異步電動機星三角啟動、能耗制動PLC控制

1、. 網絡教育學院本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設 計） 題 目：異步電動機y/啟動、能耗制動plc控制 學習中心： 層 次： 高起專 專 業(yè)： 電力系統(tǒng)自動化技術 年 級： 2012年 秋 季 學 號： 101055228451 學 生： 指導教師： 完成日期： 2012年 月 01 日內容摘要plc在三相異步電動機控制中的應用，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、靈活性強、功能完善等優(yōu)點。長期以來，plc始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非?？煽康目刂茟谩Ｋ軌驗樽詣踊刂茟锰峁┌踩煽亢捅容^完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需求。

2、本文設計了三相異步電動機的plc控制電路，plc采用三菱公司plc產品fn1n-14mr-001：8輸入點,6點繼電器輸出(直流供電)。本文主要研究了異步電動機的-減壓啟動和能耗制動控制的繼電器控制，畫出及其相應的輸入輸出接線圖，根據繼電器控制電路圖畫出plc控制梯形圖，最后給出控制指令。關鍵詞：plc；-減壓起動；異步電動機；能耗制動目 錄內容摘要i1前言12plc基礎22.1 plc的定義22.2 plc與繼電器控制的區(qū)別22.3 plc的工作原理22.4 plc的應用分類32.5 本文設計plc的選擇33三相異步電動機的-減啟動、能耗制動控制53.1直接啟動和y-減壓啟動53.2 三相異

3、步電動機-減壓啟動、能耗制動的繼電器控制53.3三相異步電動機-減壓啟動、能耗制動plc控制63.3.1 plc控制i/o地址分配和接線圖63.3.2 plc控制i/o梯形圖和指令表73.4三相異步電動機使用plc控制優(yōu)缺點64結論10參考文獻111 前言三相異步電動機的應用幾乎涵蓋了農業(yè)生產和人類生活各個領域，在這些應用領域中，三相異步電動機常常運行在惡劣的環(huán)境下，導致產生過流、短路、斷相、絕緣老化等事故。對于應用于大型工業(yè)設備重要場合高壓電動機、大功率電動機來說，一旦發(fā)生故障所造成的損失無法估量。在生產過程，科學研究和其他產業(yè)領域中，電氣控制技術應用十分廣泛。在機械設備的控制中，電氣控制也

4、比其他的控制方法使用的更為普遍。本系列的控制是采用plc的編程語言梯形語言，梯形語言是在可編程控制器中的應用最廣的語言，因為它在繼電器的基礎上加進了許多功能、使用靈活的指令，使邏輯關系清晰直觀，編程容易，可讀性強，所實現的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控制電路?？删幊炭刂破魇且环N數字運算操作的電子系統(tǒng)，它是專為在惡劣工作環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制，定時、計數和算術等操作的指令，并采用數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種的機械或生產過程。長期以來，plc始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非常可靠的控制應用。它能夠為

5、自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。進入20世紀80年代，由于計算機計數和微電子技術的迅速發(fā)展，極大的推動了plc的發(fā)展，使的plc的功能日益增強。plc是一種固態(tài)電子裝置，它利用已存入的程序來控制機器的運行或工藝的工序。plc通過輸入/輸出（i/o）裝置發(fā)出控制信號和接受輸入信號。由于plc綜合了計算機和自動化技術，所以它發(fā)展日新月異，大大超出其出現時的技術水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數、數字運算、數據處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產機械數字量和模擬量的聯系，從而實現生產過程的自動控制。特別是超大規(guī)模集成電路

6、的迅速發(fā)展以及信息、網絡時代的到來，擴大了plc的功能，使其具有很強的的聯網通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業(yè)。2 plc基礎2.1 plc的定義 可編程邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。2.2 plc與繼電器控制的區(qū)別1.控制方式 繼電器的控制是采用硬件接線實現的，是利用繼電器機械觸點的串聯或并聯極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。plc采用存儲邏輯，其控制邏輯是

7、以程序方式存儲在內存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。2.控制速度 繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現控制，工作頻率低，毫秒級，機械觸點有抖動現象。plc是由程序指令控制半導體電路來實現控制，速度快，微秒級，嚴格同步，無抖動。 3.延時控制 繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作實現延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調整時間困難。 plc用半導體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產生，精度高，調整時間方便，不受環(huán)境影響。2.3 plc的工作原理當plc投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一

8、個掃描周期。在整個運行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 1、 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 2、用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，plc總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由

9、各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在i/o映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程

10、序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即i/o指令則可以直接存取i/o點。即使用i/o指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從i/o模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 3、輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，plc就進入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是plc的真正輸出。2.4 plc的應用分類目前，plc在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為類。1、開關量的邏輯控制這是

11、plc最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。2、模擬量控制在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（analog）和數字量（digital）之間的a/d轉換及d/a轉換。plc廠家都生產配套的a/d和d/a轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3、運動控制plc可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量i/o模塊連接

12、位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。4、過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。5、數據處理現代plc具有數學運算（含矩陣運算、函數

13、運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。6、通信及聯網plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的plc都具有通信接口，通信非常方便。2.5 本文設計plc的選擇目前，

14、各個廠家生產的plc其品種、規(guī)格及功能都各不相同。本文設計系統(tǒng)共包括7路開關量，3輸入4輸出，考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產品。由于本設計的需要我選擇了日本三菱公司的fn1n系列plc，既fn1n-14mr-001。fn1n-14mr-001是超小型plc，之所以選擇三菱公司生產的plc，是因為其產品特點有以下三個特點：（1）豐富的指令系統(tǒng)，有將近200條指令。（2）有強大通信功能。（3）cpu處理速度快。3 三相異步電動機的-減壓啟動、能耗制動控制3.1直接啟動和y-減壓啟動異步電動機有兩種直接起動方法：

15、直接起動和降壓起動。直接啟動即啟動時把電動機直接接入電網，加上額定電壓，一般來說，電動機的容量不大于直接供電變壓器容量的20-30時，都可以直接啟動。直接起動簡單、經濟，一般容量小于10kv的電動機常用直接起動。電機容量較大時應采用降壓起動以限制起動電流，常用的降壓起動方法有y降壓起動、自耦變壓器降壓起動和定子串電阻降壓起動等。星形-三角形減壓起動用于定子繞組在正常運行時接為三角形的電動機。在電動機起動時將定子繞組接成星形，實現減壓起動。正常運轉時再換接成三角形接法。本文研究了電機容量較大時的星形-三角形減壓起?？刂品椒?.2 三相異步電動機y-減壓啟動、能耗制動的繼電器控制星形-三角形減壓起

16、動用于定子繞組在正常運行時接為三角形的電動機。在電動機起動時將定子繞組接成星形，實現減壓起動。正常運轉時再換接成三角形接法。電動機脫離三相電源的同時，給定子繞組接入一直流電源，使直流電流通入定子繞組。于是在電動機中便產生一方向恒定的磁場，使轉子受一與轉子轉動方向相反的f力的作用，于是產生制動轉矩，實現制動。直流電流的大小一般為電動機額定電流的0.51倍。由于這種方法是用消耗轉子的動能（轉換為電能）來進行制動的，所以稱為能耗制動。這種制動能量消耗小，制動準確而平穩(wěn)，無沖擊，但需要直流電流。在有些機床中采用這種制動方法。下圖3.1中主電路通過三組接觸器主觸點將電動機的定子繞組接成三角形或星形，即k

17、m1、kmy主觸點閉合時，繞組接成星形；km1、km主觸點閉合時，接為三角形；km2主觸點閉合時定子繞組通過變壓器tc接入一直流電源，轉子受到反方向力的作用，產生能耗制動使電機停止。圖3.1 -減壓起動、能耗制動的繼電器控制電路圖電路的工作過程如下：按下起動按鈕sb2，時間繼電器kt和接觸器km1同時通電吸合，km1的常開主觸點閉合，將定子接入電源，同時接通kmy使電動機在星形連接下起動；經一定延時，kt的常閉觸點斷開，kmy斷電復位，接觸器km通電吸合；km的常開主觸點將定子繞組接成三角形，使電動機在額定電壓下正常運行；按下停止按鈕sb1，km1斷開，km2吸合，電機通過變壓器tc向定子繞組

18、接入一直流電源，實現能耗制動。3.3三相異步電動機-減壓啟動、能耗制動plc控制 星形-三角形減壓起動用于定子繞組在正常運行時接為三角形的電動機。在電動機起動時將定子繞組接成星形，實現減壓起動。正常運轉時再換接成三角形接法。由電工基礎知識可知，星形連接時起動電流僅為三角形連接時的1/3，相應的起動轉矩也是三角形連接時的1/3。3.3.1 plc控制i/o地址分配和接線圖本文設計plc采用三菱公司plc產品fn1n-14mr-001：8輸入點,6點繼電器輸出(直流供電)。根據實際使用運行要求和安裝調試的方便將輸入和輸出口分組，根據繼電器啟?？刂频脑碜鋈缦路峙浔?：表1 異步電動機-減壓啟動、能

19、耗制動plc控制i/o地址分配表輸入口輸出口輸入元件輸入名稱輸入地址輸出元件輸出名稱輸出地址sb2停止按鈕x001km1接觸器y000sb1啟動按鈕x004km接觸器y002fr保護開關x002kmy接觸器yy001km2制動接觸器y003圖3.2為三相異步電動機-減壓起停plc控制i/o接線圖：圖3.2 三相異步電動機減壓啟動、能耗制動的i/o接線圖3.3.2 plc控制i/o梯形圖和指令表用plc改造三相異步電動機減壓起動繼電接觸器控制系統(tǒng)，根據原有的繼電接觸器電路圖來設計梯形圖是一條簡便實用的辦法。原有的三相異步電動機減壓起動繼電接觸器控制系統(tǒng)，已經證明能完成系統(tǒng)要求的各種功能。繼電接觸

20、器控制電路圖和plc程序控制梯形圖有許多相似的地方，按照梯形圖語言設計規(guī)定和對應關系可以將繼電接觸器電路圖方便地“翻譯”成梯形圖控制程序，用plc的外部硬接線和梯形圖軟件來實現繼電接觸器電路圖的控制功能。圖3.1所示三相繞線式異步電動機轉子串電阻啟動控制plc梯形圖使用的是內部繼電器、定時器等，都是由軟件來實現的，使用方便，修改靈活，是原繼電接觸器控制線路硬接線無法比擬的。三相異步電動機減壓啟動、能耗制動plc梯形圖和指令表如下圖3.3和表3.2所示。圖3.3減壓起動梯形圖對應的指令如下表：表3.2 三相異步電動機的-減壓啟動、能耗制動的指令語句表步 序指令 數據步 序指令 數據0ld x00

21、114ani y0031or y00015ani y0012ani x00416out y0023ani x00217ld x0044ani y00318or y0035out y00019ani y0006out t020ani t17ld y00021out y0038ani y00222ld y0039ani t0 23out t1 k30010or y00324end11out y00112ld t013or y0023.4三相異步電動機使用plc控制優(yōu)缺點本次設計就對三相異步電動機的-的起動方式、能耗制動系統(tǒng)進行了設計。-的起動方式彌補了直接啟動不能再大功率電路中使用的缺點，同時能減小起動電流，能減小對機械設備的沖擊，待轉速上升到接近額定轉速時，再恢復到全壓運行。此方法只能用于正常工作時定子繞組為三角形聯接的電動機。這種換接起動可采用星三角起動器來實現。星三角起動器體積小、成本低、壽命長、動作可靠。而能耗制動消耗小，制動準確而平穩(wěn)，無沖擊，但需要直流電流。在有些機床中采用這種制動方法。使用plc控制三相異步電動機有很多好處的：不宜老化、設備簡單、結構合理、便于控制、價格便宜等。4 結論本文設計和制作了三