三相交流电机控制设计.doc

贵州航天职业技术学院PLC控制系统课程设计 题目：三相交流电机控制设计 姓名： 余大川 学号： xx 班级：12计算机应用技术（1）班 指导老师： xxx 日期： 2014年6月20日 成员分工 成员 分工操作的内容 余大川 软件代码编写 李天志 课程总体设计 马 全 软件代码调式 李剑飞 资料查询兼文档整理 前 言 目 录1 总体方案的设计1.1系统硬件配置及组成原理 本次设计主要介绍CPU224和CPU226的技术参数和CPU的输入输出。S7-200系列中的CPU 224主要技术性能。 1一般性能 S7-200 CPU224的一般性能如表1-1所示。表1-1 S7-200 CPU224一般性能电源电压DC 24V，AC 100230V电源电压波动DC 20.4-28.8V，AC 84-264V（47-63Hz）环境温度、湿度水平安装0550C，垂直安装0450C，595%大气压8601080hPa保护等级IP20到IEC529输出给传感器的电压DC 24V （20.4-28.8V）输出给传感器的电流280mA，电子式短路保护（600mA）为扩展模块提供的输出电流660mA程序存储器8K字节/典型值为2.6K条指令数据存储器2.5K字存储器子模块1个可插入的存储器子模块数据后备整个BD1在EEPROM中无需维护在RAM中当前的DB1标志位、定时器、计数器等通过高能电容或电池维持，后备时间190h（400C时120h），插入电池后备200天编程语言LAD，FBD，STL程序结构一个主程序块（可以包括子程序）程序执行自由循环。中断控制，定时控制（1255ms）子程序级8级用户程序保护3级口令保护指令集逻辑运算、应用功能位操作执行时间0.37s扫描时间监控300ms（可重启动）内部标志位256，可保持：EEPROM中0112计数器0256，可保持：256，6个高速计数器定时器可保持：256，4个定时器，1ms30s16个定时器，10ms5min236个定时器，100ms54min接口一个RS485通信接口可连接的编程器/PCPG740P = 2 * ROMAN II，PG760P = 2 * ROMAN II，PC（AT）本机I/O数字量输入：14，其中4个可用作硬件中断，14个用于高速功能数字量输出：10，其中2个可用作本机功能，模拟电位器：2个可连接的I/O数字量输入/输出：最多94/74模拟量输入/输出：最多28/7（或14）AS接口输入/输出：496最多可接扩展模块7个2输入特性S7-200 CPU224的输入特性如表1-2所示。表1-2 S7-200 CPU224输入特性类型源型或汇型输入电压DC 24V，“1信号”：14-35A，“0信号”：0-5A，隔离光耦隔离，6点和8点输入电流“1信号”：最大4mA输入延迟（额定输入电压）所有标准输入：全部0.2-12.8ms（可调节）中断输入：（I0.0-0.3）0.2-12.8ms（可调节）高速计数器：（I0.0-0.5）最大30kHz3输出特性 S7-200 CPU224输出特性如表1-3所示。表1-3 S7-200 CPU224的输出特性类型晶体管输出型继电器输出型额定负载电压DC 24V（20.4-28.8V）DC 24V（4-30V）AC24-230V（20-250V）输出电压“1信号”：最小DC 20VL+/L-隔离光耦隔离，5点继电器隔离，3点和4点最大输出电流“1信号”：0.75A“1信号”：2A最小输出电流“0信号”：10sA“0信号”：0mA输出开关容量阻性负载：0.75A灯负载：5W阻性负载：2A灯负载：DC30W，AC200W4扩展单元的主要技术特性S7-200系列PLC是模块式结构，可以通过配接各种扩展模块来达到扩展功能、扩大控制能力的目的。目前S7-200主要有三大类扩展模块。 （1）输入/输出扩展模块 S7-200 CPU上已经集成了一定数量的数字量I/O点，但如用户需要多于CPU单元I/O点时，必须对系统做必要的扩展。CPU221无I/O扩展能力，CPU 222最多可连接2个扩展模块（数字量或模拟量），而CPU224和CPU226最多可连接7个扩展模块。S7-200 PLC系列目前总共提供共5大类扩展模块：数字量输入扩展板EM221（8路扩展输入）；数字量输出扩展板EM222（8路扩展输出）；数字量输入和输出混合扩展板EM223（8I/O，16I/O，32I/O）；模拟量输入扩展板EM231，每个EM231可扩展3路模拟量输入通道，A/D转换时间为25s，12位；模拟量输入和输出混合扩展模板EM235，每个EM235可同时扩展3路模拟输入和1路模拟量输出通道，其中A/D转换时间为25s，D/A转换时间100s，位数均为12位。 （2）热电偶/热电阻扩展模块 热电偶、热电阻模块（EM231）是为CPU222，CPU224，CPU226设计的，S7-200与多种热电偶、热电阻的连接备有隔离接口。用户通过模块上的DIP开关来选择热电偶或热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障的方向。 （3）通讯扩展模块 除了CPU集成通讯口外，S7-200还可以通过通讯扩展模块连接成更大的网络。S7-200系列目前有两种通讯扩展模块：PROFIBUS-DP扩展从站模块（EM277）和AS-i接口扩展模块（CP243-2）。S7-200系列PLC输入/输出扩展模块的主要技术性能如表1-4所示。表1-4 S7-200系列PLC输入/输出扩展模块的主要技术性能型号EM221EM222EM223EM231EM232EM235输入点8无4/8/163无3输出点无84/8/16无21隔离组点数824无无无输入电压DC24VDC24V输出电压DC24V或AC24-230VDC24V或AC24-230VA/D转换时间250s250s分辨率12bitA/D转换电压：12bit电流：11bit12bitA/D转换1.2 课程设计的目的（1） 理解三相交流电机PLC控制系统基本原理；（2） 掌握主电路和控制电路的各电气器件功能及应用；（3） 绘制电气原理图和接线图；（4） 应用s7200编程方法实现。 图1-5 接通延时定时器指令梯形图1.6 系统接线图设计本设计采用西门子S7-200 PLC实现对三相异步电动机电动机的起动换接控制。三相交流异步电动机Y/换接起动的控制原理如图1所示。可以看到，基于时间继电器的控制线路中用到了繁琐的控制器、接触器等元件，使系统复杂而不稳定。 图1电动机Y/换接起动的控制线路PLC就是为了替代繁琐的继电器、接触器控制系统而产生的。替代后，控制原理如图2所示，线路得到了简化，稳定性得到提高，在工业自动化领域得到越来越多的应用。图2 基于PLC的电动机Y/换接起动的控制线路按照图2控制原理接线。图中KM1、KM3主触点闭合时，电动机星形连接；KM1、KM2主触点闭合时，电动机三角形连接。PLC线路连接的输入和输出点地址的分配如表1所示。接PLC连接图时应当按照对应关系完成连接，以使控制和监控按预定进行。2 控制系统设计2.1 流程图设计2.2 时序图设计图2-2-2 电动机正反转控制时序图 a）正转运行 b）反转运行。2.3 三相交流电机控制设计思路 第一步，如图4所示，启动按钮SS（即动合开关I0.0闭合），M0.3、Q0.1线圈得电，则动合开关M0.3闭合，进入计时启动环节。图4 启动运行的梯形图 第二步，如图5所示，动合开关M0.3闭合，T37、T33启动计时，分别计时6秒和1秒，使动合开关T33首先动作。图5 启动计时的梯形图第三步，如图6所示，计时1秒后，动合开关T33闭合，Q0.3线圈得电，即此时KM1、KM3都处于闭合状态，此时接线方式为星形，进入星形启动阶段。星形接线状态运行5秒后，T37计时完成，动断开关T37断开，Q0.3线圈失电，即KM3断开，星形连接解除。图6 启动运行的梯形图第四步，如图7所示，星形连接解除同时，动合开关T37闭合，延时0.5秒进入三角形接线状态。延时0.5秒后平稳换接，防止电路电流变化剧烈产生电火花。图7 延时500ms的梯形图第五步，如图8所示，延时0.5秒后动合开关T34闭合，线圈Q0.2得电，即此时KM1、KM2都处于闭合状态，开始换接三角形连接。图8 启动运行的梯形图第六步，如图9所示，动合开关M0.1闭合后，线圈M0.3失电，KM1断开，电路失电，完成停机过程。图9 启动运行的梯形图第七步，如图10所示，动合开关M0.2闭合后，线圈M0.3失电，KM1断开，电路失电，实现过载保护。图10 启动运行的梯形图 3 系统调式及结果分析利用仿真软件对上表中源程序进行仿真，仿真结果如下：当按下正转按钮或点动按钮（点动方向选择为正向）时，PLC控制交流电机进入正向星形启动状态，如图3-1所示。正向星形启动维持5秒之后，交流电机转入正向角形运行状态，如图3-2所示。按下停止按钮或松开点动按钮，交流电机停止转动。 图3-1 电机正向星形启动时PLC输出状态图3-2 电机正向角形运行时PLC输出状态图3-3 电机反向星形启动时PLC输出状态图3-4 电机反向角形运行时PLC输出状态3.1 系统工作过程的分析 当启动按钮SS，I0.0的动合触点闭合，M0.3线圈得电，M0.3的动合触点闭合，Q0.1线圈得电，即接触器KM1的线圈得电，1秒后Q0.3线圈得电，即接触器KM3的线圈得电，电动机作星形连接启动；同时定时器T37得电，当启动时间累计达6秒时，T37 的动断触点断开，Q0.3失电，接触器KM3断电，触头释放，于此同时T37的动合触点闭合，T38得电，经0.5秒后，T38动合触点闭合，Q0.2线圈得电，电动机接成三角形，启动完毕。定时器T1的作用使KM3断开0.5秒后KM2才得电，避免电源短路。按停止按钮ST，I0.1的动断触点断开，M0.3、T37失电；M0.3、T37的动合触点断开，Q0.1、Q0.3失电。KM1、KM3断电，电动机作自由停车运行。当电动机过载时，I0.2的动断触点断开，Q0.1、Q0.3失电，电动机也停止。按一下按钮FR，过载保护。 3.2 结果分析 （1）在代码编写过程中，字母的大小写输入有误，通过多次的输入才得以解决问题。 （2）在代码编写过程中，由于自己停留在浅显表面上，没有更好的深入理解问题，没有在程序上加电气互锁，在调式时程序都没运行，通过查阅资料和同学的提醒才得以解决问题。在系统的输出回路中，KM1和KM2线圈间必须加电气互锁，是为了避免交流接触器主触点熔焊在一起而不能断开时，造成主回路短路的情况。 4 设计总结通过此次课程设计，让我对PLC梯形图、指令表、顺序功能表图有了更好的了解，也让我了解了PLC设计原理，有很多设计原于实践，从中找到更适合的设计方法。不积跬步，何以至千里，课程设计是大学学习阶段非常重要且难得的理论与实践相结合的机会，通过这次课程设计，让我融入到知识理论与实践结合的设计中，锻炼了综合运用所学的专业基础知识的能力，提高了自己的查阅文献资料、设计手册能力，而且对整体的掌握、对局部的取舍、以及对细节的处理，使得能力得到了锻炼、经验得到了丰富、还有意志力及耐心得到了提升。通过学习，使我们对三相交流电机的PLC控制理论有了初步的系统了解。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的过程控制的学习有很大的指导意义，也对自己的学习能力是个很大的锻炼。这次的实习让我们增加了自己控制系统设计能力，也让我们在一步步的探索中培养了解决问题的能力，任何事情只有一步步的探索才能最终发现解决问题的方法。同时也懂得合作的重要性，通过此次课程设计，加深了同学间的友谊，当然在设计有同组同学和老师的帮助下、我在课程设计的过程中遇到过各种各样的问题才得以快速的解决，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，真可谓是受益匪浅，在这里我想说一句“谢谢你你们”。 参考文献1 基于PLC的现代大综合实验系统的设计与实现J。中国现代教育装备，2007(11)：75-77。2 常斗南。 可编程序控制器M。北京:机械工业出版社，1998。3 秦曾煌等。 电工学（电子技术）M。北京:高等教育出版社，2004.4 许顺隆，徐朝阳.轻松学电机.北京：中国电力出版社，20085 曹祥.机床电气控制技术.北京：国防工业出版社，2009.16 孙余凯，吴鸣山.