基于PLC的三相异步电动机组控制系统设计毕业设计说明书

毕业设计说明书题目：基于PLC的三相异步电动机组控制系统设计产品设计工艺设计方案设计√类型：学生姓名：__________________________学号：____________________学院：电子信息工程学院_________________专业：电气自动化___________________班级：_____________________学校指导教师：__________________企业指导教师：_____________________________2016年4月5日摘要在本论文中设计了基于PLC的三相异步电动机组控制系统，包括三相异步电动机的正反转，星三角降压启动，串电阻降压启动，速度继电器控制电动机制动，计时控制。近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，大型功率电动机在工厂生产中都有极其广泛的应用。由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。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，非常实用。本文研究的这个系统的控制是采用西门子PLC的编程语言梯形图,梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，根据以上要求，进行系统总体方案设计。首先硬件设备的选型，建立I/O表，通过CAD绘制硬件接线图及继电器控制原理图，编写PLC梯形图程序。经过修改完善了整个基于PLC控制异步电动机组的控制系统设计。关键词：三相异步电动机、梯形图、制动、正反转。目录1.绪论 绪论随着社会市场经济的不断繁荣和发展，大中小城市都在进行亮化工程。各企业为宣传自己企业的形象和产品，均采用广告手法：霓虹灯广告屏来实现这一目的，本文是介绍如何利用PLC编程来实现这一目的。电动机的运转不能单纯的靠人工控制，那样会给人带来繁琐的工作，而用电气控制的话，中间使用的继电器会有偏差，而电动机的运转是要求精准的，这样看来用电器控制不太可能了，当然可编程控制器（PLC）的出现就很方便地解决了这一问题，它具有它独特的优点来控制电动机的运转。可编程控制器PLC可编程序控制器：英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，是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.作为自动控制装置的核心,它具有功能强,可靠性高等诸多优点,PLC实验装置采用的是模块化结构，主要模块有可编程序控制器、编程器模块，按钮、开关输入模块和继电器输出模块。2.0三相异步电动机的基本结构三相异步电动机由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。下图为电动机的结构示意图。图2.0三相异步电动机结构图定子主要由定子铁心、定子绕组、机座三部分构成。机座的主要作用是用来支撑电机各部位，因此应该有足够的机械强度和刚度，通常用铸铁制成。为减少涡流和磁滞损耗，定子铁心用0.5mm厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成，铁心内圆周上有许多均匀分布的槽，槽内嵌放定子绕组。如下图所示。图2.0异步电动机定子图转子由转子铁心，转子绕组，转轴和风扇等组成。转子铁心也用0.5mm厚硅钢片冲成转子叠成圆柱形，压在转轴上。其外围表面冲有凹槽，用安放转子绕组。按转子绕组形式不同，可分为绕线式和鼠笼式两种。2.1三相异步电动机的工作原理下图为三相异步电动机工作原理示意图。图中用一对磁极来进行分析。当向三相定子绕组中通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左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。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的敢生电流。转子的载流导体在定子的磁场中受到电磁力的作用。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。图2.1三相异步电机工作原理图3关于PLC的定义PLC中文全称是可编程控制器。可编程控制器定义：专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有寄存器，可编程程序的控制器，它能够存储和执行命令，进行逻辑运算，顺速控制，定时，计数和算术等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。3.1PLC与继电器的区别控制方式：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电的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。控制速速：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，速度低，微秒级，严格同步，无抖动。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用半导体集成电路做定时器，时间脉冲由晶体管震荡器产生，精度高，调整时间方便，不搜环境影响。3.2PLC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/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。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)。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/O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/O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/O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/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O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/O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/O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。4电路设计4.1主电路设计图4.1主电路设计图4.2继电器控制电路设计图4.2继电器控制系统原理图4.3PLC地址分配设计设备名称信号地址编号设备名称信号地址编号启动按钮I0.1SB1M1三角形连接Q0.3KM3停止按钮I0.0SB2M2电机正转Q0.4KM7M1电机正转Q0.0KM1M2电机降压启动Q0.5KM5M1电机反转Q0.1KM4M2电机反接制动Q0.6KM6M1星形连接Q0.2KM2图5.3PLC地址分配图4.4PLC控制原理图图5.4PLC控制原理图4.5PLC程序设计图4.5PLC程序设计梯形图5电路分析5.1主电路分析从三相电源接入经过空气开关QS，接入熔断器FU，一端直接与KM1常开连接，KM2通过换相并在KM1两端，即KM1为电动机M1的正转，KM2为电动机M1反转。KM1另一端与热继电器FR连接。KM3为电动机M1三角形连接，KM4为电动机M1星形连接。FU接入电阻，KM5并在电阻两端，为电动机M2的串电阻降压启动，电阻另一端接KM7，KM6通过换相并在KM7两端，KM7为电动机M2的正转，KM7为电动机M2的反接制动。5.2继电器控制电路分析按下启动按钮SB2，KM1得电自锁，KM1常开变常闭使得KM2的电并自锁，电动机M1以星行连接开始运转。KT1、KT2开始计时，当KT1时间达到，KT1常开变常闭，常闭变常开，使得KM2失电，KM3得电并自锁，电动机KM1开始以三角形接法开始运转。当KT2时间达到，KT2常开变常闭，常闭变常开，KM7得电自锁，KM1失电电动机M1停止运转，电动机M2开始运转。KT3、KT4开始计时，当KT4时间达到KM5得电实现串电阻降压启动。当KT3时间达到时，KT3常开变常闭，KM6得电，电动机KM2反接制动启动，KT7开始计时，当M2速度低于速度继电器规定速度时，速度继电器常开变常闭，常闭变常开，KM6失电。KT7使得KM4得电，因KT4得电，KM2因此得电电动机M1反转启动，且KT4、KT5开始计时，当KT5时间达到后，断开KM2，KM3的电实现电动机M1的星三角启动。当KT4时间到达，KM4失电M1电动机反转停止，KM1得电控制系统往复循环。5.2PLC程序分析程序是一个能自动循环的系统，由八个网络组成。I0.0为常开对应启动按钮，I0.1为停止按钮，控制M0.0的通断。当M0.0得电后使得Q0.0、Q0.2得电，同时T37、T38开始计时。当T37计时3秒后Q0.2失去电，Q0.3得电，当T38计数20秒后电动机M1停止运转，因T38而得电的Q0.4使得T39、T40得电、当T39计时3秒后Q0.5得电实现串电阻降压启动，当T40计时30秒Q0.6得电后M2点机开始进行反接制动，T41计时。T41时间到后，使得Q0.1得电，M1电机开始反转，T42、T43开始计时。当当T42得电后使得Q0.2失电Q0.3得电。当T43计时完成后Q0.1失电MI电机反转停止，同时Q0.0得电，M1电机正转运行开始循环。6结论经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白,学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释