电动机顺序启动停止控制课程设计任务书.docx

课程设计任务书电动机顺序启动/停止控制一、控制要求1NFB：ON，停车指示灯PL4亮，按PB4无作用，PBl、PB2操作顺序不受限制。2按PBl时，M1电动机正转MCl、PLl动作，PL4熄灭。此时按PB2无作用，按PB3时则Ml电动机停止运转，PL4亮。3按PB2时，M1电动机逆转MC2、PL2动作，PL4熄灭。此时按PB 1无作用，按PB3时则M1电动机停止运转，PL4亮。4M1电动机正转或逆转时，再按PB4后，M2电动机才会运转MC3、PL3动作， 此时按PB3无作用。5此时按PB5，M2电动机停止运转。6M2电动机停止运转时按PB3，M1电动机才会停止运转，PL4亮。7主电路与控制电路如图所示。8Ml电动机正转或逆转时，THRY l动作，M1电动机停止，响，PL4亮。此时按PB4，M2电动机无法启动。9M1、M2电动机均运转时。若THRY2动作，M2停止运转Bz响。按PB3则M1电动机停止运转，PL4亮。若THRYl动作，则M1、M2全部停止运转，BZ r1向，PL4亮。10热继电器全部复位后，BZ停响，恢复正常操作状态。11PL1、PL2、PL3、PL4作为运转及停止指示，不能以PLc输出点直接控制。12MCl与MC2在PLC外部接线时，要做连锁控制。二、设计任务学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行电动机顺序启动/停止运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2. 系统有启动、停止功能；3. 运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；4. 程序结构与控制功能自行创新设计；5. 进行系统调试，实现电动机顺序启动/停止的控制要求。三、设计报告课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。目 录摘要1第一章 引言2第二章 系统总体方案设计32.1 系统硬件配置及组成原理图32.2 系统变量定义及分配32.3 系统接线图设计7第三章 控制系统及其程序设计8 3.1 控制电路设计83.2 PLC控制系统93.3 控制程序设计9第四章 上位监控系统设计10第五章 系统调试及结果分析115.1 系统调试情况115.2 在调试中出现的问题11第六章 结束语12参考文献13摘 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，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强、功能完善等优点。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。本文设计了三相异步电动机的 PLC 控制电路，该电路主要以性能稳定、简单实用为目的。关键词：PLC；编程语言；电动机；顺序启动/停止 。 AbstractTheapplicationofPLCinthethreephaseasynchronousmotorcontrol,comparedwiththetraditionalrelaycontrol,controlofhighspeed,highreliability,strongflexibilityandfunctionaladvantages.Longtermsince,PLCisalwaysinthemainbattlefieldofindustrialautomationcontrol,forallkindsofautomaticcontrolequipment providesareliablecontrolapplications.Itcanbeforautomationapplicationstoprovideasafeandreliableandmoreperfectsolutions,suitableforthecurrentindustrial enterpriseofautomationneed.Inthispaper,thedesignofthreephaseasynchronousmotorofPLCcontrolcircuit,thecircuitismainlyforthepurposeofstableperformance,simpleandpractical.Keywords:PLC；programminglanguage；motor；start/stopsequence. 第一章 引言 三相异步电动机的应用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，三项异步电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。在生产过程，科学研究和其他产业领域中，电气控制技术应用十分广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。 本系统的控制是采用PLC的编程语言梯形语言，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。 进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大的推动了PLC的发展，使的PLC的功能日益增强。如PLC可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等，易于实现柔性制造系统。远程通信功能的实现更使PLC 如虎添翼。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。PLC是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。PLC 通过输入/输出（I/O）装置发出控制信号和接受输入信号。由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、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，从而更广泛地应用于众多行业。 第二章 系统总体方案设计 2.1 系统硬件配置及组成原理图 本设计是采用 PLC 作为控制器来实现的，采用 PLC 而不用继电器的理由有以下三点：1、控制方式。继电器的控制是采用硬件接线实现的，是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。 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，调整时间方便，不受环境影响。 显然用 PLC 来实现电动机的顺序启动/停止控制比用继电器要好上很多。 根据设计要求，系统的方框图设计如图2.1所示：计算机电动机电动机三相异步电动机驱动器可编程控制器 图2.1 系统结构原理图 2.2 系统变量定义及分配 一、系统所用到的主要元件有： (I).熔断器 熔断器是一种过电流保护电器。熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外加填料等组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，起到保护的作用。 1.熔断器分类 (1) 螺旋式熔断器RL：在熔断管装有石英砂，熔体埋于其中，熔体熔断时，电弧喷向石英砂及其缝隙，可迅速降温而熄灭。为了便于监视，熔断器一端装有色点，不同的颜色表示不同的熔体电流，熔体熔断时，色点跳出，示意熔体已熔断。螺旋式熔断器额定电流为5200A，主要用于短路电流大的分支电路或有易燃气体的场所。 (2) 有填料管式熔断器RT：有填料管式熔断器是一种有限流作用的熔断器。由填有石英砂的瓷熔管、触点和镀银铜栅状熔体组成。填料管式熔断器均装在特别的底座上，如带隔离刀闸的底座或以熔断器为隔离刀的底座上，通过手动机构操作。填料管式熔断器额定电流为501000A， 主要用于短路电流大的电路或有易燃气体的场所。 (3) 无填料管式熔断器RM：无填料管式熔断器的熔丝管是由纤维物制成。使用的熔体为变截面的锌合金片。熔体熔断时，纤维熔管的部分纤维物因受热而分解，产生高压气体，使电弧很快熄灭。无填料管式熔断器具有结构简单、保护性能好、使用方便等特点，一般均与刀开关组成熔断器刀开关组合使用。 (4) 有填料封闭管式快速熔断器RS：有填料封闭管式快速熔断器是一种快速动作型的熔断器，由熔断管、触点底座、动作指示器和熔体组成。熔体为银质窄截面或网状形式，熔体为一次性使用，不能自行更换。由于其具有快速动作性，一般作为半导体整流元件保护用。 2.熔断器在电动机中的应用 单台直接起动电动机 熔体额定电流=(1.52.5)电动机额定电流。多台直接起动电动机 总保护熔体额定电流=(1.52.5)各台电动机电流之和。 降压起动电动机 熔体额定电流=(1.52)电动机额定电流。绕线式电动机 熔体额定电流=(1.21.5)电动机额定电流。 (II)、热继电器：热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。1、热继电器的作用是：主要用来对异步电动机进行过载保护，他的工作原理是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而将电动机控制电路断开实现电动机断电停车，起到过载保护的作用。鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量 的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护 。2、热继电器的选择方法：热继电器主要用于保护电动机的过载，因此选用时必须了解电动机的情况，如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等。 1、原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和启动的瞬间，热继电器应不受影响(不动作)。 2、当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。例如，热继电器的整定值可等于0.951.05倍的电动机的额定电流， 或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。 3、当热继电器用于保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。如果短时间内操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。 4、对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋人电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。 (III)、交流接触器 (1).交流接触器主要的组成 a.电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；b.触头系统,包括三副主触头和两个常开、两个常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；c.灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；d.绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。 (2).交流接触器的工作原理 当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将动铁芯吸合，由于触头系统是与动铁芯联动的，因此动铁芯带动三条动触片同时运行，触点闭合，从而接通电源。当线圈断电时，吸力消失， 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离，使主触头断开，切断电源。 (3).交流接触器的分类交流接触器的种类很多，其分类方法也不尽相同。按照一般的分类方法，大致有以下几种。 a.按主触点极数分 可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。单极接触器主要用于单相负荷，如照明负荷、焊机等，在电动机能耗制动中也可采用，双极接触器用于绕线式异步电机的转子回路中，起动时用于短接起动绕组，三极接触器用于三相负荷， 例如在电动机的控制及其它场合，使用最为广泛，四极接触器主要用于三相四线制的照明线路，也可用来控制双回路电动机负载，五极交流接触器用来组成自耦补偿起动器或控制双笼型电动机，以变换绕组接法。 b.按灭弧介质分 可分为空气式接触器、真空式接触器等。依靠空气绝缘的接触器用于一般负载，而采用真空绝缘的接触器常用在煤矿、石油、化工企业及电压在 660V 和1140V等一些特殊的场合。 c.按有无触点分 可分为有触点接触器和无触点接触器。常见的接触器多为有触点接触器，而无触点接触器属于电子技术应用的产物，一般采用晶闸管作为回路的通断元件。由于可控硅导通时所需的触发电压很小，而且回路通断时无火花产生，因而可用于高操作频率的设备和易燃、易爆、无噪声的场合。 (IV)、时间继电器 时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。 1.时间继电器原理在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器，它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。 凡是继电器感测元件得到动作信号后，其执行元件（触头）要延迟一段时间才动作的继电器称为时间继电器。 2.时间继电器类型及特点 (1).空气阻尼式时间继电器又称为气囊式时间继电器，它是根据空气压缩产生的阻力来进行延时的，其结构简单，价格便宜，延时范围大（0.4180s），但延时精确度低。 (2).电磁式时间继电器延时时间短（0.31.6s），但它结构比较简单，通常用在断电延时场合和直流电路中。 (3).电动式时间继电器的原理与钟表类似，它是由内部电动机带动减速齿轮转动而获得延时的。这种继电器延时精度高，延时范围宽（0.472h），但结构比较复杂，价格很贵。 (4).晶体管式时间继电器又称为电子式时间继电器，它是利用延时电路来进行延时的。这种继电器精度高，体积小。 二、I/O点的分配 ： 1、I/O分配如表2.2：表2.2 I/O分配表输入输出设备编号设备编号热继电器控制按钮SB1X000电动机1Y001启动按钮SB2X001电动机2Y002停止按钮SB3X002SB1SB2SB3COMCOM电源Y002KM22KM1Y001FR1FR2FU2FU1X002X001X000 2、I/O分配图：图2.2 I/O分配图2.3 系统接线图设计 顺序启动、停止控制电路是在一个设备启动之后另一个设备才能启动运行的一种控制方法，常用于主、辅设备之间的控制，如上图当辅助设备的接触器 KM1 启动之后， 主要设备的接触器 KM2 才能启动，主设备 KM2 不停止，辅助设备 KM1 也不能停止。但辅助设备在运行中应某原因停止运行（如 FR1 动作），主要设备也随之停止运行。 工作过程：1、合上开关 QF 使线路的电源引入。 2、按辅助设备控制按钮 SB2，接触器 KM1 线圈得电吸合，主触点闭合辅助设备运行，并且 KM1 辅助常开触点闭合实现自保。 3、按主设备控制按钮 SB4，接触器 KM2 线圈得电吸合，主触点闭合主电机开始运行，并且 KM2 的辅助常开触点闭合实现自保。 4、KM2 的另一个辅助常开触点将 SB1 短接，使 SB1 失去控制作用，无法先停止辅助设备 KM1。 5、停止时只有先按 SB3 按钮，使 KM2 线圈失电辅助触点复位（触点断开），SB1 按钮才起作用。 6、主电机的过流保护由 FR2 热继电器来完成。 7、辅助设备的过流保护由 FR1 热继电器来完成，但 FR1 动作后控制电路全断电， 主、辅设备全停止运行。 系统总电路如图 2.3 示： 图 2.3 系统接线图 第三章 控制系统及其程序设计 3.1 控制电路设计 按辅助设备控制按钮 SB2，接触器 KM1 线圈得电吸合，主触点闭合辅助设备运行，并且 KM1 辅助常开触点闭合实现自保。按主设备控制按钮 SB3，接触器 KM2 线圈得电吸合，主触点闭合主电机开始运行，并且 KM2 的辅助常开触点闭合实现自保。KM2 的另一个辅助常开触点将 SB1 短接，使 SB1 失去控制作用，无法先停止辅助设备 KM1。停止时只有先按 SB3 按钮，使 KM2 线圈失电辅助触点复位（触点断开），SB1 按钮才起作用。主电机的过流保护由 FR2 热继电器来完成。辅助设备的过流保护由 FR1 热继电器来完成，但 FR1 动作后控制电路全断电，主、辅设备全停止运行。3.2 PLC控制系统1、国际电工委员会（IEC）PLC的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都按便于与工业系统连成一个整体，便于扩展的原则设计。2、用途：取代传统的硬接线式的继电器接触器回路构成的电器控制装置，由软件程序来实现电器动作的逻辑关系。 3、PLC的分类（按I/O点数分类）：（1）整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。（2）模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。（3）叠装式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。4、指令表语言：指令是程序的最小单元。指令表语言是类似于计算机汇编语言的一种编程语言，由操作码和操作数两部分构成。操作码是英文字母的缩写，用来表示执行哪一种操作或运算。操作数指操作的对象，是执行该操作所必须的信息，它可以是一个或多个操作数。掌握指令时，尤其应注意其操作数的范围。3.3 控制程序设计 1、程序： 图3.1 程序图2、程序说明：（1）第一段程序：按下X001，因为X002常闭，故M0通电并自锁；同时T0计时开始。（2）第二段程序：由于第一段程序M0通电自锁，第二段程序中的M0也闭合，因为T1和X000常闭，故Y001通电，即电动机1转动。（3）第三段程序：因为第一段程序中的T0经过5秒后通电，此段程序的T0闭合，由于X002和X000常闭，故Y002通电并自锁，即电动机2转动。（4）第四段程序：按下X002后，由于T1常闭，故M1通电并自锁，T1计时开始；同时，第一段程序中的X002断开，M0断电，第二段程序中的M0断开，但Y001受M1自锁而依然通电，而Y002断电。经过10秒钟的时间，T1通电，Y001断电，M1断电。程序结束。（5）程序在运行时，按下X000后，Y001和Y002均断电。第四章 上位监控系统设计 将 PLC 联上编程器并接通电源后，PLC 电源指示灯亮，将编程器开关打到 “PROGRAM”位置，这时 PLC 处于编程状态。编程器显示 PASSWORD，这时依次按 Clr 键和 Montr 键，直至屏幕显示地址号 0000，这时即可输入程序。在输入程序前，需清除存储器中内容，依次按 Clr、Play/Set， Not，Rec/Reset 和Montr 键，即将全部程序清除。按照设计要求的梯形图或程序指令将控制程序写入 PLC，当程序输入到 PLC 机中后，用上下方向键读出所写程序，如程序有错，可用插入指令和删除指令修改程序。程序输入正确后，连接 PLC 外部接线及主回路线路实现电机的顺序启动/停止控制。 第五章 系统调试及结果分析 5.1 系统调试情况硬件调试：接通电源，检查可编程序控制器能否正常工作，接头是否接触良好。软件调试：按要求输入梯形图，检查后编译通过，在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区。 运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，使PLC进入运行状态，观察运行情况，看是否能够实现电动机的顺序启动/停止控制。 根据以上调试情况，此电机控制系统设计符合控制要求。通过调试找出问题的所在，相应的修改程序。在编程过程中难免会有不足之处，因此通过调试，再修改程序可以更好实现相应的功能。 图5.1 实验室调试实物接线图5.2 在调试中出现的问题1、KM1 不能实现自锁： 分析处理： 一、KM1 的辅助接点接错，接成常闭接点，KM1 吸合常闭断开，所以没有自锁。二、KM1 常开和 KM2 常闭位置接错，KM1 吸合式 KM2 还未吸合，KM2 的辅助常开时断开的，所以 KM1 不能自锁。2、不能顺序启动 KM2 可以先启动：分析处理：KM2 先启动说明 KM2 的控制电路有电，检查 FR2 有电，这可能是 FR2 接点上口的 7 号线，错接到了 FR1 上口的 3 号线位置上了，这就使得 KM2 不受 KM1 控制而可以直接启动。 3、不能顺序停止 KM1 能先停止：分析处理：KM1 能停止这说明 SB1 起作用，并接的 KM2 常开接点没起作用。分析原因有两种。 一、 并接在 SB1 两端的 KM2 辅助常开接点未接。二、 并接在 SB1 两端的 KM2 辅助接点接成了常闭接点。 4、SB1 不能停止：分析处理：检查线路发现 KM1 接触器用了两个辅助常开接点，KM2 只用了一个辅助常开接点，SB1两端并接的不是 KM2 的常开而是 KM1 的常开，由于 KM1 自锁后常开闭合所以 SB1 不起作用。 第六章 结束语 本文设计和制作了三相异步电动机的 PLC 控制系统，该电路主要以性能稳定，简单实用为目的，整体制作符合要求。此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。由本人撰