異步電動(dòng)機(jī)PLC控制(專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì))

1、三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電氣0901 指導(dǎo)教師： 職 稱： 起止日期：2012.08.272012.09.15專(zhuān)業(yè)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一設(shè)計(jì)題目：三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二設(shè)計(jì)目的1理解三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)基本原理；2掌握主電路和控制電路的個(gè)電氣器件功能及應(yīng)用；3運(yùn)用Autocad繪制原理圖和接線圖；4應(yīng)用S7200編程方法實(shí)現(xiàn)。三設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1. 設(shè)計(jì)三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)硬件電路；2. Autocad繪制原理圖和接線圖；3. 用PLC編程實(shí)現(xiàn)；4實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、星角啟動(dòng)控制及點(diǎn)動(dòng)控制；5.

2、 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。四設(shè)計(jì)時(shí)間及進(jìn)度安排設(shè)計(jì)時(shí)間共三周,具體安排如下表：周安排設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容設(shè)計(jì)時(shí)間第一周依據(jù)三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)控制原理和S7200使用方法，查找相關(guān)資料。設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的電路圖和接線圖。2012.8.272012.8.31第二周完成硬件焊接及軟件編程。2012.9.32012.9.7第三周完成系統(tǒng)調(diào)試，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。提交作品及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，評(píng)定專(zhuān)業(yè)綜合設(shè)計(jì)成績(jī)。2012.9.102012.9.15五指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及學(xué)生成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ):2012年 9 月 15 日成績(jī)指導(dǎo)教師(簽字):- I -目 錄專(zhuān)業(yè)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)I第1章 緒論1第2章 總體方案確定22.1 啟動(dòng)

3、方式選擇22.2 控制方式選擇3第3章 硬件電路設(shè)計(jì)53.1 主電路設(shè)計(jì)53.2 控制電路設(shè)計(jì)73.3 器件選擇83.3.1 斷路器83.3.2 熔斷器93.3.3 交流接觸器103.3.4 熱繼電器113.3.5 中間繼電器123.3.6 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)12第4章 軟件編程144.1 S7-200簡(jiǎn)介144.2 I/O點(diǎn)表144.3 設(shè)計(jì)梯形圖程序15結(jié) 論17參考文獻(xiàn)18- 17 -第1章 緒論可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，將自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體而發(fā)展起來(lái)的嶄新的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前PLC已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，尤其

4、在控制電動(dòng)機(jī)方面應(yīng)用更為廣泛，PLC已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱的首位。三相異步電動(dòng)機(jī)具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，控制方便，運(yùn)行可靠，易于維修成本低的優(yōu)點(diǎn)，幾乎涵蓋了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域,在這些應(yīng)用領(lǐng)域中,三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)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。生產(chǎn)機(jī)械往往要求運(yùn)動(dòng)部件可以實(shí)現(xiàn)正反兩個(gè)方向的啟動(dòng)，這就要求拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)能作正、反向旋轉(zhuǎn)。生產(chǎn)中有的機(jī)械需要人工點(diǎn)動(dòng)控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制功能。由于電機(jī)正反轉(zhuǎn)換接時(shí)，有可能因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)容量較大或者操作不當(dāng)?shù)仍?，使接觸器主觸頭產(chǎn)生較為嚴(yán)重的起弧現(xiàn)象，如果電弧還未完全熄滅時(shí)候，反轉(zhuǎn)的接觸器就閉合，則會(huì)造成電源相間短

5、路，用PLC來(lái)控制電機(jī)則可避免這一問(wèn)題。本文研究的這個(gè)系統(tǒng)的控制是采用PLC的編程語(yǔ)言-梯形圖,梯形語(yǔ)言是在可編程控制器中的應(yīng)用最廣的語(yǔ)言，因?yàn)樗诶^電器的基礎(chǔ)上加進(jìn)了許多功能，使用靈活的指令，使邏輯關(guān)系清晰直觀，編程容易，可讀性強(qiáng)，所實(shí)現(xiàn)的功能也大大超過(guò)傳統(tǒng)的繼電器控制電路，可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它是專(zhuān)為在惡劣工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)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(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。第2章 總體方案確定2.1 啟動(dòng)方式選擇將異步電動(dòng)機(jī)機(jī)定子繞組接入交流電網(wǎng)，如果點(diǎn)動(dòng)機(jī)的電磁

6、轉(zhuǎn)矩能夠克服齊軸上的阻力轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)就將從靜止加速到某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，這個(gè)過(guò)程稱為啟動(dòng)。三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有全壓?jiǎn)?dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種。1. 全壓?jiǎn)?dòng)把異步電動(dòng)機(jī)定子繞組通過(guò)開(kāi)關(guān)或接觸器直接接到額定電壓的交流電源上進(jìn)行起動(dòng)，稱為全壓起動(dòng)。全壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備少，啟動(dòng)方式簡(jiǎn)單，成本低。電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)的電流是正常運(yùn)行的5倍左右，理論上來(lái)說(shuō)，只要向電動(dòng)機(jī)提供電源的線路和變壓器容量大于電動(dòng)機(jī)容量的5倍以上的，都可以全壓?jiǎn)?dòng)。這一要求對(duì)于小容量的電動(dòng)機(jī)容易實(shí)現(xiàn)，所以小容量的電動(dòng)機(jī)絕大部分都是直接啟動(dòng)的，不需要降壓?jiǎn)?dòng)。對(duì)于大容量的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，一方面是提供電源的線路和變壓器容量很難滿足電動(dòng)機(jī)全

7、壓?jiǎn)?dòng)的條件，另一方面強(qiáng)大的啟動(dòng)電流沖擊電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命，對(duì)電網(wǎng)不利，所以大容量的電動(dòng)機(jī)和不能全壓?jiǎn)?dòng)的電動(dòng)機(jī)都要采用降壓?jiǎn)?dòng)。 全壓?jiǎn)?dòng)可以用膠木開(kāi)關(guān)、鐵殼開(kāi)關(guān)、空氣開(kāi)關(guān)（斷路器）等實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的近距離操作、點(diǎn)動(dòng)控制，速度控制、正反轉(zhuǎn)控制等，也可以用限位開(kāi)關(guān)、交流接觸器、時(shí)間繼電器等實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)距離操作、點(diǎn)動(dòng)控制、速度控制、正反轉(zhuǎn)控制、自動(dòng)控制等。2. 降壓?jiǎn)?dòng)在三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，為了減少啟動(dòng)電流，需降低定子電壓，這就是降壓?jiǎn)?dòng)。降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)隨定子電壓的降低而減少，因此降壓?jiǎn)?dòng)適用于對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場(chǎng)合，如空載和輕載啟動(dòng)。下面介紹三種常用的降壓?jiǎn)?dòng)方法。(

8、1) 用自偶變壓器降壓?jiǎn)?dòng)采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流及啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與其端電壓的平方成比例降低，相同的啟動(dòng)電流的情況下能獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)。如啟動(dòng)電壓降至額定電壓的65，其啟動(dòng)電流為全壓?jiǎn)?dòng)電流的42，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為全壓?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩的42%。 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是可以直接人工操作控制，也可以用交流接觸器自動(dòng)控制，經(jīng)久耐用，維護(hù)成本低，適合所有的空載、輕載啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)使用，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是人工操作要配置比較貴的自偶變壓器箱（自偶補(bǔ)償器箱），自動(dòng)控制要配置自偶變壓器、交流接觸器等啟動(dòng)設(shè)備和元件。(2) 轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)滑環(huán)與電阻連接。外部串接電

9、阻相當(dāng)于轉(zhuǎn)子繞組的內(nèi)阻增加了，減小了轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流。從某個(gè)角度講，電動(dòng)機(jī)又像是一個(gè)變壓器，二次電流小，相當(dāng)于變壓器一次繞組的電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組電流就相應(yīng)減小。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性，轉(zhuǎn)子串接電阻會(huì)降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，有更好的啟動(dòng)性能。在這種啟動(dòng)方式中，由于電阻是常數(shù)，將啟動(dòng)電阻分為幾級(jí)，在啟動(dòng)過(guò)程中逐級(jí)切除，可以獲取較平滑的啟動(dòng)過(guò)程。(3) 星角降壓?jiǎn)?dòng)定子繞組為三角形連接的電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)接成星型，速度接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)為三角形運(yùn)行，采用這種方式啟動(dòng)時(shí)，每相定子繞組降低到電源電壓的58，啟動(dòng)電流為直接啟動(dòng)時(shí)的33，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為直接啟動(dòng)時(shí)的33。啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。星角降壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是不需

10、要添置啟動(dòng)設(shè)備，有啟動(dòng)開(kāi)關(guān)或交流接觸器等控制設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是只能用于三角形連接的電動(dòng)機(jī)，大型異步電機(jī)不能重載啟動(dòng)。綜合多種因素，本設(shè)計(jì)應(yīng)選擇星三角降壓?jiǎn)?dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和點(diǎn)動(dòng)控制。2.2 控制方式選擇對(duì)于鼠籠異步電動(dòng)機(jī)的控制方式有多種，現(xiàn)分析兩種比較常見(jiàn)的控制方式（PLC控制與傳統(tǒng)繼電器控制）。1. PLC控制PLC又名可編程序控制器是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種新型的、非常有用的工業(yè)控制裝置，由于它把計(jì)算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，而其本身又具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性好等特點(diǎn)，因而在工礦企業(yè)的各

11、種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要控制裝置之一。PLC種類(lèi)繁多，但其結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。PLC其實(shí)就是專(zhuān)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元，電源及編程器幾大部分組成。PLC的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1 PLC的結(jié)構(gòu)框圖有了以上這些部件，PLC便可進(jìn)行正常工作。CPU通過(guò)輸入接口讀取數(shù)據(jù)，然后按照編制的控制程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送到輸出接口，驅(qū)動(dòng)設(shè)備或部件的執(zhí)行元件，這就是PLC的工作過(guò)程。PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，故它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)

12、之上，即通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PLC采用的是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令執(zhí)行開(kāi)始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令，開(kāi)始新一輪的掃描，PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描。這就是PLC的工作原理。PLC控制系統(tǒng)原理框圖如圖2-2所示。輸入部分（開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等）控制部分（由存放在存儲(chǔ)器中的用戶程序?qū)崿F(xiàn)多種控制功能）輸出部分（接觸器、電磁閥、指示燈等）被控對(duì)象圖2-2 PLC控制系統(tǒng)框圖2. 傳統(tǒng)繼電器控制繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由接觸器、繼電器、主令電器和保護(hù)電器按照一定的控

13、制邏輯接線組成的控制系統(tǒng)。其工作原理就是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組成控制邏輯，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)或其他機(jī)械設(shè)備的起動(dòng)、停止，反向、調(diào)速及多臺(tái)設(shè)備的順序控制和自動(dòng)保護(hù)功能。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由接觸器、繼電器、主令電器、保護(hù)電器及控制線路等組成。由于該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單直觀、維護(hù)、調(diào)整方便，現(xiàn)場(chǎng)人員容易掌握使用等優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛用于工礦企業(yè)的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。但隨著PLC技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)已逐漸被PLC控制系統(tǒng)所取代。繼電器控制系統(tǒng)框圖如圖2-3所示。輸入部分（開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等）控制部分（由用硬接線連接繼電器、觸點(diǎn)等組成的繼電器控制電路

14、實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能）輸出部分（接觸器、電磁閥、指示燈等）被控對(duì)象圖2-3 繼電器控制系統(tǒng)框圖PLC控制與傳統(tǒng)繼電器控制比較起來(lái)，PLC控制的繼電器采用軟接線，觸點(diǎn)個(gè)數(shù)無(wú)限，用戶可以在不改變繼電器接線的情況下，只需改變用戶程序就可實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制功能，軟硬件相結(jié)合，可靠性高。而傳統(tǒng)繼電器控制必須是手工接線、安裝，如果有簡(jiǎn)單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。理論上可達(dá)到設(shè)計(jì)題目的所有性能指標(biāo)，該設(shè)計(jì)確定使用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和點(diǎn)動(dòng)。第3章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 主電路設(shè)計(jì)生產(chǎn)機(jī)械往往要求運(yùn)動(dòng)部件可以實(shí)現(xiàn)正反兩個(gè)方向的起動(dòng)，這就要求拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)能作正、反向旋轉(zhuǎn)。由電機(jī)原理可

15、知，改變電動(dòng)機(jī)三相電源的相序，就能改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。因此正反轉(zhuǎn)控制電路實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)方向相反的單相運(yùn)行電路，為了避免誤動(dòng)作引起電源相間短路，必須在這兩個(gè)相反方向的單向運(yùn)行電路中加設(shè)必要的互鎖。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的主電路如圖3-1所示。圖3-1電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的主電路線路分析如下：1. 正向啟動(dòng)：(1)合上三相單刀開(kāi)關(guān)KS與空氣開(kāi)關(guān)QF接通三相電源。(2)由控制電路按鈕使KM1與KM4通電，電機(jī)由星型啟動(dòng)進(jìn)行正向運(yùn)行。5s后KM1與KM3得電，電機(jī)切換到角型啟動(dòng)，持續(xù)正向運(yùn)行。2. 反向啟動(dòng)：(1)合上三相單刀開(kāi)關(guān)KS與空氣開(kāi)關(guān)QF接通三相電源。(2)由控制電路按鈕使KM2與KM4通電，電機(jī)由星型啟動(dòng)進(jìn)行反向運(yùn)

16、行。5s后KM2與KM3得電，電機(jī)切換到角型啟動(dòng)，持續(xù)反向運(yùn)行。3. 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)由熱繼電器FR完成，在選擇熱繼電器時(shí)應(yīng)充分考慮電動(dòng)機(jī)的額定功率，選擇合適的熱繼電器。4. 電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行控制電路的調(diào)試：(1)檢查主回路路的接線是否正確，為了保證兩個(gè)接觸器動(dòng)作時(shí)能夠可靠調(diào)換電動(dòng)機(jī)的相序，接線時(shí)應(yīng)使接觸器的上口接線保持一致，在接觸器的下口調(diào)相。(2)檢查接線無(wú)誤后，通電試驗(yàn)，通電試驗(yàn)時(shí)為防止意外，應(yīng)先將電動(dòng)機(jī)的接線斷開(kāi)。5. 故障現(xiàn)象預(yù)處理：(1)不啟動(dòng)；原因之一，檢查控制保險(xiǎn)FU是否斷路，熱繼電器FR接點(diǎn)是否用錯(cuò)或接觸不良，SB1按鈕的常閉接點(diǎn)是否不良。原因之二按紐互鎖的接線有誤。(2)起動(dòng)

17、時(shí)接觸器“叭噠”就不吸了；這是因?yàn)榻佑|器的常閉接點(diǎn)互鎖接線有錯(cuò)，將互鎖接點(diǎn)接成了自己鎖自己了，起動(dòng)時(shí)常閉接點(diǎn)是通的接觸器線圈的電吸合，接觸器吸合后常閉接點(diǎn)又?jǐn)嚅_(kāi)，接觸器線圈又?jǐn)嚯娽尫?，釋放常閉接點(diǎn)又接通接觸器又吸合，接點(diǎn)又?jǐn)嚅_(kāi)，所以會(huì)出現(xiàn)“叭噠”接觸器不吸合的現(xiàn)象。(3)不能夠自鎖一抬手接觸器就斷開(kāi)，這是因?yàn)樽枣i接點(diǎn)接線有誤。6. 線路中采用了四個(gè)接觸器，即正轉(zhuǎn)用的接觸器KM1、反轉(zhuǎn)用的接觸器KM2、星型起動(dòng)用的接觸器KM4、角型起動(dòng)用的繼電器KM3。這四個(gè)接觸器的主觸頭所接通的相序不同，KM1按L1L2L3相序接線、KM2則對(duì)調(diào)了兩相的相序、KM3與電動(dòng)機(jī)角型接線、KM4與電動(dòng)機(jī)星型接線。7

18、. 在選擇斷路器時(shí)，我們不僅要關(guān)注斷路器的延遲曲線等主要指標(biāo)，還應(yīng)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(gè)良好的設(shè)計(jì)錦上添花，而且還能幫助工程師們?yōu)槠鋺?yīng)用設(shè)計(jì)精密的保護(hù)電路。8. 輔助接點(diǎn)（輔助開(kāi)關(guān)）：它們是與主接點(diǎn)電隔離的接點(diǎn)，適用于報(bào)警和程序開(kāi)關(guān)。輔助接點(diǎn)可用于向操作人員或控制系統(tǒng)告警，發(fā)出警報(bào)，或在重要應(yīng)用中接通備用電源。3.2 控制電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用PLC設(shè)計(jì)異步電動(dòng)機(jī)的控制線路（如圖3-2），PLC選擇西門(mén)子公司的S7-200系列的CPU224。在PLC與主電路之間連接處需加中間繼電器，這樣可以保護(hù)PLC的輸出端，防止負(fù)載短路燒損PLC輸出點(diǎn)，提高承載能力。PLC使

19、用AC 220V電源或DC 24V電源。SB1按鈕為正轉(zhuǎn)按鈕、SB2按鈕為停止按鈕、SB3按鈕為反轉(zhuǎn)按鈕、SB4按鈕為點(diǎn)動(dòng)按鈕。圖3-2 三相異步電動(dòng)機(jī)的PLC控制接線3.3 器件選擇3.3.1 斷路器圖3-3 斷路器斷路器一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、脫扣器、外殼等構(gòu)成。當(dāng)短路時(shí)，大電流（一般10至12倍）產(chǎn)生的磁場(chǎng)克服反力彈簧， 脫扣器拉動(dòng)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)瞬時(shí)跳閘。當(dāng)過(guò)載時(shí)，電流變大，發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作（電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短）。 現(xiàn)在有電子型的，使用互感器采集各相電流大小，與設(shè)定值比較，當(dāng)電流異常時(shí)微處理器發(fā)出信號(hào)，使電子脫扣器帶動(dòng)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作。 斷路

20、器的作用是切斷和接通負(fù)荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴(kuò)大，保證安全運(yùn)行。而高壓斷路器要開(kāi)斷1500V，電流為1500-2000A的電弧，這些電弧可拉長(zhǎng)至2m仍然繼續(xù)燃燒不熄滅。故滅弧是高壓斷路器必須解決的問(wèn)題。 吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離，另一方面通過(guò)吹弧拉長(zhǎng)電弧加強(qiáng)帶電粒子的復(fù)合和擴(kuò)散，同時(shí)把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復(fù)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。 低壓斷路器也稱為自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，可用來(lái)接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，也可用來(lái)控制不頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。它功能相當(dāng)于閘刀開(kāi)關(guān)、過(guò)電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護(hù)器等電器部分或全部的功能總和，是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護(hù)電器。 低壓斷路器具有多種保

21、護(hù)功能（過(guò)載、短路、欠電壓保護(hù)等）、動(dòng)作值可調(diào)、 分?jǐn)嗄芰Ω摺⒉僮鞣奖?、安全等?yōu)點(diǎn)，所以目前被廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)和工作原理低壓斷路器由操作機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)、保護(hù)裝置（各種脫扣器）、滅弧系統(tǒng)等組成。 低壓斷路器的主觸點(diǎn)是靠手動(dòng)操作或電動(dòng)合閘的。主觸點(diǎn)閉合后，自由脫扣機(jī)構(gòu)將主觸點(diǎn)鎖在合閘位置上。過(guò)電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯(lián)，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，過(guò)電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，主觸點(diǎn)斷開(kāi)主電路。當(dāng)電路過(guò)載時(shí)，熱脫扣器的熱元件發(fā)熱使雙金屬片上彎曲，推動(dòng)自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作。當(dāng)電路欠電壓時(shí)，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放。也使自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作。分勵(lì)脫扣器則

22、作為遠(yuǎn)距離控制用，在正常工作時(shí)，其線圈是斷電的，在需要距離控制時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，使線圈通電，銜鐵帶動(dòng)自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使主觸點(diǎn)斷開(kāi)。本次設(shè)計(jì)采用的是DZ47-D5斷路器。3.3.2 熔斷器 圖3-4 熔斷器熔斷器是根據(jù)電流超過(guò)規(guī)定值一段時(shí)間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開(kāi)；運(yùn)用這種原理制成的一種電流保護(hù)器。熔斷器廣泛應(yīng)用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設(shè)備中，作為短路和過(guò)電流的保護(hù)器，是應(yīng)用最普遍的保護(hù)器件之一。熔斷器是一種過(guò)電流保護(hù)器。熔斷器主要由熔體和熔管以及外加填料等部分組成。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(guò)規(guī)定值，并經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，由熔體自身

23、產(chǎn)生的熱量熔斷熔體，使電路斷開(kāi)，從而起到保護(hù)的作用。 以金屬導(dǎo)體作為熔體而分?jǐn)嚯娐返碾娖?，串?lián)于電路中，當(dāng)過(guò)載或短路電流通過(guò)熔體時(shí)，熔體自身將發(fā)熱而熔斷，從而對(duì)電力系統(tǒng)、各種電工設(shè)備以及家用電器都起到了一定的保護(hù)作用。具有反時(shí)延特性，當(dāng)過(guò)載電流小時(shí)，熔斷時(shí)間長(zhǎng)；過(guò)載電流大時(shí)，熔斷時(shí)間短。因此，在一定過(guò)載電流范圍內(nèi)至電流恢復(fù)正常，熔斷器不會(huì)熔斷，可以繼續(xù)使用。熔斷器主要由熔體、外殼和支座3 部分組成，其中熔體是控制熔斷特性的關(guān)鍵元件工作原理：利用金屬導(dǎo)體作為熔體串聯(lián)于電路中，當(dāng)過(guò)載或短路電流通過(guò)熔體時(shí)，因其自身發(fā)熱而熔斷，從而分?jǐn)嚯娐返囊环N電器。熔斷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，廣泛用于電力系統(tǒng)、各種電

24、工設(shè)備和家用電器中作為保護(hù)器件。 特點(diǎn)：熔體額定電流不等于熔斷器額定電流，熔體額定電流按被保護(hù)設(shè)備的負(fù)荷電流選擇，熔斷器額定電流應(yīng)大于熔體額定電流，與主電器配合確定。 熔斷器主要由熔體、外殼和支座 3部分組成，其中熔體是控制熔斷特性的關(guān)鍵元件。熔體的材料、尺寸和形狀決定了熔斷特性。熔體材料分為低熔點(diǎn)和高熔點(diǎn)兩類(lèi)。低熔點(diǎn)材料如鉛和鉛合金，其熔點(diǎn)低容易熔斷，由于其電阻率較大，故制成熔體的截面尺寸較大，熔斷時(shí)產(chǎn)生的金屬蒸氣較多，只適用于低分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥?。高熔點(diǎn)材料如銅、銀，其熔點(diǎn)高，不容易熔斷，但由于其電阻率較低，可制成比低熔點(diǎn)熔體較小的截面尺寸，熔斷時(shí)產(chǎn)生的金屬蒸氣少，適用于高分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥鳌?/p>

25、熔體的形狀分為絲狀和帶狀兩種。改變變截面的形狀可顯著改變?nèi)蹟嗥鞯娜蹟嗵匦浴?熔斷器具有反時(shí)延特性，即過(guò)載電流小時(shí)，熔斷時(shí)間長(zhǎng)；過(guò)載電流大時(shí)，熔斷時(shí)間短。所以，在一定過(guò)載電流范圍內(nèi)，當(dāng)電流恢復(fù)正常時(shí)，熔斷器不會(huì)熔斷，可繼續(xù)使用。熔斷器有各種不同的熔斷特性曲線，可以適用于不同類(lèi)型保護(hù)對(duì)象的需要。交流接觸器是廣泛用作電力的開(kāi)斷和控制電路。它利用主接點(diǎn)來(lái)開(kāi)閉電路，用輔助接點(diǎn)來(lái)執(zhí)行控制指令。主接點(diǎn)一般只有常開(kāi)接點(diǎn)，而輔助接點(diǎn)常有兩對(duì)具有常開(kāi)和常閉功能的接點(diǎn)，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。 交流接觸器的接點(diǎn)，由銀鎢合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫?zé)g性。本次設(shè)計(jì)采用的是RT14-1A型

26、熔斷器。3.3.3 交流接觸器圖3-5 交流接觸器交流接觸器是廣泛用作電力的開(kāi)斷和控制電路。它利用主接點(diǎn)來(lái)開(kāi)閉電路，用輔助接點(diǎn)來(lái)執(zhí)行控制指令。主接點(diǎn)一般只有常開(kāi)接點(diǎn)，而輔助接點(diǎn)常有兩對(duì)具有常開(kāi)和常閉功能的接點(diǎn)，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。 交流接觸器的接點(diǎn)，由銀鎢合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫?zé)g性?；窘M成交流接觸器主要有四部分組成：(1) 電磁系統(tǒng)，包括吸引線圈、動(dòng)鐵芯和靜鐵芯；(2)觸頭系統(tǒng)，包括三組主觸頭和一至兩組常開(kāi)、常閉輔助觸頭，它和動(dòng)鐵芯是連在一起互相聯(lián)動(dòng)的；(3)滅弧裝置，一般容量較大的交流接觸器都設(shè)有滅弧裝置，以便迅速切斷電弧，免于燒壞主觸頭；(4)絕

27、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。 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(kāi)，切斷電源。本次設(shè)計(jì)采用的是CXJ2-1210型交流接觸器。3.3.4 熱繼電器圖3-6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(kāi)，從而使接觸器失電，主電路斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)

28、簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。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(kāi)，從而使接觸器失電，主電路斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。 額定電壓：熱繼電器能夠正常工作的最高的電壓值，一般為交流220V，380V，600V。 額定電流：熱繼電器的額定電流主要是指通過(guò)熱繼電器的電流 額定頻率：一般而言，其額定頻率按照4562HZ設(shè)計(jì)。 整定電流范圍：整定電流的范圍有本身的特性來(lái)決定。它描述的是在一定的電流條件下熱繼電器的動(dòng)

29、作時(shí)間和電流的平方成正比。 熱繼電器的作用是：主要用來(lái)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，他的工作原理是過(guò)載電流通過(guò)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(lái)帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，從而將電動(dòng)機(jī)控制電路斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)斷電停車(chē)，起到過(guò)載保護(hù)的作用。鑒于雙金屬片受熱彎曲過(guò)程中，熱量的傳遞需要較長(zhǎng)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(guò)載保護(hù)熱繼電器的符號(hào)為FR，電路符號(hào)如圖3-7 。本次設(shè)計(jì)采用的是JR36-10型熱繼電器。 圖3-7 熱繼電器 3.3.5 中間繼電器圖3-8 中間繼電器中間繼電器用于繼電保護(hù)與自動(dòng)控制系統(tǒng)中，以增加觸點(diǎn)的數(shù)量及容量。 它用于在控制電路中傳遞中間信號(hào)。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原

30、理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過(guò)大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過(guò)小電流。所以，它只能用于控制電路中。 它一般是沒(méi)有主觸點(diǎn)的，因?yàn)檫^(guò)載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。新國(guó)標(biāo)對(duì)中間繼電器的定義是K，老國(guó)標(biāo)是KA。一般是直流電源供電。少數(shù)使用交流供電。結(jié)構(gòu)及原理線圈裝在"U"形導(dǎo)磁體上，導(dǎo)磁體上面有一個(gè)活動(dòng)的銜鐵，導(dǎo)磁體兩側(cè)裝有兩排觸點(diǎn)彈片。在非動(dòng)作狀態(tài)下觸點(diǎn)彈片將銜鐵向上托起，使銜鐵與導(dǎo)磁體之間保持一定間隙。當(dāng)氣隙間的電磁力矩超過(guò)反作用力矩時(shí)，銜鐵被吸向?qū)Т朋w，同時(shí)銜鐵壓動(dòng)觸點(diǎn)彈片，使常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， 完成繼

31、電器工作。當(dāng)電磁力矩減小到一定值時(shí)，由于觸點(diǎn)彈片的反作用力矩，而使觸點(diǎn)與銜鐵返回到初始位置，準(zhǔn)備下次工作。本次設(shè)計(jì)采用的是omron MY2NJ 型中間繼電器。3.3.6 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) 圖3-9 鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)（鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）是指電動(dòng)機(jī)的定子上為三相散嵌式分布繞組，轉(zhuǎn)子為籠式的導(dǎo)條（因該導(dǎo)條形狀與鼠籠相似，所以又稱鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)）。當(dāng)向三相定子繞組中通過(guò)入對(duì)稱的三相交流電時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體開(kāi)始時(shí)是靜止的，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方

32、向用右手定則判定）。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向基本一致的感生電流。轉(zhuǎn)子的載流導(dǎo)體在定子磁場(chǎng)中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對(duì)轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)。 通過(guò)上述分析可以總結(jié)出電動(dòng)機(jī)工作原理為：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對(duì)稱交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。本次設(shè)計(jì)所

33、選電機(jī)型號(hào)：所選電機(jī)：wdj26 電壓：380V電流：0.2A頻率：50HZ接法：三角形轉(zhuǎn)速：1430 r/min絕緣等級(jí)：E第4章 軟件編程4.1 S7-200簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)選用西門(mén)子公司的S7-200系列CPU224的小型PLC。S7-200具有極高的可靠性、豐富的指令集和內(nèi)置的集成功能、強(qiáng)大的通信能力和品種豐富的擴(kuò)展模塊。S7-200可以單機(jī)運(yùn)行，用于代替繼電器控制系統(tǒng)，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于它有極強(qiáng)的通信功能，在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1極高的可靠性。 2極豐富的指令集。 3易于掌握。 4便捷的操作。 5豐富的內(nèi)置集成功能。

34、 6實(shí)時(shí)特性。 7強(qiáng)勁的通訊能力。 8豐富的擴(kuò)展模塊。CPU224集成14個(gè)輸入和10個(gè)輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O或35路模擬I/O點(diǎn)，13KB字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。S7-200系列的CPU224主機(jī)有I0.0I0.7、I1.0I1.5共計(jì)14個(gè)輸入點(diǎn)和Q0.0Q0.7、Q10Q1.1共計(jì)10個(gè)輸出點(diǎn)。CPU224輸入電路采用了雙向光電耦合器，24VDC極性可任意選擇，系統(tǒng)設(shè)置1MB為I0.x字節(jié)輸入端子的公共端，2MB為I1.x字節(jié)輸入端子的公共端。在晶體管輸出電路中采用了MOSFET功率驅(qū)動(dòng)器件，并將數(shù)字量輸出分為兩組，每組有一個(gè)獨(dú)立公

35、共端，共有1L、2L兩個(gè)公共端，可接入不同的負(fù)載電源。CPU224PLC有6個(gè)高速計(jì)數(shù)脈沖輸入端（I0.0I0.5），最快的響應(yīng)速度為30KHZ，用于捕捉經(jīng)CPU掃描周期更快的脈沖信號(hào)。另外，還有2個(gè)高速脈沖輸出端（Q0.0、Q0.1），輸出脈沖頻率可達(dá)20KHZ.用于PTO（高速脈沖束）和PWM（寬度可變脈沖輸出）高速脈沖輸出。擴(kuò)展模塊EM223，輸出16個(gè)點(diǎn)，輸出16個(gè)點(diǎn)。足以滿足工作要求。4.2 I/O點(diǎn)表I/O模塊分為數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出4類(lèi)。CPU分配給數(shù)字量I/O模塊的地址以字節(jié)為單位，一個(gè)字節(jié)由8個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)組成。擴(kuò)展模塊I/O點(diǎn)的字節(jié)地址由I/O的類(lèi)型和模塊在同一類(lèi)I/O模塊鏈中的位置來(lái)決定。根據(jù)主電路與控制電路可分析出I/O點(diǎn)如表4-1