畢業(yè)論文基于PLC的電動機制動控制系統(tǒng)設計

1、目 錄課程設計任務書11 課題介紹21.1 題目21.2 背景介紹22 總體方案設計42.1 設計目的42.2 控制要求42.3 設計要求43 硬件設計43.1 硬件方案框圖43.2 硬件選型53.3 主電路原理圖的設計63.4 控制電路原理圖的設計64 軟件設計及調試84.1 控制系統(tǒng)的i/o點及地址分配84.2系統(tǒng)工作流程框圖84.3 系統(tǒng)調試105 總結12參考文獻13附錄14學院： 專業(yè)班級： 姓名： 學號： 裝 訂 線 安徽農業(yè)大學經濟技術學院電氣控制與可編程控制器課 程 設 計 任 務 書題目 基于plc的電動機制動控制系統(tǒng)設計與調試 專業(yè)、班級 電氣08-2 班 學號 20080

2、10202 姓名 主要內容、基本要求、主要參考資料等：一、主要內容1.熟悉題目、收集資料，充分了解技術要求，明確設計任務；2.總體設計。正確選定設計方案，畫出系統(tǒng)總體結構框圖；3.硬件設計。選擇電器元器件，確定電器元器件明細表。用cad畫出電氣原理圖，并作簡要分析；4.軟件設計。根據控制要求確定i/o分配表，畫出系統(tǒng)工作流程圖，設計程序及編寫程序說明，給出編程原件明細表等；5.系統(tǒng)調試；6.整理編寫課程設計說明書。二、課題要求 1.控制要求 三相籠型異步電動機具有反接制動電阻的可逆運行反接制動控制。 2.設計要求1）控制系統(tǒng)采用plc來實現；2）提供短路、過載、聯鎖等保護措施；3）具有緊急停車

3、功能；三、基本要求1根據題意, 用cad畫出電氣原理圖和plc端子接線圖。設計要合理，畫圖要規(guī)范標準。2完成程序的編寫工作,并利用模擬器和實驗室設備完成調試工作。3. 完成課程設計說明書一份，闡明設計任務與依據，設計原則、方法、設計方案與成果，并力求論證充分、簡明通順、條理清晰、邏輯性強。四、主要參考文獻 王永華.現代電氣控制及plc應用技術.北京航空航天大學出版社.指導教師簽名： 課程負責人簽名： 2012年 5 月 10日1 課題介紹1.1 題目基于plc的電動機制動控制系統(tǒng)設計與調試1.2 背景介紹可編程序控制器簡稱plc，是近年來發(fā)展極為迅速、應用面極廣的工業(yè)控制裝置，它已成功地應用于

4、工業(yè)中幾乎所有領域，能完成從重復開關控制單一機器到復雜的制造加工控制的許多控制任務。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調，電梯控制，運動系統(tǒng)。三相異步電動機從切除電源到完全停止旋轉，由于慣性的作用，總要經過一段時間，這往往不能適應某些機械工藝的要求。如萬能銑床、臥床銑床和組合機床等。無論是從提高生產效率，還是從安全及準確定位等方面考慮，都要求能迅速停車，因此要求對電動機進行制動控制。制動控制方法一般有兩大類：機械制動和電氣制動。機械制動使用機械裝置來強

5、迫電動機迅速停車； 制動實質上是當電動機停車時，給電動機加上一個與原來旋轉方向相反的制動轉矩，迫使電動機轉速迅速下降。與傳統(tǒng)的控制相比，繼電器控制系統(tǒng)雖然有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸點，是設備連線復雜，且觸點在開閉時易受電弧的損害，壽命短、系統(tǒng)可靠性差?？删幊绦蜻壿嬁刂破鳎╬lc，programmable logic controller），簡稱plc，plc的梯形圖與傳統(tǒng)的電氣原理圖非常相似，主要原因是plc梯形圖大致上沿用了繼電器控制的電路元件符號和術語，僅有個別之處有些不同。同時，信號的輸入/輸出形式及控制功能基本也是相同的；但plc的控制與繼電器的控制又有根本不同之處，主要

6、表現在一下幾個方面：1）控制邏輯：繼電器控制采用硬接線邏輯，利用繼電器機械觸點的串聯或并聯，及時間及電器等組合程控制邏輯，其接線多而復雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構成后，想再改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點數目有限，每個只有48對觸點，因此靈活性和擴展性很差。而plc采用存儲器邏輯，起控制邏輯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，故稱做“軟接線”，因此靈活性和可擴展性很好。2）工作方式：電源接通時，繼電器控制線路中各繼電器同時都處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合它屬于并行工作方式。而plc的控制邏輯中，各內部器件都處于周

7、期性循環(huán)掃描過程中，各種邏輯、數值輸出的結果都是按照在程序中的前后順序計算得出的，所以它屬于串行工作方式。3）可靠性和可維護性：繼電器控制邏輯使用了大量的機械觸點，連線也多。觸點開閉時會受到電弧的損壞，并有機械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護性差。而plc采用微電子技術，大量的開關動作有無觸點的半導體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。plc還配有自檢和監(jiān)督功能，能檢查出自身故障，并隨時顯示給操作人員；還能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現場調試和維護提供了方便。4）控制速度：繼電氣控制邏輯依靠觸電的機械動作實現控制工作頻率低，觸點的開閉動作一般在幾十毫秒數量級。另外，機械觸點還會出現抖動問

8、題；而plc是由程序指令控制半導體電路來實現控制，屬于悟出點控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微妙數量級，且不會出現抖動。5）定時控制：繼電器控制邏輯利用時間繼電器進行時間控制。一般來說，時間繼電器存在定時精度不高，定時范圍窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調整時間困難等問題。plc使用半導體集成電路做定時器，時基脈沖由晶體整蕩器產生，精度相當高，且定時時間不受環(huán)境的影響，定時范圍最小可為0.001s，最長幾乎沒有限制，用戶可根據需要在程序中設置定時值，然后由軟元件來控制定時時間。6）設計和施工：使用繼電器控制邏輯完成一項控制工程，其設計、施工、調試必須依次進行，周期長，而且修改困

9、難。工程越大，這一點就越突出。而用plc完成一項控制工程，在系統(tǒng)設計完成以后，現場施工和控制邏輯的設計可以同時進行，周期短，且調試和修改都很方便。從以上幾個方面比較可知，plc在性能上比繼電氣控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、通用性強、設計施工周期短、調試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護方便。但在很小的系統(tǒng)中使用時，價格要高于繼電氣系統(tǒng)。2 總體方案設計2.1 設計目的1）學會用plc控制主電路實現電動機正反轉，達到綜合應用plc的目的；2）學會用cad制圖；3）學會用plc s7-200編程軟件，通過編寫的程序，完成對主電路的控制；4）學會整理并制作課程設計報告，為畢業(yè)設計報告做準備。2.

10、2 控制要求三相籠型異步電動機具有反接制動電阻的可逆運行反接制動控制。2.3 設計要求1）控制系統(tǒng)采用plc來實現；2）提供短路、過載、聯鎖等保護措施；3）具有緊急停車功能。3 硬件設計3.1 硬件方案框圖如圖3-1所示，系統(tǒng)通過s7-200可控制器及按鈕來實現對電動機的控制，同時通過人機界面來進行監(jiān)視與調節(jié)，從而達到電動機可靠、安全、穩(wěn)定的運行。控制按鈕s7-200 可編程控制器人機界面執(zhí)行器件（接觸器、繼電器、指示燈）電動機圖3-1 系統(tǒng)硬件方框圖3.2 硬件選型表3-1 系統(tǒng)元器件表器件名稱符號名稱型號參數電動機may-801-4p=0.55kw，u=380v按鈕sf1(停止，紅色)la

11、4-2hu=400vsf2(正轉啟動，綠色)sf3(反轉啟動，黑色)接觸器qa1，qa2，qa3cj10-10u=380v，i=10a熱繼電器bbjr0-20/3i=1.6a斷路器qa0dz20y-100速度繼電器bs1(正轉)，bs2（反轉）jy1觸點電流i2a，u500v電阻r（三個）e12系列0.24 k指示燈l1（綠色）、l2（黃色）las4220vplcs7-200cpu222 ac/da/繼電器輸出3.3 主電路原理圖的設計圖3-2 系統(tǒng)主電路原理圖主電路原理如圖3-2所示，具有反接制動電阻的可逆運行反接制動控制線路。圖中ra是反接制動電阻，在電動機啟動時其降壓啟動的功能，在電動機

12、制動是起著降低反接制動電流的作用；qa1、qa2、qa3三個接觸器用于控制電動機的啟動、正反轉和制動，具有低電壓釋放保護功能，具有比工作電流大數倍乃至十幾倍的接通分斷能力，但是不能分斷短路電流；bb利用電流的熱效應原理以及發(fā)熱元件熱膨脹原理設計，實現三相交流電動機的過載保護。3.4 控制電路原理圖的設計系統(tǒng)控制原理如圖3-3所示，正轉啟動按鈕sf2、反轉啟動按鈕sf3、停止按鈕sf1、速度繼電器正轉常開觸點bs1、速度繼電器反轉常開觸點bs2、熱繼電器bb常閉觸點分別接plc的輸入端，接觸器qa1、qa2、qa3、正常指示燈l1、故障指示燈l2分別接plc的輸出端。通過所編程序實現對電動機的控

13、制。圖3-3 系統(tǒng)plc接線端子圖軟元件是plc內部的具有一定功能的期間，這些器件實際上是由電子電路和寄存器及存儲器單元等組成。例如，輸入繼電器是由輸入電路和輸入映像寄。存器構成；定時器和計數器也都是有特定功能的寄存器構成。它們都具有繼電氣特性，但沒有機械性的觸點。為了把這種元器件傳與統(tǒng)電氣控制電路中的繼電器區(qū)別開來，我們把它們稱作軟元件或軟繼電器。這些軟繼電器最大的特點是：看不見、摸不著的，也不存在物理性的觸點；每個軟元件課提供無限多個常開觸點和常閉觸點；體積小、功耗低、壽命長。4 軟件設計及調試4.1 控制系統(tǒng)的i/o點及地址分配表4-1 控制系統(tǒng)i/o點分配表輸入口輸出口停止按鈕：sf1

14、i0.0線圈接觸器(正轉啟動，反轉制動)：qa1q0.0正轉啟動按鈕：sf2i0.1線圈接觸器（反轉啟動，正轉制動）：qa2q0.1反轉啟動按鈕：sf3i0.2線圈接觸器（全壓運行）qa3q0.2熱繼電器：bbi0.3指示燈（正常運行）：l1q0.3速度繼電器(正轉常開觸點)：n1i0.4指示燈（故障）：l2q0.4速度繼電器（反轉常開觸點）：n2i0.5備注：中間繼電器kf1：m0.0中間繼電器kf2：m0.1中間繼電器kf3：m0.2中間繼電器kf4：m0.34.2系統(tǒng)工作流程框圖系統(tǒng)的工作流程如圖4-1所示，按下正轉啟動按鈕sf2，使中間繼電器線圈帶電，通過中間繼電器使接觸器qa1線圈帶

15、電常開觸點閉合，使定子繞組經3個電阻接通正序三相電源，電動機ma開始降壓啟動。當電動機轉速上升到一定值時，速度繼電器的正轉常開觸點閉合，通過中間繼電器控制接觸器qa3線圈帶電，使其常開觸點閉合，于是三個電阻被短接，定子繞組直接加以額定電壓，電動機轉速上升到穩(wěn)定工作轉速。在電動機正常運轉的過程中，若按下停止按鈕sf1,則qa1、qa3線圈相繼斷電，由于此時電動機轉子的慣性轉速仍然很高，使速度繼電器的正轉常開觸點尚未復原，中間繼電器仍處于工作狀態(tài)，所以在接觸器qa1常閉觸點復位后，接觸器qa2線圈便通電，其常開觸點閉合，使定子繞組經3個電阻獲得反相序三相交流電源，對電動機進行反接制動，電動機轉速迅

16、速下降。當電動機轉速低于速度繼電器動作值時，速度繼電器常開觸點復位，中間繼電器線圈掉電，接觸器qa2釋放，反接制動過程結束。電動機反向啟動及制動與正向相同。按下啟動按鈕sf2/sf3接觸器qa1/qa2閉合，電動機降壓啟動bs1/bs2閉合接觸器qa3閉合，電動機全壓運行按下sf1接觸器qa1/qa2，qa3斷開，qa2/qa1閉合bs1/bs2斷開qa2/qa1斷開，電動機ma停轉開始nynyyn圖4-1 系統(tǒng)工作流程框圖4.3 系統(tǒng)調試系統(tǒng)程序見附錄系統(tǒng)調試結果如下圖所示：圖4-2 電動機的正向降壓啟動圖4-3 電動機正轉全壓運行圖4-4 按下停止按鈕圖4-5 電動機正轉停止時反接制動圖4

17、-6 電動機反向啟動圖4-7 電動機反向全壓運行圖4-8 電動機反向停止時反接制動圖4-9 電動機停止運行圖4-10 系統(tǒng)出現故障時5 總結本次課程設計是大學階段在畢業(yè)設計之前的最后一次較為難得的理論，為之后的畢業(yè)設計奠下基礎的一次機會。通過這次比較完整的設計出三相籠型異步電動機具有反接制動電阻可逆反接制動的控制，我擺脫了單純的塊狀理論知識狀態(tài)，通過這次設計的要求，鍛煉了我綜合學習的能力，遇到問題積極思考主動尋找解決方案，增強了自己解決問題的能力，同時也提高了我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等專業(yè)能力水平。通過plc控制電動機實現電動機正向降壓啟動與反接能耗制動以及反向運轉及制動

18、等達到一定的標準，對電動機的過載、過電流、欠電壓等的保護使電動機能夠安全穩(wěn)定的運行。通過這次課程設計，提高了我的意志力和品質力，提高了自己的忍耐力，懂得了怎樣緩解壓力，學會了獨立思考、邏輯思維、提出問題、分析問題、解決問題的方法。這是我希望得到的，也為下學期的畢業(yè)設計打下基礎。雖然這次課程設計時間只有短短的三周時間，要達到非常完美是很困難的，但自己盡量使這次設計接近完美，通過是很困難的，但自己盡量使這次設計接近完美，通過與孔老師的溝通和交流，我了解到此系統(tǒng)的設計核心，設備的選用標準，以及各種器件的適用性。我的能力也得到了提高，提高是有限的但是提高也是全面的，正式這一次設計讓我積累了無數次的腦中

19、模擬運行經驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現出更好的應變能力，更強的溝通能力和理解能力。非常感謝孔老師的知道和幫助，也感謝江老師給我這次做有關plc課題課程設計的機會。順利完成這次課程設計給了我很大的信心，讓我了解了專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。無論plc控制電動機正反轉系統(tǒng)怎么復雜，都可以采用新的技術和設備去解決這些問題，它有著很多的優(yōu)越性。這次課程設計能夠順利完成，是因為在課程設計當中我得到了許多人的幫助，有老師還有我們這一組成員努力。雖然中間有著不完美，但卻是我們自己不斷的查閱資料、思考和動手的結果。通過這幾周的忙碌，加上我們小組成員的積極討論，這次課程設計已經接近尾聲了。在此，我由衷的感謝老師