基于PLC控制电机正反转三相异步电动机控制设计

1、基于PLC控制电机正反转三相异步电动机控制设计摘要本论文文设计了三相异步电动机的 PLC空制电路，就是三相异步电动机的正反转控制， 与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点。非常实用。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。 本文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

2、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。关键词:PLC三相异步电动机可编程控制梯形图I安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）Plc control with a three wire asynchronous motor is inverting designAbstract This paper de

3、signed the three-phase asynchronous motor PLC control circuit, is a three-phase asynchronous motor positive inversion control, compared with the traditional relay control, with high speed, high reliability, flexibility and other advantages. Wry practical. The three-phase asynchronous motor is widely

4、 used, has the advantages of simple mechanism, high efficiency, easy control, reliable operation, easy to repair and low cost a little, almost covers the industrial and agricultural production and all aspects of human life, in these applications, three-phase asynchronous motor running in different e

5、nvironments, so the fault occurrence is also very frequently, so a correct and reasonable use of it. This paper studies the system control is the use of PLC programming language - ladder, ladder language is in the programmable controller in the most widely used language, because it is in the relay i

6、s added on the basis of the many functions, the use of flexible instruction, so that the logic relationship of a clear and intuitive, easy programming, readability is strong, the realization of the functions it considerably exceeds the traditional relay control circuit, the programmable controller i

7、s a digital electronic computing operating system, it is designed for use in harsh industrial application environment and design, it uses a programmable memorysed in the internal memory to perform logic operations, sequence control, timing, counting and arithmetic operations such as instruction, and

8、 the use of digital, analog input and output, the control of various mechanical or production process.Keyword PLC Three-phase asynchronous motor Programmable control Ladder目录引言 1第一章 三相异步电动机基础 21.1 三相异步电动机的基本结构 21.1.1 三相异步电动机定子 21.1.2 三相异步电动机转子 31.2 三相异步电动机的工作原理 31.3 三相异步电动机的正反转工作过程 41.3.1 三相异步电动机的原理

9、 41.3.2 三相异步电动机的制动 4第二章PLC 基础的知识 52.1 关于PLC的定义 52.2 PLC与继电器控制的区别 52.3 PLC的工作原理 5第三章 三相异步电动机的 PLC控制 73.1 三相异步电机的正反转 PLC控制 73.2 PLC定时器控制电动机正反转互锁的设计 93.2.1 PLC定时器控制电动机正反转电路的主接线图 93.2.2 PLC 定时器控制三相异步电动机正反转的梯形图 103.2.3 定时器控制电动机正反转的指令表程序 113.2.4 PLC 的 I/O 分配 123.2.5 实体框形图 123.3 三相异步电动机使用 PLC控制优点 13结 论 14参

10、考文献 15致词 16III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

11、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

12、，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安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）第一章三相异步电动机基础1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步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轩即憾俭新螂 幽（a）外形图；（b）内

13、部结构图图1-1三相异步电动机结构示意1.1.1 三相异步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。群依心图1-2三相异步电动机的定子1.1.2 三相异步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

14、种。1.2 三相异步电动机的工作原理图1-2为三相异步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问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1-3三相异步电动机工作原理81.3 三相异步电动机的正反转工作过程1

15、.3.1 三相异步电动机的原理SHI E'7KM 1氏图1-4三相异步电动机正反转电路在选择断路器时，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 三相异步电动机的制动三相异步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

16、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。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下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置 器，它能够存 储和执行命令，进行逻辑运算、 并通过数字式 和模拟式的输入输出，控制各种 2.2 PLC与继电器控制的区别可编程控制器（PLC）定义：专为在工 业环境,是带有存储器，可以编制程序的控制 顺序控制、定时、计数和算术 等操作, 类型的机械或生产过程。1 .控制方式 继电器的控制是采用硬件接 线实现的，是

17、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

18、 ，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

19、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#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

20、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!II/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

21、路驱动相 应的外 设。这时，才是PLC的真正输出。第三章三相异步电动机的PLC控制3.1 三相异步电机的正反转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 误动作引起电源相问短路，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 互用一个对 方的动断触点

22、，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KM匆作后，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0.010. 00-kl-5.000 00%5.01SB1SB2SB3图3-2 I/O三相异步电动机的PLC控制接线5. 01-k>5.0044-图3-3三相异步电动机的 PLC控制梯形表31指令程序指

23、令程序地址指令数据0000LD00010001OR05000002AND-NOT0000 10003AND-NOT05010004OUT05000005LD0002 10006OR05010007AND-NOT00000008AND-NOT05000009OUT05010010END(01)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安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）主触点，动合 辅助触点

24、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，

25、KM1按L1 L2L3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

26、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。FU安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）图3-4定时器控制电动机正反转互锁的主接线路3.2.2 PLC定时器控制三相异步电动机正反转

27、的梯形图根据互锁的三相异步电动机正反转控制电路及I/O分配表整理后可得到定时器控制的三相异步电动机正反转的梯形图，如图3-5所示。3.2.3 定时器控制电动机正反转的指令表程序PLC定时器控制三相异步电动机正反转互锁的指令表程序如表3-2所示表3-2接触器互锁正反转电路指令表程序步 编号指 令操作数说明0LDIX0.0正转启动触点IX0.01ORY02ANDNOTIX0.1反转启动触点IX0.13OUTY0LDY05ANDNOTT4.Q6ORT1正转定时器，定时 20S7LDT1.Q8ORT2停止定时器,定时6s9LDT2.Q10ORT3反转定时器，定时20S11LDT3.Q12ORT4停止定

28、时器,定时6S13LDY014ANDNOTT1.Q15OUTQX0.0正转输出线圈 QX0.016LDY017ANDT2.Q18ANDNOTT3.Q19OUT%QX0.1反转输出线圈QX0.13.2.4 PLC 的 I/O 分配由图3-1可以看出，该电路的输入设备有正转启动按钮SB2反转启动按钮SB3停止按钮SB1热继电器辅助动断触点FR,其输出设备有两个，一个是正转接触器线圈 KM1 另一个是反转接触器线圈 KM2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3-3所示。表3-3 PLC控制接触器互锁的正反转控制电路I/O分配表输入分配输出

29、分配元件名称PLC输入点编号元件名称PLC输入点编号止转启动I0.0止转接触器线圈KM1Q0.0反转启动I0.1反转接触器线圈KM2Q0.13.2.5 实体框形图由于设计中的仪器不容易画出其具体模型，故用方框图来表示其实体的接线图，如图 36所示。图36 PLC控制线路实体框形3.3 三相异步电动机使用PLC控制优点本文设计就对 三相异步电动机的正反转控制 ，顺序起动等系统进行了设计 ，还有 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

30、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。16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

31、。第三章三相异步电动机的 PLC控制从系统原理的角度得出系统分为模拟和 数字两部分； 第五部分进行了总结。通过本次电路的设计，我对三相异步电动机的PLC控制系统原理有了进一步的了 解，在三相异步电动机的PLC控制分析中 对PLC产生了浓厚的兴趣， 提高了理论结合 实际的能力，由于本人水平有限，时间紧促，对其中的原理和实际操作 方法不是很熟 悉。以后还得 更加努力的研究，论文中有不对 或者欠缺的地方请老师斧正参考文献1王兆晶.维修电工（中级），机械工业出版社.20092翟彩萍.plc应用技术（三菱）.中国劳动社会保障出版社.2009.13凌云.PS7219显示驱动器及其在 PLC中的应用.湖南冶金职业技术学院.20034张桂香.电气控制与PLC应用.化学工业出版社.20035王成福.PLC在多路温度采集显示