基于PLC低压配电实训屏电机控制系统设计

1、基于plc低压配电实训屏电机控制系统设计摘要：针对plc新技术广泛而深入应用于现代工业生产 各行业的大趋势，结合学生电工、维修电工基本技能实训需 求，对电工实训低压配电屏电机控制系统，完成基于plc技 术的二次设计和改造，分析和阐述plc引入的步骤、具体设 计实例及预期效果。abstract： according to the trend that the plc new technology is widely and deeply applied into modern industrial production , combining students， electrician , ma

2、intenance electrician basic skill training needs, the paper makes the secondary design and transformation based on plc technology of low-voltage distribution screen motor control system in the electrician practice, analyzes and discusses plc introduction steps, specific design examples and expected

3、effect.关键词：plc；实训屏；电机控制系统；设计key words: plc； training screen； motor control system； design中图分类号：g71文献标识码：a文章编号：1006-4311(2012) 36-0205-020引言plc作为先进的、应用最广的工业控制器已风靡全球， 而三相异步电动机广泛应用于现代的工业生产和民用生活 中。plc在三相异步电动机控制中的应用，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，plc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，适合当前工业对自动化控制的需求。因此

4、 在现代工控领域扮演着举足轻重的角色。低压配电屏电机控制安装实训是我校电气、热动主 干专业的专业基础实践课程电工工艺实训的核心模块。 它体现了电工技术的综合性、现代性和现场性，对高职学生 的专业电工知识学习和电工、维修电工基本技能的提升有极 其重要的意义。基于plc的电机控制在工控领域广泛应用， 有必要对现有的低压配电电机控制实训屏进行二次设计和 改进，在电工技能模块基础上，引入plc模块，采用plc少 量开关量逻辑控制指令方便实现继电器电机控制功能。实现 模块化设计，单元式组合，可视性强，为学生搭建一个实用 的、开放式电工工艺实训平台，构筑一座从学校（基础理论） 走向社会（工程实践）的桥梁。

5、1可编程控制器plc结构与工作原理1. 1 plc的结构plc的种类有很多种，每一种plc在功 能和指令系统上都不一样，但是，每一种plc的结构和工作 的原理都是一样的。plc通常都是由主机、输入/输出接口、 电源、编程器扩展器接口和外部设备接口这几部分构成的。1.2plc的工作原理“顺序扫描，不断循环”是plc的 主要的工作方式，而每一项工作的周期，都会经历三个阶段, 这三个阶段就是：输入采样、程序执行和输出刷新。首先，在输入采样的阶段，plc会通过扫描，并且按照 顺序读入全部的暂时存在于输入锁存器内的输入端子的通 断状态或者输入的数据，然后在对应的输入状态寄存器中写 入。其次，是程序的执行

6、，要扫描执行每一条指令，扫描的 顺序要按照用户程序指令存放的先后顺序进行，程序执行的 结果同样也要写入输出状态寄存器，它的内容随着程序的执 行也会发生改变。最后，是输出的刷新，在全部的指令都执 行完之后，输出状态寄存器的通断状态会送到输出锁存器 中，然后经过继电器和晶闸管输出，并将相应的输出设备驱 动起来，进入工作状态。1.3plc控制系统的设计步骤分析被控对象。分析被 控对象的内容主要是针对工艺的过程和工作特点，要对被控 对象的机、电之间的配合进行详细的了解，并要明确出plc 控制系统在工作中需要达到的要求。确定输入/输出设备。 系统的输入设备，比如按钮、位置开关、转换开关等，以及 系统输出

7、设备，比如接触器、电磁阀、信号指示灯等，在系 统中具有重要的作用，要根据系统控制的需求，合理确定需 要的输入和输出设备。据此确定plc的i/o点数。选择plc。 包括plc的机型、容量、i/o模块、电源的选择。分配i/o 点。分配plc的i/o点，画出plc的i/o端子与输入/输出 设备的连接图或对应表。设计软件及硬件。进行plc软件 设计，完成控制柜（台）等硬件设计及现场施工。联机调 试及整理技术文件。2基于plc的触点互锁电机正反转控制系统设计实例2. 1触点互锁电机正反转控制系统控制要求按启动按 钮sb1,电动机作星形连接启动，电机正转；按启动按钮sb2, 电动机作星形连接启动，电机反转

8、；在电机正转时，反转按 钮sb2被屏蔽，在电机反转时，反转按钮sb1被屏蔽；如需 正反转切换，应首先按下停止按钮sb3,使电机处于停止工 作状态，方可对其做旋转方向切换。2.2 plc及电源的选择2. 2. 1 plc选用三菱fx系列plc其中包括cpu模块、 数字量i/o模块、模拟量i/o模块、通信模块）和继电器 组成plc控制单元；包括按钮控制部分（开关量输入）和外 部传感器等（模拟量输入）接口单元。可见，系统的各控制 信号或输入信号均是“开关量”或“模拟量”。2. 2.2配置电源控制单元（输入ac 2 2 0 v；输出ac 0 v2 5 0 v ；交流可调电源及dc 5 v/dc 1 2

9、 v/dc 24 v各1路（由模块电源组建）；另配置1台直流稳压电源（0 v5 0 v可调），电源控制单元要有漏电及过流、 过载等保护装置。2. 3控制系统i/o分配表及i/o接线图（表1及图1）。2.4控制系统软件设计将plc连上编程器并接通电源 后，plc电源指示灯亮，将编程器开关打至“program”位置, 这时plc处于编程状态。编程器显示password!这时依次按 ctrl键和montr键，直至屏幕显示地址号0000,这时即可 输入程序。但在输入程序前，还需清除存储器中内容，按照以上控 制的梯形图或程序指令将控制程序写入plc。程序输入到plc 指令如表2o2.5控制系统硬件设计依

10、据plc控制系统的设计步骤, 完成plc系统程序设计后，便进入以控制柜（低压配电屏） 等硬件设计阶段。基于plc的特点，控制系统程序设计与硬 件设计也可并行实施。2.5. 1电机正反转控制低压配电实训屏plc硬件组成 plc （fx系列）将一个微处理器、一个集成电源和数字量i/o 点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微 型plco cpu负责执行程序和存储数据，以便对控制系统或 过程进行控制。输入和输出时系统的控制点：输入部分从现 场设备中（传感器或开关）采集信号，输出部分则控制电机、 指示灯以及控制过程中的其他设备。电源向cpu及所连接的 任何模块提供电力支持。通信端口用于连接

11、cpu与上位机或 其他设备。状态信号灯显示了 cpu工作模式，本机i/o的当 前状态，以及检查出的系统错误。2. 5.2控制系统故障预设实训屏控制系统故障预设， 若采用计算机模拟程序控制，改造成本高，而利用开关控制, 能达到同样效果，且成本较低。因此，在实训屏上另加置一 故障预设模板，模板上由多个开关组成，各开关串联在电路 中即可完成对电机各种控制线路的故障设置，且具有多种故 障组合。技能考核前，考评员只需操作开关即可设置故障， 考核中考生先通电观察故障现象，随后断电，用表计判断故 障并排除故障，然后通电验收，最后断电，拆线完成考核。 结束后，考评员只需很短时间操作开关就可复位设置故障。 于是

12、又能进行下一轮考核。控制系统故障预设模板灵活、方 便、快捷，又避免了故障现象过于直观，保证电工、维修电 工考核的公平、公正和高效。2. 5.3控制系统实训屏模块间辅助配置设计与控制系 统实训屏配套的机架和模板，要求统一规格和尺寸，合理布 局，便于统一标准和方便实用。实训元器件采用导轨和机架 固定（开放式安装于屏柜），既便于组装和拆卸，又便于学 生识别和测试元件及其参数；一个机架与不同的模板搭配可 以完成不同的实训项目。每一单元都有各自的输入和输出接 口单元，均采用接线端子排，便于接线方便互连；输入与输 出、信号与电源都要分开，避免相互干扰。惟有如此，才能 保证控制系统实训屏具有良好的扩展性，紧

13、跟工控领域的发 展进行各实训单元的更改或扩展；实训内容丰富，选择灵活, 这样对于学生实训就有很大的选择性和针对性；开放式设 计，使学生对元器件看得见、摸得着，既方便认识实物又便 于参数测试和功能观测。3设计改进后的预期效果充实和丰富了电工工艺实训内容，将电工最基本器件（继电器、接触器、断路器、变压器、开关、按钮等）与工 控控制单元（plc控制模块、数据传输与通信模块等）以及 电工测量工具仪表（电压表、电流表等）很好地结合，实施 模块化设计，单元式组合，可视性好；学生通过动手，真正 把书本中的图形符号和器件实物结合起来，根据自己的设计 去控制或操纵任意器件，激发学生的实训和创新热情；在电 工实训中把知识、技能融入到工程实践中，使学生真正能够 学有所用，用为