机电一体化毕业设计（论文）-设计两台电动机顺序起、停的电气原理.doc

继续教育学院毕业设计（论文）题目：设计两台电动机顺序起、停的电气原理院、系（站）：渭南工业学校函授站学 科 专 业： 机电一体化技术 学 生： 学 号： 指 导 老 师： 2011年12月继续教育学院毕业设计（论文）题目：两台电动机顺序启动摘 要可编程控制器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。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。本课程设计介绍了可编程序控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的定义、特点、分类、技术指标、基本结构、工作原理、硬件知识及PLC控制系统等相关知识。用三菱FX2n-48MR系列的PLC，设计了一个简单平移自动门的自动门控制系统。该系统主要完成自动门的开、关控制及其出现故障时能实行手动控制。关键词：电气控制 可编程序控制器目 录第一章 设计任务书1第二章PLC的结构和工作原理8 2.1PLC简介2.2 PLC的基本结构82.3 PLC的工作原理132.4 PLC的分类142.5可编程控制器的技术性能指标142.6 PLC的发展趋势16第三章 主电路控制两台电动机顺序启动175.1主控路图175.2控制电路图185.3电动机的控制工作原理195.4输入输出点的分配表195.5 PLC的接线图205.6 PLC梯形图205.7指令表215.8 PLC梯形图时序分析22心得体会23参考资料24西安工业大学继续教育学院毕业设计（论文）第一章 设计任务书 1、 设计题目：两台电动机顺序启动2、 控制要求1两台三相笼型异步电机顺序启动，采用触摸屏及PLC控制。2触摸屏画面设计及参数设置。3 PLC连线图及梯形图设计。第二章PLC简介PLC=ProgrammablelogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。1、PLC的基本概念可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC2、plc目前的主要品牌松下，西门子，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，ABB等第二章PLC的结构和工作原理2.1 PLC的简介PLC=ProgrammablelogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。1、PLC的基本概念可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC2、plc目前的主要品牌松下，西门子，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，ABB等2.2 PLC的结构n 1主机n 2I/O扩展机n 3外部设备1主机n CPU（微处理器）n 存储器n 输入单元n 输出单元n 电源n I/O扩展接口n 外设I/O接口（1）CPUCPU是PLC的核心，类似于人的大脑。具体作用如下：n 接受、存储用户程序。n 按扫描方式接收来自输入单元的数据和各状态信息，并存入相应的数据存储区。n 执行监控程序和用户程序，完成数据和信息的逻辑处理，产生相应的内部控制信号，完成用户指令规定的各种操作。n 响应外部设备的请求。（2）存储器n PLC的存储器有两种：系统程序存储器和用户程序存储器。n 系统程序存储器主要用于存放系统正常工作所必须的程序，如系统诊断程序、键盘输入处理程序、指令解释程序、监控程序等。这些程序与用户无直接关系，已由厂家直接固化进EPROM中，不能由用户直接存取、修改。n 用户程序存储器主要存放用户程序（用户利用PLC的编程语言按不同控制要求所编制的控制程序或数据，这相当于设计继电器控制系统硬接线的控制电路图），可修改。(3)输入单元n 输入单元的作用是接收从开关、按钮、继电器触点和传感器等输入的现场控制信号，并将这些信号转换成CPU能接收和处理的数字信号。n 根据输入信号形式的不同，可分为开关量输入单元和模拟量输入单元两大类。开关量输入单元模拟量输入单元：（4）输出单元n 输出单元接收经过CPU处理过的输出数字信号，并把它转换成被控制设备或显示装置所能接收的电压或电流信号，以驱动接触器、电磁阀和指示器件等。n 根据输出信号形式的不同，可分为开关量输出单元和模拟量输出单元两大类。开关量输出单元：n 继电器输出方式n 晶体管输出方式n 晶闸管输出方式1.继电器输出电路继电器输出方式的特点n 既可驱动交流负载,又可驱动直流负载。n 驱动负载的能力在2A左右。n 优点：适用电压范围比较宽，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强。n 缺点：动作速度较慢，动作次数（寿命）有一定的限制。n 建议在输出量变化不频繁时优先选用。2.晶体管输出电路晶体管输出方式的特点n 只可驱动直流负载。n 驱动负载的能力为零点几安培左右。n 优点：可靠性强，执行速度快，寿命长。n 缺点：过载能力差。n 适合在直流供电、输出量变化快的场合选用。晶闸管输出电路晶闸管输出方式的特点n 适合驱动交流负载。n 驱动负载的能力为1A左右。n 优点：可靠性强，执行速度快，寿命长。n 缺点：过载能力差。n 适合在交流供电、输出量变化快的场合选用。模拟量输出单元（5）电源n 电源单元的作用是把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。n 外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（直流5伏、12伏、24伏），并为外部输入元件（如接近开关、）提供24V直流电源（仅供输入端点使用），而驱动PLC负载的电源由用户提供。n 电源组件内还装有备用锂电池，以保证在断电时保存必要的信息。（6）I/O扩展接口n I/O扩展接口是PLC主机为了扩展输入/输出点数和类型的部件，输入/输出扩展单元、远程输入/输出扩展单元、智能输入/输出单元等都通过它与主机相连。n I/O扩展接口有并行接口、串行接口等多种形式。（7）外设I/O接口n 外设I/O接口是PLC主机实现人机对话、机机对话的通道。n 通过它，PLC可以和编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备相连，也可以与其他PLC或上位计算机连接。2I/O扩展机n 每种PLC都有与主机相配的扩展模块，用来扩展输入、输出点数，以便根据控制要求灵活组合系统。n PLC的扩展模块内一般不设CPU，仅对I/O通道进行扩展，不能脱离主机独立实现系统的控制要求。3外部设备n 编程设备n 盒式磁带机n 打印机n EPROM写入器n 图形监控系统n PLC或上位计算机2.3 PLC的工作原理1.PLC的工作方式循环扫描方式一个扫描周期主要可分为：n （1）输入采样阶段n （2）执行程序阶段n （3）处理通信请求阶段n （4）执行CPU自诊断测试阶段n （5）输出刷新阶段输入输出的处理过程n 输入采样阶段n 执行程序阶段n 输出刷新阶段输入采样阶段n PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的状态读入到输入状态寄存器中存储，这一过程称为采样。n 在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，而且将在PLC执行程序时被使用。执行程序阶段PLC按从上到下、从左到右顺序对程序进行扫描，并分别从输入状态寄存器和输出状态寄存器中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入输出状态寄存器中保存。但这个结果在全部程序未执行完毕之前不会送到输出端口上。输出刷新阶段在所有用户程序执行完毕后，PLC将输出映像寄存器中的内容送入输出锁存器中，通过一定的方式输出，驱动外部负载。扫描周期n PLC重复执行输入采样、执行程序、输出刷新三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期。n PLC的一个扫描周期一般为10100ms之间2.4 PLC的分类1、小型PLC小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。2、中型PLC中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。3、大型PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。2.5可编程控制器的技术性能指标PLC的技术性能指标有一般指标和技术指标两种。一般指标主要指PLC的结构和功能情况，是用户选用PLC时必须首先了解的，而技术指标可分为一般的性能规格和具体的性能规格。一般性能规格是指使用PLC时应注意的问题，主要包括电源电压、允许电压波动范围。耗电情况、直流输出电压、绝缘电阻、耐压情况、抗噪声性能、耐机械振动及冲击情况、使用环境温度和湿度、接地要求、外形尺寸、质量等。1 具体性能规格是指PLC所具有的技术能力，如果只是一般地了解PLC的性能，了解如下IO点数IO点数是指PLC外部IO端子的总数，这是非常重要的一项技术指标。如FX系列的IO点数最多为256。2 扫描速度一般指执行一步指令的时间，单位是s步，有时也以执行1000步指令的时间计，单位为ms千步，通常为10ms，小型PLC的扫描时间可能大于40ms。内存容量址单元，一个地址单元一般占用2B。3 指令系统PLC指令的多少是衡量其软件功能强弱的主要指标。PLC具有的指令种类越多，它的软件用户提供特殊功能，以简化程功能则越强。4 内部寄存器PLC内部有许多寄存器用以存放变量状态、中间结果和数据等，还有许多辅助寄存器给序设计。因此，寄存器的配置情况是衡量PLC硬件功能的一个指标。5 特殊功能模块PLC除了具备实现基本控制功能的主控模块外，还可配置各种特殊功能模块，以实现一些专门功能。目前，各生产厂家提供的特殊功能模块种类越来越多，功能越来越强，成为衡量PLC产品水平高低的一个重要标志。常用的特殊功能模块有：AD模块、DA模块、高速计数模块、位置控制模块、定位模块、温度控制模块、远程通信模块、高级语言编程以及各种物理量转换模块等。这些特殊功能模块使PLC不但能进行开关量顺序控制，而且能进行模拟量控制、定位控制和速度控制，还可以和计算机通信，直接用高级语言编程，从而为用户提供了强有力的工具。2.6 PLC的发展趋势PLC经过了几十年的发展，实现了从无到有，从一开始的简单逻辑控制到现在的过程控制、数据处理和连网通信，随着科学技术的进步，PLC还将有更大的发展，主要表现在以下几个方面。（1）从技术上看，随着计算机技术的新成果更多地应用到PLC的设计和制造上，PLC会向运算速度更快、存储容量更大、功能更广、性能更稳定、性价比更高的方向发展。（2）从规模上看，随着PLC应用领域的不断扩大，为适应市场的需求，PLC会进一步向超小型和超大型两个方向发展。（3）从配套性上看，随着PLC功能的不断扩大，PLC产品会向品种更丰富、规格更齐备的方向发展。（4）从标准上看，随着IEC1131标准的诞生，各厂家PLC或同一厂家不同型号的PLC互不兼容的格局将被打破，将会使PLC的通用信息、设备特性、编程语言等向IECll31标准的方向发展。（5）从网络通信的角度看，随着PLC和其他工业控制计算机组网构成大型控制系统以及现场总线的发展，PLC将向网络化和通信的简便化方向发展。第三章 主电路控制两台电动机顺序启动3.1两台电动机顺序启动的意义 3.2主控路图5.2控制电路图5.3电动机的控制工作原理先合上电源开关QF启动运转：按下按钮SB1线圈KM通电延时器KT1断电延时器KT2同时通电KM1常开触点闭合电动机M1启动运转时间延时器KT1 KT2瞬时闭合，接触器KM2通电电动机M2启动运转。停止运转：按下按钮SB2线圈KM2、KT1、KT2同时断电KT1延时闭合瞬时断开触点断开电动机M2停止运转时间延时器KT2，延时结束延时断开，动作触点断开KM1断电，电动机M1停止运转。5.4输入输出点的分配表输入内部与输出资源输入继电器输入元件作用输出继电器输出元件作用X0SB1启动按钮Y1KM1M1用交流接触器X1SB2停止按钮Y2KM2M2用交流接触器X2KH1M1过载保护T1KT1通电延时X3KH2M2过载保护T2KT2断电延时5.5 PLC的接线图5.6 PLC梯形图5.7指令表LDX0ORY0ANIT1ANIX2ANIX3OUTY0OUTT0 K100LDT0ANIX1ANIX2ANIX3OUTY1LDX1ORM1ANIT1OUTM1LDM1OUTT1 K100END5.8 PLC梯形图时序分析当按下SB1，X0接通，驱动Y1动作，使Y1外接的KM1线圈吸合。通过X1使驱动器T2线圈接通，使KM1的常开触点闭合和T2瞬时闭合延时断开动合触点闭合。电动机M1运行同时接通驱动定时器T1线圈接通10秒开始定时，10秒定时时间到，T1延时断开瞬时断开动合触点闭合使Y2动作，使Y2外接的KM2线圈吸合电动机M2运行。当按下SB2,此时X1接通，驱动定时器T1延时断开瞬时断开动合触点断开，KM2线圈释放电动机M2停止运行，同时X1接通驱动定时T2开始定时，10秒时间到T2瞬时闭合延时断开动合触点断开，KM1线圈释放，常开触点断开电动机M2停止运行。心得体会我的课程设计终于完工了，做了一周的课程设计，让人感受颇深。我得到了设计硬件电路和总体调试的任务，当时让我感到很有压力。因为我们平时接触的都是纯粹理论的东西，做实验也是雾里看花，对硬件的认识是很缺乏的。一回来我就去图书馆查阅的大量的PLC芯片的资料，由于资料比较分散，所以整理有用的资料就显得很重要，有些东西实在是不懂我就把资料带回来请教同学，让我受益匪浅。然后在硬件电路的设计中，由于要涉及软件设计的具体情况，又和同学共同讨论，最终确定了一个可以接受的方案。当时感觉这下任务该完成了，没有想到的是在实际的调试中更是遇到了太多的麻烦。我拿着设计好的电路接线图和设计的程序去实验室调试，第一次就给了我致命的打击，根本程序都运行不出来，当时只是对程序进行了修改，但还是没有明显的效果，就垂头丧气的回来了。不过回来之后我有认真的看了一遍程序，才发现有几个字母写错了，此时我认识到编程是非常需要细心的，任何小的错误都可能让你的努力功亏一篑，之后我又细心地把程序又写了一遍，把PLC硬件电路又检查了一遍，去实验室又运行了一遍，竟然出来了，那时候我真是太高兴了，因为这意味着我的设计成功了。很感谢学校和老师给我安排了这次课程设计，让我真正感受到的是