PLC控制三相異步電動機正反轉設計

1、畢畢業(yè)業(yè)論論文文PLC 控制三相異步電動機正反轉設計所在系院：機電工程學院專業(yè)班級： 機電 10302學生學號：10023843學生姓名：陳毅指導教師：程月平2012 年11 月 07 日武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）IIPLC 控制三相異步電動機正反轉設計摘要本論文文設計了三相異步電動機的 PLC 控制電路， 就是三相異步電動機的正反轉控制，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、靈活性強等優(yōu)點。非常實用。三相異步電動機的應用非常廣泛，具有機構簡單，效率高，控制方便，運行可靠，易于維修成本低的有點，幾乎涵蓋了工農業(yè)生產和人類生活的各個領域,在這些應用領域中,三相異步電動機運行的環(huán)

2、境不同， 所以造成其故障的發(fā)生也很頻繁， 所以要正確合理的利用它。本文研究的這個系統(tǒng)的控制是采用 PLC 的編程語言-梯形圖,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)的繼電器控制電路，可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它是專為在惡劣工業(yè)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過程。關鍵詞：PLC三相異步電動機可編程控制梯形圖武漢職業(yè)技術學院畢

3、業(yè)設計（論文）III引言.1第一章三相異步電動機基礎.21.1 三相異步電動機的基本結構.21.1.1 三相異步電動機定子.21.1.2 三相異步電動機轉子.31.2 三相異步電動機的工作原理.31.3三相異步電動機的正反轉工作過程.41.3.1 三相異步電動機的原理.41.3.2三相異步電動機的制動.4第二章PLC 基礎的知識.52.1關于 PLC 的定義.52.2PLC 與繼電器控制的區(qū)別. 52.3 PLC 的工作原理.5第三章三相異步電動機的 PLC 控制.73.1 三相異步電機的正反轉 PLC 控制.73.2 PLC 定時器控制電動機正反轉互鎖的設計. 93.2.1 PLC 定時器控

4、制電動機正反轉電路的主接線圖.93.2.2 PLC 定時器控制三相異步電動機正反轉的梯形圖.103.2.3 定時器控制電動機正反轉的指令表程序. 113.2.4 PLC 的 I/O 分配.113.2.5 實體框形圖.123.3 三相異步電動機使用 PLC 控制優(yōu)點.13結論.13參考文獻.14致謝.15引言三相異步電動機的應用非常廣泛，具有機構簡單，效率高，控制方便，運行可靠，易于維修成本低的有點，幾乎涵蓋了工農業(yè)生產和人類生活的各個領域,在這些應用領域中,三相異步電動機運行的環(huán)境不同，所以造成其故障的發(fā)生也很頻繁，所以要正確合理的利用它。要合理的控制它。我研究的這個系統(tǒng)的控制是采用 PLC

5、的編程語言-梯形圖,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)的繼電器控制電路，可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它是專為在惡劣工業(yè)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

6、工業(yè)，企業(yè)對自動化的需要。進入 20 世紀 80 年代，由于計算機技術和微電子技術的迅猛發(fā)展，極大地推動了 PLC 的發(fā)展，使得 PLC 的功能日益增強，目前，在先進國家中，PLC 已成為工業(yè)控制的標準設備，應用面幾乎覆蓋了所有工業(yè)，企業(yè)。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，大大超過其出現(xiàn)時的技術水平，它不但可以很容易的完成邏輯，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機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產過程的自動化控制。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，擴展了 PLC 的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力

7、，從而更廣泛的運用于眾多行業(yè)。武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）2第一章三相異步電動機基礎1.1 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機由定子和旋轉的轉子兩個重要部分組成，定子和轉子之間由氣隙分開。圖 1-1 為三相異步電動機結構示意圖。(a) 外形圖； (b) 內部結構圖圖 1-1 三相異步電動機結構示意1.1.1 三相異步電動機定子定子主要由定子鐵心、定子繞組、機座三部分組成。機座的主要作用是用來支撐電機各部件，因此應有足夠的機械強度和剛度，通常用鑄鐵制成。為了減少渦流和磁滯損耗，定子鐵心用 0.5 mm 厚涂有絕緣漆的硅鋼片疊成，鐵心內圓周上有許多均勻分布的槽，槽內嵌放定子繞組，如圖 1-

8、2 所示。圖 1-2 三相異步電動機的定子武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）31.1.2 三相異步電動機轉子轉子由轉子鐵心、轉子繞組、轉軸和風扇等組成。轉子鐵心也用 0.5 mm 厚硅鋼片沖成轉子沖片疊成圓柱形，壓裝在轉軸上。其外圍表面沖有凹槽，用以安放轉子繞組。按轉子繞組形式不同，可分為繞線式和鼠籠式兩種。1.2 三相異步電動機的工作原理圖 1-2 為三相異步電動機工作原理示意圖。圖中用一對磁極來進行分析。當向三相定子繞組中通過入對稱的三相交流電時，就產生了一個以同步轉速 n1 沿定子和轉子內圓空間作順時針方向旋轉的旋轉磁場。由于旋轉磁場以 n1 轉速旋轉，轉子導體開始時是靜止的， 故轉子導體

9、將切割定子旋轉磁場而產生感應電動勢。 由于轉子導體兩端被短路環(huán)短接，在感應電動勢的作用下，轉子導體中將產生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。轉子的載流導體在定子磁場中受到電磁力的作用。電磁力對轉子軸產生電磁轉矩，驅動轉子沿著旋轉磁場方向旋轉圖 1-3三相異步電動機工作原理武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）41.3三相異步電動機的正反轉工作過程1.3.1 三相異步電動機的原理圖 1-4 三相異步電動機正反轉電路在選擇斷路器時，我們不僅要關注斷路器的延遲曲線等主要指標，還應重視它的很多次要功能，這些常容易被忽略的性能不僅能為一個良好的設計錦上添花，而且還能幫助工程師們?yōu)槠鋺迷O計精密的保護電路。輔

10、助接點（輔助開關） ：它們是與主接點電隔離的接點，適用于報警和程序開關。輔助接點可用于向操作人員或控制系統(tǒng)告警，發(fā)出警報，或在重要應用中接通備用電源。1.3.2三相異步電動機的制動三相異步電動機脫離電源之后，由于慣性，電動機要經過一定的時間后才會慢慢停下來, 但有些生產機械要求能迅速而準確地停車，那么就要求對電動機進行制動控制。電動機的制動方法可以分為兩大類：機械制動和電氣制動。機械制動一般利用電磁抱閘的方法來實現(xiàn)；電氣制動一般有能耗制動、反接制動和回饋發(fā)電制動三種方法。武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）5第二章PLC 基礎的知識2.1關于 PLC 的定義PLC 中文全稱就是可編程控制器?？删幊?/p>

11、控制器（PLC）定義：專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置，是帶有存儲器，可以編制程序的控制器，它能夠存儲和執(zhí)行命令，進行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產過程。2.2PLC 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，

12、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，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生，精度高，調整時間方便，不受環(huán)境影響。2.3 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

13、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。武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）6(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)

14、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/

15、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，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 按照 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，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是 PLC 的真正輸出。武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）7第三章三相異步電動機的 PLC 控制3.1 三相異步電機的正反轉 PLC 控制在生產過程中,往往要求電動機能夠實現(xiàn)正反兩個方向的轉動,如起重機吊鉤的上升與下降,機床工作臺的前進與后退等等。由電動機原理可

16、知，只要把電動機的三相電源進線中的任意兩相對調，就可改變電動機的轉向。因此正反轉控制電路實質上是兩個方向相反的單相運行電路，為了避免誤動作引起電源相間短路，必須在這兩個相反方向的單向運行電路中加設必要的互鎖。按照電動機可逆運行操作順序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”兩種控制電路.在正反兩個接觸器中互串一個對方的動斷觸點，這對動斷觸點稱為互鎖觸點或連鎖觸點。這樣當按下正轉啟動按鈕SB2 時，正轉接觸器 KM1 線圈通電，主觸點閉合，電動機正轉，與此同時由于 KM1 的動斷輔助觸點斷開而切斷了反轉接觸器 KM2 的線圈電路。因此，即使按反轉啟動按鈕SB3，也不會使反轉接觸器的線圈通電工

17、作。同理，在反轉接觸器 KM2 動作后，也保證了正轉接觸器 KM1 的線圈電路不能再工作。武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）8圖 3-1 三相異步電動機正反轉繼電器控制圖 3-2 I/O 三相異步電動機的 PLC 控制接線圖 3-3 三相異步電動機的 PLC 控制梯形表 31 指令程序PLC 控制的工作過程的分析：按下 SB2， 輸入繼電器 0001 動合觸點閉合， 輸出繼電器 0500 線圈接通并自鎖，指令程序地址指令數(shù)據(jù)0000LD00010001OR05000002AND-NOT00000003AND-NOT05010004OUT05000005LD00020006OR05010007AN

18、D-NOT00000008AND-NOT05000009OUT05010010END(01)武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）9接觸器 KM1 主觸點，動合輔助觸點閉合，電動機 M 通電正轉。按下 SB1，輸入繼電器 0000 動斷觸點斷開，輸出繼電器 0500 線圈失電，KM1主觸點，動合輔助觸點斷開，電動機 M 斷電停止正轉按下 SB3,0002 動合觸點閉合,0501 線圈接通并自鎖,KM2 主觸點,動合輔助觸點閉合,電動機 M 通電反轉為了避免短路事故的發(fā)生所以我們利用接觸器連鎖保護的接觸器電路。三相異步電動機的正反轉控制線路作為一個基本控制環(huán)節(jié)，在電氣控制線路中應用的非常廣泛。接觸器互

19、鎖的三相異步電動機正反轉的控制線路更是取代了傳統(tǒng)的繼電器控制線路，使電動機的控制有了進一步的提高。接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉控制線路如圖 3-1 所示。線路中采用了兩個接觸器，即正轉用的接觸器 KM1 和反轉用的接觸器 KM2，它們分別由控制按鈕 SB2 、SB3 控制。這兩個接觸器的主觸頭所接通的電源相序不同，KM1 按 L1L2L3 相序接線，KM2 則對調了兩相的相序?？刂齐娐酚袃蓷l，一條由按鈕 SB2 和 KM1 線圈等組成正轉控制電路；另一條由按鈕 SB3 和 KM2 線圈等組成的反轉控制電路。3.2 PLC 定時器控制電動機正反轉互鎖的設計3.2.1 PLC 定時器控制電動機

20、正反轉電路的主接線圖為了在控制的過程中體現(xiàn)科技化和智能化為了在控制的過程中體現(xiàn)科技化和智能化，同時為了在控制過程中克服接觸器互鎖的三相同時為了在控制過程中克服接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉電路的缺點異步電動機正反轉電路的缺點，本文也可采用定時器控制三相異步電動機正反轉本文也可采用定時器控制三相異步電動機正反轉。利用定利用定時器控制三相異步電動機正反轉在工業(yè)控制中得到廣泛利用，這種方法使得控制更加簡時器控制三相異步電動機正反轉在工業(yè)控制中得到廣泛利用，這種方法使得控制更加簡單、方便，而且單、方便，而且可以根據(jù)不同的需要設定正反轉的時間且易于實現(xiàn)。用可以根據(jù)不同的需要設定正反轉的時間且易于實現(xiàn)。

21、用 PLC 定時器控制定時器控制的三相異步電動機正反轉互鎖的主接線圖如圖的三相異步電動機正反轉互鎖的主接線圖如圖 3-4 所示所示。其工作原理如下所示其工作原理如下所示。定時器控定時器控制三相異步電動機正反轉原理和接觸器控制三相異步電動機正反轉的原理基本相同制三相異步電動機正反轉原理和接觸器控制三相異步電動機正反轉的原理基本相同，不同不同的是當電動機開始正轉時，定時器的是當電動機開始正轉時，定時器 T1 開始運行且計時開始，開始運行且計時開始，20S 后電動機停止正轉，此后電動機停止正轉，此時定時器時定時器 T2 開始運行并且計時，開始運行并且計時，6S 后電動機開始反轉，同時定時器后電動機開

22、始反轉，同時定時器 T3 開始運行并計時開始運行并計時開始開始，20S 后電動機停止反轉后電動機停止反轉，定時器定時器 T4 開始計時開始計時，6S 后電動機又開始正轉后電動機又開始正轉。如此循環(huán)如此循環(huán)進行，本文也可根據(jù)控制的需要設定不同的正轉、反轉和停止的時間。進行，本文也可根據(jù)控制的需要設定不同的正轉、反轉和停止的時間。圖 3-4武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）103.2.2 PLC 定時器控制三相異步電動機正反轉的梯形圖根據(jù)互鎖的三相異步電動機正反轉控制電路及 I/O 分配表整理后可得到定時器控制的三相異步電動機正反轉的梯形圖，如圖 3-5 所示。Network 1Network 2圖

23、 3-5定時器控制的三相異步電動機正反轉武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）113.2.3 定時器控制電動機正反轉的指令表程序PLC 定時器控制三相異步電動機正反轉互鎖的指令表程序如表 3-2 所示。表 3-2接觸器互鎖正反轉電路指令表程序步編號指令操作數(shù)說明0LDIX0.0正轉啟動觸點 IX0.01ORY02ANDNOTIX0.1反轉啟動觸點 IX0.13OUTY0LDY05ANDNOTT4.Q6ORT1正轉定時器，定時 20S7LDT1.Q8ORT2停止定時器，定時 6S9LDT2.Q10ORT3反轉定時器，定時 20S11LDT3.Q12ORT4停止定時器，定時 6S13LDY014ANDN

24、OTT1.Q15OUTQX0.0正轉輸出線圈 QX0.016LDY017ANDT2.Q18ANDNOTT3.Q19OUT%QX0.1反轉輸出線圈 QX0.13.2.4 PLC 的 I/O 分配由圖 3-1 可以看出，該電路的輸入設備有正轉啟動按鈕 SB2、反轉啟動按鈕 SB3、停止按鈕 SB1、熱繼電器輔助動斷觸點 FR，其輸出設備有兩個，一個是正轉接觸器線圈 KM1，另一個是反轉接觸器線圈 KM2?，F(xiàn)將 PLC 的輸入/輸出繼電器分配給上述輸入/輸出設備，即可列出其用 PLC 控制的 I/O 分配表，如表 3-3 所示。武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）12表 3-3PLC 控制接觸器互鎖的正

25、反轉控制電路 I/O 分配表輸入分配輸出分配元件名稱PLC 輸入點編號元件名稱PLC 輸入點編號正轉啟動I0.0正轉接觸器線圈Q0.0KM1反轉啟動I0.1反轉接觸器線圈Q0.1KM23.2.5 實體框形圖由于設計中的儀器不容易畫出其具體模型，故用方框圖來表示其實體的接線圖，如圖36 所示。圖 36 PLC 控制線路實體框形武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）133.3 三相異步電動機使用 PLC 控制優(yōu)點本文設計就對三相異步電動機的正反轉控制，順序起動等系統(tǒng)進行了設計，還有其它的像制動和調速控制在這里我就沒有設計，其實主電路都是一樣的，就控制電路有一點小差異，使用 PLC 控制三相異步電動機有很

26、多好處的：不易老化，設備簡單，結構合理，便于控制價格便宜等。plc 的通用性 可靠性 檢修快速性 安全性是非常強大的，所以用其控制是非常方便的，值得一提的是他的價格可能會高一些，但是絕對是物超所值。結論本次論文我研究了用 plc 簡單地控制三相異步電動機， 我感覺這樣的設計使系統(tǒng)很穩(wěn)定，在工廠或者農業(yè)生產中都有很大的作用，達到了研究的目的。通過概述使大家充分了解了該控制系統(tǒng)的原理和功能。 摘要部分概要介紹了其可靠性和實用性，緒論部分介紹了電動機控制方面的背景、本文設計的目的、意義及主要內容等；第一章三相異步電動機基礎 介紹了三相異步電動機的基本結構、工作原理、幾個工作過程的分析等；第二章 PL

27、C 基礎 PLC 的定義、與繼電器控制的區(qū)別、工作原理、應用分類等。第三章 三相異步電動機的 PLC 控制從系統(tǒng)原理的角度得出系統(tǒng)分為模擬和數(shù)字兩部分；第五部分進行了總結。通過本次電路的設計， 我對三相異步電動機的 PLC 控制系統(tǒng)原理有了進一步的了解，在三相異步電動機的 PLC 控制分析中對 PLC 產生了濃厚的興趣，提高了理論結合實際的能力，由于本人水平有限，時間緊促，對其中的原理和實際操作方法不是很熟悉。以后還得更加努力的研究，論文中有不對或者欠缺的地方請老師斧正。武漢職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）14參考文獻1 王兆晶.維修電工（中級） ,機械工業(yè)出版社.20092 翟彩萍.plc 應用技術（三菱） .中國勞動社會保障出版社.2009.13 凌云.PS7219 顯示驅動器及其在 PLC 中的應用.湖南冶金職業(yè)技術學院.20034 張桂香.電氣控制與 PLC 應用.化學工業(yè)出版社.20035 王成福.PLC 在多路溫度采集顯示系統(tǒng)中的應用.電子技術.20036 宋伯生.可編程控制器、配置、聯(lián)網(wǎng).中國勞動出版社.19987 臺方.可編程控制器應用教程.中國水利出版社.20018何偉. 電氣控制實訓.高等教育出版社，20029任偉寧、李平、王