PLC四台三相异步电动机设计.doc

引言传统的鼠笼式异步电动机起、 制动控制方式一般有四种， 即定子回路串电阻起动， Y/起动， 自耦变压器起动和延边三角形起动；制动方式有三种，反接制动，能耗制动和电容制动，其中任何一种起、制动控制方式的实现通常由继电器-接触器控制系统来完成。传统的继电器接触器控制方式控制逻辑清晰， 采用机电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的可靠 性较低。随着 PLC 技术的发展，使用 PLC 进行电机的运行控制已成为必然趋势。PLC 控制功能改变极其方便，继电器接触器控制功能改变，需拆线接线乃至更换元器件，比较麻烦；PLC 控制功能改变， 一般只需修改程序便可，极其方便。PLC 控制系统制造周期短 PLC 控制系统由于结构简单紧凑，基本为软件控制，因此设计、施工与调试比继电器接触 器控制系统周期短。 此外，由于 PLC 技术是计算机控制的基础上发展而来，因此，它的软硬件设置上有着传统 的继电器接触器控制无法比拟的优势，工作可靠性极高。近20年来计算机和信息技术的飞速发展，不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格，使PLC、通信联网技术、过程控制软件都获得了长足进步，也使PLC的广泛应用成为可能。从1968年开始至今，PLC已经经历了四次更新换代,现阶段的PLC产品不但全面使用16位、32位高性能微处理器，高性能片位式微处理器，RISC精简指令系统CPU等高级CPU，而且，在一台PLC中配置多个微处理器，进行多道处理。同时，生产了大量内含微处理器的智能模板，使得最新的PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的名副其实的多功能处理器。第一章 继电器接触器控制设计1.1 继电器简介继电器是一种电控制器件。它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，继电器使被控制的输出电路导通或断开。 输入量可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等)及非电气量(如温度、压力、速度等)两大类。继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。 在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器，它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成，时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。继电器的触点在转换时可承受一定的电压和电流。所以在使用继电器时，应考虑加在触点上的电压和通过触点的电流不能超过该继电器的触点负载能力。例如，有一继电器的触点负载为28V(DC)10A，表明该继电器触点只能工作在直流电压为28V的电路上，触点电流为10A，超过28V或10A，会影响继电器正常使用，甚至烧毁触点。 1.2继电器-接触器控制线路设计步骤及内容1) 根据课题控制要求选择接触器、中间继电器、时间继电器控制电动机时序运动；2) 主电路设计图见附录一；3) 根据课题要求按钮SF2控制电动机自动循环运行，SF2控制中间继电器KF1、KF3得电自锁，同时通电延时继电器KF5得电计时，20秒后控制中间继电器KF2、KF4启动，同时通电延时继电器KF6、KF3、KF9得电计时，断电延时继电器得电，断电延时闭合开关闭合，20秒后KF2、KF3断电，同时KF1得电自锁，KF5再次开始计时，20秒后中间继电器KF5控制KF2得电自锁，KF7控制中间继电器KF4断电，同时中间继电器KF3的自锁，20秒后KF2断电，同时KF1得电自锁，开始第二次运行，按钮SF1为总停按钮；4) 电动机的单独启动均采用两个按钮控制；5) 中间继电器KF1、KF2、KF3、KF4分别控制接触器QA1、QA2、QA3、QA4得电自锁。6) 继电器-接触器控制线路图见附录二7) 电器元件明细表如表1-1继电器-接触器控制电器元件列表序号代号名称数量规格备注1QA1-QA4接触器42KF1-KF4中间继电器43KF5通电延时继电器14KF6通电延时继电器15KF7断电延时继电器16KF8通电延时继电器17KF9通电延时继电器18BB1-BB4热继电器49SF1-SF10按钮1010FA1-FA4熔断器4第二章 PLC控制设计2.1 PLC简介早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制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(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。 2.1.1 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：2.1.2 PLC的工作原理一. 扫描技术 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。2.2 PLC程序设计步骤1) 分析控制系统的控制要求，本次设计采用计时器为主要控制器，程序设计思路为：按照时序图（见课题）控制CPU的相应接口得电，每一次计时完成，将启动下一个计时，如此往复，实现系统自动循环时序控制2) 本次控制需要10点输入，5点输出，根据I/O点数，选择CPU224，I/O地址分配表如表2-1PLC控制I/O地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号系统自动运行信号常开按钮SF1I0.0电动机停止信号常开按钮SF2I0.1电动机M1启动信号常开按钮SF3I0.2电动机M1停止信号常开按钮SF4I0.3电动机M2启动信号常开按钮SF5I0.4电动机M2停止信号常开按钮SF6I0.5电动机M3启动信号常开按钮SF7I0.6电动机M3停止信号常开按钮SF8I0.7电动机M4启动信号常开按钮SF9I1.0电动机M4停止信号常开按钮SF10I1.1输出信号电动机M1驱动信号接触器QA1Q0.0电动机M2驱动信号接触器QA2Q0.1电动机M3驱动信号接触器QA3Q0.2电动机M4驱动信号接触器QA4Q0.3电动机停止信号继电器KFQ0.43) 工作流程图如下开始 接口I0.0得电是否自动循环 是 否 判断接口信号中间继电器时序导通 I0.2 I0.4 I0.6 I1.0Q0.3导通Q0.1导通Q0.2导通Q0.0导通输出接口时序导通自锁电动机MA4运行电动机MA3运行电动机MA2运行电动机MA1运行电动机按照时序工作4) 梯形图设计5) 语句表Network 1 / 网络注释LD I0.0O M1.5O M0.0AN M0.5= M0.0 M0.0得电自锁Network 2 LD I0.0O M1.5O M0.2AN M0.6= M0.2 Network 3 LD M0.0TON T37, 200Network 4 LD T37A M0.0= M0.5Network 5 LD T37O M0.1AN M0.7= M0.1Network 6 LD T37O M0.3AN M1.0= M0.3Network 7 LD M0.1TON T38, 200Network 8 LD T38A M0.1= M0.7Network 9 LD T38O M1.1AN M0.5= M1.1Network 10 LD T38A M0.2= M0.6Network 11 LD M1.1TON T39, 200Network 12 LD T39LPSA M1.1= M0.5LPPA M0.3= M1.0Network 13 LD T39O M1.2AN M0.7= M1.2Network 14 LD T39O M1.3AN M0.6= M1.3Network 15 LD M1.2TON T40, 200Network 16 LD T40LPSA M1.2= M0.7LPPA M1.3= M0.6Network 17 LD T40O M1.5AN M1.4= M1.5Network 18 LD I0.2O M1.6AN M0.5= M1.6Network 19 LD I0.3A M0.6= M0.5Network 20 LD M0.0O M1.1O M1.6= Q0.0Network 21 LD M0.1O M1.2O M1.7= Q0.1Network 22 LD M0.2O M1.3O M2.0= Q0.2Network 23 LD M0.3O M2.1= Q0.3Network 24 LD I0.1O Q0.4AN M2.2= Q0.4Network 25 LD I0.0A Q0.4= M2.26) PLC应用系统电气线路图见附录三，PLC外部I/O电路图见附录四，电气安装位置图见附录五。7) 程序设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。第三章 结论3.1 两种方案的比较： 控制中采用的逻辑部件不同 继电器-接触器控制全部用硬触点和“硬”线连接；PLC内部大部分采用“软”触点和“软”线连接。 plc控制系统的结构和体积不同 继电器-接触器控制系统使用的电气元件多，体积大且故障率大；PLC控制系统结构紧凑，使用的电气元件少，体积小。 控制中电器的触点不同 继电器-接触器控制中全部为机械式的硬触点，动作慢，弧光放电严重，寿命短，而且使用次数有限；PLC内部全部为“软”触点，动作快、寿命长，而且使用次数无限。 灵活性不同 继电器-接触器控制方案的改变，需拆线，重新再接线，乃至更换元器件，比较麻烦；PLC控制方案的改变，一般不需要修改硬件，只需修改程序即可，及其方便。 此外，由于PLC技术是在计算机控制的基础上发展起来的，它是以微处理器为核心，结合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。因此，PLC控制必将替代传统的继电器-接触器控制。3.2 PLC控制方案的设计特点 、在硬件方面 设置了滤波器 采用了隔离和屏蔽技术技术，在PLC系统中CPU和各种I/O通道之间都采用光电隔离和屏蔽技术，以防止外界信号的干扰，影响CPU的正常工作或导致CPU的损坏。 采用了模块结构，PLC通常采用模块式结构，目的是便于用户检修和更换模块，另外在各模块上都设有故障检测电路，并用相应的指示器标示它的状态，使用户能够迅速确定故障块的位置。 设置了特定的电源，PLC中的电源，尤其是为CPU模块供电的+5主电源，都有很强的抗电网电压波动和高频扰动的能力，同时还具有过电压、过电流等保护措施，以防止PLC的损坏。 设置了联锁功能，PLC中各个输出通道之间都设有联锁和互锁功能。以防止各被控对象之间误动作可能造成的事故。、在软件方面 软件与硬件相配合 软件装在PLC的某一固定的存储区中，它定时对外界的工作环境状态检测，以便在有异常情况下可及时处理。 工作信号会自动保护 PLC在受到强干扰而导致工作进程混乱甚至停止时，如果PLC的硬件系统未受损，则它的保护软件迅速将当前的工作状况和有关的信息存放到磁性的或带电保护型存储器中，以便强干扰消失后，PLC自动从这种存储器中取出这些信息，继续完成因强干扰而中断的工作。 PLC采用扫描方式进行工作 PLC对信号的输入、数据的处理和信号的输出分别在一个扫描周期的不同时间间隔里以批处理方式进行，因此使得用户编程简单、不易出错。第四章 设计总结历时两个星期的课程设计终于在今天完成了。这次课程设计让我学到了很多东西，在开始做的阶段，首先运用所学的东西，结合老师讲的再加上在网上找的资料，认真分析和学习，这为我后来的设计提供了很大的帮助。在做梯形图的时候我遇到了很多问题，经过老师的指点，一段时间之后，终于做出了这个设计。在主体框架完成的情况下，依据老师的要求，将上述所做东西以报告的形式做成文档。 回想自己所经过的日子，有欢笑有泪水，正如歌中所说“阳光总在风雨后”。成功之后的喜悦是无法用语言来形容的，而且老师的良苦用心总是很让我感动。平常自己不认真，对课程设计没有整体的认识，总是存在侥幸心理能混过去就混过去，现在我认识到了这不是一个人应该有的想法。由小见大，在离开学校走像社会的时候，做任何事情都不能马马虎虎，尽全力发挥自己的才能，尽管水平有限，疏漏之处在所难免，但