基于PLC的电动机控制系统设计 毕业论文设计.doc
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1、 成人高等学历教育成人高等学历教育 毕业设计说明书毕业设计说明书 基于基于 PLCPLC 的电动机控制系统设计的电动机控制系统设计 办学单位:办学单位: 华南理工大学华南理工大学 班班 级:级: 2011 级电气专升本级电气专升本 A 班班 学学 生:生: 指导教师:指导教师: 提交日期:提交日期: 2013 年年 11 月月 06 日日 中中 文文 摘摘 要要 PLC 可编程控制器是以微处理器为核心,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技 术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已 广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中
2、应用 最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础 设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM 将成为工业生产的三大支柱。由于 PLC 具有对使用环 境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可使用于工作环境较恶劣的顶管地 下工作。 在信息化、现代化的今天,所有的生产都进入了电子控制阶段,PLC 的控制的掌握不 再是高等人才的使用,随着社会对这一类人才的需求的增加,越来越多的人了解和掌握对 PLC 的使用。本次设计主要通过 PLC 的编程控制实现对三相异步电动机的正反转以及顺序 控制电动机的转速控制,通过这几项控制来达到 PLC 对电机的智能控制的体现。
3、关键词:关键词:可编程控制;PLC;电动机;正反转 Abstract PLC programmable controller is a microprocessor as the core, a combination of computer technology, automatic control technology and communication technology development of a new type of industrial control device. It has advantages of simple structure, convenient pr
4、ogramming and high reliability, has been widely used in industrial process and location of the automatic control. According to statistics, the programmable controller is one of the most used in industrial automation equipment equipment. The expert thinks, programmable controller will become the main
5、 future industrial control means and one of the important basic equipment, PLC, robotics, CAD/CAM will become the three pillars of industrial production. Because the PLC has the use of the characteristics of strong adaptability to environment, while its internal timer is very rich in resources, can
6、be used in the work environment is bad work underground pipe jacking. In todays informationization, modernization, all production entered the stage of the electronic control of PLC control of the master is no longer the use of higher talents, with the increase of social demand for this type of talen
7、t, more and more people to understand and master the use of PLC. This design mainly realized by PLC programming control of three phase asynchronous motor and reversing and sequential control of motor speed control, several control to achieve through this PLC intelligent control of motor. Key words:
8、Programmable control; PLC;motor; positive inversion I 目目 录录 中中 文文 摘摘 要要I I ABSTRACTABSTRACTI I 1 1绪论绪论 1 1 1.1 本文研究的目的和意义1 1.2 PLC 电路控制的发展现状3 1.3 本文主要研究内容3 2 2三相异步电动机的基本介绍三相异步电动机的基本介绍 4 4 2.1 三相异步电动机的基本结构 .4 2.1.1 定子 .4 2.1.2 转子 .4 2.2 三相异步电动机的工作原理 .4 2.3 三相异步电动机可逆运行控制电路 .5 3 3PLCPLC 基础基础8 8 3.1 PLC
9、 的产生8 3.2 PLC 的定义8 3.2 PLC 的基本结构8 4 4基于基于 PLCPLC 的电动机控制系统的电动机控制系统 1111 4.1 PLC 对三相异步电机的正反转控制.11 4.1.1 正反转继电器控制图 11 4.1.2 I/O 接线图.11 4.1.3 梯形图 12 4.1.4 指令表 12 4.1.5 PLC 控制的工作过程的分析.12 4.2 两台电动机顺序起动联锁控制 12 4.2.1 顺序启动继电器控制图 13 4.2.2 I/O 接线图.13 4.2.3 梯形图 14 4.2.4 指令表 14 4.2.4 PLC 控制的工作过程的分析.14 4.3 PLC 控制
10、三相异步电动机的优点.15 结结 论论1616 参考文献参考文献1717 附附 录录1818 致致 谢谢2020 1 1 1 绪论绪论 1.11.1 本文研究的目的和意义本文研究的目的和意义 本文主要研究三相异步电动机采用 PLC 进行系统控制。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。 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
11、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。PLC 在三相异步电机控制中的应用与传统的 继电器控制相比,具有编程简单、使用方便、控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点, 使得 PLC 成为现代工业自动化的支柱,随着 PLC 成本的降低和应用日益广泛,三相异步 电动机的常规控制应用 PLC 技术越来越成现实。 (1)编程简单,使用方便 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言,其符号与继电器电路原理图相 似。有继电器电路基础的电气技术人员只要很短的时间就可以熟悉梯形图语言,并用来编 制用户程序,梯形图语言形象直观,易学易懂, 。 (
12、2)控制灵活,程序可变,具有很好的柔性 可编程序控制器产品采用模块化形式,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用, 用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器用软 件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件,硬件配 置确定后,可以通过修改用户程序,不用改变硬件,方便快速地适应工艺条件的变化,具 有很好的柔性。 (3)功能强,扩充方便,性能价格比高 可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件,有很强的逻辑判断、数 据处理、PID 调节和数据通信功能,可以实现非常复杂的控制功能。如果元件不够,只要 加上需要的扩展单元即可,扩充非常
13、方便。与相同功能的继电器系统相比,具有很高的性 能价格比。 (4)控制系统设计及施工的工作量少,维修方便 可编程序控制器的配线与其它控制系统的配线比较少得多,故可以省下大量的配线, 减少大量的安装接线时间,开关柜体积缩小,节省大量的费用。可编程序控制器有较强的 带负载能力、可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。一般可用接线端子连接外部接线。 可编程序控制器的故障率很低,且有完善的自诊断和显示功能,便于迅速地排除故障。 (5)可靠性高,抗干扰能力强 可编程序控制器是为现场工作设计的,采取了一系列硬件和软件抗干扰措施,硬件 2 措施如屏蔽、滤波、电源调整与保护、隔离、后备电池等,例如,西门子公司
14、S7-200 系 列 PLC 内部 EEPROM 中,储存用户原程序和预设值在一个较长时间段(190 小时) ,所有 中间数据可以通过一个超级电容器保持,如果选配电池模块,可以确保停电后中间数据能 保存 200 天。软件措施如故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟,加强对程序的检测和校 验。从而提高了系统抗干扰能力,平均无故障时间达到数万小时以上,可以直接用于有强 烈干扰的工业生产现场,可编程序控制器已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 (6)体积小、重量轻、能耗低,是“机电一体化”特有的产品。 目前,可编程序控制器已经广泛地应用在各个工业部门。随着其性能价格比的不断 提高,应用范围还在不
15、断扩大,主要有以下几个方面: (1) 逻辑控制 可编程序控制器具有“与” 、 “或” 、 “非”等逻辑运算的能力,可以实现逻辑运算, 用触点和电路的串、并联,代替继电器进行组合逻辑控制,定时控制与顺序逻辑控制。数 字量逻辑控制可以用于单台设备,也可以用于自动生产线,其应用领域最为普及,包括微 电子、家电行业也有广泛的应用。 (2) 运动控制 可编程序控制器使用专用的运动控制模块,或灵活运用指令,使运动控制与顺序控 制功能有机地结合在一起。随着变频器、电动机起动器的普遍使用,可编程序控制器可以 与变频器结合,运动控制功能更为强大,并广泛地用于各种机械,如金属切削机床、装配 机械、机器人、电梯等场
16、合。 (3) 过程控制 可编程序控制器可以接收温度、压力、流量等连续变化的模拟量,通过模拟量 I/0 模 块,实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的 A/D 转换和 D/A 转换,并对被控模拟量 实行闭环 PID(比例-积分-微分)控制。现代的大中型可编程序控制器一般都有 PID 闭环 控制功能,此功能已经广泛地应用于工业生产、加热炉、锅炉等设备,以及轻工、化工、 机械、冶金、电力、建材等行业。 (4) 数据处理 可编程序控制器具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能,可 以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以是运算的中间参考值,也可以通过通信功 能传送到
17、别的智能装置,或者将它们保存、打印。数据处理一般用于大型控制系统,如无 人柔性制造系统,也可以用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制 系统。 (5) 构建网络控制 可编程序控制器的通信包括主机与远程 I/0 之间的通信、多台可编程序控制器之间的 通信、可编程序控制器和其他智能控制设备(如计算机、变频器)之间的通信。可编程序控 3 制器与其他智能控制设备一起,可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。 当然,并非所有的可编程序控制器都具有上述功能,用户应根据系统的需要选择可 编程序控制器,这样既能完成控制任务,又可节省资金。 1.21.2 PLCPLC 电路控制的发展现状
18、电路控制的发展现状 在欧美等国家,软 PLC 已开始投入工业使用,而且市场份额每年都在增加,根据 ARC 的调查和估计,1997 年全球的软 PLC 市场有 3 千 6 百万美元,到 2000 年软 PLC 的市场 达到了 1 亿 4 千 5 百万美元,2001 年差不多又增长了一倍。目前,欧美等西方国家都把 软 PLC 作为一个重点投资对象进行研究开发。工业领域已经开始使用软 PLC 产品,而且 软 PLC 的市场需求量也在不断的增长。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引 进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 P
19、LC 的应用。PLC 是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作系统。它采用可编程 序的存储器存储执行逻辑运算、顺序控制、定时计数 及算术运算等操作指令,通过数字 量、模拟量输入与输出,控制机械运动和生产过程。 1.31.3 本文主要研究内容本文主要研究内容 本文主要研究三相异步电动机的控制是采用 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 下应用而设计,它
20、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。 4 2 2 三相异步电动机的基本介绍三相异步电动机的基本介绍 2.12.1 三相异步电动机的基本结构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 2-1 为三相异步电动机结构示意图。 (a) 外形图; (b) 内部结构图 图 2-1 三相异步电动机结构示意图 2.1.12.1.1 定子定子 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
21、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 2-2 所示。 图 2-2 三相异步电动机的定子 2.1.22.1.2 转子转子 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种。 2.22.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 图 2-3 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。
22、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 5 间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 F F n1 图 2-3 三相异步电动机工作原理图 2.32.3 三相异步电动机可逆运行控制电路三相异步电动机可逆运行控制电路 图 2-4 电动机可逆运行
23、控制电路 线路分析如下: 1)正向启动: (1)合上空气开关 QS 接通三相电源 (2)按下正向启动按钮 SB3,KM1 通电吸合并自锁,主触头闭合接通电动机,电动 机这时的相序是 L1、L2、L3,即正向运行。 2)反向启动: 6 (1)合上空气开关 QS 接通三相电源 (2)按下反向启动按钮 SB2,KM2 通电吸合并通过辅助触点自锁,常开主触头闭合 换接了电动机三相的电源相序,这时电动机的相序是 L3、L2、L1,即反向运行。 (3)互锁环节:具有禁止功能在线路中起安全保护作用。 3)接触器互锁: KM1 线圈回路串入 KM2 的常闭辅助触点,KM2 线圈回路串入 KM1 的常闭触点。当
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