1、江蘇省連云港工貿高等職業技術學校畢業論文標題 : PLC 三相異步電動機控制設計系 別機械系專 業 機電一體化學生姓名李保建學 號 082201342指導老師鄒旭光2012 年 4 月 16 日第一章PLC概述 31.1 PLC的產生 31.2 PLC的定義 41.3 PLC的特點及應用 41.4 PLC的基本結構 5第二章 三相異步電動機控制設計 82.1 電動機可逆運行控制電路 82.2 啟動時就星型接法30秒后轉為三角形運行直到停止反之亦然 102.3 . 三相異步電動機正反轉PLC控制的梯形圖、指令表 122.4 三相異步電動機正反轉PLC控制的工作原理 142.5 指令的介紹 14結

2、論 15致謝 17參 考 文獻 1823三相異步電動機控制設計摘 要 可編程控制器(PLC)是以微處理器為核心，將自動控制技術、計算機技術和通信技術融為一體而發展起來的嶄新的工業自動控制裝置。目前PLC已基本替代了傳統的繼電器控制而廣泛應用于工業控制的各個領域，PLC已躍居工業自動化三大支柱的首位。生產機械往往要求運動部件可以實現正反兩個方向的起動，這就要求拖動電動機能作正、反向旋轉。由電機原理可知，改變電動機三相電源的相序，就能改變電動機的轉向。按下正轉啟動按鈕SB1，電動機正轉運行，且KM1,KMY接通。2s 后 KMY斷開，KM 接通，即完成正轉啟動。按下停止按鈕SB2，電動機停止運行。

3、 按下反轉啟動按鈕SB3， 電動機反轉運行，且 KM2,KMY接通。2s 后 KMY斷開，KM 接通，即完成反轉啟動。關鍵詞： 梯形圖 PLC 指令表 設計引言 電磁控制的電動機叫滑差電機，又叫電磁調速異步電動機，它是一個普通電機聯軸一個滑差離合器，滑差離合器部分的轉子上饒有勵磁繞組，定子是由鋇磁鋼組成的磁極，它的調速控制是由一個滑差調速控制器來完成，里面是由開關電源輸出的0-90V 電壓控制勵磁繞組的。 在定子上繞有發電繞組，發出的三相電壓經過整流后送到滑差調速器進行速度檢測，然后調速器根據我們給出需要的速度，與反饋電壓進行對比，然后自動控制90V直流輸出，調整輸出轉速的。第一章PLC 概述

4、1.1 PLC 的產生1969年，美國數字設備公司(DEC)研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并應用于通 用 汽 車 公 司 的 生 產 線 上 。 當 時 叫 可 編 程 邏 輯 控 制 器PLC( Programmable LogicController ) ，目的是用來取代繼電器，以執行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能。緊接著，美國MODICON公司也開發出同名的控制器，1971 年，日本從美國引進了這項新技術，很快研制成了日本第一臺可編程控制器。1973 年，西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。隨著半導體技術，尤其是微處理器和微型計算機技術的發展，到70 年代中期以后，特別是

5、進入80 年代以來，PLC已廣泛地使用16 位甚至 32 位微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規模甚至超大規模的集成電路，使 PLC在概念、 設計、性能價格比以及應用方面都有了新的突破。這時的 PLC已不僅僅是邏輯判斷功能，還同時具有數據處理、PID 調節和數據通信功能，稱之為可編程序控制器( Programmable Controller )更為合適，簡稱為PC，但為了與個人計算機(Persona1 Computer )的簡稱PC相區別，一般仍將它簡稱為PLC( Programmable Logic Controller )1.2 PLC 的定義“可編程控制器是一

6、種數字運算操作的電子系統， 專為在工業環境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲和執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作命令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外圍設備，都按易于與工業系統聯成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。 ”可編程序控制器是應用面最廣、功能強大、使用方便的通用工業控制裝置，自研制成功開始使用以來，它已經成為了當代工業自動化的主要支柱之一。1.3 PLC 的特點及應用1） PLC 特點（ 1）編程簡單，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，其符號與繼電器電路原理圖相似。有繼電器

7、電路基礎的電氣技術人員只要很短的時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行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，不用改變硬件，方便快速地適應工藝條件的變化，具有很好的柔性。（ 3）功能強，擴充方便，性能價格比高可編程序控制器內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的邏輯判斷、數據處理、 PID

8、 調節和數據通信功能，可以實現非常復雜的控制功能。如果元件不夠，只要加上需 要的擴展單元即可，擴充非常方便。與相同功能的繼電器系統相比，具有很高的性能價格比。（ 4）控制系統設計及施工的工作量少，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間，開關柜體積縮小，節省大量的費用。可編程序控制器有較強的帶負載能力、可以直接驅動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，抗干擾能力強可編程序控制器是為現場工作設計的，采取了一系列硬件和軟件抗

9、干擾措施，硬件措施如屏蔽、濾波、電源調整與保護、隔離、后備電池等，例如，西門子公司S7-200 系列 PLC內部EEPROM中，儲存用戶原程序和預設值在一個較長時間段（190小時） ，所有中間數據可以通過一個超級電容器保持，如果選配電池模塊，可以確保停電后中間數據能保存200 天。軟件措施如故障檢測、信息保護和恢復、警戒時鐘，加強對程序的檢測和校驗。從而提高了系統抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，可編程序控制器已被廣大用戶公認為最可靠的工業控制設備之一。（ 6）體積小、重量輕、能耗低，是“機電一體化”特有的產品。2） PLC 應用目前， 可編程序

10、控制器已經廣泛地應用在各個工業部門。隨著其性能價格比的不斷提高，應用范圍還在不斷擴大，主要有以下幾個方面：（ 1） 邏輯控制可編程序控制器具有“與”、 “或”、 “非”等邏輯運算的能力，可以實現邏輯運算，用觸點和電路的串、并聯，代替繼電器進行組合邏輯控制，定時控制與順序邏輯控制。數字量邏輯控制可以用于單臺設備，也可以用于自動生產線，其應用領域最為普及，包括微電子、家電行業也有廣泛的應用。（ 2） 運動控制可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，或靈活運用指令，使運動控制與順序控制功能有機地結合在一起。隨著變頻器、電動機起動器的普遍使用，可編程序控制器可以與變頻器結合，運動控制功能更為強大，并廣泛

11、地用于各種機械，如金屬切削機床、裝配機械、機器人、電梯等場合。（ 3） 過程控制可編程序控制器可以接收溫度、壓力、 流量等連續變化的模擬量，通過模擬量I/0 模塊，實現模擬量（Analog） 和數字量（Digital） 之間的 A/D 轉換和 D/A 轉換，并對被控模擬量實行閉環PID（比例-積分 -微分）控制。現代的大中型可編程序控制器一般都有PID 閉環控制功能，此功能已經廣泛地應用于工業生產、加熱爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業。（ 4） 數據處理可編程序控制器具有數學運算、數據傳送、轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析和處理。這些數據可以

12、是運算的中間參考值，也可以通過通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們保存、打印。數據處理一般用于大型控制系統，如無人柔性制造系統，也可以用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。（ 5） 構建網絡控制可編程序控制器的通信包括主機與遠程I/0 之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、 可編程序控制器和其他智能控制設備（ 如計算機、變頻器 ） 之間的通信。可編程序控制器與其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統。當然， 并非所有的可編程序控制器都具有上述功能，用戶應根據系統的需要選擇可編程序控制器，這樣既能完成控制任務，又可節省資金。1.4 PLC

13、 的基本結構可編程序控制器簡稱為PLC（ Programmable Logic Controller ）主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。（如下圖一所示）圖一 PLC 控制系統示意圖可編程序控制器實際上是一種工業控制計算機，它的硬件結構與一般微機控制系統相似，甚至與之無異。可編程序控制器主要由CPU（中央處理單元）、存儲器（RAM和 EPRO）M、輸入 / 輸出模塊（簡稱I/O 模塊） 、編程器和電源五大部分組成。1） CPU 模塊CPU模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微機處理器（CPU）和存儲器組成。CPU的作用類似于人類的大腦和心臟。它采用掃描方式工作，每一次掃描要完

14、成以下工作：（ 1）輸入處理：將現場的開關量輸入信號和數據分別讀入輸入映像寄存器和數據寄存器。（ 2）程序執行：逐條讀入和解釋用戶程序，產生相應的控制信號去控制有關的電路，完成數據的存取、傳送和處理工作，并根據運算結果更新各有關寄存器的內容。（ 3）輸出處理：將輸出映像寄存器的內容送給輸出模塊，去控制外部負載。2） I/O 模塊I/O 模塊是系統的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。輸入信號有兩類：一類是從按鈕、選擇開關、數字開關、限位開關、接收開關、關電開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測速發電機、各種變送器提供的連

15、續變化的模擬量輸入信號。可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調節閥、調速裝置等執行器，可編程序控制器控制的另一類外部負載是指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等。CPU模塊的工作電壓一般是5V，而可編程序控制器的輸入/ 輸出信號電壓一般較高，如直流 24V 和交流220V。從外部引入的尖蜂電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使可編程序控制器不能正常工作，所以CPU模塊不能直接與外部輸入/輸出裝置相連。I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與噪聲隔離的作用。3） 編程器編程器除了用來輸入和編輯程序外，還可以用來監視可編程序控制器運行時梯形圖中各 種編程元件的工作狀態。編程器

16、可以永久地連續在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制器也可以運行。 一般只在程序輸入、調試階段和檢修時使用，一臺編程器可供多臺可編程序控制器公用。4）開關量I/O 模塊開關量模塊的輸入輸出信號僅有接通和斷開兩種狀態。電壓等級有直流5V， 12V， 24V，48V和交流110V， 220V等。輸入輸出電壓的允許范圍很寬，如某交流220V輸入模塊的允許低電壓為070V，高電壓為70256V，頻率為4763HZ。各 I/O 點的通 / 斷狀態用發光二極管或其它元件顯示在面板上，外部I/O 接線一般接在模塊的接線端子上，某些模塊使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部連線的情況下，可以迅速地

17、更換模。開關量I/O 模塊可能4， 8， 16， 32， 64點。直流輸入電路第二章三相異步電動機控制設計為了使電動機能夠正轉和反轉，可采用兩只接觸器KM1、 KM2換接電動機三相電源的相序，但兩個接觸器不能吸合，如果同時吸合將造成電源的短路事故，為了防止這種事故，在電路中應采取可靠的互鎖，上圖為采用按鈕和接觸器雙重互鎖的電動機正、反兩方向運行的控制電路。2.1 電動機可逆運行控制電路電動機可逆運行控制電路線路分析如下：（ 1） 正向啟動：1、合上空氣開關QF接通三相電源2、按下正向啟動按鈕SB3， KM1通電吸合并自鎖，主觸頭閉合接通電動機，電動機這時L1、 L2、 L3，即正向運行。（ 2

18、） 反向啟動：（ 3） 氣開關QF接通三相電源2、 按下反向啟動按鈕SB2， KM2通電吸合并通過輔助觸點自鎖，常開主觸頭閉合換接了L3、 L2、 L1，即反向運行。（ 3）互鎖環節：具有禁止功能在線路中起安全保護作用。1、 接觸器互鎖：KM1線圈回路串入KM2的常閉輔助觸點，KM2線圈回路串入KM1的常閉KM1線圈通電動作后，KM1的輔助常閉觸點斷開了KM2線圈回路，若使KM1得電吸合，必須先使KM2斷電釋放，其輔助常閉觸頭復位，這就防止了KM1、 KM2同時2、按鈕互鎖：在電路中采用了控制按鈕操作的正反傳控制電路，按鈕SB2、 SB3都具有KM1、 KM2線圈回路連接。例如按鈕SB2KM2

19、線圈串聯，而常閉觸點與接觸器KM1線圈回路串聯。按鈕SB3的常KM1線圈串聯，而常閉觸點壓KM2線圈回路串聯。這樣當按下SB2時只能有KM2的線圈可以通電而KM1斷電，按下SB3時只能有接觸器KM1 的線圈可以通電而KM2斷電，如果同時按下SB2和 SB3則兩只接觸器線圈都不能通電。這樣就起到了互鎖的作4）電動機的過載保護由熱繼電器FR完成。圖四電動機可逆運行控制電路的調試1、檢查主回路路的接線是否正確，為了保證兩個接觸器動作時能夠可靠調換電動機的2、檢查接線無誤后，通電試驗，通電試驗時為防止意外，應先將電動機的接線斷開。（ 5）故障現象預處理；1、不啟動；原因之一，檢查控制保險FU是否斷路，

20、熱繼電器FR接點是否用錯或接觸不良，SB1 按鈕的常閉接點是否不良。原因之二按紐互鎖的接線有誤。2、起動時接觸器“叭噠”就不吸了；這是因為接觸器的常閉接點互鎖接線有錯，將互鎖接點接成了自己鎖自己了，起動時常閉接點是通的接觸器線圈的電吸合，接觸器吸合后常閉接點又斷開，接觸器線圈又斷電釋放，釋放常閉接點又接通接觸器又吸合，接點又斷開，所以會出現“叭噠”接觸器不吸合的現象。3、不能夠自鎖一抬手接觸器就斷開，這是因為自鎖接點接線有誤。2.2 啟動時就星型接法30秒后轉為三角形運行直到停止反之亦然1用PLC實現 Y- 起動的可逆運行電動機控制電路。如圖1 所示，其控制要求如下：（1）按下正轉按鈕SB1，

21、電動機以Y- 方式正向起動，Y形聯結運行30s 后轉換為形運行。按下停止按鈕SB3，電動機停止運行。（2）按下反轉按鈕SB2，電動機以Y- 方式反向起動，Y形聯結運行30s 后轉換為形運行。按下停止按鈕SB3，電動機停止運行。圖五 Y- 起動的可逆運行電動機控制電路試列出 I/O 分配表、編寫梯形圖并上機運行調試。2用PLC實現電動機反接制動控制電路。如圖六所示，其工作原理如下：（ 1） 按下正向起動按鈕SB2，運行過程如下：中間繼電器KA1 線圈得電，KA1 常開觸點閉合并自鎖，同時正向接觸器KM1得電，主觸點閉合，電動機正向起動；在剛起動時未達到速度繼電器KV的動作轉速，常開觸點KS-Z

22、未閉合，中間繼電器KA3斷電，KM3也處于斷電狀態，因而電阻R 串在電路中限制起動電流；當轉速升高后，速度繼電器動作，常開觸點KS-Z 未閉合，KM3線圈得電，其主觸點短接電阻R，電動機起動結束。（ 2） 按下停止按鈕SB1， 運行過程如下：中間繼電器KA1 線圈失電，KA1 常開觸點斷開接觸器KM3線圈電路，電阻R再次串在電動機定子電路限制電流；同時，KM1線圈失電，切斷電動機三相電源；此時電動機轉速仍然較高，常開觸點KS-Z 仍閉合，中間繼電器KA3線圈也還處于得電狀態，在 KM1線圈失電的同時又使得KM2線圈得電，主觸點將電動機電源反接，電動機反接制動，定子電路一直串聯有電阻R以限制制動

23、電流；當轉速接近零時，速度繼電器常開觸點KS-Z斷開， KA3和 KM2線圈失電，制動過程結束，電動機停轉。（ 3） 按下反向起動按鈕SB3，運行過程如下：如果正處于正向運行狀態，反向按鈕SB3同時切斷KA1 和 KM1線圈；然后中間繼電器KA2線圈得電，KA2常開觸點閉合并實現自鎖，同時正向接觸器KM2得電，主觸點閉合，電動機反向起動；由于原來電動機處于正向運行，所以首先制動。制動結束后，反向速度在未達到速度繼電器KV的動作轉速時，常開觸點KS-F未閉合，中間繼電器KA4斷電，KM3也處于斷電狀態，因而電阻R仍串在電路中限制起動電流；當反向轉速升高后，速度繼電器動作，常開觸點KS-F 閉合，

24、KM3線圈得電，其主觸點短接電阻R，電動機反向起動結束。反向制動過程與正向制動過程類似。圖六 反接制動控制電路（ 4） 用 PLC實現圖七所示的三相繞線感應電動機串電阻繼電器接觸器控制電路。試列出 I/O 分配表、編寫梯形圖并上機運行調試。QSFU2圖七 三相繞線感應電動機串電阻起動電路(a) 主電路 (b) 控制電路2.3 . 三相異步電動機正反轉PLC控制的梯形圖、指令表三相異步電動機正反轉PLC控制I/O 端口分配表輸入電器輸入點輸出電器輸出點停止按鈕SB1X124V正轉接觸器KA1Y1正轉按鈕SB2X224V反轉接觸器KA2Y2反轉按鈕SB3X3380V正轉接觸器KM1熱繼電器觸點FR

25、1X0380V反轉接觸器KM2熱繼電器觸點FR2X4PLC控制的梯形圖、指令表三相異步電動機正反轉PLC控制2.4 三相異步電動機正反轉PLC控制的工作原理圖 1-3 和圖 1-4a I/O 接線圖中，SB為停機按鈕，SB1為正轉啟動按鈕，SB2為反轉啟動按鈕，KM1為正轉控制接觸器，KM2為反轉控制接觸器。繼電控制電路的工作分析不再贅述，PLC控制的工作過程，參照其I/O 接線圖和梯形圖，分析如下：(1) 正轉啟動過程點動SB1X2吸合A區 X2閉合 Y1 吸合 Y1 輸出觸點閉合KM1吸合電動機正轉 B 區 Y1 閉合自鎖Y1C區 Y1 分斷互鎖 Y2(2) 停機過程點動SB X1 吸合A

26、區 X1 分斷 Y1 釋放各器件復位電動機停止反轉啟動與停機過程，請讀者自行分析。圖 1-4c 的指令語句表，是用英文助記符描述梯形圖中各部件的連接關系和編程指令。常用助記符指令見表1-4 。2.5 指令的介紹表 1-4 PLC 編程常用指令分類助記符英文指令用途梯形圖常開觸點 連接指令LDLoad在左母線或副母線上加載常開觸點ANDAnd在電路右方串聯常開觸點OROr向上方電路并聯常開觸點派生 連接指令xxIInverse連接常閉觸點xxxPPulse連接上升沿瞬間通斷的邊沿觸點xxxFFall連接下降沿瞬間通斷的邊沿觸點觸點塊連接指令ANBAnd block在電路右方串聯觸點塊ORBOr

27、block向上方電路并聯觸點塊驅動指令OUTOutput由觸點的邏輯運算結果驅動線圈交替驅動ALTALTeration邊沿觸點控制該指令使繼電器交替 吸放置位與SETSetup使繼電器置位吸合并保持復位指令RSTReset使置位吸合的繼電器釋放復位區間復位ZRST使指定區間內的多個繼電釋放復位步進控制STLSetup line加載置位的步進接點，形成副母線指令RETReset撤銷副母線，恢復到左母線傳送和 轉換指令MOVMovability將元件中的BIN碼 （二進制數據）傳送到若干組其他元件（ 每組4 個 ）BCDBinaryCodeDecimal將元件中的BIN碼轉換成BCD碼傳送到若干組

28、其他元件（ 每組4 個 ）注： 1. 派生連接指令的xx 系指連接指令的兩位助記符簡寫；xxx 系指連接指令的兩位或者三位助記符全寫。2. 基本指令語句格式：助記符 元件 參數。如OUT T1 K50 ，意為驅動5s計時器 T1。3. 功能指令語句格式：助記符 源元件 目標元件。如BCD C1 K1Y0，意為將C1中的數據轉換成BCD碼，傳送到以Y0為首的 1 組 4 個元件中。4. 傳送和轉換指令的功能很多，在此沒有一一列舉。結束語畢業設計是專科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次比較完整的設計出可逆運行電動機的PLC控制，我擺脫了單純的理論知識學習狀態。通過實際設計相結合，鍛煉了我綜合運用所學的專業基礎知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規范以及電腦制圖等其他專業能力水平。通過這次畢業設計， 提高了我的意志力和品質力，提升了自己的忍耐力，懂得了怎樣緩解壓力，學會了獨立思考、邏輯思維、提出問題、分析問題、解決問題的方法。這是我們希望看到的，也正是我們進行畢業設計的目的所在。雖然畢業設計內容繁多，過程繁瑣，但我的收獲卻更加豐富。通過與劉老師的溝通和交流，我了解到此系統的適用條件，此設備的選用標準，以及各種器件適用性。我的能力也得到了