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1、大连理工大学网络高等教育毕业大作业模板 网络高等教育专 科 生 毕 业 大 作 业 题 目：大连理工大学网络高等教育毕业大作业模板学习中心： 重庆南岸奥鹏学习中心 层 次： 高中起点专科 专 业： 电气工程与自动化 年 级： 2009 年 春/秋 季 学 号： 101097109002 学 生： 胡 波 指导教师： 宋超老师 完成日期： 2012 年 2 月 26日II大连理工大学网络高等教育毕业大作业模板摘 要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始终处于自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非

2、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2个三相异步电动机的PLC控制电路，分别是三相异步电动机的正反转控制和两台电动机顺序起动联锁控制，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点，可作为高校学生学习PLC的控制技术的参考，也可作为工业电机的自动控制电路。关键词：PLC 三相异步电动机；继电器；梯形图、正反起动、降压起动和顺序起动。目 录摘 要I1 三相异步电动机基础31.1 三相异步电动机的基本结构41.2 三相异步电动机的工作原理41.3 三相异步电动机的几个工作过程的分析42 PLC基础8

3、2.1 PLC的定义82.2 PLC与继电器控制的区别92.3 PLC的工作原理92.4 PLC的应用分类93 三相异步电动机的PLC控制113.1 三相异步电机的正反转控制113.2 两台电动机顺序起动联锁控制123.3 三相异步电动机使用PLC控制优点14结束语15致辞16参考文献1717引言随着社会经济的发展和人们生活水平的不断提高，工业的机械电动电业很多电气也越来越简单方便使用，电气现象已成为社会所关注的问题。目前绝大多数工业用的电气PLC。因此，对推广和应用控制工业电机具有重要的义意。工业自动化的飞跃发展，视觉系统也越来越先进，相信能够在各大品牌中选出一种最适合于监控工业量计算的视觉

4、器，即工业电气自动化很方便控制操作。而PLC在自动化的领域上也始终是占据行业老大哥的地位，PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、输入简易方便、适应性强、造价低等特点，选用P L C作为智能工业电气的硬件控制部分，能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作。1 三相异步电动机基础1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机由静止的定子和旋转的转子两个重要部分组成，定子和转子之间由气隙分开。图1-1为三相异步电动机结构示意图。(a)外形图；（b）内部结构图图1-1 三相异步电动机结构示意图一、定子定子由定子铁心、定子绕组、机座和端盖等组成。机座的主要作用是用来支撑电机各部件，因此应有足够的机械强度和刚度，通

5、常用铸铁制成。为了减少涡流和磁滞损耗，定子铁心用0.5mm厚涂有绝漆的硅钢片叠成，铁心内圆周上有许多均匀分布的槽内嵌放定子绕组，如图1-2所示。图1-2 三相异步电动机的定子二、转子转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。转子铁心也用0.5mm厚硅钢片冲成转子冲片叠成圆柱形，压装在转轴上。其外围表面头晕眼花有凹槽，用以安放转子绕组。按转子绕组形式不同，可分为绕线式和鼠笼式两种。1.2 三相异步电动机的工作原理三相定子绕组中通入交流电后，便在空间产生旋转磁场，央旋转磁场的作用下，转子将作切割磁力线的运动而在其两端产生感应电动势，感应电动势的方向可根据右手螺旋法则来判断。由于转子本身为一闭合电

6、路，所以在转子绕组中将产生感应电流，称为转子电流，电流方向与电动势的方向一致，即上面流出，下面流进。图1-3 三相异步电动机工作原理图转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用，其方向可由左手定则来判断，上面的转子导条受到向右的力的作用，下面的转子导条受到向左的力的作用，电磁力对转子的作用称为电磁转矩。在电磁转矩的作用下，转子就沿着顺时针方向转动起来，显然转子的转动方向与旋转磁场的转动方向一致。1.3 三相异步电动机的几个工作过程的分析一、三相异步电动机的起动三相异步电动机接通电源，使电机的转子从静止状态到转子以一定速度稳定运行的过程称为电动机的起动过程。起动方法有直接起动和降压起动两种。1、直接起

7、动 直接起动又称为全压起动，起动时，将电机的额定电压通过刀开关或接触器直接到电动机的定子绕组上进行起动。直接起动最简单，不需附加的起动设备，起动时间短。只要电网容量允许，应尽量采用直接起动。但这种起动方法起动电流大，一般只允许小功率的三相异步电动机进行直接起动；对大功率的三相异步电动机，应采取降压起动，以限制起动电流。2、降压起动 通过起动设备将电机的额定电压降低后加到电动机的定子绕组上以限制电机的起动电流，待电机的转速上升到稳定值时，再使定子绕组承受全压，从而使电机在额定电压下稳定运行，这种起动方法称为降压起动。前面进过，起动转矩与电源的平方成正比，所以当定子端电压下降进，起动转矩大大减小。

8、这说明降压起动适用于起动转矩要求不高的场合，如果电机必须采用降压起动，则应轻载或空载起动。常用的降压起动方法有下面三种。Y降压起动 这种起动方法适用于电动机正常运行时接法为三角形的三相异步电动机，电机起动时，定子绕组接成星形、起动完毕后、电动机切换为三角形。图1-4 Y-降压起动控制线路图14是一个Y降压起动控制线路，起动时，电源开关QS闭合，控制电路先使KM2闭合同，电机星形起动，定子绕组由于采用了星形结构，其每相绕组上承受的电压比正常接法时下降了。当电机转速上升到稳定值时，控制电路再控制KM1闭合，于是定子绕组换成三角形接法，电机开始稳定运行。定子绕组每相阻抗为/Z/电源电压U1，则采用连

9、接直接起动时的线电流为采用Y连接降压起动时，每相绕组的线电流为 （1.1） （1.2）由式(1.2)可以看出，采用Y降压起动时，起动电流比直接起动时下降了1/3电磁转矩与电源电压的平方成正比，由于电源电压下降了所以起动转矩也减小了1/3以上分析表明，这种起动方法确实使电动机的起动电流减小了，但起动转矩下降了因此，这种起动方法是以牺牲起动转矩来减小起动电流的，只适用于允许轻载或空载起动的场合。（2）自耦娈压器降压起动 这种起动方法是指起动时，定子绕组接三相自耦变压器的低输出端，起动完毕后，切掉自耦变压器并将定子绕组直接接上三相交流电源，使电动机在额定电压下稳定运行。二、三相异步电动机的制动三相异

10、步电动机脱离电源之后，由于惯性，电动机要经过一定的时间后才会慢慢停下来，但有些生产机械要求能迅速而准确地停车，那么就要求对电动机进行制动控制，电动机的制动方法可以分为两大类：机械制动和回馈发电制动三种方法。1、能耗制动 正常运行时，将QS闭合，电动机接三相交流电源起动运行。制动时，将QS断开，切断交流电源的连接，并将直流电源引入电机的V、W两相，在电机内部形成固定的磁场。电动机由于惯性仍然顺时针旋转，则转子绕组作切割磁力线的运动，依据右手螺旋法则，转子绕组中将产生感应电流。又根据左手定则可以判断，电动机的转子将受到一个与其运动方向相反的电磁力的作用，由于该力矩与运动方向相反，称为制动力矩，该力

11、矩使得电动机很快停转。制动过程中，电动机的动能全部转化成电能消耗在转子回路中，会引起电机发热，所以一般需要在制动回路串联一个大电阻，以减小制动电流。这种制动方法的特点是制动平稳，冲击小，耗能小，但需要直流电源，制动时间较长，一般多用于起重提升设备及机床等生产机械中。2、反接制动 反接制动是指制动时，改变定子绕组任意两相的相序，使得电动机的旋转磁场换向，反向磁场与原来惯性旋转的转子之间相互作用，产生一个与转子转向相反的电磁转矩，迫使电动机的转速迅速下降，当转速接近零时，切断电机的电源。如图1-6所示。显然反接制动比能耗制动所用的时间要短。（1）接线图；（2）原理图图1-6反接制动示意图正常运行时

12、，接通KM1，电动机加顺序电源UVW起动运行。需要制动时，接通KM2，从图可以看出，电动机的定子绕组接逆序电源VUW，该电源产生一个反向的旋转磁场，由于惯性，电动机仍然顺时针旋转，这时转子感应电流的方向按右手螺旋法则可以判断，再根据左手定则判断转子的受力F。显然，转子会受到一个与其运动方向。2 PLC基础2.1 PLC的定义可编程逻辑控制器、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。2.2 PLC与继电器控制的区别1

13、、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，只能完成即定的逻辑控制。PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改娈控制逻辑，只需改变程序即可，黍软接线。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

14、度高，调整时间方便，不受环境影响。2.3 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期，在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（一）输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/0映象区中的相应单元的状态和数据也不会改娈。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（二）用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

15、在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态：或者刷新该输出线圈在I/0映象区中对应位的状态：或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/0映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/0映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用：相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态

16、或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/0指令则可以直接存取I/0点：即使用I/0指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/0模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。（三）输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/0映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设，这时，才是PLC的真正输出。2.4 PLC的应用分类目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使

17、用情况大致可归纳为如下几类。1、开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2、模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度，压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3、运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控

18、制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/0模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4、过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的

19、应用。5、数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的戏柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6、通信及联网 PLC通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，

20、通信非常方便。3 三相异步电动机的PLC控制3.1 三相异步电机的正反转控制在生产过程中，往往要求电动机能够实现正反两个方向的转动，如起重机吊钩的上升与下降，机床工作台的前进与后退等等。由电动机原理可知，只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调，就可改变电动机的转向。因此正反转控制电路实质上是两个方向相反的单相运行电路，为了避免误动作引起电源相间短路，必须在这两个相反方向的单向运行电路中加设必要的互锁。按照电动机可逆运行操作顺序的不同，就有了“正停反”和“正反停”两种控制电路。图3-1 正反转继电器控制图图3-2 I/O接线图指令程序地址 指令 数据0000 LD 00010001 OR 0

21、500 0002 ANDNOT 0000 0003 ANDNOT 05010004 OUT 0500 0005 LD 00020006 OR 0501 0007 ANDNOT 0000 0008 ANDNOT 0500 0009 OUT 05010010 END（01）PLC控制的工作过和分析：按下SB2，输入继电器0001动合触点闭合，输出继电器0500线圈接通并自锁，接触器KM1主触点动合辅助触点闭合，电动机M通电正转。按下SB1，输入继电器0000动断触点断开，输出继电器0500线圈失电，KM1主触点，动合辅助触点断开，电动机M断电停止正转按下SB3，00002动合触点闭合，0501线圈

22、接通并自锁，KM2主触点，动合辅助触点闭合，电动机M通电反转3.2 两台电动机顺序起动联锁控制在装有多台电动机的生产机械上，有时必须按一定的顺序起动电动机，才能满足工作的需要。例如某个设备要求：“必需首先起动甲电动机，然后才能起动乙电动机，当甲电动机停止后，乙电动机自动停止”。这种要求可采用下面的控制线路来实现。图3-3 顺序启动继电器控制图图3-4 I/O接线图图35 梯形图指令程序地址 指令 数据0000 LD 00000001 OR 0500 0002 AND-NOT 00010003 OUT 05000004 LD 00020005 OR 05010006 AND 0500 0007

23、AND-NOT 00030008 OUT 05010009 END(01)PLC控制的工作过程的分析：按下M1的起动按钮SB1，输入继电器0000动合触点闭合，输出继电器0500线圈接通并自锁，接触器KM1得电吸合，电动机M1起动运转：同时连接在0501线圈驱动电路的0500动合触点闭合，为起动电动机M2作准备。可见只有电动机M1先起动，电动机M2才能起动。这时如果按下M2的起动按钮SB3，0002动合触点闭合，0501线圈接通并自锁，接触器KM2得电吸合，电动机M2起动运转。按下M1的停止按钮SB2，0001动断触点断开，使0500线圈失电，并且由于连接在0501线圈驱动电路的0500动合触

24、点的断开，使得0501细圈同时失电，两台电动机都停止运行。若只按下M2停止，按钮SB4时，0003动断触点断开：使得0501线圈失电，M2停止运行，而M1仍运行。3.3 三相异步电动机使用PLC控制优点本文设计就对三相异步电动机的正反转控制，顺序起动等系统进行了设计，还有其它的像制动和调速控制在这里我就有再设计，主电路都得一样的，高控制电路有一点小差异，使用PLC控制三相异步电动机有很多好处的：不易老化，设备简单，结构合理，便于控制价格便宜等，三相异步电动机要旋转起来的先条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是要来产生旋转磁场的。 我们知道，在相电源与相之间是相差120度的，三相异

25、步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也相差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化时同步的。旋转磁场的转速为N60t/p式中F为电源效率，P是磁场的磁极对数，n的单位是：每分钟转数，根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用的电源频率有关，用PLC控制三相异步电动机也需要对电动机的属性和旋转方式有所了解，这样才能控制好三相异步电动机的方向和特性，不至于使用不当使电动机损坏，电动机的频率一定要符合要求。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，简单用为目的，整体制作符合要求。通过概述使大家充分了