基于PLC的三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1 緒論1.1課程研究背景三相異步電動(dòng)機(jī)又稱三項(xiàng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī),它的應(yīng)用非常廣泛，幾乎涵蓋了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。隨著電氣化、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)得到了越來(lái)越好的控制。而電氣化控制相較其他控制方法而言，更簡(jiǎn)潔便于操作，所以應(yīng)用比較廣泛。本課題的控制是采用PLC的梯形圖編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的。梯形圖語(yǔ)言是在可編程控制器中的應(yīng)用最廣的語(yǔ)言，因?yàn)樗诶^電器的基礎(chǔ)上加進(jìn)了許多功能、使用靈活的指令，使邏輯關(guān)系清晰直觀，編程容易，可讀性強(qiáng)，所實(shí)現(xiàn)的功能也大大超過(guò)傳統(tǒng)的繼電器控制電路。在實(shí)際運(yùn)用中,有些生產(chǎn)機(jī)械往往要求電動(dòng)機(jī)快速,準(zhǔn)確地停車,而電動(dòng)機(jī)在脫離電源后由于機(jī)械慣性的存在,完全停止需要一段

2、時(shí)間,但是這往往不能適應(yīng)某些生產(chǎn)機(jī)械工藝的要求，如萬(wàn)能銑床、臥床鏜床、電梯等。為提高生產(chǎn)效率及準(zhǔn)確停位，要求電動(dòng)機(jī)能迅速停車，這就要求對(duì)電動(dòng)機(jī)采取有效措施進(jìn)行制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)制動(dòng)分二大類:機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。機(jī)械制動(dòng)是在電動(dòng)機(jī)斷電后利用機(jī)械裝置對(duì)其轉(zhuǎn)抽施加相反的作用力矩(制動(dòng)力矩)來(lái)進(jìn)行制動(dòng).電磁抱閘就是常用方法之一,結(jié)構(gòu)上電磁抱閘由制動(dòng)電磁鐵和閘瓦制動(dòng)器組成.斷電制動(dòng)型電磁抱閘在電磁線圈斷電后,利用閘瓦對(duì)電動(dòng)機(jī)軸進(jìn)行制動(dòng);電磁鐵線圈得電時(shí),松開閘瓦,電動(dòng)機(jī)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng).這種制動(dòng)在起重機(jī)械上被廣泛采用。電氣制動(dòng)是使電動(dòng)機(jī)停車時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子原來(lái)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁力矩(制動(dòng)力矩)來(lái)進(jìn)行制動(dòng).常

3、用的電氣制動(dòng)有反接制動(dòng)和能耗制動(dòng)等。機(jī)械制動(dòng)是在電動(dòng)機(jī)斷電后利用機(jī)械裝置對(duì)其轉(zhuǎn)抽施加相反的作用力矩(制動(dòng)力矩)來(lái)進(jìn)行制動(dòng).電磁抱閘就是常用方法之一,結(jié)構(gòu)上電磁抱閘由制動(dòng)電磁鐵和閘瓦制動(dòng)器組成.斷電制動(dòng)型電磁抱閘在電磁線圈斷電后,利用閘瓦對(duì)電動(dòng)機(jī)軸進(jìn)行制動(dòng);電磁鐵線圈得電時(shí),松開閘瓦,電動(dòng)機(jī)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng).這種制動(dòng)在起重機(jī)械上被廣泛采用。 電氣制動(dòng)是使電動(dòng)機(jī)停車時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子原來(lái)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁力矩(制動(dòng)力矩)來(lái)進(jìn)行制動(dòng).常用的電氣制動(dòng)有反接制動(dòng)和能耗制動(dòng)等。長(zhǎng)期以來(lái)，能耗制動(dòng)始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提

4、供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。由于能耗制動(dòng)綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)，所以它發(fā)展日新月異，大大超出其出現(xiàn)時(shí)的技術(shù)水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過(guò)輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制11.2課程研究的價(jià)值超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，擴(kuò)大了能耗制動(dòng)的功能，使其具有很強(qiáng)的的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)，不管是農(nóng)業(yè)還是工業(yè)，都有著舉足輕重的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與不斷進(jìn)步，電氣工程與自動(dòng)化技術(shù)正以令人矚目的發(fā)展快速的改變著我國(guó)的工業(yè)

5、基礎(chǔ)整體面貌。與此同時(shí)，該技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)社會(huì)的生產(chǎn)方式、人們的生活方式和思想觀念也產(chǎn)生了重大的影響，并在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，它正朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化的方向發(fā)展。1.3課程設(shè)計(jì)的任務(wù)1.3.1設(shè)計(jì)任務(wù)： 在分析三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方式的基礎(chǔ)上，自行選定異步電動(dòng)機(jī)并設(shè)計(jì)基于PLC的能耗制動(dòng)控制系統(tǒng)。 1.3.2 設(shè)計(jì)要求：（1）掌握交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本原理和基本結(jié)構(gòu) （2）設(shè)計(jì)能耗制動(dòng)系統(tǒng)，合理選擇實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)的電氣元件 （3）根據(jù)所選電氣元件，設(shè)計(jì)能耗制動(dòng)的主回路及基于PLC的控制回路，要求三相異步電機(jī)停機(jī)后能夠迅速切除電源 （4）根據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，

6、進(jìn)行參數(shù)及系統(tǒng)調(diào)試 （5）設(shè)計(jì)報(bào)告書需參照徐州工程學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）模板規(guī)定的格式撰寫。 要求內(nèi)容翔實(shí)連貫，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，突出技術(shù)細(xì)節(jié)。2 三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2.1三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)部分組成，定子是靜止不動(dòng)的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的部分，在定子與轉(zhuǎn)子之間有一定的空隙，如圖2.1所示2圖2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)1-軸 2-彈簧片 3-軸承 4-端蓋 5-定子繞組 6-機(jī)座 7-定子鐵芯 8-轉(zhuǎn)子鐵芯 9-吊環(huán)10-出線盒 11-風(fēng)扇盒 12-風(fēng)扇 13-軸承內(nèi)蓋2.1.1定子鐵心電機(jī)磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。定子鐵心一般由0.35

7、0.5毫米厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。定子鐵心槽型有以下幾種：半閉口型槽：電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機(jī)中。半開口型槽：可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機(jī)。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過(guò)絕緣處理后再放入槽內(nèi)。開口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機(jī)中。定子繞組作用：是電動(dòng)機(jī)的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。構(gòu)造：由三個(gè)在空間互隔120°電角度、對(duì)稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個(gè)線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。定子繞組的主要絕緣項(xiàng)目

8、有以下三種：（保證繞組的各導(dǎo)電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣）。對(duì)地絕緣：定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。相間絕緣：各相定子繞組間的絕緣。匝間絕緣：每相定子繞組各線匝間的絕緣。電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)的接線：電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)都有一塊接線板，三相繞組的六個(gè)線頭排成上下兩排，并規(guī)定上排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號(hào)為1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號(hào)為6（W2）、4（U2）、5（V2），.將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡制造和維修時(shí)均應(yīng)按這個(gè)序號(hào)排列。2.1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由鐵芯和繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵芯也是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由硅鋼片疊壓而成為一

9、個(gè)整體裝在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)圓沖有轉(zhuǎn)子槽，槽中安放線圈如圖2.2所示。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子多采用繞線式和鼠籠式兩種形式。因此異步電動(dòng)機(jī)按繞組形式的不同分為繞線異步電動(dòng)機(jī)和籠型異步電動(dòng)機(jī)兩種。繞線電動(dòng)機(jī)和籠形電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)造雖然不同，但工作原理是一致的。轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是由線圈組成，三相繞組對(duì)稱放入轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)軸上的滑環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入外加電阻，用以改善啟動(dòng)性能與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，如圖2.3所示2圖2.2 定子與轉(zhuǎn)子的硅鋼片 圖2.3 繞線式轉(zhuǎn)子繞組與外接變阻器的連接1-定子鐵芯硅鋼片 2-定子繞組 1-滑環(huán)轉(zhuǎn)子繞組 2-軸 3-電刷 4-變

10、阻器3-轉(zhuǎn)子鐵芯硅鋼片 4-轉(zhuǎn)子繞組2.1.3 機(jī)座作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護(hù)、散熱等作用。構(gòu)造：機(jī)座通常為鑄鐵件，大型異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座一般用鋼板焊成，微型電動(dòng)機(jī)的機(jī)座采用鑄鋁件。封閉式電機(jī)的機(jī)座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護(hù)式電機(jī)的機(jī)座兩端端蓋開有通風(fēng)孔，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)外的空氣可直接對(duì)流，以利于散熱。2.1.4 其他軸承：連接轉(zhuǎn)動(dòng)部分與不動(dòng)部分。軸承端蓋：保護(hù)軸承。風(fēng)扇：冷卻電動(dòng)機(jī)。2.2三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的工作原理當(dāng)向三相定子繞組中通入對(duì)稱的三相交流電時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體開始時(shí)是靜止

11、的，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用右手定則判定）。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向基本一致的感生電流。轉(zhuǎn)子的載流導(dǎo)體在定子磁場(chǎng)中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對(duì)轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)。通過(guò)上述分析可以總結(jié)出電動(dòng)機(jī)工作原理為：當(dāng)三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，基于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子電流（轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的電流）的相互作用。如圖2.4（a）所示。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對(duì)稱交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感

12、應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。如圖2.4（b）所示2。圖2.4 三相異步電動(dòng)機(jī)接線圖和工作原理圖（a）定子繞組與電源的接線圖 （b） 工作原理圖3 三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)3.1能耗制動(dòng)的原理異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的電路原理圖一般如圖3.1所示。進(jìn)行正向能耗制動(dòng)時(shí)，首先將定子繞組從三相交流電源斷開（KM1斷開），接著立即將一低壓直流電源接入定子繞組（KM3閉合）。直流電流通過(guò)定子繞組后，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部建立一個(gè)固定不變的磁場(chǎng)，由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)儲(chǔ)存的機(jī)械能作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)

13、子導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，該電流與恒定磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生作用方向與轉(zhuǎn)子實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在它的作用下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，此時(shí)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)儲(chǔ)存的機(jī)械能被電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能后消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻中。電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)KM2斷開，其他過(guò)程類似。 圖3.1能耗制動(dòng)電路原理圖3.2 能耗制動(dòng)原理圖3.2.1 能耗制動(dòng)主電路設(shè)計(jì) 圖3.2能耗制動(dòng)控制電路主體部分KM1為主觸點(diǎn)，當(dāng)KM1常閉觸點(diǎn)斷開，KM1輔常開觸點(diǎn)閉合，KM1主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)，KM2為反轉(zhuǎn)主觸點(diǎn)。制動(dòng)時(shí)，KM3接通，接入直流電流開始制動(dòng)，當(dāng)KT設(shè)置時(shí)間到時(shí)，繼電器斷開。由于延時(shí)繼電器在延時(shí)所設(shè)置的時(shí)間后便自動(dòng)斷開主觸點(diǎn)

14、，所以不用擔(dān)心電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)依然接入直流電源的問(wèn)題。3.2.2 能耗制動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)SB2控制正轉(zhuǎn)線圈，SB3控制反轉(zhuǎn)線圈，SB1是總的停止開關(guān)。圖中KT的瞬時(shí)常開觸點(diǎn)的作用是為了防止發(fā)生時(shí)間繼電器線圈斷線或機(jī)械卡住故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)在按下停止按鈕SB1后仍能迅速制動(dòng)，兩項(xiàng)的定子繞組不至于長(zhǎng)期接入能耗制動(dòng)的直流電流。所以，在KT發(fā)生故障后，該電路具有手動(dòng)控制能耗制動(dòng)的能力，即只要停止按鈕處于按下的狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)能耗制動(dòng)3 圖3.3能耗制動(dòng)控制電路控制部分3.2.3電器元件的選擇1. 三相異步電動(dòng)機(jī) 2. 接觸器FR 3. 熱繼電器FU 4. 開關(guān)SB5. 時(shí)間繼電器KT6. 滑動(dòng)變阻器 R

15、7. 整流裝置8. 變壓裝置9. 繼電器KM10. 二極管3.3 能耗制動(dòng)特點(diǎn)4制動(dòng)作用的強(qiáng)弱與直流電流的大小和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，在同樣的轉(zhuǎn)速下電流越大制動(dòng)作用越強(qiáng)。一般取直流電流為電動(dòng)機(jī)空載電流的34倍，過(guò)大會(huì)使定子過(guò)熱。電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨電動(dòng)機(jī)的慣性轉(zhuǎn)速下降而減小，故制動(dòng)平穩(wěn)且能量消耗小，但是制動(dòng)力較弱，特別是低速時(shí)尤為突出；另外控制系統(tǒng)需附加直流電源裝置。一般在重型機(jī)床中常與電磁抱閘配合使用，先能耗制動(dòng)，待轉(zhuǎn)速降至一定值時(shí)，再令抱閘動(dòng)作，可有效實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速停車。能耗制動(dòng)一般用于制動(dòng)要求平穩(wěn)準(zhǔn)確、電動(dòng)機(jī)容量大和起制動(dòng)頻繁的場(chǎng)合，如磨床、龍門刨床及組合機(jī)床的主軸定位等等。3.4 能

16、耗制動(dòng)控制線路啟動(dòng)控制按下SB2KM1線圈得電KM1常閉觸點(diǎn)斷開，KM1輔常開觸點(diǎn)閉合，KM1主觸點(diǎn)閉合電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)啟動(dòng)。制動(dòng)控制：按下SB1SB1常閉觸點(diǎn)斷開，KM1線圈斷電，KM1主觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)脫離交流電源SB1常開觸點(diǎn)閉合KM3得電吸合，能耗電路開始工作速度接近零時(shí)，時(shí)間繼電器斷開，制動(dòng)結(jié)束。電機(jī)的反轉(zhuǎn)也和正轉(zhuǎn)相似。4 PLC基本知識(shí)4.1 PLC的定義1985年，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)PLC作出如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)

17、數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 由該定義可知：PLC是一種由“事先存貯的程序”來(lái)確定控制功能的工控類計(jì)算機(jī)。 PLC它是按照成熟而有效的繼電器控制概念和設(shè)計(jì)思想，利用不斷發(fā)展的新技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的專用電子計(jì)算機(jī)。它是將邏輯運(yùn)算，順序控制，時(shí)序和計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算等控制程序，用一串指令的形式存放到存儲(chǔ)器中，然后根據(jù)存儲(chǔ)的控制內(nèi)容，經(jīng)過(guò)模擬，數(shù)字等輸入輸出部件，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的裝置。4.2 PLC的工作原理當(dāng)P

18、LC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。(一) 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(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(二) 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階

19、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(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)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(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)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(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯

20、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(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。(三) 輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。4.3 PLC工作的優(yōu)點(diǎn)1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平

21、均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 2 .配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)

22、域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接

23、線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 5.體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備24.4 PLC控制電路相對(duì)于繼電器控制電路的優(yōu)點(diǎn)1、控制方式上看：電器控制硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很是困難；而PLC軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。2、工作方式上看：電器控制并行工作，而PLC串行

24、工作，不受制約。3、控制速度上看：電器控制速度慢，觸點(diǎn)易抖動(dòng)；而PLC通過(guò)半導(dǎo)體來(lái)控制，速度很快，無(wú)觸點(diǎn)，顧而無(wú)抖動(dòng)一說(shuō)。4、定時(shí)、記數(shù)看：電器控制定時(shí)精度不高，容易受環(huán)境溫度變化影響，且無(wú)記數(shù)功能；PLC時(shí)鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬；有記數(shù)功能。5、可靠、維護(hù)看：電器控制觸點(diǎn)多，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和電弧燒傷，接線也多，可靠、維護(hù)性能差；PLC無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，且有自我診斷功能，對(duì)程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)方便。5 基于PLC的三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)表5-1三相異步電動(dòng)機(jī)I/O地址分配表aaa輸出口輸出元件輸出名稱輸出地址輸出元件輸出名稱輸出地址SB1停止按鈕I0.0KM1

25、正轉(zhuǎn)線圈Q0.1SB2正轉(zhuǎn)啟動(dòng)I0.1KM2反轉(zhuǎn)線圈Q0.2SB3反轉(zhuǎn)啟動(dòng)I0.2KM3直流線圈Q0.3FR過(guò)載保護(hù)I0.4圖5-1三相異步電動(dòng)機(jī)I/O接線圖啟動(dòng)按鈕SB1，正轉(zhuǎn)按鈕SB2，反轉(zhuǎn)按鈕SB3，熱繼電器FR，輸出回路接繼電器KM1-KM3。圖5-2 PLC程序截圖結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)要求為：設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的主電路和控制電路。我們利用之前學(xué)過(guò)電機(jī)拖動(dòng)和PLC知識(shí)，并且把他們結(jié)合起來(lái)，完成了基于PLC的三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。我們?cè)O(shè)計(jì)的是可逆運(yùn)行能耗制動(dòng)控制電路，因?yàn)樵趯?shí)際運(yùn)用中,有些生產(chǎn)機(jī)械不僅要求電動(dòng)機(jī)快速,準(zhǔn)確地制動(dòng)，還要求能夠逆向運(yùn)轉(zhuǎn)，所以才設(shè)計(jì)了這種制動(dòng)系

26、統(tǒng)。能耗制動(dòng)我是利用時(shí)間原則來(lái)進(jìn)行控制的。由于本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材限制，并沒用真實(shí)的利用電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以將T37時(shí)間繼電器暫定于10秒，但在實(shí)際情況中要根據(jù)實(shí)際電動(dòng)機(jī)的參數(shù)來(lái)決定設(shè)定的時(shí)間。在網(wǎng)上查了資料后發(fā)現(xiàn)，能耗制動(dòng)大概是(1.5-2s)/kw3所以只要知道電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，時(shí)間繼電器的設(shè)定也就能確定了。致謝通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，充分鍛煉了自己理論結(jié)合實(shí)際的能力，同時(shí)對(duì)能耗制動(dòng)和PLC有更深刻的認(rèn)識(shí)和理解，為以后的自身發(fā)展又打下了些基礎(chǔ)。 課程設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性課程，是對(duì)所學(xué)進(jìn)行一次應(yīng)用，是有實(shí)際意義的，從中可以檢驗(yàn)我們到底學(xué)到了什么，有掌握到什么程度。這次的課程設(shè)計(jì)還是有一定難度的，

27、只能說(shuō)明自己學(xué)的不夠好，所以在此次課程設(shè)計(jì)中遇到了不少困難，還有找資料等，都花了不少時(shí)間和精力，不過(guò)畢竟也是花了不少工夫去努力完成了，在找資料方面真是花費(fèi)了不少心思的，上圖書館查資料借書，上網(wǎng)搜索此方面的資料、請(qǐng)教學(xué)的比較好的同學(xué)等。 這次設(shè)計(jì)因?yàn)闀r(shí)間短，所以也不可能做到很好，很多問(wèn)題都沒處理到很好，這其實(shí)只是為了日后能熟悉設(shè)計(jì)過(guò)程做的準(zhǔn)備，學(xué)多一點(diǎn)將來(lái)也不會(huì)一點(diǎn)都不懂，一切都是為了自己的將來(lái)，設(shè)計(jì)過(guò)程是短暫的，但是留給我們的是設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，每一行都是有前途的，只要做的好都會(huì)有好的出路，要不斷磨練才會(huì)有所成績(jī)，做課程設(shè)計(jì)的這一周還是很辛苦的，有的時(shí)候?yàn)榱苏矣嘘P(guān)方面的資料要做很多工作，有

28、的甚至夜以繼日的工作，為的只是完成一份比較滿意的設(shè)計(jì)。在這次課程設(shè)計(jì)中，老師和同學(xué)給予了很大的幫助，他們給我提供了正確的方向，我要在此由衷的感謝他們。參考文獻(xiàn)1. 三相異步電動(dòng)機(jī)以及PLC控制D.吉林:吉林省工程技師學(xué)院,20132 馮清秀,鄧星鐘等.機(jī)電傳動(dòng)控制M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2014.43 黃永紅.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù), 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.4 楊耕，羅應(yīng)立.電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)M.北京：清華大學(xué)出版社.2006.3附錄Y系列電動(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。安裝尺寸和功率等級(jí)符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方法為IC411，連續(xù)

29、工作制（S1）。適用于驅(qū)動(dòng)無(wú)特殊要求的機(jī)械設(shè)備，如機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、攪拌機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、食品機(jī)械等。Y系列電動(dòng)機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。Y80315電動(dòng)機(jī)符合Y系列（IP44）三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件JB/T9616-1999。Y355電動(dòng)機(jī)符合Y系列（IP44）三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件JB5274-91。Y80315電動(dòng)機(jī)采用B級(jí)絕緣。Y355電動(dòng)機(jī)采用F級(jí)絕緣。額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。功率3kW及以下為Y接法；其它功率均為接法。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的海拔不超過(guò)1000m；環(huán)境空氣溫度隨季節(jié)變化，但不超過(guò)40；最低環(huán)境空氣溫度為-15；最濕

30、月月平均最高相對(duì)濕度為90%；同時(shí)該月月平均最低溫度不高于25。電動(dòng)機(jī)有一個(gè)軸伸，按用戶需要，可制成雙軸伸，第二軸伸亦能傳遞額定功率，但只能用聯(lián)軸器傳動(dòng)。按用戶需要，還可供應(yīng)其他功率、電壓、頻率、濕熱帶型（TH）、防護(hù)等級(jí)等電動(dòng)機(jī)。 型    號(hào)額定功率 額定電流 轉(zhuǎn)速 效率 功率因數(shù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流最大轉(zhuǎn)矩噪聲振動(dòng)速度重量額定轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩1級(jí)2級(jí)kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skg同步轉(zhuǎn)速  3000r/min     

31、 2  級(jí)Y80M1-20.751.8283075.00.842.26.52.366711.817Y80M2-21.12.5283077.00.862.27.02.366711.818Y90S-21.53.4284078.00.852.27.02.370751.822Y90L-22.24.8284080.50.862.27.02.370751.825Y100L-236.4288082.00.872.27.02.374791.834Y112M-248.2289085.50.872.27.02.374791.845Y132S1-25.511.1290085.50.882.07.

32、02.378831.867Y132S2-27.515290086.20.882.07.02.378831.872Y160M1-21121.8293087.20.882.07.02.382872.8115Y160M2-21529.4293088.20.882.07.02.382872.8125Y160L-218.535.5293089.00.892.07.02.282872.8145Y180M-22242.2294089.00.892.07.02.287922.8173Y200L1-23056.9295090.00.892.07.02.290952.8232Y200L2-23769.829509

33、0.50.892.07.02.290952.8250Y225M-24584297091.50.892.07.02.290972.8312Y250M-255103297091.50.892.07.02.292974.5387Y280S-275139297092.00.892.07.02.294994.5515Y280M-290166297092.50.892.07.02.294994.5566Y315S-2110203298092.50.891.86.82.2991044.5922Y315M-2132242298093.00.891.86.82.2991044.51010Y315L1-21602

34、92298093.50.891.86.82.2991044.51085Y315L2-2200365298093.50.891.86.82.2991044.51220Y355M1-2220399298094.20.891.26.92.21094.51710Y355M2-2250447298594.50.901.27.02.21114.51750Y355L1-2280499298594.70.901.27.12.21114.51900Y355L2-2315560298595.00.901.27.12.21114.52105同步轉(zhuǎn)速  1500r/min   

35、   4  級(jí)Y80M1-40.551.5139073.00.762.46.02.356671.817Y80M2-40.752139074.50.762.36.02.356671.817Y90S-41.12.7140078.00.782.36.52.361671.825Y90L-41.53.7140079.00.792.36.52.362671.826Y100L1-42.25143081.00.822.27.02.365701.834Y100L2-436.8143082.50.812.27.02.365701.835Y112M-448.8144084.5

36、0.822.27.02.368741.847Y132S-45.511.6144085.50.842.27.02.370781.868Y132M-47.515.4144087.00.852.27.02.371781.879Y160M-41122.6146088.00.842.27.02.375821.8122Y160L-41530.3146088.50.852.27.02.377821.8142Y180M-418.535.9147091.00.862.07.02.277821.8174Y180L-42242.5147091.50.862.07.02.277821.8192Y200L-43056.

37、8147092.20.872.07.02.279841.8253Y225S-43770.4148091.80.871.97.02.279841.8294Y225M-44584.2148092.30.881.97.02.279841.8327Y250M-455103148092.60.882.07.02.281862.8381Y280S-475140148092.70.881.97.02.285902.8535Y280M-490164148093.50.891.97.02.285902.8634Y315S-4110201148093.50.891.86.82.293982.8912Y315M-4132240148094.00.891.86.82.2961012.81048Y315L1-4160289148094.50.891.86.82.2961012.81105Y315L2-4200361148094.50.891.86.82.2961012.81260Y355M1-4220407148894.40.871.46.82.2