单向运行能耗制动-电气控制与PLC课程设计报告

1、单向运行能耗制动-电气控制与PLC课程设计报告成都學院（成都大勞CHENGDU UNIVERSITY电气控制与PLC课程设计报告单向运行能耗制动学 院专 业学生姓名信息科学与工程学院电气自动化技术张毅学 号 201420314223 年级 2014指导教师黄建刚 职称高级工程师成都学院（成都大学）课程设计报告二0六年六月三日成都学院（成都大学）课程设计报告课程设计题目:单向运行能耗制动设计学生姓名:张毅设计报告成绩 （按4照优、良、中、及格、不及格评定）指导教师评语：指导教师（签名） 年 月 日说明：指导教师评分后，设计报告交院实验室保存。单向运行能耗制动摘要：能耗制动是电动机在脱离三相交流电

2、源后，立 即使其两相定子绕组加上一个直流电源，即通入直流 电源，利用转子感应电流与精致磁场的相互作用来达 到制动目的的一种制动方法。该制动方法将电动机旋 转的动能转换为电能，消耗在制动电阻上，故称为能 耗制动。能耗制动可按时间原则又时间继电器来控 制，也可按速度原则由速度继电器来控制。能耗制动 的优点是制动准确、平稳且能量消耗较小，缺点是需 要附加直流电源装置，制动效果不及反接制动明显。在本次课程设计中我负责的内容是按照要求绘图以 及分析，并仿真，最后将两人成果整合并制作文件。关键词：能耗制动；速度原则;Unidirectional operation energy consumption b

3、rakingAbstract: Energy consumption braking motor from the three-phase AC power supply immediately, so that the two phase stator windings and a DC power supply, namely the DC power supply, the induced成都学院（成都大学）课程设计报告current in the rotor and delicate magnetic field interaction to achieve braking metho

4、d for the purpose of brake. The rotation of the motor braking method and the kinetic energy is converted to electrical energy consumed by braking resistor, so called dynamic braking The energy consumption braking can be controlled according to the time principle and time relay, and can be controlled

5、 by the speed relay. The advantages of energy consumption braking is accurate, stable and less energy consumption, the disadvantage is that the need to add DC power supply device, the braking effect is not obvious.In the course design is I am responsible for the contents of the drawing and in accord

6、ance with the requirements analysis, simulation, and finally to integrate both results and make files.Key words: Energy consumption braking; Principle of speed.成都学院（成都大学）课程设计报告目录绪论1.2.3.4. 第1章1.11.21.31112233345555566777II成都学院（成都大学）课程设计报告2.3 I/O接线图82.4时序图2.5顺序功能图2.6梯形图第3章测试与仿真113.1仿真113.1.1导入梯形图113.

7、 1.2 测试123.2问题的分析与解决121415161720第4章结论13致谢参考文献附录1 JR20系列热继电器的技术指标附录2 CPU224的技术指标附录3 Y系列电机常用型号对照表.ID成都学院（成都大学）课程设计报告绪论长期以来，能耗制动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。由于能耗制动综合了计算 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

8、，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。1. 课程背景在20世纪6070年代，为了适应计算机、数字控制、机器人、大规模集成电路等高新技术的发展, 美国通用汽车公司（GM）为适应汽车型号的不断翻新, 提出了 “结合计算机灵活、通用、功能完备以及继 电控制简单、易懂、操作方便、为大家所熟悉”的 优点，面向工业现场、面向控制过程、面向实际问题, 即使是不熟悉计算机的人，经过简单训练也可直接编成都学院(成都大学)课程设计报告程的一种新型电子化的自动控制装置来代替传统继 电-接触控制说的设想。1969年，美国数字设备公司(DEC)率先研制出 PD

9、P-14可编程控制器，成功地用在GM公司的自动装配线上。1987年，国际电工委员会(IEC)对它定义如下： 一种数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场 应用而设计。它釆用可编程序的储存器，用来在其内 部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和 输出，控制各种类型的机械或生产过程。在早期，主要用于替代继电-接触的顺序控制， 因此，又称为可编程逻辑控制器(Programmable logic controller PLC)。随着电子技术、计算技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可 编程控制器3 (Program

10、mable Controller PC)。为区别于个人计算机(Personal Computer PC),故沿用 PLC这个缩写。2. 选题的目的和意义本课程设计是PLC课程课堂教学的延伸和发展, 是理论知识与工程实践之间的衔接。课程设计的主要成都学院（成都大学）课程设计报告目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实 践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应 完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于 复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。 设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设 计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺 过程，在此过程中培养从事设计工作的整体

11、观念。课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计 任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提 高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础 知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；査阅图 书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的 能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。在专业 知识与研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后 的工作奠定良好的基础。3. 国内外研究现状PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、 德、日等工业发达国家以成为重要的产业之一。世界 总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻 新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前, 世界上有200多个厂家生产PLC,

12、较有名的：美国： AB通用电气、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧成都学院（成都大学）课程设计报告姆龙、松下电工等;德国:西门子公司；法国：TE施耐德公司；韩国：三星、LG公司等。我国PLC产品的研究和生产经历了三个阶段:1）顺序控制器（19731979）2）以微处理器为主的工业控制器（19791985）3）以微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。在对外康的政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场,部分随成套设备进口。随着不断学习与不断开拓的精神，现在，我国自主生产的PLC在国 内的各行各业也有了极大的应用,技术含量也越来越 高叫4. 主要的研究内容三相异步电动机的制动方法有很多种，

13、本课程设 计将重点说明用PLC来实现对三相异步电动机能耗 制动的控制的设计与仿真。分析能耗制动的工作原 理。使用STEP7-MICR0/WIN对PLC编程，控制电动机 能耗制动。完成对PLC的程序设计以及仿真。成都学院（成都大学）课程设计报告第1章电气电路设计随着现代信息科技的日益发展，人们对电力电 子行业的需求也日益增多。如何在现有的经济及科 学技术支持下不断满足人们对其的需求成为制约当 今社会进步的一大问题。本文主要介绍了单向运行能耗控制电路，分析了能耗制动控制电路的相关问 题，并着重了解和分析单向运行能耗控制电路并且 按照速度原则由速度继电器来控制。1.1能耗制动原理根据左手定则确定出转

14、子电流和恒定磁场作用 所产生的转矩方向与转子转速方向相反，故为制动 转矩，此时电机把原来储存的动能或重物的位能吸 收后变成电能消耗在转子电路中。能耗制动就是将 运行中的电动机，从交流电源上切除并立即接通 直流电源，在定子绕组接通直流电源时，直流电流 会在定子内产生一个静止的直流磁场，转子因惯性 在磁场内旋转，并在转子导体中产生感应电势有感 应电流流过，并与恒定磁场相互作用消耗电动机转 子惯性能量产生制动力矩，使电动机迅速减速，最 后停止转动。成都学院（成都大学）课程设计报告1.1.1主电路设计本次课程设计按速度原则实现可逆运行能耗制动控 制电路3。通过速度继电器对速度的检测，从而控制 电动机的

15、运行。主电路电路图如1-1所示。停止时, 电动机定子绕组脱离三相电源的同时，接触器KM2 线圈通电，KM2主触点闭合，使桥式整流器VC能将 交流电变为直流电送入定子绕组，进行能耗制动，电 动机转子转速迅速下降，当时间继电器KT的延时时 间一到，电动机转速接近零，延时触点断开，使KM2 和KS的线圈断电，电动机脱离直流电源，制动过程 结束。图1-1主电路成都学院（成都大学）课程设计报告M.2控制电路设计FUKN1I卜皿图1-2控制电路1.2电路元件设计一个成功的系统都是由恰到好处的电路元件组 成，选择合适的电路元件尤为重要，好的电路选择 具有可靠的安全保证，还能在经济上具有一定的节 省。1.2.

16、1电动机电动机应满足安全稳定，安装简单。选择Y系列 电动机。具体参数见附录3成都学院(成都大学)课程设计报告122接触器接触器3 ( Contactor)分直流接触器、交流接 触器两大类选择依据是：主触头数、辅助触头数目、 额定电流、线圈控制电压的类型、等级等。我们以我 们选择为KM1、KM2为CJ20-25系列交流接触器。其 额定工作电流为25A,额定电压为380Vo1.2.3熔断器-=.当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升 高,并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器 件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若 电路中正确地安置了熔断器，那么，熔断器就会在电 流异常升高到一定的高

17、度和一定的时候，自身熔断切 断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。如果电路中安装了断路器就可以不用熔断器，热 继电器需要与交流接触器配合使用，因过载时热继电 器上的触点断开切断控制回路，目前一般多用于控制 路。本次设计中在控制电路中用到熔断器。选择RL1-60型熔断器，其额定电流为60A成都学院（成都大学）课程设计报告124热继电器热继电器是利用电流的热效应原理和发热元件的热膨胀原理，在出现电动机不能承受的过载时，断 开电动机的控制电路，实现电动机断电停车的保护电 路。目前使用最多的、最普遍的是双金属片式热继电器。根据设计需要，选择JR20-10型热继电器。具体 参数见附录1。I25速度继电

18、器速度继电器问是利用速度原则对电动机进行控 制的自动电器，常用语笼型异步电动机的反接制动 控制，因此亦称为反接制动电器。感应式速度继电器主要是由转子、定子和触点三部分组成，其原理如下：当电动机转动时，速度继 电器的转子随之转动，这样就在速度继电器的转子III和定子圆环之间的气隙中产生旋转磁场而感应出电动势，并产生电流，此电流与旋转磁场作用产生转 矩，使定子随转子到一定的角度。转子转速越高， 定子偏转角度越大。一般速度继电器的动作速度为120r/min,触点的 复位速度在100r/min以下,转速在30003600r/min成都学院（成都大学）课程设计报告以下能可靠的工作，允许操作频率每小时不超

19、过30 次。根据设计需要，选择JY1型速度继电器。其工作范围在 7003600r/mino1.3元件清单根据上述器件选择原则，可以列出所选用的器件 清单如表1-1所示。表元件清单序号代号名称规格型号数量1M电动机Y系列12KM接触器CJ2023FU熔断器RL1-60型24KS速度继 电器JY1型15SB按钮26FR热继电器JR20-10型1成都学院（成都大学）课程设计报告第2章控制系统设计PLC控制系统设计是指用户根据编写程序的设计 思路，通过发送指令，配合被控制对象工艺过程的 现场信号和操控要求，参照PLC继电器编号，绘出 梯形图程序。一般利用顺序功能图法和经验设计法对PLC应用程序进行设计

20、。2.1 CPU模块的选择本次设计需要两个输入接口，两个输出接口。 CPU224集成了 14点输入10点输出，共有24个数 字量I/O。它可连接7个扩展模块，最大扩展至168 点数字量I/O点或35路模拟量I/O点。CPU224有 13K字节程序和数据存贮空间，6个独立的30KH z 高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具 有PID控制器3CPU224配有1个RS-485通讯口, 具有PPI通讯、MPI通讯和自由方式通讯能力，是 具有较强控制能力的中型PLCo附录2 CPU224的主要技术指标。成都学院（成都大学）课程设计报告2.2 I/O分配根据控制电路的工作原理，PLC需要以下的

21、输 入输出作为与外部电路的控制接点，如表2-1所示。 其中SB1是停止按键，SB2是起动按键。表2T I/O分配表输入输出SB110. 1KM1Q0.0SB210.0KM2Q0. 12.3 I/O接线图图2T I/O接线图当SB2按下时，10.0置1,使Q0.1置1, KM1线圈通电，主电路接触器闭合，电动机转动。当速成都学院（成都大学）课程设计报告度达到一定时KM2线圈得电，主电路的KM2闭合,KM1断开。2.4时序图10.0I-10. 1 Q0.0IQ0. 1 图2-2时序图当100置1时，Q0. 0也置1线圈KM1通电主电路接触器KM1闭合电动机运转，由于Q0. 0Q 一直 置1因此电动

22、机会连续运转，当速度达到一定程度 时Q01置1、Q0. 0置0,线圈KM2通电电动机继续运转。当按钮SB1按下时，101置0,所有电路全部复位,电动机停止运转。成都学院（成都大学）课程设计报告2.5顺序功能图图2-3顺序功能图当102置1时，使Q0.0置1电动机运转，当10. 1按下时使Q0. 0Q置1使电动机连续运转，当速度达到一定值时，速度继电器通电,是开关KS闭合,Q01通电，使得电动机运转。2.6梯形图用所学的绘图变成软件将电气功能图用梯形图 绘制出来，如图2-3所示。成都学院（成都大学）课程设计报告& SIMAT1C LAD2 I 34|56 7 二89；1011 - 12】13：订

23、4】15 1617】1820 21符E池揖粪2J潮17EMPTEMPTEMPTEMPI程宇主緡冋貉1 昭&标題I网貉注猝10.210.1QO11T，1-()网络2101QO.OTMO.1)成都学院（成都大学）课程设计报告第3章测试与仿真将梯形图语言编写好后，下一步就是去实验室进 行仿真、测试，需要将仿真的结果与仿真中出现的问 题进行总结，并且将这些问题一一解决再记录。3.1仿真=1 先把程序的梯形图先画好然后用编程软件进行 仿真，看一下程序是否有误（如果有错误就应该及 时检查，査出问题所在之后及时修改，然后再次进 行仿真，直至没有错误为止），检测一遍后确认程序 毫无问题后，就可以准备下一步了。

24、接下来，要做 的就是需要去现场进行测试，看看这个程序在导入 到PLC后，电动机是否能够按照计划中制动。成都学院（成都大学）课程设计报告3.1.1导入梯形S7 200&XP) V) R2(C) PLC(P) SS(D)詡 Bfc(H)EM ENSSMATCS?./Q3HJL CMP DB1阳弟血冠色&於蔻苗ii1SMB28 1 J10 1rSMBF J10 11FJ DFF t A ILA R A It A 1IplsoI 图3T初始态3.1.2测试当进行测试时，首先要对这个PLC要熟悉，先 要对PLC进行观察，PLC哪些地方是输入，哪些地 方是输出，然后要对所编写的程序进行实物的连接, 然后按

25、照步骤一次进行。因为程序是验证过了，如 果出现错误应该首先排查是不是接线出现了错误。成都学院（成都大学）课程设计报告*(Pi =BIV)配兰(C) PLC(P)显示(D) W3j(H)切I xz CCIAH8S2?(OB1JQRGANIZATIOHJLOCK.TITLE程洋 注各BEGINNetwork 1 / 网络榇 E10 210.1OO 0Hetvork 2LD10.1R0001-M0LKetvork 3LD10.1M01Q00C0.1Network 4EMD_ORGiNmTIOH_BI-OC BUBROUTZWE ELOCXSBR.O : SE TTTT H环比H；屁I SMB 28/

26、I SMB 29 | jPLSO的层1侖B启启曲扁i茁JUU1TUIO|OPLSlI I图3-2运行状态3.2问题的分析与解决在编写程序时就遇到了问题，首先，速度继电器就不知道符号是怎样的，可能是 上课不专心，对此也根本没有什么印象。先是上网想要找到答案，但是却依然没有结 果。只好向同学求助，最后在同学的帮助下最后还是成功完成了。成都学院（成都大学）课程设计报告第4章结论此次课程设计对我而言，无疑是收获巨大的。 首先，通过这次课程设计，我对软件的学习以及对 硬件的学习让自己对PLC程序的设计有了更加深层 次的了解，比如如何使用各种指令我变得更加熟练 了，对于流程图、PLC I/O分配表、PLC

27、接线图、 顺序功能框图、梯形图等绘图方面的技巧我也有了 相当大的提升。其次，通过这次课程设计，我们相 当于是对知识进行了一次复习，并且用于实际，将 其利用了起来实现了真正的运用，使得我真正的更 深入的通过课程设计了解了我们的电气控制与PLC 这门学科。再有，这次课程设计也充分培养了我们 的团队意识，加强了我们团队合作的能力，这不仅 仅对我们学习生涯有着好处，对于我们的以后的人 生和工作也是有着极大帮助的。最后，这次的课程 设计暴露出了自己太多的问题。拿到课程设计的题 目是，我都看不懂是什么，一下子给自己敲响了警 钟，是因为自己平时学习不认真，所以才在这次课 程设计上磕磕绊绊，不知道怎么做才好。

28、这警示了 自己在学习上应该踏踏实实，认真上进。同时，在 学习上我们有问题自己思考后仍然无法解决就应该成都学院（成都大学）课程设计报告向老师求助，不要不好意思或者因为自己学得不好 怕被老师骂就不问老师，如果这次我在自己思考问 题还是没有有效办法的时候选择问老师，我的课程 设计一定也会完成得更好，所以在以后的学习生涯 中我会勇于发问，改掉学习上的坏毛病。致谢在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多 同学的帮助。因为自己之前学得并不怎么样，所以 有很多地方都是半懂不懂的，甚至是完全不懂，一成都学院（成都大学）课程设计报告个人看书也看不出来怎么一回事，多亏了同学的帮 助，不耐其烦的帮我讲解，我才搞懂了

29、很多关键性 的知识点。尤其是廖毅同学，我正在为如何绘图感 到十分疑惑时，他向我推荐了 Visio绘图软件并给我详细讲解了如何使用，是我可以快速上手绘制各 种图。与此同时，还帮我指出了很多关于此次实验 报告被我所以遗漏的格式错误，帮我省却了很多麻 烦。同时，感谢黄老师给我的课程设计指出了很多 问题，并专门列出告诉我如何修改，同时还很体谅 我们，给我们宽限了时间，不然以我的水平实在是 很难在规定时间内完成此次课程设计。最后再一次 感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同 学。成都学院（成都大学）课程设计报告参考文献1 .刘顺禧平气控制技术M.北京：北京理工大学 出版社,20002 .郁汉琪，等.

30、电气控制与可编程序控制器应用 技术M.2版3 .廖常初S7-200PLC编程及应用M北京：机械 工业出版社，2007东南大学出版社20094 .龚仲华S7-200/300/400PLC应用技术通用 篇M,北京：人民邮电出版社。20105 .王永华。现代电气控制及PLC应用技术M. 2 版。北京：北京航空航天大学出版社20086 .龚运新，赵厚玉，戚本志。PLC技术及应用M. 北京：清华大学出版社，20097 .何强，单启兵。可编程序控制器应用:S7-200 M. 北京：中国水利水电出版社，2010.8 .何献忠。可编程控制器应用技术:西门子57-200 系列M北京：清华大学出版社，20079

31、.何衍庆，等可编程序控制器原理及应用技巧M 北京：化学工业出版社，2000成都学院（成都大学）课程设计报告10 .陈建明.电气控制与PLC应用.北京：电工工 业出版社，2010年11月111.孙 平.可编程控制器原理及应用（第2版）. 北京：高等教育出版社，2008年4月版12.林小峰.可编程控制器原理及应用.北京： 高等教育出版社，1994131.于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北 京：清华大学出版社，2004in14.胡幸鸣。电机及拖动基础M. 2版。北京： 机械工业出版社，2008成都学院（成都大学）课程设计报告附录1JR20系列热继电器的技术指标羽号尿元 件号9热元 件号能定陀潦耘

32、Hl/AJR20-I0in0.L 0.I3-&. 151U16-20-240.15-0.19-0.232U24-30-363R0.23-0.29-0.35JR20-M3UK-40-474H.0.35-0.44-0；534U40-47-55SR0.S3-0.67-0.85U47-55-626H0.8-L-1.261!55-62-717R1.2 7.S- 1.8IW33-40-478R1.8-2.2-2.62W4755-639R24 2783WIOK3.27-4.gJ K20 - 1604WM-86-9811R4C5U85- 100- J1512R3-6-76U100-113- 130I3R6H1

33、15-132* 15014 R7-8.6- 108U130150-17015 R8-6-10-11.69U144- 160 176J1C20- 361SJ.6-4.5-5.4JH2O-25Oix130 “ 16U 255.4-6.7-82X167-200-2503S8-10-12FL*A12tXJ-25O-3(3O4S10-12-14JrvJl) - 4UU2Y267-335-4G05S12-14-16ro-w1Z320 - 400 -4806S14- 16- 18Jn-ai WU2Z420 -525 -680JHW-25II7.-9.7- 11.62T1I.6-14.J-I73T17-21-

34、25町21-25-29附录2成都学院(成都大学)课程设计报告附录2 CPU224的技术指标可插拔模拟量终 端I/O点 状态LED内部：电源趙级电容可选卡可插拔接线端* 子(224.226)安装于标准DIN导24V传感器轨上的夹子CPU状态 LEDPanel安装 固定孔电源输出CPU224本机集成了 14点输入/ 10点输出，共有 24个数字量I/Oo它可连接7个扩展模块，最大扩 展至168点数字量I/O点或35路模拟量I/O点。 CPU224有13K字节程序和数据存贮空间，6个独立 的30KH z高速计数器，2路独立的20KH z高速脉冲 输出，具有PID控制器。CPU224配有1个RS-48

35、5 通讯/编程口，具有PPI通讯、MPI通讯和自由方 式通讯能力，是具有较强控制能力的小型控制器。成都学院（成都大学）课程设计报告（DCPU224与CPU221技术指标的区别外形尺寸：120. 5*80*62mm存储器：程序存储器4096字用户数据存储器2560字存储器类型EEPROM存储卡EEPROM数据后备（超级电容）190小时编程语言LAD, FBD和STL程序组织一个组织块（可以包含子程序和中断 程序）系统I/O：本机I/O 14入/ 10出 扩展模块数量7个模块数字量I/O映像区256 （128入/ 128出）数字量I/O物理区168 (94/74)模拟量I/O映像区32入/ 32出模拟量I/O物理区35 (28/7)或 14 出附加功能:内置高速计数器6个(30KHz )内置模拟电位器2个（8位分辨率）脉冲输出2个高速输出（20KHz ）成都学院（成都大学）课程设计报告通讯中断1发送器/ 2接收器定时中断2个（1ms 255m s ）输入中断4个实时时钟内置口令保护3级口令保护为传感器提供5VDC电流：660mA（2）CPU224的接线DC输入DC输出：DC输入端由1M、0. 0-0. 7为第1组，2M、1. 0 1.5为第2组，IM、2M分别为各组的公共端。24V DC的负极接公共端1M或2M。输入开关的一 端接到24V D