现代电气控制技术 实验指导书
新疆石河子大学机械电气工程学院
二零零五年九月
前言
实验是学生将理论变为实践的主要途径，学生的好多知识都是在实验中获得和巩固的，实验教学的安排显得尤为重要。一方面希望通过做实验端正学生自觉主动的学习态度，达到消化理解知识的目的；另一方面可以锻炼学生的动手能力，也响应了国家提出的素质教育的号召，还增加了学生的学习兴趣。《（现代）电气控制技术》是将电气工程及其自动化专业原先的《电器控制》和《可编程控制器原理与应用》两门课程合并而成的一门实践性很强的专业课，主要讲授常用低压电器及控制线路、可编程控制器原理及应用两大部分内容，侧重于应用。
可编程控制器（programmable controller）简称PC或PLC，是一种新型的通用自动控制装置，具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性好、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点，因此在工业上的应用越来越广泛，近年来发展更快。全国许多高等院校都已纷纷将PC技术引入教学，并专门开设了PC技术课。作为一个电气技术人员必须掌握PC的基本原理与应用技术。
本书从教学需要及实际应用出发，PC部分的实验主要以日本三菱公司的FX2系列小型PC为背景机进行编写，在解决有关PC基础知识的前提下，重点放在PC的编程方法及工程应用上。
本书主要是为自动化专业《电气控制技术》课程编写的配套实验教材，共编写了十一个实验，其中前五个为常规继电接触器控制（两个基础实验，三个综合性实验），后面六个为PC控制实验（一个基本实验，四个综合实验，一个开放实验），目的是通过实验获得必要的感性认识，熟悉常规电器控制线路及PC编程器的使用，提高独立操作、分析和解决实际问题的能力。授课过程中可根据具体实验条件安排实验内容，但实验学时至少占总学时的三分之一。
做这些实验的大多是高年级的学生，相信经过几年的校园学习和锻炼，各方面都有了很大的提高，特别是对实验的态度及实验的素质方面，更应有长足的进步，因此也提出了更高的要求。尤其要指出的是，这门课程的技术性和实践性都很强，必须对实验课
引起足够的重视，只有将理论的学习和实验有机地结合，才是学好这门课的关键。
为保证实验的顺利进行，达到预期目的，必须抓好三个重要环节：预习、实验、实验报告。
1、预习
实验前必须认真阅读实验指导书和教材中的有关内容，高清实验原理，熟悉实验电路，明确实验步骤，了解实验仪器使用方法。总之，在实验之前应该知道做什么实验、实验目的是什么，需要使用哪些仪器等，做到有的放矢。
2、实验
根据实验内容，按步骤进行实验。实验中要善于发现问题和分析问题，实验当中应本着实事求是的科学态度，按要求进行每一项内容的操作，做好实验记录。当仪器出现故障时，应立即报告指导老师，以便及时解决。实验结束时，应将实验结果交指导老师过目，以便及时纠正错误。
3、实验报告
实验报告编写是对实验结果进行分析总结的一个重要步骤，也是一个提高的过程，特别是对实验结果和所遇到的现象进行讨论、分析的部分，尤其重要。实验报告的书写，要求格式统一，力求简明扼要，字迹工整，图表清晰。实验者应养成严肃、认真、实事求是的科学作风，写实验报告前，可以和同组成员或其他人讨论，但写实验报告时要独立完成，严禁抄袭。
本书内容丰富，实用性强，可作为高等院校自动化专业、电气技术、机电一体化及有关专业的教学用书，业可供技术培训及在职技术人员学习使用。
本书在编写过程中，得到许多部门和个人的支持帮助，在此谨致以衷心感谢。
本指导书由岑红蕾、李玲、李新荣、吴延祥等编写，由于编者学识有限，时间仓促，书中不妥之处，请读者批评指正。
实验基本要求及安全操作注意事项
一、基本要求
1、实验是理论与实践相结合的不可缺少的教学环节，是教学过程中的重要组
成部分，学生通过实验课要求达到：
（1） 培养学生在实验、研究方面的基本技能，学习实验基本操作方法。（2） 培养学生分析问题和初步解决实际问题的能力，从而巩固、加深和扩大所学的理论知识。
2、实验课进行方式：
实验以一小组为单位进行，每小组2－－4人，推选小组长一人，负责组织实验的进行。实验课包括：（1）实验前的预习、准备工作；（2）实验的进行；（3）分析实验中发生的现象和结论，书写实验报告。
二、实验报告要求
实验报告要求写得简明扼要，一般步骤是：
1、实验名称、班级、组别或（机组号）、同组者姓名、实验日期等。
2、仪器设备的规格、名称、编号等。
3、实验内容及目的。
4、实验线路图。
5、实验运行结果及分析。
6、回答思考题。
三、安全操作注意事项
为确保实验课的安全进行，特别提出以下安全操作注意事项：
1、实验时防止头发、果皮、纸屑等杂物进入实验设备。
2、操作时人体不可接触带电裸露导线和接头。
3、实验过程中如发生事故或异常情况，应立即切断电源。
4、实验室总电源应由实验室人员操作。
5、爱护国家财产，对实验设备必须正确使用。如有损坏应立即报告指导老师，
按学校规定处理。
目 录
前言 1 实验基本要求及安全操作注意事项3
实验一 三相异步电动机直接起动、停车及点动控制 (5)
实验二 三相异步电动机的正反转控制 (9)
实验三 三相异步电动机的顺序控制 (13)
实验四 三相异步电动机的Y－Δ起动控制 (16)
实验五 三相异步电动机能耗制动控制 (19)
实验六 FX2N系列可编程控制器基本操作练习 (22)
实验七 定时／计数程序 (27)
实验八 电动机的正反转及Y－Δ起动控制程序 (30)
实验九 十字路口交通信号灯控制程序 (33)
实验十 阶梯轴加工控制程序 (35)
实验十一程序设计练习 (36)
实验一三相异步电动机直接起动、
停车及点动控制
一简述
继电器、接触器控制目前大量应用于对电动机的起动、制动、停止、正反转及调速控制，以满足各类生产机械能按既定的顺序工作。同时，也能对电动机和生产机械进行保护。
目前，对电动机和生产机械的控制大致有：时间控制、行程控制、顺序控制、制动控制和速度控制等多种类型。
控制线路原理图中，所有电器的触点都处于原始位置状态。例如，对于接触器或继电器来说，就是线圈没有电流时的位置；按钮开关没有受到压力的位置。
二实验目的
1.熟悉并掌握接触器的控制基础电路的接线。
2.进一步了解热继电器的结构及使用方法。
3.比较常用点动控制电路的特点。
三实验设备和仪器
名称规格型号数量备注
实验台
三相异步电动机万用表DGJ－3
DG26
DT905
1 台
一个
一块
四实验步骤
本实验包括两方面：
（1）异步电动机的单方向起动控制。
（2）异步电动机的点动控制。
（一） 直接起动控制电路
1.熟悉各种电器设备和控制电器排列顺序，记录所用电器规格、型号。
2.按实验图1接起动、停止控制电路，（可暂不接电动机）。
3.检查电路，准备试机。
（1）QS打开，按原理逐点检查接线，经实验指导教师同意方可送电试车。
（2）合上QS，按下按钮SB2，接触器吸合，电动机起动并运转。
（3）按下按钮SB1，接触器失电，电动机运转。
（4）上述接线无误，再接通电动机；按SB2电动机运转，按SB1停转。
（5）反复按SB1、SB2几次，看线路工作情况。
若线路工作有问题应首切断开关QS，再进行检查，排除故障后方可试验。
实验图1 三相异步电动机直接起动控制线路
（二）点动电路试验 实验图1主电路不变，控制回路按实验图2接线，试验点动控制电路。
1.打开QS，按实验图2（a）接线，按下SB，观察电动机起动运行情况。
2.打开QS，按实验图2（b）接线，合上SA，按SB2电动机正常连续运转，按SB1电机停转；切断开关SA，按SB2和放开SB2电动机点动工作。
3.打开QS，按实验图2（c）接线，按下SB2电机正常连续运转，按SB1电动机停转；按下SB3电动机点动工作。
注意：上述电路接好后，经过自检无误，经指导教师同意方可送电试车；试车中出现故障应立即切断QS，分析故障原因，排除故障再送电试车。
实验图2 点动控制环节
五实验结果分析
1.弄清利用接触器、起动按钮组成的起动、停止电路工作原理。
2.学会实验电路接线及故障排除。
3.根据点动电路实验分析理解不同点动电路工作特点。
六思考题
1.试车时发现一接通电路，电动机即运转正常分析其原因。（经查主电路接线正确）
2.在实验图1中若把交流接触器的辅助常开触点误接成常闭触点，会有什么后果，试分析动作过程。
3.说明实验图2（c）中，按下SB3时为何能点动工作？若在电机运行过
程中只轻轻按下SB3，会有什么后果？试分析动作过程。
4.接触器在运行中为什么有时会产生很大噪声，试分析原因。
5.试车中出现哪些故障现象，分析产生原因及处理步骤。
七实验报告
1.按绘图原则画控制原理图。
2.比较三种点动线路特点。
3.总结实验电路、接线、检查、试车、排除故障步骤，正确接线达到一次试车成功。
4.写出本次实验收获和体会。
实验二三相异步电动机正反转控制
一简述
生产机械往往要求运动部件可以正反两个方向运动，如机械工作台的前进与后退、主轴的正反转、起重机吊勾的上升与下降、自动送料机等。这就要求拖动生产机械的电动机正、反向运行，满足生产工艺要求，从电机学我们学到，若将接至电动机的三相电源进线中任意两相对调接线，即可达到电机反向运行目的。我们常遇到正反转控制线路有如下几种：
1.倒顺开关正反转控制线路，即利用倒顺开关改变电源顺序来控制电动机正、反转
2.按钮接触器复合联锁的正反转控制线路。这种线路操作方便，安全可靠，为电力拖动设备所常用。例如：Z3040摇臂钻床立柱松紧电动机的电气控制线路和X62W万能铣床主轴的反接制动均采用这种复合联锁控制线路。QC10型磁力起动器由CT10型交流接触器及JR15型热继电器组合而成，具有简单可靠的优点，应用很广。
自动停止和自动往返的控制电路是在电动机正反转的自动控制原理上演变而成的两种广泛应用控制电路。它是以行程开关作控制元件来控制电动机的自动停止和往复运动。
例如，企业生产现场往高炉或类似高炉的其他设备内加料的小车即料斗，总是在电动机正反转的索引下，沿着一定输道往返地面与炉顶之间，实现自动控制。
二实验目的
1.熟悉并掌握可逆旋转线路接线。
2.熟悉掌握自动往返控制线路接线。
3.理解可逆控制线路电气、机械联锁原理。
三实验设备和仪器
名称规格型号数量备注
实验台
三相异步电动机
万用表DGJ－3
DG26
DT905
1台
1个
1块
四实验步骤
（一）实验电路
本实验包括以下两个方面：①三相异步电动机正反转控制电路。②三相异步电动机自动往返控制线路。
（二）实验步骤
1.记录所用电器、电动机铭牌型号、规格。
2.三相异步电动机正－停－反转控制线路实验。
（1）按实验图3联接控制电路，注意接触器与按钮的触头间自锁互锁、接点联线是否正确。
自查无误后经指导教师检查后，合上电源开关QS，分别依次操作SB2、SB3，观察接触器KM1、KM2动作情况正常后，再接主电路。
实验图3 三相异步电动机正－停－反转控制线路
（2）联接主注意作为正反转换行：合上电源开关QS，分别按下开关按钮SB2、SB3，观察同时按下按钮SB2、SB3，接触器KM1、KM2，均不得电4（b 实验图4 正－反－停控制电路
（1）连接控制电路，特别注意按钮与接触器互锁、自锁，接线要正确。 动机电路，从电源进线直到电机端点联接线，特别相用接触器主触头接线是否正确。
（3）通电实验。
①电动机正、反转运电动机作反转运行。
②电气互锁控制验证：，电机不转；按下正转按钮SB2，电机正转运行，然后直接接反转按钮SB3，电机立即从正转转到反向运转。
3.正－反－停控制电路：将实验图3（a）主电路接线不动，再按实验图）连接控制电路。
（2）自检无误，经指导教师检查后，合上QS，操作SB2、SB3，观察电工作情况，当电动机正、反转工作正常时，断电停机。
（3）电气、机械互锁控制验证：同时按下按钮SB2、SB3，接触器KM1、KM2，断电源，记录故障现象，分析故五
器、按钮组成的可逆控制线路工作原理、特点、应用。 原理互锁在电路起的作用。 六 电路中，按SB2（或SB3）电动机正常起动运行，若很轻按一下SB3（锁？ 原因？ 七
动往返运动控制原理图，并标注回路标号，分析该电路有几种联确接线情况下，三联按钮的出现最少有几根，若接线不合理能多出几实验中出现异常现象、收获和体会。
机应正转但电动机却反转，反之
均不得电，电机不转；按下正转按钮SB2，电机正转运行，然后直接接反转按钮SB3，电机立即从正转转到反向运转
（4）实践过程出现不正常现象时，应立即切障产生原因并排除故障，再重新上述实验。实验中本人解决不了时，再请指导老师一起分析解决。
实验结果分析1.分析利用接触2.分析利用接触器、按钮、行程开关组成的自动往复运动控制线路工作、特点、应用。
3.分析电气、机械思考题
1.在实验或SB2）电动机运行有什么变化？为什么？
2.实验电路中，有了电气联锁为什么还要机械联
3.实验中发现SB2、SB3，电机旋转方向不变，分析故障
实验报告1.画出能自锁。
2.在正根。
3.总结
4.说明实验中若按SB2、KM1线圈得电，电动，电动机正转，如何解决电动机正、反转，解决办法（KM1、KM2预先确定是好的）。
实验三 三相异步电动机的顺序控制
一 简述
在多台电动机拖动的电气设备中，经常要求电动机有顺序地起动或停车。如某些机床的主轴必须在油泵工作以后才能起动；龙门刨床工作台移动时，导轨内必须有充足的润滑油；铣床主握顺序控制线路接线。
2.理解顺序起动与停车控制原理及实现方法。 三 规格型号 数量 备注 轴旋转以后，工作台方可移动等，都要求电动机有顺序地起动。
二
实验目的1.熟悉并掌
实验设备和仪器
名称 实验台 三相异步电动机
万用表
DGJ －3 DG26 DT905
1台 1个 1块
实验步骤
电路 本实验线路见图5。 （二）实验步骤
2.三相异步电动机顺序控制线路实验。 QS，分别依次操作SB2、SB4，观察接触器四（一）实验1.记录所用电器、电动机铭牌型号、规格。 （1）按实验图5联接控制电路。
自查无误后经指导教师检查后，合上电源开关KM1、KM2动作情况正常后，再接主电路。
（2）联接主电路，从电源进线直到电机端点联接线，特别注意作为接触
器主实验图5 三相异步电动机顺序起动控制线路
（3）通电实验。制：合上电源开关QS，分别按下开关按钮SB2、SB4，观察：先按下按钮SB4，观察接触器KM2 得电状态及电
触头接线是否正确。
FU2
U
V W
FU1
U
W
V
①电动机顺序起动控电动机起动过程。
②顺序起动控制验证
机M 自行设计顺序停车控制电路，并进行验证。 证。
故障现象，分析故五
器、按钮组成的顺序控制线路工作原理、特点、应用。 作原六
个控制电路，三台异步电动机起动时，M1先起动，经过10秒后，七
动顺序起动和停车的控制原理图，并标注回路标号，分析该电路控制和顺序停车控制的一般规律 2工作状态；按下按钮SB2，电机M1运行，然后按下按钮SB4，电机M2起动。
（4）（5）按时间原则设计顺序起动控制电路，并进行验（6）实践过程出现不正常现象时，应立即切断电源，记录障产生原因并排除故障，再重新上述实验。实验中本人解决不了时，再请指导老师一起分析解决。
实验结果分析1.分析利用接触2.分析利用接触器、按钮、时间继电器组成的自动顺序起动控制电路工理、特点、应用。
思考题 设计一M2自行起动，运行30秒后，M1停止同时M3自行起动，再运行30秒后，电动机全部停止。
实验报告1.画出能自有几种联锁。
2.总结顺序起动
3.总结实验中出现异常现象、收获和体会。
实验四 三相异步电动机Y —△降压起动控制
一 概 述
对于小容量电动机可采用直接起动形式，也称全三角形换接、自耦变压器及延边三二
时间继电器进行Y—△降压起动控制线路工作原理。 三
数量
备注 在生产机械地电气控制中，压起动。全压起动的优点是所需电气设备少、线路简单，缺点是起动电流大，在短时间内会在线路中产生较大的电压降落，使负载端的电压降低过多，这不仅使电动机本身起动力矩减小，以至不能带动负载起动，同时还会影响线路其他负载正常工作。如使电灯变暗，日光灯闪烁以至熄灭，电动机转速不移，甚至停车，因此需要降压起动。
常用的降压起动方法有 ：串电阻、星形—角形等实验设备与仪器降压起动。
实验目的1.熟悉利用2.了解时间继电器（空气阻尼式）结构及延时长短调整方法。 3.分析验证控制电路故障。
实验设备与仪器名称
规格型号实验台 三相异步电动机
3 1台 万用表
DGJ －DG26 DT905
1台 1块
四 实验内容与步骤
6所示。 间继电器的通电延时动作的常开、常闭触头的接点。 （一）实验内容 “Y—△”降压起动控制电路，见实验图（二）实验步骤
1. 用万用表检测时
2. 接线。
实验图6 Y—△降压起动控制线路
（1）控制回路接线：根据实验原理实验图6确定好实验板上3个接触器KM1、KM2、KM3的位置，然后至上而下按各支路接线。检查控制回路，注意各节点连线，尤其节点联线较多时点有否错漏。经自检，指导教师检查无误后送电试车，合上电源开关，操作起动按钮SB2，观察3个接触器是否按着KM1—KM2—KM3顺序动作，并观察调整时间继电器KT延时时间，如时间短可调整延时继电器，至确定时间。
（2）主电路接线：上述控制回路实验无误，然后联接主电路。
特别注意根据电动机铭牌上绕组编号正确联线，联接完毕，查主电路时，应注意电动机星形变换成三角形接法时，三相电源是否正确。
3.接通电源，准备实验。
（1）星形—三角形降压起动控制。
操作起动按钮SB2，观察电动机起动（Y—△自动变换），按停止按钮SB1，电动机停。线路工作正常时，重新起动电动机，并记录电动机星形—三角形降压起动过程换接时间＿＿＿＿＿＿＿＿秒。
若出现不正常现象（做好记录），立即断开电源，分析、排除故障重新送
电实验。
（2）时间继电器延时调整。
断开电源，调整时间继电器，使延时时间变长，然后重新送电，起动电动机记录换接时间＿＿＿＿＿＿＿＿＿秒，停机。
4.实验结束，断开电源，拆线，整理电气设备等。
五实验结果分析
1.分析三相鼠笼式异步电动机Y—△降压起动利用时间继电器自动控制工作原理。
2.总结实验中若时间继电器KT调整时间过短，会出现什么现象。
3.总结分析本次实验中出现的故障及排除方法。
六思考题
1.时间继电器通电延时常开与常闭触头接错，电路工作状况怎样？若接线瞬时动作触头电路能否正常工作。
2.设计一个定子串电阻降压起动控制线路并说明其工作原理（按时间原则自动控制）。
3.实验电路中KM2接触器常闭触头是否可不用，用上了有何优点？
七实验报告要求
1.实验电路Y—△起动三相异步电动机的工作原理，此种控制控制何种型号，有何优缺点。
2.若在实验中发生故障，请画出产生故障错误接线图，并分析故障产生后果。
3.回答思考题3。
实验五三相异步电动机能耗制动控制
一简述
能耗制动控制方法是拉开三相电源时，在定子绕组的任意二相接入直流电源，以产生一个固定磁场。
能耗制动的优点是制动准确、平稳能量损耗小；缺点是需附加直流电源装置、制动力较弱、在低速时制动力矩小。能耗制动一般用于制动要求平稳准确的场合，如磨床的控制线路中。
能耗制动直流电源供电方式有无变压器半波整流能耗制动自动控制线路；有变压器全波整流能耗制动自动控制线路等。
二实验目的
1.通过实验进一步掌握能耗制动的工作原理。
2.掌握能耗控制电路的接线方法。
三实验设备和仪器
名称规格、型号数量备注
实验台DGJ－3 1台
DG26
三相异步电动机
DT905
万能表1块
四实验内容和步骤
（一）实验内容 其电路如实验图7所示.
（二）实验步骤
1.记录按钮、接触器、热继电器、时间继电器、整流二极管、电动机的型号。
2.按实验图7（b）接线，特别注意接触器KM1、KM2互锁和时间继电器延时闭合和打开触头不能接错。联接控制电路所有导线，自查无误经指导教师检查后，和上电源开关QS，首先操作SB2，看接触器KM1动作然后操作SB1，