s7-200实现电动机正反转长动、点动、急停

目录 第一章第一章 绪论绪论.2 1.1 设计背景与意义3 1.2 PLC 在电动机正反转控制中的应用概况.3 1.3 设计要求与任务.4 第二章第二章 控制系统设计控制系统设计.5 2.1 确定方案.5 2.2 硬件设计.7 2.3 程序设计.11 第三章第三章 总结总结.14 参考文献参考文献15 第一章 绪论 电能是现代大量应用的一种能量形式。电能的生产、变换、传输、分 配、使用和控制等都必须利用电机作为能量转换或信号变换的机电装置。 在工业企业中，大量应用电动机作为原动机去拖动各种生产机械。如在机 械工业、冶金工业、化学工业中，机床、挖掘机械、轧钢机、起重机械、 抽水机、鼓风机等都要用大大小小的电动机来拖动。 随着生产的发展，某些特种电机必须具有快速响应、模仿性运动、 和停止等更复杂而精巧的运动性能，因此，对电动机拖动系统及多电动机 拖动系统提出了更高的要求，如要求提高加工精度与工作速度，要求快速 起动、制动及逆转，实现在很宽的范围内调速及整个生产过程自动化等。 要完成这些任务，除电动机外，必须有自动控制设备，以组成自动化的电 力拖动系统。 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。 可编程序控制器简称 PLC,是以微处理器为核心的工业自动控制通用装 置。它具有控制功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于扩展、通用性强 等一系列优点。尤其现代的可编程序控制器，其功能已经大大超过了逻辑 控制的范围，还包括运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信网络等。 它不仅可以取代传统的继电-接触器控制系统，进行复杂的生产过程控制， 还可以应用于工厂自动化网络。 1.1 设计背景与意义 电动机是电力拖动控制系统的主要控制对象，电动机的控制主要 是实现电动机的起动、停止、正反转、调速和制动等运行方式的控制，并 以此来实现生产过程自动化，满足生产工艺要求。 电气控制系统的实现，主要有继电-接触器控制和 PLC 控制等方法。 PLC 控制具有结构简单、价格便宜、抗干扰能力强等优点，广泛应用于各 类生产设备的控制和生产过程的自动化控制 1.2 PLC 在电动机正反转控制中的应用概况 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。 1.3 设计要求与任务 1.3.1 三相异步电机正反转控制要求三相异步电机正反转控制要求 1. 主电路与控制原理图。 2. 合理选用 PLC,能实现电动机正转与反转控制。 3. 确保联锁保护功能。 1.3.2 设计任务设计任务 主要内容包括： 1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、梯形图等； 2. 系统有启动、停止、正转与反转、点动正转点动反转、急停功能; 3. 运用功能指令进行 PLC 控制程序设计； 4. 相应过载保护。 第二章第二章控制系统设计控制系统设计 2.1 确定方案确定方案 电动机是电力拖动控制系统的主要控制对象，电动机的控制主要是实 现电动机的起动、停止、正反转、调速和制动等运行方式的控制，并以此 来实现生产过程自动化，满足生产工艺要求。 电气控制系统的实现，主要有继电-接触器控制和 PLC 控制等方法。 PLC 控制具有结构简单、价格便宜、抗干扰能力强等优点，广泛应用于各 类生产设备的控制和生产过程的自动化控制。此次将利用 PLC 对三相异 步电动机实现其正反转控制，要求利用双重联锁能够顺利的进行电机的正 反转变化。结构原理框图如大图所示 生产设备常常要求具有上下、左右、前后等正反方向的运动，这就要 求电动机能正反向工作，对于交流感应电动机，一般借助接触器改变定子 绕组相序来实现。 在该控制线路中，KM1 为正转交流接触器，KM2 为反转交流接触器， SB3 为停止按钮、SB1 为正转控制按钮，SB2 为反转控制按钮。 KM1、KM2 常闭触点相互闭锁，SB4 为点动正转按钮，SB5 为点动反转 按钮，KS 为速度继电器实现急停控制，当按下 SB1 正转按钮时，时间继 电器 KS1 得电，三秒后，KM1 得电，电机正转；此时按下 SB3 按钮， KM1 停止工作，而 KM2 得电实现制动，最终实现急停。当按下 SB2 正 转按钮时，时间继电器 KS2 得电，三秒后，KM2 得电，电机反转；此时 按下 SB3 按钮，KM2 停止工作，而 KM1 得电实现制动，最终实现急停。 在此期间一定要加时间继电器，这样的控制线路的好处在于避免误操作等 引起的电源短路故障。 2.2 硬件设计 2.2.1 电动机 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。 三相异步电动机根据工作要 求不同，主要进行降压启动、正反转、自动循环、制动、变速等不同控制， 该设计要求把对电动机的上述控制采用 PLC 控制来实现，使系统的性能 更完善。我们国家的标准电压是 380V 和 220V 两种制式，生产厂家也是 按这个标准化技术生产的你们公司定做的，一定有其原因和内行的专业技 术人员指导的，理论上讲是没什么问题的，可以正常使用。设计功率大， 实际使用功率小点，电动机起热电流大是正常的。此次选择的电动机为三 相异步电动机 Y132S-4(380v,5500w) 2.2.2 PLC 选型与地址分配 PLC (Programmable logic Controller)，可编程逻辑控制器，一种数 字运算操作的电子系统，专为在工业环 境应用而设计的。它采用一类 可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定 时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/ 输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分 PLC 产品的种类繁多。PLC 的型号不同,对应着其结构形式、性能、容 量、指令系统、编程方式、价格等均各不相同,适用的场合也各有侧重。 因此,合理选用 PLC,对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标有着重要意义。 PLC的选择主要应从PLC 的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊 功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC机型选择的基本原则 是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格 比。选择时应主要考虑到合理的结构型式,安装方式的选择,相应的功能要 求,响应速度要求,系统可靠性的要求,机型尽量统一等因素.此次选择西门子 公司的S7-200系列PLC(CPU222)。 I/O分配表 项目名称地址作用 SB1I0.1正转按钮 SB2I0.2反转按钮 SB3I0.0停止按钮 SB4I0.3点动正转 SB5I0.4点动反转 KS1I0.5速度继电器 输入 KS2I0.6速度继电器 KM1Q0.0正转接触器 输出 KM2Q0.1反转接触器 2.2.3 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。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 。此次选择的热继电器 CHNT NRE8-25(额定电压 380V, 额定电流 10A)。 2.2.4 交流接触器 交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电 路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点 常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电 器配合主电路使用。 交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的 导电性和耐高温烧蚀性。 交流接触器主要有四部分组成 :(1) 电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和 静铁芯；(2)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； (3)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； (4)绝 缘外壳及附件 ,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。 此次选择的 施奈德三极接触器 LC1-DO9M7C 额定电压 380V,额定电流 5A. 2.2.5 熔断器 熔断器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 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。 此次选择熔断 器 RT-14G00。 2.3 程序设计程序设计 软件设计是PLC控制系统设计的核心，通过PLC的应用软件设计来实 现系统的各项控制功能，要设计好PLC的应用软件，必须充分了解被控对 象的生产工艺、技术特性、控制要求等。 PLC的应用软件设计是指根据控制系统硬件结构和工艺要求，使用相 应的编程语言，编制用户控制程序和形成相应文件的过程。主要内容包括： 确定程序结构；定义输入输出、中间标志、定时器、计数器和数据区等 参数表；编制程序。 本课程要求当按下正转按钮，电机连续正转，此时反转按钮不起作用 （互锁） ，按下停止按钮电机断开电源，按下反转按钮电机连续反转，正 转不起作用。主电路中，KM1的三个常开触点控制电动机的正向运转， KM2三个常开触电控制电动机的反向运转。为节省输入点数，接线图中把 热继电器FR的长闭触电串联于输出电路中而未作为输入信号处理。为避 免接触器的线圈断电后触电由于熔焊仍然接通情况下另一个接触器得电吸 合，在输出电路中设置了接触起辅助常闭触电的互锁三相异步电动机的工 作原理应该是：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（感应电动势的方向用右手定则判定） 。 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 制线路中用得非常广泛。在电动机正反转换接时，有可能因同一元件的常 开、常闭触点的切换没有时间的延迟，有可能因为电动机容量较大或操作 不当等原因，使接触器主触头产生较严重的燃弧现象，在电弧还没有完全 熄灭时，反转的接触器就闭合，则会造成电源相间短路，为了防止电源短 路，可以采用电气联锁保护，但在实际使用中，有时候光有电气联锁保护 还不够，接触器的线圈断电后，其触头可能由于熔焊而仍然闭合。如果有 人用手推另一个接触器的衔铁就会使两个接触器都处于吸合状态，所以除 电气联锁外还应加装机械连锁。机械连锁更可靠地保证两个接触器不会同 时吸合，但是只能在空间位置比较靠近的两个接触器间安装。电器连锁可 以不受空间位置的限制，但在接触器触头焊住时不能起到保护作用。在线 路中不允许单独采用机械连锁，因为当一个接触器吸合时，按另一接触器 的按钮，虽然由于机械连锁的作用，另