基于PLC的兩臺電動機順序啟動順序停止控制設(shè)計

1、目 錄摘 要3第一章 緒 論4第二章 課程設(shè)計的原理及選用器材的介紹52.1電動機的順序啟動/停止控制電路52.2 電動機的選型62.3兩臺電動機順序控制PLC方案的選擇72.4熔斷器的原理82.5繼電器82.6常開常閉開關(guān)器的選擇10第三章 工作原理123.1兩臺電動機的順序啟動/停止控制電路如下：123.2工作過程：123.3 PLC控制兩臺電動機的順序啟動/停止13第四章 軟件仿真15基于GX-DEVELOPER和GX Simulator6-C的仿真圖15課程設(shè)計的體會17參考文獻18摘 要本文介紹了基于電力拖動的2臺電動機的順序啟動停止的設(shè)計方案。我們運用其原理的思路是：用兩套異步電機

2、M1和M2，順序啟動、停止控制電路是在一個設(shè)備啟動之后另一個設(shè)備才能啟動運行的一種控制方法，常用于主、輔設(shè)備之間的控制，我們使用了時間繼電器，當(dāng)按下SB1時，電動機M1會立即啟動，而M2會延遲幾秒啟動。當(dāng)按下SB2時。電動機M1會停止，而M2會延遲幾秒鐘停止。同時我們還采用PLC進行控制。本設(shè)計兩臺電動機的順序啟動/停止可以運用到生活的各個方面這也充分體現(xiàn)了PLC在當(dāng)今社會對生活的重要之處。本設(shè)計在順序控制的基礎(chǔ)上采用PLC對電動機的控制通過合理的選擇和設(shè)計提高了電動機的控制水平使電動機達到了較為理想的控制效果。 根據(jù)順序功能圖的設(shè)計法聯(lián)系到現(xiàn)實做出了本設(shè)計兩臺電動機順序啟動/停止控制的PLC

3、系統(tǒng)設(shè)計。關(guān)鍵詞：繼電器、PLC控制第一章 緒 論與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉(zhuǎn)子的異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 在這種情況的要求下，將電動機的轉(zhuǎn)動規(guī)律設(shè)計清楚顯得尤為重要。電力拖動基礎(chǔ)課程設(shè)計是電氣工程及其自動化專業(yè)領(lǐng)域重要的實踐環(huán)節(jié)之一，主要以小型實用性電力拖動系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計為主。本設(shè)計是

4、根據(jù)順序控制設(shè)計法對電動機進行順序啟動/停止控制。運用三菱FX2N編程軟件進行繪圖。第二章 課程設(shè)計的原理及選用器材的介紹2.1電動機的順序啟動/停止控制電路下圖為主電路：圖2.1 主電路工作流程如下圖：開始按下SB1常開觸點KM1得電閉合，KT1延時閉合，M1啟動10s后，KT1閉合，KM2得電閉合，M2啟動按下SB2常閉KM3得電斷開，M1停止，KT2延時10s后，KT2斷開，M2停止結(jié)束圖2.2 工作流程圖2.2 電動機的選型 電動機的選用首先要了解電動機的機械負載特性根據(jù)機械負載的類型和特性來選擇電動機的額定容量、額定轉(zhuǎn)速、額定電壓以及型式。 要為某一生產(chǎn)機械選配一臺電動機首先要合理選

5、擇電動機的功率。通常根據(jù)生產(chǎn)機械負載的需要來選擇電動機的功率同時還要考慮負載的工作制問題也就是說所選的電動機應(yīng)適應(yīng)機械負載的連續(xù)、短時或間斷周期工作性質(zhì)。功率選用時不能太大也不能太小。選小了保證不了電動機和生產(chǎn)機械的正常工作選大了雖然能保證正常運行但是不經(jīng)濟電動機容量不能被充分利用而且電動機經(jīng)常不能滿載運行使得效率和功率因數(shù)不高。 其次根據(jù)電源電壓條件要求所選用的電動機的額定電壓與頻率同供電電源電壓與頻率相符合。電動機的轉(zhuǎn)速一定要按生產(chǎn)機械銘牌上的要求選擇否則可能改變生產(chǎn)機械的性能。此外電動機的結(jié)構(gòu)、防護、冷卻和安裝形式應(yīng)適應(yīng)使用環(huán)境條件的要求并且要力求安裝、調(diào)試、檢修方便以保證電機能安全可靠

6、的運行。 2.3兩臺電動機順序控制PLC方案的選擇 可編程序控制器實施控制其實質(zhì)就是按一定算法進行輸入輸出變換并將這個變換與以物理實現(xiàn)。輸入輸出變換、物理實現(xiàn)可以說是PLC實施控制的兩個基本點同時物理實現(xiàn)也是PLC與普通微機相區(qū)別之處其需要考慮實際控制的需要應(yīng)能排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平能為實際控制系統(tǒng)方便使用所以PLC采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)主要是由微處理器CPU、存儲器RAM/ROM、輸入輸出接口I/O電路、通信接口及電源組成。 順序控制是為了滿足生產(chǎn)需要而逐漸發(fā)展起來的。FX2N型PLC是PLC發(fā)展成熟后的小型控制器產(chǎn)品。之前PLC與簡易控制器曾并存過一段時間后來

7、由于技術(shù)的提高和應(yīng)用的推動PLC的品種逐漸增多、適應(yīng)面更為廣泛PLC取得了絕對的優(yōu)勢。 三菱FX_2N系列可編程控制器是小型化高速度高性能的產(chǎn)品是FX系列中最高檔次的超小型程序裝置。除輸入出1625點的獨立用途外還可以適用于在多個基本組件間的連接模擬控制定位控制等特殊用途是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。它具有如下特點: 1 系統(tǒng)配置既固定又靈活 在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊可進行16-256點的靈活輸入輸出組合。 2 備有可自由選擇豐富的品種 7 可選用16/32/48/64/80/128點的主機可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展。可根據(jù)電源及輸出形式自由選擇。 3 令人放心的高性

8、能 程序容量:內(nèi)置800步RAM可輸入注釋可使用存儲盒最大可擴充至16k步。 4 編程簡單 本系統(tǒng)采用三菱的FX2N系列PLC實現(xiàn)上下井口的各種操作。上井口為FX_2N128MR下井口為FX_2N80MR車房為FX_2N48MR除緊停信號單獨外的各種操作及信號的處理均由可編程控制器完成。本設(shè)計FX2N型PLC的指令豐富能滿足本設(shè)計的要求而且更為方便故采取了FX2N型PLC來介紹本設(shè)計。2.4熔斷器的原理 熔斷器也被稱為保險絲，是一種利用熱效應(yīng)原理工作的電流保護電器，IEC127標準將它定義為"熔斷體（fuse-link)"。它是一種安裝在電路中，保證電路安全運行的電器元件。

9、熔斷器其實就是一種短路保護器，廣泛用于配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，主要進行短路保護或嚴重過載保護。熔斷器（實物如圖2.1）是根據(jù)電流超過規(guī)定值一段時間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開；運用這種原理制成的一種電流保護器。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，作為短路和過電流的保護器，是應(yīng)用最普遍的保護器件之一。熔斷器是一種過電流保護器。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，將熔斷器串聯(lián)于被保護電路中，當(dāng)被保護電路的電流超過規(guī)定值，并經(jīng)過一定時間后，由熔體自身產(chǎn)生的熱量熔斷熔體，使電路斷開，從而起到保護的作用。 以金屬導(dǎo)體作為熔體而分斷電路的電器，串聯(lián)于電

10、路中，當(dāng)過載或短路電流通過熔體時，熔體自身將發(fā)熱而熔斷，從而對電力系統(tǒng)、各種電工設(shè)備以及家用電器都起到了一定的保護作用。具有反時延特性，當(dāng)過載電流小時，熔斷時間長；過載電流大時，熔斷時間短。因此，在一定過載電流范圍內(nèi)至電流恢復(fù)正常，熔斷器不會熔斷，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。2.5繼電器電磁繼電器（如圖2.2）一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷

11、電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。時間繼電器是一種利用電磁原理或機械原理實現(xiàn)延時控制的控制電器。它的種類很多，有空氣阻尼型、電動型和電子型等。在交流電路中常采用空氣阻尼型時間繼電器，它是利用空氣通過小孔節(jié)流的原理來獲得延時動作的。它由電磁系統(tǒng)、延時機構(gòu)和觸點三部分組成。時間繼

12、電器可分為通電延時型和斷電延時型兩種類型。空氣阻尼型時間繼電器的延時范圍大（有0.460s和0.4180s兩種） ，它結(jié)構(gòu)簡單，但準確度較低。當(dāng)線圈通電（電壓規(guī)格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）時，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時下移，使瞬時動作觸點接通或斷開。但是活塞桿和杠桿不能同時跟著銜鐵一起下落，因為活塞桿的上端連著氣室中的橡皮膜，當(dāng)活塞桿在釋放彈簧的作用下開始向下運動時，橡皮膜隨之向下凹，上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經(jīng)過一定時間，活塞桿下降到一定位置，便通過杠桿推動延時觸點動作，使動斷觸點斷開，動合觸點閉合。從線圈通電到延時觸點完成動作

13、，這段時間就是繼電器的延時時間。延時時間的長短可以用螺釘調(diào)節(jié)空氣室進氣孔的大小來改變。吸引線圈斷電后，繼電器依靠恢復(fù)彈簧的作用而復(fù)原?？諝饨?jīng)出氣孔被迅速排出。主要作用：繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應(yīng)機構(gòu)（輸入部分）；有能對被控電路實現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機構(gòu)（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對輸入量進行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進行驅(qū)動的中間機構(gòu)（驅(qū)動部分）。作為控制元件，概括起

14、來，繼電器有如下幾種作用：1）擴大控制范圍：例如，多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。2）放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。3）綜合信號：例如，當(dāng)多個控制信號按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時，經(jīng)過比較綜合，達到預(yù)定的控制效果。4）自動、遙控、監(jiān)測：例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實現(xiàn)自動化運行。2.6常開常閉開關(guān)器的選擇按鈕開關(guān)：一種短時接通或斷開小電流電路的電器，它不直接控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出手動“指令”去控制接觸器、繼電器等電器，再由它們?nèi)?/p>

15、控制主電路，故稱“主令電器”。按鈕開關(guān)的結(jié)構(gòu)以及符號如圖2.3 （1）按鈕開關(guān)的結(jié)構(gòu)按鈕開關(guān)的結(jié)構(gòu)：由按鈕帽、復(fù)位彈簧、固定觸點、可動觸點、外殼和支柱連桿等組成。常開觸頭（動合觸頭）：是指原始狀態(tài)時（電器未受外力或線圈未通電），固定觸點與可動觸點處于分開狀態(tài)的觸頭。常開(動合)按鈕開關(guān)，未按下時，觸頭是斷開的，按下時觸頭閉合接通；當(dāng)松開后，按鈕開關(guān)在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位斷開。在控制電路中，常開按鈕常用來啟動電動機，也稱啟動按鈕。常閉(動斷)按鈕開關(guān)與常開按鈕開關(guān)相反，末按下時，觸頭是閉合的，按下時觸頭斷開；當(dāng)手松開后，按鈕開關(guān)在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位閉合。常閉按鈕常用于控制電動機停車，也稱停車按

16、鈕。 復(fù)合按鈕開關(guān)：將常開與常閉按鈕開關(guān)組合為一體的按鈕開關(guān)，即具有常閉觸頭和常開觸頭。未按下時，常閉觸頭是閉合的，常開觸頭是斷開的。按下按鈕時，常閉觸頭首先斷開，常開觸頭后閉合；當(dāng)松開后，按鈕開關(guān)在復(fù)位彈簧的作用下，首先將常開觸頭斷開，繼而將常閉觸頭閉合。復(fù)合按鈕用于聯(lián)鎖控制電路中。（2）按鈕開關(guān)的安裝和使用1)將按鈕安裝在面板上時，應(yīng)布置整齊，排列合理，可根據(jù)電動機啟動的先后次序，從上到下或從左到右排列：2)按鈕的安裝固定應(yīng)牢固，接線應(yīng)可靠。應(yīng)用紅色按鈕表示停止，綠色或黑色表示啟動或通電，不要搞錯。3)由于按鈕觸頭間距離較小，如有油污等容易發(fā)生短路故障，因此應(yīng)保持觸頭的清潔。4)安裝按鈕的

17、按鈕板和按鈕盒必須是金屬的，并設(shè)法使它們與機床總接地母線相連接，對于懸掛式按鈕必須設(shè)有專用接地線，不得借用金屬管作為地線。5)按鈕用于高溫場合時，易使塑料變形老化而導(dǎo)致松動，引起接線螺釘間相碰短路，可在接線螺釘處加套絕緣塑料管來防止短路。6)帶指示燈的按鈕因燈泡發(fā)熱，長期使用易使塑料燈罩變形，應(yīng)降低燈泡電壓，延長使用壽命。7)“停止”按鈕必須是紅色；“急?！卑粹o必須是紅色蘑菇頭式；“啟動”按鈕必須有防護擋圈，防護擋圈應(yīng)高于按鈕頭，以防意外觸動使電氣設(shè)備誤動作。 第三章 工作原理3.1兩臺電動機的順序啟動/停止控制電路如下： 圖3.1控制電路3.2工作過程：1、合上開關(guān)QF使線路的電源引入。2、

18、按設(shè)備控制按鈕SB1，接觸器KM1線圈得電吸合，主觸點閉合輔助設(shè)備運行，并且KM1輔助常開觸點閉合實現(xiàn)自鎖。電機M1啟動。3、延時繼電器KT1得電。10秒后常開觸點KT1閉合，KM2線圈得電，常開觸點KM2閉合。電動機M2啟動4、當(dāng)按下SB2時，線圈KM3得電，常開觸點KM3閉合。常閉觸點KM3斷開。電動機M1停止。線圈KT2得電。5、10秒后，常閉觸點KT2斷開。電動機M2停止。6、主電機的過流保護由FR2熱繼電器來完成。7、輔助設(shè)備的過流保護由FR3熱繼電器來完成，但FR3動作后控制電路全斷電，主、輔設(shè)備全停止運行。通用定時器： 100ms通用定時器（T0T199）共200點 10ms通用

19、定時器（T200T245）共46點 積算定時器 ：1ms積算定時器（T246T249）共4點 100ms積算定時器（T250T255）共6點 3.3 PLC控制兩臺電動機的順序啟動/停止I/O分配表與編程 輸入輸出輸入繼電器輸入元件作用輸出繼電器輸出元件作用X000SB1啟動按鈕Y001KM1電動機M1運行用交流接觸器X001SB2停止按鈕Y002KM2電動機M2運行用交流接觸器硬件接線如下圖：X000 Y001 Y002 X001 COM COMPLCSB124VSB2FUKM1KM2圖3.3硬件接線圖梯形圖如下圖：圖3.3.1梯形圖第四章 軟件仿真基于GX-DEVELOPER和GX Simulator6-C的仿真圖第一步：使X000為NO并OFF圖4.1 第二步：等待10秒圖4.2 第三步：使X001為NO并OFF圖4.3第四步：等待10秒圖4.4 從仿真結(jié)果來看，PLC控制兩臺電動機的順序啟動/停止是沒有問題的。并且采用延遲控制。間隔10秒。 課程設(shè)計的體會電力拖動作為我們的主要專業(yè)課之一，雖然在大三開學(xué)初我對這門課并沒有什么興趣，覺得那些程序枯燥乏味，但在這次課程設(shè)計后我發(fā)現(xiàn)自己在一點一滴的努力中對電力拖動的興趣也在逐漸增加。