基于PLC電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）課 題：基于PLC電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名： 專 業(yè)： 電機(jī)與電器班 級(jí)： 11電 機(jī)03 指導(dǎo)老師： 時(shí) 間：2013年10月25日摘 要可編程序控制器（PLC）是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)化控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、通用的自動(dòng)控制裝置。它具有功能強(qiáng)，可靠性高，操作靈活，編程簡(jiǎn)單一級(jí)適合于工業(yè)環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)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(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控

2、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，交流電機(jī)。目 錄II摘 要II目 錄III第一章 緒 論21.1計(jì)研究背景及意義21.2 PLC的發(fā)展趨勢(shì)31.3 電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)5第二章 三相異步電動(dòng)機(jī)72.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)72.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理92.2.1 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)原理92.2.2 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生92.2.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理10第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案113.1 總體設(shè)計(jì)方案113.1.1 設(shè)計(jì)目的113.1.2 控制要求113.1.3 設(shè)計(jì)要求113.2 硬件設(shè)計(jì)123.2.1 硬件選型 、 參數(shù)133.2.2 PLC的

3、選擇133.2.3 PLC的介紹及特點(diǎn)143.3 軟件設(shè)計(jì)183.3.1 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配183.3.2 系統(tǒng)工作流程框圖18第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)PLC控制204.1 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)PLC控制線路圖204.2 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)PLC控制的程序22總 結(jié)24致 謝25參考文獻(xiàn)26第一章 緒 論1.1計(jì)研究背景及意義可編程序控制器（PLC）是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)化控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、通用的自動(dòng)控制裝置。它具有功能強(qiáng)，可靠性高，操作靈活，編程簡(jiǎn)單一級(jí)適合于工業(yè)環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)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

4、為現(xiàn)在工業(yè)控制的三大支柱之一。三相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用幾乎涵蓋了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活各個(gè)領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，三相異步電動(dòng)機(jī)常常運(yùn)行在惡劣的環(huán)境下，導(dǎo)致產(chǎn)生過流、短路、斷相、絕緣老化等事故。對(duì)于應(yīng)用于大型工業(yè)設(shè)備重要場(chǎng)合高壓電動(dòng)機(jī)、大功率電動(dòng)機(jī)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(xué)研究和其他產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，電氣控制技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。在機(jī)械設(shè)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。本系列的控制是采用PLC的編程語言梯形語言，梯形語言是在可編程控制器中的應(yīng)用最廣的語言，因?yàn)樗诶^電器的基礎(chǔ)上加進(jìn)了許多功能、使用靈活的指令，使邏輯關(guān)系清晰直觀，編程容易，可讀性強(qiáng)，所實(shí)現(xiàn)的功

5、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(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它是專為在惡劣工作環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制，定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)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(jī)械或生產(chǎn)過程。 本文設(shè)計(jì)了三相異步電動(dòng)機(jī)的PLC控制電路，該電路主要以性能穩(wěn)定、簡(jiǎn)單實(shí)用為目的。1.2 PLC的發(fā)展趨勢(shì)長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，由于計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)

6、和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，極大的推動(dòng)了PLC的發(fā)展，使的PLC的功能日益增強(qiáng)。PLC是一種固態(tài)電子裝置，它利用已存入的程序來控制機(jī)器的運(yùn)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(hào)和接受輸入信號(hào)。由于PLC綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)，所以它發(fā)展日新月異，大大超出其出現(xiàn)時(shí)的技術(shù)水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)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(luò)時(shí)代的到來，擴(kuò)大了PLC的功能，使其具有很強(qiáng)的的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。它的

7、發(fā)展趨勢(shì)主要向幾個(gè)方面發(fā)展： 1向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能指標(biāo) 。在存儲(chǔ)容量方面，有的PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤。2向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展當(dāng)前中小型PLC比較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展?，F(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)。  小型PLC

8、由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場(chǎng)需要已開發(fā)了各種簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC，最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為816點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要，如三菱公司系列PLC。 3PLC大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力  為數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶CPU和存儲(chǔ)器的智能I/O模塊，既擴(kuò)展了PLC功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。加強(qiáng)PLC聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是PLC技術(shù)進(jìn)步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是PLC與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用

9、通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力，PLC生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PLC已成為集散控制系統(tǒng)（DCS）不可缺少的重要組成部分。 4增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力     根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。前二項(xiàng)共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、處理；而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。因此，PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。 5

10、編程語言多樣化  在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。1.3 電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代化裝備向電機(jī)工業(yè)踢出各種各樣高性能要求，如軍事準(zhǔn)備要求提供給各種高性能信號(hào)電機(jī)，移動(dòng)電站，自動(dòng)化裝備用伺服系統(tǒng)及電機(jī)，航空航天用高性能，高可靠性永磁電機(jī)，花錢設(shè)備用高調(diào)速精度變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)，數(shù)控機(jī)床，加工中心，機(jī)器人用高調(diào)速比稀土永磁伺服電

11、機(jī)，計(jì)算機(jī)用高精度擺動(dòng)電機(jī)及主軸電機(jī)等等。電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載千變?nèi)f化，如果全部采用通用型電動(dòng)機(jī)在某些情況下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)很不合理，因此國外大力發(fā)展專用電動(dòng)機(jī)，專用電機(jī)約占總產(chǎn)量的80%，通用機(jī)占20%。而我國恰恰相反，專用電機(jī)只占20%，通用型電機(jī)占80%。專用電機(jī)是根據(jù)不同負(fù)載特性專門設(shè)計(jì)的，如油田用抽油機(jī)專用稀土永磁電機(jī)，節(jié)電率高達(dá)20%。國外提高電動(dòng)機(jī)效率的主要途徑是通過對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加銅鋁電工鋼板等有效材料用量，降低繞組損耗和鐵耗，采用較好的磁性材料和工藝，以降低鐵耗；合理設(shè)計(jì)通風(fēng)結(jié)構(gòu)和選用高性能軸承，降低機(jī)械損耗；通過改進(jìn)設(shè)計(jì)和工藝，降低雜散損耗，國外已開發(fā)出高效異步電動(dòng)機(jī)。根

12、據(jù)我國國情，高性能的稀土永磁材料以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，釹鐵硼的產(chǎn)量現(xiàn)已居世界第一位，釹鐵硼的價(jià)格也趨向合理。所以發(fā)展永磁同步電動(dòng)機(jī)是新世紀(jì)電機(jī)工業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一。此外，國外微電機(jī)主要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是：產(chǎn)品向高性能，小體積方向發(fā)展；直流微電機(jī)向永磁化和無刷話方向發(fā)展；控制類微電機(jī)向高性能和組合化方向發(fā)展；生產(chǎn)技術(shù)向集約化，柔軟化，自動(dòng)化方向發(fā)展；測(cè)試技術(shù)向高級(jí)自動(dòng)化發(fā)展。當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)中最有發(fā)展前景的當(dāng)屬混合式步進(jìn)電機(jī)，而混合式步進(jìn)電機(jī)又向一下四個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：發(fā)展趨勢(shì)之一，是繼續(xù)沿著小型化放方向發(fā)展。隨著步進(jìn)電機(jī)本身應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬以及各類整機(jī)的不斷小型化，要求與之配套的電動(dòng)機(jī)也必須越來越小，如ESCAP公司

13、研制出外徑僅10mm的步進(jìn)電機(jī)。發(fā)展趨勢(shì)之二，是改圓形電機(jī)為方形電機(jī)。由于電機(jī)采用方型結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)子有可能設(shè)計(jì)得比圓形大，因而其力矩體積比將大為提高。同樣座機(jī)號(hào)的電機(jī)，方形的力矩比圓形的將提高30%40%。發(fā)展趨勢(shì)之三，對(duì)電機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器，減速齒輪等和電機(jī)本體綜合設(shè)計(jì)在一起，這樣使起能方便地組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，因而具有更加優(yōu)越的控制性能。發(fā)展趨勢(shì)之四，向五相隔三相電機(jī)方向發(fā)展。目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電機(jī)，其振動(dòng)和噪聲較大，而五相和三相電機(jī)具有優(yōu)勢(shì)性。而就這兩種電機(jī)而言，五相電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路比三相電動(dòng)機(jī)精密而且復(fù)雜，因此三相電機(jī)系統(tǒng)的價(jià)格比五相電機(jī)更低一些。綜上所述，型電機(jī)正在

14、向高效化 .專業(yè)化 . 集成化的方向發(fā)展，市場(chǎng)前景非常廣闊。 第二章 三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機(jī)。電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機(jī)，而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備叫做電動(dòng)機(jī)。 在生產(chǎn)上主要用的是交流電動(dòng)機(jī)，特別三相異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛地用來驅(qū)動(dòng)各種金屬切削機(jī)床、起重機(jī)、鍛壓機(jī)、傳送帶、鑄造機(jī)械、功率不大的通風(fēng)機(jī)及水泵等。 對(duì)于各種電動(dòng)機(jī)我們應(yīng)該了解下列幾個(gè)方面的問題：（1）基本構(gòu)造；（2）工作原理；（3）表示轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的機(jī)械特性；（4）起動(dòng)、

15、調(diào)速及制動(dòng) 的基本原理和基本方法（5）應(yīng)用場(chǎng)合和如何正確使用。 2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 三相異步電動(dòng)機(jī)由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個(gè)重要部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間由氣隙分開。下圖為三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。 （a） 外形圖； (b) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1. 定子 定子由定子鐵心、定子繞組、機(jī)座和端蓋等組成。機(jī)座的主要作用是用來支撐電機(jī)各部件，因此應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)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，如圖下圖所示；2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心由厚度為0.5mm的

16、，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉(zhuǎn)子三相繞組。轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式： 鼠籠式 - 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。 繞線式 - 繞線式異步電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)軸上加機(jī)械負(fù)載其中鼠籠式電動(dòng)機(jī)由于構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應(yīng)用得最廣泛的一種電動(dòng)機(jī)。 為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動(dòng)機(jī)的空氣隙約在0.21.0mm之間。2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理2.2.1 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 當(dāng)在異步鼠籠式電動(dòng)機(jī)的定子繞組上加上三相交流電時(shí)，在電機(jī)中將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速由定子電壓的頻率及電動(dòng)機(jī)極數(shù)所決定。磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，位于該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中的

17、轉(zhuǎn)子導(dǎo)條將切割磁力線，并在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流，而此感應(yīng)電流又受到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生電磁力，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，輸出動(dòng)能。2.2.2 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 設(shè)將定子三相繞組聯(lián)成星形接法，三相繞組的首端u1、v1、w1分別與三相交流電的相線a、b、c相連接。為了討論方便，選定交流電在正半周時(shí)，電流從繞組的首端流入，從末端流出；反之，在負(fù)半周時(shí)，電流流向相反。定子繞組在三相交流電不同相位時(shí)合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)t=0°時(shí)，a相電流為零；b相電流為負(fù)值，電流由v2端流進(jìn)，v1端流出；c相電流為正，電流從w1端流進(jìn)，w2端流出，根據(jù)右手螺旋法則，可以判定出此時(shí)定子三相繞組電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)

18、方向。當(dāng)t=90°時(shí)，此時(shí)a相電流為正，電流由u1端流入，u2端流出；b相為負(fù)，電流由v2端流進(jìn)，v1端流出；c相為負(fù)，電流從w2端流入，w1端流出，這一時(shí)刻合成磁場(chǎng)方向已順時(shí)針方向在空間轉(zhuǎn)過了90°.同理可分別得出t=180°、 t=270°和t=360°時(shí)定子三相繞組電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)方向，t=360°時(shí)與t=0°時(shí)的合成磁場(chǎng)方向相同。 由此可見，電流變化一個(gè)周期，合成磁場(chǎng)在空間也旋轉(zhuǎn)了一周。電流繼續(xù)變化，磁場(chǎng)也不斷地旋轉(zhuǎn)。從上述分析可知，三相電流通過定子繞組所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)，是隨電流的交變而在空間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。這種旋轉(zhuǎn)磁

19、場(chǎng)與蹄形磁鐵在空間旋轉(zhuǎn)所起的作用是相同的。 2.2.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)理論分析可知，如果定子對(duì)稱三相繞組被施以對(duì)稱的三相電壓，就有對(duì)稱的三相電流流過，并且會(huì)在電機(jī)的氣隙中形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1稱為同步轉(zhuǎn)速，它與電網(wǎng)的頻率f1及電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p的關(guān)系為： n1=60 f1/p 轉(zhuǎn)向與三相繞組的排列以及三相電流的相序有關(guān)，圖中U、V、W相以順時(shí)針方向排列，當(dāng)定子繞組中通人U、V、W相序的三相電流時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為順時(shí)針轉(zhuǎn)向。由于轉(zhuǎn)子是靜止的，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體因切割定子磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因轉(zhuǎn)子繞組自身閉合，轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)便有電流流通。轉(zhuǎn)子有功

20、電流與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同相位，其方向可由"右手發(fā)電機(jī)定則"確定。載有有功分量電流的轉(zhuǎn)子繞組在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，將產(chǎn)生電磁力F，其方向由"左手電動(dòng)機(jī)定則"確定。電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成一個(gè)電磁轉(zhuǎn)距，其作用方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向一致，拖著轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，將輸入的電能變成旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。如果電動(dòng)機(jī)軸上帶有機(jī)械負(fù)載，則機(jī)械負(fù)載隨著電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)對(duì)機(jī)械負(fù)載做了功。 綜上分析可知,三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的基本工作原理是： （1） 三相對(duì)稱繞組中通人三相對(duì)稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 （2） 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流；（3） 轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到

21、電磁力的作用，從而形成電磁轉(zhuǎn)距，驅(qū)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1 總體設(shè)計(jì)方案3.1.1 設(shè)計(jì)目的 1. 學(xué)會(huì)用PLC控制主電路實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，達(dá)到綜合應(yīng)用PLC的目的；2. 學(xué)會(huì)用CAD制圖；3. 學(xué)會(huì)用PLC FX2N編程軟件，通過編寫的程序，完成對(duì)主電路的控制；4. 學(xué)會(huì)整理并制作課程設(shè)計(jì)報(bào)告，為畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告做準(zhǔn)備。3.1.2 控制要求三相異步電動(dòng)機(jī)具有反接制動(dòng)電阻的可逆運(yùn)行反接制動(dòng)控制。3.1.3 設(shè)計(jì)要求 1. 控制系統(tǒng)采用PLC來實(shí)現(xiàn)； 2. 提供短路、過載、聯(lián)鎖等保護(hù)措施； 3. 具有緊急停車功能。3.2 硬件設(shè)計(jì) 如圖下圖所示，系統(tǒng)通過三菱FX2N可控制器及按

22、鈕來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，同時(shí)通過人機(jī)界面來進(jìn)行監(jiān)視與調(diào)節(jié)，從而達(dá)到電動(dòng)機(jī)可靠、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。 圖3-1為系統(tǒng)硬件方框圖3.2.1 硬件選型 、 參數(shù) 表3-1系統(tǒng)原件表3.2.2 PLC的選擇 此設(shè)計(jì)選擇的PLC是三菱公司的產(chǎn)品FX2N的PLC 圖3-2 FX2N系列PLC3.2.3 PLC的介紹及特點(diǎn)（一）PLC的特點(diǎn)1. 編程簡(jiǎn)單，使用方便 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其符號(hào)與繼電器電路原理圖相似。有繼電器電路基礎(chǔ)的電氣技術(shù)人員只要很短的時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂.2. 控制靈活，程序可變，具有很好的柔性可編程序控制器產(chǎn)

23、品采用模塊化形式，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，不用改變硬件，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化，具有很好的柔性。3. 功能強(qiáng)，擴(kuò)充方便，性能價(jià)格比高可編程序控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。如果元件不夠，只要加上需要的擴(kuò)展單元即可，擴(kuò)充非常方便。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。4. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

24、及施工的工作量少，維修方便 可編程序控制器的配線與其它控制系統(tǒng)的配線比較少得多，故可以省下大量的配線，減少大量的安裝接線時(shí)間，開關(guān)柜體積縮小，節(jié)省大量的費(fèi)用。可編程序控制器有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力、可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。一般可用接線端子連接外部接線。可編程序控制器的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能，便于迅速地排除故障。5. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 可編程序控制器是為現(xiàn)場(chǎng)工作設(shè)計(jì)的，采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，硬件措施如屏蔽、濾波、電源調(diào)整與保護(hù)、隔離、后備電池等，例如，三菱公司的FX2N系列PLC內(nèi)部EEPROM中，儲(chǔ)存用戶原程序和預(yù)設(shè)值在一個(gè)較長時(shí)間段（190小時(shí)），所

25、有中間數(shù)據(jù)可以通過一個(gè)超級(jí)電容器保持，如果選配電池模塊，可以確保停電后中間數(shù)據(jù)能保存200天。軟件措施如故障檢測(cè)、信息保護(hù)和恢復(fù)、警戒時(shí)鐘，加強(qiáng)對(duì)程序的檢測(cè)和校驗(yàn)。從而提高了系統(tǒng)抗干擾能力，平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，可編程序控制器已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。6. 體積小、重量輕、能耗低.（二）該P(yáng)LC的PLC的工作原理： 圖3-3 PLC的基本工作，模式當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述

26、三個(gè)階段。1. 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(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)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(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。2. 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(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路

27、進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)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(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)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(jié)果會(huì)對(duì)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(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)

28、。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。3.輸出刷新階段:當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)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(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。（三）PLC的基本結(jié)構(gòu)可編程控制器（PLC）的主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成如圖下圖所示。 圖3-3 PLC的基本結(jié)構(gòu)1. CPU模塊 CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲(chǔ)器組成，在可編程控制器系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷

29、地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸。存儲(chǔ)器用來儲(chǔ)存程序和數(shù)據(jù)。2. I/O模塊 輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡(jiǎn)稱為I/O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用接收和采集輸入信號(hào)，輸入信號(hào)有兩類：一類是從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字拔碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等開關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)變化 的模擬量輸入/輸出信號(hào)電壓一般較高，如直流24V 和交流220V。從外部引入的尖銳電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使用權(quán)可編程控制器不能正常工作。在I/O模塊中，用

30、光電耦合器，光電可控硅、小型繼電器等器件來隔離外部輸入電路和負(fù)載，I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。3. 編程器 編程器除了用來輸入和編輯用戶程序外，還可以用來監(jiān)視可編程控制器運(yùn)行中各種編程元件的工作狀態(tài) 。 編程器可以永久地連接在可編程控制器上，將編程取下來后系統(tǒng)也可以運(yùn)行。一般只在程序邏輯輸入、調(diào)試和檢修時(shí)使用編程器，一臺(tái)編程器可供多臺(tái)編程序控制器公用。4. 電源 可編程控制器使用220V交流電源或24V直流電源?？删幊炭刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的電路供電，某些可編程控制器可以輸入電路和外部電子檢測(cè)裝置（如接近開關(guān)）提供24V真流電源，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直流電源一

31、般由用戶提供。3.3 軟件設(shè)計(jì)3.3.1 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配 表3-2 3.3.2 系統(tǒng)工作流程框圖 如圖系統(tǒng)的工作流程所示，按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SF2，使中間繼電器線圈帶電，通過中間繼電器使接觸器QA1線圈帶電常開觸點(diǎn)閉合，使定子繞組經(jīng)3個(gè)電阻接通正序三相電源，電動(dòng)機(jī)MA開始降壓?jiǎn)?dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)閉合，通過中間繼電器控制接觸器QA3線圈帶電，使其常開觸點(diǎn)閉合，于是三個(gè)電阻被短接，定子繞組直接加以額定電壓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速。在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，若按下停止按鈕SF1,則QA1、QA3線圈相繼斷電，由于此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性轉(zhuǎn)速仍然很高

32、，使速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)尚未復(fù)原，中間繼電器仍處于工作狀態(tài)，所以在接觸器QA1常閉觸點(diǎn)復(fù)位后，接觸器QA2線圈便通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使定子繞組經(jīng)3個(gè)電阻獲得反相序三相交流電源，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行反接制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于速度繼電器動(dòng)作值時(shí)，速度繼電器常開觸點(diǎn)復(fù)位，中間繼電器線圈掉電，接觸器QA2釋放，反接制動(dòng)過程結(jié)束。電動(dòng)機(jī)反向啟動(dòng)及制動(dòng)與正向相同。圖3-4系統(tǒng)工作流程框圖第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)PLC控制 4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)PLC控制線路圖 要求當(dāng)按下正轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)連續(xù)正轉(zhuǎn)，此時(shí)反轉(zhuǎn)按鈕不起作用（互鎖），按下停止按鈕電機(jī)斷開電源，按下反轉(zhuǎn)按鈕電機(jī)連續(xù)反轉(zhuǎn)，正

33、轉(zhuǎn)不起作用。圖4-1所示為三相異步電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制原理圖。主電路中，KM1的三個(gè)常開觸點(diǎn)控制電動(dòng)機(jī)的正向運(yùn)轉(zhuǎn)，KM2三個(gè)常開觸電控制電動(dòng)機(jī)的反向運(yùn)轉(zhuǎn)。為節(jié)省輸入點(diǎn)數(shù)，接線圖中把熱繼電器FR的長閉觸電串聯(lián)于輸出電路中而未作為輸入信號(hào)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(gè)接觸器得電吸合，在輸出電路中設(shè)臵了接觸起輔助常閉觸電的互鎖三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理應(yīng)該是：當(dāng)向三相定子繞組中通過入對(duì)稱的三相交流電時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體開始時(shí)是靜止的，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感

34、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用右手定則判定）。輸 入輸 出SB3X0KM1Y1SB1X1KM2Y2SB2X2SB1為正SB2為負(fù)KM1為正轉(zhuǎn)接觸線圈KM2為反轉(zhuǎn)接觸線圈 表4-1 三相異步電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制梯型圖4-1采用了兩個(gè)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(duì)方進(jìn)行電器互鎖。為了能達(dá)到正反轉(zhuǎn)的直接轉(zhuǎn)換，將各自啟動(dòng)按鈕對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常閉觸電串于對(duì)方，進(jìn)行按鈕互鎖。通過啟保電路以及正反轉(zhuǎn)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(yīng)為原理是一樣的，這也正是熟悉繼電器控制電路工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)可編程控制器的原因。 圖4-1 三相異步電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制原理圖 圖4-2 梯形圖4.2 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)PLC控制的程序 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(guān)打到 “PROGRAM”位臵，這時(shí)PLC處于編程狀態(tài)。編程器顯示PASSWORD！這時(shí)依次按Clr鍵和Montr鍵，直至屏幕顯示地址號(hào)0000，這時(shí)即可輸入程序。 在輸入程序前，需清除存儲(chǔ)器中內(nèi)