毕业设计论文电机可逆运行能耗制动控制系统

学院 专科毕业设计（论文） 题 目 电机可逆运行能耗制动控制系统可逆运行能耗制动控制系统 学生姓名 专业班级 08 电气（2）班 学 号 所 在 系 电气工程系 指导教师 完成时间 2011 年 3 月 16 日 郑 州 科 技 学 院毕业设计（论文）任务书题目 电机可逆运行能耗制动控制系统 专业 电气自动化 学号 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 主要内容：1).检索与课题有关的国内外资料；2).确定系统设计方案；3).设计电路原理图；4).编制系统相应程序，并上机调试；5).编写毕业设计说明书一份。 基本要求：1).能够理解控制系统的要求；2).理解电机可逆运行的工作原理；3).理解电机能耗制动的工作原理；4).能够正确完成控制系统的设计。 主要参考资料： 电气控制与 PLC 应用技术资料； 可编程控制器实验模拟装置相关资料。完完 成成 期期 限：限： 2011 年年 3 月月 16 日日指导教师签章：指导教师签章： 专业负责人签章：专业负责人签章： 2010 年年 11 月月 6 日日郑州科技学院毕业设计（论文）开题报告表课题名称电机可逆运行能耗制动控制系统设计指导教师 学生姓名学 号专 业电气自动化技术课题来源课题来源: 指导老师命题范围内选题。设计目的：设计目的：1.通过毕业设计，增强了收集、整理资料的能力；2.进一步理解了电机正反转能耗制动与 PLC 应用技术相关知识；3.利用 PLC 技术使电机实现正反转，并利用能耗进行制动。设计要求：设计要求：1.能够理解控制系统的要求；2.理解电机可逆运行的工作原理；3.理解电机能耗制动的工作原理；4.能够正确完成控制系统的设计 设计思路：设计思路：首先根据系统的控制要求，设计出合理的控制方案，并进行可行性论证；然后，在硬件方面，根据可逆运行能耗制动的原理设计出原理图，并根据主电路要求选择出断路器、热继电器、接触器、整流电路等。在软件方面，对可逆运行能耗制动控制编写程序，并进行 I/O 口指令分配。最后，把过程中所出现的故障找出来并加以检测和维护，使电路能够得到更好的控制。 任务完成的阶段内容及时间安排：任务完成的阶段内容及时间安排：第一阶段：2010年11月20日前 确定选题，认真阅读毕业设计任务书。第二阶段：2010年11月20日-11月30日 撰写开题报告，提交并经指导老师审查。第三阶段：2010年12月1日-2011年4月10日 进行社会调查、收集资料、撰写初稿。第四阶段：2011 年 4 月 10 日-4 月 15 日 与指导老师沟通、完成终稿、提交设计成果。指导教师签名： 日期：2010.电机可逆运行能耗制动控制系统摘 要可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将自动化控制技术、计算机技术与通迅技术为一体而发展起来的崭新的工业自动化控制装置，目前 PLC 已基本替代了传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，PLC 跃居工业自动化三大支柱的首位。生产机械往往要求拖动电动机能作正、反向旋转，并使用能耗制动进行停止，由电机原理可知改变三相电源的相序就能改变电动机的转向，然后切除三相交流电源之后，定子绕组通入直流电流，在定转子之间的气隙中产生静止磁场，惯性转动导体切割该磁场，形成感应电流，产生与惯性转动方向相反的电磁力矩而制动。按启动按钮 SB1，KM1 合，电机正转。按启动按钮 SB2，KM2 合，电机反转。 按下SB3，KM1 或 KM2 停，电动机进行能耗制动。FR 动作，KM1 或 KM2 释放电机自由停车。关键词：可编程控制器 电机正反转 能耗制动 自动控制装置REVERSIBLE MOTOR BRAKE CONTROL SYSTEM SNSRGY CONSUMPTIONABSTRACTProgrammable Logic Controller (PLC) is a microprocessor core, the automation and control technology, computer technology and communication technology as a whole and developed a new industrial automation control devices, the current PLC has basically replaced the traditional relay control and widely used in various fields of industrial control, PLC ranks first in the three pillars of industrial automation. Production machinery is often required to drag the motor for forward and reverse rotation, and use dynamic braking to stop, we can see by the principle of changing the three-phase motor phase sequence can change the power steering motor, and then removed after the three-phase AC power, DC current into the stator winding through the air gap between stat or and rotor magnetic field generated in stationary, rotational inertia of the conductor cutting the magnetic field, the formation of induced currents, resulting in turn in the opposite direction with the inertia of the electromagnetic torque and braking. Press the start button SB1, KM1 close, the motor forward. Press the start button SB2, KM2 close, the motor reversal. Press the SB3, KM1 or KM2 stop, the motor for braking. FR action, KM1 or KM2 release of the motor free parking. KEY WORDS: PLC automatic braking motor reversing control devices 目 录中文摘要.I英文摘要.II1 电动机概述.11.1 电动机的基本介绍.11.2 电动机的基本结构.11.3 电动机分类.12 系统方案论证.22.1 利用继电器技术实现.22.2 利用单片机控制技术实现.32.3 PLC 控制技术实现.32.4 系统方案的确定.33 系统电路各器件的选型.43.1 电动机的选型.43.2 接触器的选择.53.3 熔断器的选择.73.4 刀开关和断路器的选择.73.5 变压器的选型.83.6 速度继电器的选择.93.7 电气元器件明细表.94 系统的硬件设计.124.1 整流桥的设计.114.2 主回路设计.124.3 控制回路设计.125 系统的软件设计.145.1 PLC 的选型.135.2 PLC 的 I/O 口分配表.145.3 PLC 的 I/O 口接线图.155.4 梯形图的设计.166 系统调试.176.1 系统硬件电路调试.176.2 系统软件电路调试.177 电机常见故障及处理方法.27总 结.23致 谢.24参考文献.251 电动机概述1.1 电动机的基本介绍电动机是一种旋转式机器,它将电能转变为机械能，它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子，其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动，这些机器中有些类型可作电动机用，也可作发电机用。它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动 、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。1.2 电动机的基本结构电动机本体在结构上是一台普通的凸极式同步电动机它包括主定子和主转子两部分，主定子上放置空间互差 120。的三相对称电枢绕组 Ax、BY、cz，接成星形或三角形，主转子是用永久磁钢制成的一对磁极。转子位置传感器也由定子、转子两部分组成。定子安装在主电动机壳内，转子和主转子同轴旋转。它的作用是把主转子的位置检测出来变成电信号去控制电子开关电路，故也称转子位置检测器。电子开关电路中的功率开关元件分别与主定子上各相绕组相连接通过位置传感器输出的信号，控制三极管的导通和截止从而使主定子上各相绕组中的电流也随着转子位置的改变，按一定的顺序进行切换，实现无接触式的换向。1.3 电动机分类1按工作原理分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。2按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单 相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。3按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。4按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。5按转子的结构分类电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机） 。6按运转速度分类电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。2 系统方案论证系统方案选择的原则是在满足生产机械工艺要求确保产品质量的前提下，力求投资少，效益高和操作方便。根据课题的要求，本课题的控制系统方案有几种方案可供选择：继电器控制方案、单片机控制方案、PLC 控制方案等。2.1 利用继电器技术实现由于继电器在控制电路中有独特的电气、物理特性，其断态的高绝缘电阻和通态的低导通电阻，使得其它任何电子元器件无法与其相比，加上继电器标准化程度高、通用性好、可简化电路等优点，所以继电器仍得以广泛应用。随着科技的飞速发展，继电器在程控通信设备中的使用量还在进一步增加。但是由于使用继电器控制方案接线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每只只有 48 对触点，因此灵活性和扩展性很差。继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，可靠性和可维护性差。再加上使用继电器控制方案将大大增加成本，因此，该控制系统不适合使用继电器控制方案。2.2 利用单片机控制技术实现 单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括 CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部 I/O 信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和 I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。单片机对环境要求也较高，一般要在干扰小的场地使用，指令集复杂，对编程能力要求较高，可读性差，实时控制相对于 PLC 较差。2.3 PLC 控制技术实现 可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬茧配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。可编程控制器(PLC)从上个世纪 70 年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着 30 多年来微电子技术的不断发展，PLC 也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在 PLC 已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由 PLC 为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。2.4 系统方案的确定相对于传统的继电器控制方案来说,PLC 在技术角度上大大方便了电控设计人员，其系统的软硬件设计简便，维护方便，在体积、可靠性、耗电量等性能方面都有很大程度的提高，从而带动成本的节约，而且可以通过计算机进行数据的传输和监控，这一系列的优点使 PLC 很快被人们接受并代替继电器控制方案，广泛应用于工厂自动控制中。相对于单片机来说,PLC 本身固有的稳定性和可靠性特点决定了它在自动化行业内不可取代的地位。PLC 挤占部分单片机的市场。PLC 相比单片机具有高可靠性，易于开发，扩展性好，通讯简单的，这些优点促使很多的设备生产厂家在设计时选用 PLC 作为设备的控制器。总之，现代的工业自动化生产线中,多数产家都采用 PLC 作为自动化生产线的控制。在未来的工业生产中，PLC 仍然能够引导自动化行业的发展，随着电子技术的飞速发展，PLC 将在各个领域更加适应不同客户的要求。众所周知，目前我国仍有许多生产机械设备，都是采用继电器控制，除了可靠性差外，设计程序也很繁杂。从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量很大，这势必造成设计周期长。而采用 PLC 控制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。编程人员也可根据新产品对生产提出的新工艺要求，重新编写程序并把它存储在 EEPROM 模块中去，需要加工哪个产品的程序，操作人员可以随时调用，这既方便、简单又可保密。开发这种软件对优化生产过程，提高产品数量和质量，提高劳动生产率，非常具有实际意义。仅此一点也深受生产及设计者的欢迎。综上所述，该控制系统的控制方案应选 PLC控制方案为宜。3 系统电路各器件的选型3.1 电动机的选型 首先，就是电机结构形式的选择，我们主要是根据使用环境来选择电动机结构形式:（1）在正常环境条件下,一般采用防护式电动机;在粉尘较多的工作场所,采用封闭式电动机;（2）在湿热带地区或比较潮湿的场所,尽量采用湿热带型电动机;（3）在露天场所使用,采用户外型电动机,若有防护措施,也可采用封闭式或防护式电动机;（4）在高温工作场所,应根据环境温度,选用相应绝缘等级的电动机,并加强通风改善电动机工作条件;（5）在有爆炸危险场所,必须选用防爆型电动机;（6）在有腐蚀气体的场所,应选用防腐式电动机.其次,是对电动机类型的选择：（1）不需要调速的机械装置应优先选用笼型异步电动机;（2）对于负载周期性波动的长期工作机械,宜用绕线型异步电动机;（3）需要补偿电网功率因数及获得稳定的工作速度时,优先选用同步电动机;（4）只需要几种速度,但不要求调速时,选用多速异步电动机,采用转换开关等来切换你所需要的工作速度;（5）需要大的起动转矩和恒功率调速的机械,宜选用直流电动机;（6）起制动和调速要求较高的机械,可选用直流电机或带调速装置的交流电机; （7）需要自动伺服控制的情况下，需要选择伺服电机。再其次,我们来看看电机转速的选择：（1）电动机转速应符合机械传动的要求；（2）在市电标准频率(50HZ)作用下,由于磁极对数不同，存在转差率,其实际转速比同步转速低 2-5%.因此,根据上面所述，本设计选择电机方法如下：本设计要求对于不需调速的低转速的传动,一般选用稍高转速的电机,通过减速机来传动,但电机转速不应过高.一般,可优先选用同步转速 1500r/min 的电机,因为在这个转速的电机适应性最好;功率也要大于 10KW 的电机。因此本设计选用电机型号为 JO2-32额定功率 3KW 额定电流 6.5A 额定转速 1430r/min。3.2 接触器的选择接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压应与被控设备的额定电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、操作频率、工作寿命、安装方式及尺寸以及经济性等是选择的依据。通用接触器可大致分以下两类。1 交流接触器。主要有电磁机构。触头系统。灭弧装置等组成。常用的是CJ10。CJ12。CJ12B 等系列。2 直流接触器，一般用于控制直流电器设备，线圈中通以直流电，直流接触器的动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。电动机用接触器根据电动机使用情况及电动机类别可分别选用 AC-24，对于启动电流在 6 倍额定电流，分断电流为额定电流下可选用 AC-3，如风机水泵等，可采用查表法及选用曲线法，根据样本及手册选用，不用再计算。当电动机处于点动、需反向运转及制动时，接通电流为 6Ie，使用类别为 AC-4，它比 AC-3 严酷的多。可根据使用类别 AC-4 下列出电流大小计算电动机的功率。公式如下： Pe=3UeIeCOS,Ue：电动机额定电流，Ie：电动机额定电压，COS：功率因数，：电动机效率。如果允许触头寿命短，AC-4 电流可适当加大，在很低的通断频率下改为 AC-3类。根据电动机保护配合的要求，堵转电流以下电流应该由控制电器接通和分断。大多数 Y 系列电动机的堵转电流7Ie，因此选择接触器时要考虑分、合堵转电流。规范规定：电动机运行在 AC-3 下，接触器额定电流不大于 630A 时，接触器应当能承受 8 倍额定电流至少 10 秒。对于一般设备用电动机，工作电流小于额定电流，启动电流虽然达到额定电流的 47 倍，但时间短，对接触器的触头损伤不大，接触器在设计时已考虑此因数，一般选用触头容量大于电动机额定容量的 1.25 倍即可。对于在特殊情况下工作的电动机要根据实际工况考虑。如电动葫芦属于冲击性负载，重载启停频繁，反接制动等，所以计算工作电流要乘以相应倍数，由于重载启停频繁，选用 4 倍电动机额定电流，通常重载下反接制动电流为启动电流 2 倍，所以对于此工况要选用 8 倍额定电流的交流接触器。因此根据电动机的额定电流 Ied=6.5A，控制回路电源电压 380V，根据主触点额定电流计算公式，可知需主触点三对，常开辅助触点 1 个，常闭辅助触点 2 个，根据上述情况，选用 CJ10-10 型接触器，线圈额定电压为 380V。3.3 熔断器的选择熔断器也被称为保险丝，IEC127 标准将它定义为熔断体（fuse-link)。它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。熔断器其实就是一种短路保护器，广泛用于配电系统和控制系统，主要进行短路保护或严重过载保护。工作原理利用金属导体作为熔体串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，因其自身发热而熔断，从而分断电路的一种电器。熔断器结构简单，使用方便，广泛用于电力系统、各种电工设备和家用电器中作为保护器件。 (一) 熔断器类型的选择 应根据使用场合选择熔断器的类型.电网配电一般用刀型触头熔断（HDLRT0 RT36 系列);电动机保护一般用螺旋式熔断器;照明电路一般用圆筒帽形熔断器;保护可控硅元件则应选择半导体保护用快速式熔断器. (二) 熔断器规格的选择 1 熔体额定电流的选择 (1) 对于变压器、电炉和照明等负载,熔体的额定电流应略大于或等于负载电流. (2) 对于输配电线路,熔体的额定电流应略大于或等于线路的安全电流. (3) 在电动机回路中用作短路保护时,应考虑电动机的启动条件,按电动机启动时间的长短来选择熔体的额定电流. 对启动时间不长的电动机,可按下式决定熔体的额定电流 IN 熔体=Ist/(2.53) 式中 Ist电动机的启动电流,单位:A 对启动时间较长或启动频繁的电动机,按下式决定熔体的额定电流 IN 熔体=Ist/(1.62) 对于多台电动机供电的主干母线处的熔断器的额定电流可按下式计算: In=(2.02.5)Imemax+Ime 注:In 熔断器的额定电流;Ime 电动机的额定电流;Imemax 多台电 动机容量最大的一台电动机的额定电流; Ime 其余电动机的额定电流之和.因此可选用 RL1-15 型熔断器，配用 15A 的熔体电流。3.4 刀开关和断路器的选择 （1）QS 的选择刀开关的额定电压应等于或大于电路额定电压。其额定电压应等于或稍大于电路工作电流。当用刀开关控制电动机时，其额定电流要大于电动机额定电流的 3 倍。（2）QF 的选择电动机保护用断路器的选用 电动机保护用断路器可分为两类：一类是指断路器只作保护而不负担正常操作；另一类是指断路器需兼作保护和不频繁操作之用。后一类情况需考虑操作条件和电寿命。电动机保护用断路器的选用原则为： (1) 长延时电流整定值等于电动机额定电流。(2) 瞬时整定电流：对保护笼型电动机的断路器，瞬时整定电流等于（8-15）倍电动机额定电流，取决于被保护电动机的型号、容量和启动条件；对于保护绕线转子电动机的断路器，瞬时整定电流等于（3-6）倍电动机额定电流，取决于被保护绕线转子电动机的型号、容量和启动条件。(3) 6 倍长延时电流整定值的可返回时间大于等于电动机实际启动时间。按启动时负载的轻重，可选用可返回时间为 1、3、5、8、15S 中的某一档。3.5 变压器的选择1. 相数的确定电力变压器按相数可分为单相变压器和三相变压器两类，三相变压器与同容量的单相变压器组相比较，价格低、占地面积小，而且运行损耗减少 1215。因此，在 330kV 及以下电力系统中，一般都选用三相变压器。2. 绕组数的确定变压器按其绕组数可分为双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等型式。当发电厂只升高一级电压时或 35kV 及以下电压的变电所，可选用双绕组普通式变压器。当发电厂有两级升高电压时，常使用三绕组变压器作为联络变压器，其主要作用是实现高、中压的联络。其低压绕组接成三角形抵消三次谐波分量。110kV 及以上电压等级的变电所中，也经常使用三绕组变压器作联络变压器。当中压为中性点不直接接地电网时，只能选用普通三绕组变压器。自耦变压器特点是其中两个绕组除有电磁联系外，在电路上也有联系，其绕组布置如图 8-17、8-18 所示。因此，当自耦变压器用来联系两种电压的网络时，一部分传输功率可以利用电磁联系，另一部分可利用电的联系。电磁传输功率的大小决定变压器的尺寸、重量、铁芯截面和损耗，所以与同容量、同电压等级的普通变压器比较，自耦变压器的经济效益非常显著。但是，由于自耦变压器在高压电网和中压电网之间有电气连接，故具备了过电压从一个电压等级的电网转移到另一个电压等级电网的可能性。例如，高压侧电网发生过电压时，它可通过串联绕组进入公共绕组，使其绝缘受到危害。如果在中压电网出现过电压时，它同样进入串联绕组，可能产生很高的感应过电压。为了防止高压侧电网发生单相接地时，在中压绕组其它两相出现过电压，要求自耦变压器的中性点必须直接接地。3.6 速度继电器的选择 速度继电器又称反接制动继电器。它的主要结构是由转子、定子及触点三部分组成。由于继电器工作时是与电动机同轴的，不论电动机正转或反转，电器的两个常开触点，就有一个闭合，准备实行电动机的制动。一旦开始制动时，由控制系统的联锁触点和速度继电器的备用的闭合触点，形成一个电动机相序反接（俗称倒相）电路，使电动机在反接制动下停车。而当电动机的转速接近零时，速度继电器的制动常开触点分断，从而切断电源，使电动机制动状态结束。 常用的速度继电器有 JY1 型和 JFZ0 型两种。其中，JY1 型可在 7003600r/min范围内可靠地工作；JFZO1 型使用于 3001000r/min；JFZO-2 型适用于10003600r/min。他们具有两个常开触点、两个常闭触点，触电额定电压为380V，额定电流为 2A。一般速度继电器的转轴在 130r/min 左右即能动作，在100r/min 时触头即能恢复到正常位置。可以通过螺钉的调节来改变速度继电器动作的转速，以适应控制电路的要求。因此由设计要求，故选择用 JFZO-2 型。3.7 电气元器件明细表电气元器件明细表需注明各元器件的型号及数量。如表 3-1 所示符号名称型号规格数量 MQSKM1KRFUSB2,SB3 SB1TC GRP异步电动机隔离开关交流接触器热继电器熔断器控制按钮控制按钮变压器整流器可变电阻JO2-32HZ10-25/3CJ10-10JR16B-20/3RLI-15LA10LA103KW 380V 1430/min3 极 380V 25A10A 线圈电压 380V额定电流 7.2A 整定电流 6.5A额定电压 380V 熔体 15A红色黑色11311111114 系统的硬件设计4.1 整流桥的设计 整流桥就是将整流管封在一个壳内了.分全桥和半桥.全桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起.半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起,用两个半桥可组成一个桥式整流电路,一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路, 直流电源的估算方法（1） 参数的确定先用电桥测量电动机定子绕组两相之间的冷态电阻 R，也可以从手册中查到；测出电动机的空载电流 I，也可根据 I=（30%40%）In 来确定，其中，In 为电动机的额定电流。一般取直流制动电流为 Iz=(1.54)In，当传动装置转速高、惯性大时，系数可取大些，否则取小些；一般取直流电源的制动电压为 Riz。（2） 变压器容量及二极管放入选择变压器二次侧电压取 U2=1.11Riz。变压器二次侧电流取 I2=1.11Iz变压器容量为 S=U2I2。考虑到变压器仅在制动过程短时间内工作，它的实际容量通常取计算容量的三分之一左右。当采用桥式整流电路时，每只二极管流过的电流平均值为 1/2Iz，反向电压为2U2，然后再考虑 1.52 倍的安全裕量，选择适当的二极管。 图 4-1 整流桥的电路4.2 主回路设计 根据电机运行要求，有接触器 KM1，KM2 分别控制电机的正反转：KM3 控制电动机制动时将直流电源引入定子回路。电动机 M 的过载保护由热继电器 KR 实现，短路保护可由熔断器实现，直流电源用控制变压器 TC 将三相线电压降低然后用整流装置将交流电变为直流电。4.3 控制回路设计主电动机的启动和停止分别用 SB2，SB3，SB1 进行操作。SB2 用联动按钮，按下 SB2，电动机正转，同时切断反转控制回路。按下 SB3，电动机反转，同时切断正转控制回路。正反转可以直接切换。正反转控制回路用 KM1，KM2 常闭触点互锁，以保证正反转控制回路不同同时得电。制动控制回路用接触器 KM3 和时间继电器 KT 实现。停止按钮用联动按钮，按下停止按钮 SB1，断开线圈 KM1，KM2，同时接通 KM3 和 KT，电动机定子回路接入直流电源，同时切断三相交流电源，时间继电器常闭触点断开，切断 KM3，制动结束。如图 4-2图 4-2 可逆运行能耗制动控制线路5 系统的软件设计5.1 PLC 的选型PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型 PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。输入输出模块的选择：输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程 I/O 机架等。电源的选择：PLC 的供电电源，除了引进设备时同时引进 PLC 应根据产品说明书要求设计和选用外，一般 PLC 的供电电源应设计选用 220VAC 电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果 PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。经济性的考虑：选择 PLC 时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对 CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。5.2 PLC 的 I/O 口分配表类别元件PLC 元件作用SB1X1制动按钮SB2X2启动按钮输入（I）SB3X3反转按钮KM1Y1正转定子绕组主接触器KM2Y2反转定子绕组主接触器输出（O）KM3Y3制动定子绕组主接触器图 5-1 I/O 端口分配表5.3 PLC 的 I/O 口的接线图PLC 是由输入部分、逻辑部分、输出部分组成。输入部分的输入端子接收外部开关信息。 逻辑部分处理输入部分所取得的信息。经过逻辑运算、处理，判断哪些信息需要输出，做出反应（下图为三相异步电动机可逆运行能耗制动 PLC 控制接线图） 。输出部分是 PLC 通过输出端子向外部负载发出执行指令。X1 SB1（能耗制动） Y0 KM1X2 SB2（正转） Y1 KM2X3 SB3（反转） Y2 KM3（2（）图 5-2 PLC 的 I/O 接线图5.4 梯形图的设计图 5-3 三相异步电动机可逆运行能耗制动 PLC 控制的梯形图6 系统调试6.1 系统硬件电路调试仔细检查所接电路，按照硬件原理图接线，理论上是能实现的，如果电动机不能能耗制动，则应检查线路是否正确，或是整流块是否损坏。还有 220V 交流电绿色接头和电机街头必须接正确，否则导致电路烧坏。如果能注意这些问题，电路基本不会出错。6.2 系统软件电路调试如果硬件电路检查后，没有问题却实现不了设计要求，则可能是软件编程的问题，首先应检查初始化程序，然后是读指令程序，对这些分段程序，要注意逻辑顺序，调用关系，以及涉及到了标号，有时会因为一个标号而影响程序的执行，除此之外，还要熟悉各指令的用法，以免出错。本人在设计的时候，在三菱 PLC 仿真软件 GX Developer 8 进行调试，通过此软件进行调试可以很方便的观察 PLC 内部各个I/O 口变化情况，以方便进行调试。7 电机常见故障及处理方一、通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟。1. 电源未通(至少两相未通); 2. 熔丝熔断(至少两相熔断); 3. 控制设备接线错误; 4.电机已经损坏。或者1. 检查电源回路开关，熔丝、接线盒处是否有断点，修复;2. 检查熔丝型号、熔断原因，更换熔丝;3. 检查电机，修复。二、通电后电机不转，然后熔丝烧断。1. 缺一相电源，或定子线圈一相反接; 2. 定子绕组相间短路;3. 定子绕组接地;4. 定子绕组接线错误;5. 熔丝截面过小;6. 电源线短路或接地。或者1. 检查刀闸是否有一相未合好，或电源回路有一相断线;消除反接故障;2. 查处短路点，予以修复;3. 消除接地; 4. 查出误接，予以更正; 5. 更换熔丝; 6. 消除接地点。 三、通电后电机不转，有嗡嗡声。1. 定子、转子绕组有断路(一相断线)或电源一相失电;2. 绕组引出线始末端接错或绕组内部接反;3. 电源回路接点松动，接触电阻大; 4. 电机负载过大或转子卡住; 5. 电源电压过低; 6. 小型电机装配太紧或轴承内油脂过硬，轴承卡住。 或者 1. 查明断点，予以修复; 2. 检查绕组极性;判断绕组首末端是否正确;3. 紧固松动的接线螺栓，用万用表判断各接头是否假接，予以修复; 4. 减载或查出并消除机械故障; 5. 检查是否把规定的接法误接为 Y 接法;是否由于电源导线过细使压降过大，予以纠正; 6. 重新装配使之灵活;更换合格油脂，修复轴承。 四、电机起动困难，带额定负载时，电动机转速低于额定转速叫多。 1. 电源电压过低; 2. 接法误接为 Y 接法; 3. 笼形转子开焊或断裂; 4. 定子、转子局部线圈错接、接反; 五、电机过载。 1. 测量电源电压，设法改善; 2. 纠正接法; 3. 检查开焊和断点并修复; 4. 查出误接处，予以改正; 5. 减载。 六、电机空载电流不平衡，三相相差大。 1. 绕组首尾端接错; 2. 电源电压不平衡; 3. 绕组有匝间短路、线圈反接等故障。 1、检查并纠正; 2、测量电源电压，设法消除不平衡; 3、消除绕组故障。 七、电机空载电流平衡，但数值大。 1. 电源电压过高; 八、气隙过大或不均匀。 1. 检查电源，设法恢复额定电压; 2. 改接为 Y 接; 3. 更换新转子或调整气隙。九、电机运行时响声不正常，有异响。 1. 转子与定子绝缘低或槽楔相擦; 2. 轴承磨损或油内有砂粒等异物; 3. 定子、转子铁心松动; 4. 轴承缺油; 5. 风道填塞或风扇擦风罩; 6. 定子、转子铁心相擦; 7. 电源电压过高或不平衡; 十、定子绕组错接或短路。 1. 修剪绝缘，削低槽楔; 2. 更换轴承或清洗轴承; 3. 检查定子、转子铁心; 4. 加油; 5. 清理风道，重新安装风罩; 6. 消除擦痕，必要时车小转子; 7. 检查并调整电源电压; 8. 消除定子绕组故障。 十一、运行中电机振动叫大。 1. 由于磨损，轴承间隙过大; 2. 气隙不均匀; 3. 转子不平衡; 4. 转轴弯曲; 5. 铁心变形或松动; 6. 联轴器(皮带轮)中心未校正; 7. 风扇不平衡; 8. 机壳或基础强度不够; 9. 电机地脚螺丝松动; 10.笼形转子开焊、断路、绕组转子断路; 十二、定子绕组故障。 1. 检查轴承，必要时更换; 2. 调整气隙，使之均匀; 3. 校正转子动平衡; 4. 校直转轴; 5. 校正重叠铁心; 6. 重新校正，使之符合规定; 7. 检修风扇，校正平衡，纠正其几何形状; 8. 进行加固; 9. 紧固地脚螺栓; 10.修复转子绕组; 11.修复定子绕组。 十三、轴承过热。 1. 润滑脂过多或过少; 2. 油质不好含有杂质; 3. 轴承与轴颈或端盖配合不当; 4. 轴承盖内孔偏心，与轴相擦; 5. 电机与负载间联轴器未校正，或皮带过紧; 6. 轴承间隙过大或过小; 十四、电机轴弯曲。 1. 按规定加润滑油脂(容积的三分之一至三分之二); 2. 更换为清洁的润滑油脂; 3. 过松可用粘结剂修复; 4. 修理轴承盖，消除擦点; 5. 重新装配; 6. 重新校正，调整皮带张力; 7. 更换新轴承; 8. 矫正电机轴或更换转子。 十五、电机过热甚至冒烟。 1. 电源电压过高，使铁心发热大大增加; 2. 电源电压过低，电机又带额定负载运行，电流过大使绕组发热; 3. 定子、转子铁心相擦，电机过载或频繁起动; 4. 笼形转子断条; 5. 电机缺相，两相运行; 6. 环境温度高，电机表面污垢多，或通风道堵塞; 7. 电机风扇故障，通风不良; 8. 定子绕组故障(相间、匝间短路; 十六、定子绕组内部连接错误)。 1. 降低电源电压(如调整供电变压器分接头)，若是电机 Y、接法错 误引起，则应改正接法。 2. 提高电源电压或换相供电导线; 3. 消除擦点(调整气隙或锉、车转子)，减载，按规定次数控制起动; 4. 检查并消除转子绕组故障，空气滤芯 5. 恢复三相运行; 6. 清洗电动机，改善环境温度，采用降温措施; 7. 检查并修复风扇，必要时更换; 8. 检查电机定子绕组，消除故障 总 结通过本次的设计，使我们不仅对 PLC 这门课程有了更深刻的认识，懂得了如何运用课本知识结合实际来完成电机可逆运行的方法，使我们能够很快的适应现代控制技术发展的需求，同时也提高了我们的思维能力和实际操作能力，为以后更好的走上工作岗位奠定了坚实的基础。在做硬件电路的这段时间里，从思考设计到对电路的调试经过了许多困难。同样在对软件进行设计时，也可为一路坎坷。但是通过对软硬件不断撞墙，不断思考解决问题的过程中，我学会了很多东西，同时对 PLC 也有了更深的认识。在做设计的时候，很需要耐心和对事物的细心，很多时候一个简单问题的一个简单的疏忽就会导致整个电路的不工作，只有不断的检查不断的调试，才能真正完成一个设计的制作。只有不断的发现问题解决问题，才能从问题中改变自己，提升自己对 PLC 的能力。 此设计虽然能够完成电机可逆运行能耗制动的控制，但功能有待于进一步提高。以后可以通过从温度方面下手，来控制电机的转速，使其功能更加完善。致 谢本论文最终得以顺利完成，非常感谢我的指导老师李老师。从论文选题指导论文的完成，她都给予我了尽心尽力的指导。李老师严谨的治学态度深深的影响着我，对我今后的学习、工作、生活必将产生影响。借此机会，特向李老师表示最诚挚的感谢。经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。首先感谢李老师出的这些论文选题，给了我这么一个展现自己能力的平台。在这一个论文设计之中，涉及到了方方面面的知识，没有大学期间各个学科老师的辛勤栽培，也不会有我见天的成果。所以要感谢所有的任课老师 。在这里也要感谢我的室友们，是她们在平时无微不至的照顾，才有了我更棒的身体，和更多的学习时间。三年的时间里，我们没有红过脸，我们一直保持着那份纯真的友谊，是我们的互相帮助，才有了今天的这份德业双修。所以在这里也要感谢我们的郑州科技学院，是学院给了我们这么宽广的一个交流平台，能够在获得知识的同时，也能得到同样珍贵的友谊。在论文即将完成之际，我的心情很是激动，那些埋头苦干和终日坐在电脑跟前的场景还是历历在目，辛勤劳动的付出，相信也能够给我带来同样分量的收获。从开始进入课题到论文的顺利完成，有太多太多的要感谢的朋友和老师，在这里请接受我真挚的感谢！参考文献1 电气控制与 PLC 应用(第 2 版新编电气与电子信息类本科规划教材)2 孟浩，刘东星主编自动控制原理 （第五版）同步辅导及习题全解3 龚运新 赵厚玉 戚本志编著PLC 技术及应用:基于西门子 S7-200(高等院校信息技术规划教材) 4 谭浩强 编著C 程序设计.北京:清华大学出版社 1999 年5 辜承林电机学(第二版)-21 世纪电气与电子工程系列教材6 唐介编著电机与拖动/高等学校教材7 苑尚尊 贺春玲 编著电机拖动与电气技术实验指导书 (21 世纪智能化网络化电工电子实验系列教材) 8 曹承志著电机、拖动与控制9 马春森/主编电机与电力拖动基础 学院毕业设计（论文）检查表时间（周次）内容指导教师意见指导教师签名2010.11.13在老师命题范围内选择题目.2010.11.23搜集 设计方面的资料,开始写论文.2011.2.25论文初步完成，交由老师检查,听取老师修改整体论文排版要求.2011.3.10论文修改完成，再次交由老师审阅并听取老师意见。2011.3.15论文修改完成,经老师审阅合格后,上交论文。