电动机的顺序启动与逆序停止

毕毕业业论论文文 设设计计 题题 目 目 三台电动机的启动与停止三台电动机的启动与停止 学学 院 院 专专 业 业 班班 级 级 学学 号 号 学生姓名 学生姓名 指导老师 指导老师 完成日期 完成日期 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 三个电动机顺序启动 逆序停止 摘 要 PLC 在三相异步电动机控制中的应用 与传统的继电器控制相比 具有 控制速度快 可靠性高 灵活性强 功能完善等优点 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控制设备提供了非 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求 本文设计了三相异步电动机 的 PLC 控制电路 设计要求 按下启动按钮时 M1 先启动 运行 60S 后 M2 启动 再运行 60S 后 M3 启动 按下停止按钮时 M3 停止 30S 后 M2 停止 再 30S 后 M1 停 止 关键词 关键词 PLC 电动机 继电器 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 目目 录录 前言 1 第一章第一章 PLCPLC 的基础的基础 2 2 1 1PLC 的定义 2 1 2PLC 与继电器的区别 2 1 3PLC 的工作原理 2 1 4 西门子 PLC 的特点 3 1 5PLC 的组成结构 4 第二章第二章 主回路设计主回路设计 5 2 1 主回路接线图 5 2 2 热继电器 5 2 3 空气开关 5 2 4 接触器 5 第三章第三章 PLCPLC 的软件控制设计的软件控制设计 6 3 1 电动机的控制要求 6 3 2 分析控制要求并确定输入 输出设备 6 3 3 I O 点的分配 7 3 4 系统接线图 7 3 5 系统梯形图 8 3 6 系统调试及问题解决 10 第四章第四章 设计总结设计总结 11 致谢 12 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 参考文献 13 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 1 前 言 在生产过程 科学研究和其他产业领域中 电气控制技术应用十分广泛 在机械设备 的控制中 电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍 本系列的控制是采用 PLC 的编程语言 梯形语言 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 它是专为在恶劣工作环境下应用而 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控制设 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 由于计算机计数 和微电子技术的迅速发展 极大的推动了 PLC 的发展 使的 PLC 的功能日益增强 PLC 是一种固态电子装置 它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序 PLC 通过 输入 输出 I O 装置发出控制信号和接受输入信号 由于 PLC 综合了计算机和自动化 技术 所以它发展日新月异 大大超出其出现时的技术水平 它不但可以很容易地完成 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 扩大了 PLC 的功能 使其具有很 强的的联网通讯能力 从而更广泛地应用于众多行业 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 2 第一章 PLC 基础 1 1 PLC 的定义 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 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 1 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 1 3 1 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 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 3 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 1 3 2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 1 3 3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 1 4 西门子 PLC 的特点 SIMATIC S7 200 系列 PLC 适用于各行各业 各种场合中的检测 监测及控制的自 动化 S7 200 系列的强大功能使其无论在独立运行中 或相连成网络皆能实现复杂控制 功能 因此 S7 200 系列具有极高的性能 价格比 S7 200 系列出色表现在以下几个方面 极高的可靠性 极丰富的指令集 易于掌握 便捷的操作 丰富的内置集成功能 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 4 实时特性 强劲的通讯能力 丰富的扩展模块 1 5 PLC 的组成结构 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 5 二 主回路的设计 主回路的设计 2 1 主回路接线图 需要三个电机来拖动 当然需要有一些短路过载等保护 继电器 空开的选型后面 后详细介绍 具体的主电路接线图如下 2 2 热继电器 选用 JR16B 60 3D 型热继电器 其中 J 表示继电器 D 带断相保护 相关元件主要技术参数及原理如下 1 额定电流为 20A 2 热元件额定电流为 32 4 2 3 空气开关 市面上的空气开关多种多样 但要点都基本一样 1 空气开关额定电压大于等于线路额定电压 2 空气开关额定电流和过电流脱扣器的额定电流大于等于线路计算负荷电流 2 4 接触器 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 6 接触器 Contactor 是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场 使触头闭合 以达 到控制负载的电器 接触器由电磁系统 铁心 静铁心 电磁线圈 触头系统 常开 触头和常闭触头 和灭弧装置组成 其原理是当接触器的电磁线圈通电后 会产生很 强的磁场 使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁 并带动触头动作 常闭触头断开 常开 触头闭合 两者是联动的 当线圈断电时 电磁吸力消失 衔铁在释放弹簧的作用下 释放 使触头复原 常闭触头闭合 常开触头断开 在电工学上 因为可快速切断 交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制 某些型别可达 800 安培 电路的装 置 所以经常运用于电动机做为控制对象 也可用作控制工厂设备 电热器 工作 母机和各样电力机组等电力负载 接触器不仅能接通和切断电路 而且还具有低电压 释放保护作用 接触器控制容量大 适用于频繁操作和远距离控制 是自动控制系统 中的重要元件之一 第三章 PLC 的软件控制设计 3 1 电动机的控制要求 有三台电动机 M1 M2 M3 按下启动按钮后 M1 启动 1min 后 M2 启动 然后再过 1min 后 M3 启动 按下停止按钮后 逆序停止 即 M3 先停 30s 后 M2 停 再过 30s 后 M1 停 3 2 分析控制要求并确定输入 输出设备 3 2 1 要求分析控制 第一步 按下启动按钮后 M1 启动 第二步 M1 启动 1min 后 M2 启动 第三步 M2 启动 1min 后 M3 启动 第四步 按下停止按钮后 M1 停止 第五步 M1 停止后 30s 后 M2 停止 第六步 M2 停止后 30s 后 M3 停止 3 2 2 确定输入 输出设备 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 7 根据上述分析 系统有 2 个输入信号 分别是 1 个启动和 1 个停止按钮 有 3 个输 出信号 分别是 3 个电动机 所以 PLC 只需用 2 个输入点和 3 个输出点分别与之相连即 可 3 3 I O 点的分配 3 4 系统接线图 输入 输出 功能 元件 LIC 功能 元件 PLC 地址 启动按钮 SB1 IO 0 控制电机 M1 KM1 QO 0 停止按钮 SB2 IO 1 控制电机 M2 KM2 QO 1 控制电机 M3 KM3 QO 2 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 8 3 5 系统梯形图设计 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 9 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 10 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 11 3 6 系统调试及问题解决 1 要查接线 核对地址 要逐点进行 要确保正确无误 可不带电核对 那就是查线 较麻烦 也可带电查 加上信号后 看电控系统的动 作情况是否符合设计的目的 2 检查模拟量输入输出 看输入输出模块是否正确 工作是否正常 必要时 还可用标准仪器检查输入输出 的精度 3 检查与测试指示灯 控制面板上如有指示灯 应先对应指示灯的显示进行检查 一方面 查看灯坏了没 有 另一方面检查逻辑关系是否正确 指示灯是反映系统工作的一面镜子 先调好它 将对进一步调试提供方便 4 检查手动动作及手动控制逻辑关系 完成了以上调试 继而可进行手动动作及手动控制逻辑关系调试 要查看各个手动 控制的输出点 是否有相应的输出以及与输出对应的动作 然后再看 各个手动控制是 否能够实现 如有问题 立即解决 5 半自动工作 如系统可自动工作 那先调半自动工作能否实现 调试时可一步步推进 直至完成 整个控制周期 哪个步骤或环节出现问题 就着手解决哪个步骤或环节的问题 6 自动工作 在完成半自动调试后 可进一步调试自动工作 要多观察几个工作循环 以确保系 统能正确无误地连续工作 7 模拟量调试 参数确定 以上调试的都是逻辑控制的项目 这是系统调试时 首先要调通的 这些调试基 本完成后 可着手调试模拟量 脉冲量控制 最主要的是选定合适控制参数 一般讲 这个过程是比较长的 要耐心调 参数也要作多种选择 再从中选出最优者 有的 PLC 它的 PID 参数可通过自整定获得 但这个自整定过程 也是需要相当的时间才能完成的 8 异常条件检查 完成上述所有调试 整个调试基本也就完成了 但是好再进行一些异常条件检查 看看出现异常情况或一些难以避免的非法操作 是否会停机保护或是报警提示 9 解决接图出现的问题 在按下 SB2 同时 M3 停止运转 这时要加一个中间继电器 RO 与 SB2 形成互锁 此 时才能保证 M3 处在持续断电状况中 北京吉利大学大学 10 届毕业论文 设计 12 第四章 设计总结 通过这次设计实践 我学会了 PLC 的基本编程方法 对 PLC 的工作原理和使用方法 也有了更深刻的理解 在对理论的运用中 提高了我们的工作素质 在没有做实践设计 以前 我们对知道的撑握都是思想上的 对一些细节不加重视 当我们把自己想出来的 程序与到 PLC 中的时候 问题出现了 不是不能运行 就是运行的结果和要求的结果不 相符合 能过解决一个个在调试中出现的问题 我们对 PLC 的理解得到加强 看到了实 践与理论的差距 通过合作 我们的合作意识得到加强 合作能力得到提高 上大学后 很多同学都没有过深入的交流 在设计的过程中 我们用了分工与合作的方式 每个人 互责一定的部分 同时在一定的阶断共同讨论 以解决分工中个人不能解决的问题 在 交流中大家积极发言 和提出意见 同时我们还向别的同学请教 在此过程中 每个人 都想自己的方案得到实现 积极向同学说明自己的想法 能过比较选