大工16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： 三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制 學(xué)習(xí)中心： 昆明智源教育培訓(xùn)中心 層 次： 高中起點?？?專 業(yè)： 電力系統(tǒng)自動化技術(shù) 年 級： 16年 春/秋 季 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 葉鵬 題目一：三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制設(shè)計要求：（1）首先對可編程序控制器（PLC）的產(chǎn)生與發(fā)展、主要性能指標、分類、特點、功能與應(yīng)用領(lǐng)域等進行簡要介紹；（2）選用西門子S7200 系列PLC，設(shè)計出能對三相異步電動機進行正反轉(zhuǎn)控制的主電路和繼電器控制電路圖；（3）對輸入輸出繼電器及其它編程元件的地址進行分配，畫出I/O口接線圖，列出PLC控制程序（梯形圖進行截圖，語句表可直接拷貝）并對

2、程序作出解釋；（4）總結(jié)：需要說明的問題以及設(shè)計的心得體會。答：三相異步電動機正反轉(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，采用存儲器程序指令完成順序控制而設(shè)計的。它僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，采用開關(guān)量控制，實際只能進行邏輯運算，所以稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC（Programmable Logic Controller）。進入20世紀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、性能上都有了

3、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初的邏輯運算，增加了數(shù)值運算、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），簡稱為PC。但是為了與個人計算機PC（Personal Computer）相區(qū)別，長將可編程控制器仍成為PLC。    隨著可編程控制器的不斷發(fā)展，其定義也在不斷變化。國際電工委員會（IEC）曾于1982年11月頒布了可編程控制器標準草案第一稿，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：&#

4、160;“可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)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(shù)運算等操作，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(chǎn)過程。可編程控制器及其相關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則設(shè)計。 1.2 PLC的工作原理 PLC實質(zhì)上是一種專用與工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相近，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CPU板，I/O板，顯示面板，內(nèi)存塊，電源等，這些元素組

5、合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊，I/O模塊，內(nèi)存模塊，電源模塊，底板或機架。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，可編程控制器通過循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任務(wù)，其操作過程如上圖1所示。 PLC輸入模塊的輸入信號狀態(tài)與傳感器信號相對應(yīng)，為傳感器信號經(jīng)過隔離和濾波后的有效信號。開關(guān)量輸入電路通過識別傳感器0、1電平，識別開關(guān)的通斷。          &#

6、160;            圖1.1   PLC操作過程 CPU在每個掃描周期的開始掃描輸入模塊的信號狀態(tài)，并將其狀態(tài)送入到輸入映像寄存器區(qū)域；CPU根據(jù)用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號，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，但是相對于開關(guān)量的處理較復(fù)雜一些。PLC輸出模塊具有一定的負載驅(qū)動能力，在額定負載以內(nèi)，直接和負載相連，可以驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行器。在PLC處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操

7、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在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為以下幾類：    （1）開關(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，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，又可用于多機群控制及自動化流水線。如電梯控制、高爐上料、注塑機、印刷機、

8、組合機床、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，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(gòu)配置來說，早期直接用開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在可使用專門的運動控制模塊。廣泛的運用于各種機床、機械、機器人、

9、電器等場合。    （4）過程控制   這是對溫度、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控制時一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中常用的控制方法。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(yīng)用    （5）數(shù)據(jù)處理   現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算、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)可以與存儲在存儲器中的參考值比較。一般用于大型系統(tǒng)，

10、如無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 1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）首先研制出第一臺符合要求的控制器，即可編程邏輯控制器，并在美國GE公司的汽車自動裝配上試用獲得成功。此后，這項技術(shù)迅速發(fā)展，從美國、日本、歐洲普及到全世界。     

11、;總的來說發(fā)展趨勢如下：     (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)速度和更大的儲存容量。     (2)向超大型、超小型兩個方向發(fā)展。以適應(yīng)不同類型的自動控制系統(tǒng)的需要。     (3)PLC大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信功能。為了擴大適用范圍，廠家還制定了通用的通信彼岸準，已構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。     (4)增強外部故障的檢測與處理能力。外部故障

12、的幾率很大，因此，PLC廠家致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進一步提高系統(tǒng)的可靠性 (5)編程語言多樣化。PLC結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時,PLC的編程語言也越來越豐富。多種語言并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢。  二、 三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路的特點與應(yīng)用 2.1 三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路的特點 2.1.1 三相異步電動機正反轉(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、KM2分別閉合，完成換相實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)。KM1、KM

13、2不能同時閉合，否則, 會造成主電路兩相短路。電路用FR實現(xiàn)過載保護。 控制電路 控制電路實質(zhì)是由兩條并聯(lián)的啟動支路組成，但為了生產(chǎn)、安全的需要又在各支路中輔加了制約觸頭。2.1.2 按鈕、接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路特點及應(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, 它由兩條啟動支路構(gòu)成, 且在對方支路中相互串聯(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接觸器因所串聯(lián)的常閉輔助觸頭斷

14、開而受到制約無法得電, 保證了KM1, KM2不能同時得電, 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。這種在一個接觸器得電動作時通過其常閉輔助觸頭使另一個接觸器不能得電動作的作用稱為聯(lián)鎖或互鎖。該電路要改變電動機的轉(zhuǎn)向必須先按下停止按鈕使接觸器失電, 各觸頭斷開恢復(fù)原狀解除聯(lián)鎖, 再按下反轉(zhuǎn)啟動按鈕, 電動機才能反轉(zhuǎn)。     2.按鈕聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)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

15、換成復(fù)合按鈕, 用對應(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。這樣電動機改變轉(zhuǎn)向時, 可直接按下反轉(zhuǎn)相對于另一轉(zhuǎn)向按鈕即可, 而不必先按停止按鈕, 同時保證了兩個接觸器KM1、KM2線圈不會同時得電閉合。例如, KM1吸合電動機正轉(zhuǎn)時, 按下反轉(zhuǎn)按鈕SB2, 串聯(lián)在KM1線圈支路中SB2的常閉觸頭先斷開, 使KM1線圈失電, 其主觸頭、自鎖輔助觸頭斷開, 電動機斷電但仍慣性運轉(zhuǎn)。SB2按下后經(jīng)過一定的行程, 其常開觸頭閉合, 接通反轉(zhuǎn)控制電路, 

16、;電動機反轉(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)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路適用于重載拖動的機床等不能或不需要由一個轉(zhuǎn)向立即換為另一個轉(zhuǎn)向的機械設(shè)備, 以減小換相對設(shè)備的機械沖擊力和電機繞組受到的反接電流沖擊, 起到保護設(shè)備, 延長其使用壽命的作用。   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, 當正轉(zhuǎn)接觸器KM1吸合后主觸頭發(fā)生熔焊或動鐵芯被雜物卡住等故障時, 即使

17、線圈失電, 主觸頭也無法分開, 這時若按下反轉(zhuǎn)按鈕, SB2, KM2得電動作, 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)自動控制線路工作過程及分析   當通電以后，按下SB2，KM1接通電動機開始正轉(zhuǎn)，同時KM1常開開關(guān)閉合，實現(xiàn)自鎖，常閉開關(guān)斷開，KM1'也閉合，所以KT1開始計時， 30秒后，KT1的常開開關(guān)閉合，同時KM2吸合，KM2常閉開關(guān)斷開，KM1停止工作，KM1常開開關(guān)斷開，KM2常開開關(guān)閉合，實現(xiàn)自鎖，電動機開始反轉(zhuǎn)，KT2開始計時，當計時到30秒之后，K

18、T2的常開閉合，KM2接通，吸合，如此反復(fù)，實現(xiàn)三相異步電動機延時正反轉(zhuǎn)的控制，從而帶動機器的正反轉(zhuǎn)。達到延時停車的控制。其操作簡便、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，并實現(xiàn)了具有2點-7點輸入輸出點數(shù)的彈性構(gòu)成，為了節(jié)省節(jié)點的個數(shù)，它們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)品才能達到既可靠又經(jīng)濟的要求，西門子公司s7-200系列的PLC適合本次實驗的要

19、求，因此我們選擇西門子列型號的可控制編程器。2.4 輸入輸出定義  根據(jù)對控制任務(wù)的分析，我們將輸入輸出定義如下表2.1所示: 起動按鈕SB1接于輸入繼電器I0.0端，反轉(zhuǎn)啟動按鈕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輸入輸出對應(yīng)表 硬件名稱啟動按鈕停止按鈕反轉(zhuǎn)按鈕正轉(zhuǎn)接觸器反轉(zhuǎn)接觸器硬件符號名稱SB1SB2SB3KM1KM2對應(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 三相異步電動機正反轉(zhuǎn)的控制