PLC控制三相异步电动机正反转.doc

I 目 录 引 言 1 第一章 三相感应电动机系统总体设计方案 2 1 1 三相感应感应电动机的基本结构 2 1 1 1 三相感应电动机定子 2 1 1 2 三相感应电动机转子 3 1 2 三相感应电动机的工作原理 3 1 3 三相异步电动机的正反转工作过程 3 1 3 1 三相感应电动机的原理 4 1 3 2 三相感应电动机的制动 4 1 4 三相感应感应电动机系统变量定义及分配表 4 1 5 三相感应感应电动机系统接线图 5 1 6 三相感应电动机系统流程图 6 1 7 三相感应感应电动机时序图设计 7 第二章 PLC 基础的知识 1 10 0 2 1 关于 PLC 的定义 10 2 2 PLC 与继电器控制的区别 10 2 3 PLC 的工作原理 10 第三章 三相感应电动机的 PLC 控制 12 3 1 三相感应电机的正反转 PLC 控制 12 3 2 PLC 定时器控制电动机正反转互锁的设计 13 3 2 1 PLC 定时器控制电动机正反转电路的主接线图 13 3 2 2 PLC 定时器控制三相感电动机正反转的梯形图 13 3 3 三相感应电动机使用 PLC 控制优点 13 第四章 系统调试及结果分析 15 结 论 1 16 6 参考文献 17 0 引 言 三相异步电动机的应用非常广泛 具有机构简单 效率高 控制方便 运行可靠 易于维修成本低的有点 几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域 在这些应用领域 中 三相异步电动机运行的环境不同 所以造成其故障的发生也很频繁 所以要正确合理 的利用它 要合理的控制它 我研究的这个系统的控制是采用 PLC 的编程语言 梯形图 梯形语言是在可编程控 制器中的应用最广的语言 因为它在继电器的基础上加进了许多功能 使用灵活的指令 使逻辑关系清晰直观 编程容易 可读性强 所实现的功能也大大超过传统的继电器控 制电路 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 它是专为在恶劣工业环境下应 用而设计 它采用可编程序的存储器 用来在内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术等操作的指令 并采用数字式 模拟式的输入和输出 控制各种的机械或生 产过程 长期以来 PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场 为各种各样的自动化设备提 供了非常可靠的控制应用 它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方 案 适合于当前工业 企业对自动化的需要 进入 20 世纪 80 年代 由于计算机技术和 微电子技术的迅猛发展 极大地推动了 PLC 的发展 使得 PLC 的功能日益增强 目前 在先进国家中 PLC 已成为工业控制的标准设备 应用面几乎覆盖了所有工业 企业 由 于 PLC 综合了计算机和自动化技术 所以它发展日新月异 大大超过其出现时的技术水 平 它不但可以很容易的完成逻辑 顺序 定时 计数 数字运算 数据处理等功能 而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系 从而实现生产 过程的自动化控制 特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息 网络时代的到来 扩展了 PLC 的功能 使它具有很强的联网通讯能力 从而更广泛的运用于众多行业 1 第一章三相感应电动机基础 1 1 三相感应电动机的基本结构 三相感应电动机由定子和旋转的转子两个重要部分组成 定子和转子之间由气隙分 开 图 1 1 为三相异步电动机结构示意图 a 外形图 b 内部结构图 图 1 1 三相感应电动机结构示意 1 1 1 三相感应电动机定子 定子主要由定子铁心 定子绕组 机座三部分组成 机座的主要作用是用来支撑电 机各部件 因此应有足够的机械强度和刚度 通常用铸铁制成 为了减少涡流和磁滞损 耗 定子铁心用 0 5 mm 厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成 铁心内圆周上有许多均匀分布的槽 槽内嵌放定子绕组 如图 1 2 所示 图 1 2 三相感应电动机的定子 2 1 1 2 三相感应电动机转子 转子由转子铁心 转子绕组 转轴和风扇等组成 转子铁心也用 0 5 mm 厚硅钢片冲 成转子冲片叠成圆柱形 压装在转轴上 其外围表面冲有凹槽 用以安放转子绕组 按 转子绕组形式不同 可分为绕线式和鼠笼式两种 1 2 三相感应电动机的工作原理 图 1 2 为三相感应电动机工作原理示意图 图中用一对磁极来进行分析 当向三相 定子绕组中通过入对称的三相交流电时 就产生了一个以同步转速 n1 沿定子和转子内圆 空间作顺时针方向旋转的旋转磁场 由于旋转磁场以 n1 转速旋转 转子导体开始时是静 止的 故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势 由于转子导体两端被短路环 短接 在感应电动势的作用下 转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电 流 转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用 电磁力对转子轴产生电磁转矩 驱动转子沿着旋转磁场方向旋转 图 1 3 三相感应电动机工作原理 1 3 三相感应电动机的正反转工作过程 1 3 1 三相感应电动机的原理 图 1 4 三相感应电动机正反转电路 3 在选择断路器时 我们不仅要关注断路器的延迟曲线等主要指标 还应重视它的很 多次要功能 这些常容易被忽略的性能不仅能为一个良好的设计锦上添花 而且还能帮 助工程师们为其应用设计精密的保护电路 辅助接点 辅助开关 它们是与主接点电隔离的接点 适用于报警和程序开关 辅助接点可用于向操作人员或控制系统告警 发出警报 或在重要应用中接通备用电源 1 3 2 三相感应电动机的制动 三相感应电动机脱离电源之后 由于惯性 电动机要经过一定的时间后才会慢慢停 下来 但有些生产机械要求能迅速而准确地停车 那么就要求对电动机进行制动控制 电动机的制动方法可以分为两大类 机械制动和电气制动 机械制动一般利用电磁抱闸 的方法来实现 电气制动一般有能耗制动 反接制动和回馈发电制动三种方法 1 4 三相感应电机的 I O 分配 现将 PLC 的输入 输出继电器分配给上述输入 输出设备 即可列出其用 PLC 控制的 I O 分配表 如表所示 I O 分配表 输入分配输出分配 元件名称 PLC 输入点编号元件名称 PLC 输入点编号 COS1 I0 0 MC1Q0 0 COS2 I0 1 MC2 Q0 1 电源 I0 3MC3Q0 2 PB1I0 4MC4Q0 3 PB2I0 5PL1Q0 4 PB3I0 6PL2Q0 5 PL3Q0 6 PL4Q0 7 PL5Q1 0 4 1 5 三相感应电机系统接线图设计 1 5 三相感应电机系统接线图设计 5 1 6 三相感应电机系统流程图 COS 选择 COS1 COS2 启动 正转 型启动 经 10s 型运转型运转 按 PB1 停止 按 PB2 型正转 按 PB3Y 型逆转 10s 后 型逆转型逆转 10s 后 型运转型运转 15s 停止 10s 后 Y 型启动 10s 后 型逆转型逆转 15s 后停止 10s 后 PB1 停止 6 1 7 三相感应电机的时序图设计 1 7 三相感应电机时序图设计 I O 分配 手动 7 自动 8 9 第二章 PLC 基础的知识 2 1 关于 PLC 的定义 PLC 中文全称就是可编程控制器 可编程控制器 PLC 定义 专为在工业环境 下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置 是带有存储器 可以编制程序的控制 器 它能够存储和执行命令 进行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术等操作 并通过数字式和模拟式的输入输出 控制各种类型的机械或生产过程 2 2 PLC 与继电器控制的区别 1 控制方式 继电器的控制是采用硬件接线实现的 是利用继电器机械触点的 串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑 只能完成既定的逻辑控制 PLC 采用存储逻辑 其控制逻辑是以程序方式存储在内存中 要改变控制逻辑 只需 改变程序即可 称软接线 2 控制速度 继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制 工作频率低 毫秒级 机械触点有抖动现象 PLC 是由程序指令控制半导体电路来实现控制 速度 快 微秒级 严格同步 无抖动 3 延时控制 继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制 而时 间继电器定时精度不高 受环境影响大 调整时间困难 PLC 用半导体集成电路作 定时器 时钟脉冲由晶体振荡器产生 精度高 调整时间方便 不受环境影响 2 3 PLC 的工作原理 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 映象区中的相应得单元内 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 即 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 10 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 11 第三章三相异步电动机的 PLC 控制 3 1 三相感应电机的正反转 PLC 控制 在生产过程中 往往要求电动机能够实现正反两个方向的转动 如起重机吊钩的 上升与下降 机床工作台的前进与后退等等 由电动机原理可知 只要把电动机的三相 电源进线中的任意两相对调 就可改变电动机的转向 因此正反转控制电路实质上是 两个方向相反的单相运行电路 为了避免误动作引起电源相间短路 必须在这两个相 反方向的单向运行电路中加设必要的互锁 按照电动机可逆运行操作顺序的不同 就 有了 正 停 反 和 正 反 停 两种控制电路 在正反两个接触器中互串一个对方 的动断触点 这对动断触点称为互锁触点或连锁触点 这样当按下正转启动按钮 SB2 时 正转接触器 KM1 线圈通电 主触点闭合 电动机正转 与此同时由于KM1 的动断辅助触点断开而切断了反转接触器KM2 的线圈电路 因此 即使按反转启动按 钮 SB3 也不会使反转接触器的线圈通电工作 同理 在反转接触器KM2 动作后 也保证了正转接触器 KM1 的线圈电路不能再工作 图 3 1 三相异步电动机正反转继电器控制 PLC 控制的工作过程的分析 按下 SB2 输入继电器 0001 动合触点闭合 输出继电器 0500 线圈接通并自锁 接触器 KM1 主触点 动合辅助触点闭合 电动机M 通电正转 按下 SB1 输入继电器 0000 动断触点断开 输出继电器 0500 线圈失电 KM1 主触点 动合辅助触点断开 电动机M 断电停止正转 按下 SB3 0002 动合触点闭合 0501 线圈接通并自锁 KM2 主触点 动合辅助触点 闭合 电动机 M 通电反转 为了避免短路事故的发生所以我们利用接触器连锁保护的接触器电路 三相异步电 动机的正反转控制线路作为一个基本控制环节 在电气控制线路中应用的非常广泛 接 触器互锁的三相异步电动机正反转的控制线路更是取代了传统的继电器控制线路 使电 12 动机的控制有了进一步的提高 接触器互锁的三相异步电动机正反转控制线路如图 3 1 所示 线路中采用了两个接 触器 即正转用的接触器 KM1 和反转用的接触器 KM2 它们分别由控制按钮 SB2 SB3 控 制 这两个接触器的主触头所接通的电源相序不同 KM1 按 L1 L2 L3 相序接线 KM2 则对调了两相的相序 控制电路有两条 一条由按钮 SB2 和 KM1 线圈等组成正转控制电 路 另一条由按钮 SB3 和 KM2 线圈等组成的反转控制电路 3 2 PLC 定时器控制电动机正反转互锁的设计 3 2 1 PLC 定时器控制电动机正反转电路的主接线图 为了在控制的过程中体现科技化和智能化 同时为了在控制过程中克服接触器互锁 的三相异步电动机正反转电路的缺点 本文也可采用定时器控制三相异步电动机正反转 利用定时器控制三相异步电动机正反转在工业控制中得到广泛利用 这种方法使得控制 更加简单 方便 而且可以根据不同的需要设定正反转的时间且易于实现 用 PLC 定时 器控制的三相异步电动机正反转互锁的主接线图如图 3 4 所示 其工作原理如下所示 定时器控制三相异步电动机正反转原理和接触器控制三相异步电动机正反转的原理基本 相同 不同的是当电动机开始正转时 定时器 T1 开始运行且计时开始 20S 后电动机停 止正转 此时定时器 T2 开始运行并且计时 6S 后电动机开始反转 同时定时器 T3 开始 运行并计时开始 20S 后电动机停止反转 定时器 T4 开始计时 6S 后电动机又开始正转 如此循环进行 本文也可根据控制的需要设定不同的正转 反转和停止的时间 图 3 4 定时器控制电动机正反转互锁的主接线路 3 3 三相感应电动机使用 PLC 控制优点 本文设计就对三相 感应电动机的正反转控制 顺序起动等系统进行了设计 还有 13 其它的像制动和调速控制在这里我就没有设计 其实主电路都是一样的 就控制电路 有一点小差异 使用 PLC 控制三相异步电动机有很多好处的 不易老化 设备简单 结构合理 便于控制价格便宜等 plc 的通用性 可靠性 检修快速性 安全性是非常强大的 所以用其控制是非常 方便的 值得一提的是他的价格可能会高一些 但是绝对是物超所值 14 第四章 系统调试及结果分析 4 1 电动机可逆运行控制电路的调试 1 检查主回路路的接线是否正确 为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机 的相序 接线时应使接触器的上口接线保持一致 在接触器的下口调相 2 检查接线无误后 通电试验 通电试验时为防止意外 应先将电动机的接线断开 4 2 故障现象预处理 1 不启动 原因之一 检查控制保险 FU 是否断路 热继电器 FR 接点是否用错或接 触不良 SB1 按钮的常闭接点是否不良 原因之二按纽互锁的接线有误 2 起动时接触器 叭哒 就不吸了 这是因为接触器的常闭接点互锁接线有错 将 互锁接点接成了自己锁自己了 起动时常闭接点是通的接触器线圈的电吸合 接触器吸 合后常闭接点又断开 接触器线圈又断电释放 释放常闭接点又接通接触器又吸合 接 点又断开 所以会出现 叭哒 接触器不吸合的现象 3 不能够自锁一抬手接触器就断开 这是因为自锁接点接线有误 系统流程图 15 结 论 本次论文我研究了用 plc 简单地控制三相异步电动机 我感觉这样的设计使系统很稳 定 在工厂或者农业生产中都有很大的作用 达到了研究的目的 通过概述使大家充 分了解了该控制系统的原理和功能 摘要部分概要介绍了其可靠性和实用性 绪论 部分介绍了电动机控制方面的背景 本文设计的目的 意义及主要内容等 第一章 三相异步电动机基础 介绍了三相异步电动机的基本结构 工作原理 几个工作过程 的分析等 第二章 PLC 基础 PLC 的定义 与继电器控制的区别 工作原理 应用分 类等 第三章 三相异步电