基于PLC电机控制系统设计

纪(论文)题目：基于可编程控制器的电机控制系统设计姓氏：专业：电机和电器等级：11级发电机03讲师：时间：2013年10月25日摘要可编程逻辑控制器(PLC)是一种集计算机技术、自动控制技术和通信技术于一体的新型通用自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、操作灵活、编程简单等一系列优点。它适用于工业环境。它已广泛应用于工业自动化、过程控制、机电一体化和传统工业的技术改造。它已经成为工业控制的三大支柱之一。PLC应用技术发展迅速，广泛应用于工业控制的许多领域。尤其是在机车电气控制系统中。因此，通过我在课堂上学到的，我用可编程控制器来控制三相异步电动机。这一措施不仅方便了操作，而且显著提高了电气系统的可靠性。关键词：可编程控制器、电机控制、交流电机。内容二摘要二目录三第一章螺纹理论21.1研究背景和意义21.2可编程逻辑控制器发展趋势31.3电机发展趋势5第二章三相异步电动机72.1三相异步电动机的基本结构72.2三相异步电动机9的工作原理2.2.1转子旋转原理92.2.2旋转磁场的产生92.2.3三相异步电动机10的基本原理第三章系统设计方案113.1总体设计计划11设计目的11控制要求113.1.3设计要求113.2硬件设计123.2.1硬件选择和参数133.2.2可编程逻辑控制器选择133.2.3可编程逻辑控制器14的介绍和特点3.3软件设计183.3.1控制系统18的输入/输出点和地址分配3.3.2系统工作流程图18第四章三相异步电动机正反向PLC控制204.1三相异步电动机20正反转的PLC控制电路图4.2三相异步电动机正反向可编程控制器控制程序22总结24谢谢你25参考文献26第一章是关于情绪1.1研究背景和意义可编程逻辑控制器(PLC)是一种集计算机技术、自动控制技术和通信技术于一体的新型通用自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、操作灵活、编程简单等一系列优点。它适用于工业环境。它已广泛应用于工业自动化、过程控制、机电一体化和传统工业的技术改造。它已经成为工业控制的三大支柱之一。三相异步电动机的应用几乎涵盖了农业生产和人类生活的所有领域。在这些应用领域中，三相异步电动机经常在恶劣的环境中运行，导致过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于用于大型工业设备重要场合的高压电机和大功率电机，故障造成的损失无法估计。电气控制技术广泛应用于生产过程、科学研究等工业领域。在机械设备的控制中，电气控制也比其他控制方法更常见。本系列控制采用了PLC编程语言梯形语言，梯形语言是可编程控制器中使用最广泛的语言，因为它在继电器的基础上增加了许多功能并使用了灵活的指令，使得逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，而且所实现的功能也大大超过了传统的继电器控制电路。可编程控制器是用于数字操作的电子系统。它是为在恶劣的工作环境中应用而专门设计的。它使用可编程存储器来存储执行逻辑运算、顺序控制、计时、计数和算术运算的指令，并使用数字和模拟输入和输出来控制各种机械或生产过程。本文设计了三相异步电动机的PLC控制电路。该电路的主要目的是性能稳定，简单实用。1.2可编程控制器的发展趋势长期以来，PLC一直是工业自动化控制领域的主战场，为各种自动控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能为自动控制的应用提供一个安全、可靠、相对完善的解决方案，适合当前工业企业对自动化的需求。进入20世纪80年代，由于计算机计数和微电子技术的飞速发展，大大促进了可编程控制器的发展，新的可编程控制器的功能也日益增强。可编程控制器是一种固态电子设备，它使用存储的程序来控制机器的运行或过程的过程。可编程逻辑控制器通过输入/输出设备发送控制信号并接受输入信号。由于PLC结合了计算机和自动化技术，它与日俱增，大大超过了它出现时的技术水平。它不仅能轻松完成逻辑、顺序、计时、计数、数字运算、数据处理等功能。还可以通过输入输出接口与各种生产机器的数字量和模拟量建立联系，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快速发展以及信息和网络时代的到来，扩展了可编程控制器的功能，使其具有强大的网络通信能力，从而在许多行业得到更广泛的应用。其发展趋势主要表现在几个方面：1.向高速大容量发展为了提高可编程控制器的处理能力，要求可编程控制器具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，部分可编程控制器的扫描速度可达0.1毫秒/千步左右。PLC的扫描速度已经成为一个非常重要的性能指标。就存储容量而言，一些可编程逻辑控制器可以达到几十兆字节。为了扩大存储容量，一些公司使用了泡沫存储器或硬盘。2.向两个方向发展：超大型和超小型目前，中小型PLC有很多。为了满足市场的各种需求，未来可编程控制器将向各个方向发展，尤其是超大型和超小型两个方向。目前有一台14336个输入输出点的超大型可编程控制器，采用32位微处理器，多CPU并行运行，大容量内存，功能强大。小型可编程控制器从整体结构发展到小型模块化结构，使得配置更加灵活。为满足市场需求，开发了各种简单经济的超小型微型PLC，最小配置输入输出点在8-16点之间，以满足单机和小型自动控制的需要，如三菱系列PLC。3.PLC开发智能模块，增强联网通信能力数字模块、温度控制模块、远程输入输出模块、通信和人机接口模块等。这些带有中央处理器和存储器的智能输入输出模块不仅扩展了可编程控制器的功能，而且使用灵活方便，从而扩大了可编程控制器的应用范围。增强PLC网络通信能力是PLC技术进步的趋势。可编程控制器网络通信有两种类型：一种是可编程控制器之间的网络通信，每个可编程控制器制造商都有自己专有的网络手段；二是PLC与计算机之间的网络通信。一般来说，可编程控制器有专门的通信模块与计算机通信。为了加强网络通信能力，可编程逻辑控制器制造商也在协商制定通用通信标准，以形成一个更大的网络系统。可编程控制器已经成为分布式控制系统不可或缺的重要组成部分。4.增强外部故障的检测和处理能力据统计，在PLC控制系统中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前两项中20%的故障属于可编程逻辑控制器内部故障，可通过可编程逻辑控制器自身的软件和硬件进行检测和处理。其余80%的故障是可编程逻辑控制器的外部故障。因此，可编程控制器制造商致力于开发和开发用于检测外部故障的特殊智能模块，以进一步提高系统的可靠性。5.编程语言的多样化随着可编程控制器系统结构的不断发展，可编程控制器的编程语言越来越丰富，功能也在不断完善。除了大多数人使用的梯形图语言现代设备对电机行业提出了各种高性能要求，如各种高性能信号电机、移动电站、自动设备用伺服系统和电机、航空航天用高性能高可靠性永磁电机、昂贵设备用高速精密变频调速同步电机、数控机床、加工中心、机器人用高速比稀土永磁伺服电机、高精度摆动电机和计算机用主轴电机等。马达驱动的负载变化很大。如果使用所有的通用汽车，技术和经济在某些情况下是非常不合理的。因此，国外正在大力发展特种电机，特种电机约占总产量的80%，通用汽车占20%。相反，在中国，专用汽车只占20%，通用汽车占80%。特殊电机是根据不同的负载特性专门设计的。例如，油田抽油机专用稀土永磁电机可以节电20%。国外提高电机效率的主要途径是优化异步电机的设计，增加铜铝电工钢板等有效材料的用量，降低绕组损耗和铁损，采用更好的磁性材料和工艺降低铁损。通风结构的合理设计和高性能轴承的选择可以减少机械损失。通过改进设计和技术，减少杂散损耗，国外已经开发出高效异步电动机。根据中国国情，高性能稀土永磁材料将走向产业化。钕铁硼产量居世界第一，价格也趋于合理。因此，永磁同步电机的发展是新世纪电机工业技术的发展趋势之一。此外，国外微电机的主要技术发展趋势是：产品向高性能、小体积方向发展；DC微电机向永磁和无刷语音方向发展。控制微电机正朝着高性能化和组合化方向发展。生产技术正朝着集约化、软化化和自动化方向发展。测试技术向高级自动化发展。目前，混合式步进电机是最有前途的步进电机，混合式步进电机有以下四个发展趋势：发展趋势之一是继续向小型化方向发展。随着步进电机本身应用领域的扩大和各种整机的不断小型化，配套电机必须越来越小。例如，亚太经社会公司开发了一种外径仅为10毫米的步进电机第二个发展趋势是把圆形电机变成方形电机。由于电机采用方形结构，可以将转子设计成大于一个圆，从而大大提高了转矩体积比。对于相同尺寸的电机，方形转矩比圆形转矩增加30%40%。第三个发展趋势是进行电机的综合设计。即转子位置传感器、减速齿轮等。和电机本体一起设计，便于形成闭环系统，具有更好的控制性能。第四个发展趋势是向三相分离的五相电机方向发展。目前，广泛使用的两相和四相电机振动和噪声较大，而五相和三相电机具有优势。对于这两种电机，五相电机和驱动电路比三相电机更精确和复杂，所以三相电机系统的价格比五相电机低。综上所述，高效率、专业化、集成化是新型电机的发展方向，市场前景十分广阔。第二章三相异步电动机实现电能和机械能相互转换的电气设备通常被称为电动机。电机利用电磁感应原理实现电能和机械能的相互转换。将机械能转化为电能的设备称为发电机，而将电能转化为机械能的设备称为电动机。在生产中，主要使用交流电机，尤其是三相异步电机(5)应用场合及如何正确使用。2.1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机由两个重要部分组成：静止定子和旋转转子。定子和转子由气隙隔开。下图是三相异步电动机的结构示意图。(a)轮廓图；(b)内部结构图1.定子定子由定子铁芯、定子绕组、框架和端盖组成。框架的主要功能是支撑电机的所有部件，因此它应该具有足够的机械强度和刚度，通常由铸铁制成。为了减少涡流和磁滞损耗，定子铁芯由涂有绝缘漆的0.5毫米厚的硅钢片层压而成。铁芯的内圆周上有许多均匀分布的槽，定子绕组嵌入其中，如下图所示。2.转子转子由转子铁芯、转子绕组和转轴组成。转子铁芯由厚度为0.5毫米的相互绝缘的硅钢片层叠而成，硅钢片的外圆上有均匀分布的凹槽，用于嵌入转子三相绕组。转子绕组有两种形式：鼠笼式异步电动机。绕线异步电动机。机械负载施加在旋转轴上。鼠笼式电机因其结构简单、成本低、运行可靠、使用方便，已成为生产中应用最广泛的电机。为了保证转子能够自由转动，定子和转子之间必须留有一定的气隙，中小型电机的气隙约为0.2 1.0毫米2.2三相异步电动机的工作原理转子旋转的原理当三相交流电施加到异步鼠笼式电动机的定子绕组上时，电动机中将产生旋转磁场，磁场的旋转速度由定子电压的频率和电动机的极数决定。当磁场旋转时，位于旋转磁场中的转子导杆将切断磁力线，在转子导杆中产生相应的感应电流，感应电流受旋转磁场作用产生电磁力，转子随旋转磁场旋转并输出动能。2.2.2旋转磁场的产生定子的三相绕组连接成星形连接，三相绕组的首端u1、v1、w1分别与三相交流电的相线A、B、C相连。为了便于讨论，选择当交流电流处于正半周期时，电流从绕组的首端流入并从末端流出。相反，在负半周，电流流向相反。当三相交流电处于不同相位时，定子绕组合成旋转磁场。当t=0时，A相电流为零；B相电流为负，电流从v2端流入，从v1端流出。C相电流为正，电流从w1端和w2端流入和流出。根据右手螺旋法则，可以确定此时定子三相绕组电流产生的组合磁场的方向。当t=90时，A相电流为正，电流从u1端流入，从u2端流出。B相为负，电流从v2流入，从v1流出。C相为负，电流从w2端流入，从w1端流出。此时，组合磁场的方向在空间中顺时针旋转了90度。类似地，当t=180、t=270和t=360时，可以分别获得定子三相绕组电流产生的组合磁场的方向。当t=360时，组合磁场的方向与t=0时相同。可以看出，电流在一个周期内变化，合成磁场在空间中旋转一个周期。电流继续变化，磁场也旋转。从以上分析可以看出，通过定子绕组的三相电流产生的复合磁场是随交流电在空间旋转的磁场。这种旋转磁场在空间旋转中起到与蹄磁铁相同的作用。2.2.3三相异步电动机的基本原理根