KH-KM5数字.模拟电路综合实验箱

实验报告实验课程：基于西门子PLC电动机正反转互锁控制学生姓名：张荣学号：130302062专业班级：13级应电一班二〇一六年六月十六日实验报告传统的继电器控制系统中都使用了继电器、接触器等器件。

在这样的纯硬继电器系统中，系统的接线难度会随着系统的复杂程度增加。

再者，继电器系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损和电弧烧伤等缺点。

以上原因使系统的可靠性和可维护性都变得很差。

当前在工业控制领域广泛使用的PLCPLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

PLC具有功能强、可靠性高，抗干扰能力强、安装维护方便等很多优点，完全可以取代传统的继电器控制系统。

一、实验目的1.能够独立制作I/O分配表；2.能够独立完成程序的编辑；3.能够调试并运行程序，能够学以致用，把所学知识融会贯通来控制电机的运行；4.能够在所学习的基础上有所创新，让电机有一些新的功能；5.增强实践动手能力，熟悉相关电汽结构和电器的使用；6.了解相关电子线路布线与布局；7.了解控制电路中各种保护及互锁、自锁环节的作用；8.学会分析故障与排除故障的方法；二、实验设备1.西门子实验箱2.编程软件STEP7 V5.5 SP23.计算机一台4.按钮开关3个，接触器2个，热过载1个，熔断器2个，电动机1台三、实验步骤1.了解电路相关控制要求，制作出电气控制原理图。

图3.1.1电动机正反转互锁控制电气图2.电路原理介绍图3.1.1为正反转互锁控制电路，电路分为主电路可控制电路两部分。

主电路中的两个交流接触器KM1和KM2分别构成正反两个相序电源连接线。

控制原理分析：KM1为电动机正向运行交流接触器，KM2为电动机反向运行交流接触器，SB1为正向启动按钮，SB3为反向启动按钮，SB2为停止按钮，KH为过载保护热继电器。

自动控制原理实验指导书内蒙古工业大学电力学院自动化系2012年10月目录实验一典型环节模拟及二阶系统的时域瞬态响应分析 (1)实验二频率特性的测试 (8)实验三控制系统的动态校正 (12)实验四非线性系统的相平面分析 (14)实验五状态反馈 (20)TKKL—1型控制理论电子模拟实验箱使用说明书 (23)实验一 典型环节模拟及二阶系统的时域瞬态响应分析一、实验目的1．通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握控制理论电子模拟实验箱的使用方法。

2．了解并掌握各典型环节的传递函数及其特性，掌握用运放搭建电子模拟线路实现典型环节的方法。

3．掌握二阶系统单位阶跃响应的特点，理解二阶系统参数变化对输出响应的影响。

二、实验仪器1．控制理论电子模拟实验箱一台；2．超低频扫描示波器一台；3．万用表一只。

三、实验原理1．典型环节的传递函数及其模拟电路图（1）比例环节图1-1 比例环节的方框图比例环节的方框图如图1-1所示，其传递函数为()()C s K R s （1-1）比例环节的模拟电路图如图1-2所示，其传递函数为21()()R C s R s R = （1-2） 比较式（1-1）和式（1-2），得：21R K R =图1-2 比例环节的模拟电路图当输入为单位阶跃信号，即()1()r t t =时，由式（1-1）得输出() (0)c t K t =≥，其输出波形如图1-3所示。

图1-3 比例环节的单位阶跃响应（2）积分环节图1-4 积分环节的方框图积分环节的方框图如图1-4所示，其传递函数为()1()C s R s Ts= （1-3）图1-5 积分环节的模拟电路图积分环节的模拟电路图如图1-5所示，其传递函数为()1()C s R s RCs= （1-4） 比较式（1-3）和式（1-4），得：T RC =当输入为单位阶跃信号，即()1()r t t =时，由式（1-3）得输出1()c t t T= 其输出波形如图1-6所示。

电学综合实验箱使用说明北京交通大学理学院国家工科物理教学基地2006.7.1电学实验箱实验箱面版图图1实验箱中接入以下元器件：1、二极管：1N4002，正向压降0.6伏左右。

2、交流变压器：输入220V，输出12V。

3、表头：直流500μA，内阻150Ω左右。

4、滤波电容：470μF，耐压45V。

5、调零电位器：100Ω/3W。

6、分压电位器：1000Ω/3W。

7、电位器：用于R-C、R-L-C，5000Ω/3W。

8、各种电容、电感，参数为0.01μF、0.022μF、0.047μF，8.0mH、1.0mH。

9、琴键开关10、接线板11、电池夹。

12、过流保护器。

仪器说明：1、交流12V由面板红色指示灯两侧插孔接出。

2、四个二极管为分立器件，用于学生组装全桥。

3、滤波电容用于经全桥整流后的直流滤波。

直流指示灯并联在电容两侧。

4、分压电位器用于直流分压，电位器两固定端由分压电位器左、右插孔接出，中心端由分压电位器中插孔接出，电位器旋钮右旋时，电位器左插孔与电位器中插孔间电阻增大。

5、调零电位器用于Ω档调零电阻，电位器两固定端由调零电位器左、右插孔接出，中心端由调零电位器中插孔接出，电位器旋钮右旋时，电位器左插孔与电位器中插孔间电阻增大。

6、电位器用于R-C、R-L-C实验，电位器两固定端由调零电位器左、右插孔接出，中心端由电位器中插孔接出，电位器旋钮右旋时，电位器左插孔与电位器中插孔间电阻增大。

7、各分立电容、电感用于R-C、R-L-C实验。

8、琴键开关用于功能转换。

9、接线板用于接入其它元器件。

10、电池夹用于接入7#/1.5V电池，由两侧+、-插孔引出电源。

本实验箱可做以下实验：（一）组装直流电源：利用仪器内的四个二极管组成全桥整流电路，将交流变压器输出的交流电压整流、滤波，经过分压电位器分压后即可使用。

该电源可用于组装万用表的校验时使用。

也可作为单独实验。

接线图如图2图2（二）万用表组装（直流电流档、直流电压档、交流电压档、电阻档）组装电路如下：图中表头为仪器内表头，R1为仪器内调零电位器，D1、D2为仪器上的二极管（也可另接二极管于接线板上）。

实验一 典型环节的电路模拟一、实验目的1．熟悉THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱及“THKKL-5”软件的使用； 2．熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。

二、实验设备1．THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱；2．PC 机一台(含“THKKL-5”软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线。

三、实验内容1．设计并组建各典型环节的模拟电路；2．测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响。

四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。

熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。

本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。

图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。

1．比例（P ）环节比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。

图1-1 它的传递函数与方框图分别为：KS U S U S G i O ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。

2．积分（I ）环节 图1-2积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。

它的传递函数与方框图分别为：设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。

TsS U S Us G i O1)()()(==图1-33．比例积分(PI)环节比例积分环节的传递函数与方框图分别为：)11(11)()()(21211212CSR R R CSR R R CSR CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。

实验五 电阻链分相细分实验一、实验目的 1、掌握电阻链分相细分电路的构成原理及其特点；2、学会测试电阻链分相细分电路的细分过程及方法。

二、实验原理实验电路如图5-2所示将正弦信号及余弦信号加在电阻链的两端，在电阻链的接点上可以得到幅值和相位各不相同的电信号。

这些信号经比较器整形、脉冲形成后，就能在正余弦信号的一个周期内获得若干个计数脉冲，实现细分。

如图5-1所示, coswt U U ,sinwt U U m 2m 1==则输出电压)sin(wt U U om o θ+=，其中()212221m om R R /R R U U ++=()21R /R arctan =θ因此，改变1R 和2R 比值，可以改变θ，也就改变了输出电压O U 相对1U 的相位，同时也改变了输出电压O U 的幅度om U 。

R2R1U1U2UoU m R 1R 1+R2UmR2R1+R2U2U1Uo图5-1三、实验设备1、测控电路（一）实验挂箱2、测控电路（二）实验挂箱3、函数信号发生器4、虚拟示波器四、实验内容及步骤1．测控电路（一）实验挂箱接入5V ±直流电源，测控电路（二）实验挂箱接入±12V 直流电源。

2．（1）调节信号发生器，使之输出频率z KH f 20=，幅度P P V -=8V 的正弦信号，接入“电阻链分相细分电路单元”的输入端sinwt U m ；（2）把信号发生器输出的正弦信号接入测控电路（二）实验挂箱上的“移相电桥单元”的输入端i U ，调节“移相电桥单元”电位器W,使输出产生余弦信号，把此余弦信号接入“电阻链分相细分电路单元”的输入端coswt U m ；（3）把信号发生器输出的正弦信号接入“测控电路（一）”实验挂箱上的“反相比例电路单元的输入端i U ，把此单元产生的反相信号接入“电阻链分相细分电路单元”的输入端sinwt U -m 。

3．用虚拟示波器分别在“电阻链分相细分电路单元”的TP1,TP2,TP3,TP4,TP5,TP6,TP7,TP8处观察所产生的波形（即经电阻移相网络移相后所产生的波形），则可以观察到相对于sinwt U m 分别移相了约036、018、054、072、0108、0162、0144、0126的波形（可用李沙育法观测）。

《电力拖动掌握线路与技能训练》教案授课课时需用课日技术理论学问实际技 课术操作设备工 具预备 题原件材料预备 示范操 要作预备起止日期把握三相异步电动机的接触器联锁正反转掌握线路的工作原理， 把握接线的方法、步骤及留意事项。

依据原理图在配电板上进展安装布线，并按步骤和工艺要求板前明线布线，要求在定额时间内完成。

电工通用工具，万用表，摇表，三相异步电动机。

低压断路器、熔断器、沟通接触器、热继电器、按钮、端子排、导线、号码管、记号笔配电板一块，在板上示范接线工艺、步骤和方法。

已配好的模拟盘一块，在上面示范接线完成后自检的方法步骤。

求 教学 讲解启发教学法；操作示范法；巡回指导法；模型和实物配电板展现法；多媒体教学；分析比较综合归纳相结合方法 目的 1、学会三相异步电动机接触器联锁的正反转掌握的接线和操作方法。

2、理解联锁的概念。

要求 3、理解三相异步电动机接触器联锁的正反转掌握的根本原理。

重点 重点：三相异步电动机接触器联锁的正反转掌握的工作原理。

难点：接线方法、自检方法难点总课题：三相异步电动机的 授 1、入门指导 课 正反转掌握线路的安装与 课 2、导入课题 题调试。

内3、讲授课 名 称分课题：接触器联锁正反转 掌握线路的安装与调试。

容 4、接线方法步骤 5、留意事项接触器联锁正反转掌握线路教案 接触器联锁正反转掌握线路的安装与调试课前安全教育 5 分钟组 1、 提前 15 分钟进入一体化教室，做好上课前预备工作；2、 清点学生人数，填写考勤记录，巡查学生工作服、鞋子等是否符合实习安全；3、 强调课堂纪律，安装时佩戴好电工工具； 织4、 不允许用电工工具开玩笑；5、 通电时必需有教师在场，并经教师同意后才允许通电；6、 通电时电工工具必需放好，手不允许在通电台上乱指； 教7、 通电完毕后，检查全部开关断开前方可离开； 8、 不允许损坏公物。

宣布今日的学习内容、技术要求、实习纪律、工时。

学复习、讲解、提问 10 分钟请同学们复习正传的工作原理课 题实习 1、学生学习乐观性高，认真听课，并做好记录，能跟着教师思路走。

一、实验目的本次数模电综合实验旨在通过实践操作，加深对模拟电子技术（模拟电路）和数字电子技术（数字电路）的理解和应用，提高实验技能和综合分析问题能力。

通过实验，学生应掌握以下内容：1. 熟悉模拟电路和数字电路的基本原理及元件特性。

2. 掌握常用模拟电路和数字电路的搭建方法。

3. 学会使用示波器、信号发生器等实验仪器。

4. 提高电路分析、故障排查和实验报告撰写能力。

二、实验内容本次实验共分为四个部分，分别为：1. 模拟电路部分：搭建一个简单的放大电路，测量其静态工作点、放大倍数和频率响应。

2. 数字电路部分：搭建一个简单的数字逻辑电路，如译码器、编码器、计数器等，观察其逻辑功能。

3. 数模混合电路部分：搭建一个数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC）电路，实现数字信号与模拟信号的相互转换。

4. 电路故障排查：模拟电路出现故障，通过实验方法进行排查和修复。

三、实验步骤及结果1. 模拟电路部分（1）搭建放大电路：选用三极管作为放大元件，设计电路参数，连接电路。

（2）测量静态工作点：使用万用表测量电路中三极管的基极电压、集电极电压和电流，确定静态工作点。

（3）测量放大倍数：输入一定频率的正弦波信号，使用示波器观察输出波形，计算放大倍数。

（4）测量频率响应：输入不同频率的正弦波信号，观察输出波形的变化，分析电路的频率响应。

实验结果：成功搭建放大电路，测量出静态工作点、放大倍数和频率响应。

2. 数字电路部分（1）搭建译码器电路：使用二极管或门电路实现译码功能，观察输出信号。

（2）搭建编码器电路：使用二极管或门电路实现编码功能，观察输出信号。

（3）搭建计数器电路：使用触发器实现计数功能，观察输出信号。

实验结果：成功搭建译码器、编码器和计数器电路，观察出其逻辑功能。

3. 数模混合电路部分（1）搭建DAC电路：使用电阻网络实现数字信号到模拟信号的转换，观察输出电压。

（2）搭建ADC电路：使用比较器实现模拟信号到数字信号的转换，观察输出信号。

实验五加减法电路一、实验目的掌握一位全加器的实现逻辑，掌握多位可控加减法电路的实现逻辑，熟悉Logisim 平台基本功能，能在 logisim 中实现多位可控加减法电路。

二、实验内容在 Logisim 模拟器中打开 alu.circ 文件，在对应子电路中利用已经封装好的全加器设计8位串行可控加减法电路，其电路引脚定义如图所示，用户可以直接使用在电路中使用对应的隧道标签，其中 X，Y 为两输入数，Sub 为加减控制信号，S 为运算结果输出，Cout 为进位输出，OF 为有符号运算溢出位。

三、电路框架相关引脚说明：四、实验结果（1）请描述你的电路设计原理（文字），比如用到了整体哪些元件，元件的输入和输出分别是什么，使用该元件的作用或目的是什么。

电路设计原理：将8个一位全加器FA的进位链串联即可得到8位加法器，由于补码符号位也可以参与运算，所以此电路既可以用于有符号数运算，也可以用于无符号数运算，但二者在溢出检测上有一定区别，这里OF的判定以有符号数加法运算是否溢出为标准。

溢出检测：根据运算过程中，最高数据位的进位与符号位的进位位是否一致进行检测。

V= Cd xor Cf。

sub = 0，执行减法操作。

0和二进制数异或运算得到其本身，然后通过一位全加器FA执行加法运算。

sub = 1，执行减法操作。

1和二进制数异或运算相当于对二进制数进行取反操作，然后将sub = 1，传入FA进行+1操作。

（由[y]补求[-y]补，全部位取反后加一）。

高位进位的产生依赖于低位进位的输入，串行进位加法器的速度较慢。

输入：操作数1X的8位数据X7-X0，操作数2Y的八位数据Y7-Y0。

最低位进位Cin，加减法控制项Sub。

输出：运算结果S的八位数据S7-S0，最高位进位Cout，有符号运算溢出判断OF。

（2）改变输入组合如下所示9种情况，观察输出结果是否符合（贴图）。

1.X Y Sub S Cout OF2.1021031003.7f02081014.ff fe 0 fd 105.8182003116.10 df 131007.7f fe 181018.ff 021 fd 109.817e1031123456789实验六快速加法器设计电路一、实验目的掌快速加法器中先行进位的原理，能利用相关知识设计4位先行进位电路，并利用设计的4位先行进位电路构造4位快速加法器，能分析对应电路的时间延迟。

第1篇一、实验目的1. 通过实验，加深对电路基本概念和原理的理解。

2. 掌握电路实验的基本方法和技能。

3. 培养分析和解决实际电路问题的能力。

二、实验内容本实验报告册共分为以下八个实验部分：实验一：电路元件伏安特性测试实验二：基尔霍夫定律验证实验三：电路的叠加原理与齐次性验证实验四：受控源特性研究实验五：交流电路的研究实验六：三相电路电压、电流的测量实验七：三相电路功率的测量实验八：RC移相电路实验三、实验原理1. 电路元件伏安特性测试：通过测量电阻、电容、电感等元件的电压和电流，绘制伏安特性曲线，分析元件的特性。

2. 基尔霍夫定律验证：利用基尔霍夫电流定律和电压定律，验证电路节点处电流和电压的关系。

3. 电路的叠加原理与齐次性验证：验证电路的叠加原理和齐次性，即在电路中某一支路电流为零时，其他支路电流也为零。

4. 受控源特性研究：研究受控源（电压控制电流源、电流控制电流源、电压控制电压源、电流控制电压源）的特性，分析其控制作用。

5. 交流电路的研究：研究交流电路中电压、电流的相位关系，分析电路的阻抗、导纳、功率因数等参数。

6. 三相电路电压、电流的测量：测量三相电路中电压、电流的有效值和相位，分析三相电路的特点。

7. 三相电路功率的测量：测量三相电路的功率，分析三相电路的功率分配。

8. RC移相电路实验：研究RC移相电路的特性，分析电路的相位移动和幅值变化。

四、实验步骤1. 实验一：电路元件伏安特性测试（1）搭建实验电路，连接电路元件。

（2）调节信号源，测量电路元件的电压和电流。

（3）记录数据，绘制伏安特性曲线。

2. 实验二：基尔霍夫定律验证（1）搭建实验电路，连接电路元件。

（2）测量电路节点处的电流和电压。

（3）验证基尔霍夫电流定律和电压定律。

3. 实验三：电路的叠加原理与齐次性验证（1）搭建实验电路，连接电路元件。

（2）断开某一支路，测量其他支路电流。

（3）验证电路的叠加原理和齐次性。

4. 实验四：受控源特性研究（1）搭建实验电路，连接受控源。

基于plc的恒压供水系统的设计（恒压供水系统的原理及电气控制要求。

Plc在机电系统中的应用和工作原理.西门子变频器的工作原理MM440。

Plc编程原理及程序设计方法。

电器原理图，接线图。

)一．恒压供水系统的原理1．系统介绍生产生活中的用水量常随时间而变化，季节、昼夜相差很大.用水和供水的不平衡集中体砚在水压上，用水多而供水少则水压低,用水少而供水多则水压高。

以前大多采用传统的水塔、高位水箱或气压罐式增压设备容易造成二次污染，同时也增大了水泵的轴功率和能量损耗.随着电力电子技术的发展变频调速技术广泛应用于送水泵站、加压站、工业给水、小区和高楼供水等供水等领域。

相对于传统的技术而言，它具有节能效益明显、保护功能完善、控制灵活方便等优点。

恒压供水控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC)构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行,并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的.系统的控制目标是总管的出水压力及系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较,其差值输入CPU运算处理后,发出控制指令,控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速,从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。

恒压供水系统由PLC控制器,变频器,触摸屏显示器，压力变送器，水位变送器，软启动器，水泵电机组，电机保护装置以及其他电控设备等构成，如图1所示。

图1 恒压供水系统示意图2．系统构成系统采用了S7—200型PLC (14个输人点，10个输出点)、MM440型变频器、压力传感器及其他控制设备.系统构成如图2所示。

图2 系统构成图压力传感器将用户管网水压信号变成电信号（4一20mA），送给变频器内部PID控制器，PID控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算，并给出信号控制水泵电动机的电压和频率.当用水量较少时,1＃泵在变频器控制下变频运行。