基于PLC的三相異步電動機正反轉互鎖電路設計

1、摘要具有控制速度快、可靠性高、靈活性強等優(yōu)點，本設計以0.75KW電動機為例，設計三相異步電動機正反轉互鎖的電路。主電路采用了兩個CJX2-0901型交流接觸器KM1,KM2換接電動機三相電源的相序，來實現電動機的正轉與反轉。在控制電路中，主要利用了PLC定時器控制三相異步電動機正反轉，并利用其程序控制相應實體，使得電動機能夠實現正轉20S，停止6S，然后再反轉20S,最后停止6S,如此循環(huán)進行。從而很好的實現了三相異步電動機的正轉、反轉和停止的控制。該電路具有控制靈活、可靠性高、成本低、安裝和使用方便等的優(yōu)點。關鍵詞：可編程控制器，三相異步電動機，正反轉，ABSTRACTThis desig

2、n take the 0.75KW electric motor as an example, designs PLC to control the three-phase asynchronous motor to reverse the electric circuit. The electric circuit used two CJX2-0901 exchange contact device KM1, KM2 to trade receives a telegram the motive three-phase power source the foreword, realized

3、electric motor's clockwise and the reverse, to prevent at the same time two contact devices the movement to cause the power source to short-circuit, the interlock is used to reverse the control circuit. When the control circuit, has mainly used Beijing and the advantage the PLC timer control thr

4、ee-phase asynchronous motor the procedure which reverses, and using its programmed control corresponding entity, enables the electric motor to be able to realize clockwise 20S, stops 6S, then reverses again 20S, finally stops 6S, so circulates carries on. Thus very good has realized the three-phase

5、asynchronous motor's clockwise, the reverse and the stop control. This PLC control circuit control is flexible, the reliability is high, the cost is low, installment and easy to operate. key word: PLC, the three-phase asynchronous motor, is reversing.目錄摘要IABSTRACTII目錄III1 引言12 本設計的目的、意義與要求22.1 設

6、計的目的及意義22.2 設計的要求22.3設計的內容23 PLC控制三相異步電動機正反轉互鎖的電路設計43.1接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉電路4接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉電路的主接線圖43.1.2接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉電路的工作原理43.1.3 設計的結果53.2 PLC定時器控制電動機正反轉互鎖的設計5定時器控制電動機正反轉電路的主接線圖53.2.2 PLC的I/O分配6繪制外圍接線圖63.2.4 PLC定時器控制三相異步電動機正反轉的梯形圖7定時器控制電動機正反轉的指令表程序84 PLC控制三相異步電動機正反轉互鎖電路的驗證94.1驗證實驗中元器件的選擇94.2 連接實

7、體的步驟104.3 實體框形圖114.4程序的調試124.5 結果145 結論15參考文獻16致謝171 引言隨著微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展，PLC在工業(yè)控制領域內得到了十分廣泛的應用，從單片機自動化到整條生產線的自動化，乃至整個工廠的自動化，從柔性制造系統(tǒng)、工業(yè)機器人到分散式網絡化控制系統(tǒng)，PLC都承擔著極其重要的角色，從而被稱之為“先進國家工業(yè)三大支柱”之一。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)在電氣控制線路中用的非常廣泛。在電動機正反轉換接時，有可能因同一元件的常開、常閉觸點的切換沒有時間的延遲，有可能因為電動機容量較大或操作不當等原因，使接觸器主觸頭產生較嚴重的燃弧

8、現象，如果電弧還沒有完全熄滅時，反轉的接觸器就閉合，則會造成電源相間短路。為了防止電源短路，可以采用電氣互鎖保護，但在實際使用中，有時候單有電氣互鎖保護還不夠，接觸器的線圈斷電后，其觸頭可能由于熔焊而仍然閉合，如果有人用手推另一個接觸器的銜鐵就會使兩個接觸器都處于吸合狀態(tài)，所以除電氣互鎖外還應加裝機械連鎖。機械連鎖更可靠的保證兩個接觸器不會同時吸合，但是只能在空間位置比較靠近的兩個接觸器間安裝。電氣互鎖可以不受空間位置的限制，但在接觸器觸頭焊住時不能起到保護作用。在線路中不允許單獨采用機械連鎖，因為當一個接觸器吸合時，按另一接觸器的按鈕，雖然由于機械連鎖的作用，另一接觸器不會吸合，但它的線圈卻

9、通過所謂的“起動”電流 （鐵心未閉合時，交流接觸器線圈的感抗小、電流大） ，時間過長就會燒毀線圈。為了克服以上困難，本文采用兩個定時器分別作為正轉、反轉切換的保護手段。由于加入了定時器操作者可以根據不同的需要設定正反轉切換的時間，可以有效的克服正反轉換向時可能因電弧沒有完全斷開而引起電源的短路。2 本設計的目的、意義與要求2.1 設計的目的及意義可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，將自動控制技術、計算機技術和通信技術融為一體而發(fā)展起來的嶄新的工業(yè)自動控制裝置。目前PLC已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制而廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，PLC已躍居工業(yè)自動化三大支柱的首位?？删幊炭刂破饕云渫ㄓ眯?/p>

10、強、可靠性高、指令系統(tǒng)簡單、編程簡便易學、易于掌握、體積小、維修工作少、現場接口安裝方便等一系列優(yōu)點，被廣泛應用于工業(yè)自動控制中。在實際生產中許多機械設備往往要求運動部件能向正反兩個方向運動,如機床工作臺的前進與后退;起重機的上升與下降等,這些生產機械要求電動機能實現正反轉控制。改變通入電動機定子繞組的三相電源相序,即把接入電動機的三相電源進線中的任意兩根對調,電動機即可反轉。2.2 設計的要求PLC控制0.75KW三相異步電動機正反轉互鎖電路的設計主要有以下幾方面的要求：8、完成 PLC 電動機正反轉控制系統(tǒng)的設計、制作、調試報告。2.3設計的內容3 PLC控制三相異步電動機正反轉互鎖的電路

11、設計 3.1接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉電路3.1.1接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉電路的主接線圖 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

12、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。 圖3-1 接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉控制線路3.1.2接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉電路的工作原理該線路的工作原理如下所述。（1）正轉啟動控制KM1的自鎖觸點閉合并自鎖電動機M啟動連續(xù)正轉按下SB2KM1線圈得電KM1的主觸點閉合自鎖Y1 KM1的連鎖觸點分斷，對KM2互鎖 （2）反轉啟動控制KM1的自鎖觸點分斷,解除自鎖電動機失電停轉先按下SB1KM1線圈失電 KM1的主觸點分斷 KM1的連鎖觸點恢復閉合，解除對KM2互鎖 KM2自鎖觸點閉合并自鎖電動機M啟動連續(xù)正轉再按下SB3KM2線圈得電 KM2的主觸

13、點閉合 KM2的連鎖觸點分斷，對KM1互鎖 （3）停止控制 按下SB1控制電路失電KM1（或KM2）的主觸點分斷電動機M失電停轉3.1.3 設計的結果接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉電路的設計，得到了以下的結果。正轉控制：按下按鈕SB2 電動機正轉反轉控制：先按下按鈕SB1 電動機停止 再按下按鈕SB3 電動機反轉總結：接觸器互鎖的電動機正反轉電路的設計，雖然具有線路操作安全，實際應用中成本低的優(yōu)點，但是其電路也存在缺點，即操作不便，要使電動機反轉必需按下停止按鈕SB1，等電動機停止后才能在按下反轉啟動按鈕SB3。操作程序比較麻煩，且需要專門的操作人員去操作。3.2 PLC定時器控制電動機正反

14、轉互鎖的設計3.2.1定時器控制電動機正反轉電路的主接線圖為了在控制的過程中體現科技化和智能化，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。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單、方便，而且可以根據不同的需要設定正反轉的時間且易于實現。用PLC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3-2所示。其工作原理如下所示。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，不同的是當電動機開始正轉時，定時器T1開始運行且計時開始，20S后電動機停止正

15、轉，此時定時器T2開始運行并且計時，6S后電動機開始反轉，同時定時器T3開始運行并計時開始，20S后電動機停止反轉，定時器T4開始計時，6S后電動機又開始正轉。如此循環(huán)進行，本文也可根據控制的需要設定不同的正轉、反轉和停止的時間。圖3-2 定時器控制電動機正反轉互鎖的主接線圖3.2.2 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。現將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

16、-1所示。表3-1 PLC控制接觸器互鎖的正反轉控制電路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 %IX0.0正轉接觸器線圈 %QX0.0KM1反轉啟動 %IX0.1反轉接觸器線圈 %QX0.1KM23.2.3繪制外圍接線圖 根據表3-1所分配的I/O繼電器，繪制出用PLC改造接觸器互鎖正反轉控制線路的PLC外圍接線圖，如圖3-3所示。 圖3-3 定時器控制電動機正反轉的PLC外圍接線圖3.2.4 PLC定時器控制三相異步電動機正反轉的梯形圖根據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

17、，如圖3-4所示。Network 1 Network 2 圖3-4 定時器控制的三相異步電動機正反轉3.2.5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 令操作數說明0LD%IX0.0正轉啟動觸點%IX0.01ORY02ANDNOT%IX0.1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6S13LD

18、Y014ANDNOTT1.Q15OUT%QX0.0正轉輸出線圈%QX0.016LDY017ANDT2.Q18ANDNOTT3.Q19OUT%QX0.1反轉輸出線圈%QX0.14 PLC控制三相異步電動機正反轉互鎖電路的驗證4.1驗證實驗中元器件的選擇三相異步電動機: 型號: Y80M2-4 功率：0.75KW 電壓：380V 電流：2A 效率：73% 功率因數：0.76 接法：Y 絕緣等級：B級由于P=0.75KW U=380V則 I=P/U=750/380=1.97A ,因此電流采用2A,故上述所選電動機合適。斷路器：型號:DZ47-63 C10 電壓：交流400V 電流：10A斷路器的選擇

19、依據電動機的電流，本文選擇電流最相近的10A。交流接觸器：型號:CJX2-0901 額定工作電壓 380V頻率：交流50Hz或60HzPLC：型號：北京和利時 LM3105-C01 SAP050025CPU模塊，AC220V供電，由于所選擇的PLC自帶14點I/O，其中輸入端口的電壓為直流24V，DO 6×繼電器輸出尺寸：125mm×90mm×70 mm，PLC外觀圖如圖4-1所示。 圖4-1 開關按鈕： 型號：TB-2504L 電壓：220V 電流：25A導線：選取連接實體時所需的導線是，根據導線截面積計算公式 一般按如下公式計算：銅線： S= IL / 54.

20、4*U鋁線： S= IL / 34*U式中：I導線中通過的最大電流（A）L導線的長度（M）U充許的電源降（V）S導線的截面積（MM2）在設計中選取銅線，因為其價格便宜，使設計的成本降低。由公式 銅線： S= IL / 54.4*U =2*0.5/54.4*220=0.0002 MM2根據上述公式，本文依次可以選出所需導線。本文選用黃、綠、紅三相導線，并用藍線作為保護線。另備有： 三相電源一個 接線時用的剝線鉗一個、一字小起子一個4.2 連接實體的步驟1 在連接實體的過程中，應該按以下步驟來實現。(1)用MF30型萬用表歐姆檔測試交流接觸器主觸頭，常駐開觸頭及常觸頭的通斷情況。 (2)將各個元器

21、件按照主接線圖所示連接起來。(3)準備好下載PLC程序所需的數據線。(4)將編好且運行無誤的程序下載在PLC中，并把程序中的輸入輸出端口與PLC的端口相對應。(5)經老師檢查允許，先按下電源按鈕，接通電源，用交流電壓表接電源側調至220V。(6)按照要求進行操作，驗證設計電路的正確性。(7)實驗完畢，先將電源電壓調回至0V,斷開電源。2 接線時的注意事項:(1)接線時，注意電源按鈕斷開，斷電接線。(2)連接線路時必須緊固，不得松動，否則容易掉線發(fā)生事故。(3)實驗完畢，注意電源電壓調零后，再關電源按鈕。4.3 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

22、4-2所示。圖4-24.4程序的調試把編好的PLC定時器控制電動機正反轉的程序如圖3-4下載到PLC控制器后，接通電源，下面以圖4-3所示的工作狀態(tài)轉換圖,來具體描述定時器控制三相異步電動機正反轉的各個過程，并最終調試出正確的PLC控制程序。定時器控制電動機正轉：圖4-3 （a）定時器控制電動機停止：圖4-3 （b）定時器控制電動機反轉：圖4-3 （c）定時器控制電動機停止： 圖4-3 （d）4.5 結果1 PLC定時器控制三相異步電動機正反轉互鎖電路設計結果流程圖如圖4-4所示：電動機反轉停止 T4計時6S電動機反轉開始 T3計時20S電動機停止正轉 T2計時6S電動機正轉開始 T1計時20

23、S 圖4-42 PLC定時器控制電動機正反轉電路設計結果的波形圖如圖4-5所示：正轉T/S 20S 26S 46S 52S反轉圖4-55 結論隨著科學技術的發(fā)展,我國電機控制技術的推力也越來越壯大,這也是全球電機控制技術發(fā)展和龐大消費群體存在的必然結果。在實際生產中許多機械設備往往要求運動部件能向正反兩個方向運動,如機床工作臺的前進與后退;起重機的上升與下降等,這些生產機械要求電動機能實現正反轉控制。因此對于PLC定時器控制三相異步電動機正反轉電路設計的研究,具有很好的實際應用價值。本文通過PLC控制三相異步電動機正反轉的設計，對PLC梯形圖、指令表、外部接線圖及PLC設計原理有更好的了解。接觸器互鎖的電動機正反轉電路，由于其有控制不靈活、操作麻煩等的缺點，所以通過改進本文選擇了PLC定時器控制三相異步電動機正反轉，并在實驗室做出了相應的模型