电动机正转反转点动正转电动反转急停plc课程设计

1、摘 要 从70年代初开始，不到三十年时间里，PLC生产发展成了一个巨大的产业，据不完全统计，现在世界上生产PLC及其网络的厂家有二百多家，生产大约有400多个品种的PLC产品。而如今，对旧有电机进行PLC改造已经非常普遍，针对于旧有的电机，其电气控制为继电控制，而在继电控制中，接触触点多，所以故障也多，操作人员维修任务较大，机械使用率较低。本课题来源于生产实际的需要，对于电动机用PLC改造其继电器控制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用率。为提高电动机控制电路的稳定性和自动化程度，延长电机的使用寿命，降低电机的故障。分析了电动机正反转、电气控制原理，保留电机主电路由PLC取代

2、复杂的电气连线控制，设计出由PLC为镗床的控制电路。该系统开发周期仅为三天，期间完成了将电机的控制电路用PLC梯形图实现，大大的简化了电路，从而降低电机的故障、更加便于控制、也降低了维修的难度 目录摘 要1第一章 绪论31.1 设计背景与意义41.2 PLC在电动机正反转控制中的应用概况41.3 设计要求与任务51.3.1 三相异步电机正反转控制要求51.3.2 设计任务6第二章 控制系统设计62.1 确定方案62.2硬件设计92.2.1电动机的选择92.2.2 PLC选型与地址分配102.2.3 热继电器112.2.4交流接触器122.2.5熔断器132.2.6速度继电器142.3程序设计1

3、4第三章 系统调试183.1电动机可逆运行控制电路的调试183.2故障现象预处理18第四章 总结19参考文献20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，

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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1. PLC采用西门子200系列； 2. 电动机实现正转、反转、点动正转、点动反转、急停等控制要求； 3. 电动机具有相应的过载保护； 4. 电动机5.5KW,三相380V。1.3.2

9、 设计任务学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案，运用所学的理论知识，进行电动机正反运行原理设计、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、 设计出硬件系统的总体设计方案（包括方案的选择说明） 2、 选择PLC与外围器件，完成电气原理图绘制；3、 学习西门子200PLC编程指令，完成程序开发；4、 撰写说明书，绘制图纸；5、 完成课程设计考核。第二章 控制系统设计2.1 确定方案电动机是本题目的主要控制对象，主要是实现电动机的正转、反转、点动正转、点动反转、急停等控制，并选择相应的过载保护措施，以此在安全可靠

10、的基础上来实现生产过程的自动化，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。结构原理框图如下图2-1所示计算机PLC可编程控制器转换电路三相异步电动机三相异步电动机驱动器 图 2-1 PLC控制三相异步电动机结构原理框图按下正转按钮SB2，电动机正转运行。按下反转启动按钮SB3，电动机立即反转运行，此时若按下急停按钮SB1，电动机反接制动停止。按下点动正转按

11、钮SB4，电动机正转运行，松开按钮SB4，正转停止。按下点动正转按钮SB5，电动机反转运行，松开按钮SB5，反转停止。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。当正转接触器KM1线圈通电动作后，KM1的辅助常闭触点断开了KM2线圈回路，若使KM1得电吸合，必须先使KM2断电释放，其辅助常闭触头复位，这就防止了KM1、KM2同时吸合造成相间短路，这一线路环节称为互锁环节。2、按钮互锁：在电路中采用了控制按钮操作的正反传控制电路，按钮SB2、SB3都具有一对常开触点，一对常闭触点，这两个触点分别与KM1、KM2线圈回路连接。例如按钮SB2的常开触点与接

12、触器KM2线圈串联，而常闭触点与接触器KM1线圈回路串联。按钮SB3的常开触点与接触器KM1线圈串联，而常闭触点压KM2线圈回路串联。这样当按下SB2时只能有接触器KM2的线圈可以通电而KM1断电，按下SB3时只能有接触器KM1的线圈可以通电而KM2断电，如果同时按下SB2和SB3则两只接触器线圈都不能通电。这样就起到了互锁的作用。3 、长动点动：SB2实现正转长动，SB4有常开按钮和常闭按钮，常闭按钮与常开触点KM1串联，再同常开按钮并联，实现点动；SB3实现反转长动，SB5有常开按钮和常闭按钮，常闭按钮与常开触点KM2串联，再同常开按钮并联，实现点动 。4、反接制动（急停）：当正转运行时，

13、转速继电器的触点KV1是闭合的，按下按钮SB1，中间继电器线圈得电使常开触点KA闭合，接触器KM2的线圈得电，转速反转导通。同时中间继电器的常开触点KA和KM2接触器的常开触点闭合形成自锁，直到电动机速度降到一定值，转速继电器的触点KV1断开，使接触器KM2的线圈失电，电机停转。此电路为了防止接触器KM2的常开触点的自锁，将常闭触点KA串入自锁回路。反转过程与上述相同。5、电动机的过载保护由热继电器FR完成。6、电动机的短路保护由熔断器FU完成。2.2硬件设计2.2.1电动机的选择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

14、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。Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。安装尺寸和功率等级符合IEC标准，外壳防护等级为IP44，冷却方法为IC411，连续工作（S1）。适用于驱动无特殊要求的机械设备，如机床、泵、风机、压

15、缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食品机械等。根据本题目要求，我们选择的是Y132S1-2（380V,5.5KW）。参数如表2-1所示型 号额定功率 额定电流 转速 效率 功率因数 堵转转矩堵转电流最大转矩噪声振动速度 重量额定转矩额定电流额定转矩1级2级kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skgY132S1-25.511.1290085.50.882.07.02.378831.867 表2-1Y132S1-2型电动机参数表2.2.2 PLC选型与地址分配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。

16、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.该设计中有八个输入点，有三个继电器输出。本着点数稍有冗余的原则，此次选择西门子公司的S7-300系列PLC(S7-224 CN)。地址匹配如下表2-2所示2.2.3 热继电器热继电器是由流入热元件的电流产生

17、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。JR20系列热继电器JR20系列热继电器是一种双金属片式

18、热继电器，在电力线路中用于长期或间断工作的一般交流电动机的过载保护，并且能在三相电流严重不平衡时起保护作用。此次选择的是JR20-16型热继电器。输入电器输入点输出电器输出点停止按钮SB1I0.024V正转接触器KM1Q0.0正转按钮SB2I0.124V反转接触器KM2Q0.1反转按钮 SB3I0.2中间继电器KAQ0.2正转点动SB4I0.3反转点动SB5I0.4热继电器FRI0.5KV1速度继电器I0.6KV2速度继电器I0.7 表2-2 地址匹配表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

19、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。LCl-D系列交流接触器LCl-D系列交流接触器、IAI-D系列辅助触头组、IA2-D与LA3-D 系列空气延时头、LC2-D系

20、列机械联锁交流接触器是由天水二一三机床电器厂引进法国TE公司制造技术而生产的电器产品。LCl-D系列交流接触器适用于交流50Hz或60Hz，电压至660V电流至80A以下的电路，供远距离接通与分断电路及频繁起动、控制交流电动机，接触器还可组装积木式辅助触头组、空气延时头、机械联锁机构等附件，组成延时接触器、机械联锁接触器、星三角起动器，并且可以和LRl-D系列热继电器直接插接安装组成电磁起动器。此次选择的施奈德三极接触器LCI-D123，额定电压380V,额定电流2.2.5熔断器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

21、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。 RTl4系列有填料封闭管式筒形帽熔断器本系列熔断器适用于交流501-Iz或60Hz、电压至380V、电流至63A

22、的配电电路中作过载和短路保护用，是一种高分断能力熔断器。它有带撞击器和不带撞击器两类，熔断器由圆筒形帽熔断管、熔体和底座组成。熔断管为圆管状瓷管，两端有帽盖，熔体配有起“冶金效应”作用的低熔点锡基合金，以保证熔断器在最小熔断电流至额定分断能力范围内可靠地分断电路。带撞击器的熔体熔断时，撞击器弹出，既可作熔断信号指示，也可触动微动开关，以切断控制电路作为三相电源的断相保护.此次选择熔断器RT14-32(额定电流32A 额定电压380V)。2.2.6速度继电器常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型两种。其中，JY1型可在7003600r/min范围内可靠地工作；JFZO1型使用于3001000r/

23、min；JFZO-2型适用于10003600r/min。他们具有两个常开触点、两个常闭触点，触电额定电压为380V，额定电流为2A。一般速度继电器的转轴在130r/min左右即能动作，在100r/min时触头即能恢复到正常位置。可以通过螺钉的调节来改变速度继电器动作的转速，以适应控制电路的要求。此次我们选择的是JY1型速度继电器。此外本课程设计还需要：刀开关一个；交流开关稳压电源l个（ AC 220V/DC24V 10A）；电工常用工具1套；连接导线若干。2.3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

24、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

25、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

26、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，另一接触器不会吸合，但它的线圈却通过所谓的“起

27、动”电流(铁心未闭合时，交流接触器线圈的感抗小、电流大)，时间过长就会烧毁线圈。为了克服以上困难，这里采用定时器T37，T38分别作为正转、反转切换的保护手段。由于加入了定时器操，作者可以根据不同的需要设定正反转切换的时间，可以有效地克服正反转换向时可能因电弧没有完全断开而引起电源的短路。三相异步电机的正反转控制双重联锁梯型图如图4-1图4-1三相异步电机的正反转控制双重联锁梯型图语句表 LD T37 O Q0.0 AN I0.0 AN I0.2 AN Q0.1 = Q0.0LD T38O Q0.1AN I0.0AN I0.1AN Q0.0= Q0.1LD I0.1TON T37 50LD I0.2TON T38 50第三章 系统调试3.1电动机可逆运行控制电路的调试1、检查主回路路的接线是否正确，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。2、检查接线无误后，通电试验，通电试验时为防止意外，应先将电动机的接线断开。3.2故障现象预处理1、不启动；原因之一，检查控制保险FU是否断路，热继电器FR