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开始实验

实验简介

Introduction to the experiment

异步电动机正反转PLC控制虚拟仿真实验项目,通过PLC编程来控制三项异步电机的正反转,来模拟机床需要两个相反方向运动的工作部件,需要的电动机正反转。虚拟实验采用机电液综合试验台、多功能电源模块、继电器控制模块、三相交流异步电机、若干护套插接线等模型。异步电动机正反转PLC控制实验是机制专业方向综合实验课程的基础实验之一,学生实验操作频次高、时间较长,也增加了实验室教学仪器设备的损耗。如果把线下实验搬到线上,以虚拟仿真软件的形式可以大大减少教学仪器设备的损耗,同时学生只要有联网的电脑,可以随时随地的学习,不受场地约束。学生拥有可追溯的学生在线学习记录。

实验内容

content of the experiment

一、三相异步电机自锁继电器控制

实验原理

三相异步电机自锁继电器控制原理如图所示。当启动电机时合上电源开关QS,按下启动按钮SB2,接触器KM线圈得电,KM主触点闭合,使电机M运转;松开SB2,由于常开辅助触点闭合,使电机M运转;松开SB2,由于接触器KM的常开辅助触点闭合自锁,控制电路任保持接通,电动机M继续运转。停止时按SB1,接触器KM 线圈断电,KM 主触点断开,电机M停转。

实验仪器和设备

JDY综合实验台 一台

多功能电源模块 一块

继电器控制模块 一块

三相交流异步电动机 一台

护套插接线 若干

操作步骤

根据实验要求选择元器件。

按照原理图连接线路。按照先控制电路后主电路的原则进行。

上电操作。看电机的运转情况确定实验的正确与否,若有故障,应立即断电并重新连接,一直到排出故障为止。

实验完毕后,切断电源后整理好实验台,把元器件放回原来的位置。

二、三相异步电机正反转继电器控制实验

实验原理

机床的工作部件常需要作两个相反方向的运动,大都靠电动机的正反转来实现。实现电动机正反转的原理很简单,只要将电动机的三相电源中的任意两相对调,就可以使电动机反相运转。

参考电路原理图:

用接触器联锁的正反转控制线路。

实验器材

JDY综合实验台 一台

多功能电源模块 一块

继电器控制模块 一块

三相交流异步电动机 一台

护套插接线 若干

实验步骤

按实验要求画出原理图,认真检查,确认无误后,按图连接好控制电路,上电操作,看继电器的动作情况确认连接的正确与否,确认正确后再接入主电路。

实验完毕后,停止总电源并整理好实验器材。

三、三相异步电机顺序动作继电器控制实验

实验简介

在实际工作中,经常要求电动机有顺序地起动。如某些机床主轴必须在油泵工作后才能起动;铣床主轴旋转后,工作台方可移动等等,这些都要求电动机有顺序的起动工作。本实验即为两台电动机顺序起动的控制实验,为实验方便电动机工作过程设计为:电动机1起动5s后,电动机2自动起动,共同运转,按下停止按扭电动机2停止,如果按下急停按钮,则电动机1、2同时停止。

电路原理图如下

异步电动机顺序控制

实验步骤及内容

绘制两台电动机顺序起动控制的电气原理图。

根据电路图连接电路。

接通电源,操作启动按钮,观察电动机的动作。若动作不正常,应排除故障。

四、三相异步电机Y—△ 继电器控制

实验原理

电动机正常运行时,其定子绕组接成△形,此时每相绕组所承受的电压为电源的线电压(380V);起动时接成Y形,每相绕组所承受的电压为电源的相电压(220V),起动完毕时再自动换接成△形运行。

实验原理图:

继电器控制。

时间继电器控制。

实验步骤

按实验要求画出电路图

依据电路图连接电路,插线时注意连接的方向,可自己制定连接的原则。如:上端进线,下端出线;从正极到负极,先控制电路再主电路的方法连接。

实验控制电路,看继电器的是否动作确定连线的正确与否,若有故障,必须排除故障后再接入主电路,观察电机的运行情况。

实验完毕后,整理好实验台,并将元器件放回规定的位置。

五、三相异步电机PLC控制自锁实验

实验原理

传统上,是用接触器直接实现这一过程的,电路原理图可参三相异步电机自锁继电器控制实验。

这种电路有可移植性差、电路结构复杂、手动高压操作等缺陷,而且现今在工业生产过程中,需要大量离散量的数据采集,进行大量的开关量顺序控制,使它们按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,这些都对系统自动化提出很高要求,因而这种传统的控制电路在大型的系统中已很少使用。取而代之的是由PLC、单片机、工控机等组成的控制系统。

可编程控制器PLC(Programmable Logic Controller)是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计,具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中得到广泛应用。因此,从本节开始的五个小实验都采用PLC控制,以在实现目标运动的同时,使同学们逐步加深对PLC设备的认识、了解并能够对其熟练应用。

本小节实验电路图如下(以三菱公司的FX1N-40MT系列PLC为例)

实验步骤

读懂实验要求后画出电路图。

依据控制电路图写出PLC控制程序。

按图连接电路并仔细检查,确保无误后接通电源。(注意PLC的输出口采用继电器控制输出口来控制,避免负载过大而烧坏PLC)

将编写好的PLC程序传输到PLC,开始实验。

实验完毕后,断开电源,整理实验台,并把元器件整理好后归回原位。

六、异步电动机顺序动作PLC控制

实验简介

在实际工作中,经常要求电动机有顺序地起动。如某些机床主轴必须在油泵工作后才能起动;铣床主轴旋转后,工作台方可移动等等,这些都要求电动机有顺序的起动工作。本实验即为两台电动机顺序起动的控制实验,为实验方便电动机工作过程设计为:电动机1起动5s后,电动机2自动起动,共同运转10s后,电动机2先停下来,延时3s后,电动机1也停止。如果在运转过程中按下急停按钮,则电动机1、2同时停止。

传统上,是用接触器直接实现这一过程的,电路原理图可参照教科书或三相异步电机顺序动作继电器控制实验。

本实验采用PLC控制,以在实现目标运动的同时,使同学们逐步加深对PLC设备的认识、了解并能够对其熟练应用。本实验所用三菱公司的FX1N-40MT型号PLC的基本指令用法可参考附录中梯形图程序。

电路图如下:

异步电动机顺序动作控制

同学可自行比较采用传统控制和采用PLC控制的差异。

实验仪器和设备

计算机 一台

PLC(三菱) 一套

JDY 综合实验台 一台

多功能电源模块 一块

可编程控制器输入板 一块

继电器控制模块 一块

三相交流异步电动机 二台

插接线 若干

实验步骤及内容

在GX Developer环境下绘制出梯形图。

根据电路图连接电路。

接通电源,传送PLC程序。

电动机不供电,监测PLC动作是否正确。若不正确,应排除故障。

本实验的电动机运转过程设计有实际意义吗?若有,可用于何种情况?

七、异步电动机正反转PLC控制

实验简介

传统上是用接触器直接实现这一过程的,电路原理图可参照教科书或三相异步电机正反转继电器控制实验。

本实验采用PLC控制正反转,电路简图如下

异步电动机正反转控制

实验仪器和设备

计算机 一台
PLC(三菱) 一套
JDY 综合实验台 一台
多功能电源模块 一块
可编程控制器输入板 一块
继电器控制模块 一块
三相交流异步电动机 一台
插接线 若干

实验步骤及内容

在GX Developer环境下绘制出梯形图。或调用“……”文件中的梯形图, 根据电路图连接电路。

检查确认后,接通电源,传送PLC程序。

电动机不供电,监测PLC动作是否正确。若不正确,应排除故障。

电动机供电,操作按钮,观察电动机的动作。若动作不正常,应排除故障。

注意事项

仔细检查过后才能开启电源,接通电路。尤其是学有余力的同学在运行自己设计的程序,自己设计的电路图时,一定要征询实验指导老师的意见,在老师同意,并检查通过后才可以进行程序传送,电路连接。并要在断电的情况下才能进行拆、接线。

由于电动机的工作电压为380V,因此在电源,尤其是强电电源接通后不要用手接触电动机或实验台。同学们一定要注意安全。

实验特色

CHARACTERISTIC OF THE EXPERIMENT

(运用信息技术开展教学理念、教学内容、教学方式方法、开放运行、评价体系等方面的特色情况介绍,不超过800字。)

5-1教学理念:

实验教学过程中,秉承创造性及多样化的教学理念,加强基础性教育与创新型教育相结合,根据不同层次学生的不同能力和需求,开设相关实验课程,不仅满足学生今后进入工作岗位的需要,同时侧重培养学生的动手能力及创新精神,使学生在掌握基础知识的同时,自主设计新型实验,强调课前预习,课后讨论的教学过程,调动学生进行实验的积极性和主动性,增强学生创新创造的能力。

5-2教学内容:

以往实验教学过程中,由于实验台套数不足、损耗、实验仪器老化等原因,导致实验结果与理论计算数值差距较大,且很难排查原因,同时实验过程繁琐、实验人数过多,实验结果中包括大量数据等实际问题为教师的实验工作带来很大困扰。异步电动机正反转PLC控制实验项目紧密结合重庆工商大学机械工程学院专业特色,运用虚拟仿真技术,完成实验指导、实验练习、实验考核等工作。能够在避免上述问题的同时,让每个学生独立完成实验。

5-3教学方式方法:

虚拟仿真实验项目结合重庆工商大学已有实验教学流程及制度,注重课前理论学习,学生通过虚拟实验进行预习,学生完成实验,分组讨论,实验考核等环节的进行及反馈。提倡让学生自主、合作、探究地完成实验项目。该虚拟仿真实验项目提供线上答疑室的功能,方便学生及时讨论实验内容,并及时将学生反馈的问题汇总、整理、答疑。

5-4开放运行:

该项目部署在重庆工商大学机械基础实验教学中心(工程实践虚拟仿真中心)的教学管理平台上,由专门的教师负责维护。该项目机械学院、不同班级的学生共同使用,平台采用网页登录的方式,下载客户端,可以保证最多30人同时在线开展实验。

图18 开放式管理平台
图18 部分虚拟实验项目

虚拟仿真实验项目所依附的实验教学管理平台可以自动收集学生实验前理论学习、实验过程指导、实验成绩等相关数据;通过调查问卷收集学生对实验系统、实验设计、学习效果等方面的评价与反馈信息,进行统计与分析,用图表直观展示分析结果,以便于教师进一步改善虚拟实验平台的功能,提高虚拟实验的教学质量。

掌握电动机正反转的工作原理,实现PLC与电机之间的正确连接。

掌握PLC控制三相异步电动机正反转的程序设计方法。

掌握控制电路中各种保护及自锁、互锁环节的作用。

掌握三菱系列PLC的基本指令。

学习分析故障、排除故障的方法。

完成实验报告,绘制原理图及梯形图,回答实验思考题。

教学团队

TEACHIMG TEAM

  • 何小兵

    李平

    工学博士 教授

    李平,男,1977年2月生,重庆南川人,教授,哈尔滨工程大学控制理论与控制工程专业毕业,获工学博士学位;现任机械工程学院副院长。
    李平先后在“中国机械工程”等国内外期刊和IEEE国际会议上发表论文20余篇,EI收录8篇,先后参与承担国家自然科学基金、重庆市自然基金、重庆市教委科学技术项目及横向项目12项。
  • 杜力

    教授 博士 研究生导师

    杜力,教授。博士,研究生导师。现为重庆工商大学机械工程学院院长、重庆市机械基础实验教学示范中心主任、装备制造机构设计与控制重庆市重点实验室主任。重庆市工程图学学会副理事长,中国机械工程学会高级会员,中国机械工程学会机械传动分会委员。《机械传动》杂志编委,《中国机械工程》、《科技论文在线》、《机械传动》等杂志审稿人。
  • 曹晓川

    朱朝宽

    教授

    朱朝宽,男,1970年12月生,重庆璧山区人,教授,渝州大学汽车与拖拉机制造专业,本科毕业,获学士学位;后又在重庆大学学习车辆工程专业,获硕士学位。历任渝州大学机械工程系助教、讲师、副教授。两校合并后,任机械电子学科教授,主要研究方向为现代装备的结构设计和控制系统应用设计。 先后在国内核心期刊“机械科学与技术”、“机械设计”等发表论文10余篇。撰写设备控制类著作三部,约70万字,授权国家发明专利5项,参与多项省部级以上项目的研究。曾 获得教育界联合会颁发的第四届全国教育科研优秀成果一等奖

操作指南

INSTRUCTION OF THE EXPERIMENT

3.1首页

进入软件后,呈现软件首页,首页展示全部菜单,背景为工商大学机械学院新校区场景漫游,可360°任意旋转。

3.2设备认知界面

进入该模块后,呈现具体设备模型界面,设备可360°任意旋转。也可查看具体设备介绍。

3.3电路设计模块

进入该模块后,可以通过拖动右侧电路图元件符号,进行相应的电路设计。

3.4三相异步电动机自锁继电器实验页面

用鼠标拖动元器件到场景中桌面上,只有拖动元器件正确,才进入连线界面,依据正确电路图连接实验设备,连线完毕打开相应QS开关,测试电路。

3.5三相异步电动机plc自锁实验

页面先选择正确的图形化界面,并对相应的试验,打开plc编程工具软件开始编程。编程完毕,用鼠标拖动元器件到场景中桌面上,只有拖动元器件正确,才进入连线界面,依据正确电路图连接实验设备,连线完毕打开相应QS开关,测试电路。

实验的必要性及实用性:工程力学专业学生必须具备应用力学理论知识和实验技术手段解决工程实际问题的能力。本课程结合学科专业优势,以大型复杂结构的振动测试、分析为任务开展实践教学,培养学生的实践动手能力以及创新性研究能力,强化学生对工程具体问题的抽象、简化、分析和判断等物理建模能力,有效解决学生不能直接深入现场开展实践实训的问题。

教学设计的合理性:该教学课程紧密围绕工程力学专业的培养方案中“培养学生具有针对大型工程结构动力性能测试问题,开展创新性研究的能力以及对工程具体问题的抽象、简化、分析和判断等物理建模能力”的要求,结合学校的桥梁学科优势,开展教学设计。以大型工程结构动力性能参数测试任务为驱动,实现了多结构类型、全环节动力性能测试仿真实训,可结合自制模型、测试硬件以虚实结合的方式开展教学实训,将体验性、探索性和挖掘性学习融入实践教学,培养学生的测试、分析及实践创新能力,满足人才培养方案需求。

实验系统的先进性: 数据仿真:本课程涵盖梁、拱、斜拉、悬索等四类典型工程结构,涉及的振动测试数据来源于真实工程结构,共计160余段振动测试信号,学生可以真实认知结构的振动特性,激发学生自主探究学习的热情。 算法仿真:课程所涉及的信号分析算法结合现有理论,符合相关规程的要求,由项目组自主开发,具备自主知识产权。学生根据真实的实验数据,精确的数据算法,得出与真实实验完全一致的实验结果。 过程仿真:课程真实还原测试过程的实验流程及实验测试仪器的使用,实验过程灵活性高,容错性强,学生可在实验过程中任意操作仿真仪器设备,自主操作实验步骤,系统包含了所有操作过程的容错数据和操作交互,实验更具科学性。 扩展性强:课程采用模块化设计,可扩展性好,提供开放接口,可以不断丰富模型数据库。