大工15《可編程控制器》大作業(yè)三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)

1、 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院可編程控制器大作業(yè) 題 目： 學(xué)習(xí)中心： 層 次： 高中起點(diǎn)?？?專 業(yè)： 年 級(jí)： 年 春/秋 季 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 大工15秋可編程控制器大作業(yè)具體要求：1 作業(yè)內(nèi)容從以下五個(gè)題目中任選其一作答。2 正文格式作業(yè)正文內(nèi)容統(tǒng)一采用宋體，字號(hào)為小四，字?jǐn)?shù)在2000字以上。3. 作業(yè)提交學(xué)生需要以附件形式上交離線作業(yè)（附件的大小限制在10m以內(nèi)），選擇已完成的作業(yè)，點(diǎn)“上交”即可。如下圖所示。4. 截止時(shí)間2016年3月9日。在此之前，學(xué)生可隨時(shí)提交離線作業(yè)，如需修改，可直接上傳新文件，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)覆蓋原有文件。5. 注意事項(xiàng)請(qǐng)同學(xué)獨(dú)立完成作業(yè)，不準(zhǔn)抄襲其他人或者請(qǐng)人代做，如有雷

2、同作業(yè)，成績(jī)以零分計(jì)！題目一：三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制設(shè)計(jì)要求：（1）首先對(duì)可編程序控制器（plc）的產(chǎn)生與發(fā)展、主要性能指標(biāo)、分類、特點(diǎn)、功能與應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；（2）選用西門子s7200 系列plc，設(shè)計(jì)出能對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制的主電路和繼電器控制電路圖；（3）對(duì)輸入輸出繼電器及其它編程元件的地址進(jìn)行分配，畫出i/o口接線圖，列出plc控制程序（梯形圖進(jìn)行截圖，語(yǔ)句表可直接拷貝）并對(duì)程序作出解釋；（4）總結(jié)：需要說(shuō)明的問(wèn)題以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。題目二：三相異步電動(dòng)機(jī)的y-起動(dòng)plc控制設(shè)計(jì)要求：（1）首先對(duì)可編程序控制器（plc）的產(chǎn)生與發(fā)展、主要性能指標(biāo)、分類、特點(diǎn)、功能與

3、應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；（2）選用西門子s7200 系列plc，設(shè)計(jì)出能對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)進(jìn)行y-起動(dòng)的主電路和繼電器控制電路圖；（3）對(duì)輸入輸出繼電器及其它編程元件的地址進(jìn)行分配，畫出i/o口接線圖，列出plc控制程序（梯形圖進(jìn)行截圖，語(yǔ)句表可直接拷貝）并對(duì)程序作出解釋；（4）總結(jié)：需要說(shuō)明的問(wèn)題以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。題目三：運(yùn)料小車三位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)料小車控制示意圖如下圖所示，小車在初始狀態(tài)時(shí)停在中間，限位開關(guān)i0.0為on，按下起動(dòng)按鈕i0.3，小車開始右行，并按圖所示的順序運(yùn)動(dòng)，最后返回并停在初始位置。設(shè)計(jì)要求：（1）首先對(duì)可編程序控制器（plc）的產(chǎn)生與發(fā)展、主要性能指標(biāo)、分類、特點(diǎn)、

4、功能與應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；（2）設(shè)計(jì)選用西門子s7200 系列plc，畫出控制系統(tǒng)的順序功能圖，列出plc控制程序（梯形圖進(jìn)行截圖，語(yǔ)句表可直接拷貝）并對(duì)程序作出解釋；（3）總結(jié)：需要說(shuō)明的問(wèn)題以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。題目四：三層電梯的plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：（1）首先對(duì)可編程序控制器（plc）的產(chǎn)生與發(fā)展、主要性能指標(biāo)、分類、特點(diǎn)、功能與應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；（2）設(shè)計(jì)選用西門子s7200 系列plc，控制要求：電梯內(nèi)設(shè)置樓層呼叫按鈕，到達(dá)樓層數(shù)指示；電梯外設(shè)置上行與下行呼叫按鈕，運(yùn)行方向指示與到達(dá)樓層數(shù)指示；沒(méi)有呼叫信號(hào)時(shí)，電梯可停留在任一層。附加可選功能：增加變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的速度

5、控制。保護(hù)要求：系統(tǒng)需設(shè)短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、失壓和欠壓保護(hù)、電機(jī)超速保護(hù)。（3）對(duì)輸入輸出繼電器及其它編程元件的地址進(jìn)行分配，畫出i/o接線圖及三層電梯主電路，列出plc控制程序（梯形圖進(jìn)行截圖，語(yǔ)句表可直接拷貝）并對(duì)程序作出解釋；（4）總結(jié)：需要說(shuō)明的問(wèn)題以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。題目五：十字路口交通燈控制設(shè)計(jì)起動(dòng)后，南北紅燈亮并維持30s。在南北紅燈亮的同時(shí)，東西綠燈也亮，東西綠燈亮25s后閃亮，3s后熄滅，東西黃燈亮，黃燈亮2s后，東西紅燈亮，與此同時(shí)，南北紅燈滅，南北綠燈亮。南北綠燈亮25s后閃亮，3s后熄滅，南北黃燈亮，黃燈亮2s后，南北紅燈亮，東西紅燈滅，東西綠燈亮。依次循環(huán)。十字路口交

6、通燈控制示意圖及時(shí)序圖如下圖所示。 設(shè)計(jì)要求：（1）首先對(duì)可編程序控制器（plc）的產(chǎn)生與發(fā)展、主要性能指標(biāo)、分類、特點(diǎn)、功能與應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；（2）設(shè)計(jì)選用西門子s7200 系列plc，對(duì)其i/o口進(jìn)行分配，列出plc控制程序（梯形圖進(jìn)行截圖，語(yǔ)句表可直接拷貝）并對(duì)程序作出解釋；（3）總結(jié)：需要說(shuō)明的問(wèn)題以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。題目一：三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制1 可編程序控制器plc的概況1.1 plc的定義早期的可編程控制器是為了取代繼電器控制線路，采用存儲(chǔ)器程序指令完成順序控制而設(shè)計(jì)的。它僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，采用開關(guān)量控制，實(shí)際只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，所以稱為可編程邏輯控制器，

7、簡(jiǎn)稱plc（programmable logic controller）。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，采用了16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成plc，使得可編程邏輯控制器在概念、設(shè)計(jì)、性能上都有了新的突破。采用微處理器之后，這種控制器的功能不再局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算，增加了數(shù)值運(yùn)算、模擬量的處理、通信等功能，成為真正意義上的可編程控制器（programmable controller），簡(jiǎn)稱為pc。但是為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)pc（personal computer）相區(qū)別，長(zhǎng)將可編程控制器仍成為plc。隨著可編程控制器的不斷發(fā)展，其定義也在不斷變化。國(guó)際電工委員會(huì)（iec）曾于1982年11月頒布了可編程控制

8、器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1985年1月發(fā)表了第二稿，1987年2月又頒布了第三稿。1987年頒布的可編程控制器的定義如下： “可編程邏輯控制器是專為在工業(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，是帶有存儲(chǔ)器、可以編制程序的控制器。它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行命令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，并通過(guò)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(guò)程?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)。1.2 plc的工作原理plc實(shí)質(zhì)上是一種專用與工業(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)相近，在結(jié)構(gòu)上分為固定式和組合式（模塊式）兩

9、種，固定式plc包括cpu板，i/o板，顯示面板，內(nèi)存塊，電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式plc包括cpu模塊，i/o模塊，內(nèi)存模塊，電源模塊，底板或機(jī)架。這些模塊可以按照一定的規(guī)則組合配置。按照可編程控制器系統(tǒng)的構(gòu)成原理，可編程控制器系統(tǒng)由傳感器，可編程控制器和執(zhí)行器組成，可編程控制器通過(guò)循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)，其操作過(guò)程如下圖1所示。圖1.1 plc操作過(guò)程plc輸入模塊的輸入信號(hào)狀態(tài)與傳感器信號(hào)相對(duì)應(yīng)，為傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離和濾波后的有效信號(hào)。開關(guān)量輸入電路通過(guò)識(shí)別傳感器0、1電平，識(shí)別開關(guān)的通斷。cpu在每個(gè)掃描周期的開始掃描輸入模塊的信號(hào)狀態(tài)

10、，并將其狀態(tài)送入到輸入映像寄存器區(qū)域；cpu根據(jù)用戶程序中的程序指令來(lái)處理傳感器信號(hào)，并將其處理的結(jié)果送到輸出映像寄存器。現(xiàn)代的plc已經(jīng)具備了處理模擬量的功能，但是相對(duì)于開關(guān)量的處理較復(fù)雜一些。plc輸出模塊具有一定的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，在額定負(fù)載以內(nèi)，直接和負(fù)載相連，可以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器。在plc處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。1.3 plc的應(yīng)用領(lǐng)域目前，plc在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為以下幾類：（1）開關(guān)量的邏輯控制這是plc最基本、最廣泛

11、的應(yīng)用領(lǐng)域，可用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控制及自動(dòng)化流水線。如電梯控制、高爐上料、注塑機(jī)、印刷機(jī)、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使plc能處理模擬信號(hào)，plc廠家生產(chǎn)有配套的a/d、d/a轉(zhuǎn)換模塊，使plc可用于模擬量控制。（3）運(yùn)動(dòng)控制plc可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在可使用專門的運(yùn)動(dòng)控制模塊。廣泛的運(yùn)用于各種機(jī)床、機(jī)械、機(jī)器人、電器

12、等場(chǎng)合。（4）過(guò)程控制這是對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。plc能編制各種控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid控制時(shí)一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中常用的控制方法。pid處理一般是運(yùn)行專用的pid子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用（5）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較。一般用于大型系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造業(yè)。（6）通信及聯(lián)網(wǎng)plc通信包含plc之間的通信以及plc與其他智能設(shè)備間的通信。在工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展加快前提下，廠家都十分重視plc的通訊功能，紛紛

13、推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通訊十分方便。1.4 plc的發(fā)展趨勢(shì)1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（dec）首先研制出第一臺(tái)符合要求的控制器，即可編程邏輯控制器，并在美國(guó)ge公司的汽車自動(dòng)裝配上試用獲得成功。此后，這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展，從美國(guó)、日本、歐洲普及到全世界。總的來(lái)說(shuō)發(fā)展趨勢(shì)如下： (1)向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高plc的處理能力，要求plc具有更好的響應(yīng)速度和更大的儲(chǔ)存容量。 (2)向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展。以適應(yīng)不同類型的自動(dòng)控制系統(tǒng)的需要。 (3)plc大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信功能。為了擴(kuò)大適用范圍，廠家還制定了通用的通信彼岸準(zhǔn)，已構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 (4)增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與

14、處理能力。外部故障的幾率很大，因此，plc廠家致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性 (5)編程語(yǔ)言多樣化。plc結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí),plc的編程語(yǔ)言也越來(lái)越豐富。多種語(yǔ)言并存、互補(bǔ)與發(fā)展是plc進(jìn)步的一種趨勢(shì)。2 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的特點(diǎn)與應(yīng)用2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的特點(diǎn)2.1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的主、控制電路1.主電路 如圖2-1主電路接觸器km1、km2分別閉合，完成換相實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)。km1、km2不能同時(shí)閉合，否則, 會(huì)造成主電路兩相短路。電路用fr實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。2.控制電路 控制電路實(shí)質(zhì)是由兩條并聯(lián)的啟動(dòng)支路組

15、成，但為了生產(chǎn)、安全的需要又在各支路中輔加了制約觸頭。圖2-1 三相異步電動(dòng)機(jī)繼電器接觸器控制電路2.1.2 按鈕、接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路特點(diǎn)及應(yīng)用分析1.接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路如圖2-1, 右部分是其控制電路, 它由兩條啟動(dòng)支路構(gòu)成, 且在對(duì)方支路中相互串聯(lián)上彼此的常閉輔助觸頭, 使一接觸器線圈得電吸合后另一個(gè)接觸器因所串聯(lián)的常閉輔助觸頭斷開而受到制約無(wú)法得電, 保證了km1, km2不能同時(shí)得電, 從而可靠地避免了兩相電源短路事故的發(fā)生, 電路安全、可靠。這種在一個(gè)接觸器得電動(dòng)作時(shí)通過(guò)其常閉輔助觸頭使另一個(gè)接觸器不能得電動(dòng)作的作用稱為聯(lián)鎖或互鎖。該電路要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向必須先按下停止

16、按鈕使接觸器失電, 各觸頭斷開恢復(fù)原狀解除聯(lián)鎖, 再按下反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕, 電動(dòng)機(jī)才能反轉(zhuǎn)。2.按鈕聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路如圖2-1, 它將圖左中的正、反轉(zhuǎn)控制按鈕sb1、sb2換成復(fù)合按鈕, 用對(duì)應(yīng)的常閉觸頭代替接觸器相應(yīng)的常閉輔助觸頭構(gòu)成聯(lián)鎖完成正反轉(zhuǎn)控制。這樣電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向時(shí), 可直接按下反轉(zhuǎn)相對(duì)于另一轉(zhuǎn)向按鈕即可, 而不必先按停止按鈕, 同時(shí)保證了兩個(gè)接觸器km1、km2線圈不會(huì)同時(shí)得電閉合。例如, km1吸合電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí), 按下反轉(zhuǎn)按鈕sb2, 串聯(lián)在km1線圈支路中sb2的常閉觸頭先斷開, 使km1線圈失電, 其主觸頭、自鎖輔助觸頭斷開, 電動(dòng)機(jī)斷電但仍慣性運(yùn)轉(zhuǎn)。sb2按下后經(jīng)過(guò)一定的行程

17、, 其常開觸頭閉合, 接通反轉(zhuǎn)控制電路, 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。3.按鈕與接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路的應(yīng)用分析接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路適用于重載拖動(dòng)的機(jī)床等不能或不需要由一個(gè)轉(zhuǎn)向立即換為另一個(gè)轉(zhuǎn)向的機(jī)械設(shè)備, 以減小換相對(duì)設(shè)備的機(jī)械沖擊力和電機(jī)繞組受到的反接電流沖擊, 起到保護(hù)設(shè)備, 延長(zhǎng)其使用壽命的作用。而按鈕聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路雖操作方便, 但安全欠佳, 不可靠。例如, 當(dāng)正轉(zhuǎn)接觸器km1吸合后主觸頭發(fā)生熔焊或動(dòng)鐵芯被雜物卡住等故障時(shí), 即使線圈失電, 主觸頭也無(wú)法分開, 這時(shí)若按下反轉(zhuǎn)按鈕, sb2, km2得電動(dòng)作, 主觸頭閉合造成電源兩相短路。2.2 交流接觸器的正反轉(zhuǎn)自動(dòng)控制線路工作過(guò)程及分析

18、當(dāng)通電以后，按下sb2，km1接通電動(dòng)機(jī)開始正轉(zhuǎn)，同時(shí)km1常開開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖，常閉開關(guān)斷開，km1'也閉合，所以kt1開始計(jì)時(shí)， 30秒后，kt1的常開開關(guān)閉合，同時(shí)km2吸合，km2常閉開關(guān)斷開，km1停止工作，km1常開開關(guān)斷開，km2常開開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖，電動(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn)，kt2開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到30秒之后，kt2的常開閉合，km2接通，吸合，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)延時(shí)正反轉(zhuǎn)的控制，從而帶動(dòng)機(jī)器的正反轉(zhuǎn)。達(dá)到延時(shí)停車的控制。其操作簡(jiǎn)便、安全易于控制。2.3 plc的選擇plc高性能小型可編程控制器，具有較高的性價(jià)比，應(yīng)用廣泛。它不僅具備了以往的小型plc所具有的功能，而且還可連接可編程控制終端,盡可能使安裝空間最小化，并實(shí)現(xiàn)了具有2點(diǎn)-7點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的彈性構(gòu)成，為了節(jié)省節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。只有選擇了符合要求的產(chǎn)品才能達(dá)到既可靠又經(jīng)濟(jì)的要求，西門子公司s7-200系列的plc適合本次實(shí)驗(yàn)的要求，因此我們選擇西門子列型號(hào)的可控制編程器。圖2-2 交流接觸器的正反轉(zhuǎn)自動(dòng)控制線路2.4 輸入輸出定義根據(jù)對(duì)控制任務(wù)的分析，我們將輸入輸出定義如下表2.1所示:起動(dòng)按鈕sb1接于輸