基于PLC實(shí)現(xiàn)的電氣控制畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、目 錄1 電氣控制設(shè)計(jì)11.1 電氣控制設(shè)計(jì)任務(wù)11.2 電氣控制系統(tǒng)原理圖11.2.1 主電路圖11.2.7 控制電路圖如圖22 PLCSK可編程控制系統(tǒng)實(shí)踐裝置簡介42.1 S7200 PLC主機(jī)簡介42.2 S7200PLC編程軟件簡介42.3 程序設(shè)計(jì)操作步驟42.4 被控對象模塊簡介52.4.1 PLC可編程控制器模塊簡介52.4.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)K簡介52.5 實(shí)驗(yàn)裝置供電電源53 PLC設(shè)計(jì)任務(wù)及要求63.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)63.2 對電氣控制實(shí)行PLC改造及電氣控制設(shè)計(jì)任務(wù)63.2.1 I/O地址分配63.2.2 外部設(shè)備接線圖如圖3.1：73.2.3 梯形圖如圖3.2：83.2.4 指令

2、表如圖3.3所示：93.3 小車直線自動(dòng)往返控制92.3.1 小車直線定位控制模型圖如圖3.4：10主電路設(shè)計(jì)103.3.3 輸入和輸出端子的分配接線圖如圖3.6：113.3.4 I/O地址分配如表1：113.3.5 梯形圖如圖3.7所示：123.3.6 指令表如圖3.8所示：133.4 小車定位控制133.4.1 梯形圖如圖3.9所示：143.4.2 指令表如圖3.10：153.4.3 系統(tǒng)調(diào)試及問題分析153.4.4 應(yīng)用154 設(shè)計(jì)體會(huì)171 電氣控制設(shè)計(jì)1.1 電氣控制設(shè)計(jì)任務(wù)1、某系統(tǒng)需3臺異步電動(dòng)機(jī)MA1,MA2,MA3拖動(dòng)工作，現(xiàn)若采用1臺變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，使3臺異步電動(dòng)機(jī)MA1

3、,MA2,MA3均可工作在變頻，工頻（全壓）狀態(tài)，試設(shè)計(jì)其主電路，要求有必要的電氣保護(hù)。2、如果上述系統(tǒng)具體要求如下：（1）電動(dòng)機(jī)MA1、MA2、MA3均可單獨(dú)啟動(dòng)和停止；（2）當(dāng)一臺電動(dòng)機(jī)為變頻工作時(shí)，另兩臺電機(jī)MA2、MA3必須為工頻工作或停止?fàn)顟B(tài)；（3）任何電機(jī)過載時(shí)，三臺電機(jī)均停止工作。試設(shè)計(jì)其控制電路圖。1.2 電氣控制系統(tǒng)原理圖 主電路圖如圖1.1所示為主電路圖.三臺電動(dòng)機(jī)分別為MA1、MA2、MA3。接觸器QA1、QA4、QA5分別控制MA1、MA2、MA3的工頻運(yùn)行；接觸器QA2、QA3、QA6分別控制MA1、MA2、MA3的變頻運(yùn)行，BB1、BB2、BB3分別為三臺水泵電動(dòng)機(jī)

4、過載保護(hù)用的熱繼電器；QA2、QA3、QA6分別為變頻器和三臺水泵電動(dòng)機(jī)主電路的隔離開關(guān)；為主電源電路總開關(guān)，VVVF為簡單的一般變頻器。圖1.1 主電路圖1.熔斷器熔斷器是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉的保護(hù)電器。主要用作電路或用電設(shè)備的短路保護(hù)，有時(shí)對嚴(yán)重過載也可起到保護(hù)作用。熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護(hù)電路中，當(dāng)電路正常工作時(shí)，熔體中通過的電流不會(huì)使其熔斷；當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時(shí)，熔體中通過的電流很大，使其發(fā)熱，當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)熔體瞬間熔斷，切斷電路，起到保護(hù)作用。2.熱繼電器利用熱繼電器可對連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)實(shí)施過載及斷相保護(hù)，可防止因過熱而損壞電動(dòng)機(jī)的絕緣材料。由于熱繼電器中發(fā)熱元件

5、有熱慣性，在電路中不能作瞬時(shí)保護(hù)，更不能作 短路保護(hù)，因此，它不同于過電流繼電器和熔斷器。熱繼電器中產(chǎn)生熱效應(yīng)的發(fā)熱元件，應(yīng)串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)繞組電路中，這樣，熱繼電器便能直接反映電動(dòng)機(jī)的過載電流。其接觸點(diǎn)應(yīng)串聯(lián)在控制電路中，一般有常開和常閉兩種，作過載保護(hù)用時(shí)常使用其常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在控制電路中。3.按鈕按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡單，使用廣泛的手動(dòng)主令電器，在低壓控制電路中，用來發(fā)出手動(dòng)指令遠(yuǎn)距離控制其他電器，再由其他電器去控制主電路或轉(zhuǎn)移各種信號，也可以直接用來轉(zhuǎn)換信號電路和電器連鎖電路等。按鈕有常開和常閉兩種觸點(diǎn)。4.變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電

6、機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。5.變頻器的分類變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻

7、器和三相變頻器等。1.2.7 控制電路圖如圖如圖1.2所示，F(xiàn)A1、FA2、FA3為熔斷器主要是為了防止三臺電機(jī)中若有一臺電機(jī)發(fā)生了過載現(xiàn)象時(shí)電路會(huì)自動(dòng)斷開，防止電機(jī)燒毀。SF1、SF2、SF3為三臺電電機(jī)共頻和變頻的總開關(guān)。按鈕SF4為電機(jī)1變頻開關(guān)，SF5為電機(jī)1工頻開關(guān)。按鈕SF5為電機(jī)2變頻開關(guān)，SF6為電機(jī)2工頻開關(guān)。按鈕SF7為電機(jī)3變頻開關(guān)，SF8為電機(jī)3工頻開關(guān)。當(dāng)變頻開關(guān)SF4閉合時(shí)電機(jī)1處于變頻狀態(tài)，其他的2臺電機(jī)則不可能處于變頻狀態(tài)，并且電機(jī)1不會(huì)處于工頻狀態(tài)有接觸器處于互鎖狀態(tài)。其他的電機(jī)工作狀態(tài)也是如此。圖1.2 控制電路圖2 PLCSK可編程控制系統(tǒng)實(shí)踐裝置簡介PL

8、CSK可編程控制系統(tǒng)實(shí)踐裝置是根據(jù)“PLC可編程控制器原理及其應(yīng)用”的教學(xué)需要、根據(jù)現(xiàn)代企業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的需要、根據(jù)高校學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的需要，由北方工業(yè)大學(xué)研制開發(fā)的新型實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置由“S7200PLC可編程控制器，Step7Micro/Win32編程軟件，PC/PPI通訊模塊，模擬應(yīng)用控制模塊，實(shí)驗(yàn)應(yīng)用控制模塊，電源模塊，多功能實(shí)驗(yàn)桌”等組成。采用“PLC控制，自動(dòng)控制，信息處理，通訊接口，人機(jī)對話，程序設(shè)計(jì)”等新技術(shù)，完成“實(shí)驗(yàn)教學(xué)，課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)，認(rèn)識實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)”等實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。2.1 S7200 PLC主機(jī)簡介1. 主機(jī)型選擇：S7200PLC， 供電電源24VDC； 2

9、. 數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)：24點(diǎn);3. 數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)：16點(diǎn);4. 定時(shí)器總數(shù)：256個(gè)；5. 計(jì)數(shù)器總數(shù)：256個(gè)；6. 變速計(jì)數(shù)器（32位）：6個(gè)（每個(gè)30KHZ）；7. 變速脈沖輸出：2個(gè)（20KHZ）；8. 程序容量：4096字；9. 用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：2560字；10. 定時(shí)中斷：2個(gè)（1ms分辨率）；11. 布爾指令執(zhí)行速度：0.37µs（每條指令）；12. 通訊接口類型：RS485。2.2 S7200PLC編程軟件簡介S7200PLC編程軟件為Step7Micro/Win32，指令豐富，功能強(qiáng)大，Windows界面友好，易于掌握，為用戶開發(fā)、編程和監(jiān)控應(yīng)用控制程序提供了良好的

10、編程環(huán)境。2.3 程序設(shè)計(jì)操作步驟1.項(xiàng)目生成與存取在File中選New，生成一個(gè)新項(xiàng)目，在File中選Save存取。2. 編寫符號表單擊符號表（Symbol Table），將定義的變量名寫入Symbol中，定義的地址寫入Address中，便于記憶。3. 編寫用戶程序（1）在View中選擇編程語言STL或Ladder或FBD，step7有三種編程語言供用戶使用。（2）在右側(cè)出現(xiàn)中間變量寫入表和程序編輯窗口，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。（3）在中間的Instruction中有全部指令，供用戶程序設(shè)計(jì)時(shí)使用。4. 編譯程序選擇PLC菜單中的“編譯”或“全部編譯”按鈕，可編譯程序，并在輸出窗口中看是否有語法錯(cuò)誤，

11、錯(cuò)誤原因及在程序中的位置。雙擊某一條錯(cuò)誤，程序編輯器中的光標(biāo)會(huì)移到錯(cuò)誤所在位置，進(jìn)行修改。編譯成功后，才能下載應(yīng)用控制程序到PLC中。5. 程序的下載（1）計(jì)算機(jī)與可編程控制器先建立通訊單擊Communications圖標(biāo)，雙擊Double-Click to Refresh，通訊成功后按OK。（2）下載應(yīng)用控制程序之前，可編程控制器必須處于Stop狀態(tài)。選擇File中的Download或者工具條中的“下載”按鈕，下載成功后，按“確認(rèn)”即可。6.程序運(yùn)行與調(diào)試（1）選擇PLC中的Run或工具條中的“運(yùn)行”按鈕，應(yīng)用控制程序運(yùn)行；（2）用狀態(tài)表來監(jiān)視用戶程序，單擊Status Chart圖標(biāo)或Vi

12、ewComponentStatus Chart來訪問狀態(tài)圖。狀態(tài)圖允許在控制程序運(yùn)行的過程中對過程變量的值進(jìn)行監(jiān)視和修改，也可以跟蹤程序的輸入、輸出或者顯示的當(dāng)前值。2.4 被控對象模塊簡介2.4.1 PLC可編程控制器模塊簡介 PLC可編程控制器模塊由“S7200可編程控制器、電源開關(guān)、24點(diǎn)數(shù)字量輸入引出接線端子（綠色）、16點(diǎn)數(shù)字量輸出引出接線端子（紅色）、交流220V供電電源”等組。 2.4.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)K簡介 本裝置配置了“交通信號燈控制、彩燈循環(huán)控制、瓶裝流水線控制、軋鋼機(jī)生產(chǎn)線控制、智能搶答器控制、多種液體混合控制”等模擬被控對象模塊，每種模塊模擬一種典型的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場，由PLC進(jìn)

13、行控制。本裝置實(shí)際模塊選件為“自動(dòng)旋轉(zhuǎn)檢測、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制、三相異步電動(dòng)機(jī)控制、小車直線定位控制、電梯模型、變頻控制系統(tǒng)、電動(dòng)火車模型”等，用PLC進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用控制。實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸入信號由“按鈕、行程、開關(guān)、檢測傳感器”等組成，接線端子為綠色。輸出信號由“指示燈，繼電器、電磁閥、電機(jī)、接觸器”等組成，接線端子為紅色。本裝置采用了模擬對象與實(shí)際對象相結(jié)合的控制方案，為提高學(xué)生的邏輯思維能力，豐富的想象能力，自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，分析問題與解決問題的能力，提供了一條理想的途徑。2.5 實(shí)驗(yàn)裝置供電電源 實(shí)驗(yàn)裝置的供電電源由斷路器、接觸器、指示燈、啟動(dòng)、停止按鈕、直流開關(guān)電源等組成，分別輸出380VA

14、C、220VAC、24VDC電壓供實(shí)驗(yàn)使用3 PLC設(shè)計(jì)任務(wù)及要求3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)通過本次設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)方法；掌握PLC控制程序設(shè)計(jì)、調(diào)試的方法；培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、分析問題與解決問題的能力。3.2 對電氣控制實(shí)行PLC改造及電氣控制設(shè)計(jì)任務(wù)1、某系統(tǒng)需3臺異步電動(dòng)機(jī)MA1,MA2,MA3拖動(dòng)工作，現(xiàn)若采用1臺變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，使3臺異步電動(dòng)機(jī)MA1,MA2,MA3均可工作在變頻，工頻（全壓）狀態(tài)，試設(shè)計(jì)其主電路，要求有必要的電氣保護(hù)。2、如果上述系統(tǒng)具體要求如下：（1）電動(dòng)機(jī)MA1、MA2、MA3均可單獨(dú)啟動(dòng)和停止；（2）當(dāng)一臺電動(dòng)機(jī)為變頻工作時(shí)，另兩臺

15、電機(jī)MA2、MA3必須為工頻工作或停止?fàn)顟B(tài)；（3）任何電機(jī)過載時(shí)，三臺電機(jī)均停止工作。3.2.1 I/O地址分配輸入：SF1 I0.0 SF2 I0.1 SF3 I0.2 SF4 I0.3 SF5 I0.4 SF6 I0.5 SF7 I0.6 SF8 I0.7 SF9 I0.8輸出：QA4 Q0.0 QA5 Q0.1 QA6 Q0.2 QA7 Q0.3 QA8 Q0.4 QA9 Q0.53.2.2 外部設(shè)備接線圖如圖3.1：圖3.1 外部設(shè)備接線圖如果實(shí)用時(shí)還必須考慮許多其他因素，這些因素主要包括：（1）直流電源的容量；（2）電源方面的抗干擾措施；（3）輸出方面的保護(hù)措施；（4）系統(tǒng)保護(hù)措施。

16、3.2.3 梯形圖如圖3.2：圖3.2 梯形圖3.2.4 指令表如圖3.3所示：圖3.3 指令表3.3 小車直線自動(dòng)往返控制按下第一站按鈕SB1，小車啟動(dòng)并右行，所經(jīng)各站的指示燈亮，右行指示燈亮；到達(dá)位置傳感器位置SY4時(shí)，小車自動(dòng)左行，所經(jīng)各站的指示燈亮，左行指示燈亮；小車自動(dòng)往返循環(huán)運(yùn)行按下第四站按鈕SB4，小車啟動(dòng)并左行，所經(jīng)各站的指示燈亮，左行指示燈亮；到達(dá)位置傳感器位置SY1時(shí)，小車自動(dòng)右行，所經(jīng)各站的指示燈亮，右行指示燈亮；小車自動(dòng)往返循環(huán)運(yùn)行。小車右行過程中，按下按鈕SB4，小車自動(dòng)左行；小車左行過程中，按下按鈕SB1，小車自動(dòng)右行；按下第二站按鈕SB2，小車急停（故障應(yīng)急用）

17、小車直線定位控制模型圖如圖3.4：圖3.4 小車直線定位控制模型圖3.3.2主電路設(shè)計(jì)首先設(shè)計(jì)出小車電機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路圖，對于直流電機(jī)來說只要把電機(jī)的正負(fù)倆極互換即可達(dá)到電機(jī)反轉(zhuǎn)的目的，如圖3.5所示電機(jī)的接線方法，其中KA1、KA2為電機(jī)正反啟向動(dòng)線圈。當(dāng)KA1接通時(shí)，電機(jī)正向啟動(dòng)；當(dāng)KA2接通時(shí)，電機(jī)反向接通。從而可以控制小車的左、右運(yùn)動(dòng)。圖3.5主電路3.3.3 輸入和輸出端子的分配接線圖如圖3.6：圖3.6 輸入和輸出端子的分配接線圖3.3.4 I/O地址分配如表1：輸 入 信 號輸 出 信 號信號元件及作用PLC輸入口地址信號元件及作用PLC輸出口地址第一站按鈕SB1I0.0第一站定位

18、指示燈L1Q0.0第二站按鈕SB2I0.1第二站定位指示燈L2Q0.1第三站按鈕SB3I0.2第三站定位指示燈L3Q0.2第四站按鈕SB4I0.3第四站定位指示燈L4Q0.3電磁傳感器SY1I0.4左行指示燈L5Q0.4電磁傳感器SY2I0.5右行指示燈L6Q0.5電磁傳感器SY3I0.6電機(jī)右行繼電器KF1Q0.6電磁傳感器SY4I0.7電機(jī)左行繼電器KF2Q0.7接0V DC1M接24V DC1L、2L3.3.5 梯形圖如圖3.7所示：圖3.7 梯形圖3.3.6 指令表如圖3.8所示：圖3.8 指令表3.4 小車定位控制按下按鈕SB1，小車在SB2和SB3之間自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)，用計(jì)數(shù)器記錄往返

19、次數(shù)，往返5次后自動(dòng)停在SB1處；按下按鈕，手動(dòng)停在SB2和SB3之間的任何位置。3.4.1 梯形圖如圖3.9所示：圖3.9 梯形圖3.4.2 指令表如圖3.10：圖3.10 指令表3.4.3 系統(tǒng)調(diào)試及問題分析（1）實(shí)驗(yàn)中，先把事先設(shè)計(jì)好的控制程序輸入編程計(jì)算機(jī)，編譯無錯(cuò)誤后(只說明編程語法無錯(cuò)誤)下載到PLC的CPU中。（2）PLC控制器控制小車直線系統(tǒng)運(yùn)行，如果控制功能不滿足要求，再進(jìn)行控制程序調(diào)試(可在監(jiān)控狀態(tài)下)，反復(fù)修改控制程序直到滿足控制功能為止。（3）在調(diào)試中所遇到的問題，要運(yùn)用所學(xué)的理論知識或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)獨(dú)立解決，逐步提高分析問題及解決問題的能力。3.4.4 應(yīng)用此小車直線定位控制系統(tǒng)可用于小車在車間工作臺間自動(dòng)往返裝料卸料。卸料小車主要用于散狀物料處理、礦山系統(tǒng)、堆場系統(tǒng)、礦石處理、裝載系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)以及港口設(shè)備系統(tǒng)中將物料卸在不同的料棚或倉位之中。卸料小車的作用就是在輸料系統(tǒng)中將上料皮帶機(jī)上的料卸在指定的倉位或料棚里。為達(dá)到一臺卸料小車能給不同的料倉或料棚卸料，卸料小車能沿著上料皮帶