基于PLC两台电动机顺序启动顺序停止控制设计.doc

目 录 摘摘 要要 3 第一章第一章 绪绪 论论 4 第二章第二章 课程设计的原理及选用器材的介绍课程设计的原理及选用器材的介绍 5 2 1 电动机的顺序启动 停止控制电路 5 2 2 电动机的选型 6 2 3 两台电动机顺序控制 PLC 方案的选择 7 2 4 熔断器的原理 8 2 5 继电器 8 2 6 常开常闭开关器的选择 10 第三章第三章 工作原理工作原理 12 3 1 两台电动机的顺序启动 停止控制电路如下 12 3 2 工作过程 12 3 3 PLC 控制两台电动机的顺序启动 停止 13 第四章第四章 软件仿真软件仿真 15 基于 GX DEVELOPER 和 GX SIMULATOR6 C 的仿真图 15 课程设计的体会课程设计的体会 17 参考文献参考文献 18 3 摘摘 要要 本文介绍了基于电力拖动的 2 台电动机的顺序启动停止的设计方案 我们运 用其原理的思路是 用两套异步电机 M1 和 M2 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 我们使用了时间继电器 当按下 SB1 时 电动机 M1 会立即启 动 而 M2 会延迟几秒启动 当按下 SB2 时 电动机 M1 会停止 而 M2 会延 迟几秒钟停止 同时我们还采用 PLC 进行控制 本设计两台电动机的顺序启动 停止可以运用到生活的各个方面这也充分体现了 PLC 在当今社会对生活的重 要之处 本设计在顺序控制的基础上采用 PLC 对电动机的控制通过合理的选择 和设计提高了电动机的控制水平使电动机达到了较为理想的控制效果 根据顺 序功能图的设计法联系到现实做出了本设计两台电动机顺序启动 停止控制的 PLC 系统设计 关键词 关键词 继电器 PLC 控制 4 第一章第一章 绪绪 论论 与单相异步电动机 相比 三相异步电动机运行性能好 并可节省各种材料 按转子结构的不同 三相异步电动机 可分为笼式和绕线式两种 笼式转子的异 步电动机结构简单 运行可靠 重量轻 价格便宜 得到了广泛的应用 其主 要缺点是调速困难 绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕 组并通过滑环 电刷与外部变阻器连接 调节变阻器电阻可以改善电动机的起 动性能和调节电动机的转速 在这种情况的要求下 将电动机的转动规律设计清楚显得尤为重要 电力 拖动基础课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一 主要 以小型实用性电力拖动系统的软 硬件设计为主 本设计是根据顺序控制设计法对电动机进行顺序启动 停止控制 运用三菱 FX2N 编程软件进行绘图 5 第二章第二章 课程设计的原理及选用器材的介绍课程设计的原理及选用器材的介绍 2 1 电动机的顺序启动 停止控制电路 下图为主电路 图 2 1 主电路 工作流程如下图 6 开始按下 SB1 常开触点 KM1 得电闭合 KT1 延时闭合 M1 启动 10s 后 KT1 闭合 KM2 得电闭合 M2 启动 按下 SB2 常闭 KM3 得电断开 M1 停止 KT2 延时 10s 后 KT2 断开 M2 停止 结束 图 2 2 工作流程图 2 2 电动机的选型 电动机的选用首先要了解电动机的机械负载特性根据机械负载的类型和特 性来选择电动机的额定容量 额定转速 额定电压以及型式 要为某一生产机 械选配一台电动机首先要合理选择电动机的功率 通常根据生产机械负载的需 要来选择电动机的功率同时还要考虑负载的工作制问题也就是说所选的电动机 应适应机械负载的连续 短时或间断周期工作性质 功率选用时不能太大也不 能太小 选小了保证不了电动机和生产机械的正常工作选大了虽然能保证正常 运行但是不经济电动机容量不能被充分利用而且电动机经常不能满载运行使得 效率和功率因数不高 其次根据电源电压条件要求所选用的电动机的额定电压 与频率同供电电源电压与频率相符合 电动机的转速一定要按生产机械铭牌上 的要求选择否则可能改变生产机械的性能 此外电动机的结构 防护 冷却和 安装形式应适应使用环境条件的要求并且要力求安装 调试 检修方便以保证 电机能安全可靠的运行 7 2 3 两台电动机顺序控制 PLC 方案的选择 可编程序控制器实施控制其实质就是按一定算法进行输入输出变换并将这 个变换与以物理实现 输入输出变换 物理实现可以说是 PLC 实施控制的两个 基本点同时物理实现也是 PLC 与普通微机相区别之处其需要考虑实际控制的需 要应能排除干扰信号适应于工业现场输出应放大到工业控制的水平能为实际控 制系统方便使用所以 PLC 采用了典型的计算机结构主要是由微处理器 CPU 存 储器 RAM ROM 输入输出接口 I O 电路 通信接口及电源组成 顺序控制是为 了满足生产需要而逐渐发展起来的 FX2N 型 PLC 是 PLC 发展成熟后的小型控制 器产品 之前 PLC 与简易控制器曾并存过一段时间后来由于技术的提高和应用 的推动 PLC 的品种逐渐增多 适应面更为广泛 PLC 取得了绝对的优势 三菱 FX 2N 系列可编程控制器是小型化高速度高性能的产品是 FX 系列中最高档次的 超小型程序装置 除输入出 1625 点的独立用途外还可以适用于在多个基本组件 间的连接模拟控制定位控制等特殊用途是一套可以满足多样化广泛需要的 PLC 它具有如下特点 1 系统配置既固定又灵活 在基本单元上连接扩展单元或扩展模块可进行 16 256 点的灵活输入输出组合 2 备有可自由选择丰富的品种 7 可选用 16 32 48 64 80 128 点的主机可 以采用最小 8 点的扩展模块进行扩展 可根据电源及输出形式自由选择 3 令人放心的高性能 程序容量 内置 800 步 RAM 可输入注释可使用存储盒 最大可扩充至 16k 步 4 编程简单 本系统采用三菱的 FX2N 系列 PLC 实现上下井口的各种操作 上井口为 FX 2N128MR 下井口为 FX 2N80MR 车房为 FX 2N48MR 除紧停信号单独外 的各种操作及信号的处理均由可编程控制器完成 本设计 FX2N 型 PLC 的指令丰 富能满足本设计的要求而且更为方便故采取了 FX2N 型 PLC 来介绍本设计 2 4 熔断器的原理 熔断器也被称为保险丝 是一种利用热效应原理工作的电流保护电器 IEC127 标准将它定义为 熔断体 fuse link 它是一种安装在电路中 保证 8 电路安全运行的电器元件 熔断器其实就是一种短路保护器 广泛用于配电系 统和控制系统 主要进行短路保护或严重过载保护 熔断器 实物如图 2 1 是根据电流超过规定值一段时间后 以其自身产 生的热量使熔体熔化 从而使电路断开 运用这种原理制成的一种电流保护器 熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中 作为短路和过 电流的保护器 是应用最普遍的保护器件之一 熔断器是一种过电流保护器 熔断器主要由熔体和熔管以及外加填料等部 分组成 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 从 而起到保护的作用 以金属导体作为熔体而分断电路的电器 串联于电路中 当过载或短路电 流通过熔体时 熔体自身将发热而熔断 从而对电力系统 各种电工设备以及 家用电器都起到了一定的保护作用 具有反时延特性 当过载电流小时 熔断 时间长 过载电流大时 熔断时间短 因此 在一定过载电流范围内至电流恢 复正常 熔断器不会熔断 可以继续使用 熔断器主要由熔体 外壳和支座 3 部分组成 其中熔体是控制熔断特性的关键元件 2 5 继电器 电磁继电器 如图 2 2 一般由铁芯 线圈 衔铁 触点簧片等组成的 只要在线圈两端加上一定的电压 线圈中就会流过一定的电流 从而产生电磁 效应 衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯 从而带 动衔铁的动触点与静触点 常开触点 吸合 当线圈断电后 电磁的吸力也随 之消失 衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置 使动触点与原来的静触 点 常闭触点 释放 这样吸合 释放 从而达到了在电路中的导通 切断的 目的 对于继电器的 常开 常闭 触点 可以这样来区分 继电器线圈未通 电时处于断开状态的静触点 称为 常开触点 处于接通状态的静触点称为 常闭触点 继电器一般有两股电路 为低压控制电路和高压工作电路 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 它的种类很多 有空气阻尼型 电动型和电子型等 9 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 时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型 空气阻尼型时间继电器的延时范围大 有 0 4 60s 和 0 4 180s 两种 它结构简单 但准确度较低 当线圈通电 电压规格有 ac380v ac220v 或 dc220v dc24v 等 时 衔 铁及托板被铁心吸引而瞬时下移 使瞬时动作触点接通或断开 但是活塞杆和 杠杆不能同时跟着衔铁一起下落 因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜 当 活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时 橡皮膜随之向下凹 上面空气室 的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降 经过一定时间 活塞杆 下降到一定位置 便通过杠杆推动延时触点动作 使动断触点断开 动合触点 闭合 从线圈通电到延时触点完成动作 这段时间就是继电器的延时时间 延 时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变 吸引线圈断电后 继电器依靠恢复弹簧的作用而复原 空气经出气孔被迅 速排出 主要作用 继电器是具有隔离功能的自动开关元件 广泛应用于遥控 遥测 通讯 自动控制 机电一体化及电力电子设备中 是最重要的控制元件之一 继电器一般都有能反映一定输入变量 如电流 电压 功率 阻抗 频率 温度 压力 速度 光等 的感应机构 输入部分 有能对被控电路实现 通 断 控制的执行机构 输出部分 在继电器的输入部分和输出部分之间 还有 对输入量进行耦合隔离 功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构 驱动部 分 作为控制元件 概括起来 继电器有如下几种作用 1 扩大控制范围 扩大控制范围 例如 多触点继电器控制信号达到某一定值时 可以按 触点组的不同形式 同时换接 开断 接通多路电路 2 放大放大 例如 灵敏型继电器 中间继电器等 用一个很微小的控制量 可以控制很大功率的电路 3 综合信号综合信号 例如 当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时 10 经过比较综合 达到预定的控制效果 4 自动 遥控 监测自动 遥控 监测 例如 自动装置上的继电器与其他电器一起 可以 组成程序控制线路 从而实现自动化运行 2 6 常开常闭开关器的选择 按钮开关 一种短时接通或断开小电流电路的电器 它不直接控制主电路 的通断 而在控制电路中发出手动 指令 去控制接触器 继电器等电器 再 由它们去控制主电路 故称 主令电器 按钮开关的结构以及符号如图 2 3 1 按钮开关的结构 按钮开关的结构 由按钮帽 复位弹簧 固定触点 可动触点 外壳和支 柱连杆等组成 常开触头 动合触头 是指原始状态时 电器未受外力或线圈未通电 固定触点与可动触点处于分开状态的触头 常开 动合 按钮开关 未按下时 触头是断开的 按下时触头闭合接通 当松开后 按钮开关在复位弹簧的作用下复位断开 在控制电路中 常开按钮 常用来启动电动机 也称启动按钮 常闭 动断 按钮开关与常开按钮开关相反 末按下时 触头是闭合的 按 下时触头断开 当手松开后 按钮开关在复位弹簧的作用下复位闭合 常闭按 钮常用于控制电动机停车 也称停车按钮 复合按钮开关 将常开与常闭按钮开关组合为一体的按钮开关 即具有常 闭触头和常开触头 未按下时 常闭触头是闭合的 常开触头是断开的 按下 按钮时 常闭触头首先断开 常开触头后闭合 当松开后 按钮开关在复位弹 簧的作用下 首先将常开触头断开 继而将常闭触头闭合 复合按钮用于联锁 控制电路中 2 按钮开关的安装和使用 1 将按钮安装在面板上时 应布置整齐 排列合理 可根据电动机启动的先后 次序 从上到下或从左到右排列 2 按钮的安装固定应牢固 接线应可靠 应用红色按钮表示停止 绿色或黑色 表示启动或通电 不要搞错 11 3 由于按钮触头间距离较小 如有油污等容易发生短路故障 因此应保持触头 的清洁 4 安装按钮的按钮板和按钮盒必须是金属的 并设法使它们与机床总接地母线 相连接 对于悬挂式按钮必须设有专用接地线 不得借用金属管作为地线 5 按钮用于高温场合时 易使塑料变形老化而导致松动 引起接线螺钉间相碰 短路 可在接线螺钉处加套绝缘塑料管来防止短路 6 带指示灯的按钮因灯泡发热 长期使用易使塑料灯罩变形 应降低灯泡电压 延长使用寿命 7 停止 按钮必须是红色 急停 按钮必须是红色蘑菇头式 启动 按 钮必须有防护挡圈 防护挡圈应高于按钮头 以防意外触动使电气设备误动作 12 第三章第三章 工作原理工作原理 3 1 两台电动机的顺序启动 停止控制电路如下 图 3 1 控制电路 3 2 工作过程 1 合上开关 QF 使线路的电源引入 2 按设备控制按钮 SB1 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锁 电机 M1 启动 3 延时继电器 KT1 得电 10 秒后常开触点 KT1 闭合 KM2 线圈得电 常开触点 KM2 闭合 电动机 M2 启动 4 当按下 SB2 时 线圈 KM3 得电 常开触点 KM3 闭合 常闭触点 KM3 断开 电动机 M1 停止 线圈 KT2 得电 5 10 秒后 常闭触点 KT2 断开 电动机 M2 停止 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 FR3 热继电器来完成 但 FR3 动作后控制电路 全断电 主 辅设备全停止运行 13 通用定时器 100ms 通用定时器 T0 T199 共 200 点 10ms 通用定时器 T200 T245 共 46 点 积算定时器 1ms 积算定时器 T246 T249 共 4 点 100ms 积算定时器 T250 T255 共 6 点 3 3 PLC 控制两台电动机的顺序启动 停止 I O 分配表与编程 输入输出 输入继电器输入元件作用输出继电器输出元件作用 X000SB1启动按钮Y001KM1电动机 M1 运行 用交流接触器 X001SB2停止按钮Y002KM2电动机 M2 运行 用交流接触器 硬件接线如下图 X000 Y001 Y002 X001 COM COM PLCPLCPLC SB1 24V SB2 FU KM1 KM2 图 3 3 硬件接线图 14 梯形图如下图 梯形图如下图 图 3 3 1 梯形图 15 第四章第四章 软件仿真软件仿真 基于 GX DEVELOPER 和 GX Simulator6 C 的仿真图 第一步 使 X000 为 NO 并 OFF 图 4 1 第二步 等待 10 秒 图 4 2 16 第三步 使 X001 为 NO 并 OFF 图 4 3 第四步 等待 10 秒 图 4 4 从仿真结果来看 PLC 控制两台电动机的顺序启动 停