大工19春《可編程控制器》大作業(yè)

1、網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院可編程控制器大作業(yè)題 目：三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制學(xué)習(xí)中心:層 次：高中起點(diǎn)專(zhuān)科專(zhuān) 業(yè)：電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)年 級(jí)：2019年春季學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名: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（PL。的產(chǎn)生與發(fā)展、主要性能指標(biāo)、分類(lèi)、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(mén)子S7 200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(huà)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?zhuān)唬?4）總結(jié)：需要說(shuō)明的問(wèn)題以及設(shè)計(jì)的心得

2、體會(huì)。答：三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制一、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(kāi)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 ， 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)

3、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PG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 PLG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(zhuān)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

4、、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(lèi)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(zhuān)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）兩種，固定式PLC包括CPUU8, 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CPU1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

5、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)程如上圖1所示。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(kāi)關(guān)量輸入電路通過(guò)識(shí)別傳感器 0、1電平，識(shí)別開(kāi)關(guān)的通 斷。圖L1眥牛訶理愉入 據(jù)收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)接»部件圖1.1PLC操作過(guò)程cpia每個(gè)掃描周期的開(kāi)始掃描輸入模塊的信號(hào)狀態(tài)，并將其狀態(tài)送入到輸入映像寄存器區(qū)域；CPU艮據(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?，F(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(kāi)關(guān)量的處理較復(fù)雜一些。

6、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(chē)、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(lèi)：( 1)開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(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

7、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(kāi)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(zhuān)門(mén)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

8、般是運(yùn)行專(zhuān)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

9、美國(guó) GE公司的汽車(chē)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?？偟膩?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(lèi)型的自動(dòng)控制系統(tǒng) 的需要。(3)PLC 大力開(kāi)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(zhuān)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

10、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)。二、 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，及 S7-200PLC選擇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 KM力別閉合，完成換相實(shí)現(xiàn)電 動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)。KM1 KM2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)?？刂齐娐房刂齐娐穼?shí)質(zhì)是由兩條并聯(lián)的啟動(dòng)支路組成，但為了生產(chǎn)、安全的需要又在各支路中輔加了制約觸頭。K 2-1二4J異少電動(dòng)機(jī)繼電揩接觸器控制電路2.1

11、.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(kāi)而受到制約無(wú)法得電,保證了 KM1, KM2 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)向必須先按下停止按鈕使接 觸器失電，各觸頭斷開(kāi)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)

12、控制電路如圖2-1右圖，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 KM凌圈不會(huì)同時(shí)得電閉合。例 如，KM11合電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí),按下反轉(zhuǎn)按鈕SB2,串聯(lián)在KM餞圈支路中SB2 的常閉觸頭先斷開(kāi)，使KM1線圈失電，其主觸頭、自鎖輔助觸頭斷開(kāi)，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，其常開(kāi)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

13、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(kāi),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)程及分析當(dāng)通電以后，按下SB2, KM1接通電動(dòng)機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，同時(shí) KM1常開(kāi)開(kāi)關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖，常閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，KM1也閉合，所以KT1開(kāi)

14、始計(jì)時(shí)，30秒后，KT1的常開(kāi)開(kāi)關(guān)閉合，同時(shí)KM2M合，KM2a閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，KM1停止工作，KM1常 開(kāi)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，KM2常開(kāi)開(kāi)關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，KT2開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到30秒之后，KT2的常開(kāi)閉合，KM2B1,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(chē)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

15、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(mén)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(mén)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)門(mén)動(dòng)控制線移三、輸入輸出地址定義, 2.4輸入輸出定義PLC控制程序設(shè)計(jì)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接于輸入繼電器I0.0端，反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2,接于輸入繼電器I0.1端，停止按鈕SB3接于輸入繼電器I0.2端正轉(zhuǎn)接觸器接于輸出繼電器Q0.0端；反轉(zhuǎn)接觸器接于輸出繼電器Q0.1端。表2.1輸入輸出對(duì)應(yīng)表硬件名稱啟動(dòng)按鈕停止按鈕反轉(zhuǎn)按鈕正轉(zhuǎn)接觸 器反轉(zhuǎn)接觸 器硬件符號(hào)名 稱SB1SB2SB3KM1KM2對(duì)應(yīng)地址I0.0I0.2I0.1Q0.0Q0.1輸出端的電源為交流220V。2.5 輸入輸出接線圖三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制要求，本模塊所用的器件有： PLC控制單元，正 轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SB1,反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SB2停止按鈕SB3,交流接觸器KM1 KM2。此 外為了防止主電路短路 KM1 KM2ft硬件上互鎖。輸入/輸出端口接線如下圖所示：flv» AyTI*THO二二sLN 圖2-3 PLW卜郛接線圖梯形圖程序2.語(yǔ)句表程序