三相感应电动机的Y D降压起动与定时正逆转控制

1、前言1第一章 控制系统设计要求11.1系统控制要求1第二章 系统硬件设计22.1 PLC的选型及硬件配置22.2主电路设计22.3输入输出地址分配42.4PLC的控制电路4第三章 PLC控制程序的设计53.1系统程序设计53.2程序说明93.2.1起动按钮、停止按钮与转换开关编程93.2.2指示灯编程93.2.3Y/D起动控制编程103.2.4正反转控制编程103.2.5自动模式程序基础上的手动模式编程11第四章 PLC程序的模拟调试124.1程序模拟调试过程124.2程序的调试结果13结语14前言可编程控制器（PLC）在现代工业的低压控制中占据重要地位，而三相感应电机的逻辑控制是现代工业控制

2、的一个典型代表，所以研究PLC对三相感应电动机的逻辑控制对理解PLC的实际控制过程有一定的现实意义。PLC最初的目的就是为了取代在当时工业控制领域占主导地位的传统的继电器、接触器。PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制。这是PLC的最基本最广泛的应用领域。所以研究PLC的逻辑控制过程对于深入认识PLC具有重要意义。此次课程设计的题目是三相感应电动机的定时正逆转控制，其中包含Y/D降压起动的控制。第一章 控制系统设计要求1.1系统控制要求系统有手动和自动两种模式。手动模式：按正向起动按钮，电动机正转Y型起动，10s后切换成型运转。按反向起动按钮，电动机反转Y型起动，10s

3、后切换成D型运转。正转或反转启动中或运转中，按停止按钮，电动机停止动作。自动模式：按正向起动按钮时先以正转Y型起动，经10s后换成型运转，再经15s 后停止运转，再经10s后换为反向Y型起动，再经10s后转为反转D型运转，再隔15s后停止运转，再隔10s为正转Y型起动，依此循环不断，直到按停止按钮时才停止动作。按反向起动按钮时先以反转Y型起动，经10s后换成型运转，再经15s 后停止运转，再经10s后换为正向Y型起动，再经10s后转为正转D型运转，再隔15s后停止运转，再隔10s为反转Y型起动，依此循环不断，直到按停止按钮时才停止动作。两种模式及每个运行过程均有相应的指示。（起动时灯闪烁，运行

4、时灯常亮）第二章 系统硬件设计2.1 PLC的选型及硬件配置此次编程选择的指令系统是FX系列指令系统，所以PLC选择FX1N-16MR，其为继电器输出型，可驱动交流负载交流接触器线圈，且其输入点数为8点（内部有24V直流电源为输入供电），输出点数为8点，满足课题需求且留有余量。主电路需要能够切断交流电压380V的熔断器和空气开关，控制回路选择能够切断交流电压220V的熔断器和空气开关。接触器选择额定电压为220V交流接触器。电机选择功率小于0.4KW的三相鼠笼式异步电动机。2.2主电路设计Y/D起动：三相异步电动机的降压起动方法有很多，其中用得最普遍的为Y/D起动。在电动机转子回路加KM3和K

5、M4的主触头来分别实现Y接和D接。正反转控制：要实现三相交流电动机的正反转，只需交换任意两相供电相序即可实现这一功能。用KM1和KM2的主触头来分别接通正转的正相序和反转的逆相序。电路的保护控制：熔断器FU1、FU2、FU3可自动切断短路电流，实现主电路的短路保护。空气开关FQ1可切断主电路电源，实现电机的紧急停车。热继电器FR线圈连接在主电路上，可通过其触点完成主电路的过载保护。为了防止误动作，发生相间短路事故（KM1和KM2同时接通或KM3和KM4同时接通），一般均要在控制电路中加入硬件互锁保护电路，以确保电路正常工作。2.3输入输出地址分配信号名称器件代号地址编号功能说明输入信号SBAX

6、0自动手动转换开关SBBX1正转起动按钮SBCX2反转起动按钮SBDX3停止按钮输出信号LY0电机运行状态指示灯KM1Y1控制电机正转接触器线圈KM2Y2控制电机反转接触器线圈KM3Y3控制电机Y接接触器线圈KM4Y4控制电机D接接触器线圈2.4 PLC的控制电路PLC输入口连接开关和按钮，开关和按钮与输入COM端间的电源是机内24V电源提供的。PLC输出口接交流接触器，PLC不提供其工作电源，需外接220V交流电源驱动。断路器（空气开关）FQ2能切断控制回路电源。熔断器FU4与FU5对控制电路进行短路保护。KM1和KM2状态互锁与KM3和KM4线圈状态硬件互锁避免主电路发生三相短路事故。热继

7、电器常闭触头连接在控制回路干路上实现对主电路的过载保护。控制回路从主电路1节点和2节点取电，所以电路有一定的失压保护能力。第三章 PLC控制程序的设计3.1系统程序设计三相感应电动机的Y/D降压起动与定时正逆转控制是典型的逻辑控制体系，用PLC的基本指令编程容易实现，编程要实现的自动模式与手动模式的波形如下图。用基本指令编程实现逻辑控制要用到许多编程技巧，如起止点法，自动循环设计法，互锁自锁法，并联支路法等。对于此次课题的编程难点有三个：第一个是编程顺序的选择，即先实现哪个线圈的状态，后实现哪个线圈的状态；第二个是前一个线圈的状态实现如何转向后一个线圈状态的实现；第三个是如何实现自动模式与手动

8、模式的转换。另外还要注意输出线圈之间的状态互锁。要使三相感应电机起动和运行就必须使其定子回路呈闭合状态，表现在软件上就是驱动正反转的Y1Y2必须有且只有一个为ON状态以及驱动定子绕组Y/D接的Y3Y4必须有且只有一个为ON状态。用软件实现形式有三种：第一种是起动按钮X1或X2接通使Y3或Y4接通，Y3或Y4接通使Y1或Y2接通；第二种是起动按钮X1或X2接通使Y1或Y2接通，Y1或Y2接通使Y3或Y4接通。第三种是起动按钮X1或X2接通分别使Y1或Y2接通和Y3或Y4接通，此种方法编程程序整体性不强，自动模式与手动模式转换更改的地方较多，故不采用。前两者由于Y3或Y4接通使Y1或Y2接通逻辑功

9、能较易实现，且更有利于自动手动模式的转换，所以我选择前者。同一线圈的不同状态之间与不同线圈状态之间的转换正是相应的逻辑功能的实现，要完成这些必须对基本指令编程技巧的灵活应用。至于自动与手动模式的转换在基本指令编程中如何实现可以采取两种方法：第一种是分别写出自动模块和手动模块，再用转换开关分别调用两个模块；第二种是将自动模块与手动模块写在一起，用转换开关选择实现自动模式的一些功能或手动模式的一些功能。观察波形图可知，手动模式波形是从自动模式上截取下来的，所以将自动模式与手动模式写在一起并通过转换开关分别实现是可行的，且程序也会显得更紧凑，具体做法是先写出自动模式的程序，再添加转换开关实现手动模式

10、。具体的编程过程在后面会详细介绍。3.2程序说明3.2.1起动按钮、停止按钮与转换开关编程起动按钮X1、X2按下需保持其ON状态，且正常运行只能通过停止按钮X3来结束其ON状态，因此需要借助辅助继电器M1M2进行编程，用以锁存X1X2的状态。此外，正转起动按钮X1与反转起动按钮X2不能同时接通，因此X1、X2的状态需要互锁。模式转换开关X0需满足只有在起动按钮按下之前完成切换才有效，且在运行过程中切换模式转换开关其状态保持不变，如图设计将使M0锁存X0在起动之前的状态。3.2.2指示灯编程指示灯Y0的状态由闪烁状态和常亮状态组成，可采用并联支路设计法。闪烁状态可由闪烁电路完成，周期选择为一秒，

11、因为闪烁状态和常亮状态的时间都是一秒的整数倍，选择一秒能使两个状态之间的切换显得自然，且闪烁效果明显。Y接起动时指示灯闪烁，因此用Y3驱动闪烁电路产生闪烁接通的M4，M4构成指示灯Y0的一条支路。只要D接稳定运行指示灯就会常亮，所以驱动指示灯Y0常亮状态是另一之路是控制D接运行的Y4的常开触头。如波形图，M4与Y4波形的叠加就是Y0的波形。3.2.3 Y/D起动控制编程在自动模式中，无论正转还是反转，其Y接还是D接的过程是一样的，即无论正转正转起动按钮X1为ON还是反向起动按钮X2为ON，Y3和Y4的状态是一样的。Y3和Y4一个周期的波形如图，可仿照闪烁电路用起止点法对Y3Y4编程。其中M3是

12、起动到停止都为ON状态的辅助继电器，通过编程，T0、T1、T2一个周期的状态如波形图所示，Y3Y4线圈如梯形图所示编程会得到需要的波形。另外需注意的是Y3和Y4绝对不可以同时接通，所以软件编程需要软件互锁。3.2.4正反转控制编程Y3Y4的状态来控制Y1Y2的状态，M5是只要Y3或Y4为ON就为ON的辅助继电器。如波形图所示，Y1(Y2)或Y2(Y1)的波形都是M5波形的一部分，M5的常开触头与M7的常开触头串联编程的线圈就会得到Y1(Y2)的波形，M5的常开触头与M7的常闭触头串联编程的线圈就会得到Y2(Y1)的波形，可以通过锁存起动按钮X1X2状态的M1M2如图编程来控制正转先开始还是反转

13、先开始。对M7的编程是仿照二分频电路编程方法对M5的波形的一个变形，其中X3常闭触头的作用是避免二分频电路将按停止按钮对M5波形产生变化的波形记录而对M7进行的初始化，这样才可以得到正确的M7的波形。如此编程就可以通过Y3Y4的状态来控制Y1Y2的状态。另外Y1和Y2也是绝对不可以同时接通，所以软件编程需要软件互锁。3.2.5自动模式程序基础上的手动模式编程观察自动模式和手动模式的波形图，自动模式一个周期的前一部分就已经实现了手动模式的功能，所以在自动模式程序基础上通过转换开关破坏其转向自动模式中与手动模式不相同的状态，自然也破坏了循环条件，就可以在自动模式程序基础上实现手动模式的编程。具体做

14、法是在T1线圈前添加锁存转换开关X0状态的常闭触头，破坏T1的计时条件。对梯形图进行检查，当X0为ON，M0的常闭触头断开，T1失去计时条件，此时得到的Y3Y4波形符合手动模式的波形，在对Y1Y2编程进行检查，由于此时M5的波形不再变化，二分频电路编程对M5就起不了作用，再加上X3常闭触头的修正，M7也就不发生变化，呈稳定的ON或OFF状态，最终得到Y1Y1的波形也与手动模式的要求一样。驱动指示灯的Y0与Y3Y4直接相关，也符合要求。通过这种方法，成功的实现自动模式程序基础上的手动模式编程。第四章 PLC程序的模拟调试4.1程序模拟调试过程调试过程选择的PLC的型号是FN1N-40MR。D1、

15、D2、D3、D4分别代表KM1、KM2、KM3、KM4，相应的发光二极管亮代表相应的线圈接通。手动模式模拟调试过程与理论要求的调试结果：运行程序，闭合开关SBA转成手动模式。按下正转起动按钮SBB，D2、D4亮，D1闪烁，起动10s后D4灭，D2、D5、D1保持常亮，按下停止按钮SBD，D2、D5、D1灭；按下反转起动按钮SBC，D3、D4亮，D1闪烁，起动10s后D4灭，D3、D5、D1保持常亮，按下停止按钮SBD，D3、D5、D1灭。自动模式模拟调试过程与理论要求的调试结果：运行程序，检查模式转换开关SBA使其保持常开。按下正转起动按钮SBB，D2、D4亮，D1闪烁，起动10s后D4灭，D

16、2、D5、D1保持常亮，运行15s后，D2、D5、D1灭，停止10s后，D3、D4亮，D1闪烁，再次起动10s后D4灭，D3、D5、D1保持常亮，运行15s后，D3、D5、D1灭，停止10s后，D2、D4亮，D1闪烁，以此循环；按下反转起动按钮SBC，D3、D4亮，D1闪烁，起动10s后D4灭，D3、D5、D1保持常亮，运行15s后，D3、D5、D1灭，停止10s后，D2、D4亮，D1闪烁，再次起动10s后D4灭，D2、D5、D1保持常亮，运行15s后，D2、D5、D1灭，停止10s后，D3、D4亮，D1闪烁，以此循环。在起动，运行，停止状态中，按下停止按钮SBD，所有灯保持常灭。开关和按钮的

17、误触动与断电后来电模拟调试过程与理论要求的调试结果：系统一经起动后，除停止按钮外，其他任何按键动作都不会对输出状态产生影响；任何时候（包括断电后来电）Y1和Y2不会同时接通，Y3和Y4不会同时接通；结合计算机检测程序，按下停止按钮或者断电后来电后，所有线圈恢复为初始状态，电机此时为保持停止状态。4.2程序的调试结果依照设计的调试过程进行调试，所有调试结果与理论要求的调试结果相同，程序设计符合实际情况。结语通过这次课程设计我更加明白PLC是如何结合硬件与软件在生产实际中起控制作用以及其实现相关控制具体过程；通过自身在理解控制要求的基础上设计相关PLC梯形图程序继而去深入了解程序的过程让我对PLC执行程序的步骤更加清晰明了；通过对PLC型号以及相关硬