基于PLC的主軸電動(dòng)機(jī)的電氣控制設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、電氣控制與plc課程設(shè)計(jì)課程名稱： 電氣控制與plc 系 別： 信息工程系 2010年 12 月 5日目錄一、 課程名稱4二、 課題來源及要求4三、 簡述5四、 電氣控制設(shè)計(jì)61、電氣控制系統(tǒng)電路 62、能耗制動(dòng)原理 73、元件清單 73、工作過程 7五、 元件介紹8（一）、熔斷器 8 1、熔斷器的分類 8 2、熔斷器的應(yīng)用 8（二）、熱繼電器 8 1、熱繼電器的作用 9 2、熱繼電器選擇方法 9（三）、交流接觸器 9 （四）、時(shí)間繼電器 10 1、時(shí)間繼電器原理10 2、時(shí)間繼電器的類型及特點(diǎn) 10六、plc控制設(shè)計(jì) 11 1、（1）、統(tǒng)計(jì)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)并選擇plc型號112、lc控制的輸入

2、輸出接線圖 113、/o地址分配表 124、lc控制的梯形圖 12七、課程設(shè)計(jì)總結(jié) 13八、總結(jié)13九、參考文獻(xiàn) 14一、課題名稱：某主軸電動(dòng)機(jī)的電氣控制與plc二、課題來源及要求： 某主軸電動(dòng)機(jī)的功率為67.5kw，uw=380v，i=130a，正常工作是為接法?？刂埔笕缦拢?. 可以正向旋轉(zhuǎn)也可以反向旋轉(zhuǎn)2. 含有某方向的電動(dòng)試車（可以正向也可以反向）；3. 正向啟動(dòng)或反向起動(dòng)時(shí)都采用y-起動(dòng)，即啟動(dòng)時(shí)用y起動(dòng)，之后換成接法運(yùn)行（時(shí)間繼電器自動(dòng)切換）；4. 制動(dòng)時(shí)采用能耗制動(dòng)；5. 具有常規(guī)的電氣保護(hù)環(huán)節(jié)；6. 該主軸電動(dòng)機(jī)只能在某兩點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)；7. 給出合理的電氣控制設(shè)計(jì)方案和plc實(shí)現(xiàn)

3、方案。簡述plc的基本概念可編程控制器(programmable controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(programmable logic controller)，簡稱plc，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱pc。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(personal computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱plc,plc自1966年出現(xiàn)，美國，日本，德國的可編程控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強(qiáng)大。 plc的基本結(jié)構(gòu)plc實(shí)質(zhì)

4、是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為： a、電源 plc的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此plc的制造商對電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去 b. 中央處理單元(cpu) 中央處理單元(cpu)是plc的控制中樞。它按照plc系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、i/o以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)plc投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入

5、裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入i/o映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高plc的可靠性，近年來對大型plc還采用雙cpu構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三cpu的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)cpu出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 c、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 d、輸入輸出接口電路 e、功能模塊 如計(jì)數(shù)、定位等

6、功能模塊四、電氣控制設(shè)計(jì)（1）、電氣控制系統(tǒng)電路（2）、能耗制動(dòng)原理根據(jù)左手定則確定出轉(zhuǎn)子電流和恒定磁場作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速方向相反，故為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，此時(shí)電機(jī)把原來儲存的動(dòng)能或重物的位能吸收后變成電能消耗在轉(zhuǎn)子電路中。能耗制動(dòng)就是將運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)，從交流電源上切除并立即接通直流電源，在定子繞組接通直流電源時(shí)，直流電流會在定子內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)靜止的直流磁場，轉(zhuǎn)子因慣性在磁場內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢有感應(yīng)電流流過，并與恒定磁場相互作用消耗電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣性能量產(chǎn)生制動(dòng)力矩，使電動(dòng)機(jī)迅速減速，最后停止轉(zhuǎn)動(dòng)。（3）、元件清單停止按鈕：sb1；正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕：sb2；點(diǎn)動(dòng)按鈕：sb3；反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕

7、：sb4正向限位按鈕：sq1；反向限位按鈕：sq2；熔斷器（保險(xiǎn)絲）：fu1；fu2；fu3；熱繼電器：fr1；fr2；（nr2熱繼電器nr2-630g 160-630a）；時(shí)間繼電器：kt；kt2；電磁式繼電器：km1；km2；km3；km4；km5；（4）、工作過程：（1）、正轉(zhuǎn)自鎖啟動(dòng)工作工程：按下啟動(dòng)按鈕sb2，接觸器km1線圈得電，km1的主觸點(diǎn)閉合自鎖形成（輔助觸點(diǎn)斷開與km2形成連鎖）；時(shí)間繼電器和接觸器km5線圈得電，km5的主觸點(diǎn)閉合（輔助觸點(diǎn)斷開與km4形成連鎖），將電動(dòng)機(jī)的三相繞組接成y形；5秒后時(shí)間繼電器kt的輔助觸點(diǎn)斷開主觸點(diǎn)觸點(diǎn)閉合；接觸器km5線圈得電，km5的主

8、觸點(diǎn)閉合；將電動(dòng)機(jī)的三相繞組接成形；停止過程：按下停止按鈕sb1,接觸器km1、km4線圈失電，km1、km4主觸點(diǎn)斷開；電動(dòng)機(jī)失電停止；同時(shí)sb1閉合后接觸器km3線圈得電，能耗制動(dòng)工作，能耗制動(dòng)工作5秒后，時(shí)間繼電器kt2的輔助觸點(diǎn)斷開；接觸器km3線圈失電，能耗制動(dòng)停止工作。（2）、反向啟動(dòng)、停止工作過程和正向啟動(dòng)、停止工作過程整體上相似。(3）、點(diǎn)動(dòng)控制工作過程按下點(diǎn)動(dòng)控制啟動(dòng)按鈕sb3，接觸器km1線圈得電，km1主觸點(diǎn)閉合（輔助觸點(diǎn)斷開與km2形成連鎖），時(shí)間繼電器和接觸器km5線圈得電，km5主觸點(diǎn)閉合（輔助觸點(diǎn)斷開與km4形成連鎖），將電動(dòng)機(jī)的三相繞組接成y形；5秒后時(shí)間繼電器

9、kt的輔助觸點(diǎn)斷開主觸點(diǎn)觸點(diǎn)閉合；接觸器km5線圈得電，km5的主觸點(diǎn)閉合；將電動(dòng)機(jī)的三相繞組接成形；松開點(diǎn)動(dòng)控制按鈕sb3，接觸器km1線圈失電，km1主觸點(diǎn)斷開（輔助觸點(diǎn)閉合），時(shí)間繼電器和接觸器km4線圈失電，km4主觸點(diǎn)閉合（輔助觸點(diǎn)閉合），電動(dòng)機(jī)失電停止。（4）、在兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的工作過程和電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)相類似。五、元件介紹 (一).熔斷器熔斷器是一種過電流保護(hù)電器。熔斷器主要由熔體和熔管兩個(gè)部分及外加填料等組成。使用時(shí)，將熔斷器串聯(lián)于被保護(hù)電路中，當(dāng)被保護(hù)電路的電流超過規(guī)定值，并經(jīng)過一定時(shí)間后，由熔體自身產(chǎn)生的熱量熔斷熔體，使電路斷開，起到保護(hù)的作用。1.熔斷器分類(1)螺旋式熔斷器rl：

10、在熔斷管裝有石英砂，熔體埋于其中，熔體熔斷時(shí)，電弧噴向石英砂及其縫隙，可迅速降溫而熄滅。為了便于監(jiān)視，熔斷器一端裝有色點(diǎn)，不同的顏色表示不同的熔體電流，熔體熔斷時(shí)，色點(diǎn)跳出，示意熔體已熔斷。螺旋式熔斷器額定電流為5200a，主要用于短路電流大的分支電路或有易燃?xì)怏w的場所。(2)有填料管式熔斷器rt：有填料管式熔斷器是一種有限流作用的熔斷器。由填有石英砂的瓷熔管、觸點(diǎn)和鍍銀銅柵狀熔體組成。填料管式熔斷器均裝在特別的底座上，如帶隔離刀閘的底座或以熔斷器為隔離刀的底座上，通過手動(dòng)機(jī)構(gòu)操作。填料管式熔斷器額定電流為501000a，主要用于短路電流大的電路或有易燃?xì)怏w的場所。(3)無填料管式熔斷器rm：

11、無填料管式熔斷器的熔絲管是由纖維物制成。使用的熔體為變截面的鋅合金片。熔體熔斷時(shí)，纖維熔管的部分纖維物因受熱而分解，產(chǎn)生高壓氣體，使電弧很快熄滅。無填料管式熔斷器具有結(jié)構(gòu)簡單、保護(hù)性能好、使用方便等特點(diǎn)，一般均與刀開關(guān)組成熔斷器刀開關(guān)組合使用。 (4)有填料封閉管式快速熔斷器rs：有填料封閉管式快速熔斷器是一種快速動(dòng)作型的熔斷器，由熔斷管、觸點(diǎn)底座、動(dòng)作指示器和熔體組成。熔體為銀質(zhì)窄截面或網(wǎng)狀形式，熔體為一次性使用，不能自行更換。由于其具有快速動(dòng)作性，一般作為半導(dǎo)體整流元件保護(hù)用。 2.熔斷器在電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用 單臺直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)熔體額定電流(1.52.5)電動(dòng)機(jī)額定電流。多臺直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)總保

12、護(hù)熔體額定電流(1.52.5)各臺電動(dòng)機(jī)電流之和。降壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)熔體額定電流(1.52)電動(dòng)機(jī)額定電流。繞線式電動(dòng)機(jī)熔體額定電流(1.21.5)電動(dòng)機(jī)額定電流。（二）、熱繼電器：熱繼電器是由流入熱元件的電流產(chǎn)生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá)到一定距離時(shí)，就推動(dòng)連桿動(dòng)作，使控制電路斷開，從而使接觸器失 電，主電路斷開，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。1、熱繼電器的作用是： 主要用來對異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)，他的工作原理是過載電流通過熱元件后， 使雙金屬片加熱彎曲去推動(dòng)動(dòng)作機(jī)構(gòu)來帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，從而將

13、電動(dòng)機(jī)控制電路斷開實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)斷電停車，起到過載保護(hù)的作用。鑒于雙金屬片受熱彎曲過程中，熱量 的傳遞需要較長的時(shí)間，因此，熱繼電器不能用作短路保護(hù)，而只能用作過載保護(hù)2、熱繼電器的選擇方法熱繼電器主要用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)的過載，因此選用時(shí)必須了解電動(dòng)機(jī)的情況，如工作環(huán)境、啟動(dòng)電流、負(fù)載性質(zhì)、工作制、允許過載能力等。1、原則上應(yīng)使熱繼電器的安秒特性盡可能接近甚至重合電動(dòng)機(jī)的過載特性，或者在電動(dòng)機(jī)的過載特性之下，同時(shí)在電動(dòng)機(jī)短時(shí)過載和啟動(dòng)的瞬間，熱繼電器應(yīng)不受影響(不動(dòng)作)。 2、當(dāng)熱繼電器用于保護(hù)長期工作制或間斷長期工作制的電動(dòng)機(jī)時(shí)，一般按電動(dòng)機(jī)的額定電流來選用。例如，熱繼電器的整定值可等于0.951.

14、05倍的電動(dòng)機(jī)的額定電流，或者取熱繼電器整定電流的中值等于電動(dòng)機(jī)的額定電流，然后進(jìn)行調(diào)整。 3、當(dāng)熱繼電器用于保護(hù)反復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)時(shí)，熱繼電器僅有一定范圍的適應(yīng)性。如果短時(shí)間內(nèi)操作次數(shù)很多，就要選用帶速飽和電流互感器的熱繼電器。 4、對于正反轉(zhuǎn)和通斷頻繁的特殊工作制電動(dòng)機(jī)，不宜采用熱繼電器作為過載保護(hù)裝置，而應(yīng)使用埋人電動(dòng)機(jī)繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護(hù)。(三)、交流接觸器 (1).交流接觸器主要的組成a.電磁系統(tǒng),包括吸引線圈、動(dòng)鐵芯和靜鐵芯；b.觸頭系統(tǒng),包括三副主觸頭和兩個(gè)常開、兩個(gè)常閉輔助觸頭,它和動(dòng)鐵芯是連在一起互相聯(lián)動(dòng)的；c.滅弧裝置,一般容量較大的交流接觸器都設(shè)有滅弧裝置

15、,以便迅速切斷電弧,免于燒壞主觸頭；d.絕緣外殼及附件,各種彈簧、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、短路環(huán)、接線柱等。(2).交流接觸器的工作原理 當(dāng)線圈通電時(shí)，靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力，將動(dòng)鐵芯吸合，由于觸頭系統(tǒng)是與動(dòng)鐵芯聯(lián)動(dòng)的,因此動(dòng)鐵芯帶動(dòng)三條動(dòng)觸片同時(shí)運(yùn)行,觸點(diǎn)閉合,從而接通電源。當(dāng)線圈斷電時(shí),吸力消失,動(dòng)鐵芯聯(lián)動(dòng)部分依靠彈簧的反作用力而分離,使主觸頭斷開,切斷電源。(3).交流接觸器的分類交流接觸器的種類很多，其分類方法也不盡相同。按照一般的分類方法，大致有以下幾種。a.按主觸點(diǎn)極數(shù)分 可分為單極、雙極、三極、四極和五極接觸器。單極接觸器主要用于單相負(fù)荷，如照明負(fù)荷、焊機(jī)等，在電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)中也可采用；雙極接觸器

16、用于繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中，起動(dòng)時(shí)用于短接起動(dòng)繞組；三極接觸器用于三相負(fù)荷，例如在電動(dòng)機(jī)的控制及其它場合，使用最為廣泛；四極接觸器主要用于三相四線制的照明線路，也可用來控制雙回路電動(dòng)機(jī)負(fù)載；五極交流接觸器用來組成自耦補(bǔ)償起動(dòng)器或控制雙籠型電動(dòng)機(jī)，以變換繞組接法。b.按滅弧介質(zhì)分 可分為空氣式接觸器、真空式接觸器等。依靠空氣絕緣的接觸器用于一般負(fù)載，而采用真空絕緣的接觸器常用在煤礦、石油、化工企業(yè)及電壓在660v和1140v等一些特殊的場合。c.按有無觸點(diǎn)分 可分為有觸點(diǎn)接觸器和無觸點(diǎn)接觸器。常見的接觸器多為有觸點(diǎn)接觸器，而無觸點(diǎn)接觸器屬于電子技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)物，一般采用晶閘管作為回路的通斷元件

17、。由于可控硅導(dǎo)通時(shí)所需的觸發(fā)電壓很小，而且回路通斷時(shí)無火花產(chǎn)生，因而可用于高操作頻率的設(shè)備和易燃、易爆、無噪聲的場合。(四)、時(shí)間繼電器時(shí)間繼電器是一種利用電磁原理或機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制的控制電器。1.時(shí)間繼電器原理在交流電路中常采用空氣阻尼型時(shí)間繼電器 ,它是利用空氣通過小孔節(jié)流的原理來獲得延時(shí)動(dòng)作的。它由電磁系統(tǒng)、延時(shí)機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)三部分組成。凡是繼電器感測元件得到動(dòng)作信號后，其執(zhí)行元件（觸頭）要延遲一段時(shí)間才動(dòng)作的繼電器稱為時(shí)間繼電器2.時(shí)間繼電器類型及特點(diǎn)(1).空氣阻尼式時(shí)間繼電器又稱為氣囊式時(shí)間繼電器，它是根據(jù)空氣壓縮產(chǎn)生的阻力來進(jìn)行延時(shí)的，其結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，延時(shí)范圍大（0.418

18、0s），但延時(shí)精確度低。(2).電磁式時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間短（0.31.6s），但它結(jié)構(gòu)比較簡單，通常用在斷電延時(shí)場合和直流電路中。(3).電動(dòng)式時(shí)間繼電器的原理與鐘表類似，它是由內(nèi)部電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)而獲得延時(shí)的。這種繼電器延時(shí)精度高，延時(shí)范圍寬（0.472h），但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價(jià)格很貴。(4).晶體管式時(shí)間繼電器又稱為電子式時(shí)間繼電器，它是利用延時(shí)電路來進(jìn)行延時(shí)的。這種繼電器精度高，體積小。六、改造（1）、統(tǒng)計(jì)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)并選擇plc型號輸入信號有9個(gè)，考慮到有15%的備用點(diǎn),即9(1+15%)=10.35，取整數(shù)11，因此共需11個(gè)輸入點(diǎn)。輸出信號有5個(gè)，考慮到有15%的備用點(diǎn),即5

19、(1+15%)=5.75，取整數(shù)6，因此共需6個(gè)輸出點(diǎn)。因此可選用fx1n-40mr類型可編程序控制器，它有24個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，滿足本設(shè)計(jì)要求。（2）、plc控制的輸入輸出接線圖、plc控制的輸入輸出接線圖（2）、i/o地址分配表輸入信號輸出信號名稱代號輸出點(diǎn)編號名稱代號輸出點(diǎn)編號停止按鈕sb1x0正轉(zhuǎn)接觸器km1y1正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕sb2x1反轉(zhuǎn)接觸器km2y2點(diǎn)動(dòng)試車按鈕sb3x2耗能接觸器km3y3反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕sb4x3啟動(dòng)接觸器km4y4正向限位開關(guān)sq2x5y運(yùn)行接觸器km5y5反向限位開關(guān)sq1x4能耗制動(dòng)按鈕sb1x0工作熱繼電器fr1x6能耗熱繼電器fr2x7(3)、plc

20、控制的梯形圖七、課程設(shè)計(jì)總結(jié)：這次課程設(shè)計(jì)中用到了許多我所學(xué)到的知識，如電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)、y-啟動(dòng)、能耗制動(dòng)、限位開關(guān)、點(diǎn)控和自鎖等，我在根據(jù)要求設(shè)計(jì)我的控制電路時(shí)，因?yàn)橐衴-啟動(dòng)，所以我在y-啟動(dòng)的過程中我加入了時(shí)間繼電器，在y形工作5秒后時(shí)間繼電器自動(dòng)切斷y形電路，接入到形電路，形電路工作。因?yàn)樵撾娐愤€要求有某方向的點(diǎn)動(dòng)試車，所以要有某方向的點(diǎn)控，我的點(diǎn)控為正向的試車，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)啟動(dòng)過程中都有y-啟動(dòng)，所以，當(dāng)正反轉(zhuǎn)由任意一個(gè)工作時(shí)，與之相對應(yīng)的主觸點(diǎn)閉合，y-電路得電，電動(dòng)機(jī)可以運(yùn)行，因?yàn)樵撾妱?dòng)機(jī)還用到了能耗制動(dòng)，所以在電動(dòng)機(jī)停按鈕按下時(shí)，能耗制動(dòng)過程接通形成自鎖，按鈕松開時(shí)能耗制動(dòng)依然可以正常運(yùn)行，能耗制動(dòng)5秒后，時(shí)間繼電器將其斷電，能耗制動(dòng)過程結(jié)束。我對我