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《 机床电气控制技术 》
实验指导书
机械电子工程教研室
2018年 12月
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实验一 三相异步电动机的正反转控制
【 实验目的 】
（ 1）了解复合按钮、接触器的工作原理及使用方法；
（ 2） 加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解 ；
（ 3） 学会分析、排除继电 器 — 接触 器 控制线路故障的方法 ；
（ 4） 掌握由电气原理图接成实际操作电路的方法 ，提高分析解决实际工程问题的
能力。
【 实验要求 】
（ 1）实验前认真阅读实验指导书，熟悉实验电路；
（ 2） 接线时合理安排挂箱位置，接线要求牢靠、整齐、清楚 、安全可靠 ；
（ 3） 操作时要谨慎，不许用手触及各电器元件导电部分及电动机转动部分，以免触
电及意外损伤 ；
（ 4） 通电观察继电器动作情况时，要注意安全，防止碰触带电部位， 严禁带电操作 ；
（ 5）按要求完成实验操作，做好实验记录，认真做好实验报告和思考题；
（ 6）实验结束，整理好实验工具，保持实验室整洁卫生。
【 实验器材 】
（ 1） THSMS 模拟实验台 S32 和 S33 挂箱；
（ 2）三相笼型异步电动机 一台；
（ 3）连接导线 若干。
【 实验原理和电路 】
在笼型电动机正反转控 制线路中，只要改变电动机的三相电源进线的任意两相的相
序，电动机即可 实现 反转。本实验给出电动机的 “ 正 — 反 — 停 ” 控制线路如图 1所示，具
有如下特点 。
1、电气互锁
实验电路中采用了两个接触器 KM1和 KM2，分别进行正转和反转的控制。为了避免
接触器 KM1、 KM2同时得电吸合造成三相电源短路，在 KM1（ KM2）线圈支路中串接有
KM2（ KM1）辅助常闭触头，保证了线路工作时 KM1、 KM2不会同时得电，电路能够可
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靠工作。
2、机械互锁
实验电路中采用了复合按钮 SB1为正转按钮，复合按钮 SB2为反转按钮，停止按钮
SB3。采用按钮 SB1与 SB2组成机械互锁环节， 力 求线路能够方便操作。
（ a）主电路 （ b）控制电路
图 1 三相异步电动机正反转控制实验电路
3、保护环节
线路具有短路、过载、失压保护等功能。三相异步电动机采用星型接法。
【 实验内容及步骤 】
1、教师演示讲解
（ 1）介绍实验装置各挂箱上各元器件的功能。
（ 2）演示电动机长动和点动线路的接线与运行。
2、实验过程
学生按照图 1 正确连接线路，先接控制电路，再接 主电路； 经指导教师检查后，方
可进行通电操作，具体实验步骤如下：
（ 1） 按控制 面板 启动按钮，接通三相交流电源。
（ 2） 按正向起动按钮 SB1，电动机正向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情
况。按停止按钮 SB3，使电动机停转。
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（ 3） 按反向起动按钮 SB2，电动机反向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情
况。按停止按钮 SB3，使电动机停转。
（ 4） 按正向 （ 或反向 ） 起动按钮，电动机起动后，再去按反向 （ 或正向 ） 起动按钮，
观察有 什么 情况发生？
（ 5） 电动机停稳后，同时按正、反向两只起动按钮，观察有 什么 情况发生？
（ 6） 失压保护：按起动按钮 SB1（ 或 SB2） 电动机起动后，按控制面板停止按钮，
断开实验线路三相电源，模拟电动机失压 （ 或零压 ） 状态，观察电动机与接触器的动作
情况，随后，再按控制面板上启动按钮，接通三相电源，但不按 SB1（ 或 SB2） ，观察电
动机能否自行起 动？
（ 7） 实验完毕，按控制 面板 停止按钮，切断实验线路电源。
【 思考题 】
（ 1）在电动机正、反转控制线路中，为什么必须保证两个接触器不能同时工作？
（ 2）只采用机械互锁而不采用电气互锁可以吗？将可能产生什么后果？
（ 3）在控制线路中 ,短路、过载、失压保护等 功能是如何实现的 ?
（ 4） 比较点动控制线路与自锁控制线路从结构上看主要区别是什么？从功能上看主
要区别是什么？
【 实验报告 】
（ 1）画出实验原理图，并分析工作过程。
（ 2）叙述实验操作步骤，并记录和分析实验结果。
（ 3）回答思考题，并画出相关的原理图。
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实验二 三相异步电动机 Y－ Δ 降压
起动控制
【 实验目的 】
（ 1）了解空气阻尼式时间继电器的结构、工作原理及使用方法；
（ 2）理解三相异步电动机 Y－ Δ 降压起动的概念和基本原理；
（ 3） 熟悉三相异步电动机 Y－ Δ 降压起动接线 方法；
（ 4）熟悉上述电路的故障分析及排除故障的方法。
【 实验要求 】
（ 1）实验前认真阅读实验指导书，熟悉实验电路；
（ 2） 接线时合理安排挂箱位置，接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠 ；
（ 3） 操作时要谨慎，不许用手触及各电器元件导电部分及电动机转动部分，以免触
电及意外损伤 ；
（ 4） 通电观察继电器动作情况时，要注意安全，防止碰触带电部位， 严禁带电操作 ；
（ 5）按要求完成实验操作，做好实验记录，认真做好实验报告和思考题；
（ 6）实验结束，整理好实验工具，保持实验室整洁卫生。
【 实验装置 】
（ 1） THSMS 模拟实验台 S32 和 S33 挂箱；
（ 2）三相笼型异步电动机 一台；
（ 3）连接导线 若干。
【 实验原理和电路 】
三相 笼型异步电动机降压起动方法有多种， 本实验给出电动机的 Y－ △ 降压起动 线路
如图 2所示， 控制线路 采用时间设计原则。
从主回路看，当接触器 KM、 KM1 主触头闭合， KM2 主触头断开时，电动机三相定
子绕组作 Y 连接；而当接触器 KM 和 KM2 主触头闭合， KM1 主触头断开时，电动机三
相定子绕组作 △ 连接。因此，所设计的控制线路若能先使 KM 和 KM1 得电闭合，后经一
定时间的延时， 使 KM1 失电断开，而后使 KM2 得电闭合，则电动机就能实现降压起动
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后自动转换到正常工作运转。该线路具有以下特点 。
（ 1） 接触器 KM1 与 KM2 通过辅助常闭触点 KM1 与 KM2 实现电气互锁，保证接
触器 KM1 与 KM2 不会同时得电，以防止三相电源的短路事故发生。
（ a）主电路 （ b）控制电路
图 2 三相异步电动机 Y－ △ 降压 控制实验电路
（ 2） 依靠时间继电器 KT 进行控制，保证在按下起动按 钮 SB2 后，使接触器 KM、
KM1 和时间继电器 KT 线圈先得电。时间继电器 KT 的整定时间到后，依靠时间继电器
KT 的通电延时断开常闭触点先断， KT 的通电延时闭合常开触点后闭合的动作次序，保
证 KM1 先断，而后再自动接通 KM2，也避免了换接时电源可能发生的短路事故。
（ 3） 本线路正常运行（ △ 形连接）时，接触器 KM1 及时间继电器 KT 均处 于 断电
状态。
【 实验内容及步骤 】
学生按照图 2 正确连接线路，先接控制电路，再接主电路； 经指导教师检查后，方
可进行通电操作，具体实验步骤如下：
（ 1） 要求按图示的接线形式从左到右、从上 到下，逐行连接。
（ 2） 在不通电的情况下，用万用电表 Ω 档检查线路连接是否正确，特别注意 KM2
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与 KM3 两个互锁触头是否正确接入。经指导教师检查后，方可通电。
（ 3） 开启控制 面板 电源总开关，按控制 面板 启动按钮，接通三相交流电源。
（ 4） 按起动按钮 SB2，观察电动机的整个起动过程及各继电器的动作情况，记录 Y
－ △ 换接所需时间。
（ 5） 按停止按钮 SB1，观察电机及各继电器的动作情况。
（ 6） 调整时间继电器的整定时间，观察接触器 KM1、 KM2 的动作时间是否相应
地改变。
（ 7） 实验完毕，按控制 面板 停止按钮，切断实验线路电源。
【 思考题 】
（ 1）采用 Y－ △ 降压起动 方式适用于什么场合？
（ 2）控制回路中的一对互锁触头有何作用？若取消这对触头对 Y－ △ 降压起动有何
影响，可能会出现什么后果？
（ 3） 如果要用一只断电延时式时间继电器来设计异步电动机的 Y－ △ 降压起动控制
线路，试问三个接触器的动作次序应作如何改动，控制回路又应如何设计？
【 实验报告 】
（ 1）画出实验原理图，并分析工作过程。
（ 2）叙述实验操作步骤，并记录和分析实验结果。
（ 3）回答思考题，并画出相关的原理图。
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实验三 三相异步电动机的能耗制动及
反接制动控制
【 实验目的 】
（ 1） 通过实验进一步理解三相鼠笼式异步电动机制动原理 ；
（ 2） 增强实际连接控制电路的能力和操作能力 ；
（ 3）提高分析解决实际工程问题的能力。
【 实验要求 】
（ 1）实验前认真阅读实验指导书，熟悉实验电路；
（ 2） 接线时合理安排挂箱位置，接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠 ；
（ 3） 操作时要谨慎，不许用手触及各电器元件导电部分及电动机转动部分，以免触
电及意外损伤 ；
（ 4） 通电观察继电器动作情况时，要注意安全，防止碰触带电部位， 严禁带电操作 ；
（ 5） 按要求完成实验操作，做好实验记录，认真做好实验报告和思考题；
（ 6）实验结束，整理好实验工具，保持实验室整洁卫生。
【 实验器材 】
（ 1） THSMS 模拟实验台 S32 和 S33 挂箱；
（ 2）三相笼型异步电动机 一台；
（ 3）连接导线 若干。
【 实验原理和电路 】
1、 三相异步电动机的能耗制动控制
三相鼠笼电动机实现能耗制动控制线路按时间原则进行设计，如图 3 所示。
（ 1） 在三相定子绕组断开三相交流电源后，在两相定子绕组中通入直流电，以建立
一个恒定的磁场，转子的惯性转 动切割这个恒定磁场而感应电流，此电流与恒定磁场作
用，产生制动转矩使电动机迅速停车。
（ 2） 在自动控制系统中，通常采用时间继电器，按时间原则进行制动过程的控制。
可根据所需的制动停车时间来调整时间继电器的时延，以使电动机刚开始制动停车，就
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使接触器释放，切断直流电源。
（ 3） 能耗制动过程的强弱与进程，与通入直流电流大小和电动机转速有关，在同
样的转速下，电流越大，制动作用就越强烈，一般直流电流取为空载电流的 3～ 5 倍为
宜。
（ a）主电路 （ b）控制电路
图 3 三相异步电动机能耗制动控制实验电路
2、三相异步电动机的反接制动控制
三相鼠笼电动机电气制动的另一种方法就是反接制动。它是利用改变电动机电源的
相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法，制动
迅速、效果好、冲击大。反接制动控制线路按速度原则进行设计，如图 4 所示。
（ 1）电动机正常运转时，接触器 KM1 通电吸合，速度继电器 KS 的常开触点闭合，
为反接制动做准备。
（ 2）按下停止按钮 SB1， KM1 断电，电动机定子绕组脱 离三相电源，电动机因惯
性仍以很高速度旋转， KS 常开触点仍保持闭合。
（ 3）将 SB1 按到底，使 SB1 常开触点闭合， KM2 通电并自锁，电动机定子串接
电阻接上反相序电源，进入反接制动状态。电动机转速迅速下降。
当电动机转速接近 100r/min 时， KS 常开触点复位， KM2 断电，电动机断电，反接
制动结束。
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（ a）主电路 （ b）控制电路
图 4 三相异步电动机 反接制动 控制实验电路
【 实验内容及步骤 】
1、三相异步电动机的能耗制动控制
（ 1）笼 型异步电动机接成Δ接法，实验线路电源接三相电压输出端 (U、 V、 W)；初
步整定时间继电器的时延，可先设置得大一些 (约 5～ 10 秒 )。本实验中，能耗制动电阻
RT为 10Ω。
（ 2）按图 3接线，并用万用电表检查线路连接是否正确。
（ 3）自由停车操作：先断开整流电源（如拔去接在 V相上的整流电源线），按 SB2，
使电动机起动运转，待电动机运转稳定后，按 SB1，用秒表记录电动机自由停车时间。
（ 4）制动停车操作：接上整流电源（即插回接通 V相的整流电源线）。
按 SB2，使电动机起动运转，待运转稳定后，按 SB1，观察并记录电动机 从按下 SB1
起至电动机停止运转的能耗制动时间 tZ及时间继电器延时释放时间 tF，一般应使 tF ＞
tZ。重新整定时间继电器的时延，以使 tF=tZ，即电动机一旦停转便自动切断直流电源。
（ 5）实验完毕，按控制面板停止按钮，切断实验线路电源。并将实验器材整理好。
2、三相异步电动机的反接制动控制
（ 1）按图 4进行接线，实验中电动机采用星型接法。
（ 2）在接控制回路时，任选择一个速度继电器的常开触点接线，接线尽可能整齐、
便于检查；使接点牢固、可靠。
（ 3）合上总开关，按下起动按钮，使电动机转动。
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（ 4）按下停止按钮（ 注意按到底），看制动效果如何。如无制动效果将电源切断，
重新换一组速度继电器的常开触点，再试一次。
（ 5）实验完毕，按控制面板停止按钮，切断实验线路电源。并将实验器材整理好。
【 思考题 】
（ 1） 为什么交流电源和直流电源不允许同时接入电机定子绕组？
（ 2） 在反接制动时，在按下制动按钮后，如不按到底会出现什么情况？
（ 3）如果要设计一个可逆的反接制动控制线路，需要几台速度继电器？
【 实验报告 】
（ 1）画出实验原理图，并分析工作过程。
（ 2）叙述实验操作步骤，并记录和分析实验结果。
（ 3）回答思考题，并画出相关的 原理图。
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实验四 PLC 基本逻辑指令编程
【 实验目的 】
（ 1）熟悉 PLC，了解 S7-200 系列输入、输出地址编号；
（ 2）掌握与、或、非逻辑功能的编程方法；
（ 3） 掌握定时器和计数器的正确编程方法，并学会定时器的扩展方法；
（ 4）熟悉编程软件 STEP7 的编程环境，软件的使用方法。
【 实验要求 】
（ 1）实验前认真阅读实验指导书，熟悉实验电路；
（ 2） 接线时合理安排挂箱位置，接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠 ；
（ 3） 操作时要谨慎，不许用手触及各电器元件导电部分及电动机转动 部分，以免触
电及意外损伤 ；
（ 4） 通电观察继电器动作情况时，要注意安全，防止碰触带电部位， 严禁带电操作 ；
（ 5）按要求完成实验操作，做好实验记录，认真做好实验报告和思考题；
（ 6）实验结束，整理好实验工具，保持实验室整洁卫生。
【 实验装置 】
（ 1） THSMS 模拟实验台 S21 挂箱；
（ 2）计算机（安装编程软件 STEP7） 一台；
（ 3）连接导线 若干。
【 实验原理和电路 】
西门子 S7-200 是一种小型的可编程控制器，适用于各行各业。实验台 PLC 主机型
号为 CPU224，集成 14 输入 /10 输出，共 24 个数字量 I/O 点。数字量扩展单元为 EM223，
集成 16 输入 /16 输出。主机旁边实验台上的接线孔，通过防转座插锁紧线与 PLC 的主
机相应输入输出插孔相连接。
S21 挂箱中下面两排 I0.0～ I1.5 为输入按键和开关，模拟开关量的输入。上面一排
Q0.0～ Q1.1 是 LED 指示灯，接 PLC 主机输出端，用以模拟输出负载的通与断，显示程
序的运行结果。
进行本实验时，需要进行 PLC 外部接线。 S7-200 的外部接线等效电路如图 5 所示。
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PLC 端子上标注 L+、 M 的两个端子， 是内部提供的 DC 24V 电源的正、负极，为外部
元器件提供所需电源。主机旁边实验台上 的 L+、 M 接线孔实际上并不是从主机上引出的。
为了降低实验过程中主机被损坏的 可能性 ，实验台内部 线路 经过变压得到一个 DC 24V
电源 ， 专为实验过程中为输入 、 输出回路提供电源，正负极分别标注为 L+和 M。
图 5 S7-200的 I/O接线图
【 实验内容和步骤 】
1、基本逻辑指令应用
通过程序判断 Q0.0、 Q0.1、 Q0.2、 Q0.3 的输出状态，然后再输入并运行程序加以
验证。实验参考程序如图 6 所示。 具体实验步骤如下：
图 6 基本逻辑指令程序
（ 1）按照梯形图中给出的地址编号进行输入、输出回路的接线。程序中的 I0.0、 I0.1
分别对应控制实验单元输入开关 I0.0、 I0.1， Q0.0、 Q0.1、 Q0.2、 Q0.3 分别对应控制实
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验单元输出指示灯关 Q0.0、 Q0.1、 Q0.2、 Q0.3。
（ 2）通过专用 PC/PPI 电缆连接计算机与 PLC 主机。
（ 3）打开编程软件 STEP7，逐条输入程序。
（ 4） 开启控制面板电源总开关，按控制面板启动按钮，接通三相交流电源。
（ 5）将可编程控制器主机上的 STOP/RUN 开关拨到 RUN 位置，将 PLC 主机与 计
算机建立起通信，将所编程序下载到主机内。
（ 6）拨动输入开关 I0.0、 I0.1，观察输出指示灯 Q0.0、 Q0.1、 Q0.2、 Q0.3 是否符合
与、或、非逻辑的正确结果。绘制表格记录实验操作结果。
（ 7） 实验完毕，按控制面板停止按钮，切断实验线路电源。
2、定时器的认识
定时器的控制逻辑是经过时间继电器的延时动作，然后产生控制作用。其控制作用
同一般继电器。接通延时 ON 实验参考程序如图 7 所示。
图 7 定时器程序
实验操作步骤同上。自己编写程序来验证定时器其它指令的功能。
3、定时器的扩展
由于 PLC 的定时器有一定的定时范围，如果需要的设定值超过机器范围，可以通过
定时器的串联组合来扩充设定值的范围。定时器的扩展实验参考程序如图 8 所示。
图 8 定时器的扩展程序
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实验操作步骤同上。自己总结定时器扩展应用的原则。
4、计时器的认识
西门子 S7-200 系列的内部计数器分为加计数器、减计数器和加减计数器三种。计
数器的实验参考程序如图 9 所示。
图 9 计数器的程序
实验操作步骤同上。由于 PLC 的计数器也有一定的计数范围。如果需要的设定值超
过 计数 范围，可以通过计数器的串联组合来扩充设定值的范围 。自己编写计数器的扩展
程序并进行验证，同时总结计数器扩展应用的原则。
【 思考题 】
（ 1） 列写本 实验所用 PLC 主机 型号，输入 /输出点数及地址的范围。
（ 2） 通过 编写 PLC 程序 来实现 一个灯的 打开和关闭控制 ，绘制 其 外部接线图并连
线实际验证。
（ 3） 通过 编写 PLC 程序 来实现 一个灯的 闪烁控制 ，绘制 其 外部接线图并连线实际
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验证。
【 实验报告 】
（ 1）整理实验程序，尤其是自己编写的程序并写出对应的语句指令表。
（ 2）叙述实验操作步骤，并记录和分析实验结果。
（ 3）回答思考题，并画出相关的原理图。
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实验五 三相异步电动机 Y— Δ 降压起动
PLC 控制
【 实验目的 】
（ 1）进一步掌握定时器指令的应用；
（ 2）加深理解 PLC 的工作原理；
（ 3） 掌握 PLC 控制与继电器控制的区别；
（ 4）提高应用 PLC 解决实际工程问题的能力。
【 实验要求 】
（ 1）实验前认真阅读实验指导书，熟悉实验电路；
（ 2） 接线时合理安排挂箱位置，接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠 ；
（ 3） 操作时要谨慎，不许用手触及各电器元件导电部分及电动机转动部分，以免触
电及意外损伤 ；
（ 4） 接通电源之前，将三相电源模 块的开关置于 “ 关 ” 位置（开关往下扳），请在
连好实验接线后，才将这一开关接通，请千万注意人身安全 ；
（ 5）按要求完成实验操作，做好实验记录，认真做好实验报告和思考题；
（ 6）实验结束，整理好实验工具，保持实验室整洁卫生。
【 实验装置 】
（ 1） THSMS 模拟实验台 S32 挂箱；
（ 2）计算机（安装编程软件 STEP7） 一台；
（ 3）三相笼型异步电动机 一台；
（ 4）连接导线 若干。
【 实验原理和电路 】
笼型异步电动机降压起动 应用 PLC控制，需要进行主电路和 PLC外部接线图的设计，
及 PLC 控制程序的编写。说明如下：
（ 1）主电路如图 10 所示。从主回路看，当接触器 KM1、 KM2 主触头闭合， KM3
主触头断开时，电动机三相定子绕组作 Y 形连接；而当接触器 KM1 和 KM3 主触头闭合，
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KM2 主触头断开时，电动机三相定子绕组作 △ 形连接。因此控制要求是触动启动按钮 SB2
后，电机先作 Y 形连接启动，经延时后自动换接到 △ 形连接运转；触动停止按钮 SB3 后
电机停止转动。
图 10 三相异步电动机 Y－ △ 降压 PLC控制实验主电路
（ 2） PLC 外部接线图如图 11 所示， SB1 为启动按钮， SB2 为停止按钮。输出回路
的电源由所选用的接触器来确定，注意交流 220V 电源的接线。 Y 形接触器 KM3 和 △ 形
接触器 KM2 不能同时得电，硬件电路中采用了互锁环节，编写程序时也需加入软件互锁
环节。
图 11 三相异步电动机 Y－ △ 降压 PLC控制实验外部接线图
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（ 3）由于电机定子绕组 Y 形和 △ 形换接时，有可能因为电动机容量较大或操作不当
等原因，使接触器主触头产生较为严重的电弧现象。如果电弧还未完全熄灭时， △ 形控
制的接触器就闭合，则会造成电源相间短路。在 PLC 控制程序的编写中注意避免这一问
题。
【 实验内容和步骤 】
进行本实验，首先按照控制要求设计主电路和 PLC 外部接线图，然后根据 I/O 地址
分配，编写 PLC 控制程序，参考程序如图 12 所示。进行实验需按照如下步骤进行。
图 12 三相异步电动机 Y－ △ 降压 起动 PLC控制实验程序
（ 1）根据 PLC 外部接线图进行连线。
（ 2）通过专用 PC/PPI 电缆连接计算机与 PLC 主机。
（ 3）打开编程软件 STEP7，逐条输入程序。
（ 4） 开启控制面板电源总开关，按控制面板启动按钮，接通三相交流电源。
（ 5）将可编程控制器主机上的 STOP/RUN 开关拨到 RUN 位置，将 PLC 主机与计算
机建立通信，将所编程序下载到主机内。
（ 6） 操作启动按钮和停止按钮，通过输出回路接触器线圈指示灯来验证程序是否正
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确。
（ 7）控制程序没有问题后，再连接主电路。操作启动按钮和停止按钮，来观察电动
机的运行情况。
（ 8） 实验完毕，按控制面板停止按钮，切断实验线路电源。
【 思考题 】
（ 1）总结 PLC 控制和继电器控制的异同点。
（ 2）实验参考程序中采用几个定时器？起作用分别是什么？
（ 3）试编写电动机的正反转 PLC 控制程序，要求在正反转切换时加入延时环节，并
进行实验调试。
【 实验报告 】
（ 1）画出实 验原理图，并整理实验程序。
（ 2）叙述实验操作步骤，并记录和分析实验结果。
（ 3）回答思考题，并画出相关的原理图。
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实验六 十字路口交通信号灯控制
【 实验目的 】
（ 1）了解 PLC 控制系统设计的方法与步骤；
（ 2）掌握应用时序图法进行 PLC 控制程序的编写；
（ 3） 提高分析解决实际工程问题的能力。
【 实验要求 】
（ 1）实验前认真阅读实验指导书，熟悉实验电路；
（ 2） 接线时合理安排挂箱位置，接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠 ；
（ 3） 操作时要谨慎，不许用手触及各电器元件导电部 分及电动机转动部分，以免触
电及意外损伤 ；
（ 4） 通电观察继电器动作情况时，要注意安全，防止碰触带电部位， 严禁带电操作 ；
（ 5）按要求完成实验操作，做好实验记录，认真做好实验报告和思考题；
（ 6）实验结束，整理好实验工具，保持实验室整洁卫生。
【 实验装置 】
（ 1） THSMS 模拟实验台 S21 挂箱；
（ 2）计算机（安装编程软件 STEP7） 一台；
（ 3）连接导线 若干。
【 实验原理和电路 】
十字路口上的红、黄、绿交通信号灯，绿灯亮放行、红灯亮禁 行，黄灯警告。本实
验控制要求如下：
（ 1） 放行时间：南北方向为 30 秒，东西方向为 20 秒；
（ 2） 禁行预告：欲禁行方向的黄灯和欲放行方向的红灯以 5Hz 的频率闪烁 5 秒， 5
秒后另一个方向放行；
（ 3） 只用一个控制开关对系统进行运行控制。
若 PLC 各输出信号的状态变化有一定的时间顺序，可由时序图入手进行程序设计。
时序图法进行该实验步骤如下：
（ 1）分析控制要求，确定输入和输出信号。
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对本例，由控制开关输入的信号是输入信号；指示灯的亮、灭由 PLC 的输出信号控
制。由于同方向的同色灯在同一时间亮、灭，可将同色灯并联，用一 个输出信号控制。
这样只占 6 个输出点。
注意原则：在满足控制要求的前提下，应尽量少占用 PLC 的 I/O 点数。
（ 2）根据各输入、输出信号之间的时序关系，画出输入和输出信号的工作时序图。
（ 3）把时序图划分成若干个区段，确定各区段的时间长短。找出区段间的分界点，
弄清分界点处各输出信号状态的转换关系和转换条件。
（ 4）确定所需的定时器个数，分配定时器号，确定各定时器的设定值。
（ 5）明确各定时器开始定时和定时到两个时刻各输出信号的状态。最好作一个状
态转换明细表。
（ 6）作 PLC 的 I/O 分配表。本实验 I/O 地址分配 表如表 1 所示。
表 1 I/O 地址分配表
输入 输出
控制开关 南北绿灯 南北黄灯 南北红灯 东西绿灯 东西黄灯 东西红灯
I0.0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5
（ 7）根据定时器功能明细表和 I/O 分配，画出 PLC 的梯形图。
（ 8）作模拟实验，进一步修改、完善程序。
【 实验内容和步骤 】
进行本实验，首先按照控制要求设计主电路和 PLC 外部接线图，然后根据 I/O 地址
分配，编写 PLC 控制程序，参考程序如图 13 所示。进行实验需按照如下步骤进行：
（ 1）根据 PLC 外部接线图进行连线 。
（ 2）通过专用 PC/PPI 电缆连接计算机与 PLC 主机。
（ 3）打开编程软件 STEP7，逐条输入程序。
（ 4） 开启控制面板电源总开关，按控制面板启动按钮，接通三相交流电源。
（ 5）将可编程控制器主机上的 STOP/RUN 开关拨到 RUN 位置，将 PLC 主机与计
算机建立起通信，将所编程序下载到主机内。
（ 6）操作启动按钮和停止按钮，通过输出回路接触器线圈指示灯来验证程序是否
正确。
（ 7）控制程序没有问题后，再连接主电路。操作启动按钮和停止按钮，来观察电
动机的运行情况。
（ 8）实验完毕，按控制面板停止按钮，切断 实验线路电源。
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图 13 十字路口交通信号灯控制实验程序
【 思考题 】
（ 1）若本实验程序采用顺序控制法来编写，试画出顺序功能流程图，编写程序并进
行调试。
（ 2）在交通灯的实际控制电路中，若信号灯的电源为交流 36V，其实际电气接线图
应如何绘制？
【 实验报告 】
（ 1）根据控制要求，画出实验时序图，并分析工作过程。
（ 2）叙述实验操作步骤，并记录和分析实验结果。
（ 3）回答思考题，并画出相关的原理图。
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实验七 机械手顺序动作控制的模拟
【实验目的】
（ 1）熟悉 PLC，了解 S7-200系列输入、 输出地址编号；
（ 2）掌握顺序控制设计的编程方法；
（ 3）熟悉编程软件 STEP7的编程环境，软件的使用方法。
【实验要求】
（ 1）实验前认真阅读实验指导书，熟悉实验电路；
（ 2） 接线时合理安排挂箱位置，接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠 ；
（ 3） 操作时要谨慎，不许用手触及各电器元件导电部分及电动机转动部分，以免触
电及意外损伤 ；
（ 4） 通电观察继电器动作情况时，要注意安全，防止碰触带电部位， 严禁带电操作 ；
（ 5）按要求完成实验操作，做好实验记录，认真做好实验报告和思考题；
（ 6）实验结束，整理好实验工具，保持 实验室整洁卫生。
【实验装置】
（ 1） THSMS模拟实验台 S24挂箱；
（ 2）计算机（安装编程软件 STEP7） 一台；
（ 3）连接导线 若干。
【实验原理及要求】
实验模拟一个将工件由 A处传送到 B处的机械手，控制要求如下：
（ 1） 上升 /下降和左移 /右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。
当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈
通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线
圈通电 为止。
（ 2）夹紧 /放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈
断电时执行放松动作。
（ 3）设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动
作，即为：
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图 5 机械手动作流程图
机械手位于原位时，按下起动按钮，按照动作顺序开始连续运行，在运行过程中，
按下停止按钮，把当前周期运行完后停在原位。
机械手动作的模拟实验面板如图 6所示。
图 6 机械手动作的模拟实验面板
此面 板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和
原位指示灯用发光二极管来模拟。
【实验内容和步骤】
（ 1）根据控制要求将控制过程分成若干个工作步。
（ 2）确定所需输入和输出点，选择 PLC 机型，作出 I/O分配， 并进行 I/O 接线 。
（ 3）为每个步设置控制位，确定转换条件。控制位最好使用同一个通道的若干连
续位。
（ 4）在前两步的基础上，画出功能表图。
（ 5）根据功能表图画梯形图。
（ 6）通过专用 PC/PPI 电缆连接计算机与 PLC主机。
（ 7）打开编程软件 STEP7，逐条输入程序。
（ 8）开启 控 制屏电源总开关，按控制屏启动按钮，接通三相交流电源。
（ 9）将可编程控制器主机上的 STOP/RUN 开关拨到 RUN位置，将 PLC主机与计算机
建立起通信，将所编程序下载到主机内。
（ 10） 拨动 按钮和开关，观察实验操作结果。
（ 11）实验完毕，按控制屏停止按钮，切断实验线路电源。
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【思考题】
（ 1） 若机械手完成的是单步和单周期控制，如何修改功能表图和梯形图。
（ 2） 试着编写机械手的手动控制程序，并连线验证。
【实验报告】
（ 1）叙述实验操作步骤，并画出控制系统的 动作流程图、 I/O 外部接线图、 I/O 地
址分配表、系 统的顺序功能表图和梯形图 。
（ 2）回答思考题，并画出相关的原理图。
I/O地址分配表（参考）
Q0.5 原位指示灯 HL I0.5 停止按钮 SB2
Q0.4 左行 YV5 I0.4 左限位 SQ4
Q0.3 右行 YV4 I0.3 右限位 SQ3
Q0.2 上升 YV3 I0.2 上限位 SQ2
Q0.1 夹紧 YV2 I0.1 下限位 SQ1
Q0.0 下降 YV1 I0.0 启动按钮 SB1
输 出 输 入
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实验八 电气联合控制实验
【实验目的】
（ 1）了解常见的气动换向控制回路，及各元件在回路中的作用；
（ 2）掌握继电器在气动回路控制中的应用，并能设计电气原理图；
（ 3）掌握 PLC在气动回路控制中的应用，并能绘制外部接线图，进行程序编制。
【实验要求】
（ 1）实验屏左侧有一根接有三相四芯插头的电源线，将三相四芯插头接通 三相四
芯 380V交流市电，合上屏左侧的空气开关，这时，电压表有电压指示、“停止”按钮灯
亮（红色），屏侧面的三芯插座也有电压输出。电压显示数显表显示直流 24V电压值。
（ 2）铝型材区就是实验操作区。实验时将装有卡件的气动阀卡或液压阀在 T 型结
构的型材上，再连接好气管或油管，就可以实训了，可以很方便的拆卸。
选择做实验要用的带有卡件的气压阀，将卡件上活动件按下，把卡件下挂钩放入型
材槽内，再将卡件与型材相贴，松开卡件活动件，上活动钩就钩住型材，并要仔细检查
是否真的卡住，（可用手向下扳一下），此过程一定要仔细，否则容 易造成人身伤害。即
将带有卡件的气压阀固定在型材上啦，拆卸与放置顺序相反。
【实验装置】
THPQD-1型气动与 PLC实验设备。
【实验内容】
双缸顺序动作气动原理图如图 7所示。
图 7 双缸顺序动作气动原理图
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要求双缸按如下动作顺序运行： 3进→ 3 退→ 4进→ 4退。
1、控制方式采用继电器方式，操作过程如下：
（ 1）根据系统回路图，把所需的气动元件有布局的卡在铝型台面上，再用气管将
它们连接在一起，组成回路。
（ 2）仔细检查后，打开气泵的放气阀，压缩空气进 入三联件，调节减压阀，使压
力为 0.4MPa后，然后连接好电气线路（自己设计电气原理图）。
（ 3）按下主面板上的启动按钮，按下 SB1，气缸便按“ 3进→ 3 退→ 4进→ 4退”工
作一次，停止。
（ 4）若气缸便按“ 3进→ 3退→ 4进→ 4 退”循环动作，电气原理图如何修改。
2、控制方式采用 PLC方式，操作过程如下：
（ 1）根据系统回路图，把所需的气动元件有布局的卡在铝型台面上，再用气管将
它们连接在一起，组成回路。
（ 2）自己设计 PLC 接线图，并进行连线。
（ 3）编写 PLC控制程序，实现气缸便按“ 3进→ 3退→ 4进→ 4 退”循环 动作。
（ 4）用下载电缆把计算机和 PLC连接在一起，把程序下载到 PLC 主机里。
（ 5）检查好后，打开气泵的放气阀，压缩空气进入三联件，调节减压阀，使压力
为 0.4MPa后，二只气缸运动。
【思考题】
（ 1）如果气缸便按“ 3进→ 4进→ 3退→ 4退”循环动作，继电器原理图如何修改，
PLC程序做什么样的改动？
（ 2）如何保证循环开始时，两个气缸都处于最左端。
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