电工电子电力拖动PLC控制及单片机实验装置

电工电子电力拖动PLC控制及单片机实验装置

电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，已成为现代电气 工程与自动化专业*的一门专业基础课，在培养本专业人才中占有重要地位。电力电子实验室设备依据西安交通大学王兆安编著的《电力电子技术》（第四版）、《半导体变流技术》教材实验大纲的要求，吸收国内、外同类产品的优点，充分考虑了实验室的现状和发展趋势，对原电力电子技术及电机控制实验装置 ” 在外形、功能上进行优化组合，精心研制而成。

JGG-1D 电工电子电力拖动、PLC控制及单片机综合实验装置

一、特点

1 、 综合性强 综合了目前国内各类学校电类基础课程的全部实验项目。

2 、 适应性强 实验的深度与广度可根据需要作灵活调整，普及与提高可根据教学的进程作有机地结合。装置积木式结构，更换便捷，添加部件即可。扩展功能或开发新实验。

3 、 整套性强 从仪器仪表、电源到实验连接导线等均配套齐全，仪器仪表的性能、精度、规格等均密切结合实验的需要进行配套。

4 、 *性强 实验器件选择合理、配套完整，使多组实验结果有良好的同一性，便于教师组织和指导实验教学。

5 、 直观性强 本装置采用整体与挂件相结合的结构形式，电源配置、仪表一目了然，各实验挂件任务明确，操作、维护简便。
二、功能

1 、本装置可提供实验所需的交流电源、低压直流电源、可调恒流源、函数信号发生器（含频率计）、受控源、交直流测量仪表（电压、电流、功率、功率因数）、各实验挂箱及电机等。
2 、能完成 “ 电工基础 ” 、 “ 电工学 ” 中的叠加、戴维南、双口网络、谐振、选频及一、二阶电路等实验。
3 、能完成 “ 电路分析 ” 、 “ 电工学 ” 中的单相、三相、日光灯、变压器、互感器及电度表等实验。
4 、能完成 “ 电机控制 ” 、 “ 继电接触控制 ” 及 “ 电力拖动 ” 等课程实验。
5 、能完成模电、数电及 PLC 可编程控制实验。
6 、 单片机实训开发系统可完成 51/ 96/8088 等 CPU 的单片机、微机的全部软、硬件实验， 适用于《 msc-51 单片机原理与接口》《 mcs-96 单片机原理与接口》《单片机接口技术》《十六位微机原理与接口》等课程实验。
三、技术性能

1 、输入电源：三相四线 ( 或三相五线 ) 380V±10% 50Hz
2 、工作环境：温度 -10℃ ～ + 40℃ 相对湿度＜ 85%( 25℃ ) 海拔＜ 4000m
3 、外形尺寸： 167×73× 153cm 3
4 、装置容量：＜ 1.5KVA

四、基本实验项目
（一）电工基本实验
1 ．基本电工仪表的使用与测量误差的计算
2 ．减少仪表测量误差的方法
3 ．线性与非线性电路元件伏安特性的测绘
4 ．电位、电压的测定及电路电位图的绘制
5 ．基尔霍夫定律验证及故障判断
6 ．叠加定理验证及故障判断
7 ．电压源与电流源的等效变换
8 ．戴维南定理的验证
9 ．诺顿定理验证
10 ．双口网络测试
11 ．互易定理验证
12 ．受控源 VCCS 、 VCVS 、 CCVS 、 CCCS 的实验研究
13 ．典型电信号的观察与测量
14 ． RC 一阶电路响应的测试 15 ．二阶动态电路响应的研究
16 ． R 、 L 、 C 元件阻抗特性的测试
17 ． RC 串、并联选频网络特性测试
18 ． R 、 L 、 C 串联谐振电路的研究
19 ． 用三表法测量交流电路等效参数
20 ． 正弦稳态交流电路相量的研究（日光灯功率因数提高实验）
21 ． 互感实验
22 ． 单相铁心变压器特性的测试
23 ． 三相交流电路电压、电流的测量
24 ． 三相电路功率的测量
25 ． 单相电度表的校验
26 ． 功率因数及相序的测量
27 ． 负阻抗变换器及其应用
28 ． 回转器及其应用

（二）数字电路实验项目：
1 ．与门电路逻辑功能测试
2 ．或门电路逻辑功能测试
3 ．与非门电路逻辑功能测试
4 ．非门电路逻辑功能测试
5 ． CM0S 门电路的测试
6 ．基本 RS 触发器
7 ． JK 触发器
8 ． D 触发器
9 ． 555 时基电路的应用
10 ．二 -—— 十进制计数器 …… 自行设计、开发实验电路。 11 ．二 —— 十进制 8421 译码器
12 ．加法器
13 ．减法器
14 ．由集成与非门构成单稳态触发器
15 ． T 触发器实验
16 ．组合电路的设计之一 —— 编码转换
17 ．组合电路的设计之二 —— 显示电路
18 ．同步时序电路的设计
19 ．计算机时序电路的设计
20 ． CM0S 集成 A/D 、 D/A 转换电路实验

（三）模拟电路实验
采用固定线路和分立元件灵活组合进行实验。
1 ．固定线路板实验有：
① 共射极单管放大器负反馈放大器实验 ② 射极跟随器实验
③RC 正弦振荡器实验 ④ 差动放大器实验 ⑤OTL 功率放大器实验
2 ．分立元件可完成：单管放大、整流、滤波、稳压、运放、全波可控及趣味性实验，也可利用此平台开发其他实验项目。
（四）电力拖动实验
1 ．闸刀开关正转控制线路
2 ．接触器点动正转控制线路
3 ．具有自锁的正转控制线路
4 ．具有过找保护的正转控制线路
5 ．接触器联锁的正反转控制线路
6 ．按钮联锁的正反转控制线路
7 ．按钮接触器复合联锁控制线路
8 ．接触器控制串联电阻降压起动线路
9 ．时间继电器控制串联电阻降压控制线路
10 ．接触器控制 Y/△ 降压起动 11 ．时间继电器控制 Y/△ 降压起动
12 ． QX3-13 型 Y/△ 自动起动控制线路
13 ．半波整流能耗制动控制线路
14 ．全波整流能耗制动控制线路
15 ． C620 车床电气控制线路
16 ．单相运行反接制动控制线路
17 ．电动葫芦电气控制线路
18 ．控制电路联锁控制线路
19 ．主电路联锁控制线路

（五） PLC 可编程实验内容
1 ．与、或、非逻辑功能实验
2 ．定时器、计数器功能实验
3 ．跳转、分支功能实验
4 ．移位寄存器实验
5 ．数据处理功能实验
6 ．微分、位操作实验
7 ．交通信号灯 PLC 自动控制实验
8 ．搅拌器的 PLC 自动控制实验
9 ． LED 数码官显示 PLC 自动控制实验
10 ．四层电梯的 PLC 自动控制实验
11 ．加工中心刀**库选择控制实验 12 ．艺术彩灯造型的 PLC 控制实验
13 ．电机的自动控制实验
14 ．步进电机的 PLC 控制
15 ．模拟电视发射塔实验实验
16 ．自动送料装车系统控制实验
17 ．自动售货机实验
18 ．自动成型实验
19 ．水塔自动供水控制系统实验
20 ．邮件自动分拣实验
21 ．自动洗衣机控制系统模拟实验
22 ．电镀过程控制实验

（六） PLC 电气控制
1 ．三相鼠笼异步电动机点动和自锁 PLC 控制
2 ．三相鼠笼异步电动机联动正反转 PLC 控制
3 ．三相鼠笼异步电动机带延时正反转 PLC 控制
4 ．三相鼠笼异步电动机 Y/△ 转换起动 PLC 控制
5 ．三相鼠笼异步电动机联锁控制
6 ．延时控制串电阻降压起动线路控制
7 ． C620 车床电气控制
8 ． MCGS 组态棒图实验教学
（七）单片机实验项目：
MCS-51 单片机实验
软件实验
外部数据存储器扩展
实验一　清零程序
实验二　拆字程序
实验三　拼字程序
实验四　数据区传送子程序
实验五　数据排序实验
实验六　查找相同数个数
实验七　无符号双字节快速乘法子程序 实验八　多分支程序
实验九　脉冲计数（定时 / 计数实验）
实验十　电脑时钟（定时器、中断器综合实验）
实验十一　二进制转换到 BCD
实验十二　二进制转换到 ASCII
实验十三　八段数码管显示
实验十四　键盘扫描显示实验

硬件实验
自搭接硬件电路实验提示
实验一　 P1 口亮灯实验
实验二　 P1 口转弯灯实验
实验三　 P3.3 输入， P1 口输出
实验四　工业顺序控制（中断控制）
实验五　 8255 A .B.C 输出方波
实验六　 8255 PA 口控制 PB 口
实验七　 8255 控制交通灯
实验八　简单 I/O 口扩展实验
实验九　 A/D 转换实验
实验十　 D/A 输出方波
实验十一　电子音响 实验十二　继电器控制
实验十三　步进电机实验
实验十四　 8253 方波
实验十五　串并转换实验
实验十六　外部存储器扩展实验
实验十七　 MCS-51 串行口应用实验㈠ —— 双机通信
实验十八　 MCS-51 串行口应用实验㈡ —— 与 PC 机通信
实验十九　温度闭环控制
实验二十　小直流电机调速实验
实验二十一 外部中断（急救车与交通灯）

8088/8086 系列微机实验
软件实验
实验一　清零程序
实验二　拆字程序
实验三　拼字程序
实验四　数据区移动
实验五　数据排序实验
实验六　找 “ 零 ” 个数 实验七　 32 位二进制乘法
实验八　多分支程序
实验九　显示子程序
实验十　键盘扫描显示实验
实验十一　二进制转换到 BCD
实验十二　二进制转换到 ASCII

硬件实验
自搭接硬件电路实验提示
实验一　 8255 并行口实验㈠： A.B.C 口输出方波
实验二　 8255 并行口实验㈡： PA 口控制 PB 口
实验三　 8255 并行口实验㈢：控制交通灯
实验四　简单 I/O 口扩展
实验五　 A/D 转换实验
实验六　 D/A 转换实验㈠：输出方波
实验七　 D/A 转换实验㈠：输出锯齿波
实验八　 8259 中断控制器实验 实验九　定时／计数器： 8253 方波
实验十　继电器控制
实验十一　 8251 串行通信实验㈠：自发自收
实验十二　 8251 串行通信实验㈡：与 PC 通信
实验十三　步进电机控制
实验十四　小直流电机调速实验
实验十五　温度闭环控制
实验十六　音频驱动实验

MCS-96 单片机实验
软件实验
实验一　清零程序
实验二　拆字程序
实验三　拼字程序
实验四　数据区传送子程序
实验五　数据排序实验
实验六　查找相同数个数
实验七　无符号双字节快速乘法子程序
实验八　多分支程序
实验九　定时器 1 实验 —— 定时中断
实验十　定时器 T1 和 T2 同时产生中断 实验十一　 80C 196 外部中断实验
实验十二　 80C 196 软件方法产生中断
实验十三　利用 HSI 测脉冲宽度
实验十四　利用 HSI 测量单脉冲宽度
实验十五　利用 HSO 产生单脉冲
实验十六　利用 HSO 产生连续脉冲
实验十七　软件定时器
实验十八　 80C 196 A /D 转换实验
实验十九　利用 80C 196 的 PWM 产生各种波形
实验二十　二进制转换到 BCD 进制转换到 ASCII

硬件实验
自搭接硬件电路实验提示
实验一　 P1 口亮灯实验
实验二　 P1 口转弯灯实验
实验三　 P2.6 输入， P1 口输出
实验四　工业顺序控制
实验五　 8255 A .B.C 输出方波
实验六　 8255 PA 口控制 PB 口
实验七　 8255 控制交通灯
实验八　简单 I/O 口扩展实验
实验九　 A/D 转换实验
实验十　 D/A 输出方波 实验十一　继电器控制
实验十二　 8253 方波
实验十三　 80C 196 串行口实验
实验十四　 LED 七段数码管显示实验
实验十五　键盘显示综合实验
实验十六　音频驱动实验
实验十七 步进电机实验
实验十八　直流电机实验
实验十九　外部中断（急救车与交通灯）

五、装置的配备

装置主要由电源仪器控制屏、实验桌、实验挂箱及三相鼠笼电机等组成。
（一） JGG-01 电源仪器控制屏
控制屏为铁质双层亚光密纹喷塑结构，铝质面板。为实验提供交流电源、直流电源、恒流源、受控源、数控信号源及各种测试仪表等。具体功能如下：
1 、主控功能板
1.1 三相 0 ～ 450V 及单相 0 ～ 250V 连续可调交流电源。配备一台三相同轴联动自耦调压器，规格为 1.5KVA/0 ～ 450V ，克服了三只单相调压器采用链条结构或齿轮结构组成的许多缺点。可调交流电源输出处设有过流保护技术，相间、线间过电流及直接短路均能自动保护，克服了调换保险丝带来的麻烦。配有三只指针式交流电压表，通过切换开关可分别指示三相电网电压和三相调压输出电压。
1.2 提供两路低压稳压直流 0.0 ～ 30V/ 1A 连续可调电源，配有数字式电压表指示输出电压，电压稳定度 ≤0.3% ，电流稳定度 ≤0.3% ，设有短路软截止保护和自动恢复功能。
1.3 提供一路 0 ～ 500mA 连续可调恒流源，分 2mA 、 20mA 、 500mA 三档，负载稳定度 ≤5×10 -4 ，额定变化率 ≤ ５ ×10 -4 ，配有数字式直流毫安表指示输出电流，具有输出开路、短路保护功能。
1.4 设有照明 220V/30W 日光灯一盏，供实验照明用；还设有 220V/30W 的日光灯灯管一支，将灯管的四个头引出以供实验用。
1.5 实验管理器：具有设定实验时间、定时报警、切断电源等功能；还可以自动记录与区分由于接线或操作错误所造成的漏电告警、仪表超量程告警等。
1.6 设有真有效值交流数字电压表一只，测量范围 0 ～ 500V ，量程自动判断、自动切换，精度 0.5 级，三位半数显。
2 、信号源功能板
频率计： 6 位数字显示，显示范围 1Hz ～ 10MHz ，作为外部测量和内置信号源频率指示。
信号源频率范围： 0.2Hz ～ 2MHz ，分七档
输出波形：正弦波、三角波、方波、脉冲波、斜波及 50Hz 正弦波
占空比调节： 20% ～ 80%
输出幅度： 20Vp-p( 1M Ω 负载 ) 、 10Vp-p(50Ω 负载 )
输出保护：短路保护，抗输入电压 ±35V （ 1 分钟）
幅度显示：三位 LED
功率输出： ≥10W ；频率范围 (3dB 带宽 ) ： 20KHz( 方波、三角波、正弦波 )
3 、仪表、受控源功能板
3.1 智能交流数字电压表
交流数字电压表 1 只，采用美国模拟器件公司生产的新型高性能 RMS 真有效值转换器，配以高速 MPU 单元设计而成，通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式。具有自动与手动量程，测量范围： 0-500V ，频率范围： 10Hz-20Hz 。手动量程为： 10V 、 100V 、 500V 。测量精度为 0.5 级。具有数据存储与查询功能。
3.2 智能交流数字电流表
交流数字电流表 1 只，采用美国模拟器件公司生产的新型高性能 RMS 真有效值转换器，配以高速 MPU 单元设计而成，通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式。具有自动与手动量程，测量范围： 0 -5A ，频率范围： 10Hz-20Hz 。手动量程为： 100mA 、 1A 、 5A 。测量精度为 0.5 级。具有数有数据存储与查询功能。
3.3 直流数显电压表一只，采用 ICL 公司高性能 AD 转换器配以高速 MPU 单元设计而成，通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式。具有自动与手动量程，测量范围： 0-200V 。手动量程为： 2V 、 20V 、 200V 。测量精度为 0.5 级。具有数据存储与查询功能。具有超量程报警、指示及切断总电源等功能。
3.4 直流数显毫安表一只，采用 ICL 公司高性能 AD 转换器配以高速 MPU 单元设计而成，通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式。具有自动与手动量程，测量范围： 0-2000mA 。手动量程为： 20mA 、 200mA 、 2000mA 。测量精度为 0.5 级。具有数据存储与查询功能。具有超量程报警、指示及切断总电源等功能。
3.5 受控源 CCVS 、 VCCS 两路，打开电源开关， CCVS 、 VCCS 两路受控源即可工作，通过适当的连接，即可获得 VCVS 、 CCCS 受控源的功能。此外，还设有 ±12V 两路直流稳压电源，并有发光管指示。
4 、控制屏挂置挂件的具体方法
控制屏正面右边设有一个 74× 48.5cm 2 的大凹槽，能容纳两个大挂箱和一个小挂箱。凹槽上、下边各设有六个螺柱，左右两边挂置大的挂箱，中间挂置小的挂箱。挂箱与控制屏采用螺母固定，易于装卸和运输。
（二）JGG -02 实验桌
实验桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构，桌面为防火、防水、耐磨高密度板；左右设有两个大抽屉（带锁），用于放置工具及资料。右边设有放置示波器用的可拆卸搁板。
（三）实验组件挂箱
1 、 JGG -03 电路基础实验箱
提供基尔霍夫定律（可设置三个典型故障点）、叠加原理（可设置三个典型故障点）、戴维南定理、诺顿定理、二端口网络、互易定理、 R 、 L 、 C 串联谐振电路（ L 用空心电感）、 R 、 C 串并联选频电路及一阶、二阶动态电路等实验。各实验器件齐全，实验单元隔离分明，实验线路完整清晰，验证性实验与设计性实验相结合。
2 、 JGG -04 交流电路实验箱
提供单相、三相负载电路、日光灯、变压器、互感器及电度表等实验。负载为三个*独立的灯组，可连接成 Y 或 △ 两种三相负载线路，每个灯组均设有三个并联的白炽灯罗口灯座 ( 每组设有三个开关控制三个负载并联支路的通断 ) ，可插 60W 以下的白炽灯九只，各灯组设有电流插座；日光灯实验器件有 30W 整流器、电容器（ 1uF/500V 、 2.2uF/500V 、 4.7uF/500V ）、启辉器及短接按钮；互感线圈一组，实验时临时挂上，两个空心线圈 L1 、 L2 装在滑动架上，可调节两个线圈间的距离，并可将小线圈放到大线圈内，配有大、小铁棒各一根及非导磁铝棒一根；电度表一只，规格为 220V 、 3/ 6A ，实验时临时挂上，其电源线、负载线均已接在电度表接线架的接线柱上，实验方便；铁芯变压器一只（ 50VA 、 36V/220V ），原副边均设有保险丝便于电流的测试，可进行变压器原、副绕组同名端判断及变压器应用等实验。
3 、JGG -05 元件箱
设有三组高压电容（每组 1uF/500V 、 2.2uF/500V 、 4.7uF/500V 高压电容各一只），用以改变功率因数实验；提供实验所需的各种元件，如电阻、二极管、发光管、稳压管、电位器及 12V 灯泡等 , 还提供十进制可调电阻箱，阻值为 0 ～ 99999.9Ω/2W 。
4 、 JGG -06 单相智能功率、功率因数表
由 24 位 DSP 、 16 位高精度 AD 转换器和高速 MPU 单元设计而成，通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式。软件上采用 RTOS 设计思路，同时配有 PC 监控软件来加强分析能力。能测量电路的功率、功率因数。功率测量精度为 1.0 级，功率因数测量范围 0.3-1.0 ，电压电流量程为 450V 和 5A ，能自动判别负载性质（感性显示 “L” ，容性显示 “C” ，纯电阻不显示），并可存储测量数据，供随时查阅。
5 、 JGG -09 真有效值交流数字毫伏表
能够对各种复杂波形的有效值进行精确测量，电压测试范围 0.2mV ～ 600V （有效值），测试基本精度达到 ±1% ，量程分 200mV 、 2V 、 20V 、 200V 、 600V 五档，直键开关切换，三位半数字显示，每档均有超量程告警、指示及切断总电源功能。频率测试范围 10Hz ～ 600KHz ，输入阻抗 1MΩ ，输入电容 ≤30pF 。
6 、 JGG -10 受控源 ( 四路 ) 、回转器、负阻抗变换器
提供流控电压源 CCVS 、压控电流源 VCCS 、压控电压源 VCVS 、流控电流源 CCCS 、回转器及负阻抗变换器等实验模块。四组受控源、回转器、负阻抗变换器均采用标准网络符号。
（四） JGG - 11 数字电路、模拟电路
提供稳压电源四路（ ±5V/ 0.5A ； ±15V/ 0.5A ，均有短路保护、自动恢复功能）、低压交流电源（ 0V 、 6V 、 10V 、 14V 抽头各一路及中心抽头 17V 两路）、四位十进制译码显示器、两组拨码盘、 8 位逻辑开关、 8 位电平指示器、三态逻辑笔、单次脉冲源、扬声器、振荡线圈、按键、桥堆及电位器等。另外，还设有一些高可靠圆脚集成电路插座（ 8P 2 只、 14P 3 只、 16P 4 只、 28P 1 只、 40P 1 只）及可靠的镀银长紫铜管（供插电阻、电容、电位器、晶体管等元件）。实验挂箱配有： ① 共射极单管放大器负反馈放大器实验板、 ② 射极跟随器实验板、 ③RC 正弦振荡器实验板、 ④ 差动放大器实验板、 ⑤OTL 功率放大器实验板共五块及若干分立元件，可采用固定线路或分立元件灵活组合进行实验，有利于提高学生动手能力。
1 、 JGG – 15 继电接触控制
提供中间继电器、二只，热继电器一只，熔断器三只，转换开关三只，按钮一只，行程开关四只，信号灯、保险丝座各一只。各器件的工作端子均已引到面板上，供实验接线用。
2 、 JGG – 17 继电接触控制
提供交流接触器（线圈电压 380V ）三只，热继电器一只，电子式时间继电器（通电延时，工作电压 380V ）一只，变压器 (220V/26V/6.3V) 、整流电路、能耗制动电阻 (10Ω/25W) 各一组，带灯按钮（黄、绿、红各一只）三只。将各器件的工作端子引到面板上，供实验接线用。
六、配置清单（每台）
七、配置清单（每台）

PLC 配置清单：
（一）主机：三菱 FX1N-40MR
（二）实验箱部分：