劉建成畢業(yè)論文《三相異步電動機的PLC控制》

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1、 安徽機電職業(yè)技術學院 畢 業(yè) 論 文 三相異步電動機的PLC控制 系 別 電氣工程系 專 業(yè) 電機與電器 班 級 電機3081 姓 名 劉建成 學 號 1306083022 2010 ～ 2011 學年第 1 學期 安徽機電職業(yè)技術學院畢

2、業(yè)論文（設計）指導過程記錄表 題　　目 單片機在應用中的LCD顯示 學生姓名 劉建成 學 號 1306083022 指導教師 魯業(yè)安 系 部 電氣工程系 班 級 電機3081班 順序號 第1 次 學生完成 畢業(yè)論文 （設計） 內(nèi)容情況 11月16日確定三相異步電動機的PLC控制 學生簽名： 時間：　2010年 11月7日 教師指導 內(nèi)容記錄 分配任務，指導論文大致方向

3、 教師簽名： 時間：　年　月　日 安徽機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文（設計）指導過程記錄表 題　　目 單片機在應用中的LCD顯示 學生姓名 劉建成 學 號 1306083022 指導教師 魯業(yè)安 系 部 電氣工程系 班 級 電機3081班 順序號 第2 次 學生完成 畢業(yè)論文 （設計） 內(nèi)容情況 11月7—14日搜集三相異步電動機、PLC、三相異步電動機的PLC控制的相關知識 學生簽名： 時間：　

4、2010年 11月14日 教師指導 內(nèi)容記錄 審閱題目，指明論文基本要求 教師簽名： 時間：　年　月　日 安徽機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文（設計）指導過程記錄表 題　　目 單片機在應用中的LCD顯示 學生姓名 劉建成 學 號 1306083022 指導教師 魯業(yè)安 系 部 電氣工程系 班 級 電機3081班 順序號 第3 次 學生完成 畢業(yè)論文 （設計） 內(nèi)容情況 11月15—21日向魯業(yè)安老師咨詢關于三

5、相異步電動機的PLC控制的相關知識及設計 學生簽名： 時間：　2010年 11月21日 教師指導 內(nèi)容記錄 查看目錄是否規(guī)范，結構是否合理 教師簽名： 時間：　年　月　日 安徽機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文（設計）指導過程記錄表 題　　目 單片機在應用中的LCD顯示 學生姓名 劉建成 學 號 1306083022 指導教師 魯業(yè)安 系 部 電氣工程系 班

6、級 電機3081班 順序號 第4 次 學生完成 畢業(yè)論文 （設計） 內(nèi)容情況 11月22—28日完成本人《三相異步電動機的PLC控制》畢業(yè)論文的電子檔 學生簽名： 時間：　2010年 11月28日 教師指導 內(nèi)容記錄 提供相關內(nèi)容的參考資料及網(wǎng)站 教師簽名： 時間：　年　月　日 安徽機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文（設計）指導過程記錄表 題　　目 單片機在應用中

7、的LCD顯示 學生姓名 劉建成 學 號 1306083022 指導教師 魯業(yè)安 系 部 電氣工程系 班 級 電機3081班 順序號 第5 次 學生完成 畢業(yè)論文 （設計） 內(nèi)容情況 12月5日發(fā)送電子檔給魯業(yè)安老師審閱 學生簽名： 時間：　2010年 12月5日 教師指導 內(nèi)容記錄 查看各章節(jié)的銜接是否合理并提出建議 教師簽名

8、： 時間：　年　月　日 安徽機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文（設計）指導過程記錄表 題　　目 單片機在應用中的LCD顯示 學生姓名 劉建成 學 號 1306083022 指導教師 魯業(yè)安 系 部 電氣工程系 班 級 電機3081班 順序號 第6 次 學生完成 畢業(yè)論文 （設計） 內(nèi)容情況 12月12日獲得魯業(yè)安老師的許可 學生簽名： 時間：　2010年 12月12日 教師指導 內(nèi)容記錄 查看整體格式是否正確，是否符合要求

9、 教師簽名： 時間：　年　月　日 安徽機電職業(yè)技術學院 三相異步電動機的PLC的控制 摘 要 PLC在三相異步電機控制中的應用，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、靈活性強、功能完善等優(yōu)點。長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非?？煽康目刂茟谩Ｋ軌驗樽詣踊刂茟锰峁┌踩煽亢捅容^完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。本文設計了三相異步電動機的P

10、LC控制電路，該電路主要以性能穩(wěn)定、簡單實用為目的。 關鍵詞：PLC，編程語言，三相異步電機，繼 目錄 緒論 1 第一章 三相異步電動機基礎 2 1.1 三相異步電動機的基本結構 2 1.2 三相異步電動機的工作原理 3 1.3 三相異步電動機的幾個工作過程的分析 3 第二章 PLC基礎 7 2.1 PLC的定義 7 2.2 PLC與繼電器控制的區(qū)別 7 2.3 PLC的工作原理 7 2.4 PLC的應用分類 8 第三章 總體設計 9 3.1 系統(tǒng)結構 9 3.2 系統(tǒng)配置 10 3.3 三相異步電動機的調(diào)速系統(tǒng)PLC控制 16 圖7 梯形圖 18

11、3.4 三相異步電動機使用PLC控制優(yōu)點 20 3.5系統(tǒng)調(diào)試 21 第四章 結束語 22 參考文獻 23 I 緒論 三相異步電動機的應用幾乎涵蓋了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活的各個領域，在這些應用領域中，三項異步電動機常常運行在惡劣的環(huán)境下，導致產(chǎn)生過流、短路、斷相、絕緣老化等事故。對于應用于大型工業(yè)設備重要場合的高壓電動機、大功率電動機來說，一旦發(fā)生故障所造成的損失無法估量。 在生產(chǎn)過程，科學研究和其他產(chǎn)業(yè)領域中，電氣控制技術應用十分廣泛。在機械設備的控制中，電氣控制也比其他的控制方法使用的更為普遍。 本系統(tǒng)的控制是采用PLC的編程語言——梯形語言，梯形語言是在可編程控制器中的

12、應用最廣的語言，因為它在繼電器的基礎上加進了許多功能、使用靈活的指令，使邏輯關系清晰直觀，編程容易，可讀性強，所實現(xiàn)的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控制電路?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它是專為在惡劣工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制，定時、計數(shù)和算術等操作的指令，并采用數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種的機械或生產(chǎn)過程。 長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非常可靠的控制應用。它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。 進入20世紀80

13、年代，由于計算機技術和微電子技術的迅速發(fā)展，極大的推動了PLC的發(fā)展，使的PLC的功能日益增強。如PLC可進行模擬量控制、位置控制和PID控制等，易于實現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)。遠程通信功能的實現(xiàn)更使PLC 如虎添翼。目前，在先進國家中，PLC已成為工業(yè)控制的標準設備，應用面幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)。PLC是一種固態(tài)電子裝置，它利用已存入的程序來控制機器的運行或工藝的工序。PLC 通過輸入/輸出（I/O）裝置發(fā)出控制信號和接受輸入信號。由于PLC綜合了計算機和自動化技術，所以它發(fā)展日新月異，大大超過其出現(xiàn)時的技術水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數(shù)、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入

14、輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡時代的到來，擴展了PLC的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業(yè)。 第一章 三相異步電動機基礎 1.1 三相異步電動機的基本結構 三相異步電動機由靜止的定子和旋轉的轉子兩個重要部分組成，定子和轉子之間由氣隙分開。圖1-1為三相異步電動機結構示意圖。 (a) 外形圖； (b) 內(nèi)部結構圖 圖1-1 三相異步電動機結構示意圖 1.1.1 定子 　　定子由定子鐵心、定子繞組、機座和端蓋等組成。機座的主要作用是用來支撐電機各部件

15、，因此應有足夠的機械強度和剛度，通常用鑄鐵制成。為了減少渦流和磁滯損耗，定子鐵心用0.5 mm厚涂有絕緣漆的硅鋼片疊成，鐵心內(nèi)圓周上有許多均勻分布的槽，槽內(nèi)嵌放定子繞組，如圖1-2所示。 圖1-2 三相異步電動機的定子 1.1.2 轉子 　　轉子由轉子鐵心、轉子繞組、轉軸和風扇等組成。轉子鐵心也用0.5 mm厚硅鋼片沖成轉子沖片疊成圓柱形，壓裝在轉軸上。其外圍表面沖有凹槽，用以安放轉子繞組。按轉子繞組形式不同，可分為繞線式和鼠籠式兩種。 1.2 三相異步電動機的工作原理 圖1-3為三相異步電動機工作原理示意圖。為簡單起見，圖中用一對磁極來進行分析。 三相定子繞組中通入交流

16、電后，便在空間產(chǎn)生旋轉磁場，在旋轉磁場的作用下，轉子將作切割磁力線的運動而在其兩端產(chǎn)生感應電動勢，感應電動勢的方向可根據(jù)右手螺旋法則來判斷。由于轉子本身為一閉合電路，所以在轉子繞組中將產(chǎn)生感應電流，稱為轉子電流，電流方向與電動勢的方向一致，即上面流出，下面流進。 圖1-3 三相異步電動機工作原理圖 轉子電流在旋轉磁場中受到電磁力的作用，其方向可由左手定則來判斷，上面的轉子導條受到向右的力的作用，下面的轉子導條受到向左的力的作用。電磁力對轉子的作用稱為電磁轉矩。在電磁轉矩的作用下，轉子就沿著順時針方向轉動起來，顯然轉子的轉動方向與旋轉磁場的轉動方向一致。 1.3 三相異步電動

17、機的幾個工作過程的分析 1.3.1 三相異步電動機的起動 三相異步電動機接通電源，使電機的轉子從靜止狀態(tài)到轉子以一定速度穩(wěn)定運行的過程稱為電動機的起動過程。起動方法有直接起動和降壓起動兩種。 1.直接起動 直接起動又稱為全壓起動，起動時，將電機的額定電壓通過刀開關或接觸器直接接到電動機的定子繞組上進行起動。直接起動最簡單，不需附加的起動設備，起動時間短。只要電網(wǎng)容量允許，應盡量采用直接起動。但這種起動方法起動電流大，一般只允許小功率的三相異步電動機進行直接起動；對大功率的三相異步電動機，應采取降壓起動，以限制起動電流。 2.降壓起動 通過起動設備將電機的額定電壓降低后加

18、到電動機的定子繞組上，以限制電機的起動電流，待電機的轉速上升到穩(wěn)定值時，再使定子繞組承受全壓，從而使電機在額定電壓下穩(wěn)定運行，這種起動方法稱為降壓起動。 前面講過，起動轉矩與電源電壓的平方成正比，所以當定子端電壓下降時，起動轉矩大大減小。這說明降壓起動適用于起動轉矩要求不高的場合，如果電機必須采用降壓起動，則應輕載或空載起動。常用的降壓起動方法有下面三種。 (1) Y-△降壓起動 這種起動方法適用于電動機正常運行時接法為三角形的三相異步電動機。電機起動時，定子繞組接成星形，起動完畢后，電動機切換為三角形。 圖1-4 Y-△降壓起動控制線路 　　圖1-4是一個Y-△降

19、壓起動控制線路，起動時，電源開關QS閉合，控制電路先使得KM2閉合，電機星形起動，定子繞組由于采用了星形結構，其每相繞阻上承受的電壓比正常接法時下降了。當電機轉速上升到穩(wěn)定值時，控制電路再控制KM1閉合，于是定子繞組換成三角形接法，電機開始穩(wěn)定運行。定子繞組每相阻抗為|Z|，電源電壓為U1，則采用△連接直接起動時的線電流為 采用Y連接降壓起動時， 每相繞組的線電流為 則 　 （1-5） 由式（1-5）可以看出，采用Y-△降壓起動時，起動電流比直接起動時下降了1/3。電磁轉矩與電源電壓的平方成正比，由于電源電壓下降了，所以起動轉矩也減小了1/3。 以上分析表明，

20、這種起動方法確實使電動機的起動電流減小了，但起動轉矩也下降了，因此，這種起動方法是以犧牲起動轉矩來減小起動電流的，只適用于允許輕載或空載起動的場合。 (2)自耦變壓器降壓起動 這種起動方法是指起動時，定子繞組接三相自耦變壓器的低壓輸出端，起動完畢后，切掉自耦變壓器并將定子繞組直接接上三相交流電源，使電動機在額定電壓下穩(wěn)定運行。 1.3.2 三相異步電動機的制動 　 三相異步電動機脫離電源之后，由于慣性，電動機要經(jīng)過一定的時間后才會慢慢停下來, 但有些生產(chǎn)機械要求能迅速而準確地停車，那么就要求對電動機進行制動控制。電動機的制動方法可以分為兩大類：機械制動和電氣制動。機械制動一般

21、利用電磁抱閘的方法來實現(xiàn)；電氣制動一般有能耗制動、反接制動和回饋發(fā)電制動三種方法。 1.能耗制動 正常運行時，將QS閉合，電動機接三相交流電源起動運行。制動時，將QS斷開，切斷交流電源的連接，并將直流電源引入電機的V、W兩相，在電機內(nèi)部形成固定的磁場。電動機由于慣性仍然順時針旋轉，則轉子繞阻作切割磁力線的運動，依據(jù)右手螺旋法則，轉子繞組中將產(chǎn)生感應電流。又根據(jù)左手定則可以判斷，電動機的轉子將受到一個與其運動方向相反的電磁力的作用，由于該力矩與運動方向相反，稱為制動力矩，該力矩使得電動機很快停轉。制動過程中，電動機的動能全部轉化成電能消耗在轉子回路中，會引起電機發(fā)熱，所以一般需要在制動回路

22、串聯(lián)一個大電阻，以減小制動電流。這種制動方法的特點是制動平穩(wěn)，沖擊小，耗能小，但需要直流電源，且制動時間較長，一般多用于起重提升設備及機床等生產(chǎn)機械中。 2.反接制動 反接制動是指制動時，改變定子繞組任意兩相的相序，使得電動機的旋轉磁場換向，反向磁場與原來慣性旋轉的轉子之間相互作用，產(chǎn)生一個與轉子轉向相反的電磁轉矩，迫使電動機的轉速迅速下降，當轉速接近零時，切斷電機的電源，如圖1-6所示。顯然反接制動比能耗制動所用的時間要短。 (a) 接線圖； (b) 原理圖 圖1-6反接制動示意圖 正常運行時，接通KM1，電動機加順序電源U—V—W起動運行。需要制動時，接通KM2， 從圖

23、可以看出，電動機的定子繞組接逆序電源V—U—W，該電源產(chǎn)生一個反向的旋轉磁場，由于慣性，電動機仍然順時針旋轉，這時轉子感應電流的方向按右手螺旋法則可以判斷，再根據(jù)左手定則判斷轉子的受力F。顯然，轉子會受到一個與其運動方向相反，而與新旋轉磁場方向相同的制動力矩，使得電機的轉速迅速降低。當轉速接近零時，應切斷反接電源，否則，電動機會反方向起動。反接制動的優(yōu)點是制動時間短，操作簡單，但反接制動時，由于形成了反向磁場，所以使得轉子的相對轉速遠大于同步轉速，轉差率大大增大，轉子繞組中的感應電流很大，能耗也較大。為限制電流，一般在制動回路中串入大電阻。另外，反接制動時，制動轉矩較大，會對生產(chǎn)機械造成一定的

24、機械沖擊，影響加工精度，通常用于一些頻繁正反轉且功率小于10 kW的小型生產(chǎn)機械中。 3.回饋發(fā)電制動 回饋發(fā)電制動是指電動機轉向不變的情況下，由于某種原因，使得電動機的轉速大于同步轉速，比如在起重機械下放重物、電動機車下坡時，都會出現(xiàn)這種情況，這時重物拖動轉子，轉速大于同步轉速，轉子相對于旋轉磁場改變運動方向，轉子感應電動勢及轉子電流也反向，于是轉子受到制動力矩，使得重物勻速下降。此過程中電動機將勢能轉換為電能回饋給電網(wǎng)，所以稱為回饋發(fā)電制動。

25、 第二章 PLC基礎 2.1 PLC的定義 可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 2.2 PLC與繼電器控制的區(qū)別 1.控制方式 繼電器的控制是采用硬件接線實現(xiàn)的，是利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。 2.控制

26、速度 繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機械觸點有抖動現(xiàn)象。PLC是由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴格同步，無抖動。 3.延時控制 繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作實現(xiàn)延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時間困難。 PLC用半導體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時間方便，不受環(huán)境影響。 2.3 PLC的工作原理 當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速

27、度重復執(zhí)行上述三個階段。 (一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后

28、右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果

29、使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (三) 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。 2.4 PLC的應用分類 　 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。　　 1.開關量的邏輯控

30、制　　這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、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)過程當中，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。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制?！　? 3.運動控制　PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早

31、期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合?！　? 4.過程控制　過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。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用。　　 5.

32、數(shù)據(jù)處理　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、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，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。　　 6.通信及聯(lián)網(wǎng)　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具

33、有通信接口，通信非常方便。 第三章 總體設計 3.1 系統(tǒng)結構 三相異步電動機根據(jù)工作要求不同，主要進行降壓啟動、正反轉、自動循環(huán)、制動、變速等不同控制，該設計要求把對電動機的上述控制采用PLC控制來實現(xiàn)，使系統(tǒng)的性能更完善。我們國家的標準電壓是380V和220V兩種制式，生產(chǎn)廠家也是按這個標準化技術生產(chǎn)的你們公司定做的，一定有其原因和內(nèi)行的專業(yè)技術人員指導的，理論上講是沒什么問題的，可以正常使用。設計功率大，實際使用功率小點，電動機起熱電流大是正常的。就像設計是十匹馬拉的車現(xiàn)在用八匹馬拉車，那每匹馬拉車的力就用的多一點。要想解決這個問題的辦法是提高電壓！結構原理框圖如下圖1所示

34、。 計算機 PLC可編程 控制器 轉 換 電 路 三相異 步電動機 三相異步電動機驅動器 圖1結構原理框圖 3.2 系統(tǒng)配置 在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據(jù)。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言

35、有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系。 選擇PLC機型應考慮兩個問題: （1） PLC的容量應為多大？ （2） 選擇什么公司的PLC及外設。本系統(tǒng)共包括12路開關量，7路模擬量選擇PLC時，應考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 目前，各個廠家生產(chǎn)的PLC其品種、規(guī)格及功能都各不相

36、同。由于本設計的需要我選擇了日本松下電工公司的FP系列PLC，既FP0。FP0是超小型PLC，之所以選擇松下公司生產(chǎn)的PLC，是因為其產(chǎn)品特點有以下三個特點： （1）豐富的指令系統(tǒng)，有將近200條指令。 （2）有強大通信功能。 （3）CPU處理速度快。 3.2.1三相異步電動機正反轉PLC控制線路圖 要求當按下正轉按鈕，電機連續(xù)正轉，此時反轉按鈕不起作用（互鎖），按下停止按鈕電機斷開電源，按下反轉按鈕電機連續(xù)反轉，正轉不起作用。圖2所示為三相異步電機的正反轉控制原理圖。主電路中，KM1的三個常開觸點控制電動機的正向運轉，KM2三個常開觸電控制電動機的反向運轉。為節(jié)省輸入點數(shù)，接線圖中

37、把熱繼電器FR的長閉觸電串聯(lián)于輸出電路中而未作為輸入信號處理。為避免接觸器的線圈斷電后觸電由于熔焊仍然接通情況下另一個接觸器得電吸合，在輸出電路中設置了接觸起輔助常閉觸電的互鎖三相異步電動機的工作原理應該是：當向三相定子繞組中通過入對稱的三相交流電時，就產(chǎn)生了一個以同步轉速n1沿定子和轉子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉的旋轉磁場。由于旋轉磁場以n1轉速旋轉，轉子導體開始時是靜止的，故轉子導體將切割定子旋轉磁場而產(chǎn)生感應電動勢（感應電動勢的方向用右手定則判定）。 輸入 輸出 SB3：X0 KM1：Y1 SB1：X1 KM2：Y2 SB2：X2

38、 SB1為正 SB2為反 KM1為正轉接觸線圈 KM2為反轉接觸線圈 三相異步電機的正反轉控制梯型圖如圖3采用了兩個自保電路的組合，并像繼電器控制一樣采用了Y0、Y1常閉觸電串于對方進行電器互鎖。為了能達到正反轉的直接轉換，將各自啟動按鈕對應的輸入繼電器的常閉觸電串于對方，進行按鈕互鎖。通過啟保電路以及正反轉電路可以看出，梯型圖電路和繼電器控制中的控制電路有很大的相似性，應為原理是一樣的，這也正是熟悉繼電器控制電路工程技術人員學習可編程控制器的原因。 圖2 三相

39、異步電機的正反轉控制原理圖 圖3 梯形圖 3.2.2三相異步電動機正反轉PLC控制的梯形圖、指令表 ?  將PLC聯(lián)上編程器并接通電源后，PLC電源指示燈亮，將編程器開關打到“PROGRAM”位置，這時PLC處于編程狀態(tài)。編程器顯示PASSWORD！這時依次按Clr鍵和Montr鍵，直至屏幕顯示地址號0000，這時即可輸入程序。 ??? 在輸入程序前，需清除存儲器中內(nèi)容，依次按Clr、Play/Set， Not，Rec/Reset和Montr鍵，即將全部程序清除。按照以上控制的梯形圖或程序指令將控制程序寫入PLC，當上述3部分程序輸入到PLC指令如下表1。 指令表1

40、 步序 指令 步序 指令 0 LD X1 6 OR Y2 1 OR Y1 7 ANI XO 2 ANI Y2 8 ANI Y1 3 ANI Y2

41、 9 OUT Y2 4 OUT Y1 10 END 5 LD X2 3.2.3相異步電動機的起、制動PLC控制 可編程序控制器是在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發(fā)的產(chǎn)品，自60年代末，美國首先研制和使用可編程控制器以后，世界各國特別是日本和聯(lián)邦德國也相繼開發(fā)了各自的PLC(programmable logic controller)，因此，與傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)相比較，筆者認為采用PLC實現(xiàn)

42、三項異步電動機起制動控制是最明智的選擇。下面就是設計的采用PLC實現(xiàn)的三項異步電動機起制動控制電路的接線圖、梯形圖和指令程序。 在繼電器控制的基本環(huán)節(jié)中，有這樣一個制動、連續(xù)控制依靠接觸器的自鎖觸點進行自鎖；點動時依靠復合式點動按鈕的常閉觸電斷開自鎖回路，隨后起常開觸電接通接觸器線圈，使接觸器通電閉合，此時盡管接觸器的輔助常開觸電也閉合，但并未起到自鎖作用，從而實現(xiàn)了起、制動控制。 起制動的原理圖如圖4所示：

43、 圖4

44、PLC控制的輸入輸出接線圖 PLC控制邏輯與傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)基本一致，其工作過程如下: 起動時，按下起動按鈕SB1,X0常開觸點閉合，Y0線圈接通并自鎖，KM1線圈接通主觸頭吸合，電動機串入限流電阻R開始起動，同時Y0的兩對常開觸點閉合，當電動機轉速上升到某一定值時，KS1的常開觸點閉合，X2常開觸點閉合，M1線圈接通并自鎖，M1的常開觸點接通Y2的線圈，KM3線圈有電主觸頭吸合，短接起動電阻，電機轉速上升至給定值時投入穩(wěn)定運行。制動時，按下停機按鈕SB2，X1常開觸點斷開Y0線圈，使KM1失電釋放，而Y0的常閉觸點接通Y1線圈，制動用的接觸器KM2線圈通電，對調(diào)兩相電源的相序，

45、電動機處于反接制動狀態(tài)。 I/O接口功能如下： 輸入 輸出 SB3：X0 KM1：Y1 SB1：X1 KM2：Y2 SB2：X2 SB1為正 SB2為反 KM1為正轉接觸線圈 KM2為起動接觸線圈 KM3為制動接觸線圈 運行的梯形圖如圖5所示： 圖5 梯形圖 與此同時，Y0的常開觸點斷開Y2的線圈，KM3失電釋放，串入電阻R限制制動電流。當電動機轉速迅速下降至某一定值時，

46、KS1常開觸點斷開，X2常開觸點斷開M1的線圈，M1的常開觸點斷開Y1線圈，KM2失電釋放，電動機很快停下來。過載時，熱繼電器FR常開觸點閉合，X3的兩對常閉觸點斷開Y0和M1的線圈，從而使KM1或KM2失電釋放，起到過載保護作用。 上述控制過程指令程序如下表2: 指令表 2 步序 指令 步序 指令 0 LD X1 9 LD Y0 1

47、 OR Y1 10 OR M1 2 ANI X0 11 AND X2 3 ANI X2 12 ANI X3 4 ANI X3 13 OUT M1 5 OUT Y1 14 LD M1 6 LD M1 15

48、 AND Y0 7 ANI X2 16 OUT Y2 8 OUT Y1 17 END 3.3 三相異步電動機的調(diào)速系統(tǒng)PLC控制 已知某三相異步電動機啟動和自動加速的繼電器控制線路，現(xiàn)用可編程控制器來實現(xiàn)。因為無意繼電器線路進行對應翻譯，我們知道啟動及自動加速的對應順序為KM1，KM2,KM3就足夠了。 共有啟動及停止兩個輸入信號，對應三個接觸器的三個輸出信號，三個接觸器在硬件上進行互鎖，從而得到控制電路圖6所示的PLC外部接線圖。在梯形圖中，用

49、Y0、Y1、Y2、中的任意兩個常閉觸點去互鎖另一個的線圈，以保證它們不會同時為ON。X1常閉觸點串于Y0、Y1、Y2的線圈回路中，以確保啟動后隨時可以停止。用定時器的常開觸點接通一個輔助繼電器，由此輔助繼電器的常閉觸點來斷開定時器線圈，由此輔助繼電器的常開觸點接通下一個線圈，以確保定時器能可靠啟動下一個電路。 I/O口控制功能如下： 輸入 輸出 SB3：X0 KM1：Y1 SB1：X1 KM2：Y2 SB2：X2 SB1為正 SB2為反 KM1為正轉接

50、觸線圈 KM2為反轉接觸線圈 控制電路如下圖6所示： 圖6 PLC控制電路圖 這就是三相異步電動機速度控制的PLC控制部分的電路圖，很自然的可以看出PLC怎么控制三相異步電動機的速度的，就是由按鈕SB1控制啟動，SB2控制停止，KM1、KM2、KM3線圈控制三相異步電動機的速度，F(xiàn)R控制電源部分。 工作過程簡述如下：點動SB1啟動按鈕，X0為ON，X1、M0、Y1、Y2為OFF，所以Y0為ON，電動機低速啟動運行；下個周期即使X0為OFF，Y0也能通過Y0常開觸點的閉合進行自保。Y0為ON的同時，T0進行計時，計夠6s后，T0常開觸點接通，Y1

51、常閉觸點處于閉合狀態(tài)，所以這個周期M0為ON，但這個周期M0常開觸點閉合并不能使Y1為ON，因為這個周期Y0常閉觸點是斷開的。下個周期，M0常閉觸點并聯(lián)M0的常開觸點的斷開使Y0、T0為OFF，這個周期T0常開觸點斷開，如果不給T0的常開觸點并聯(lián)M0的常開觸點，則這個周期M0為OFF，從而M0常開觸點不能啟動Y1、T1，所以M0的自保觸點很重要，它確保這個周期里M0扔為ON，而這個周期Y0的常閉觸點已經(jīng)閉合，結果能使Y1、T1為ON，電動機轉入中速運行。緊接著下個周期里，Y1的常閉觸點斷開，使M0為OFF，但Y1已能夠利用自己的常開觸點自保了。中 速轉入高速的情況與上述類同，在此不再分析。

52、 控制梯形圖如下圖7所示： 低速 K60 中速 K90 高速 圖7 梯形圖 如果將T0線圈和M0常閉觸點與Y0線圈的串聯(lián)進行并聯(lián)，則與T0常開觸點并聯(lián)的M0自保觸點可以省略了。M1自保觸點也是一樣的情況。 總電路圖如下圖8： L1 L2 L3 圖8 總電路圖 三相異步電動機改變電壓是不會改變轉速的,常用的就是改變磁極對數(shù).改變?nèi)嚯娫吹念l率.改變轉差率,上面兩種都常見的調(diào)速方法.改變磁極對數(shù)要看電機是否合適,如里是二極的電機就不

53、能改了,再一個就是改變后它的輸出功率也會相應改變的,不是無級變速的.改變電源的頻率就要用變頻器,但是可以在一定范圍的無級調(diào)速.改變轉差率使用范圍會小點,只用在較大功率的繞線電機上,中小電機的轉子是不繞線的,改變轉子感生電動勢的頻率就改變了電動機的轉速.另外最簡單的辦法就是把電動機換成滑差電機,就可以無級調(diào)速了,由于在調(diào)速過程中,電機轉速不變,這樣輸出轉速可以調(diào)的很低對電機也沒有影響。 三相異步電動機速度控制在這里是由PLC控制的，下面是控制部分的指令表3： 指令表 3 步序 指令 步序 指令

54、 0 LD X1 9 LD Y0 1 OR Y1 10 OR X1 2 ANI X0 11 AND X2 3 ANI X2 12 ANI X3 4 ANI X3 13 OUT X1 5

55、 OUT Y1 14 LD X1 6 LD X1 15 AND Y0 7 ANI X2 16 OUT Y2 8 OUT Y1 17 END 3.4 三相異步電動機使用PLC控制優(yōu)點 本次設計就對三相異步電動機的正反轉、制動、調(diào)速等系統(tǒng)進行了設計，還有

56、其它的像降壓啟動和自動循環(huán)控制在這里我就不在設計，主電路都是一樣的，就控制電路有一點小差異。使用PLC控制三相異步電動機有很多好處的：不宜老化、設備簡單、結構合理、便于控制、價格便宜等。三相異步電動機要旋轉起來的先決條件是具有一個旋轉磁場，三相異步電動機的定子繞組就是用來產(chǎn)生旋轉磁場的。 我們知道，但相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，三相異步電動機定子中的三個繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當在定子繞組中通入三相電源時，定子繞組就會產(chǎn)生一個旋轉磁場。電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉一周，即旋轉磁場的旋轉速度與電流的變化是同步的。旋轉磁場的轉速為：n=60f/P 式中

57、f為電源頻率、P是磁場的磁極對數(shù)、n的單位是：每分鐘轉數(shù)。根據(jù)此式我們知道，電動機的轉速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有關。用PLC控制三相異步電動機也需要對電動機的屬性和旋轉方式有所了解，這樣才能控制好三相異步電動機的方向和特性，不至于使用不當使電動機損壞，電動機的頻率一定要符合要求。 3.5系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試分幾種情況： 硬件調(diào)試：接通電源，檢查可編程序控制器能否正常工作，接頭是否接觸良好。 軟件調(diào)試：按要求輸入梯形圖，檢查后編譯通過，在線工作后把程序寫入可編程序控制器的程序存儲區(qū)。 運行調(diào)試：在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試正確的基礎上，使PLC進入運行狀態(tài)，觀察運行情況，看是否能夠實現(xiàn)正反轉、

58、快速、中速、慢速、單步、定步控制。 根據(jù)以上調(diào)試情況，此電機控制系統(tǒng)設計符合控制要求。 通過調(diào)試找出問題的所在，相應的修改程序。在編程過程中難免會有不足之處，因此通過調(diào)試，再修改程序可以更好實現(xiàn)相應的功能。例如原來我用PO1、PO2、PO3來控制電機運行的快速、中速、慢速，發(fā)現(xiàn)按鈕不能自鎖，后來通過20.00、20.01、20.02三個中間繼電器，并補充了一些程序實現(xiàn)了自鎖功能。 第四章 結束語 本文設計和制作了三相異步電動機的PLC控制系統(tǒng)，該電路主要以性能穩(wěn)定、簡單實用為目的，整體制

59、作符合要求。 通過概述使大家充分了解了該控制系統(tǒng)的原理與功能。從摘要和引言部分概要介紹了其可靠性和實用性。第二部分介紹了總體設計方案的要求；第三部分介紹三相異步電動機的PLC控制的設計原理，從對三相異步電動機的PLC控制現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)了存在許多問題，通過對系統(tǒng)的檢測來判斷程序的是否可用，并且從數(shù)學的角度分析了PLC與三相異步電動機控制的關系；第四部分詳細介紹三相異步電動機的PLC控制電路設計原理與各單元電路的設計，從系統(tǒng)原理的角度得出系統(tǒng)分為模擬和數(shù)字兩部分；第五部分介紹了軟件設計。 通過本次電路的設計，我對三相異步電動機的PLC控制系統(tǒng)原理有了進一步的了解，在三相異步電動機的PLC控制分析中

60、PLC產(chǎn)生了濃厚的興趣，提高了科學的分析和運用能力，由于本人水平有限，因此對其中的原理和實際操作方法有待深入的學習研究和提高。文中有不足之處懇請各位老師加以指導，本學生衷心感謝。 時光如梭，轉眼之間四年的學習生活在這次畢業(yè)設計后將畫上圓滿的句號。在這四年中，河南科技學院的各位領導、老師和同學對我的學習給予了很大的支持和幫助，我在這里不僅體會到了學習的樂趣，而且也感受到了集體給我的關懷，在此謹對各位表示衷心的感謝。 在本次設計中我不僅受到指導老師的學風、師德的熏陶，而且他的學識和風范、關懷和教誨，將成為我永遠的精神動力，并相信這在我的人生中將會受益匪淺，同時也使自己的理論學習和實際聯(lián)系得更加

61、緊密。也更加端正了自己的工作作風和學習態(tài)度，以及工作中的持之以恒的精神。 另外，在我設計期間，同組同學也給了我很多的幫助，在此我也向他們表達我真誠的謝意。 參考文獻 [1]凌云.PS7219顯示驅動器及其在PLC中的應用.湖南冶金職業(yè)技術學院報，2003 [2]張桂香.電氣控制與PLC應用.化學工業(yè)出版社，2003 [3]王成福.PLC在多路溫度采集顯示系統(tǒng)中的應用.電子技術，2003 [3]張桂苓.淺談現(xiàn)代PLC的優(yōu)勢特點.電子技術，2003 [5]李丹，楊素英.可編程序控制器通用數(shù)據(jù)采集方法的研究.大連理工學報，2001 [6]齊曉慧,董海瑞.自動控

62、制原理虛擬實驗研究[J]．中國教育教學雜志，2006 [7]劉曉燕.自動控制原理課程教改探索[J]．重慶職業(yè)技術學院學報，2006 [8]羅建軍.MATLAB教程［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2005 [9]龔其春，葉騫.新型氣體泄漏超聲檢測系統(tǒng)的研究與設計[J].電子技術應2005 [10]邱水紅,甘仲民自適應數(shù)字波束形成的抗干擾新技術［J］.電信快報,1999 [11]朱近康.面向新一代移動通信的智能移動通信技術［J］.電子學報,1999 [12]謝顯中.第三代移動通信系統(tǒng)技術與實現(xiàn)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004 [13]肖杰,荊雷.智能天線在移動通信中的應用［J］.郵電設計技術，2004 [14]李釗,韋瑋.第四代移動通信中的多天線技術［J］.移動通信，2005 23