基于PLC實現(xiàn)的電氣控制畢業(yè)設計

1、目 錄1 電氣控制設計11.1 電氣控制設計任務11.2 電氣控制系統(tǒng)原理圖11.2.1 主電路圖11.2.7 控制電路圖如圖22 PLCSK可編程控制系統(tǒng)實踐裝置簡介42.1 S7200 PLC主機簡介42.2 S7200PLC編程軟件簡介42.3 程序設計操作步驟42.4 被控對象模塊簡介52.4.1 PLC可編程控制器模塊簡介52.4.2 實驗模塊簡介52.5 實驗裝置供電電源53 PLC設計任務及要求63.1 設計目標63.2 對電氣控制實行PLC改造及電氣控制設計任務63.2.1 I/O地址分配63.2.2 外部設備接線圖如圖3.1：73.2.3 梯形圖如圖3.2：83.2.4 指令

2、表如圖3.3所示：93.3 小車直線自動往返控制92.3.1 小車直線定位控制模型圖如圖3.4：103.3.2主電路設計103.3.3 輸入和輸出端子的分配接線圖如圖3.6：113.3.4 I/O地址分配如表1：113.3.5 梯形圖如圖3.7所示：123.3.6 指令表如圖3.8所示：133.4 小車定位控制133.4.1 梯形圖如圖3.9所示：143.4.2 指令表如圖3.10：153.4.3 系統(tǒng)調(diào)試及問題分析153.4.4 應用154 設計體會171 電氣控制設計1.1 電氣控制設計任務1、某系統(tǒng)需3臺異步電動機MA1,MA2,MA3拖動工作，現(xiàn)若采用1臺變頻器實現(xiàn)軟啟動，使3臺異步電

3、動機MA1,MA2,MA3均可工作在變頻，工頻（全壓）狀態(tài)，試設計其主電路，要求有必要的電氣保護。2、如果上述系統(tǒng)具體要求如下：（1）電動機MA1、MA2、MA3均可單獨啟動和停止；（2）當一臺電動機為變頻工作時，另兩臺電機MA2、MA3必須為工頻工作或停止狀態(tài)；（3）任何電機過載時，三臺電機均停止工作。試設計其控制電路圖。1.2 電氣控制系統(tǒng)原理圖1.2.1 主電路圖如圖1.1所示為主電路圖.三臺電動機分別為MA1、MA2、MA3。接觸器QA1、QA4、QA5分別控制MA1、MA2、MA3的工頻運行；接觸器QA2、QA3、QA6分別控制MA1、MA2、MA3的變頻運行，BB1、BB2、BB3

4、分別為三臺水泵電動機過載保護用的熱繼電器；QA2、QA3、QA6分別為變頻器和三臺水泵電動機主電路的隔離開關(guān)；為主電源電路總開關(guān)，VVVF為簡單的一般變頻器。圖1.1 主電路圖1.熔斷器熔斷器是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉的保護電器。主要用作電路或用電設備的短路保護，有時對嚴重過載也可起到保護作用。熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護電路中，當電路正常工作時，熔體中通過的電流不會使其熔斷；當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，熔體中通過的電流很大，使其發(fā)熱，當溫度達到熔點時熔體瞬間熔斷，切斷電路，起到保護作用。2.熱繼電器利用熱繼電器可對連續(xù)運行的電動機實施過載及斷相保護，可防止因過熱而損壞電動機的絕緣材料。由

5、于熱繼電器中發(fā)熱元件有熱慣性，在電路中不能作瞬時保護，更不能作 短路保護，因此，它不同于過電流繼電器和熔斷器。熱繼電器中產(chǎn)生熱效應的發(fā)熱元件，應串聯(lián)在電動機繞組電路中，這樣，熱繼電器便能直接反映電動機的過載電流。其接觸點應串聯(lián)在控制電路中，一般有常開和常閉兩種，作過載保護用時常使用其常閉觸點串聯(lián)在控制電路中。3.按鈕按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡單，使用廣泛的手動主令電器，在低壓控制電路中，用來發(fā)出手動指令遠距離控制其他電器，再由其他電器去控制主電路或轉(zhuǎn)移各種信號，也可以直接用來轉(zhuǎn)換信號電路和電器連鎖電路等。按鈕有常開和常閉兩種觸點。4.變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率

6、的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應的電路。5.變頻器的分類變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、

7、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。1.2.7 控制電路圖如圖如圖1.2所示，F(xiàn)A1、FA2、FA3為熔斷器主要是為了防止三臺電機中若有一臺電機發(fā)生了過載現(xiàn)象時電路會自動斷開，防止電機燒毀。SF1、SF2、SF3為三臺電電機共頻和變頻的總開關(guān)。按鈕SF4為電機1變頻開關(guān)，SF5為電機1工頻開關(guān)。按鈕SF5為電機2變頻開關(guān)，SF6為電機2工頻開關(guān)。按鈕SF7為電機3變頻開關(guān)，SF8為電機3工頻開關(guān)。當變頻開關(guān)SF4閉合時電機1處于變頻狀態(tài)，其他的2臺電機則不可能處于變頻狀態(tài)，并且電機1不會處于工頻狀態(tài)有接觸器處于互鎖狀態(tài)。其他的電機工作狀態(tài)也是如此。圖1.2 控制電路圖2 PLCSK可編程控制

8、系統(tǒng)實踐裝置簡介PLCSK可編程控制系統(tǒng)實踐裝置是根據(jù)“PLC可編程控制器原理及其應用”的教學需要、根據(jù)現(xiàn)代企業(yè)自動控制系統(tǒng)的需要、根據(jù)高校學生實踐能力培養(yǎng)的需要，由北方工業(yè)大學研制開發(fā)的新型實驗裝置。該裝置由“S7200PLC可編程控制器，Step7Micro/Win32編程軟件，PC/PPI通訊模塊，模擬應用控制模塊，實驗應用控制模塊，電源模塊，多功能實驗桌”等組成。采用“PLC控制，自動控制，信息處理，通訊接口，人機對話，程序設計”等新技術(shù)，完成“實驗教學，課程設計，畢業(yè)設計，認識實習、生產(chǎn)實習”等實踐教學任務。2.1 S7200 PLC主機簡介1. 主機型選擇：S7200PLC， 供電

9、電源24VDC； 2. 數(shù)字量輸入點數(shù)：24點;3. 數(shù)字量輸出點數(shù)：16點;4. 定時器總數(shù)：256個；5. 計數(shù)器總數(shù)：256個；6. 變速計數(shù)器（32位）：6個（每個30KHZ）；7. 變速脈沖輸出：2個（20KHZ）；8. 程序容量：4096字；9. 用戶數(shù)據(jù)存儲器：2560字；10. 定時中斷：2個（1ms分辨率）；11. 布爾指令執(zhí)行速度：0.37s（每條指令）；12. 通訊接口類型：RS485。2.2 S7200PLC編程軟件簡介S7200PLC編程軟件為Step7Micro/Win32，指令豐富，功能強大，Windows界面友好，易于掌握，為用戶開發(fā)、編程和監(jiān)控應用控制程序提供

10、了良好的編程環(huán)境。2.3 程序設計操作步驟1.項目生成與存取在File中選New，生成一個新項目，在File中選Save存取。2. 編寫符號表單擊符號表（Symbol Table），將定義的變量名寫入Symbol中，定義的地址寫入Address中，便于記憶。3. 編寫用戶程序（1）在View中選擇編程語言STL或Ladder或FBD，step7有三種編程語言供用戶使用。（2）在右側(cè)出現(xiàn)中間變量寫入表和程序編輯窗口，進行程序設計。（3）在中間的Instruction中有全部指令，供用戶程序設計時使用。4. 編譯程序選擇PLC菜單中的“編譯”或“全部編譯”按鈕，可編譯程序，并在輸出窗口中看是否有語

11、法錯誤，錯誤原因及在程序中的位置。雙擊某一條錯誤，程序編輯器中的光標會移到錯誤所在位置，進行修改。編譯成功后，才能下載應用控制程序到PLC中。5. 程序的下載（1）計算機與可編程控制器先建立通訊單擊Communications圖標，雙擊Double-Click to Refresh，通訊成功后按OK。（2）下載應用控制程序之前，可編程控制器必須處于Stop狀態(tài)。選擇File中的Download或者工具條中的“下載”按鈕，下載成功后，按“確認”即可。6.程序運行與調(diào)試（1）選擇PLC中的Run或工具條中的“運行”按鈕，應用控制程序運行；（2）用狀態(tài)表來監(jiān)視用戶程序，單擊Status Chart圖

12、標或ViewComponentStatus Chart來訪問狀態(tài)圖。狀態(tài)圖允許在控制程序運行的過程中對過程變量的值進行監(jiān)視和修改，也可以跟蹤程序的輸入、輸出或者顯示的當前值。2.4 被控對象模塊簡介2.4.1 PLC可編程控制器模塊簡介 PLC可編程控制器模塊由“S7200可編程控制器、電源開關(guān)、24點數(shù)字量輸入引出接線端子（綠色）、16點數(shù)字量輸出引出接線端子（紅色）、交流220V供電電源”等組。 2.4.2 實驗模塊簡介 本裝置配置了“交通信號燈控制、彩燈循環(huán)控制、瓶裝流水線控制、軋鋼機生產(chǎn)線控制、智能搶答器控制、多種液體混合控制”等模擬被控對象模塊，每種模塊模擬一種典型的實際應用現(xiàn)場，由

13、PLC進行控制。本裝置實際模塊選件為“自動旋轉(zhuǎn)檢測、步進電動機控制、三相異步電動機控制、小車直線定位控制、電梯模型、變頻控制系統(tǒng)、電動火車模型”等，用PLC進行實際應用控制。實驗模塊的輸入信號由“按鈕、行程、開關(guān)、檢測傳感器”等組成，接線端子為綠色。輸出信號由“指示燈，繼電器、電磁閥、電機、接觸器”等組成，接線端子為紅色。本裝置采用了模擬對象與實際對象相結(jié)合的控制方案，為提高學生的邏輯思維能力，豐富的想象能力，自動控制系統(tǒng)設計能力，分析問題與解決問題的能力，提供了一條理想的途徑。2.5 實驗裝置供電電源 實驗裝置的供電電源由斷路器、接觸器、指示燈、啟動、停止按鈕、直流開關(guān)電源等組成，分別輸出3

14、80VAC、220VAC、24VDC電壓供實驗使用3 PLC設計任務及要求3.1 設計目標通過本次設計使學生掌握PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成及設計方法；掌握PLC控制程序設計、調(diào)試的方法；培養(yǎng)學生綜合設計能力、創(chuàng)新能力、分析問題與解決問題的能力。3.2 對電氣控制實行PLC改造及電氣控制設計任務1、某系統(tǒng)需3臺異步電動機MA1,MA2,MA3拖動工作，現(xiàn)若采用1臺變頻器實現(xiàn)軟啟動，使3臺異步電動機MA1,MA2,MA3均可工作在變頻，工頻（全壓）狀態(tài)，試設計其主電路，要求有必要的電氣保護。2、如果上述系統(tǒng)具體要求如下：（1）電動機MA1、MA2、MA3均可單獨啟動和停止；（2）當一臺電動機為變頻工作時

15、，另兩臺電機MA2、MA3必須為工頻工作或停止狀態(tài)；（3）任何電機過載時，三臺電機均停止工作。3.2.1 I/O地址分配輸入：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輸出：QA4 Q0.0 QA5 Q0.1 QA6 Q0.2 QA7 Q0.3 QA8 Q0.4 QA9 Q0.53.2.2 外部設備接線圖如圖3.1：圖3.1 外部設備接線圖如果實用時還必須考慮許多其他因素，這些因素主要包括：（1）直流電源的容量；（2）電源方面的抗干擾措施；（3）輸出方面的保護措施；（4）系統(tǒng)保

16、護措施。3.2.3 梯形圖如圖3.2：圖3.2 梯形圖3.2.4 指令表如圖3.3所示：圖3.3 指令表3.3 小車直線自動往返控制按下第一站按鈕SB1，小車啟動并右行，所經(jīng)各站的指示燈亮，右行指示燈亮；到達位置傳感器位置SY4時，小車自動左行，所經(jīng)各站的指示燈亮，左行指示燈亮；小車自動往返循環(huán)運行按下第四站按鈕SB4，小車啟動并左行，所經(jīng)各站的指示燈亮，左行指示燈亮；到達位置傳感器位置SY1時，小車自動右行，所經(jīng)各站的指示燈亮，右行指示燈亮；小車自動往返循環(huán)運行。小車右行過程中，按下按鈕SB4，小車自動左行；小車左行過程中，按下按鈕SB1，小車自動右行；按下第二站按鈕SB2，小車急停（故障應

17、急用）2.3.1 小車直線定位控制模型圖如圖3.4：圖3.4 小車直線定位控制模型圖3.3.2主電路設計首先設計出小車電機正反轉(zhuǎn)的電路圖，對于直流電機來說只要把電機的正負倆極互換即可達到電機反轉(zhuǎn)的目的，如圖3.5所示電機的接線方法，其中KA1、KA2為電機正反啟向動線圈。當KA1接通時，電機正向啟動；當KA2接通時，電機反向接通。從而可以控制小車的左、右運動。圖3.5主電路3.3.3 輸入和輸出端子的分配接線圖如圖3.6：圖3.6 輸入和輸出端子的分配接線圖3.3.4 I/O地址分配如表1：輸 入 信 號輸 出 信 號信號元件及作用PLC輸入口地址信號元件及作用PLC輸出口地址第一站按鈕SB1

18、I0.0第一站定位指示燈L1Q0.0第二站按鈕SB2I0.1第二站定位指示燈L2Q0.1第三站按鈕SB3I0.2第三站定位指示燈L3Q0.2第四站按鈕SB4I0.3第四站定位指示燈L4Q0.3電磁傳感器SY1I0.4左行指示燈L5Q0.4電磁傳感器SY2I0.5右行指示燈L6Q0.5電磁傳感器SY3I0.6電機右行繼電器KF1Q0.6電磁傳感器SY4I0.7電機左行繼電器KF2Q0.7接0V DC1M接24V DC1L、2L3.3.5 梯形圖如圖3.7所示：圖3.7 梯形圖3.3.6 指令表如圖3.8所示：圖3.8 指令表3.4 小車定位控制按下按鈕SB1，小車在SB2和SB3之間自動往返運動

19、，用計數(shù)器記錄往返次數(shù)，往返5次后自動停在SB1處；按下按鈕，手動停在SB2和SB3之間的任何位置。3.4.1 梯形圖如圖3.9所示：圖3.9 梯形圖3.4.2 指令表如圖3.10：圖3.10 指令表3.4.3 系統(tǒng)調(diào)試及問題分析（1）實驗中，先把事先設計好的控制程序輸入編程計算機，編譯無錯誤后(只說明編程語法無錯誤)下載到PLC的CPU中。（2）PLC控制器控制小車直線系統(tǒng)運行，如果控制功能不滿足要求，再進行控制程序調(diào)試(可在監(jiān)控狀態(tài)下)，反復修改控制程序直到滿足控制功能為止。（3）在調(diào)試中所遇到的問題，要運用所學的理論知識或?qū)嵺`經(jīng)驗獨立解決，逐步提高分析問題及解決問題的能力。3.4.4 應用此小車直線定位控制系統(tǒng)可用于小車在車間工作臺間自動往返裝料卸料。卸料小車主要用于散狀物料處理、礦山系統(tǒng)、堆場系統(tǒng)、礦石處理、裝載系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)以及港口設備系統(tǒng)中將物料卸在不同的料棚或倉位之中。卸料小車的作用就是在輸料系統(tǒng)中將上料皮帶機上的料卸在指定的倉位或料棚里。為達到一臺卸料小車能給不同的料倉或料棚卸料，卸料小車能沿著上料皮