

2、断电延时定时器功能块
1) 实验要求：用断电延时定时器功能块编写延时4s断电的定时程序，运行、监控并调试，观察结果。
2)编写程序并仿真。

3.4 计数器功能块
1) 实验要求：用计数器功能块编写计数3次的计数程序，运行、监控并调试，观察结果。
2)参考程序：

2) 仿真:

四 扩展实验：
任务1: 利用定时指令编程，产生连续的方波信号输出，其周期设为 3s，占空比为 2:1。
任务2: 设某工件的加工过程分为四道工序来完成，共需 30s，其时序要求如图 1.12所示。Start(%I0.0)为运行控制开关，其ON 时，启动和运行，其OFF 时停机，且每次启动均从第一道工序开始。利用四个通电延时定时器来实现上述定时控制，并观察各定时器输出通断情况以及定时器经过值ET内容的变化情况。

图1.12 加工过程时序图
任务3:用一个输入开关控制三个灯。开关闭合三次 1#灯亮，再闭合三次 2#灯亮，再闭合三次 3#灯亮，再闭合一次 1#～3#灯全灭。如此反复。
任务1参考程序：

任务2参考程序：

任务3参考程序：

实验三：基于M218PLC交通灯控制系统
一、实验目的
1、熟练使用Somachine编程软件
2、掌握布尔指令和计时器指令编程的方法及使用要领
3、掌握M218PLC梯形图、指令表、功能块图编程语言的转换
二、实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
1.控制要求：
当按下开始按钮时，南北绿灯亮6s后灭，接着南北黄灯亮1s后灭，红灯亮5s,绿灯亮......循环，对应南北方向的绿黄红灯亮时东西方向的红灯亮6s，绿灯亮5s灭后，黄灯亮1s，红灯又亮......循环。
2. 根据控制要求设计交通灯控制系统的梯形图，参考程序如图2.1所示

3. 点击进行程序编译，仿真。
4. 点击，下载程序试运行。
5. 试将梯形图（LD）转化为指令表（IL)和功能块图（FBD)程序。
实验四:利用ST(结构化文本）和CFC(连续功能图）实现各种数值运算
一、实验目的
1、熟练使用Somachine编程软件
2、学会使用ST和CFC编程语言编写程序
二、实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
3.1 ST编程语言的介绍和示例
3.1.1 ST编程语言的介绍
结构化文本，Structure Text,简写为ST，是用结构化的描述文本编写程序的一种编程语言。
ST（结构化文本）语言的特点是“高级文本编程”和“结构化”，适合于算法和结构较为复杂，其它编程语言（如梯形图、功能块图）实现比较困难的情况。具有高效、快捷、简洁的优点。
3.1.2 ST编程语言的示例
现在有A、B、C、D四个整形变量，要求得到这四个数的平均数，并赋值给E。
参考程序：

任务：1、实现当温度下降到17度以下时，开启加热器加热，否则加热器保持关闭（用 IF语句实现）。
2、用ST 代码实现(V=1/3πr2h)
3.2.1 CFC编程语言的介绍
CFC是一种图形化的编程语言，CFC基于FBD语言，但没有“节”的限制，摆放元素更加灵活。元素可以摆放在编辑区任意位置。用鼠标拖拽在元素之间连线，当元素移动位置时，编辑器会自动调整连线长度。如果连接线因为缺乏空间不能画出，在输入和相关的输出之间出现一个红线，这个红线只有当空间充足时才转化为连接线
3.2.2 CFC编程语言示例
试分析以下的CFC编程语言实现了什么功能

任务：使用CFC编程语言实现四个数的平均数。
实验五:利用SFC(顺序功能图）设计基于M218 PLC两种溶液混合控制系统
一、实验目的
1、掌握Somachine编程软件的使用方法
2、学会使用SFC编程语言编写程序
二、实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
3.1 SFC编程语言的简单介绍
顺序功能图编程(SFC)是一种图形化的编程方法，亦称功能图。它的编程方式采用画工艺流程图的方法编程，只要在每个工艺方框的输入和输出端，标上特定的符号即可。采用顺序功能图编程，可以使具有并发、选择等复杂结构的系统控制程序大为简化。许多PLC都提供了用于SFC编程的指令，它是一种效果显著、深受欢迎的编程语言，目前国际电工委员会（IEC）也正在实施并发展这种语言的编程标准。
3.2 控制要求:
液体混合是按一定比例将两种液体进行混合的一种装置，设备启动前，混合器的容器是空的，搅拌器也没有工作，排放阀Y3也是关闭的，系统有自动和手动两种运行模式。自动运行时，当按下启动按钮时，接通电磁阀Y1，向容器内注入第一种溶液A，当液位到达L2时，断开电磁阀Y1，接通电磁阀Y2，停止注入第一种液体A并向容器注入第二种液体B，当液面位置到达L1时，停止注入第二种液体B，接通搅拌器搅拌，当达到定时器预置的时间后，搅拌机停止搅拌，同时接通排放电磁阀Y3，当液面位置到达L3时，关闭排放电磁阀，一个工作循环结束，即再次接通电磁阀Y1，注入液体A,依次循环。液体混合器的系统如图5.1所示

图5.1 液体混合系统

3.3 SFC参考程序：

Init：

Step0：

Step1：

Step2:

Step3:

Step4:

实验六: 触摸屏基本操作
一、实验目的
1、巩固对M218PLC基本指令和Somachine编程软件的学习
2、熟悉Vijeo-Designer触摸屏开发软件
二、实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
3.1 Vijeo-Designer触摸屏开发软件的基本操作步骤：
下面以一个简单的例子来介绍触摸屏开发软件的操作步骤：
第一步：配置。如图6.1所示

图6.1 配置
第二步：编写程序。编写程序界面如图6.2所示

图6.2 程序编写界面
第三步：符号配置。如图6.3所示

图6.3 符号配置
第四步：点击“打开”后，将出现如符号配置界面。如图6.4所示

图6.4 符号配置界面
第五步：点击“刷新”后选择变量。如图6.5所示

图6.6 选择变量
第六步：打开触摸屏开发界面，进行变量的导入。如图6.7所示

图6.7 变量的导入
第七步：点击“确定”后，进行开关的设置。如图6.8所示

图6.8 开关的设置
第八步：点击“确定”后，开关配置完成，最后进行I/O管理器的配置,首先进行触摸屏的I/O配置。如图6.9所示

图6.9 触摸屏的配置
第九步：PLC的I/O配置，如图6.10 所示

图6.10 PLC的I/O配置
第十步：使触摸屏和PLC都处于活动状态。如图6.11所示

图6.11 活动状态的设置
第十一步：多重下载。如图6.12 所示

图6.12 多重下载
任务： 利用Vijeo-Designer触摸屏开发软件设计实验二中的交通灯控制系统的触摸屏界面并利用触摸屏对控制系统进行仿真。
实验七：基于M218PLC和触摸屏控制电机正反转
一、实验目的
1、 巩固对M218PLC基本指令和Somachine编程软件的学习
2、 加深对自锁和互锁的理解
3、学会使用Vijeo-Designer触摸屏开发软件设计触摸屏界面
4、学会使用触摸屏进行仿真
二、实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
3.1 外部接线图

3.2 电机正反转参考程序，如图7.1所示

图 7.1 电机正反转参考程序
3.3 Vijeo-Designer触摸屏开发软件使用
本实验使用的设备有M218PLC和触摸屏，其中触摸屏的型号为HMIGXO3501，图7.2为其连接方式。

图7.2 PLC和触摸屏的连接方式
1、在Somachine编程软件中变量配置

图7.3 配置步骤一

图7.4配置步骤二

图7.5 配置步骤三
注：如果变量底下没有下拉菜单，单击“刷新”按钮。
2、配置触摸屏编程软件

图7.6 触摸屏编程软件中变量配置
在PLC编程软件中的变量此时可被触摸屏编程调用
3、电机正反转控制触摸屏界面设计
1）按钮及变量配置
一共设置3个按钮，正转、反转、停止。每个按钮的设置过程都是一样的，下面以正转按钮为例来说明设置过程。

图7.7 变量配置步骤1

图7.8 变量配置步骤2 图7.9 变量配置步骤3

按“添加”按钮，然后按“确定”按钮。
正转按钮已设置好，可根据自己的喜好选择按钮的颜色、形状等。
2) 各个按钮的设置，如图7.10所示。

图7.10 按钮设置
3) 电机正反转的触摸屏界面，如图7.11所示。

图 7.11 电机正反转的触摸屏界面

4、配置驱动程序的设备地址

图7.12 触摸屏驱动程序地址配置

图7.13 PLC驱动程序地址配置（1）

图7.14 PLC驱动程序地址配置（2）
5、程序下载
下载之前先添加网关扫描设备，并将设备处于活动的状态。

图7.15 HMI网关配置

图7.16 PLC网关配置

在线的下拉菜单中选择多重下载

图7.17 多重下载

实验八： 基于M218 PLC 和触摸屏的三路抢答器控制系统设计
一、实验目的
1、巩固对M218PLC基本指令和Somachine编程软件的学习
2、学会使用Vijeo-Designer触摸屏开发软件设计触摸屏界面
3、学会使用触摸屏进行仿真
二、实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
3.1 控制要求：
设计三组抢答器控制系统，其控制要求如下：一个三路抢答器，任意一组抢先按下后，显示器能及时显示该组的编号并且指示灯开始闪烁，同时锁住抢答器，使其他组按下无效，抢答器复位后才可重新抢答。
3.2 相关程序：
(1) 参考程序：

（2）点击进行编译，看程序是否有错。
3.3 触摸屏界面：

最后，多重下载

实验九：基于M218 PLC和触摸屏的自动售货机控制系统设计
一、实验目的
1、巩固对M218PLC基本指令和Somachine编程软件的学习
2、学会使用Vijeo-Designer触摸屏开发软件设计触摸屏界面
3、学会使用触摸屏进行仿真
二、实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
3.1 控制要求：
1、控制要求
1）此自动售货机可投入1 元、5 元或10 元的币。
2）当投入的硬币总值等于或超过12 元时，汽水指示灯亮；当投入的硬币总值超过15 元时，汽水、牛奶指示灯都亮。
3）当汽水指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出，汽水排出后相应的指示灯亮，7s后自动熄灭。同时总金额减7元，并显示相应的退钱金额。
4）当牛奶指示灯亮时，动作同上。同时总金额减12元，并显示相应的退钱金额。
3.2 参考程序
（1）根据控制要求编写程序。参考程序如图9.1所示

图9.1 参考程序
（2）点击进行编译，看程序是否有错。
3.3 触摸屏参考界面。如图9.2所示

图9.2 触摸屏参考界面
最后，多重下载
实验十:变频器基本操作
一、 实验目的
1、 了解变频器基本工作原理及基本使用方法
2、理解电机调速系统及变频调速的设计原理
二、实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
1、变频器恢复出厂：
进入【电机控制】（drC-）菜单旋转导航键找到FCS
进入FCS此时显示为NO旋转导航键找到rECl,长按rECl2秒钟（变频器改参数时必须长按两秒才能生效。
重启变频器设置生效变频器恢复出厂设置，操作者可按自己的要求进行参数设置。
2、用变频器操作面板控制电机启停参数设置：
打开变频器操作面板显示屏会显示rDy字样，
按一次导航键并旋转导航键找到命令（ctL-）菜单,
按下导航键找到访问等级（LAC）按下导航键，旋转导航键找到L3长按2秒钟将访问等级设定为L3级，
按操作面板上ESC键退到上一级菜单旋转导航键找到给定通道1（Fr1），设定为ALVL终端控制模式此时导航键用作一个电位计，
退出找到组合模式（CHCF）设定为分离（SEP）模式，
退出找到命令cd1设定为本地（LOC）模式，
上电重启，按下操作面板上绿色按钮（RUN）电机启动后可能会发生电机停止转动操作面板上闪烁电机缺相报警（OPF）
3、电机缺相报警（OPF）处理方法
进入故障管理菜单（FLt）找到OPL将其原来的yes改为no,上电重启。
4、通过操作面板对异步电机进行调速
上电开启变频器
按下绿色按钮后电机启动，之前已经设定为ALVL终端控制模式此时导航键用作一个电位计，左右旋转导航键即可调节电机转速。
其值为0-100.
实验十一 变频器多段速控制
一、 实验目的
1、进一步熟悉变频器使用
2、掌握变频器多段速控制
二、实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
1、变频器参数设置
将cd1的本地（LOC）模式通过终端控制改为tEI通过终端控制将命令菜单CtL中的Fr1设定为AI1。
2、配置。如图11.1所示

图11.1 配置
3、利用Somachine编程软件设计梯形图。参考程序如图11.2所示

图11.2 参考程序
4、双击以太网下面的配置“TM2ALM3LT”,对输出栏进行IO配置。如图11.3所示

图11.3 TM2ALM3LT的IO配置
5、对“TM2ALM3LT”进行拓展总线I/O映射。如图11.4所示
图11.4 拓展总线的I/O映射
6、触摸屏界面的设计。触摸屏的参考界面如图11.5所示

图11.5 触摸屏参考界面
7、待相关配置、梯形图、触摸屏界面设置完毕后进行多重下载。
8、关闭电源，进行接线。终端接线方式如图11.6所示

图11.6 终端接线方式
9、上电进行仿真。
实验十二： 力控组态软件简介及其与M218 PLC的通信
一、实验目的
1、 熟悉力控组态软件
2.掌握力控组态软件与M218PLC的通信方式
二、实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
3.1 力控组态软件的介绍
力控监控组态软件（Frocecontrol)是一个面向方案的HMI/SCADA 平台软件。分布式实时数据库可提供访问工厂和企业系统数据的一个公共口。力控可用于开发石油、化工、半导体、汽车电力等多个行业和领域的工业自动化、过程控制、管理监控、工业现场监视、远程诊断等系统。另外力控组态的集成环境包括：
（1）开发环境（Draw)：是一个集成的开发环境，可以创建工程画面，配置各种参数系数，启动力控其他程序组件。
（2）界面运行系统（View)：界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的界面。
（3）数据库系统（DB)：DB数据库主要完成过程实时数据的采集（通过I/O驱动程序）、实时数据的处理(包括报警处理、统计处理等）、历史数据的处理等。
3.2 力控组态软件与M218PLC的通信
1、新建工程，可以给项目命名。如图12.1所示

图12.1 新建工程
2、点击 ，将出现如图12.2所示，然后点击“忽略”进入项目开发界面。

图12.2 Draw界面
3、 新建组态界面，如图12.3所示
可以根据需要对窗口属性进行设置，如图12.4所示

图12.3 新建组态界面 图12.4 窗口属性
4、IO设备组态设置
（1）点击“IO设备组态”进行PLC的选型及设备配置的第一步，如图12.5所示

图12.5 设备配置的第一步
（2） 设备配置的第二步。如图12.5所示
注意：（1)选择正确的串口；
(2)通信参数的设置必须和PLC中的通信参数一致！

图12.5 设备配置的第二步
（3）设备配置的第三步。如图12.6所示

图12.6 设备配置的第三步
5、数据库组态设置
（1）根据控制要求确定系统所需变量，点击“数据库组态”，进行数据库的设置。如图12.7所示

图12.7 设置变量
（2） 新增IO点。如图12.8所示

图12.8 新增IO点
6、 组态界面中各个按钮和指示灯的动画连接操作，双击设置对象进行动画的连接。如图12.9所示
通过脚本编辑器进行动画的设置，。如图12.10 所示

图12.9 动画连接界面 图12.10 脚本编辑界面
7、 连接通信线
8、 点击“保存”后，点击，用组态软件对系统进行仿真。
任务：自己设计一个简单的程序，并用组态软件进行仿真。

实验十三： 基于M218 PLC和力控组态软件的天塔之光控制系统设计
一、实验目的
1、加深对M218PLC基本指令和Somachine编程软件的学习
2、能够利用力控组态软件设计系统的组态界面
3、学会使用力控组态软件进行仿真
二、实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
三、实验内容
3.1 控制要求：
设计天塔之光的PLC的控制程序，控制要求如下：按下启动按钮，灯L1亮。1s后灯L1灭，L2、L3、L4、L5亮。1s后灯L1、L2、L3、L4灭，灯L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11、L12、L13亮，2s后熄灭，L1亮，如此循环往复，要求有停止按钮。
3.2 相关程序设计：
（1）参考程序。如图13.1所示

图13.1 参考程序
（2）编译，看程序是否有错。
3.3 设计组态界面，并用组态软件进行仿真。组态参考界面如图13.2所示

图13.2 组态参考界面
实验十四:室内温度采集系统的设计
一、实验目的
1、理解模拟输入模块TM2AMI2HT的作用
2、理解温度采集系统的设计原理
二、实验设备
1、中北大学-施耐德电气联合实验室ZSJ-A电气自动化平台。
2、实验台配套通信线、跨接线若干。
3、温度传感器一个。
三、实验内容
1、控制要求：
利用M218PLC及其拓展模块实时采集室内的温度
2、 实验步骤：
第一步：接线
第二步：配置。如图14.1 所示

图14.1 配置
第三步：添加程序组织单元。如图14.2所示

图14.2 添加程序组织单元
第四步：程序设计。如图14.3 所示

图14.3 程序设计
第五步：拓展模块“TM2AMI2HT”的I/O配置。如图14.4 所示

图14.4拓展模块“TM2AMI2HT”的I/O配置
第六步：拓展模块“TM2AMI2HT”的拓展总线I/O映射。如图14.5所示

图14.5 拓展模块“TM2AMI2HT”的拓展总线I/O映射
第七步：添加“pou”.如图14.6 所示

图14.6 添加pou
第八步：登陆下载。