基于PLC的三相異步電動(dòng)機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題目：基于PLC的三相異步電動(dòng)機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)√類型：學(xué)生姓名：__________________________學(xué)號(hào)：____________________學(xué)院：電子信息工程學(xué)院_________________專業(yè)：電氣自動(dòng)化___________________班級(jí)：_____________________學(xué)校指導(dǎo)教師：__________________企業(yè)指導(dǎo)教師：_____________________________2016年4月5日摘要在本論文中設(shè)計(jì)了基于PLC的三相異步電動(dòng)機(jī)組控制系統(tǒng)，包括三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，星三角降壓啟動(dòng)，串電阻降壓啟動(dòng)，速度繼電器控制電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，計(jì)時(shí)控制。近幾十年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，大型功率電動(dòng)機(jī)在工廠生產(chǎn)中都有極其廣泛的應(yīng)用。由于這種電動(dòng)機(jī)的發(fā)展及廣泛的應(yīng)用，它的使用、保養(yǎng)和維護(hù)工作也越來越重要。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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，非常實(shí)用。本文研究的這個(gè)系統(tǒng)的控制是采用西門子PLC的編程語言梯形圖,梯形語言是在可編程控制器中的應(yīng)用最廣的語言，根據(jù)以上要求，進(jìn)行系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。首先硬件設(shè)備的選型，建立I/O表，通過CAD繪制硬件接線圖及繼電器控制原理圖，編寫PLC梯形圖程序。經(jīng)過修改完善了整個(gè)基于PLC控制異步電動(dòng)機(jī)組的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：三相異步電動(dòng)機(jī)、梯形圖、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)。目錄1.緒論 緒論隨著社會(huì)市場經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮和發(fā)展，大中小城市都在進(jìn)行亮化工程。各企業(yè)為宣傳自己企業(yè)的形象和產(chǎn)品，均采用廣告手法：霓虹燈廣告屏來實(shí)現(xiàn)這一目的，本文是介紹如何利用PLC編程來實(shí)現(xiàn)這一目的。電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)不能單純的靠人工控制，那樣會(huì)給人帶來繁瑣的工作，而用電氣控制的話，中間使用的繼電器會(huì)有偏差，而電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是要求精準(zhǔn)的，這樣看來用電器控制不太可能了，當(dāng)然可編程控制器（PLC）的出現(xiàn)就很方便地解決了這一問題，它具有它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)?？删幊炭刂破鱌LC可編程序控制器：英文全稱ProgrammableLogicController,中文全稱為可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程.作為自動(dòng)控制裝置的核心,它具有功能強(qiáng),可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn),PLC實(shí)驗(yàn)裝置采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有可編程序控制器、編程器模塊，按鈕、開關(guān)輸入模塊和繼電器輸出模塊。2.0三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)由定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個(gè)重要部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間由氣隙分開。下圖為電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2.0三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖定子主要由定子鐵心、定子繞組、機(jī)座三部分構(gòu)成。機(jī)座的主要作用是用來支撐電機(jī)各部位，因此應(yīng)該有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，通常用鑄鐵制成。為減少渦流和磁滯損耗，定子鐵心用0.5mm厚涂有絕緣漆的硅鋼片疊成，鐵心內(nèi)圓周上有許多均勻分布的槽，槽內(nèi)嵌放定子繞組。如下圖所示。圖2.0異步電動(dòng)機(jī)定子圖轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。轉(zhuǎn)子鐵心也用0.5mm厚硅鋼片沖成轉(zhuǎn)子疊成圓柱形，壓在轉(zhuǎn)軸上。其外圍表面沖有凹槽，用安放轉(zhuǎn)子繞組。按轉(zhuǎn)子繞組形式不同，可分為繞線式和鼠籠式兩種。2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理下圖為三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖。圖中用一對磁極來進(jìn)行分析。當(dāng)向三相定子繞組中通入對稱的三相交流電時(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)圓空間左順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。由于旋轉(zhuǎn)磁場以N1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體開始時(shí)是靜止的，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動(dòng)勢的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動(dòng)勢方向基本一致的敢生電流。轉(zhuǎn)子的載流導(dǎo)體在定子的磁場中受到電磁力的作用。電磁力對轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。圖2.1三相異步電機(jī)工作原理圖3關(guān)于PLC的定義PLC中文全稱是可編程控制器?？删幊炭刂破鞫x：專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，是帶有寄存器，可編程程序的控制器，它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行命令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，順?biāo)倏刂?，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。3.1PLC與繼電器的區(qū)別控制方式：繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸電的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)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(chǔ)邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線?？刂扑偎伲豪^電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級(jí)，機(jī)械觸點(diǎn)有抖動(dòng)現(xiàn)象。PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，速度低，微秒級(jí)，嚴(yán)格同步，無抖動(dòng)。延時(shí)控制：繼電器控制系統(tǒng)是靠時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制，而時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時(shí)間困難。PLC用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)間脈沖由晶體管震蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時(shí)間方便，不搜環(huán)境影響。3.2PLC的工作原理當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(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)對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。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(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。(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電路設(shè)計(jì)4.1主電路設(shè)計(jì)圖4.1主電路設(shè)計(jì)圖4.2繼電器控制電路設(shè)計(jì)圖4.2繼電器控制系統(tǒng)原理圖4.3PLC地址分配設(shè)計(jì)設(shè)備名稱信號(hào)地址編號(hào)設(shè)備名稱信號(hào)地址編號(hào)啟動(dòng)按鈕I0.1SB1M1三角形連接Q0.3KM3停止按鈕I0.0SB2M2電機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.4KM7M1電機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.0KM1M2電機(jī)降壓啟動(dòng)Q0.5KM5M1電機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.1KM4M2電機(jī)反接制動(dòng)Q0.6KM6M1星形連接Q0.2KM2圖5.3PLC地址分配圖4.4PLC控制原理圖圖5.4PLC控制原理圖4.5PLC程序設(shè)計(jì)圖4.5PLC程序設(shè)計(jì)梯形圖5電路分析5.1主電路分析從三相電源接入經(jīng)過空氣開關(guān)QS，接入熔斷器FU，一端直接與KM1常開連接，KM2通過換相并在KM1兩端，即KM1為電動(dòng)機(jī)M1的正轉(zhuǎn)，KM2為電動(dòng)機(jī)M1反轉(zhuǎn)。KM1另一端與熱繼電器FR連接。KM3為電動(dòng)機(jī)M1三角形連接，KM4為電動(dòng)機(jī)M1星形連接。FU接入電阻，KM5并在電阻兩端，為電動(dòng)機(jī)M2的串電阻降壓啟動(dòng)，電阻另一端接KM7，KM6通過換相并在KM7兩端，KM7為電動(dòng)機(jī)M2的正轉(zhuǎn)，KM7為電動(dòng)機(jī)M2的反接制動(dòng)。5.2繼電器控制電路分析按下啟動(dòng)按鈕SB2，KM1得電自鎖，KM1常開變常閉使得KM2的電并自鎖，電動(dòng)機(jī)M1以星行連接開始運(yùn)轉(zhuǎn)。KT1、KT2開始計(jì)時(shí)，當(dāng)KT1時(shí)間達(dá)到，KT1常開變常閉，常閉變常開，使得KM2失電，KM3得電并自鎖，電動(dòng)機(jī)KM1開始以三角形接法開始運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)KT2時(shí)間達(dá)到，KT2常開變常閉，常閉變常開，KM7得電自鎖，KM1失電電動(dòng)機(jī)M1停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)M2開始運(yùn)轉(zhuǎn)。KT3、KT4開始計(jì)時(shí)，當(dāng)KT4時(shí)間達(dá)到KM5得電實(shí)現(xiàn)串電阻降壓啟動(dòng)。當(dāng)KT3時(shí)間達(dá)到時(shí)，KT3常開變常閉，KM6得電，電動(dòng)機(jī)KM2反接制動(dòng)啟動(dòng)，KT7開始計(jì)時(shí)，當(dāng)M2速度低于速度繼電器規(guī)定速度時(shí)，速度繼電器常開變常閉，常閉變常開，KM6失電。KT7使得KM4得電，因KT4得電，KM2因此得電電動(dòng)機(jī)M1反轉(zhuǎn)啟動(dòng)，且KT4、KT5開始計(jì)時(shí)，當(dāng)KT5時(shí)間達(dá)到后，斷開KM2，KM3的電實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)M1的星三角啟動(dòng)。當(dāng)KT4時(shí)間到達(dá)，KM4失電M1電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)停止，KM1得電控制系統(tǒng)往復(fù)循環(huán)。5.2PLC程序分析程序是一個(gè)能自動(dòng)循環(huán)的系統(tǒng)，由八個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成。I0.0為常開對應(yīng)啟動(dòng)按鈕，I0.1為停止按鈕，控制M0.0的通斷。當(dāng)M0.0得電后使得Q0.0、Q0.2得電，同時(shí)T37、T38開始計(jì)時(shí)。當(dāng)T37計(jì)時(shí)3秒后Q0.2失去電，Q0.3得電，當(dāng)T38計(jì)數(shù)20秒后電動(dòng)機(jī)M1停止運(yùn)轉(zhuǎn)，因T38而得電的Q0.4使得T39、T40得電、當(dāng)T39計(jì)時(shí)3秒后Q0.5得電實(shí)現(xiàn)串電阻降壓啟動(dòng)，當(dāng)T40計(jì)時(shí)30秒Q0.6得電后M2點(diǎn)機(jī)開始進(jìn)行反接制動(dòng)，T41計(jì)時(shí)。T41時(shí)間到后，使得Q0.1得電，M1電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，T42、T43開始計(jì)時(shí)。當(dāng)當(dāng)T42得電后使得Q0.2失電Q0.3得電。當(dāng)T43計(jì)時(shí)完成后Q0.1失電MI電機(jī)反轉(zhuǎn)停止，同時(shí)Q0.0得電，M1電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行開始循環(huán)。6結(jié)論經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白,學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。我的心得也就這么多了，總之，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋