基于PLC实现的电气控制毕业设计论文

1、目 录1 电气控制设计11.1 电气控制设计任务11.2 电气控制系统原理图11.2.1 主电路图11.2.7 控制电路图如图22 PLCSK可编程控制系统实践装置简介42.1 S7200 PLC主机简介42.2 S7200PLC编程软件简介42.3 程序设计操作步骤42.4 被控对象模块简介52.4.1 PLC可编程控制器模块简介52.4.2 实验模块简介52.5 实验装置供电电源53 PLC设计任务及要求63.1 设计目标63.2 对电气控制实行PLC改造及电气控制设计任务63.2.1 I/O地址分配63.2.2 外部设备接线图如图3.1：73.2.3 梯形图如图3.2：83.2.4 指令

2、表如图3.3所示：93.3 小车直线自动往返控制92.3.1 小车直线定位控制模型图如图3.4：10主电路设计103.3.3 输入和输出端子的分配接线图如图3.6：113.3.4 I/O地址分配如表1：113.3.5 梯形图如图3.7所示：123.3.6 指令表如图3.8所示：133.4 小车定位控制133.4.1 梯形图如图3.9所示：143.4.2 指令表如图3.10：153.4.3 系统调试及问题分析153.4.4 应用154 设计体会171 电气控制设计1.1 电气控制设计任务1、某系统需3台异步电动机MA1,MA2,MA3拖动工作，现若采用1台变频器实现软启动，使3台异步电动机MA1

3、,MA2,MA3均可工作在变频，工频（全压）状态，试设计其主电路，要求有必要的电气保护。2、如果上述系统具体要求如下：（1）电动机MA1、MA2、MA3均可单独启动和停止；（2）当一台电动机为变频工作时，另两台电机MA2、MA3必须为工频工作或停止状态；（3）任何电机过载时，三台电机均停止工作。试设计其控制电路图。1.2 电气控制系统原理图 主电路图如图1.1所示为主电路图.三台电动机分别为MA1、MA2、MA3。接触器QA1、QA4、QA5分别控制MA1、MA2、MA3的工频运行；接触器QA2、QA3、QA6分别控制MA1、MA2、MA3的变频运行，BB1、BB2、BB3分别为三台水泵电动机

4、过载保护用的热继电器；QA2、QA3、QA6分别为变频器和三台水泵电动机主电路的隔离开关；为主电源电路总开关，VVVF为简单的一般变频器。图1.1 主电路图1.熔断器熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器。主要用作电路或用电设备的短路保护，有时对严重过载也可起到保护作用。熔断器的熔体串联在被保护电路中，当电路正常工作时，熔体中通过的电流不会使其熔断；当电路发生短路或严重过载时，熔体中通过的电流很大，使其发热，当温度达到熔点时熔体瞬间熔断，切断电路，起到保护作用。2.热继电器利用热继电器可对连续运行的电动机实施过载及断相保护，可防止因过热而损坏电动机的绝缘材料。由于热继电器中发热元件

5、有热惯性，在电路中不能作瞬时保护，更不能作 短路保护，因此，它不同于过电流继电器和熔断器。热继电器中产生热效应的发热元件，应串联在电动机绕组电路中，这样，热继电器便能直接反映电动机的过载电流。其接触点应串联在控制电路中，一般有常开和常闭两种，作过载保护用时常使用其常闭触点串联在控制电路中。3.按钮按钮是一种结构简单，使用广泛的手动主令电器，在低压控制电路中，用来发出手动指令远距离控制其他电器，再由其他电器去控制主电路或转移各种信号，也可以直接用来转换信号电路和电器连锁电路等。按钮有常开和常闭两种触点。4.变频器的基本结构变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电

6、机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。5.变频器的分类变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频

7、器和三相变频器等。1.2.7 控制电路图如图如图1.2所示，FA1、FA2、FA3为熔断器主要是为了防止三台电机中若有一台电机发生了过载现象时电路会自动断开，防止电机烧毁。SF1、SF2、SF3为三台电电机共频和变频的总开关。按钮SF4为电机1变频开关，SF5为电机1工频开关。按钮SF5为电机2变频开关，SF6为电机2工频开关。按钮SF7为电机3变频开关，SF8为电机3工频开关。当变频开关SF4闭合时电机1处于变频状态，其他的2台电机则不可能处于变频状态，并且电机1不会处于工频状态有接触器处于互锁状态。其他的电机工作状态也是如此。图1.2 控制电路图2 PLCSK可编程控制系统实践装置简介PL

8、CSK可编程控制系统实践装置是根据“PLC可编程控制器原理及其应用”的教学需要、根据现代企业自动控制系统的需要、根据高校学生实践能力培养的需要，由北方工业大学研制开发的新型实验装置。该装置由“S7200PLC可编程控制器，Step7Micro/Win32编程软件，PC/PPI通讯模块，模拟应用控制模块，实验应用控制模块，电源模块，多功能实验桌”等组成。采用“PLC控制，自动控制，信息处理，通讯接口，人机对话，程序设计”等新技术，完成“实验教学，课程设计，毕业设计，认识实习、生产实习”等实践教学任务。2.1 S7200 PLC主机简介1. 主机型选择：S7200PLC， 供电电源24VDC； 2

9、. 数字量输入点数：24点;3. 数字量输出点数：16点;4. 定时器总数：256个；5. 计数器总数：256个；6. 变速计数器（32位）：6个（每个30KHZ）；7. 变速脉冲输出：2个（20KHZ）；8. 程序容量：4096字；9. 用户数据存储器：2560字；10. 定时中断：2个（1ms分辨率）；11. 布尔指令执行速度：0.37µs（每条指令）；12. 通讯接口类型：RS485。2.2 S7200PLC编程软件简介S7200PLC编程软件为Step7Micro/Win32，指令丰富，功能强大，Windows界面友好，易于掌握，为用户开发、编程和监控应用控制程序提供了良好的

10、编程环境。2.3 程序设计操作步骤1.项目生成与存取在File中选New，生成一个新项目，在File中选Save存取。2. 编写符号表单击符号表（Symbol Table），将定义的变量名写入Symbol中，定义的地址写入Address中，便于记忆。3. 编写用户程序（1）在View中选择编程语言STL或Ladder或FBD，step7有三种编程语言供用户使用。（2）在右侧出现中间变量写入表和程序编辑窗口，进行程序设计。（3）在中间的Instruction中有全部指令，供用户程序设计时使用。4. 编译程序选择PLC菜单中的“编译”或“全部编译”按钮，可编译程序，并在输出窗口中看是否有语法错误，

11、错误原因及在程序中的位置。双击某一条错误，程序编辑器中的光标会移到错误所在位置，进行修改。编译成功后，才能下载应用控制程序到PLC中。5. 程序的下载（1）计算机与可编程控制器先建立通讯单击Communications图标，双击Double-Click to Refresh，通讯成功后按OK。（2）下载应用控制程序之前，可编程控制器必须处于Stop状态。选择File中的Download或者工具条中的“下载”按钮，下载成功后，按“确认”即可。6.程序运行与调试（1）选择PLC中的Run或工具条中的“运行”按钮，应用控制程序运行；（2）用状态表来监视用户程序，单击Status Chart图标或Vi

12、ewComponentStatus Chart来访问状态图。状态图允许在控制程序运行的过程中对过程变量的值进行监视和修改，也可以跟踪程序的输入、输出或者显示的当前值。2.4 被控对象模块简介2.4.1 PLC可编程控制器模块简介 PLC可编程控制器模块由“S7200可编程控制器、电源开关、24点数字量输入引出接线端子（绿色）、16点数字量输出引出接线端子（红色）、交流220V供电电源”等组。 2.4.2 实验模块简介 本装置配置了“交通信号灯控制、彩灯循环控制、瓶装流水线控制、轧钢机生产线控制、智能抢答器控制、多种液体混合控制”等模拟被控对象模块，每种模块模拟一种典型的实际应用现场，由PLC进

13、行控制。本装置实际模块选件为“自动旋转检测、步进电动机控制、三相异步电动机控制、小车直线定位控制、电梯模型、变频控制系统、电动火车模型”等，用PLC进行实际应用控制。实验模块的输入信号由“按钮、行程、开关、检测传感器”等组成，接线端子为绿色。输出信号由“指示灯，继电器、电磁阀、电机、接触器”等组成，接线端子为红色。本装置采用了模拟对象与实际对象相结合的控制方案，为提高学生的逻辑思维能力，丰富的想象能力，自动控制系统设计能力，分析问题与解决问题的能力，提供了一条理想的途径。2.5 实验装置供电电源 实验装置的供电电源由断路器、接触器、指示灯、启动、停止按钮、直流开关电源等组成，分别输出380VA

14、C、220VAC、24VDC电压供实验使用3 PLC设计任务及要求3.1 设计目标通过本次设计使学生掌握PLC控制系统的构成及设计方法；掌握PLC控制程序设计、调试的方法；培养学生综合设计能力、创新能力、分析问题与解决问题的能力。3.2 对电气控制实行PLC改造及电气控制设计任务1、某系统需3台异步电动机MA1,MA2,MA3拖动工作，现若采用1台变频器实现软启动，使3台异步电动机MA1,MA2,MA3均可工作在变频，工频（全压）状态，试设计其主电路，要求有必要的电气保护。2、如果上述系统具体要求如下：（1）电动机MA1、MA2、MA3均可单独启动和停止；（2）当一台电动机为变频工作时，另两台

15、电机MA2、MA3必须为工频工作或停止状态；（3）任何电机过载时，三台电机均停止工作。3.2.1 I/O地址分配输入：SF1 I0.0 SF2 I0.1 SF3 I0.2 SF4 I0.3 SF5 I0.4 SF6 I0.5 SF7 I0.6 SF8 I0.7 SF9 I0.8输出：QA4 Q0.0 QA5 Q0.1 QA6 Q0.2 QA7 Q0.3 QA8 Q0.4 QA9 Q0.53.2.2 外部设备接线图如图3.1：图3.1 外部设备接线图如果实用时还必须考虑许多其他因素，这些因素主要包括：（1）直流电源的容量；（2）电源方面的抗干扰措施；（3）输出方面的保护措施；（4）系统保护措施。

16、3.2.3 梯形图如图3.2：图3.2 梯形图3.2.4 指令表如图3.3所示：图3.3 指令表3.3 小车直线自动往返控制按下第一站按钮SB1，小车启动并右行，所经各站的指示灯亮，右行指示灯亮；到达位置传感器位置SY4时，小车自动左行，所经各站的指示灯亮，左行指示灯亮；小车自动往返循环运行按下第四站按钮SB4，小车启动并左行，所经各站的指示灯亮，左行指示灯亮；到达位置传感器位置SY1时，小车自动右行，所经各站的指示灯亮，右行指示灯亮；小车自动往返循环运行。小车右行过程中，按下按钮SB4，小车自动左行；小车左行过程中，按下按钮SB1，小车自动右行；按下第二站按钮SB2，小车急停（故障应急用）

17、小车直线定位控制模型图如图3.4：图3.4 小车直线定位控制模型图3.3.2主电路设计首先设计出小车电机正反转的电路图，对于直流电机来说只要把电机的正负俩极互换即可达到电机反转的目的，如图3.5所示电机的接线方法，其中KA1、KA2为电机正反启向动线圈。当KA1接通时，电机正向启动；当KA2接通时，电机反向接通。从而可以控制小车的左、右运动。图3.5主电路3.3.3 输入和输出端子的分配接线图如图3.6：图3.6 输入和输出端子的分配接线图3.3.4 I/O地址分配如表1：输 入 信 号输 出 信 号信号元件及作用PLC输入口地址信号元件及作用PLC输出口地址第一站按钮SB1I0.0第一站定位

18、指示灯L1Q0.0第二站按钮SB2I0.1第二站定位指示灯L2Q0.1第三站按钮SB3I0.2第三站定位指示灯L3Q0.2第四站按钮SB4I0.3第四站定位指示灯L4Q0.3电磁传感器SY1I0.4左行指示灯L5Q0.4电磁传感器SY2I0.5右行指示灯L6Q0.5电磁传感器SY3I0.6电机右行继电器KF1Q0.6电磁传感器SY4I0.7电机左行继电器KF2Q0.7接0V DC1M接24V DC1L、2L3.3.5 梯形图如图3.7所示：图3.7 梯形图3.3.6 指令表如图3.8所示：图3.8 指令表3.4 小车定位控制按下按钮SB1，小车在SB2和SB3之间自动往返运动，用计数器记录往返

19、次数，往返5次后自动停在SB1处；按下按钮，手动停在SB2和SB3之间的任何位置。3.4.1 梯形图如图3.9所示：图3.9 梯形图3.4.2 指令表如图3.10：图3.10 指令表3.4.3 系统调试及问题分析（1）实验中，先把事先设计好的控制程序输入编程计算机，编译无错误后(只说明编程语法无错误)下载到PLC的CPU中。（2）PLC控制器控制小车直线系统运行，如果控制功能不满足要求，再进行控制程序调试(可在监控状态下)，反复修改控制程序直到满足控制功能为止。（3）在调试中所遇到的问题，要运用所学的理论知识或实践经验独立解决，逐步提高分析问题及解决问题的能力。3.4.4 应用此小车直线定位控制系统可用于小车在车间工作台间自动往返装料卸料。卸料小车主要用于散状物料处理、矿山系统、堆场系统、矿石处理、装载系统，输送系统以及港口设备系统中将物料卸在不同的料棚或仓位之中。卸料小车的作用就是在输料系统中将上料皮带机上的料卸在指定的仓位或料棚里。为达到一台卸料小车能给不同的料仓或料棚卸料，卸料小车能沿着上料皮带