机电一体化实验报告

机电一体化实验报告机工1101周澍平11405700314实验一普通车床的电气控制线路设计一、实验目的1、通过对普通车床电气控制线路的设计，使学生真正掌握机床控制的原理。2、理论联系实际，提高综合运用继电器-接触器的能力。3、学习EPlan软件的基本应用。二、实验设备三相鼠笼异步电动机2台；中间继电器4个；交流接触器2个;按钮3个；指示灯4个等。EPlan软件。三、实验方法1、利用EPlan设计一个普通车床的联动电路。2、确认关闭电源的情况下，按如下原理图接线。接线完毕后，检查无误后，按以下步骤操作：（1）合上开关FQ1，接通总电源。（2）按下SB2按钮，KM2通电吸合，电动机Motor2起动运转。（3）合上开关SB1，电动机Motor1起动运转。（4）热继电器动作的情况下，实现的保护动作。（5）图中EL为车床工作灯，由开关SB3控制。四、实验步骤1、eplan的基本应用2、电路的实施五、思考题1、机床的基本保护（1）主轴保护包括主轴夹紧、工作台夹紧，防止机床由于刀具和工件没夹紧工作而破坏主轴。同时在程序中实现主轴的自动换档，当主轴的转速与所在的机械档位不符时可自动换档。并在每档中实现无级变速。（2）润滑、冷却保护系统启动后，CNC发出信号，此时内置的PLC控制液压泵，使机床的、润滑系统建立起系统压力，在主要的机械部件上均增加了压力检测装置，将信号反馈给PLC，当压力达到一定值时各轴才开始工作。对齿轮、变速箱采取定时润滑。（3）各轴的软限位在程序中设置了软限位保护，防止各轴直接撞击机械限位开关，提高安全性能。在程序中控制主轴箱（Y轴）电机的抱闸（内装），同时在机械部件上增加平衡油缸以平衡主轴箱的重量。2、电路设计的一般原则(1)电气控制电路应最大限度地满足机械设备加工工艺的要求。(2)控制电路应能安全、可靠地工作。(3)控制电路应简单、可靠、造价低。(4)控制电路应便于操作和维修。实验二基于PLC定位运动控制一、实验要求：1.熟悉PLC脉冲指令；2.能够用LAD语言进行接口控制；3.了解并掌握步进电机的驱动控制技术。二、实验原理：1、步进电机的驱动控制原理步进电机区别于其他控制用途电机的最大特点是，它接受数字控制信号（电脉冲信号）并转化成与之相对应的角位移或直线位移，它本身就是一个完成数字模拟转化的执行元件。而且它可开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量，这就是所谓的增量位置控制系统。我们知道步进电机的转速可以用下式表示（以反应式步进电机，负载不变为例）：min)/(60rZMfn式中f为控制脉冲的频率，Z为转子齿数，M为运行拍数。由上式可见步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度。为了充分发挥电机的快速性能，通常使电机在低于启动频率下启动，然后逐步增加脉冲频率直到所希望的速度，所选择的变化速率要保证电机不发生失步，并尽量缩短启动加速时间。为了保证电机的定位精度，在停止以前必须使电机从最高速度逐步减小脉冲频率，使之降到能够停止的速度（等于或稍大于启动速度）。因此，步进电机拖动负载高速移动一定距离并精确定位时，一般来说都应包括“启动－加速－高速运行（匀速）－减速－停止”五个阶段，通常为梯形速度特性，如果移动的距离很短则采用三角形速度特性。2、基于PLC控制的步进电机运动控制原理采用PLC进行步进控制时，PLC与步进电机驱动器之间只需两条控制线，一条用来发出时钟脉冲串，另一条用来发出方向电平信号。所以，在这种控制中，驱动器中必须含有环型分配器，对电机的各项励磁的分配及转换顺序都由环型分配器来完成。PLC向端口按电动机的转速要求发出相应周期间隔的脉冲，如恒定周期、周期递减或递增等。由此可方便的对电动机转速控制。方向电平控制线可实现对电动机方向的控制，电平为低时环型分配器按正方向进行脉冲分配，电机正转。反之，电机逆转。三、实验步骤：1.按实验要求将步进电机与驱动器，电源的连线连起来，驱动器和PLC的输出连线连起来，注意不要连错；2.清楚PLC输出地址，本实验共利用PLC输出口的两位来控制步进电机的方向和速度。Y0Y1步进电机的脉冲控制位步进电机的方向控制位编完软件后，运行软件。PLC的X0有输入则启动步进电机，10秒后低速反转；X1有输入则启动步进电机，20秒钟反复正反转。有条件可使用示波器进行观察，或者使用仿真软件对PLC的输入输出进行仿真。利用示波器的正端接PLC的Y0或Y1，负端接PLC的COM（地线），观察脉冲的频率是多大,如果看不到脉冲信号,试着增大q的值，然后再观察是否有脉冲，通过对步进电机改变方向，利用万用表的正端接PLC线的Y1，负端接COM，观察电平的变化。如果信号正确就可以把Y0脚和Y1脚分别接到步进电机驱动器的脉冲输入端和方向输入端。四、实验程序编制说明：五、思考题：1．从原理上来说，如果利用哪种类型的PLC能高效使用步进电机？答；可采用西门子S7—200系列PLC作为控制器2.请你画出示波器或仿真软件看到的频率波形，并标出周期和频率。实验三变频调速装置的操作面板使用及外部操作模式实验一、实验目的1、熟悉变频调速实验系统装置。2、了解外部操作模式控制感应电动机的实现。3、掌握变频器操作面板功能和模式切换的方法。二、实验预习要求1、掌握有关三相异步电动机变频调速原理及实现过程。2、了解有关三相异步电动机变频调速的特点。3、熟悉三菱变频器的设置方法。三、实验仪器和设备1、三相鼠笼式异步电动机1台2、三菱交流变频调速器(带有FR-DU04操作面板)1台3、变频调速系统实验电气控制柜1台四．实验内容变频器能用“外部操作模式”,“PU操作模式”,“组合操作模式”和“通讯操作模式”。“外部操作模式”即：通过对连接到变频器端子输入的外部信号(频率设定电位器,启动开关等)的操作达到控制变频器的运行。当电源接通时，接通启动信号(STF，STR)，则开始运行。具体内容：（1）了解变频器端子接线图；掌握操作面板的使用；（2）掌握变频调速器操作面板模式切换方法；（3）观察正转、反转开关控制时电机的运行情况；（4）观察电机分别在高/中/低速运行时的情况及频率的变化情况（本次实验中高/中/低速的频率设定采用默认值，分别为60HZ/30HZ/10HZ，若要改变，可参考后面PU操作时的参数设定方法）。五、实验步骤与注意事项1、（注意不要用手去触摸电缆和接线点）2、根据附录1变频装置端子接线图及各端子说明，思考如何通过外部控制实现电机正反转；3、确认电机变频器连接正常；4、合上电气控制箱三相交流电源开关，打开变频调速系统断路器开关，再打开系统电源开关；5、对着变频器操作面板，学习附录2操作面板（FR-DU04）的名称和功能；6、把变频调速器工作切换至外部操作模式，确认变频调速器的运行状态为外部操作模式（EXT）；7、空载时，将电器箱启动开关打到正转或反转状态，此时表示运转状态的FWD或REV闪烁。8、改变电气控制箱上调速档开关，使之分别打到高/中/低速档，观察电机的运行状况和操作面板显示频率的变化，可用变频调速器操作面板上[SET]键切换频率/电流/电压的监视模式，记录不同速度时的频率和定子线电压的值。注：1、由于在变频器内有漏电流，为了防止触电，在使用以前，请确保变频器和电机接地正确。2、由于本实验使用的电源是380V，因此在使用时，一定要千万当心。六、思考题通过外部控制，如何实现电动机正反转、分段速度、和连续速度运行。从电机原理叙述电动机正反转实现的原理。答；三相交流电机，则交换三相电源相序，可实现正反转。电动机的旋转方向由旋转磁场的方向决定，即：运行时旋转磁场的方向与转子方致。根据旋转磁场的产生原理及旋转磁场方向的基本理论知识可知，要改变旋转磁场的方向只能改变三相电源的相序。交换相序的一般方法：可以用两个交流接触器来实现。也可采用组合开关实现实验四PU操作模式的变频调速实验一、实验目的1、熟悉变频调速实验系统装置。2、熟悉并掌握变频调速器操作面板的使用。3、掌握操作面板参数设定并能够通过改变参数控制电动机运行。二、实验预习要求在实验三的基础上预习本次实验的内容。三、实验仪器和设备1、三相鼠笼式异步电动机1台2、三菱交流变频调速器(带有FR-DU04操作面板)1台3、变频调速系统实验电气控制柜1台四．实验内容变频器能用“外部操作模式”,“PU操作模式”,“组合操作模式”和“通讯操作模式”。PU操作模式即：用变频器本身操作面板的参数设置，实现变频器运行。（1）掌握变频调速器操作面板的使用方法（参照附录2）（2）利用RHRMRL，实现多段调速。（3）利用外置滑动电阻，实现调速。（4）记录电动机极对数，额定转速，额定功率等电机名牌数据。（5）观察电机转速与频率、电压、电流的关系，并记录。五、实验步骤与注意事项1、合上电气控制箱上的三相交流电源开关，打开变频调速系统断路器开关，再打开系统电源开关，确认变频调速器的运行状态。2、熟悉变频调速器上操作面板的使用（见附录2）3、将变频调速器操作模式切换到“PU操作模式”。4、电机不加负载，在空载的情况下，用操作面板在频率设定模式下按[UP/DOWN]来设定运行频率，按SET键写入设置的频率。5、按[FWD]或[REV]启动变频器，观察电机转速的变化。把对应的值填入上面的表格内，并画出v/f、f/n1曲线。频率设置可在0~50Hz范围内，请不要超过50Hz。（注：在电机工作过程中，如果发生报警或保护功能动作，请按[STOP/RESET]键，复位变频器。）(如果电机不转,请确认Pr.13“启动频率”。在点动频率设定为比启动频率低的值时,电机不转。)六、变频器参数设定变频器需要进行参数设定以保证正确工作，如工作模式的切换，上下限频率的设置、设定要求（见表1），表1中各参数的功能叙述见附录3，参考附录2中参数设置方法。在实验前，变频器已经正确设定，一般不用改动。一些常规参数的设定如下：1、要设置其他参数，必须使变频器处于PU操作模式，Pr.79应先设定为“1”（操作见附录3）这样才能对其他参数进行正确的设定。其余表内参数可以使用默认值，也可另行设定。参数设定后，再根据运行模式，设置变频装置的操作模式。2、在空载情况下，设定参数Pr.15“点动频率”和Pr.16“点动频率加/减速时间”的值，设定PU点动运行。按[FWD]或[REV]键，则运行。（如果电机不转，请确认Pr.13“启动频率”。在点动频率设定为比启动频率低的值时，电机不转。）3、在空载的情况下，设定Pr.4、Pr.5、Pr6的值通过外部操作来观察电机的运行情况。其中Pr.79应先设定为“1”（PU操作），然后设定其他参数，最后再把Pr79设定为“2”（外部操作）。其余表内参数可以使用默认值，也可另行设定。**4、加上50ma、100ma负载后，重做上述步骤2和3（注：负载即为磁粉制动器），观察电机的转速与空载时的转速有无何变化。表1：参数号Pr名称默认值设定范围备注0转矩提升60至30%代表百分数设定0HZ时的电压。本实验采用默认。1上限频率120HZ0至120HZ2下限频率0HZ0至120HZ3基底频率50HZ0至400HZ4多段速度设定（高速）60HZ0至400HZ5多段速度设定（中速）30HZ0至400HZ6多段速度设定（低速）10HZ0至400HZ7加速时间5s0至3600s当Pr.21=00至360s当Pr.21=18减速时间5s0至3600s当Pr.21=00至360s当Pr.21=113启动频率0.5HZ0至60HZ15点动频率5HZ0至400HZ16点动加/减速时间0.5s0至3600当Pr.21=00至360s当Pr.21=119基底频率电压99990至1000V8888，99998888：电源电压的95%9999：与电源电压相同20加/减速基准频率50HZ1至400HZ21加/减时间单元00，10：0至3600秒1：0至360秒60智能模式选择00至871适用电机00至8