电气控制技术实验指导书
南通大学电气工程学院
实验一电气控制线路设计与调试
一、实验目的
1、了解常用控制电器基本结构及其选用方法。
2、掌握复杂电气控制线路的设计方法。
3、掌握电气控制线路的安装与调试方法。
4、掌握电气控制线路的故障分析及排除方法。
二、实验仪器
电气控制实验装置 1台
电动机 1 台；
万用表 1只
电工工具及导线若干
三、实验内容及要求
1、实验内容：
以炼焦系统中运煤小车往返运动的工程应用为背景，设计一小车往返运动控制线路，小车往返运动控制要求如图所示：
初态：小车从原点启动（如图中位置），启动前压住行程开关SQO。系统运行要求如下：
按启动按钮SB2，小车前进，到SQA处停车，紧接着后退；
小车后退至SQO处停车，再转第二次前进，到SQB处后再次后退；
上述过程循环运行，直至按下停止按钮SB1，立即后退至SQO处停车。
2、实验要求：
根据小车往返运动的控制要求设计运煤小车电气控制系统主电路和控制电路，并按电气控制线路的绘图原则绘制电气原理图；依据电机参数确定所有电器元件的型号与参数；按照GB50171 92《电气装置安装工程盘柜及二次回路结线施工及验收规范》（附后，请重点关注其中的第四章）和“维修电工中、高级工”考核的要求完成设计线路的安装与调试。
1)运用状态表进行电气控制线路设计
该系统具有多次通断电单元线路设计问题，要求针对系统设计过程中“约束信号选择”和“辅助单元设计”等相关问题进行讨论与分析。
利用状态表进行该系统设计时应注意：
(1)填写状态表时应考虑电动机正反转控制间的联锁关系，在正转向反转切换时，KM2通电是以KM1失电为前提，也就是只有互锁常闭触头KM1闭合后KM2才能得电，因此从KM1失电到KM2得电要经过一段时间，这反映在状态表上就是KM1的通电区域并不是占满整个工步而留有一定空隙，KM1也是如此。
(2)对于执行元件KM1和KM2而言，在整个工作过程中要通断电多次，对应状态表上将有多段通电区域，对于每一段而言，都应有一个X开、X关。一般来说，对于一个通电元件，若有N次通断电，则应有N个X开、X关。
在选取X开、X关信号时应注意，选取X开、X关信号应只能开启和关断对应的通电区域，而不能开启和关断别的区域，以免造成误开启和误关断。
(3)要根据误开启和误关断信号的数量，确定增加辅助继电器的类型、数目和通电区域，正确选取各辅助继电器的开启与关断信号。元器件数量在充分考虑经济性的情况下要尽量最少,线路必须简化。
2) 小车拖动电机功率为4.5KW，选择电器元件的型号和参数。
3) 画元件布置图，完成小车往返运动控制线路的安装与调试。
(1)电气元件的布置按主回路上元件的次序从上到下布置，如：进线→进线端子排→空气开关→熔断器→接触器→热继→出线端子排。其他控制器件根据接线的需要和方便排列在接触器或热继的旁边，同一类型的器件尽量排列在一起，以保证器件布置的美观和同一器件之间接线的方便和美观。（参见
本实验指导后附图）
(2)采用硬线接线，要求做到横平竖直。电器元件接线时可以走线的平面一般有两个：一个是底平面，另一个是与接触器等常开触点端子平行的平面。在同一个平面内不允许出现导线的交叉(特别是底平面)。（参见下图1-1）
图1-1电气接线要做到横平竖直、同一个平面内不允许出现导线的交叉(特别是底平面)
(3)采用螺丝、垫片压接的端子（如熔断器端子），线头必须顺时针弯制成圆圈，压在垫片下面用螺丝压紧。采用瓦片压接的端子(如接触器、中间继电器等的端子)可以将导线头直接插入压接，但建议插入压接的导线数目一般不宜多于2根。
图1-2 螺丝、垫片压接的端子、瓦片压接的端子接线例
(4)控制回路接线时，根据原理图，按从上而下，从左至右的原则，一个接点一个接点的完成接线，即同一标号的接点一次完全接好，再接该接点下方的一个接点。控制回路不必讲究器件上下端子电路的“上进下出”，但主回路一定要保证“上进下出”。
(5)接线时建议先把横向的导线接好（一般是控制回路的），按照接线的顺序，由近及远，逐步增加端子出线后弯折的长度，使导线尽量靠近器件。控
制回路的公共线一般最先一次接好。竖向的线（一般为主回路粗线）一般最后接。
(6)接线时思路要清晰，先在原理图上确定接线接在元器件的上下端子的
哪里（参见图1-3），再在元器件布置图上预先画一画示意图，再接线。要减少上下端子之间的绕接。如必须绕接，则要考虑走线的长短和布局的美观。
图1-3 电机正反转电路接线“上、下”标注图例
4)记录实验中发生故障，画出故障现象的原理图，分析故障原因并排除。
四、思考题
1、对于由某个信号引起的误开启或误关断问题，在电路设计时一般采用
何种方法加以解决？
2、在电路设计过程中，若出现行程开关触头数目不够使用时应采用什么
方法加以解决？
3、运煤小车如在原位O点装煤需要三分钟，在A点、B点卸煤需要两分
钟，试修改设计电路。
4、分析实验过程中可能出现的问题及解决办法。
五、实验报告要求
1、按照实验预习报告和实验报告撰写的一般要求完成两个报告的撰写，实
验预习报告批改通过后方能开始实验。
2、在实验预习报告中要详细论述根据设计要求，利用状态表设计小车往返运动控制线路的过程，并按电气控制线路国标的绘图原则绘制实验用电气线路原理图。
3、在实验预习报告中要根据电气线路中电气元器件选择的原则，选择线路中用到的元器件，并列表标明实验电路所用器件型号。
4、在实验预习报告中要设计电气接线，即在原理图上确定接线接在元器件的上下端子的哪里，再在元器件布置图上预先画出接线示意图。
3、在实验报告中要详细记录实验中发现的问题、错误、故障及解决的方法。
附图
实验二简单顺序控制系统的设计1
一、实验目的
1、了解和熟悉FX2N系列PLC的结构和外部接线方法。
2、进一步掌握PLC的基本逻辑指令，定时器、计数器的使用方法。
3、掌握基于逻辑代数的PLC应用程序设计方法。
4、掌握基于GX Works2 或GX Developer 软件的PLC应用程序输入和编辑方法，熟悉Simulation仿真调试软件的使用。
二、实验仪器
1、FX2N可编程序控制器 1台
2、PLC实验接口板卡及接线端子 1套
3、微型计算机(含虚拟对象、编程与仿真软件)
三、实验内容及要求
1、实验内容
利用实验室提供的PLC虚拟控制对象（界面如下图），完成十字路口交通信号灯PLC控制程序的设计与调试。
系统要求实现正常时序控制及“急车强通”控制两种控制方式：
1)正常时序控制
正常时序控制时序图如图所示，其控制要求如下：
3s
3s
(1) 当启动按钮SQ2按下后，信号灯控制系统开始工作，此時设南北向红灯亮，东西向绿灯亮。当停止按钮SQ1按下后，所有信号灯都熄灭。
(2) 南北红灯维持亮60s。同时东西绿灯持续亮54s，到54s时东西绿灯闪亮3s后熄灭，接着东西黄灯持续亮3s后熄灭。而后，东西红灯亮，南北绿灯亮。(3）东西红灯持续亮36s。南北绿灯持续亮30s，然后闪亮3s后熄灭。接着南北黄灯持续亮3s后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
(4）上述工作过程周而复始。
(5）东西绿灯和南北绿灯不能同时亮，否则关闭信号灯系统并报警。
2)急车强通控制：
急车强通控制时序图如图所示，其控制要求如下：
(1)“急车强通”信号受“急车强通”开关控制。无急车时，信号灯按正常时序控制。有急车来时，将“急车强通”开关接通，不管原来信号灯的状态如何，一律强制让急车来车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。
(2)急车通过后，将“急车强通”开关断开，信号灯的状态立即转为急车放行方向上的绿灯闪3次，随后按正常时序控制。
(3)急车强通信号只能响应一路方向的急车，即若两个方向先后来急车，则响应先按下“急车强通”开关的一方，松开该方向的“汽车强通”开关后随即再响应另一方。（此功能的操作在虚拟对象中无法完成，但要求程序中有此考虑）2、实验要求：
采用PLC基本逻辑控制指令，按照上述控制要求，设计一道口交通灯PLC控制系统。要求设计并按国标绘制PLC控制线路。利用Simulation仿真调试软件预习调试。借助于实验室虚拟对象实验装置完成实验系统的安装与编程调试。
1）采用PLC基本逻辑控制指令，按照上述控制要求，设计一道口交通灯PLC 控制系统。要求设计并按国标绘制PLC控制线路。
2）根据虚拟对象的输入/输出定义，在实验室针对虚拟对象编辑调试程序，达成控制要求。
3）在GX Works2 或GX Developer 软件环境下进行控制程序的编辑与调试。4）记录在调试程序过程中出现的问题，并分析产生的原因。
四、思考题
1、实现指示灯的闪烁通常有哪些编程方式？举例之。
2、东西绿灯和南北绿灯不能同时亮，要采取哪些互锁控制措施？
3、在交通灯实际控制电路中，若红、黄和绿信号灯采用交流220V指示灯，其实际电气接线图应如何设计？
4、分析实验过程中可能出现的问题及解决办法。
五、实验报告要求
1、按照实验预习报告和实验报告撰写的一般要求完成两个报告的撰写，实验预习报告批改通过后方能开始实验。
2、在实验预习报告中列写对红绿交通灯控制的PLC控制系统的I/O分配表。
3、在实验预习报告中绘制实现对红绿交通灯控制的PLC控制系统的原理图。
4、在实验预习报告中列写利用Simulation仿真调试软件预习调试通过的采用PLC实现对红绿交通灯控制的程序清单。
4、在实验报告中整理出调试该程序的步骤，整理出实际调试后的程序清单。
5、在实验报告中记录实验中发现得问题、错误、故障及解决方法。
实验三简单顺序控制系统的设计2
一、实验目的
1、了解和熟悉FX2N系列PLC的结构和外部接线方法。
2、进一步掌握PLC的基本逻辑指令，定时器、计数器的使用方法。
3、掌握基于逻辑代数的PLC应用程序设计方法。
4、掌握基于GX Works2 或GX Developer 软件的PLC应用程序输入和编辑方法，熟悉Simulation仿真调试软件的使用。
二、实验仪器
1、电气控制实验装置 1台
2、FX2N可编程序控制器 1台
3、微型计算机(含编程与仿真软件)
4、电动机 1 台；
5、万用表、电工工具及导线若干
三、实验内容及要求
1、实验内容
以炼焦系统中运煤小车往返运动的工程应用为背景，完成运煤小车PLC控制系统的程序设计与调试。小车往返运动控制要求如图所示：
系统要求实现运煤小车的自动循环控制及手动控制两种控制方式：
1) 自动循环控制：
初态：小车从原点启动（如图中位置），启动前压住行程开关SQ O。（1）按启动按钮SB1，小车开始装料，30s后装料结束，小车前进，到SQ A处停车。
（2）小车在SQ A处卸料，10s后卸料结束，小车后退，到SQo处停车。
（3）小车在SQo处装料，30s后装料结束，小车前进，到SQ B处停车。
（4）小车在SQ B处卸料，10s后卸料结束，小车后退，到SQo处停车。
（5）小车在SQo处装料后继续前进，按上述过程进行自动循环。
要求可设定循环次数，循环到设定次数时小车自动停在SQ O处。按下停止按钮SB2，立即后退至SQ O处停车。
2) 手动控制：
要求小车具备点动前进与后退控制功能。
2、实验要求：
采用PLC基本逻辑控制指令，设计运煤小车PLC控制系统。要求设计并按国标绘制PLC控制线路。利用Simulation仿真调试软件预习调试。借助于实验室电气控制实验装置完成实验系统的安装与调试。
1）采用PLC基本逻辑控制指令，设计送煤小车PLC控制程序，设计并按国标绘制PLC控制线路。
2）GX Works2 或GX Developer 软件环境下进行控制程序的编辑与模拟调试。3）根据实验内容要求，完成送煤小车硬件线路的安装与调试。
4）完成系统软硬件联调。
5）记录在调试程序过程中出现的问题，并分析产生的原因。
四、思考题
1、实现对循环次数设定有哪些编程方式？
2、自动循环与手动操作两种控制方式的选择有哪些实现方式？举例之。
3、要实现“按下停止按钮SB2，小车完成当前装卸任务后退至SQ O处停车”功能，控制程序应如何修改？
4、分析实验过程中可能出现的问题及解决办法。
五、实验报告要求
1、按照实验预习报告和实验报告撰写的一般要求完成两个报告的撰写，实验预习报告批改通过后方能开始实验。
2、在实验预习报告中列写实现对运煤小车控制的PLC控制系统的I/O分配表。
3、在实验预习报告中绘制运煤小车控制的PLC控制系统的硬件原理图。
4、在实验预习报告中列写利用Simulation仿真调试软件预习调试通过的采用PLC实现运煤小车控制的程序清单。
5、在实验报告中整理出调试该程序的步骤，整理出实际调试后的程序清单。
6、在实验报告中记录实验中发现得问题、错误、故障及解决方法。
实验四 PLC 控制系统设计与调试1
一、实验目的
1、掌握可编程序控制器应用系统软件结构设计方法
2、掌握PLC 的一些特殊指令和应用程序设计方法。
3、掌握具有多种工作方式的控制系统软硬件联调方法。
、实验仪器
1、电气控制实验装置 1台
2、FX2N 可编程序控制器 1台
3、微型计算机(含编程与仿真软件) 1台
4、万用表、电工工具及导线 若干
三、实验内容及要求
1、实验内容
以机械手工程应用为背景，完成机械手PLC 控制系统的程序设计与调试。机
械手结构示意图及工作状态示意图如图所示。
图 4-1 机械手工作示意图
上升SQ1
SQ4
悬挂式机械手示意
要求机械手将物体从位置A 搬至位置B ，其工作顺序为：机械手从原点下移到位，从A 处夹紧物品后再上移，上升到位后手臂右移，右移到位后手臂下移，下将到位后手臂放松将物品放于位置B 处，然后手臂上升，上升到位后手臂左移，左移到原点后停止，一次循环结束。
系统要求实现机械手的连续、单周期、单步控制及手动控制等多种工作方式：
1)手动控制
当系统选择“手动控制”工作方式时，采用按钮操作对机械手的上升/下降、
右行/左行、夹紧/放松动作单独进行操作，具体控制要求如下：
选择开关于“右行/左行”方式，按住启动按钮SB1，机械手左行；按住停止按钮SB2，机械手右行；
选择开关于“上升/下降”方式，按住启动按钮SB1，机械手上升；按住停止按钮SB2，机械手下降；
选择开关于“夹紧/放松”方式，按住启动按钮SB1，机械手夹紧；按住停止按钮SB2，机械手放松。
手动时必须有限位保护。
2)单步操作
当系统选择“单步操作”工作方式时，每按一次起动按钮机械手按顺序完成一步后自动停止。
3)单周期操作
当系统选择“单周期操作”工作方式时，机械手从原位开始每按一次起动按钮机械手自动完成一个周期的动作后停止。在工作中若按停止按钮，则机械手动作停止。
4) 当系统选择“连续操作”工作方式时，机械手在原位，按起动按钮，机械手的动作将自动、连续不断的周期性循环。在工作中若按停止按钮，则机械手动作停止。
2、实验要求：
采用PLC控制指令，设计机械手PLC控制系统。要求设计并按国标绘制PLC 控制线路。利用Simulation仿真调试软件预习调试。借助于实验室电气控制实验装置完成实验系统的安装与调试。
1）采用PLC控制指令，设计机械手PLC控制程序，设计并按国标绘制PLC控制线路。
2）在GX Works2 或GX Developer 软件环境下进行控制程序的编辑与模拟调试。
3）根据实验内容要求，完成机械手硬件线路的安装与调试。
4）完成系统软硬件联调。
5）记录在调试程序过程中出现的问题，并分析产生的原因。
四、思考题
1、多种控制方式的选择能否采用主控指令实现？若能则应注意什么问题？
2、要实现机械手“自动回原位控制”功能，控制程序应如何修改？
3、分析实验过程中可能出现的问题及解决办法。
五、实验报告要求
1、按照实验预习报告和实验报告撰写的一般要求完成两个报告的撰写，实验预习报告批改通过后方能开始实验。
2、在实验预习报告中列写对机械手控制的PLC控制系统的I/O分配表。
3、在实验预习报告中绘制实现对机械手控制的PLC控制系统的原理图。
4、在实验预习报告中列写利用Simulation仿真调试软件预习调试通过的采用PLC实现对机械手控制的的程序清单。
5、在实验报告中整理出调试该程序的步骤，整理出实际调试后的程序清单。
6、在实验报告中记录实验中发现得问题、错误、故障及解决方法。
实验五 PLC 控制系统设计与调试2
一、实验目的
1、掌握可编程序控制器应用系统软件结构设计方法
2、掌握PLC 的一些特殊指令和应用程序设计方法。
3、掌握具有多种工作方式的控制系统应用程序的调试方法。
二、实验仪器
1、FX2N 可编程序控制器 1台
2、PLC 实验接口板卡及接线端子 1套
3、微型计算机(含虚拟对象、编程与仿真软件)
三、实验内容及要求
利用实验室提供的PLC 虚拟控制对象（界面如下图），完成全自动洗衣机PLC 控制程序的设计与调试。
洗衣机虚拟对象界面图
1、实验内容
全自动洗衣机实物示意图如图所示。
全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外
桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有许多小孔，使内、外桶的水流相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经过水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将脱水桶旋转离合器合上，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。起动按钮用来起动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。
控制要求：
该全动洗衣机的控制要求可以用所示的流程图来表示。
1)PC投入运行，系统处于初始状态，准备好起动。
2)按起动按钮洗衣机开始进水，水满（即水位到达高水位时）停止进水并开始洗涤。
3)正转洗涤15s后暂停，暂停2s后开始反转洗涤。
4)反洗15s后暂停，暂停2s后，若正、反洗未满3次，则返回从正洗开始的动作；若正、反洗满3次时，则开始排水。
5)水位下降到低水位时开始脱水并继续排水。脱完10s即完成一次从进水到脱水的大循环过程。若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。报警5s后结束全部过程，自动停机。
此外，还要求可以按排水按钮以实现手动排水；按停止按钮以实现手动停止进水、排水、脱水及报警。
2、实验要求
采用PLC控制指令，设计全自动洗衣机PLC控制系统。要求设计并按国标绘制PLC控制线路。利用Simulation仿真调试软件预习调试。借助于实验室虚拟对象实验装置完成实验系统的安装与编程调试。
1）采用PLC步进控制指令或基本逻辑控制指令，设计全自动洗衣机PLC控制程序，设计并按国标绘制PLC控制线路。
2）根据虚拟对象的输入/输出定义，在实验室针对虚拟对象编辑调试程序，达
成控制要求。
3）在GX Works2 或GX Developer 软件环境下进行控制程序的编辑与调试。4）记录在调试程序过程中出现的问题，并分析产生的原因。
四、思考题
1、实现循环次数的控制通常有哪些编程方式？举例之。
2、洗衣机的电机不能正反转同时通电，要采取哪些互锁控制措施？
3、在洗衣机实际控制电路中，若正反转接触器采用交流220V线圈，电磁阀采用直流24V线圈，其实际电气接线图应如何设计？
4、分析实验过程中可能出现的问题及解决办法。
五、实验报告要求
1、按照实验预习报告和实验报告撰写的一般要求完成两个报告的撰写，实验预习报告批改通过后方能开始实验。
2、在实验预习报告中列写对全自动洗衣机控制的PLC控制系统的I/O分配表。
3、在实验预习报告中绘制实现全自动洗衣机控制的PLC控制系统的原理图。
4、在实验预习报告中列写利用Simulation仿真调试软件预习调试通过的采用PLC实现对全自动洗衣机控制的的程序清单。
4、在实验报告中整理出调试该程序的步骤，整理出实际调试后的程序清单。
5、在实验报告中记录实验中发现得问题、错误、故障及解决方法。