基于PLC低壓配電實(shí)訓(xùn)屏電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于plc低壓配電實(shí)訓(xùn)屏電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：針對plc新技術(shù)廣泛而深入應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn) 各行業(yè)的大趨勢，結(jié)合學(xué)生電工、維修電工基本技能實(shí)訓(xùn)需 求，對電工實(shí)訓(xùn)低壓配電屏電機(jī)控制系統(tǒng)，完成基于plc技 術(shù)的二次設(shè)計(jì)和改造，分析和闡述plc引入的步驟、具體設(shè) 計(jì)實(shí)例及預(yù)期效果。abstract： according to the trend that the plc new technology is widely and deeply applied into modern industrial production , combining students， electrician , ma

2、intenance electrician basic skill training needs, the paper makes the secondary design and transformation based on plc technology of low-voltage distribution screen motor control system in the electrician practice, analyzes and discusses plc introduction steps, specific design examples and expected

3、effect.關(guān)鍵詞：plc；實(shí)訓(xùn)屏；電機(jī)控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)key words: plc； training screen； motor control system； design中圖分類號：g71文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：1006-4311(2012) 36-0205-020引言plc作為先進(jìn)的、應(yīng)用最廣的工業(yè)控制器已風(fēng)靡全球， 而三相異步電動機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)和民用生活 中。plc在三相異步電動機(jī)控制中的應(yīng)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(qiáng)、功能完 善等優(yōu)點(diǎn)，plc能夠?yàn)樽詣踊刂茟?yīng)用提供安全可靠和比較 完善的解決方案，適合當(dāng)前工業(yè)對自動化控制的需求。因此

4、 在現(xiàn)代工控領(lǐng)域扮演著舉足輕重的角色。低壓配電屏電機(jī)控制安裝實(shí)訓(xùn)是我校電氣、熱動主 干專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課程電工工藝實(shí)訓(xùn)的核心模塊。 它體現(xiàn)了電工技術(shù)的綜合性、現(xiàn)代性和現(xiàn)場性，對高職學(xué)生 的專業(yè)電工知識學(xué)習(xí)和電工、維修電工基本技能的提升有極 其重要的意義?；趐lc的電機(jī)控制在工控領(lǐng)域廣泛應(yīng)用， 有必要對現(xiàn)有的低壓配電電機(jī)控制實(shí)訓(xùn)屏進(jìn)行二次設(shè)計(jì)和 改進(jìn)，在電工技能模塊基礎(chǔ)上，引入plc模塊，采用plc少 量開關(guān)量邏輯控制指令方便實(shí)現(xiàn)繼電器電機(jī)控制功能。實(shí)現(xiàn) 模塊化設(shè)計(jì)，單元式組合，可視性強(qiáng)，為學(xué)生搭建一個(gè)實(shí)用 的、開放式電工工藝實(shí)訓(xùn)平臺，構(gòu)筑一座從學(xué)校（基礎(chǔ)理論） 走向社會（工程實(shí)踐）的橋梁。

5、1可編程控制器plc結(jié)構(gòu)與工作原理1. 1 plc的結(jié)構(gòu)plc的種類有很多種，每一種plc在功 能和指令系統(tǒng)上都不一樣，但是，每一種plc的結(jié)構(gòu)和工作 的原理都是一樣的。plc通常都是由主機(jī)、輸入/輸出接口、 電源、編程器擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口這幾部分構(gòu)成的。1.2plc的工作原理“順序掃描，不斷循環(huán)”是plc的 主要的工作方式，而每一項(xiàng)工作的周期，都會經(jīng)歷三個(gè)階段, 這三個(gè)階段就是：輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新。首先，在輸入采樣的階段，plc會通過掃描，并且按照 順序讀入全部的暫時(shí)存在于輸入鎖存器內(nèi)的輸入端子的通 斷狀態(tài)或者輸入的數(shù)據(jù)，然后在對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中寫 入。其次，是程序的執(zhí)行

6、，要掃描執(zhí)行每一條指令，掃描的 順序要按照用戶程序指令存放的先后順序進(jìn)行，程序執(zhí)行的 結(jié)果同樣也要寫入輸出狀態(tài)寄存器，它的內(nèi)容隨著程序的執(zhí) 行也會發(fā)生改變。最后，是輸出的刷新，在全部的指令都執(zhí) 行完之后，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)會送到輸出鎖存器 中，然后經(jīng)過繼電器和晶閘管輸出，并將相應(yīng)的輸出設(shè)備驅(qū) 動起來，進(jìn)入工作狀態(tài)。1.3plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟分析被控對象。分析被 控對象的內(nèi)容主要是針對工藝的過程和工作特點(diǎn)，要對被控 對象的機(jī)、電之間的配合進(jìn)行詳細(xì)的了解，并要明確出plc 控制系統(tǒng)在工作中需要達(dá)到的要求。確定輸入/輸出設(shè)備。 系統(tǒng)的輸入設(shè)備，比如按鈕、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等，以及 系統(tǒng)輸出

7、設(shè)備，比如接觸器、電磁閥、信號指示燈等，在系 統(tǒng)中具有重要的作用，要根據(jù)系統(tǒng)控制的需求，合理確定需 要的輸入和輸出設(shè)備。據(jù)此確定plc的i/o點(diǎn)數(shù)。選擇plc。 包括plc的機(jī)型、容量、i/o模塊、電源的選擇。分配i/o 點(diǎn)。分配plc的i/o點(diǎn)，畫出plc的i/o端子與輸入/輸出 設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)表。設(shè)計(jì)軟件及硬件。進(jìn)行plc軟件 設(shè)計(jì)，完成控制柜（臺）等硬件設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工。聯(lián)機(jī)調(diào) 試及整理技術(shù)文件。2基于plc的觸點(diǎn)互鎖電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例2. 1觸點(diǎn)互鎖電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)控制要求按啟動按 鈕sb1,電動機(jī)作星形連接啟動，電機(jī)正轉(zhuǎn)；按啟動按鈕sb2, 電動機(jī)作星形連接啟動，電機(jī)反轉(zhuǎn)

8、；在電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，反轉(zhuǎn)按 鈕sb2被屏蔽，在電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，反轉(zhuǎn)按鈕sb1被屏蔽；如需 正反轉(zhuǎn)切換，應(yīng)首先按下停止按鈕sb3,使電機(jī)處于停止工 作狀態(tài)，方可對其做旋轉(zhuǎn)方向切換。2.2 plc及電源的選擇2. 2. 1 plc選用三菱fx系列plc其中包括cpu模塊、 數(shù)字量i/o模塊、模擬量i/o模塊、通信模塊）和繼電器 組成plc控制單元；包括按鈕控制部分（開關(guān)量輸入）和外 部傳感器等（模擬量輸入）接口單元?？梢姡到y(tǒng)的各控制 信號或輸入信號均是“開關(guān)量”或“模擬量”。2. 2.2配置電源控制單元（輸入ac 2 2 0 v；輸出ac 0 v2 5 0 v ；交流可調(diào)電源及dc 5 v/dc 1 2

9、 v/dc 24 v各1路（由模塊電源組建）；另配置1臺直流穩(wěn)壓電源（0 v5 0 v可調(diào)），電源控制單元要有漏電及過流、 過載等保護(hù)裝置。2. 3控制系統(tǒng)i/o分配表及i/o接線圖（表1及圖1）。2.4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)將plc連上編程器并接通電源 后，plc電源指示燈亮，將編程器開關(guān)打至“program”位置, 這時(shí)plc處于編程狀態(tài)。編程器顯示password!這時(shí)依次按 ctrl鍵和montr鍵，直至屏幕顯示地址號0000,這時(shí)即可 輸入程序。但在輸入程序前，還需清除存儲器中內(nèi)容，按照以上控 制的梯形圖或程序指令將控制程序?qū)懭雙lc。程序輸入到plc 指令如表2o2.5控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)依

10、據(jù)plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟, 完成plc系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)后，便進(jìn)入以控制柜（低壓配電屏） 等硬件設(shè)計(jì)階段。基于plc的特點(diǎn)，控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)與硬 件設(shè)計(jì)也可并行實(shí)施。2.5. 1電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制低壓配電實(shí)訓(xùn)屏plc硬件組成 plc （fx系列）將一個(gè)微處理器、一個(gè)集成電源和數(shù)字量i/o 點(diǎn)集成在一個(gè)緊湊的封裝中，從而形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的微 型plco cpu負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲數(shù)據(jù)，以便對控制系統(tǒng)或 過程進(jìn)行控制。輸入和輸出時(shí)系統(tǒng)的控制點(diǎn)：輸入部分從現(xiàn) 場設(shè)備中（傳感器或開關(guān)）采集信號，輸出部分則控制電機(jī)、 指示燈以及控制過程中的其他設(shè)備。電源向cpu及所連接的 任何模塊提供電力支持。通信端口用于連接

11、cpu與上位機(jī)或 其他設(shè)備。狀態(tài)信號燈顯示了 cpu工作模式，本機(jī)i/o的當(dāng) 前狀態(tài)，以及檢查出的系統(tǒng)錯(cuò)誤。2. 5.2控制系統(tǒng)故障預(yù)設(shè)實(shí)訓(xùn)屏控制系統(tǒng)故障預(yù)設(shè)， 若采用計(jì)算機(jī)模擬程序控制，改造成本高，而利用開關(guān)控制, 能達(dá)到同樣效果，且成本較低。因此，在實(shí)訓(xùn)屏上另加置一 故障預(yù)設(shè)模板，模板上由多個(gè)開關(guān)組成，各開關(guān)串聯(lián)在電路 中即可完成對電機(jī)各種控制線路的故障設(shè)置，且具有多種故 障組合。技能考核前，考評員只需操作開關(guān)即可設(shè)置故障， 考核中考生先通電觀察故障現(xiàn)象，隨后斷電，用表計(jì)判斷故 障并排除故障，然后通電驗(yàn)收，最后斷電，拆線完成考核。 結(jié)束后，考評員只需很短時(shí)間操作開關(guān)就可復(fù)位設(shè)置故障。 于是

12、又能進(jìn)行下一輪考核?？刂葡到y(tǒng)故障預(yù)設(shè)模板靈活、方 便、快捷，又避免了故障現(xiàn)象過于直觀，保證電工、維修電 工考核的公平、公正和高效。2. 5.3控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)屏模塊間輔助配置設(shè)計(jì)與控制系 統(tǒng)實(shí)訓(xùn)屏配套的機(jī)架和模板，要求統(tǒng)一規(guī)格和尺寸，合理布 局，便于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和方便實(shí)用。實(shí)訓(xùn)元器件采用導(dǎo)軌和機(jī)架 固定（開放式安裝于屏柜），既便于組裝和拆卸，又便于學(xué) 生識別和測試元件及其參數(shù)；一個(gè)機(jī)架與不同的模板搭配可 以完成不同的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。每一單元都有各自的輸入和輸出接 口單元，均采用接線端子排，便于接線方便互連；輸入與輸 出、信號與電源都要分開，避免相互干擾。惟有如此，才能 保證控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)屏具有良好的擴(kuò)展性，緊

13、跟工控領(lǐng)域的發(fā) 展進(jìn)行各實(shí)訓(xùn)單元的更改或擴(kuò)展；實(shí)訓(xùn)內(nèi)容豐富，選擇靈活, 這樣對于學(xué)生實(shí)訓(xùn)就有很大的選擇性和針對性；開放式設(shè) 計(jì)，使學(xué)生對元器件看得見、摸得著，既方便認(rèn)識實(shí)物又便 于參數(shù)測試和功能觀測。3設(shè)計(jì)改進(jìn)后的預(yù)期效果充實(shí)和豐富了電工工藝實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，將電工最基本器件（繼電器、接觸器、斷路器、變壓器、開關(guān)、按鈕等）與工 控控制單元（plc控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸與通信模塊等）以及 電工測量工具儀表（電壓表、電流表等）很好地結(jié)合，實(shí)施 模塊化設(shè)計(jì)，單元式組合，可視性好；學(xué)生通過動手，真正 把書本中的圖形符號和器件實(shí)物結(jié)合起來，根據(jù)自己的設(shè)計(jì) 去控制或操縱任意器件，激發(fā)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)和創(chuàng)新熱情；在電 工實(shí)訓(xùn)中把知識、技能融入到工程實(shí)踐中，使學(xué)生真正能夠 學(xué)有所用，用為