《PLC在三相异步电动机的应用7800字》

PLC在三相异步电动机正反转控制电路中的应用目录TOC\o"1-3"\h\u21273引言 1299561三相异步电动机简介 27661.1三相异步电动机的结构基础 2287541.1.1三相异步电机定子 3192631.1.2三相异步电机转子 3224451.2三相异步电动机的工作原理 322901.3三相异步电动机如何实现正反转 499582PLC基础的知识 5223822.1PLC简介 519482.2继电器与PLC控制的区别 7202093接触器控制三相异步电动机正反转 7229823.1三相异步电机正反转的接触器控制 775533.1.1接触器控制三相异步电动机正反转工作原理 7208803.1.2接触器控制三相异步电动机正反转工作过程 8296473.2接触器控制三相异步电动机正反转的不足 9238704三相异步电动机的PLC控制 9199984.1三相异步电动机的正反转PLC控制 9232714.2PLC控制电动机正反转互锁设计 1085754.2.1PLC控制电动机正反转电路的主接线图 1095454.2.2PLC控制三相异步电动机正反转的梯形图 11306964.2.3PLC控制电动机正反转电路分析 13307274.2.4PLC的I/O分配 1466284.2.5系统流程图 15284314.3三相异步电机使用PLC控制优点 166902结束语 1616892参考文献 18引言随着工业技术的发展，自动控制装置具有越来越深入各种应用领域。由于环保和清洁的优势，电力在社会的应用领域非常广泛，也导致人们对电机的需求也不断加大。因此，一旦电机装置出现问题、损坏所影响人们的生活问题甚至导致工厂停工所造成的经济损失非常巨大。需要在电机出现问题时采取相应的措施，减少经济损失，提高经济效益，所以对电机现场的一些参数进行监控是非常必要的。然而由于三相异步电机是一种将电脉冲转化为角位移或直线位移的执行机构，脉冲信号被接收到，它就依照异步电机提前制定好的方向朝一个方位去转动，角位移量能依据接收到的脉冲数量来计算，此时定位的功能就实现了。一般来说，电机转速和加速度的控制也可以通过脉冲的接收频率来计算，此时调速的功能也能实现了。随着经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，异步电机的应用领域更加广阔，但对于异步电机的精度和控制方面的也有了更进一步的需求。原始的数据采集系统虽然稳定但应用的范围比较窄，对于各种各样需求，本设计就采用当前流行的PLC来对电机进行控制，从而使异步电机系统更加，具有更强的可靠性和运动性能等。因为需要靠脉冲来实现电机的定位和控制，所以异步电机又被称为脉冲电动机或者是阶跃电动机，电动机主要由定子和转子组成，其中含有大量线圈，通过向线圈施加电脉冲信号，产生矢量磁场，进而带动转子进行旋转，每施加一个脉冲信号转子就会旋转一定的角度，当高频率的施加电脉冲信号时，转子就会连续不断的旋转，最终使异步电机旋转。传统的异步电机控制系统引线多，所耗的空间大，并且内部接线纷乱，造价高，和目前的异步电机来比，其更容易受到干扰。目前应用的异步电机和传统的驱动相比有许多优点，不会出现积累误差，因此广泛应用于精确的定位系统。除此之外，不需要A/D转换也能直接处理数字信号，控制系统比较方便;异步电机不需要进行数字信号和模拟信号之问的转变，这使得异步电机在反向和变速上其反应速度也更快更精确，响应效果较好;异步电机的整体结构比较简单，性价比极高。异步电机可根据不同的情况进行划分，按种类划分可分为机械式异步电机，电磁式异步电机，组合式异步电机。按结构特点划分可分为反应式异步电机，永磁式异步电机，以及混合式异步电机。以PLC为控制核心的异步电机控制系统通常可用于获得更好的性能控制结果。然而，现有一些控制系统仍然相对复杂，并且现实中实现控制效果操作相对复杂。此外，存在操作不方便的问题，导致人与设备之间的交互性不强，还需要不断加以改进。所以当下对基于PLC的异步电机控制系统进行研究和改进非常必要。本文主要对基于PLC的三相异步电机正反转控制进行研究。通过按键开关进行异步电机的正反转控制，可以按要求进行调速，范围较广，控制方式比较简单，异步电机运行较为平稳，能较好的消除振荡与失步现象。所以本文的研究对今后的异步电机具有一定的研究意义。1三相异步电动机简介三相异步电动机的结构基础它的结构类似于单相电动机。不同的是，三相电机的定子由三组完全对称的绕组组成，绕组嵌入在定子铁芯槽中，在空间分布上错开120度。三个绕组可以以Y形或△形形式连接。如果三相对称电流（即三相电流为120°），在不同的定子绕组中，定子与转子之间的气隙中产生旋转磁场，通过电磁感应导致转子产生电磁转矩。三相线绕型异步电机结构简单，性能优异，扭矩、效率和功率因数都高于单级异步电机，使空调功能更加强大，如机舱空调压缩机，多为三相线绕型异步电机。图1.1三相线绕型异步电机的结构组成三相异步电机定子三相异步电动机的定子由芯、绕组和机架组成.芯由0.35-0.5毫米厚的硅钢制成，表面涂有绝缘漆，这是磁路的一部分。芯的内表面由多个平行槽组成，用于缠绕定子。定子绕组是电机的电磁电路，所以它的主要作用是产生旋转磁场，可分为分布式和集中式。机架的作用是固定和保持定子芯，它的外观需要良好的散热性能，因此通常铸造采用散热片设计。三相异步电机转子转子杆、绕组和转子轴构成转子的基本结构，而铁芯则安装在硅钢板制成的转子轴上。三相异步电动机的转子绕组用铜插入转子槽中，然后将整个铜条插入两个铜端环中，产生的电流和电磁转矩。转子轴用于保持转子的转矩，并确保定子和转子之间的空气间隙均匀。三相异步电动机的工作原理在交流电动机定子铁心内，根据实际情况设置三个绕组。交流异步电动机转子总体上具有不同的结构电路、绕组和笼型转子。前者由分布在内芯上的三相绕组组成，并与外接相连，后者与电源没有紧密联系，第二内绕组具有自闭合功能，使表面更加简单方便。在建立旋转磁场的基础上，促进三相异步电动机的运行，这种电动机定子的绕组主要是由旋转磁场的出现引起的。在正弦振荡和120度差时，三相电流在进入定子绕组时形成磁场，正弦分布在空气间隙周围，而电角的速度等于定子的电流频率.特别是当旋转磁场出现时，转子可以切割旋转磁场的磁线，这伴随着感应电流，转子导带电流与上述磁场相互作用，导致电磁力的产生，在旋转磁场的方向上控制转子。这里应该指出，影响转矩的决定性因素是这种电流的相应分量。站在异步电动机的交流电上分析定子绕组的相位角变化和输入电压幅度可引起立竿见影的反应电机。但在类似负载下扭矩的变化会引起不稳定的反应，影响电机的转动力矩，并导致不平衡，当电动机转速发生变化时，将得到一个全新的稳定转速值。在常规条件下，异步电机必须在异步期间运行，以完成动力变化，并准备转矩。电动机的实际转速小于磁场的转速，此时转子导条和磁场不会出现相对运动，因此不会出现划分磁力线，也无法得到电磁转矩，所以转速肯定会少于其他速度。三相异步电动机如何实现正反转图1.1是三相线绕型异步电机的示意图。该电机的定子具有八个主磁极，这些磁极配有两组控制线圈A和B，它们以90°的电角度相互补偿。均匀分布的转子由环形永磁体和两端的四个帽形铁芯组成。这些铁芯也有小的，均匀分布的齿，但是两者的安装位置的特点是从轴向角度看它们是一半堆叠的。根据图1.2中两个绕组A和B的矢量图，可以获得微型空间电机的不同工作模式。下面就以两相八拍步进电动机为例说明这一运行原理。如果A（+）和A（-）分别代表A相+5V的电源和-5V电源，则B（+）和B（-）代表B相的电源。分别加上+5V和-5V电源。当按图3所示顺序将A相和B相连接到5V正负电源时，异步电机的定子部分将激活一对在两个磁极和相邻磁极之间旋转的杆和转子。永磁体彼此对应，从而通过一对牵拉转子来打开转子。以这种方式，通过改变动力序列，可以改变空间电动机的步数，操作方向和速度。假设从功率到步进电动机的旋转的链条顺时针旋转，则典型的两相八拍步进电动机正转的通电状态的变化规律是：A(+)→A(+)B(－)→B(－)→B(－)A(－)→A(－)→A(－)B(+)→B(+)→A(+)B(+)→A(+)图1.2三相线绕型异步电机结构简图图1.3绕组通电矢量图图1.4两相八拍通电规律步进电动机两相四拍正转和反转的通电状态的变化规律：正转：A(+)→B(－)→A(－)→B(+)→A(+)；反转：A(+)→B(+)→A(－)→B(－)→A(+)。2PLC基础的知识2.1PLC简介一般来说，PLC的整体结构主要分为三个部分，输入、输出以及控制部分，其中控制部分主要包括CPU、存储器以及电源。具体的内部结构如图2.1所示。图2.1PLC内部结构（1）中央处理器CPU中央处理器相当于人的大脑，CPU能够接收输入单元的信号，并对其进行计算和处理，以实现输入和输出的协调协调。在PLC系统的运行过程中，适当的计算和逻辑运算可以在很大程度上增加运算效率。（2）存储器控制器和CPU一样，也是整个系统的必要组成部分之一。一般来说存储器的存储空间主要分为RAM和ROM，两者分别对应程序随机运行所占用的空间以及数据存储的空间。（3）输入输出单元输入输出单元根基不同的使用场景存在一定的区别，具体的沟通的方式和三极管很相似，源极和漏极输入如图2.2所示。图2.2PLC漏形输入和源形输入接线（4）电源部分电源是PLC系统的启动部分，一般来说电源通过直流电源的高低电平对整个系统的开关进行开闭的控制，此外需要注意的是PLC的稳定运行需要保证稳定的直流电流。2.2继电器与PLC控制的区别继电器控制系统由继电器、接触器和热电偶等电气元件组成，其主要作用是实施起动，电动机停车、制动、反转和调速；实施同一电气设备的远程控制、集中控制和多点远程控制；实现电动机和电气设备的自动保护。继电器控制系统简单，易于维护，易于调整，人员也易于掌握，同时系统更加灵活，同时该系统灵活性较大，对不同类型、不同容量的电动机都有适合的继电器控制系统。而PLC控制器直接代替自然继电接触器控制系统，大大降低了系统控制的能力和成本。PLC控制器采集输入设备信号，通过控制器PLC程序进行逻辑处理，输出到输出设备，然后控制启动，电动机停止和其他动作。PLC控制系统大大提高了控制系统的灵活性，在需要改变电机控制模式时，只需修改PLC控制器程序。继电器控制系统的电动机启动方式较为传统，在PLC控制器尚未在更大范围内使用时，属于较为传统的系统，对比继电器控制，PLC控制取代了物理连接以实现逻辑控制的继电器接触器，并且PLC程序易于修改。3接触器控制三相异步电动机正反转3.1三相异步电机正反转的接触器控制3.1.1接触器控制三相异步电动机正反转工作原理接触器控制系统框图如图3.1所示，继电器-接触器控制系统以继电器与接触器实物，用导线进行连接。图3.1接触器控制系统框图图3.2三相异步电机直接启动控制线路实现电动机起动、停堆等控制.输入装置发送信号，经继电接触器控制系统处理后，控制输出装置，对电机进行控制。输入装置最常是按钮、开关和旋钮，输出装置最常是继电器和电磁阀。图3.2是三相异步电机直接启动控制线路，其中继电器接触器作为控制系统，起动电机：（1）连接QS隔离开关，接通电源；（2）按下SB1启动按钮，KM触点闭合，KM接触器通电，M电机启动；（3）KM接触器断电，并指示灯为H1。3.1.2接触器控制三相异步电动机正反转工作过程正转控制：按SB2正旋转按钮→接触器KM1线圈电气化→KM1主触点闭合，KM1接触器闭合→电动机自述.同时，KM1锁定触点与KM2断开连接.反转控制：按SB3反转按钮→接触器KM2线圈电气化→KM2主触点闭合、KM2接触器闭合→电动机自述。同时，KM2阻断了接触，阻断了KM1。停止控制：按SB1停止按钮，断开KM2线圈，断开KM2主触点，断开KM2触点，停止电机反转。KM1闭合，以准备正面转向。图3.3接触器控制正反转线路由以上工作原理分析知道，要改变电动机的转向时，必须先按下停止按钮，解除联锁后，再按下反转按钮，才能使电动机反转。3.2接触器控制三相异步电动机正反转的不足接触器控制系统简单，易于维护，易于调整，人员也易于掌握，同时系统更加灵活，对于不同类型和电动机容量，合适的继电器-接触器控制系统.然而，目前使用的接触器不足以控制，例如，由于相位不足或过载，电动机的工作，接触器不能切断电磁线圈，电机会燃烧更长时间。这不仅是因为维修费用，而且重新安装电动机需要很长时间才能影响正常生产。4三相异步电动机的PLC控制4.1三相异步电动机的正反转PLC控制常用的PLC控制器有西门子200系列、西门子300系列、富士康400系列、CX8050倍等控制器。以西门子可编程控制器CPU226为例，电机的启动按钮和停止按钮分别与PLC控制器的数字输入端连接。在从可编程逻辑控制器接收“启动”按钮信号后，可编程逻辑控制器判断电动机是否启动。（1）启动按钮是否按下？（2）是否有急停信号？（3）电动机是否有故障？在满足起动条件时，电动机起动。当按下“停止”按钮时，信号输入可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器接收电机停止控制信号。当电机处于工作状态时，会出现过流、过载、过热、断相、断相、两相粘连等故障，可编程逻辑控制器将停止电机控制。图4.1PLC控制系统框图4.2PLC控制电动机正反转互锁设计4.2.1PLC控制电动机正反转电路的主接线图由若干数量继电器组成的传统的继电器控制线路，它们为生产过程中的自动控制提供支持。有的控制系统可能由成百上千个、种类又不相同的继电器构成，这就导致一旦某个继电器的损坏，甚至某个继电器的触点接触不良，就会导致整个系统无法正常工作，达不到原来的控制效果。出现故障后，要进行检查和排除故障又非常困难。而连接如此多的继电器所需的导线是成千上万的，这些继电器的安装又需要众多的继电器控制柜，其在工作的过程中能够产生较大的噪声，而且不便于安装，需要较大的空间。假如需要工作的条件发生改变之后，必须增加相应的控制柜，从而增加工作量，有时需要进行控制系统的重置，这样不能体现经济性的要求。而采用PLC控制不仅安全可靠、维护方便，随着生产要求、生产工艺、生产环境等发生改变，也能通过扩展接口和修改程序来满足新的控制要求。系统的PLC控制线路图如下图4.2所示。图4.2系统的PLC控制线路图图4.3系统梯形图4.2.2PLC控制三相异步电动机正反转的梯形图根据控制要求设计了PLC控制系统梯形图见图4.4。图4.4步进电动机的PLC控制系统梯形图（1）移位寄存器SFT10→10的1000～1005产生六个的时序脉冲，IN端子的信号连续移至1000〜1005，在CP端的1106的作用下，每档移位脉冲信号为1拍，6拍为1周期，脉冲频率移位中产生的时钟由变化的脉冲信号的频率确定。（2）辅助继电器由1200、1201、1202组成。1200、1201、1202的三相六拍环形分配器通电次序见图4.5。图4.5通电顺序（3）异步电动机的正反转控制分别通过0500、0501、0502完成。①当正反转按钮SB5常开时，起始点0005截止，随后异步电机的通电次序为：0500（A相）→0500、0501（A、B相）→0501（B相）→0501、0502（B、C相）→0502（C相）→0502、0500（C、A相）→0500（A），此时异步电机正转。②按SB5时，输入点0005接通，则通电次序是B→B、A→A→A、C→C→C、B→B，此时电机反转。当按铵SB1启动按钮时，将连接0001入口点，并且空间电动机可以产生三相六拍通电。（4）脉冲控制器由1105、1106和1107组成。缓冲电机的脉冲频率控制可分为三种控制模式：①快速模式是一种振荡器，其中包括辅助继电器1105及其线圈的常闭触点。振荡器产生的快速振荡脉冲周期是程序扫描周期；②时钟脉冲011是由特殊继电器1900以慢速状态产生的；③单步方式使用主要优势差分指令（DIFU）从辅助继电器生成单步脉冲，其脉冲频率由SB6控制；1107脉冲控制器以移位寄存器信号的形式生成不同频率的脉冲。4.2.3PLC控制电动机正反转电路分析（1）正转启动正转启动，SB2闭合，正转接触器KM1通电，KM1的常开触点闭合，线圈KM1的自动闭合。同时，初级电路的初级触点KM1将闭合，电动机正向旋转的启动电路形成一个环，电动机将能够正向旋转，KM2、KM3的控制回路断开。正转启动示意图如下图4.6。图4.6正转启动示意图（2）反转启动反向触点KM2的绕组后接电源，常开触点KM2打开。保持KM2线圈始终通电是自动闭合的。按钮SB3闭合时，反向启动，同时，初级电路的初级触点KM2将闭合，电动机正向旋转的启动电路形成一个环，电动机将能够正向旋转，KM1、KM3的控制回路断开。反转启动示意图如下图4.7。图4.7反转启动示意图（3）停机制动停止按钮SB1闭合，制动接触器KM3闭合通电，KM3的常开触头闭合，保持KM3线圈始终通电是自动闭合的。同时，初级电路的初级触点KM3将闭合，电动机正向旋转的启动电路形成一个环，电动机将能够正向旋转，KM1、KM2的控制回路断开。图4.8停机示意图当达到预定的数值时，时间继电器内部的延迟触点将处于断开状态，而常开辅助触点将处于不会工作。当KM3线圈处于失电状态时，其主触点无电流通过，辅助常开触点能够实现常开，从而电动机完成制动，停机过程示意图如下图3.7所示。可编程控制器可用于轻松控制电动机的速度和位置，以方便各种步进电动机的操作并完成各种复杂的任务。4.2.4PLC的I/O分配为了编制、阅读程序方便，这里给出输入/输出接线端子的分配表4.1和各元件的分配表4.2。表4.1输入/输出接线端子分配表分类元器件输入/输出标号作用输入按钮SB1X000开始按钮SB2X001停止输出A相绕组Y001A相接正5V电源Y000A相接负5V电源B相绕组Y002B相接负5V电源Y003B相接正5V电源表4.2各种元件分配表各种软器件标号作用特殊状态寄存器M8002上电运行软时间继电器T0确定异步电动机转速T1状态寄存器D0转速参数存储状态寄存器S20第1拍异步运行S21第2拍异步运行S22第3拍异步运行S23第4拍异步运行S24第5拍异步运行S25第6拍异步运行S26第7拍异步运行S27第8拍异步运行S0初始化由输入/输出接线端子分配表，完成PLC的外部接线图。4.2.5系统流程图三相异步电机需要通过不停地转动来实现作业，在惯性的作用下，其动能较强，即便是在切断电源的情况下，电机也需要经过一段时间缓冲才能停下。通过PLC来对其进行制动控制，在相反运行的两个单项电路质之间进行互锁设置，从而达到理想的控制效果。系统流程图如下图4.10所示。图4.10系统流程图4.3三相异步电机使用PLC控制优点PLC主要由节点、I/O接口、扩展程序员接口、网络、外部设备接口等组成，执行任务按顺序扫描，连续循环。