刘建成毕业论文《三相异步电动机的PLC控制》

安徽机电职业技术学院毕 业 论 文三相异步电动机的PLC控制系 别 电气工程系 专 业 电机与电器 班 级 电机3081 姓 名 刘建成 学 号 1306083022 2010 2011 学年第 1 学期安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目单片机在应用中的LCD显示学生姓名刘建成学 号1306083022指导教师鲁业安系 部电气工程系班 级电机3081班顺序号第1 次学生完成毕业论文（设计）内容情况11月16日确定三相异步电动机的PLC控制 学生签名：时间：2010年 11月7日教师指导内容记录分配任务，指导论文大致方向 教师签名：时间：年月日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目单片机在应用中的LCD显示学生姓名刘建成学 号1306083022指导教师鲁业安系 部电气工程系班 级电机3081班顺序号第2 次学生完成毕业论文（设计）内容情况11月714日搜集三相异步电动机、PLC、三相异步电动机的PLC控制的相关知识 学生签名：时间：2010年 11月14日教师指导内容记录审阅题目，指明论文基本要求 教师签名：时间：年月日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目单片机在应用中的LCD显示学生姓名刘建成学 号1306083022指导教师鲁业安系 部电气工程系班 级电机3081班顺序号第3 次学生完成毕业论文（设计）内容情况11月1521日向鲁业安老师咨询关于三相异步电动机的PLC控制的相关知识及设计 学生签名：时间：2010年 11月21日教师指导内容记录查看目录是否规范，结构是否合理 教师签名：时间：年月日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目单片机在应用中的LCD显示学生姓名刘建成学 号1306083022指导教师鲁业安系 部电气工程系班 级电机3081班顺序号第4 次学生完成毕业论文（设计）内容情况11月2228日完成本人三相异步电动机的PLC控制毕业论文的电子档 学生签名：时间：2010年 11月28日教师指导内容记录提供相关内容的参考资料及网站 教师签名：时间：年月日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目单片机在应用中的LCD显示学生姓名刘建成学 号1306083022指导教师鲁业安系 部电气工程系班 级电机3081班顺序号第5 次学生完成毕业论文（设计）内容情况12月5日发送电子档给鲁业安老师审阅 学生签名：时间：2010年 12月5日教师指导内容记录查看各章节的衔接是否合理并提出建议 教师签名：时间：年月日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目单片机在应用中的LCD显示学生姓名刘建成学 号1306083022指导教师鲁业安系 部电气工程系班 级电机3081班顺序号第6 次学生完成毕业论文（设计）内容情况12月12日获得鲁业安老师的许可 学生签名：时间：2010年 12月12日教师指导内容记录查看整体格式是否正确，是否符合要求 教师签名：时间：年月日安徽机电职业技术学院 三相异步电动机的PLC的控制摘 要PLC在三相异步电机控制中的应用，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强、功能完善等优点。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。本文设计了三相异步电动机的PLC控制电路，该电路主要以性能稳定、简单实用为目的。关键词：PLC，编程语言，三相异步电机，继目录绪论1第一章 三相异步电动机基础21.1 三相异步电动机的基本结构21.2 三相异步电动机的工作原理31.3 三相异步电动机的几个工作过程的分析3第二章 PLC基础72.1 PLC的定义72.2 PLC与继电器控制的区别72.3 PLC的工作原理72.4 PLC的应用分类8第三章 总体设计93.1 系统结构93.2 系统配置103.3 三相异步电动机的调速系统PLC控制16图7 梯形图183.4 三相异步电动机使用PLC控制优点203.5系统调试21第四章 结束语22参考文献23I绪论三相异步电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中，三项异步电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。在生产过程，科学研究和其他产业领域中，电气控制技术应用十分广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。本系统的控制是采用PLC的编程语言梯形语言，梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制，定时、计数和算术等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。 进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大的推动了PLC的发展，使的PLC的功能日益增强。如PLC可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等，易于实现柔性制造系统。远程通信功能的实现更使PLC 如虎添翼。目前，在先进国家中，PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业。PLC是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。PLC 通过输入/输出（I/O）装置发出控制信号和接受输入信号。由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。第一章 三相异步电动机基础1.1 三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机由静止的定子和旋转的转子两个重要部分组成，定子和转子之间由气隙分开。图1-1为三相异步电动机结构示意图。(a) 外形图； (b) 内部结构图图1-1 三相异步电动机结构示意图1.1.1 定子定子由定子铁心、定子绕组、机座和端盖等组成。机座的主要作用是用来支撑电机各部件，因此应有足够的机械强度和刚度，通常用铸铁制成。为了减少涡流和磁滞损耗，定子铁心用0.5 mm厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成，铁心内圆周上有许多均匀分布的槽，槽内嵌放定子绕组，如图1-2所示。 图1-2 三相异步电动机的定子1.1.2 转子转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。转子铁心也用0.5 mm厚硅钢片冲成转子冲片叠成圆柱形，压装在转轴上。其外围表面冲有凹槽，用以安放转子绕组。按转子绕组形式不同，可分为绕线式和鼠笼式两种。 1.2 三相异步电动机的工作原理图1-3为三相异步电动机工作原理示意图。为简单起见，图中用一对磁极来进行分析。三相定子绕组中通入交流电后，便在空间产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子将作切割磁力线的运动而在其两端产生感应电动势，感应电动势的方向可根据右手螺旋法则来判断。由于转子本身为一闭合电路，所以在转子绕组中将产生感应电流，称为转子电流，电流方向与电动势的方向一致，即上面流出，下面流进。图1-3 三相异步电动机工作原理图 转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用，其方向可由左手定则来判断，上面的转子导条受到向右的力的作用，下面的转子导条受到向左的力的作用。电磁力对转子的作用称为电磁转矩。在电磁转矩的作用下，转子就沿着顺时针方向转动起来，显然转子的转动方向与旋转磁场的转动方向一致。 1.3 三相异步电动机的几个工作过程的分析1.3.1 三相异步电动机的起动 三相异步电动机接通电源，使电机的转子从静止状态到转子以一定速度稳定运行的过程称为电动机的起动过程。起动方法有直接起动和降压起动两种。1.直接起动 直接起动又称为全压起动，起动时，将电机的额定电压通过刀开关或接触器直接接到电动机的定子绕组上进行起动。直接起动最简单，不需附加的起动设备，起动时间短。只要电网容量允许，应尽量采用直接起动。但这种起动方法起动电流大，一般只允许小功率的三相异步电动机进行直接起动；对大功率的三相异步电动机，应采取降压起动，以限制起动电流。 2.降压起动 通过起动设备将电机的额定电压降低后加到电动机的定子绕组上，以限制电机的起动电流，待电机的转速上升到稳定值时，再使定子绕组承受全压，从而使电机在额定电压下稳定运行，这种起动方法称为降压起动。 前面讲过，起动转矩与电源电压的平方成正比，所以当定子端电压下降时，起动转矩大大减小。这说明降压起动适用于起动转矩要求不高的场合，如果电机必须采用降压起动，则应轻载或空载起动。常用的降压起动方法有下面三种。(1) Y-降压起动 这种起动方法适用于电动机正常运行时接法为三角形的三相异步电动机。电机起动时，定子绕组接成星形，起动完毕后，电动机切换为三角形。 图1-4 Y-降压起动控制线路图1-4是一个Y-降压起动控制线路，起动时，电源开关QS闭合，控制电路先使得KM2闭合，电机星形起动，定子绕组由于采用了星形结构，其每相绕阻上承受的电压比正常接法时下降了。当电机转速上升到稳定值时，控制电路再控制KM1闭合，于是定子绕组换成三角形接法，电机开始稳定运行。定子绕组每相阻抗为|Z|，电源电压为U1，则采用连接直接起动时的线电流为采用Y连接降压起动时， 每相绕组的线电流为 则 （1-5） 由式（1-5）可以看出，采用Y-降压起动时，起动电流比直接起动时下降了1/3。电磁转矩与电源电压的平方成正比，由于电源电压下降了，所以起动转矩也减小了1/3。 以上分析表明，这种起动方法确实使电动机的起动电流减小了，但起动转矩也下降了，因此，这种起动方法是以牺牲起动转矩来减小起动电流的，只适用于允许轻载或空载起动的场合。 (2)自耦变压器降压起动 这种起动方法是指起动时，定子绕组接三相自耦变压器的低压输出端，起动完毕后，切掉自耦变压器并将定子绕组直接接上三相交流电源，使电动机在额定电压下稳定运行。 1.3.2 三相异步电动机的制动 三相异步电动机脱离电源之后，由于惯性，电动机要经过一定的时间后才会慢慢停下来, 但有些生产机械要求能迅速而准确地停车，那么就要求对电动机进行制动控制。电动机的制动方法可以分为两大类：机械制动和电气制动。机械制动一般利用电磁抱闸的方法来实现；电气制动一般有能耗制动、反接制动和回馈发电制动三种方法。 1.能耗制动 正常运行时，将QS闭合，电动机接三相交流电源起动运行。制动时，将QS断开，切断交流电源的连接，并将直流电源引入电机的V、W两相，在电机内部形成固定的磁场。电动机由于惯性仍然顺时针旋转，则转子绕阻作切割磁力线的运动，依据右手螺旋法则，转子绕组中将产生感应电流。又根据左手定则可以判断，电动机的转子将受到一个与其运动方向相反的电磁力的作用，由于该力矩与运动方向相反，称为制动力矩，该力矩使得电动机很快停转。制动过程中，电动机的动能全部转化成电能消耗在转子回路中，会引起电机发热，所以一般需要在制动回路串联一个大电阻，以减小制动电流。这种制动方法的特点是制动平稳，冲击小，耗能小，但需要直流电源，且制动时间较长，一般多用于起重提升设备及机床等生产机械中。2.反接制动 反接制动是指制动时，改变定子绕组任意两相的相序，使得电动机的旋转磁场换向，反向磁场与原来惯性旋转的转子之间相互作用，产生一个与转子转向相反的电磁转矩，迫使电动机的转速迅速下降，当转速接近零时，切断电机的电源，如图1-6所示。显然反接制动比能耗制动所用的时间要短。 (a) 接线图； (b) 原理图图1-6反接制动示意图 正常运行时，接通KM1，电动机加顺序电源UVW起动运行。需要制动时，接通KM2， 从图可以看出，电动机的定子绕组接逆序电源VUW，该电源产生一个反向的旋转磁场，由于惯性，电动机仍然顺时针旋转，这时转子感应电流的方向按右手螺旋法则可以判断，再根据左手定则判断转子的受力F。显然，转子会受到一个与其运动方向相反，而与新旋转磁场方向相同的制动力矩，使得电机的转速迅速降低。当转速接近零时，应切断反接电源，否则，电动机会反方向起动。反接制动的优点是制动时间短，操作简单，但反接制动时，由于形成了反向磁场，所以使得转子的相对转速远大于同步转速，转差率大大增大，转子绕组中的感应电流很大，能耗也较大。为限制电流，一般在制动回路中串入大电阻。另外，反接制动时，制动转矩较大，会对生产机械造成一定的机械冲击，影响加工精度，通常用于一些频繁正反转且功率小于10 kW的小型生产机械中。 3.回馈发电制动 回馈发电制动是指电动机转向不变的情况下，由于某种原因，使得电动机的转速大于同步转速，比如在起重机械下放重物、电动机车下坡时，都会出现这种情况，这时重物拖动转子，转速大于同步转速，转子相对于旋转磁场改变运动方向，转子感应电动势及转子电流也反向，于是转子受到制动力矩，使得重物匀速下降。此过程中电动机将势能转换为电能回馈给电网，所以称为回馈发电制动。 第二章 PLC基础2.1 PLC的定义可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。2.2 PLC与继电器控制的区别1.控制方式 继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。2.控制速度 继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。 3.延时控制 继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。 PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。2.3 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。2.4 PLC的应用分类 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1.开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4.过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5.数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6.通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。第三章 总体设计3.1 系统结构三相异步电动机根据工作要求不同，主要进行降压启动、正反转、自动循环、制动、变速等不同控制，该设计要求把对电动机的上述控制采用PLC控制来实现，使系统的性能更完善。我们国家的标准电压是380V和220V两种制式，生产厂家也是按这个标准化技术生产的你们公司定做的，一定有其原因和内行的专业技术人员指导的，理论上讲是没什么问题的，可以正常使用。设计功率大，实际使用功率小点，电动机起热电流大是正常的。就像设计是十匹马拉的车现在用八匹马拉车，那每匹马拉车的力就用的多一点。要想解决这个问题的办法是提高电压！结构原理框图如下图1所示。计算机PLC可编程控制器转换电路三相异步电动机三相异步电动机驱动器图1结构原理框图3.2 系统配置在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系。选择PLC机型应考虑两个问题:（1） PLC的容量应为多大？（2） 选择什么公司的PLC及外设。本系统共包括12路开关量，7路模拟量选择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。目前，各个厂家生产的PLC其品种、规格及功能都各不相同。由于本设计的需要我选择了日本松下电工公司的FP系列PLC，既FP0。FP0是超小型PLC，之所以选择松下公司生产的PLC，是因为其产品特点有以下三个特点：（1）丰富的指令系统，有将近200条指令。（2）有强大通信功能。（3）CPU处理速度快。3.2.1三相异步电动机正反转PLC控制线路图要求当按下正转按钮，电机连续正转，此时反转按钮不起作用（互锁），按下停止按钮电机断开电源，按下反转按钮电机连续反转，正转不起作用。图2所示为三相异步电机的正反转控制原理图。主电路中，KM1的三个常开触点控制电动机的正向运转，KM2三个常开触电控制电动机的反向运转。为节省输入点数，接线图中把热继电器FR的长闭触电串联于输出电路中而未作为输入信号处理。为避免接触器的线圈断电后触电由于熔焊仍然接通情况下另一个接触器得电吸合，在输出电路中设置了接触起辅助常闭触电的互锁三相异步电动机的工作原理应该是：当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。输入 输出 SB3：X0 KM1：Y1SB1：X1 KM2：Y2SB2：X2 SB1为正 SB2为反 KM1为正转接触线圈 KM2为反转接触线圈 三相异步电机的正反转控制梯型图如图3采用了两个自保电路的组合，并像继电器控制一样采用了Y0、Y1常闭触电串于对方进行电器互锁。为了能达到正反转的直接转换，将各自启动按钮对应的输入继电器的常闭触电串于对方，进行按钮互锁。通过启保电路以及正反转电路可以看出，梯型图电路和继电器控制中的控制电路有很大的相似性，应为原理是一样的，这也正是熟悉继电器控制电路工程技术人员学习可编程控制器的原因。图2 三相异步电机的正反转控制原理图图3 梯形图3.2.2三相异步电动机正反转PLC控制的梯形图、指令表 将PLC联上编程器并接通电源后，PLC电源指示灯亮，将编程器开关打到“PROGRAM”位置，这时PLC处于编程状态。编程器显示PASSWORD！这时依次按Clr键和Montr键，直至屏幕显示地址号0000，这时即可输入程序。 在输入程序前，需清除存储器中内容，依次按Clr、Play/Set， Not，Rec/Reset和Montr键，即将全部程序清除。按照以上控制的梯形图或程序指令将控制程序写入PLC，当上述3部分程序输入到PLC指令如下表1。指令表1步序 指令 步序 指令 0 LD X1 6 OR Y2 1 OR Y1 7 ANI XO 2 ANI Y2 8 ANI Y1 3 ANI Y2 9 OUT Y2 4 OUT Y1 10 END 5 LD X23.2.3相异步电动机的起、制动PLC控制 可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，自60年代末，美国首先研制和使用可编程控制器以后，世界各国特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC(programmable logic controller)，因此，与传统的继电器接触器控制系统相比较，笔者认为采用PLC实现三项异步电动机起制动控制是最明智的选择。下面就是设计的采用PLC实现的三项异步电动机起制动控制电路的接线图、梯形图和指令程序。 在继电器控制的基本环节中，有这样一个制动、连续控制依靠接触器的自锁触点进行自锁；点动时依靠复合式点动按钮的常闭触电断开自锁回路，随后起常开触电接通接触器线圈，使接触器通电闭合，此时尽管接触器的辅助常开触电也闭合，但并未起到自锁作用，从而实现了起、制动控制。起制动的原理图如图4所示： 图4 PLC控制的输入输出接线图PLC控制逻辑与传统的继电器接触器控制系统基本一致，其工作过程如下:起动时，按下起动按钮SB1,X0常开触点闭合，Y0线圈接通并自锁，KM1线圈接通主触头吸合，电动机串入限流电阻R开始起动，同时Y0的两对常开触点闭合，当电动机转速上升到某一定值时，KS1的常开触点闭合，X2常开触点闭合，M1线圈接通并自锁，M1的常开触点接通Y2的线圈，KM3线圈有电主触头吸合，短接起动电阻，电机转速上升至给定值时投入稳定运行。制动时，按下停机按钮SB2，X1常开触点断开Y0线圈，使KM1失电释放，而Y0的常闭触点接通Y1线圈，制动用的接触器KM2线圈通电，对调两相电源的相序，电动机处于反接制动状态。I/O接口功能如下：输入 输出 SB3：X0 KM1：Y1SB1：X1 KM2：Y2SB2：X2 SB1为正 SB2为反 KM1为正转接触线圈 KM2为起动接触线圈 KM3为制动接触线圈运行的梯形图如图5所示：图5 梯形图与此同时，Y0的常开触点断开Y2的线圈，KM3失电释放，串入电阻R限制制动电流。当电动机转速迅速下降至某一定值时，KS1常开触点断开，X2常开触点断开M1的线圈，M1的常开触点断开Y1线圈，KM2失电释放，电动机很快停下来。过载时，热继电器FR常开触点闭合，X3的两对常闭触点断开Y0和M1的线圈，从而使KM1或KM2失电释放，起到过载保护作用。上述控制过程指令程序如下表2:指令表 2 步序 指令 步序指令 0 LD X1 9 LD Y0 1 OR Y1 10OR M12 ANI X0 11 AND X23 ANI X2 12ANI X34 ANI X3 13 OUT M1 5 OUT Y1 14 LD M1 6 LD M1 15 AND Y07 ANI X2 16 OUT Y28OUT Y1 17 END3.3 三相异步电动机的调速系统PLC控制 已知某三相异步电动机启动和自动加速的继电器控制线路，现用可编程控制器来实现。因为无意继电器线路进行对应翻译，我们知道启动及自动加速的对应顺序为KM1，KM2,KM3就足够了。共有启动及停止两个输入信号，对应三个接触器的三个输出信号，三个接触器在硬件上进行互锁，从而得到控制电路图6所示的PLC外部接线图。在梯形图中，用Y0、Y1、Y2、中的任意两个常闭触点去互锁另一个的线圈，以保证它们不会同时为ON。X1常闭触点串于Y0、Y1、Y2的线圈回路中，以确保启动后随时可以停止。用定时器的常开触点接通一个辅助继电器，由此辅助继电器的常闭触点来断开定时器线圈，由此辅助继电器的常开触点接通下一个线圈，以确保定时器能可靠启动下一个电路。I/O口控制功能如下：输入 输出 SB3：X0 KM1：Y1SB1：X1 KM2：Y2SB2：X2 SB1为正 SB2为反 KM1为正转接触线圈 KM2为反转接触线圈控制电路如下图6所示：图6 PLC控制电路图这就是三相异步电动机速度控制的PLC控制部分的电路图，很自然的可以看出PLC怎么控制三相异步电动机的速度的，就是由按钮SB1控制启动，SB2控制停止，KM1、KM2、KM3线圈控制三相异步电动机的速度，FR控制电源部分。工作过程简述如下：点动SB1启动按钮，X0为ON，X1、M0、Y1、Y2为OFF，所以Y0为ON，电动机低速启动运行；下个周期即使X0为OFF，Y0也能通过Y0常开触点的闭合进行自保。Y0为ON的同时，T0进行计时，计够6s后，T0常开触点接通，Y1常闭触点处于闭合状态，所以这个周期M0为ON，但这个周期M0常开触点闭合并不能使Y1为ON，因为这个周期Y0常闭触点是断开的。下个周期，M0常闭触点并联M0的常开触点的断开使Y0、T0为OFF，这个周期T0常开触点断开，如果不给T0的常开触点并联M0的常开触点，则这个周期M0为OFF，从而M0常开触点不能启动Y1、T1，所以M0的自保触点很重要，它确保这个周期里M0扔为ON，而这个周期Y0的常闭触点已经闭合，结果能使Y1、T1为ON，电动机转入中速运行。紧接着下个周期里，Y1的常闭触点断开，使M0为OFF，但Y1已能够利用自己的常开触点自保了。中速转入高速的情况与上述类同，在此不再分析。控制梯形图如下图7所示：低速K60中速K90高速图7 梯形图如果将T0线圈和M0常闭触点与Y0线圈的串联进行并联，则与T0常开触点并联的M0自保触点可以省略了。M1自保触点也是一样的情况。总电路图如下图8：L1L2L3 图8 总电路图三相异步电动机改变电压是不会改变转速的,常用的就是改变磁极对数.改变三相电源的频率.改变转差率,上面两种都常见的调速方法.改变磁极对数要看电机是否合适,如里是二极的电机就不能改了,再一个就是改变后它的输出功率也会相应改变的,不是无级变速的.改变电源的频率就要用变频器,但是可以在一定范围的无级调速.改变转差率使用范围会小点,只用在较大功率的绕线电机上,中小电机的转子是不绕线的,改变转子感生电动势的频率就改变了电动机的转速.另外最简单的办法就是把电动机换成滑差电机,就可以无级调速了,由于在调速过程中,电机转速不变,这样输出转速可以调的很低对电机也没有影响。三相异步电动机速度控制在这里是由PLC控制的，下面是控制部分的指令表3：指令表 3 步序 指令 步序指令 0 LD X1 9 LD Y0 1 OR Y1 10OR X12 ANI X0 11 AND X23 ANI X2 12ANI X34 ANI X3 13 OUT X1 5 OUT Y1 14 LD X1 6 LD X1 15 AND Y07 ANI X2 16 OUT Y28OUT Y1 17 END 3.4 三相异步电动机使用PLC控制优点本次设计就对三相异步电动机的正反转、制动、调速等系统进行了设计，还有其它的像降压启动和自动循环控制在这里我就不在设计，主电路都是一样的，就控制电路有一点小差异。使用PLC控制三相异步电动机有很多好处的：不宜老化、设备简单、结构合理、便于控制、价格便宜等。三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关。用PLC控制三相异步电动机也需要对电动机的属性和旋转方式有所了解，这样才能控制好三相异步电动机的方向和特性，不至于使用不当使电动机损坏，电动机的频率一定要符合要求。3.5系统调试系统调试分几种情况：硬件调试：接通电源，检查可编程序控制器能否正常工作，接头是否接触良好。软件调试：按要求输入梯形图，检查后编译通过，在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区。运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，使PLC进入运行状态，观察运行情况，看是否能够实现正反转、快速、中速、慢速、单步、定步控制。根据以上调试情况，此电机控制系统设计符合控制要求。通过调试找出问题的所在，相应的修改程序。在编程过程中难免会有不足之处，因此通过调试，再修改程序可以更好实现相应的功能。例如原来我用PO1、PO2、PO3来控制电机运行的快速、中速、慢速，发现按钮不能自锁，后来通过20.00、20.01、20.02三个中间继电器，并补充了一些程序实现了自锁功能。第四章 结束语本文设计和制作了三相异步电动机的PLC控制系统，该电路主要以性能稳定、简单实用为目的，整体制作符合要求。通过概述使大家充分了解了该控制系统的原理与功能。从摘要和引言部分概要介绍了其可靠性和实用性。第二部分介绍了总体设计方案的要求；第三部分介绍三相异步电动机的PLC控制的设计原理，从对三相异步电动机的PLC控制现象中发现了存在许多问题，通过对系统的检测来判断程序的是否可用，并且从数学的角度分析了PLC与三相异步电动机控制的关系；第四部分详细介绍三相异步电动机的PLC控制电路设计原理与各单元电路的设计，从系统原理的角度得出系统分为模拟和数字两部分；第五部分介绍了软件设计。通过本次电路的设计，我对三相异步电动机的PLC控制系统原理有了进一步的了解，在三相异步电动机的PLC控制分析中PLC产生了浓厚的兴趣，提高了科学的分析和运用能力，由于本人水平有限，因此对其中的原理和实际操作方法有待深入的学习研究和提高。文中有不足之处恳请各位老师加以指导，本学生衷心感谢。时光如梭，转眼之间四年的学习生活在这次毕业设计后将画上圆满的句号。在这四年中，河南科技学院的各位领导、老师和同学对我的学习给予了很大的支持和帮助，我在这里不仅体会到了学习的乐趣，而且也感受到了集体给我的关怀，在此谨对各位表示衷心的感谢。在本次设计中我不仅受到指导老师的学风、师德的熏陶，而且他的学识和风范、关怀和教诲，将成为我永远的精神动力，并相信这在我的人生中将会受益匪浅，同时也使自己的理论学习和实际联系得更加紧密。也更加端正了自己的工作作风和学习态度，以及工作中的持之以恒的精神。另外，在我设计期间，同组同学也给了我很多的帮助，在此我也向他们表达我真诚的谢意。参考文献1凌云.PS7219显示驱动器及其在PLC中的应用.湖南冶金职业技术学院报，20032张桂香.电气控制与PLC应用.化学工业出版社，20033王成福.PLC在多路温度采集显示系统中的应用.电子技术，20033张桂苓.浅谈现代PLC的优势特点.电子技术，20035李丹，杨素英.可编程序控制器通用数据采集方法的研究.大连理工学报，20016齐晓慧,董海瑞.自动控制原理虚拟实验研究J中国教育教学杂志，20067刘晓燕.自动控制原理课程教改探索J重庆职业技术学院学报，20068罗建军.MATLAB教程M北京:电子工业出版社，20059龚其春，叶骞.新型气体泄漏超声检测系统的研究与设计J.电子技术应200510邱水红,甘仲民自适应数字波束形成的抗干扰新技术J.电信快报,199911朱近康.面向新一代移动通信的智能移动通信技术J.电子学报,199912谢显中.第三代移动通信系统技术与实现M.北京：电子工业出版社，200413肖杰,荆雷.智能天线在移动通信中的应用J.邮电设计技术，200414李钊,韦玮.第四代移动通信中的多天线技术J.移动通信，200523