三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的YD降壓起動(dòng)與定時(shí)正逆轉(zhuǎn)控制

1、前言1第一章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求11.1系統(tǒng)控制要求1第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)22.1 PLC的選型及硬件配置22.2主電路設(shè)計(jì)22.3輸入輸出地址分配42.4PLC的控制電路4第三章 PLC控制程序的設(shè)計(jì)53.1系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)53.2程序說明93.2.1起動(dòng)按鈕、停止按鈕與轉(zhuǎn)換開關(guān)編程93.2.2指示燈編程93.2.3Y/D起動(dòng)控制編程103.2.4正反轉(zhuǎn)控制編程103.2.5自動(dòng)模式程序基礎(chǔ)上的手動(dòng)模式編程11第四章 PLC程序的模擬調(diào)試124.1程序模擬調(diào)試過程124.2程序的調(diào)試結(jié)果13結(jié)語14前言可編程控制器（PLC）在現(xiàn)代工業(yè)的低壓控制中占據(jù)重要地位，而三相感應(yīng)電機(jī)的邏輯控制是現(xiàn)代工業(yè)控制

2、的一個(gè)典型代表，所以研究PLC對(duì)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的邏輯控制對(duì)理解PLC的實(shí)際控制過程有一定的現(xiàn)實(shí)意義。PLC最初的目的就是為了取代在當(dāng)時(shí)工業(yè)控制領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的傳統(tǒng)的繼電器、接觸器。PLC具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，可以實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單和復(fù)雜的邏輯控制。這是PLC的最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。所以研究PLC的邏輯控制過程對(duì)于深入認(rèn)識(shí)PLC具有重要意義。此次課程設(shè)計(jì)的題目是三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定時(shí)正逆轉(zhuǎn)控制，其中包含Y/D降壓起動(dòng)的控制。第一章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1.1系統(tǒng)控制要求系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式。手動(dòng)模式：按正向起動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)Y型起動(dòng)，10s后切換成型運(yùn)轉(zhuǎn)。按反向起動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)Y型起動(dòng)，10s

3、后切換成D型運(yùn)轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)啟動(dòng)中或運(yùn)轉(zhuǎn)中，按停止按鈕，電動(dòng)機(jī)停止動(dòng)作。自動(dòng)模式：按正向起動(dòng)按鈕時(shí)先以正轉(zhuǎn)Y型起動(dòng)，經(jīng)10s后換成型運(yùn)轉(zhuǎn)，再經(jīng)15s 后停止運(yùn)轉(zhuǎn)，再經(jīng)10s后換為反向Y型起動(dòng)，再經(jīng)10s后轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)D型運(yùn)轉(zhuǎn)，再隔15s后停止運(yùn)轉(zhuǎn)，再隔10s為正轉(zhuǎn)Y型起動(dòng)，依此循環(huán)不斷，直到按停止按鈕時(shí)才停止動(dòng)作。按反向起動(dòng)按鈕時(shí)先以反轉(zhuǎn)Y型起動(dòng)，經(jīng)10s后換成型運(yùn)轉(zhuǎn)，再經(jīng)15s 后停止運(yùn)轉(zhuǎn)，再經(jīng)10s后換為正向Y型起動(dòng)，再經(jīng)10s后轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)D型運(yùn)轉(zhuǎn)，再隔15s后停止運(yùn)轉(zhuǎn)，再隔10s為反轉(zhuǎn)Y型起動(dòng)，依此循環(huán)不斷，直到按停止按鈕時(shí)才停止動(dòng)作。兩種模式及每個(gè)運(yùn)行過程均有相應(yīng)的指示。（起動(dòng)時(shí)燈閃爍，運(yùn)行

4、時(shí)燈常亮）第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 PLC的選型及硬件配置此次編程選擇的指令系統(tǒng)是FX系列指令系統(tǒng)，所以PLC選擇FX1N-16MR，其為繼電器輸出型，可驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載交流接觸器線圈，且其輸入點(diǎn)數(shù)為8點(diǎn)（內(nèi)部有24V直流電源為輸入供電），輸出點(diǎn)數(shù)為8點(diǎn)，滿足課題需求且留有余量。主電路需要能夠切斷交流電壓380V的熔斷器和空氣開關(guān)，控制回路選擇能夠切斷交流電壓220V的熔斷器和空氣開關(guān)。接觸器選擇額定電壓為220V交流接觸器。電機(jī)選擇功率小于0.4KW的三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。2.2主電路設(shè)計(jì)Y/D起動(dòng)：三相異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)方法有很多，其中用得最普遍的為Y/D起動(dòng)。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路加KM3和K

5、M4的主觸頭來分別實(shí)現(xiàn)Y接和D接。正反轉(zhuǎn)控制：要實(shí)現(xiàn)三相交流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，只需交換任意兩相供電相序即可實(shí)現(xiàn)這一功能。用KM1和KM2的主觸頭來分別接通正轉(zhuǎn)的正相序和反轉(zhuǎn)的逆相序。電路的保護(hù)控制：熔斷器FU1、FU2、FU3可自動(dòng)切斷短路電流，實(shí)現(xiàn)主電路的短路保護(hù)?？諝忾_關(guān)FQ1可切斷主電路電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的緊急停車。熱繼電器FR線圈連接在主電路上，可通過其觸點(diǎn)完成主電路的過載保護(hù)。為了防止誤動(dòng)作，發(fā)生相間短路事故（KM1和KM2同時(shí)接通或KM3和KM4同時(shí)接通），一般均要在控制電路中加入硬件互鎖保護(hù)電路，以確保電路正常工作。2.3輸入輸出地址分配信號(hào)名稱器件代號(hào)地址編號(hào)功能說明輸入信號(hào)SBAX

6、0自動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SBBX1正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SBCX2反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SBDX3停止按鈕輸出信號(hào)LY0電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指示燈KM1Y1控制電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器線圈KM2Y2控制電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器線圈KM3Y3控制電機(jī)Y接接觸器線圈KM4Y4控制電機(jī)D接接觸器線圈2.4 PLC的控制電路PLC輸入口連接開關(guān)和按鈕，開關(guān)和按鈕與輸入COM端間的電源是機(jī)內(nèi)24V電源提供的。PLC輸出口接交流接觸器，PLC不提供其工作電源，需外接220V交流電源驅(qū)動(dòng)。斷路器（空氣開關(guān)）FQ2能切斷控制回路電源。熔斷器FU4與FU5對(duì)控制電路進(jìn)行短路保護(hù)。KM1和KM2狀態(tài)互鎖與KM3和KM4線圈狀態(tài)硬件互鎖避免主電路發(fā)生三相短路事故。熱繼

7、電器常閉觸頭連接在控制回路干路上實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的過載保護(hù)?？刂苹芈窂闹麟娐?節(jié)點(diǎn)和2節(jié)點(diǎn)取電，所以電路有一定的失壓保護(hù)能力。第三章 PLC控制程序的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的Y/D降壓起動(dòng)與定時(shí)正逆轉(zhuǎn)控制是典型的邏輯控制體系，用PLC的基本指令編程容易實(shí)現(xiàn)，編程要實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)模式與手動(dòng)模式的波形如下圖。用基本指令編程實(shí)現(xiàn)邏輯控制要用到許多編程技巧，如起止點(diǎn)法，自動(dòng)循環(huán)設(shè)計(jì)法，互鎖自鎖法，并聯(lián)支路法等。對(duì)于此次課題的編程難點(diǎn)有三個(gè)：第一個(gè)是編程順序的選擇，即先實(shí)現(xiàn)哪個(gè)線圈的狀態(tài)，后實(shí)現(xiàn)哪個(gè)線圈的狀態(tài)；第二個(gè)是前一個(gè)線圈的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)如何轉(zhuǎn)向后一個(gè)線圈狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)；第三個(gè)是如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模式與手動(dòng)

8、模式的轉(zhuǎn)換。另外還要注意輸出線圈之間的狀態(tài)互鎖。要使三相感應(yīng)電機(jī)起動(dòng)和運(yùn)行就必須使其定子回路呈閉合狀態(tài)，表現(xiàn)在軟件上就是驅(qū)動(dòng)正反轉(zhuǎn)的Y1Y2必須有且只有一個(gè)為ON狀態(tài)以及驅(qū)動(dòng)定子繞組Y/D接的Y3Y4必須有且只有一個(gè)為ON狀態(tài)。用軟件實(shí)現(xiàn)形式有三種：第一種是起動(dòng)按鈕X1或X2接通使Y3或Y4接通，Y3或Y4接通使Y1或Y2接通；第二種是起動(dòng)按鈕X1或X2接通使Y1或Y2接通，Y1或Y2接通使Y3或Y4接通。第三種是起動(dòng)按鈕X1或X2接通分別使Y1或Y2接通和Y3或Y4接通，此種方法編程程序整體性不強(qiáng)，自動(dòng)模式與手動(dòng)模式轉(zhuǎn)換更改的地方較多，故不采用。前兩者由于Y3或Y4接通使Y1或Y2接通邏輯功

9、能較易實(shí)現(xiàn)，且更有利于自動(dòng)手動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換，所以我選擇前者。同一線圈的不同狀態(tài)之間與不同線圈狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換正是相應(yīng)的邏輯功能的實(shí)現(xiàn)，要完成這些必須對(duì)基本指令編程技巧的靈活應(yīng)用。至于自動(dòng)與手動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換在基本指令編程中如何實(shí)現(xiàn)可以采取兩種方法：第一種是分別寫出自動(dòng)模塊和手動(dòng)模塊，再用轉(zhuǎn)換開關(guān)分別調(diào)用兩個(gè)模塊；第二種是將自動(dòng)模塊與手動(dòng)模塊寫在一起，用轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模式的一些功能或手動(dòng)模式的一些功能。觀察波形圖可知，手動(dòng)模式波形是從自動(dòng)模式上截取下來的，所以將自動(dòng)模式與手動(dòng)模式寫在一起并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)分別實(shí)現(xiàn)是可行的，且程序也會(huì)顯得更緊湊，具體做法是先寫出自動(dòng)模式的程序，再添加轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式

10、。具體的編程過程在后面會(huì)詳細(xì)介紹。3.2程序說明3.2.1起動(dòng)按鈕、停止按鈕與轉(zhuǎn)換開關(guān)編程起動(dòng)按鈕X1、X2按下需保持其ON狀態(tài)，且正常運(yùn)行只能通過停止按鈕X3來結(jié)束其ON狀態(tài)，因此需要借助輔助繼電器M1M2進(jìn)行編程，用以鎖存X1X2的狀態(tài)。此外，正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕X1與反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕X2不能同時(shí)接通，因此X1、X2的狀態(tài)需要互鎖。模式轉(zhuǎn)換開關(guān)X0需滿足只有在起動(dòng)按鈕按下之前完成切換才有效，且在運(yùn)行過程中切換模式轉(zhuǎn)換開關(guān)其狀態(tài)保持不變，如圖設(shè)計(jì)將使M0鎖存X0在起動(dòng)之前的狀態(tài)。3.2.2指示燈編程指示燈Y0的狀態(tài)由閃爍狀態(tài)和常亮狀態(tài)組成，可采用并聯(lián)支路設(shè)計(jì)法。閃爍狀態(tài)可由閃爍電路完成，周期選擇為一秒，

11、因?yàn)殚W爍狀態(tài)和常亮狀態(tài)的時(shí)間都是一秒的整數(shù)倍，選擇一秒能使兩個(gè)狀態(tài)之間的切換顯得自然，且閃爍效果明顯。Y接起動(dòng)時(shí)指示燈閃爍，因此用Y3驅(qū)動(dòng)閃爍電路產(chǎn)生閃爍接通的M4，M4構(gòu)成指示燈Y0的一條支路。只要D接穩(wěn)定運(yùn)行指示燈就會(huì)常亮，所以驅(qū)動(dòng)指示燈Y0常亮狀態(tài)是另一之路是控制D接運(yùn)行的Y4的常開觸頭。如波形圖，M4與Y4波形的疊加就是Y0的波形。3.2.3 Y/D起動(dòng)控制編程在自動(dòng)模式中，無論正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，其Y接還是D接的過程是一樣的，即無論正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕X1為ON還是反向起動(dòng)按鈕X2為ON，Y3和Y4的狀態(tài)是一樣的。Y3和Y4一個(gè)周期的波形如圖，可仿照閃爍電路用起止點(diǎn)法對(duì)Y3Y4編程。其中M3是

12、起動(dòng)到停止都為ON狀態(tài)的輔助繼電器，通過編程，T0、T1、T2一個(gè)周期的狀態(tài)如波形圖所示，Y3Y4線圈如梯形圖所示編程會(huì)得到需要的波形。另外需注意的是Y3和Y4絕對(duì)不可以同時(shí)接通，所以軟件編程需要軟件互鎖。3.2.4正反轉(zhuǎn)控制編程Y3Y4的狀態(tài)來控制Y1Y2的狀態(tài)，M5是只要Y3或Y4為ON就為ON的輔助繼電器。如波形圖所示，Y1(Y2)或Y2(Y1)的波形都是M5波形的一部分，M5的常開觸頭與M7的常開觸頭串聯(lián)編程的線圈就會(huì)得到Y(jié)1(Y2)的波形，M5的常開觸頭與M7的常閉觸頭串聯(lián)編程的線圈就會(huì)得到Y(jié)2(Y1)的波形，可以通過鎖存起動(dòng)按鈕X1X2狀態(tài)的M1M2如圖編程來控制正轉(zhuǎn)先開始還是反轉(zhuǎn)

13、先開始。對(duì)M7的編程是仿照二分頻電路編程方法對(duì)M5的波形的一個(gè)變形，其中X3常閉觸頭的作用是避免二分頻電路將按停止按鈕對(duì)M5波形產(chǎn)生變化的波形記錄而對(duì)M7進(jìn)行的初始化，這樣才可以得到正確的M7的波形。如此編程就可以通過Y3Y4的狀態(tài)來控制Y1Y2的狀態(tài)。另外Y1和Y2也是絕對(duì)不可以同時(shí)接通，所以軟件編程需要軟件互鎖。3.2.5自動(dòng)模式程序基礎(chǔ)上的手動(dòng)模式編程觀察自動(dòng)模式和手動(dòng)模式的波形圖，自動(dòng)模式一個(gè)周期的前一部分就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)模式的功能，所以在自動(dòng)模式程序基礎(chǔ)上通過轉(zhuǎn)換開關(guān)破壞其轉(zhuǎn)向自動(dòng)模式中與手動(dòng)模式不相同的狀態(tài)，自然也破壞了循環(huán)條件，就可以在自動(dòng)模式程序基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式的編程。具體做

14、法是在T1線圈前添加鎖存轉(zhuǎn)換開關(guān)X0狀態(tài)的常閉觸頭，破壞T1的計(jì)時(shí)條件。對(duì)梯形圖進(jìn)行檢查，當(dāng)X0為ON，M0的常閉觸頭斷開，T1失去計(jì)時(shí)條件，此時(shí)得到的Y3Y4波形符合手動(dòng)模式的波形，在對(duì)Y1Y2編程進(jìn)行檢查，由于此時(shí)M5的波形不再變化，二分頻電路編程對(duì)M5就起不了作用，再加上X3常閉觸頭的修正，M7也就不發(fā)生變化，呈穩(wěn)定的ON或OFF狀態(tài)，最終得到Y(jié)1Y1的波形也與手動(dòng)模式的要求一樣。驅(qū)動(dòng)指示燈的Y0與Y3Y4直接相關(guān)，也符合要求。通過這種方法，成功的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模式程序基礎(chǔ)上的手動(dòng)模式編程。第四章 PLC程序的模擬調(diào)試4.1程序模擬調(diào)試過程調(diào)試過程選擇的PLC的型號(hào)是FN1N-40MR。D1、

15、D2、D3、D4分別代表KM1、KM2、KM3、KM4，相應(yīng)的發(fā)光二極管亮代表相應(yīng)的線圈接通。手動(dòng)模式模擬調(diào)試過程與理論要求的調(diào)試結(jié)果：運(yùn)行程序，閉合開關(guān)SBA轉(zhuǎn)成手動(dòng)模式。按下正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SBB，D2、D4亮，D1閃爍，起動(dòng)10s后D4滅，D2、D5、D1保持常亮，按下停止按鈕SBD，D2、D5、D1滅；按下反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SBC，D3、D4亮，D1閃爍，起動(dòng)10s后D4滅，D3、D5、D1保持常亮，按下停止按鈕SBD，D3、D5、D1滅。自動(dòng)模式模擬調(diào)試過程與理論要求的調(diào)試結(jié)果：運(yùn)行程序，檢查模式轉(zhuǎn)換開關(guān)SBA使其保持常開。按下正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SBB，D2、D4亮，D1閃爍，起動(dòng)10s后D4滅，D

16、2、D5、D1保持常亮，運(yùn)行15s后，D2、D5、D1滅，停止10s后，D3、D4亮，D1閃爍，再次起動(dòng)10s后D4滅，D3、D5、D1保持常亮，運(yùn)行15s后，D3、D5、D1滅，停止10s后，D2、D4亮，D1閃爍，以此循環(huán)；按下反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SBC，D3、D4亮，D1閃爍，起動(dòng)10s后D4滅，D3、D5、D1保持常亮，運(yùn)行15s后，D3、D5、D1滅，停止10s后，D2、D4亮，D1閃爍，再次起動(dòng)10s后D4滅，D2、D5、D1保持常亮，運(yùn)行15s后，D2、D5、D1滅，停止10s后，D3、D4亮，D1閃爍，以此循環(huán)。在起動(dòng)，運(yùn)行，停止?fàn)顟B(tài)中，按下停止按鈕SBD，所有燈保持常滅。開關(guān)和按鈕的

17、誤觸動(dòng)與斷電后來電模擬調(diào)試過程與理論要求的調(diào)試結(jié)果：系統(tǒng)一經(jīng)起動(dòng)后，除停止按鈕外，其他任何按鍵動(dòng)作都不會(huì)對(duì)輸出狀態(tài)產(chǎn)生影響；任何時(shí)候（包括斷電后來電）Y1和Y2不會(huì)同時(shí)接通，Y3和Y4不會(huì)同時(shí)接通；結(jié)合計(jì)算機(jī)檢測(cè)程序，按下停止按鈕或者斷電后來電后，所有線圈恢復(fù)為初始狀態(tài)，電機(jī)此時(shí)為保持停止?fàn)顟B(tài)。4.2程序的調(diào)試結(jié)果依照設(shè)計(jì)的調(diào)試過程進(jìn)行調(diào)試，所有調(diào)試結(jié)果與理論要求的調(diào)試結(jié)果相同，程序設(shè)計(jì)符合實(shí)際情況。結(jié)語通過這次課程設(shè)計(jì)我更加明白PLC是如何結(jié)合硬件與軟件在生產(chǎn)實(shí)際中起控制作用以及其實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制具體過程；通過自身在理解控制要求的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)相關(guān)PLC梯形圖程序繼而去深入了解程序的過程讓我對(duì)PLC執(zhí)行程序的步驟更加清晰明了；通過對(duì)PLC型號(hào)以及相關(guān)硬