电工电子实训报告.docx

韶关学院实训报告实训课程名称：电工电子实习（实训）系：机电系专业班级：机制2010级4班指导教师：余波年郝宁生林辉实训日期：2013年6月1728日成绩：2013年6月30日电工电子实训报告1实训目的、实训设备1.1 、实训目的：电工电子实习是研究电工技术、电子技术在工程技术领域中应用的一门课程，是机械设计制造及自动化专业学生必修的一门实践性课程。通过电工电子实习实训，使学生加深理解和稳固电工电子以及自动化系统的根底知识，进一步培养学生分析与解决工程实际问题的能力，为今后更好地应用自动化技术打下良好的根底。1.2 实训设备：1、个人计算机；2、THP1.C2型可编程序控制器模拟实验箱，主机为三菱FXlN40MR型P1.C；3、P1.C编程软件和仿真软件、ProteUS7profesional软件、KeilUViSiOn4软件；4、车床电气控制系统、HJD-4型机电一体化教学实验系统。2实训单元一：单片机应用2.1 工程一：4X4矩阵键盘扫描与数码管显示2.1.1 工作原理2.1.1.1 数码管显示原理1.ED数码管与单片机的接口方式有静态显示接口和动态显示接口之分。静态显示接口是一个并行口接一个数码管。采用这种接法的优点是被显示数据只要送入并行口后就不再需要CPU干预，因而显示效果稳定。而动态显示接口采用的做法那么完全不同，它是将所有数码管的段码线对应并联起来接在一个8位并行口上，而每只数码管的公共端分别由一位I/O线控制。动态显示过程采用循环导通或循环截止各位显示器的做法。当循环显示时间间隔较小(如IOmS)时，由于人眼的暂留特性，就将看不出数码管的闪烁现象。动态显示接口的特出特点是占用资源少，但由于显示值需要CPU随时刷新，故占用机时较多。2.1.2 硬件电路原理图2.1.3 源程序include<reg51.h>charledmod=(0xbe,0x06,Oxda,Oxce,0x66,Oxec,Oxfc,0x86,Oxfe,Oxee,0xf6,0x7c,0x58,0x5e,0xf8,OxfO;charkeybuf=(0xee,Oxaf,Oxeb,0xe7,Oxde,0x9f,Oxdb,0xd7,Oxfc,Oxbd,0xf9,0xf5,0x7e,0x3f,0x7b,0x77;chargetKey(void)charkey_scan=0xef,Oxdf,Oxfd,0x7f;chari=0,j=0;for(i=0;i<4;i+)Pl=keyscani;if(Pl!=Oxff)for(j=0;j<16;j+)if(keybufj=Pl)returnj;return-1;voidmain(void)(charkey=O;PO=OxOO;while(l)key=getKeyO;if(key!=-l)PO=Iedmodkey;I)2.1.4调试过程及结果分析2.1.4.1 键盘列扫描使键盘的4列电平全为1,4行电平轮流有一行为0其余为1。如：第四行接口为P1.2,那么扫描时，第二位8进制数为0压，即IllllO11,换算成十六进制为fb,其他的行也同理。2.1.4.2 按键判断利用(Pl&OxOf)算法判断有无按键压下。假设行线低四位不全为1,说明至少有一个按键压下，此时P3的读入值必为根据按键规律确定的键模数组key_buf口值之一。2.1.4.3 调试结果按照上述方法编程，调试结果与预期的完全一致。2.2工程二：直流电机正反转控制2.2.1 工作原理2.2.2 H桥驱动电路所谓H桥驱动电路是为直流电机而设计的一种常见电路，它主要实现直流电机的正反向驱动，其典型电路形式如下：从图中可以看出，其形状类似于字母“H”，而作为负载的直流电机是像“桥”一样架在上面的，所以称之为“H桥驱动”。4个开关所在位置就称为“桥臂二从电路中不难看出，假设开关A、D接通，电机为正向转动，那么开关B、C接通时,直流电机将反向转动。从而实现了电机的正反向驱动。借助这4个开关还可以产生电机的另外2个工作状态：A）刹车将B、D开关（或A、C）接通，那么电机惯性转动产生的电势将被短路，形成阻碍运动的反电势，形成“刹车”作用。B）惰行4个开关全部断开，那么电机惯性所产生的电势将无法形成电路，从而也就不会产生阻碍运动的反电势，电机将惯性转动较长时间。以上只是从原理上描述了H桥驱动，而实际应用中很少用开关构成桥臂，通常使用晶体管，因为控制更为方便，速度寿命都长于有接点的开关（继电器）。细分下来，晶体管有双极性和MOS管之分，而集成电路（例如1.298）只是将它们集成而已，其实质还是这两种晶体管，只是为了设计、使用方便、可靠而做成了一块电路。双极性晶体管构成的H桥：MOS管构成的H桥：2.2.3 硬件电路原理图2.2.4 源程序#include<reg51.h>sbita=P30;sbitb=P3l;sbitc=P32;sbitd=P33;sbite=P34;voiddelay（unsignedchart）unsignedchari;while(-1)for（i=0;i<125;i+）延时IMS,在这里我们用的晶振是是12M,根据机器周期的计算，我们；/可算得本次循环延时约IMSvoidkeyscan()signedchars;signedchart;signedchari;i=50;s=0;t=O;if(a=O)(PO=-OxOI;delay(i);while(a=1&&b=1&&c=1)(Pl=0x02;delay(i+s);Pl=OxOO;delay(i+t);if(i+t>2)(if(d=O)s=s+2;t=t-2;delay(500);)if(i+s>2)(if(e=O)(s=s-2;t=t+2;delay(500);if(i+s>i+t)P0=0xf6;if(i+s<i+t)PO=Oxee;正转if(b=0)(P0=0x02;实训单元二：P1.C应用略实训单元三：控制系统综合应用4.1 工程一：车床电气控制系统4.1.1 车床组成略4.1.2 控制要求略电气控制系统根本设计略4.2 工程二：机电一体化控制系统4.2.1 系统组成略4.2.2 控制要求略4.2.3 综合控制系统根本设计(1)三相异步电动机正反转控制一、实验目的：1 .学习和掌握P1.C的实际操作和使用方法；2 .学习和掌握利用P1.C控制三相异步电动机正反转的方法。二、实验内容及步骤：本实验采用P1.C对三相异步电动机进行正反转控制，其主电路和控制电路接线图分别为图21和图2-2o图中：正向按钮接P1.C的输入口X0,反向按钮接P1.C的输入口XI,停止按钮接P1.C的输入口X2,KM5为正向接触器，KM6反向接触器。继电器KA5、KA6分别接于P1.C的输出口Y33、Y34。其根本工作原理为：合上QF1、QF5,P1.C运行。当按下正向按钮，控制程序使Y33有效，继电器KA5线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM5的线圈得电，主触头闭合，电动机正转；当按下反向按钮，控制程序使Y34有效，继电器KA6线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM6的线圈得电，主触头闭合，电动机反转。实验步骤:1 .在断电的情况下，学生按图2-1和图22接线(为平安起见，控制电路的P1.C外围继电器KA5、KA6以及接触器KM5、KM6输出线路已接好)；2 .在老师检查合格后，接通断路器QFl、QF5；3 .运行PC机上的工具软件FX-WIN,输入P1.C梯形图；4 .对梯形图进行编辑、指令代码转换等操作并将程序传至P1.C：5 .运行P1.C,操作控制面板上的相应开关及按钮，实现电动机的正反转控制。在PC机上对运行状况进行监控，同时观察继电器KA5、KA6和接触器KM5、KM6的动作及变化情况，调试并修改程序直至正确：6.记录运行结果。M（主触头）（主触头）正反转控制主电路三 .实验说明及考前须知1 .本实验中，继电器KA5、KA6的线圈控制电压为24VDC,其触点5A220VAC（或5A30VDC）；接触器KM5、KM6的线圈控制电压为220VAC,其主触点25A380VAC。2 .三相异步电动机的正、反转控制是通过正、反向接触器KM5,KM6改变定子绕组的相序来实现的。其中一个很重要的问题就是必须保证任何时候、任何条件下正反向接触器KM5、KM6都不能同时接通，否那么会造成电源相间瞬时短路。为此，在梯形图中应采用正反转互锁，以保证系统工作平安可靠。3 .木实验中，主控电路的电压为380VDC,请注意平安！四 .实验用仪器工具1台1台1根1台2个2个2个3个假设干正反转控制电路接线图PC机P1.C编程电缆线三相异步电动机断路器（QF1、QF5）接触器（KM5、KM6）继电器（KA5、KA6）按钮实验导线正反转控制梯形图（2）P1.C控制三相异步电动机变频调速一、实验目的1 .学习和掌握变频器的操作及控制方法；2 .测试三相异步电动机变频调速性能。二、实验内容及步骤：松下VFO变频器的操作模式分：面板操作模式、外部操作模式以及混合操作模式三种。面板操作模式是根据面板设定的启动信号和频率信号进行的运行方式；外部操作模式是根据外部的启动信号和频率信号进行的运行方式；混合操作模式是启动信号、频率信号分别由面板设定、外部设定（或分别由外部设定、面板设定）的运行方式。变频器出厂时，已将操作模式设定为外部模式。本实验采用外部操作模式（参数设置：P08=2,P09=2）o最大运行频率值采用出厂设定值50HZ。通过变频器控制三相异步电动机，并由三相异步电动机带开工作台主轴在不同频率下运行，同时测量并记录一些相关参数如：电压、速度等，从而得出三相异步电动机变频调速性能。图3-1为VFO变频器外部操作模式连线图。其中，P1.C的电源由断路器QFl控制，VFO变频器的电源由断路器QF4和接触器KM4的主触头共同控制。实验步骤:1 .学生根据图3-1接线（为平安起见，变频器和三相异步电动机的主控电路以及P1.C外围的继电器KA4、接触器KM4输出线路已接好）；2 .征得老师同意后，合上断路器QFl和QF4,输入并运行P1.C程序；3 .按“启动”按钮，接触器KM4的主触头闭合，变频器得电；4 .按“正向"按钮，YlO输出，电动机正转。根据实验记录表调节电位器1的旋钮，使电动机在某一频率下运行。按“复位”按钮，定时器开始定时10S,同时计数器C240开始计数，其速度为：N（IOS内主轴转数）X6。记录正转时各频率所对应的电压值、速度值；5.按“反向"按钮，Yll输出，电动机反转。根据实验记录表调节电位器1的旋钮，使电动机在某-频率下运行。按“复位”按钮，定时器开始定时10S,同时计数器C240开始计数，其速度为：N（IOS内主轴转数）X6。记录反转时各频率所对应的电压值、速度值；6.按“停止”按钮，电动机停转VFO变频器外部操作模式连线图四.实验用仪器工具PC机1台P1.C1台RS-232串行电缆线1根变频器1台三相异步电动机1台断路器(QFKQF4)2个继电器（KA4）1个接触器（KM4）1个按钮5个实验导线假设干P1.C控制三相异步电机变频调速梯形图（3）步进电机单轴定位控制一、实验目的：1 .学习和掌握步进电机及其驱动器的操作和使用方法2 .学习和掌握步进电机单轴定位控制方法二、实验内容及步骤：本实验的内容是对步进电机进行单轴定位控制。其研究对象为X轴。控制系统原理图如图5/所示。其中，20GM位置控制单元，它既可实现单轴位置控制，又可实现双轴联动位置控制（本实验是对X轴进行单轴位置控制）。负限位原位正限位实验步骤:1 .学生根据图5-2接线（为平安起见，步进电机U和驱动器SH-20806C的主控电路以及P1.C外围的继电器KA2、接触器KM2输出线路已接好）；2 .征得老师同意后，合上断路器QFl和QF2；3 .将编程电缆连于P1.C上，利用PC机上的编程软件“FXGP/WIN-C”向P1.C输入P1.C控制程序（此时，P1.C处于中止运行状态）；4 .将编程电缆连于20GM上，利用PC机上的定位软件“FXVPS-E”向20GM输入定位程序（此时，20GM的状态开关拔向手动位置“MANU”）；5 .将P1.C设置为运行状态，运行P1.C,接触器KM2的主触头闭合，驱动器SH-20806C得电；6 .将20GM的状态开关拔向自动位置“AUT0”,运行20GM；7 .按“复位”按钮，X轴复位。读取此时指针指向的标尺位置A；8 .按“启动”按钮，使X轴以使00脉冲/S的速度正向移动正MM,然后反向移动20MM；按“停止”按钮，20GM停止运行三.实验说明及考前须知1 .在控制步进电机启动时，如果频率升得太快，步进电机就会出现失步或不动现象；另一方面，在步进电机停止之前，如果控制频率降得太快，也会出现失步或不动现象。因此，在控制步进电机启动时，应先使步进电机在低频下启动，然后逐步加速，最后使其进给脉冲频率升到所要求的高频下运行；当需要电机停止时，将脉冲频率逐步降速，然后再停止。图5-3为步进电机升、降频示意图。其中Sl为步进电机最高频率；S2为输出脉冲总数；S3表示升、降频时间。2 .如果步进电机在较低的频率下运行（本实验为200脉冲/S以下），步进电机就会振动，从而引起机械振动。步进电机应防止在振动频率下运行；3 .由于X轴步进电机为开环，其回原位计数COUNT应设为0；4 .本实验步进电机57BYG250E的步距角为1.8度，驱动器向步进电机每发送200个脉冲，步进电机旋转1圈；步进电机旋转1圈，丝杆走1个螺距（4MM）步进电机单轴控制电路图四.实验用仪器工具PC机1台断路器(QFkQF2)2个P1.C1台继电器（KA2）1个20GM1个接触器（KM2）1个RS232电缆线1根驱动器(SH-20806C)1台编程电缆1根步进电机（57BYG250E）1台步进电机单轴控制梯形图（4）交流伺服电机单轴定位控制一、实验目的：3 .学习和掌握交流伺服系统的使用方法；4 .学习和掌握交流伺服电机单轴定位控制程序的设计方法。二、实验内容及步骤：本实验的内容是进行交流伺服电机单轴定位控制。首先让Y轴回原位，然后使Y轴反向移动50MM。开美屋击限位原位正限位图7-1为伺服驱动系统示意图交流伺服电机接线图实验步骤:9. 学生根据图7-2接线(为平安起见,伺服电机和驱动器的主控电路以及P1.C外围的继电器KA3、接触器KM3输出线路已接好)；10. 征得老师同意后，合上断路器QFl和QF3；11. 将面板上“工作方式”旋钮旋至“点动”；12. 按“启动”按钮，接触器KM3的主触头闭合，伺服电机得电，延时2秒输出Y4,使伺服电机准备好；13. 输入P1.C程序，然后运行；14. 按“正向”或“反向”按钮，将Y轴移动至原位和正极限之间；15. 按“复位”按钮，使伺服电机驱动Y轴回原位，读取此时指针指向的标尺位置A；16. 将面板上“工作方式”旋钮旋至“自动”，Y轴反向移动50MM,读取此时指针指向的标尺位置B；17. 按“停止”按钮，接触器KM3的主触头断开，驱动器断电。三.实验说明及考前须知1 .为防止Y轴发生碰撞而损坏，应确保前极限和后极限有效。将前极限的一端接至交流伺服电机的输入端8,另一端接41；将后极限端接至交流伺服电机的输入端9,另一端接412 .脉冲输出指令"DP1.SY”是以指定的频率产生定量脉冲的指令，其使用方法如下：XlO-II-DP1.SYSlS2D指定频率总脉冲数(HZ)(P1.S)YO或Yl其中：*Sl为指定频率，设定范围为：220000HZ；* S2为总脉冲数，设定范围为：12,147,483,647P1.S(因为DP1.SR为32位运算指令)。如果S2设为0,那么脉冲持续产生；* D的规定：(1).只能为Yo或Yl：(2) .P1.C一定为晶体管输出型o*X10厘为ON时，输出开始，当XlO置为OFF时，输出中断，再度置于ON时，从初始动作开始运行(在脓冲持续产生时：XIO置为ON,YooO或YOOl变为ON；XIO置为OFF,YOoO或Yool变为OFF。3.本实验的交流伺服电机的型号为MSMAo42A1G,它每接受2500个脉冲即旋转一圈，并带动丝杆旋转一圈。丝杆的一个螺距为4MM。四.实验用仪器工具PC机1台P1.C1台RS232电缆线1根断路器(QF1、QF3)2个接触器(KM3)1个继电器(KA3)1个伺服电机(MSMA042A1G)1台驱动器(MSMA043A1A)1台交流伺服电机单轴控制梯形图(5)步进电机两轴联动控制一、实验目的：5 .学习和掌握步进电机及其驱动器的操作和使用方法6 .学习和掌握步进电机单轴定位控制方法二、实验内容及步骤：本实验的内容是对步进电机进行单轴定位控制。其研究对象为X轴。控制系统原理图如图5/所示。其中，20GM位置控制单元，它既可实现单轴位置控制，又可实现双轴联动位置控制（本实验是对X轴进行单轴位置控制）。豉限位原位正限位图5-1控制系统原理图步进电机两轴控制电路图图5-1控制系统原理图实验步骤:18. 学生根据图5-2接线（为平安起见，步进电机M和驱动器SH-20806C的主控电路以及P1.C外围的继电器KA2、接触器KM2输出线路已接好）；19. 征得老师同意后，合上断路器QFl和QF2；20. 将编程电缆连于P1.C上，利用PC机上的编程软件“FXGP/WIN-C”向P1.C输入P1.C控制程序（此时，P1.C处于中止运行状态）；21. 将编程电缆连于20GM上，利用PC机上的定位软件“FXVPS-E”向20GM输入定位程序（此时，20GM的状态开关拔向手动位置“MANU”）；22. 将P1.C设置为运行状态，运行P1.C,接触器KU2的主触头闭合，驱动器SH-20806C得电；23. 将20GM的状态开关拔向自动位置“AUT0”，运行20GM；24. 按“复位”按钮，X轴复位。读取此时指针指向的标尺位置A；25. 按“启动”按钮，使X轴以1000脉冲/S的速度正向移动20MM,然后反向移动20MM；按“停止”按钮，20GM停止运行三.实验说明及考前须知1 .在控制步进电机启动时，如果频率升得太快，步进电机就会出现失步或不动现象；另一方面，在步进电机停止之前，如果控制频率降得太快，也会出现失步或不动现象。因此，在控制步进电机启动时，应先使步进电机在低频下启动，然后逐步加速，最后使其进给脉冲频率升到所要求的高频下运行；当需要电机停止时，将脉冲频率逐步降速，然后再停止。图5-3为步进电机升、降频示意图。其中Sl为步进电机最高频率；S2为输出脉冲总数；S3表示升、降频时间。5 .如果步进电机在较低的频率下运行（本实验为200脉冲/S以下），步进电机就会振动，从而引起机械振动。步进电机应防止在振动频率下运行；6 .由于X轴步进电机为开环，其回原位计数COUNT应设为0；7 .本实验步进电机57BYG250E的步距角为1.8度，驱动器向步进电机每发送200个脉冲，步进电机旋转1圈；8 .步进电机旋转1圈，丝杆走1个螺距（4MM）。四.实验用仪器工具PC机1台断路器(QFKQF2)2个P1.C1台继电器（KA2）1个20GM1个接触器（KM2）1个RS232电缆线1根驱动器(SH-20806C)1台编程电缆1根步进电机（57BYG250E）1台步进电机两轴控制梯形图（6）C轴（旋转工作台）控制一、实验目的3 .进一步学习和掌握步进电机及其驱动器的使用方法；4 .学习和掌握C轴（旋转工作台）的控制及定位方法。二、实验内容及步骤：C轴为旋转工作台，它的传动机构为蜗轮蜗杆（蜗轮蜗杆的减速比为1：38,即蜗杆旋转38转，蜗轮旋转1转）。本实验采用可调速脉冲输出指令"DP1.SR”,通过P1.C的Yl输出端产生脉冲给步进电机驱动器SH-20402A,驱动步进电机M按升降速方式运行。而步进电机那么驱动蜗轮蜗杆，再由蜗轮蜗杆带动C轴旋转。（说明：本实验所用P1.C为晶体管输出型，其输出端YO、Yl均可产生高速脉冲，其频率为IOKHZ以下。）C轴传动方案：步进电机输出经过齿轮减速再由大降速传动比的蜗轮蜗杆传动驱动C轴旋转工作台，该方案的优点：（1）从步进电机到旋转工作台为大降速传动比传动，增大工作台输出扭矩；降低工作台的脉冲当量，从而提高了系统分辨率，有利于传动精度提高。（2）末端传动副采用大降速传动比的蜗轮蜗杆传动，蜗轮蜗杆传动副前的传动链产生的传动误差也被缩小，对提高传动精度非常有利，提高传动精度措施重点放在提高蜗轮蜗杆传动副精度上。同时采用减速齿轮连接蜗杆与电机，提高精度。蜗轮蜗杆传动传动比i蜗取值越大，对提高精度越有利.C轴控制电路图实验步骤：26. 学生根据图12-1接线（为平安起见，步进电机”和驱动器SH-20402A的主控电路以及P1.C外围的继电器KA2、接触器KM2输出线路已接好）；27. 征得老师同意后，合上断路器QFI和QF2；28. 输入P1.C程序（要求步进电机按升降速的方式运行，且使C轴旋转90度），然后运行；29. 按“启动”按钮，接触器KM2的主触头闭合，步进电机得电；30. 按“正向”按钮或“反向”按钮，观察电动机的情况；31. 修改P1.C程序（要求步进电机按升降速的方式运行，且使C轴旋转360度），重复上述3、4、5步；32. 按“停止”按钮，步进电机处于脱机状态；8 .按“复位”按钮，接触器KM2的.主触头断开，驱动器断电；9 .记录上述情况。三.实验说明及考前须知4 .为防止C轴与Z轴发生碰撞而损坏，应在实验之前将Z轴移开！5 .可调速脉冲输出指令"DP1.SR”可控制步进电机按升降速方式运行，其使用方法如下：XlODP1.SRSlS2S3D工作频率总脉冲数升降速时间Yo或Yl（HZ）（P1.S）（ms）其中：Sl的设定范围为：1020000HZ；S2的设定范围为：1102,147,483,647P1.S（因为DP1.SR为32位运算指令）；S3的设定范围为：500ms以下；D的规定：（1）.只能为YO或Yl；（2） .一定为晶体管输出6 .本实验步进电机45BYG250B的步距角为1.8度；7 .驱动器SH-20402A为细分驱动器，可实现1、2、4、8、16、32、64细分（其中：1时为整步，2为半步）。本实验采用64细分，驱动器向步进电机发64个脉冲，步进电机走一步。8 .根据3、4可知：驱动器向步进电机每发送64*200个脉冲，步进电机旋转1圈。又因蜗轮蜗杆的减速比为1：38（蜗杆旋转38转，蜗轮旋转1转），因此，要使C轴旋转1圈，驱动器须向步进电机发射64*200*38个脉冲。四.实验用仪器工具PC机P1.C编程电缆I根断路器（QF1、QF2）2个继电器（KA2）1个接触器（KM2）1个驱动器（SH-20402A）1台步进电机（45BYG250B）1台C轴控制梯形图开启控制屏电源总开关，按启动按钮，调节调压器输出，使输出线电压为220Vo按正向起动按钮，电动机正转。按反向起动按钮，电动机反转。按停止按钮，KM5或KM6断开,电动机停止。