畢業(yè)設(shè)計（論文）基于PLC的電機(jī)控制系統(tǒng)

1、 ivt-rejx-50蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項目 2011 屆項目類別： 畢業(yè)設(shè)計 項目名稱： 基于plc的電機(jī)控制系統(tǒng) 專業(yè)名稱： 電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測 姓 名 ： 學(xué) 號 ： 班 級： 指導(dǎo)教師： 2011年5月15日 ivt-rejx-51蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項目任務(wù)書（個人表）系部： 畢業(yè)項目類別：畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)項目名稱：基于plc的電機(jī)控制系統(tǒng)校內(nèi)指導(dǎo)教師： 職稱：講師/工程師類別：專職校外指導(dǎo)教師： 職稱：經(jīng)理類別：兼職學(xué) 生： 專業(yè)：電子產(chǎn)品質(zhì) 量檢測班級： 1、畢業(yè)項目的主要任務(wù)及目標(biāo)任務(wù)：通過plc的方法，去代替手動操作三相異步電動機(jī)，提高工業(yè)發(fā)展。讓工業(yè)實(shí)現(xiàn)電氣自

2、動化目標(biāo)：完成一篇5000字以上（圖文混排a4）的論文。2、畢業(yè)項目的主要內(nèi)容 第一：plc工作原理第二：用plc來控制三相異步電動機(jī)的要求，端口配置，原理圖，梯形圖以及遇到的問題續(xù)表：3、主要參考文獻(xiàn) （若不需要參考文獻(xiàn)，可注明，但不要空白）1曹輝,霍罡.可編程序控制器系統(tǒng)原理及應(yīng)用m.北京:電子工業(yè)出版社20032曹輝,霍罡.可編程序控制器過程控制技術(shù)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社20063祁文釗,霍罡.cs/cj系統(tǒng)plc應(yīng)用基礎(chǔ)及案例m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社20064高欽和?？删幊绦蚩刂破鲬?yīng)用技術(shù)與設(shè)計實(shí)例m.北京:人民郵電出版社20045廖常初.plc編程及應(yīng)用m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社20

3、036陳在平,趙相賓.可編程序控制技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社20037王永華,王東云,宋寅卯,等.現(xiàn)代電氣及可編程序控制技術(shù)m.北京航空航天大學(xué)出版社20028楊公源.可編程控制器(plc)原理與應(yīng)用m.北京:電子工業(yè)出版社20049駱德漢.可編程控制器與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)m.北京:科學(xué)出版社20054、進(jìn)度安排畢業(yè)項目各階段任務(wù)起止日期1畢業(yè)項目題目確定2011/01/152011/01/172畢業(yè)項目資料搜集2011/01/172011/03/313畢業(yè)項目初稿完成2011/04/012011/04/204畢業(yè)項目初次修改2011/04/212011/04/315畢業(yè)項目再次修改

4、并定稿2011/05/012011/05/056. 畢業(yè)項目答辯準(zhǔn)備2011/05/062011/05/147. 答辯2011/05/22注： 此表在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下填寫。誠 信 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)項目報告/論文 基于plc的電機(jī)控制系統(tǒng) 是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立研究、寫作的成果。論文中所引用是他人的無論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人獨(dú)自承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日 摘 要可編程序控制器（plc）是綜合了計算機(jī)技術(shù)，自動化控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、通用的自動控制裝置。它具有功能強(qiáng)，可靠性高，操作靈活，編程簡單一級適合

5、于工業(yè)環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)自動化，過程控制，機(jī)電一體化，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造等方面的應(yīng)用越來越廣泛，已成為現(xiàn)在工業(yè)控制的三大支柱之一。plc應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，在工業(yè)控制的眾多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用；特別是在機(jī)車電氣控制系統(tǒng)中大量運(yùn)用。為此我通過課堂上所學(xué)，采用plc對三相異步電動機(jī)進(jìn)行控制。此舉措不僅方便操作而且在電氣系統(tǒng)運(yùn)行可靠性有了顯著提高。關(guān)鍵詞：plc，電機(jī)控制，異步電機(jī)目 錄1 plc的發(fā)展背景12 plc的研究現(xiàn)狀22.1 國外研究現(xiàn)狀22.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀33 電機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)53.1 plc的選擇及工作原理53.2 交流異步電機(jī)93.3 交流接觸器113.4 光耦電路114

6、 電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計124.1 控制要求124.2 i/o分配134.3 梯形圖設(shè)計134.4 接線設(shè)計154.6 系統(tǒng)調(diào)試155 總結(jié)17參 考 文 獻(xiàn)19致 謝201 plc的發(fā)展背景在plc發(fā)明之前，在工業(yè)控制的順序控制領(lǐng)域內(nèi)，常常采用諸如繼電器、鼓式開關(guān)、紙帶閱讀器等機(jī)械、電氣式器件作為控制元件，尤其是控制繼電器，在離散制造過程控制領(lǐng)域內(nèi)，成為“開關(guān)控制系統(tǒng)”中最廣泛使用的器件。但是，隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模越來越大，勞動生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量的要求在不斷提高，對于控制系統(tǒng)的可靠性也提出了更高的要求，原有“繼電器控制系統(tǒng)”已不適應(yīng)需要，究其原因是： 動作緩慢；壽命短、可靠性差；體積大、

7、耗電多；設(shè)計制造周期長、程序修改費(fèi)時；不能實(shí)現(xiàn)與計算機(jī)對話。到20世紀(jì)60年代，由于美國汽車工業(yè)需要進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)改造和設(shè)備更新，由傳統(tǒng)的繼電器控制裝置來進(jìn)行控制，不僅體積龐大、故障率高、柔性差、不靈活、耗能，而且調(diào)試?yán)щy，可靠性也差。雖然小型計算機(jī)已日趨完善，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，但小型計算機(jī)用于開關(guān)控制系統(tǒng)，又顯然存在著“大馬拉小車”的情況，這是由于小型計算機(jī)的特點(diǎn)決定的：編程復(fù)雜，要求有較高水平的編程人員和操作人員； 需要配套非標(biāo)準(zhǔn)的外部接口，對環(huán)境和現(xiàn)場條件的要求過高； 功能過剩，機(jī)器資源未能充分利用；造價高昂。需要與可能性，促使人們尋求新的出路，plc應(yīng)運(yùn)而生。1968年美國通用汽

8、車公司提出使用新一代控制器的設(shè)想，從用戶的角度考慮，該公司對新一代控制器提了10點(diǎn)要求，為各大公司提供了明確的開發(fā)目標(biāo)。第二年（1969年），美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置pdp-14，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程控制器。這時的plc用固態(tài)（集成）電路來代替繼電器邏輯電路，用存儲器電路中的存儲數(shù)位（程序）來代替繼電器系統(tǒng)的布線，以程序來規(guī)定邏輯關(guān)系；用固態(tài)i/ o電路來檢測按鈕和限位開關(guān)的信號，給出輸出以控制電機(jī)和其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這時的plc系統(tǒng)已開始具有如下一些特點(diǎn)：環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，可以使用于車間現(xiàn)場；有較高的可靠性和診斷 能力，維修容易；基本能

9、適應(yīng)不同的制造過程所需，柔性度有 了較大提高，只要改變系統(tǒng)中的程序即可改變控制“邏輯”，而無需改造或更換控制硬件等。差不多同時，美國modicon公司也研制出084控制器。它們的問世，引起了全世界的矚目，美國的其他公司和西歐、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，也相繼研究開發(fā)出類似的產(chǎn)品。第一代可編程控制器最早是用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯計算、計時、計數(shù)以及順序控制等，而且只能進(jìn)行開關(guān)量控制。所以第一代可編程控制器取名為可編程邏輯控制器，英文名稱為programmable logic controller，簡稱plc。后來，隨著電子科技之發(fā)展及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之需要，其控制功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制的

10、范疇，plc的功能也日益強(qiáng)大，在plc中加入了模擬量、位置控制及網(wǎng)路等功能，其名稱也就改為可編程控制器（programmable controller），稱pc。但pc易與個人計算機(jī)（personal computer）的簡稱pc產(chǎn)生混淆，所以使用plc這一簡稱，中文仍然稱“可編程控制器”。自1976年以來，微處理器開始引入plc領(lǐng)域，大大加強(qiáng)了plc的作用，使plc由簡單地代替繼電器電路，而發(fā)展為先 進(jìn)的控制裝置。當(dāng)今plc具有采集與處理大量數(shù)據(jù)、完成數(shù)學(xué)運(yùn)算、與其它智能器件通信的能力，以及具有先進(jìn)的人機(jī)對 話手段（如鍵盤、crt和語音對話），近年來由于現(xiàn)場總線理念的出現(xiàn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立，以

11、及產(chǎn)品的迅速發(fā)展，plc成為 現(xiàn)場總線的一個重要組成部分，進(jìn)一步擴(kuò)大了plc的應(yīng)用領(lǐng)域。由于plc同時提高了功能和柔性度，使其應(yīng)用迅速增長，并普及到許多其它離散零件制造工業(yè)領(lǐng)域。隨后又?jǐn)U展到與批量生產(chǎn)和連續(xù)生產(chǎn)過程有關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域。隨著cims(計算機(jī)集成制造系統(tǒng))的發(fā)展，plc當(dāng)前還被人們應(yīng)用于工廠通信網(wǎng)絡(luò)、柔性制造系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人到大型分散型控制系統(tǒng)，之中，與其它智能控制器和計算機(jī)系統(tǒng)一起成為計算機(jī)綜合控制系統(tǒng)中的重要組成部分，特別是單元級和工作站級。2 plc的研究現(xiàn)狀2.1 國外研究現(xiàn)狀在歐美等國家，軟plc已開始投入工業(yè)使用，而且市場份額每年都在增加，根據(jù)arc的調(diào)查和估計，1997年

12、全球的軟plc市場有3千6百萬美元，到2000年軟plc的市場達(dá)到了1億4千5百萬美元，2001年差不多又增長了一倍。目前，歐美等西方國家都把軟plc作為一個重點(diǎn)投資對象進(jìn)行研究開發(fā)。工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)開始使用軟plc產(chǎn)品，而且軟plc的市場需求量也在不斷的增長。典型的軟plc 應(yīng)用產(chǎn)品有：（1）softplc公司的softplc。softplc是基于pc的開放式控制軟件，具有開放的控制平臺，用戶能夠根據(jù)自己的需求來選擇硬件。支持用戶用梯形圖和c、c+、java等高級語言來編寫自己的程序。此外，softplc內(nèi)嵌web 和ftp 服務(wù)器，用戶可進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和監(jiān)控。（2）siemens公司的simat

13、ic winac。simatic winac是基于windows平臺的控制軟件，具有可視化人機(jī)界面，它將控制、數(shù)據(jù)處理、通信等技術(shù)集于一體，采用了ventru com司提供的實(shí)時操作系統(tǒng)作為windows nt的擴(kuò)展，具有“硬實(shí)時”的特性。（3）cj international公司的isagraf。isagraf能夠在多種操作系統(tǒng)下運(yùn)行，具有良好的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，包括數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)、在線調(diào)試、應(yīng)用程序下載以及支持運(yùn)行于多個目標(biāo)機(jī)上的控制程序間的通訊。除了上述典型產(chǎn)品外，還有許多自動化公司也推出了自己的產(chǎn)品，如wellspring solutions 公司的oa2control；德國kw

14、公司的multiprog；ge-fanuc公司的cimplicity；intellution公司的paradym-31；rockwell automation公司的softlogixtm5controller；beckhoff公司的twincat等等，它們在技術(shù)和應(yīng)用上都有各自的特點(diǎn)。2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀軟plc大約在1996年以后才被介紹到國內(nèi)來。目前國內(nèi)的一些工控方面的公司及研究機(jī)構(gòu)在這方面也開展了部分基礎(chǔ)技術(shù)研究工作，但起步較晚，現(xiàn)在還沒有一家公司或機(jī)構(gòu)可以推出比較完整的產(chǎn)品。國內(nèi)有一些著名的自動化軟件公司（如北京亞控自動化軟件科技有限公司）正在研究開發(fā)具有自主版權(quán)的中文軟plc產(chǎn)品，另

15、外也有一些自動化工程公司開始代理銷售這些商用化的軟plc產(chǎn)品。我國自行開發(fā)的dcs系統(tǒng)，如上海自儀公司的supmax- 800，選用法國cj international公司的符合iec61131-3的isagraf和美國的強(qiáng)實(shí)時操作系統(tǒng)vxworks。呂涌等開發(fā)的面向dcs控制組態(tài)軟件中包含一些軟plc功能，它只是dcs系統(tǒng)的一部分，不能獨(dú)立運(yùn)行。李左章等對軟plc技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，取得了一定的成果，其開發(fā)的數(shù)控內(nèi)嵌式plc具有軟plc的特點(diǎn)，但功能單一，不能作為獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行，且無聯(lián)網(wǎng)通訊能力。羅華麗等提出了一種基于開放式數(shù)控系統(tǒng)的嵌入式軟件plc子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，給出了一個軟件plc的結(jié)

16、構(gòu)模型，并對plc的梯形圖程序編程環(huán)境、梯形圖程序與語言程序的相互轉(zhuǎn)換、plc 程序執(zhí)行等軟件部件的設(shè)計和開發(fā)進(jìn)行了研究。游華云等研制了一種基于rt-linux實(shí)時操作系統(tǒng)的軟件plc，既可以作為一個獨(dú)立模塊和不同的cnc系統(tǒng)協(xié)同工作，也可以嵌入到數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行在同一臺計算機(jī)上，其實(shí)時性和可靠性己經(jīng)得到了驗證。黃延延等采用軟件組建的設(shè)計思想，將整個軟件劃分為幾個具有獨(dú)立功能的軟件模塊，模塊之間定義規(guī)范的接口，并基本實(shí)現(xiàn)了各模塊的功能，但整個系統(tǒng)的性能沒有介紹。大連理工大學(xué)在數(shù)控系統(tǒng)的軟plc技術(shù)方面進(jìn)行了研究和開發(fā)，由現(xiàn)代制造研究所研制的digit- 03mc等系列數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)置plc模塊已

17、經(jīng)在相關(guān)工程項目中得到了實(shí)際的應(yīng)用。陳佳等在理解軟plc系統(tǒng)的功能、組成和編程方法基礎(chǔ)上，基于iec61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)的編程規(guī)則，采用面向?qū)ο蟮乃枷?，設(shè)計出了一套完整易用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，給出了一種基于工業(yè)pc的軟plc設(shè)計方案并在vc 6.0環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。最后，通過實(shí)驗室被控對象驗證了方案的可行性。朱兆斌等人詳述了軟plc中梯形圖編輯界面的實(shí)現(xiàn)以及在梯形圖向指令表轉(zhuǎn)化過程中采用的方法：將梯形圖映射為aov有向圖，通過aov的拓?fù)渑判騺韺?shí)現(xiàn)最終的轉(zhuǎn)化。其中使用了十字鏈表作為aov有向圖的存儲結(jié)構(gòu)。王新華等配合在pc 機(jī)上運(yùn)行的自行研制的軟plc編輯開發(fā)系統(tǒng)，設(shè)計開發(fā)了軟plc編譯系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明

18、，開發(fā)的軟plc編譯系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)軟plc梯形圖與指令表程序的相互轉(zhuǎn)換，完成軟plc程序的文法設(shè)計和語法分析，并對軟plc程序的運(yùn)行指令做出正確解釋，使pc機(jī)完成相應(yīng)的控制功能。白艷艷等基于sercos的開放式數(shù)控系統(tǒng)為硬件平臺，構(gòu)建了軟plc的體系結(jié)構(gòu)，將plc 的掃描執(zhí)行轉(zhuǎn)化為編譯執(zhí)行，提高了plc的速度。此外陜西科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)、山東大學(xué)等學(xué)者也在plc軟件技術(shù)上進(jìn)行了一些研究。從總的研究情況來看，目前國內(nèi)軟plc的技術(shù)與國外相比，技術(shù)水平相差很大。3 電機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)3.1 plc的選擇及工作原理311 plc的選擇本系統(tǒng)采用歐姆龍公司cp1h系列plc。plc使幾點(diǎn)一體化設(shè)備

19、中的控制器，機(jī)電一體化理念強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中各個部分之間的配合與協(xié)調(diào)，其目標(biāo)是整體性能最佳cp1h系列plc正是為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而言之的一款小型一體機(jī)，并可擴(kuò)展cpm1a系列i/o單元和cj1系列高功能i/o單元及cpu總線單元。cp1h系列plc的特點(diǎn)是其內(nèi)置有四軸高速計數(shù)功能，四路模擬量輸出功能以及串行通信功能。plc專為工業(yè)場合設(shè)計，采用了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由cpu、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成。圖3.1為一典型plc結(jié)構(gòu)簡圖。圖3.1 plc的結(jié)構(gòu)簡圖1）中央處理單元中央處理單元（cpu）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。cpu的主要功能：從

20、存儲器中讀取指令執(zhí)行指令順序取指令處理中斷2）存儲器只讀存儲器rom隨即存儲器ram3）輸入輸出單元輸出接口電路通常plc的輸入類型可以是交流、直流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由plc內(nèi)部提供。圖3.2和圖3.3分別為一種型號plc的直流和交流輸入接口電路的電路圖，采用的是外接電源。圖3.2描述了一個輸入點(diǎn)的接口電路。其輸入電路的一次電路與二次電路用光耦合器相連，當(dāng)行程開關(guān)閉合時，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用于對外顯示，同時光耦合器中的發(fā)光管使三極管導(dǎo)通，信號進(jìn)入內(nèi)部電路，此輸入點(diǎn)對應(yīng)的位由0變?yōu)?，即輸入映像寄存器的對應(yīng)位由0變?yōu)?。圖3.2 直流輸入電路圖圖3.

21、3 交流輸入電路圖312 plc的工作原理：plc采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖3.4所示。圖3.4中當(dāng)plc方式開關(guān)置于run（運(yùn)行）時，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于stop（停止）時，不執(zhí)行后3個階段，此時可進(jìn)行通信處理，如對plc聯(lián)機(jī)或離線編程?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎胩幚怼?zhí)行用戶程序和輸出處理的原理如圖3.5所示。plc執(zhí)行的五個階段，稱為一個掃描周期，plc完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。plc作為一種特殊形式的計算機(jī)控制系統(tǒng)，是利用計算機(jī)技術(shù)對傳統(tǒng)的硬件邏輯控

22、制系統(tǒng)“繼電器控制”進(jìn)行“硬件軟化”的結(jié)果。但在運(yùn)行方式上，plc的軟件邏輯也與繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯存在根本區(qū)別。繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯采用的是并行的運(yùn)行方式，即如果一個繼電器的線圈通電或者放電，該繼電器的所有觸點(diǎn)都會立即同時動作；而plc的軟件邏輯是通過cpu逐行掃描執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，如果一個邏輯線圈被接通或者斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)并不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時才會動作。為了消除兩者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的這種差異，plc在程序運(yùn)行方式、輸入輸出操作、特殊功能模板等方面做了特別的考慮。1）循環(huán)掃描plc采用了一種不同于普通衛(wèi)星計算機(jī)的運(yùn)行方式循環(huán)掃描方式。因為繼電器控制中

23、各類觸點(diǎn)的動作時間一般超過100ms，因此只要plc運(yùn)行整個用戶程序的時間“掃描周期”小于100ms，其運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制就沒有什么差別。2）建立i/o映像區(qū)plc在輸入輸出操作上采用定時采樣、定時輸出的方式。即在一個掃描周期的固定時刻采樣所有的輸入點(diǎn)，采樣結(jié)果存入ram中一個區(qū)域（輸入映像區(qū)）。這樣在執(zhí)行程序時，所需的現(xiàn)場訊息全部從輸入映像中取用，不直接從現(xiàn)場取樣。同樣控制訊息輸出也不是采取生成一個就輸出一個的方法，而是將它們存放在ram中的一個區(qū)域（輸出映像區(qū)），掃描周期結(jié)束時在輸出映像區(qū)中控制訊息集中輸出。通過建立i/o映像區(qū)，是plc成為一個真正的數(shù)字采樣控制系統(tǒng)；雖然plc不可能想

24、繼電器控制那樣隨時根據(jù)現(xiàn)場輸入實(shí)時控制現(xiàn)場輸出狀態(tài)，但只要采樣周期足夠短，即采樣頻率足夠高，這樣的采樣系統(tǒng)應(yīng)該完全符合實(shí)際系統(tǒng)的需要。3）特殊功能模板由于plc在掃描周期方面限制了用戶程序的長度，這對于一般的數(shù)字量控制應(yīng)該不成問題。但實(shí)際的生產(chǎn)過程對plc提出了更多的要求：仿真量處理、死循環(huán)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、高速i/o等。對于模擬量輸入輸出以及簡單的控制，一般是利用plc的主cpu和一定的硬件支持，通過相應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)；其它情況由于牽涉到比較的計算量和cpu運(yùn)算時間，以及plc掃描周期的限制，一般采用自帶cpu的專用模板，由模板系統(tǒng)軟件完成相應(yīng)的控制任務(wù)。這樣，這些模板與plc主cpu并行工作，

25、兩者之間通過總線接口進(jìn)行聯(lián)系，主cpu定期向模板發(fā)送命令，模板也定期將自身的狀態(tài)訊息發(fā)送給cpu。綜合以上所述，在完成系統(tǒng)自身初始化以后，plc系統(tǒng)執(zhí)行用戶程序的循環(huán)掃描方式可分為三個階段：輸入掃描、程序掃描、輸出掃描。而計算量比較大或者響應(yīng)實(shí)時性比較高的應(yīng)用則由自帶cpu的專用模板和專用軟件來實(shí)現(xiàn)。圖3.4 工作原理圖圖3.5 程序執(zhí)行原理圖3.2 交流異步電機(jī)321 旋轉(zhuǎn)磁場（一）定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的原理 旋轉(zhuǎn)磁場：指磁場的軸線位置隨時間而旋轉(zhuǎn)的磁場。 在三相異步電動機(jī)的定子鐵心中放置三組結(jié)構(gòu)完全相同的繞組u1u2、v1v2、w1w2，各相繞組在空間互差120電角度，向這三相繞組中通入對稱的

26、三相交流電，則在定子與轉(zhuǎn)子的空氣隙中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。以兩極電機(jī)即2p=2為例說明，對稱的三相繞組u1u2、v1v2、w1w2假定為集中繞組，三相繞組接成星形，并通以三相對稱電流ia、ib、ic。如動畫演示所示。假定電流的瞬時值為正時是從各繞組的首端流入，末端流出。電流流入端用“”表示，電流流出端用“”表示。 wt=0時，ia=0； ib為負(fù)值，即ib由末端v2流入，首端v1流出； ic為正值，即ic由首端w1流入，末端w2流出。 電流流入端用“”表示，電流流出端用“” 表示。用右手螺旋定則可確定在wt=0瞬間由三相電流所產(chǎn)生的合成磁場方向，如動畫演示所示。 可見合成磁場是一對磁極，磁場方向與

27、縱軸線方向一致，上方是北極，下方是南極。wt= /2時，ia為正最大值，即ia由首端u1流入，末端u2流出；ib為負(fù)值，即ib由末端v2流入，首端v1流出；ic為負(fù)值，即ic由w2流入，w1流出。 可見合成磁場方向以較wt=0時按時針方向轉(zhuǎn)過90o。 同理可畫出wt= ，wt=3/2，wt= 2時的合成磁場，可看出磁場的方向逐步按順時針方向旋轉(zhuǎn)，共轉(zhuǎn)過360o，即旋轉(zhuǎn)一周。 綜上所述，在三相交流電動機(jī)定子上布置有結(jié)構(gòu)完全相同在空間位置各相差120o電角度的三相繞組，分別通入三相交流電，則在定子與轉(zhuǎn)子的空氣隙間所產(chǎn)生的合成磁場是沿定子內(nèi)圓旋轉(zhuǎn)的，故稱旋轉(zhuǎn)磁場。 （二）旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向 u相、v

28、相、w相繞組的電流分別為ia、ib、ic。 三相交流電的相序a b c。旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向為u相 v相 w相（順時針旋轉(zhuǎn)） 若 u相、v相、w相繞組的電流分別為ia、ic、ib（即任意調(diào)換電動機(jī)兩相繞組所接交流電源的相序）旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向為逆時針旋轉(zhuǎn)。綜上所述，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向決定于通入定子繞組中的三相交流電源的相序。只要任意調(diào)換電動機(jī)兩相繞組所接交流電源的相序，旋轉(zhuǎn)磁場即反轉(zhuǎn)。 （三）旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度 兩極三相異步電動機(jī)（即2p=2）定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)三相交流電變化一周后，其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場也正好旋轉(zhuǎn)一周。故在兩極電動機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速等于三相交流電的變化速度，即n1=60f1

29、=3000轉(zhuǎn)分。 四極三相異步電動機(jī)（即2p=4）定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)三相交流電變化一周后，其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場只旋轉(zhuǎn)了半圈。故在四極電動機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速等于三相交流電的變化速度的一半，即n1= 60 f1/2 =1500轉(zhuǎn)/分。綜上所述，當(dāng)三相異步電動機(jī)定子繞組為p 對磁極時，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為 n1 = 60f1/p 。式中 n1:旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速（又稱同步轉(zhuǎn)速），轉(zhuǎn)/分 f1:三相交流電源的頻率，赫； p:磁極對數(shù)。322 三項異步電動機(jī)的工作原理當(dāng)向三相定子繞組中通過入對稱的三項交流電時，就產(chǎn)生了一個以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。由于旋轉(zhuǎn)磁場以n1轉(zhuǎn)速旋

30、轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體開始時是靜止的，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（感應(yīng)電動勢的方向用右手定則判定）。由于導(dǎo)子導(dǎo)體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動勢的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動勢方向基本一致的感生電流。轉(zhuǎn)子的載流導(dǎo)體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子 沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。通過上述分析可以總結(jié)出電動機(jī)工作原理為：當(dāng)電動機(jī)的三項定子繞組（各相差120度電角度），通入三項交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電

31、機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。3.3 交流接觸器當(dāng)線圈通電時,靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力,將動鐵芯吸合,由于觸頭系統(tǒng)是與動鐵芯聯(lián)動的,因此動鐵芯帶動三條動觸片同時運(yùn)行,觸點(diǎn)閉合,從而接通電源。當(dāng)線圈斷電時,吸力消失, 動鐵芯聯(lián)動部分依靠彈簧的反作用力而分離,使主觸頭斷開,切斷電源流接觸器利用主接點(diǎn)來開閉電路，用輔助接點(diǎn)來執(zhí)行控制指令。 主接點(diǎn)一般只有常開接點(diǎn)，而輔助接點(diǎn)常有兩對具有常開和常閉功能的接點(diǎn)，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。 交流接觸器的接點(diǎn)，由銀鎢合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫?zé)g性。 交流接觸器的動作動力來源于交流電磁鐵，電

32、磁鐵由兩個“山”字形的幼硅鋼片疊成，其中一個固定，在上面套上線圈，工作電壓有多種供選擇。為了使磁力穩(wěn)定，鐵芯的吸合面，加上短路環(huán)。交流接觸器在失電后，依靠彈簧復(fù)位。另一半是活動鐵芯，構(gòu)造和固定鐵芯一樣，用以帶動主接點(diǎn)和輔助接點(diǎn)的開短。 20安培以上的接觸器加有滅弧罩，利用斷開電路時產(chǎn)生的電磁力，快速拉斷電弧，以保護(hù)接點(diǎn)。 交流接觸器制作為一個整體，外形和性能也在不斷提高，但是功能始終不變。無論技術(shù)的發(fā)展到什么程度，普通的交流接觸器還是有其重要的地位。3.4 光耦電路光隔離一種很常用的信號隔離形式。常用光耦電器件及其外圍電路組成。由于光耦電路簡單，在數(shù)字隔離電路或數(shù)據(jù)傳輸電路中常常用到。如uar

33、t協(xié)議的20ma電路環(huán)。對于模擬信號，光耦因為輸入輸出的線形較差，并且隨溫度變化較大，限制了其在模擬信號隔離的應(yīng)用。對于高頻交流模擬信號，變壓器隔離是最常用的選擇。但對于支流信號卻不適用。一些廠家提供隔離放大器作為模擬信號隔離的解決方案，如adi的ad202，能夠提供從直流到幾k的頻率內(nèi)提供0.125%的線性度，但是這種隔離器件內(nèi)部先進(jìn)行電壓-頻率轉(zhuǎn)換，對產(chǎn)生的交流信號進(jìn)行變壓器隔離，然后進(jìn)行頻率電壓轉(zhuǎn)換得到隔離效果。集成的隔離放大器內(nèi)部電路復(fù)雜，體積大，成本高，不適合大規(guī)模應(yīng)用。模擬信號隔離的一個比較好的選擇是使用線形光耦。線形光耦的隔離原理與普通光耦沒有差別，只是將普通光耦的單收模式稍加改

34、變，增加一個用于反饋的光接受電路用于反饋。這樣，雖然兩個光接受電路都是非線性的，但兩個光接受電路的非線性特性都是一樣的，這樣就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)線形隔離的目的。本系統(tǒng)中，滑塊經(jīng)過時，輸出一個低電平。給plc一個輸入信號。電路連接圖如下圖3.6所示：圖3.6 光耦電路連接電路4 電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1 控制要求用plc及接觸器等實(shí)現(xiàn)電動機(jī)順序啟動及星形-三角形降壓啟動的控制。圖4.1 三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)及y-啟動主控電路電機(jī)控制系統(tǒng)模型按以下要求動作：(1) 按下啟動鍵sb1，電機(jī)m1星型啟動，過5s后轉(zhuǎn)三角運(yùn)行，同時m2星型啟動，五秒后轉(zhuǎn)三角運(yùn)行。

35、(2) 按下停止鍵sb2，電機(jī)m2停止運(yùn)行，過5s后m1停止運(yùn)行。4.2 i/o分配i/o分配如下表1所示。表1 i/o分配表輸 入 點(diǎn)輸 出 點(diǎn)符號地址注釋符號地址注釋sb10.00起點(diǎn)按鈕km1100.07m1主接觸器sb20.01停止按鈕km4100.04形起動fr0.02過載保護(hù)觸電km3100.03y形起動km2100.02m2主接觸器km6100.06形起動km5100.05y形起動1） plc主機(jī)輸入的com接電源+24v，輸出的所有com接電源的com。2） 用下載線將算機(jī)的com口與plc主機(jī)的串口相連。打開plc電源，運(yùn)行編程軟件，打開實(shí)程序，設(shè)置好通信參數(shù)后下載程序到plc中。4.3 梯形圖設(shè)計本系統(tǒng)的梯形圖如下：4.4 接線設(shè)計圖4.2 接線圖4.6 系統(tǒng)調(diào)試1）將程序下載到plc，按下圖4.34.6依次進(jìn)行。圖4.3圖4.4圖4.5圖4.62）通電前檢測（如圖4.2.5）圖4.7 檢測5 總結(jié)通過這次論文的系統(tǒng)描述，我對plc有了更深一層次的認(rèn)識與體會。以前在學(xué)習(xí)他的時候認(rèn)為自己已經(jīng)熟悉plc了，但是當(dāng)我提起筆寫時才真正發(fā)現(xiàn)自己是眼高手低。如果想要了解plc 就必須從它的工作原理分析其工作過程，從工作過程中我們可以透徹的的懂得plc的組成部分。從plc的發(fā)展歷程知道plc的歷史也是蠻悠久的，所以必須花上一些時間來慢