畢業(yè)設計方案PLC在三相異步電動機控制中的控制

1、PLC 在三相異步電動機控制中的應用摘要PLC 在三相異步電動機控制中的應用，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、靈活性強、功能完善等優(yōu)點。長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非?？煽康目刂茟?。它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需求。本文設計了三相異步電動機的PLC控制電路，主要研究了異步電動機的丫 -減壓起動、正反轉以及反接制動的繼電器控制，畫出及其相應的輸入輸出接線圖，根據(jù)繼電器控制電路圖作出PLC控制梯形圖，最后給出控制指令。關鍵詞：PLQ三相異步電動機；繼電器目錄摘要I關鍵

2、字II、乙前言11 .PLC 基礎.21.1 PLC 的基礎21.2 PLC 與繼電器控制的區(qū)1.3 PLC 的工作原理21.4 PLC 應用分類32.三相異步電動機的丫 - 減壓起動控制 52.1 三相異步電動機丫 - 減壓起動的繼電器控制 52.2 三相異步電動機丫 - 減壓起動PLC控制 73. 三相異步電動機正反轉的 PLC 控 93.1 三相異步電動機正反轉繼電器控制 93. 2 三相異步電動機正反轉PLC控制 104. 三相異步電動機的反接制 動控制 134. 1 三相異步電動機反接制動的繼電器控制 134. 2 三相異步電動機反接制動控制接線圖14結論.17致謝 .18參考文獻刖

3、百三相異步電動機的應用幾乎涵蓋了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活各個領域，在這些應用領域中，三相異步電動機常常運行在惡劣的環(huán)境下，導致產(chǎn)生過流、短路、斷相、絕緣老化等事故。對于應用于大型工業(yè)設備重要場合高壓電動機、大功率電動機來說，一旦發(fā)生故障所造成的損失無法估量。在生產(chǎn)過程，科學研究和其他產(chǎn)業(yè)領域中，電氣控制技術應用十分廣泛。在機械設備的控制中，電氣控制也比其他的控制方法使用的更為普遍。本系列的控制是采用 PLC 的編程語言梯形語言，梯形語言是在可編程控制器中的應用最廣的語言，因為它在繼電器的基礎上加進了許多功能、使用靈活的指令，使邏輯關系清晰直觀，編程容易，可讀性強，所實現(xiàn)的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控

4、制電路?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它是專為在惡劣工作環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制，定時、計數(shù)和算術等操作的指令，并采用數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種的機械或生產(chǎn)過程。長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非?？煽康目刂茟?。它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。進入 20 世紀 80 年代，由于計算機計數(shù)和微電子技術PLC 的發(fā)展，使的 PLC 的功能日益增強。PLC是一種固態(tài)電子裝置，它利用已存入的程序來控制機器的運行或工

5、藝的工序。PLC通過輸入/輸出I/O ）裝置發(fā)出控制信號和接受輸入信 號。由于PLC綜合了計算機和自動化技術，所以它發(fā)展日新月異，大 大超出其出現(xiàn)時的技術水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數(shù)、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡時代的到來，擴大了 PLC 的功能，使其具有很強的的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業(yè)。1 PLC 基礎1.1 PLC 的定義可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器

6、，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 / 輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。1.2 PLC 與繼電器控制的區(qū)別1. 控制方式 繼電器的控制是采用硬件接線實現(xiàn)的，是利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程 序方式存儲在內存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。2. 控制速度 繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機械觸點有抖動現(xiàn)象。PLC是由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴格同步，

7、無抖動。3. 延時控制 繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作實現(xiàn)延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調整時間困難。 PLC 用半導體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調整時間方便，不受環(huán)境影響。3.3 PLC 的工作原理當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上 述三個階段。( 一 > 輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采

8、樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。( 二 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 ( 梯形圖 。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O 映象區(qū)中對應位

9、的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O 映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O指令則可以直接存取I/O 點。即使用 I/O 指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O 模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，

10、這跟立即輸入有些區(qū)別。(三輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷 新階段。在此期間，CPU®照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC 的真正輸出。3.4 PLC 的應用分類目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為幾類。1. 開關量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組

11、合機床、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)過程當中，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。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量<Analog ）和數(shù)字量<Digital ）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉換模塊，使 可編程控制器用于模擬量控制。3. 運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎

12、都 有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。4. 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 PID 調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。5 .數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算 含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器

13、中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。6 .通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2三相異步電動機的丫 - 減壓起動控制三相籠型異步電動機具有結構簡單、價格便宜、堅固耐用、維修方 便等優(yōu)點，因而獲得了廣泛的應用。它的起動控制有直接 全

14、壓）起動 和減壓起動兩種方式。對于較大容量的籠型異步電動機 大于10KVV , 其起動電流較大，一般采用減壓起動的方式起動。減壓起動是利用某些設備或者采用電動機定子繞組換接的方法， 降低起動時加在電動機定子繞組上的電壓，而起動后再將電壓恢復到 額定值，使之在正常電壓下運行。2.1三相異步電動機丫 - 減壓起動的繼電器控制星形-三角形減壓起動用于定子繞組在正常運行時接為三角形的電 動機。在電動機起動時將定子繞組接成星形，實現(xiàn)減壓起動。正常運 轉時再換接成三角形接法。圖2.1中主電路通過三組接觸器主觸點將電動機的定子繞組接成三角形或星形，即 KM1 KM3主觸點閉合時，繞組接成星形； KM1 KM

15、2主觸點閉合時，接為三角形。電路的工作過程：先接通三相電源開關Q。一 KM1線圈得電起動：按下起動按鈕SB2 -»KM瞰圈得電一 KT線圈得電電動機接成星形，減壓起動一觸點KT斷開一KM瞰圈失電 延 時 一 定 時 間At-k電動機接成三角形一觸點KT閉合一KM/圈得電與此同時，觸點KM新開 一KT線圈失電釋放。停止：按下SB1 - KM1 KM城圈失電一電動機停止運轉2.2三相異步電動機丫 - 減壓起動的PLC控制星形-三角形減壓起動用于定子繞組在正常運行時接為三角形的電 動機。在電動機起動時將定子繞組接成星形，實現(xiàn)減壓起動。正常運 轉時再換接成三角形接法。有電工基礎知識可知，星形

16、連接時起動電 流僅為三角形連接時的 1/，3,相應的起動轉矩也是三角形連接時的 1/3。輸入輸出停止按鈕SB1:X0 KM1:Y0起動按鈕SB2:X1 KM2:Y1接觸器FR:X2KM3:Y2接觸器丫(Y000 ><Y002 >K50<10><Y001 )圖2.2三相異步電動機減壓起動的I/O接線圖XOOl XOOO S0C2YOOOHHYOOO YCO1 TOTlTO X000 Y002K002YOOiHHENDY001圖2.3減壓起動梯形圖對應的指令如下表:表1.1三相異步電動機的丫 - 減壓起動的指令語句表指令數(shù)指令數(shù)步序據(jù)步序據(jù)LD0X00110MP

17、POROUTT01Y00011K50ANI2X00012LDT0ANIOR3X00213Y001OUTANI4Y00014Y000LDANI5Y00015Y002ANIANI6Y00116X0028ANI T018OUT9 Y002END3.三相異步電動機正反轉的PLC控制因為三相異步電動機的轉動方向是由旋轉磁場的方向決定的，而旋 轉磁場的轉向取決于定子繞組中通入三相電流的相序。因此，要改變 三相異步電動機的轉動方向非常容易，只要將電動機三相供電電源中 的任意兩相對調，這時接到電動機定子繞組的電流相序被改變，旋轉 磁場的方向也被改變，電動機就實現(xiàn)了反轉。3.1 三相異步電動機正反轉的繼電器控制

18、在沒有按下停止按鈕SB3且熱繼電器FR沒有動作的情況下，X000 和X003觸點均為閉合狀態(tài)。此時按下正向起動按鈕 SB1,輸入繼電器 X001動合觸點閉合，輸出繼電器 Y000線圈得電并自鎖，接觸器 KM1得 電吸合，電動機正轉；與此同時，Y000的動斷觸點斷開Y001線圈的驅 動回路,KM2不能吸合，實現(xiàn)了電氣互鎖。按下反向起動按鈕SB2時，X002動合觸點閉合，Y001線圈得電并自鎖，接觸器 KM羽電吸合，電 動機反轉；與此同時，Y001的動斷觸點斷開 Y000線圈的驅動回路，KM1不能吸合，實現(xiàn)電氣互鎖。停機時按下按鈕 SB3, X000動斷觸點斷開；過載時熱繼電器FR動作，X003觸

19、點斷開，這兩種情況都使得Y00R Y001線圈失電，進而使KM1 KM發(fā)電釋放，電動機停轉。圖3.1電動機正反轉繼電器控制圖3.2 三相異步電動機正反轉PLC控制輸入輸出SB1: X1KM1: Y0SB2 X2KM2: Y1SB3 X0FR X3SB1為正SB2為反KM1為正轉接觸線圈X000Y000X001Y001X002X003COMCOMKM勸反轉接觸線圈KM1圖3.2輸入輸出接線圖KM2K001 XOOO XOO3 Y002T；rooiHHK002 X000 X003 YOGIT HHdPWf阿 2)印02HHEND 圖3.3梯形圖將PLC連上編程器并接通電源后，PLC電源指示燈亮，將

20、編程器開 關打到“PROGRAMft置，這時PLC處于編程狀態(tài)。編程器顯示 PASSWORD時依次按 Cltr 鍵和Montr鍵，直至屏幕顯示地址號 0000,這時即可輸入程序。在輸入程序前，需清除存儲器中內容，按照以上控制的梯形圖或 程序指令將控制程序寫入PLC當程序輸入到PLC指令如下表對應的指令如下表：表3.1三相異步電動機正反轉的指令語句表據(jù)據(jù)0LDX0017ORY0021ORY0018ANIX0002ANIX0009ANIX0033ANIX00310ANIY0014ANIY00211OUTY0025OUTY00112END6LDX002步序指令數(shù)步序指令 數(shù)4.三相異步電動機的反接制

21、動控制在生產(chǎn)過程中，有些設備電動機斷電后由于慣性作用，停機時間拖 得過長，導致生產(chǎn)率降低，還會造成停機位置不準確，工作不安全。 為了縮短輔助工作時間、提高生產(chǎn)率和獲得準確的停機位置，必須對 電動機采取有效的制動措施。停機制動有兩種類型：一是電磁鐵操縱機械進行制動的電磁機械制 動；二是電氣制動，即電動機產(chǎn)生一個與轉子原來的轉動方向相反的 轉矩來進行制動。常用的電氣制動有反接制動和能耗制動。反接制動就是通過改變異步電動機定子繞組中三相電源相序，產(chǎn)生 一個與轉子慣性轉動方向相反的反向起動轉矩而進行制動停轉的。反接制動的關鍵在于將電動機三相電源相序進行切換，且當轉速接 近于零時，能自動將電源斷開。圖4

22、.1反接制動繼電器控制圖主電路：接觸器KM1用來控制電動機M正常運轉，接觸器 KM2用 來改變電動機 M的電源相序。因為電動機反接制動電流很大，所以在 制動電路中串接了降壓電阻 R,以限制反向制動電流?？刂齐娐罚河蓛蓷l控制回路組成。一條是控制M正常運轉的回路，另一條是控制M反向制動的回路。電路的起動過程：起動：按下SB-KM1線圈得電一M開始轉動，同時KM1輔助動 合觸點閉合自鎖，KM1輔助動斷觸點斷開，進行互鎖。 M處于正常運 轉，KS的觸點閉合，為反接制動做準備。制動：按下復合按鈕 SB1 一KM1線圈失電，KM戲圈由于KS的動 合觸點在轉子慣性轉動仍閉合自鎖，電動機進入反接制動，當電動機

23、 轉速接近于零時，KS的觸點復位斷開，KM凝圈失電一制動結束，停 機。4.2三相異步電動機的反接制動的 PLC控制輸入輸出SB1:X0KM1:Y1SB2:X1 KM2:Y2FR:X2KS:X3圖4.2輸入輸出接線圖KOOO XOOI Y002 X002-4I-H HHWforooi >YOOlHHKOOO YOGI K002 K003T H4I-I IT002 )Y002TEND )圖4.3反接制動梯形圖對應的指令如下表:表4.1三相異步電動機的反接制動的指令語句表步序指令數(shù)據(jù)步序指令數(shù)據(jù)LDILD07X000X000LDOR18X001Y0022OR9ANIY001Y001AND3ANB10X003ANIANI411Y002X002ANIOUT512X002Y0026OUT 13Y001結論本文設計和制作了三相異步電動機的PLC控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)主要以三相異步電機的減壓起動、正反轉、反接制動為主要研究對象，通過對他們的繼電器控制電路的研究，從而分析使用PLC對他們進行自動控制。在減壓起動中，只介紹了異步電動機的丫-的起動方式，一般容量小于10KV 的電動機常用直接起動。有時為了減小起動是對機械設備的沖擊，對允許直接起動的電動機也采用減壓起動，其方法還有定子繞組串電阻、延邊三角形和自耦變壓器起動等。