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1、 网络高等教育专 科 生 毕 业 大 作 业 题 目：PLC控制三相异步电动机的正反转学习中心： 东港奥鹏 层 次： 高中起点专科 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 年 春 季 学 号： 学 生： 指导教师： 郑秋辰 完成日期： 2011年 1 月 19日内容摘要现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Logic Controller, PLC）正式顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。异步电动
2、机作为当前前电力拖动的主流。具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列优点。随着电子电力技术的发展和交流调速技术的日益成熟，异步电动机的调速性能完全可与直流电机相媲美。本论文实现的就是是用PLC控制三相异步电动机的正反转，关键词：PLC；三相异步电动机；继电器目 录内容摘要I引 言11 PLC的基本介绍21.1 PLC的基本概念21.2 PLC的特点21.2.1编程方法简单易学21.2.2功能强，性能价格比高21.2.3硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强31.2.4可靠性高，抗干扰能力强31.2.5系统的设计、安装、调试工作量少31.2.6维修工作量小，维修方便41.2.7体积小，能耗
3、地42 三相异步电动机的介绍52.1 异步电动机的发展现状52.2 三相异步电动机的结构53三相异步电机的PLC正反转控制64结论85致谢9参考文献10引 言在生产过程中,往往要求电动机能够实现正反两个方向的转动,如起重机吊钩的上升与下降,机床工作台的前进与后退等等。传统的继电器控制电路简单实用,但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。在工业企业中,电机调速控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象，这一直以来都是控制人员和现场技术人员努力想要解决的问题。控制领域还大量采用传统的PID控制方式
4、,但存在的最普遍的问题是：PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便。总体来说，利用PLC控制三相异步电动机系统，它以电路结构简单，接线较少，体积较小等优势立于不败之地。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中。总体来说，利用PLC控制三相异步电动机系统，它以电路结构简单，接线较少，体积较小等优势立于不败之地。通过PLC控制三相异步电动机的正反转促进了生产过程自动化。而生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、改善劳动条件、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段。采用PLC控制三相异步电动机对企业具有重要的意义：(1)
5、降低劳动强度，改善劳动条件。PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。采用PLC系统后，不再需要工人经常对继电器触点进行更换。(2) 提高控制精度。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。(3) 提高企业对电机控制技术的应用水平，锻炼企业技术人员的开发、应用能力。1 PLC的基本介绍1.1 PLC的基本概念 现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Logic Controller
6、, PLC）正式顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。PLC仍然处于不断的发展之中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位。PLC应用面之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采
7、用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”从上述定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。1.2 PLC的特点1.2.1编程方法简单易学梯形图是使用最多的plc的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要几天时间就可以熟悉梯形图语言
8、，并用来编制用户程序。1.2.2功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器控制系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制、集中管理。1.2.3硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置用用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速
9、地适应工艺条件的变化。1.2.4可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器。PLC外部仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。1.2.5系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的
10、设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器控制系统电路图的时间要少的多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少的多。1.2.6维修工作量小，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速的查
11、明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。1.2.7体积小，能耗地复杂的控制系统使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。PLC的配线比继电器控制系统的配线少得多，故可以节省大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的减小，可以节省大量的费用。2 三相异步电动机的介绍2.1 异步电动机的发展现状异步电动机主要作电动机运行，它具有结构简单、制造容易、运行可靠、效率较高、价格低廉、坚固耐用的优点，因此成为当代产量最多、应用也最广泛的电机。在各种电气传动系统中。约90%的驱动电机
12、为异步电动机；在电网的总负荷中，异步电动机用电量约占60%以上。近年来，随着电力电子技术、自动控制技术和计算机技术的进步，交流调速技术取得了实质性的发展，异步电动机得到了更广泛的应用。 异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列优点。随着电子电力技术的发展和交流调速技术的日益成熟，异步电动机的调速性能完全可与直流电机相媲美。因此，异步电动机是目前电力拖动的主流。2.2 三相异步电动机的结构三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间有一个很小的气隙。如图所示2-1 外形图 2-2 内部结构图1-轴承 2-轴伸侧端盖 3-转轴 4转子铁心 5-吊环 6-定子铁心 7
13、-出线盒8-机座 9-定子绕组 10非轴伸侧端盖 11-风罩 12-风扇2-3三相异步电动机结构示意图3三相异步电机的PLC正反转控制在生产过程中,往往要求电动机能够实现正反两个方向的转动,如起重机吊钩的上升与下降,机床工作台的前进与后退等等。由电动机原理可知，只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调，就可改变电动机的转向。因此正反转控制电路实质上是两个方向相反的单相运行电路，为了避免误动作引起电源相间短路，必须在这两个相反方向的单向运行电路中加设必要的互锁。按照电动机可逆运行操作顺序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”两种控制电路在该控制线路中，KM1 为正转交流接触器，KM2 为
14、反转交流接触器，SB3为停止按钮、SB1 为正转控制按钮，SB2 为反转控制按钮，FR是热继电器。KM1、KM2 常闭触点相互闭锁，当按下SB1 正转按钮时，KM1 得电，电机正转；KM1 的常闭触点断开反转控制回路，此时当按下反转按钮，电机运行方式不变；若要电机反转，必须按下SB3停止按钮，正转交流接触器失电，电机停止，然后再按下反转按钮，电机反转。若要电机正转，也必须先停下来，再来改变运行方式。这样的控制线路的好处在于避免误操作等引起的电源短路故障。图3-1 控制电路图图3-2是功能与图3-1所示系统相同的PLC控制系统的梯形图。各输入信号均由常开触点提供，因此继电器电路和梯形图中的各触电
15、的常开和常闭的类型不变。如果在编程软件中用梯形图语言输入程序，可以采用与图3-1中的继电器电路完全相同的结构来画梯形图。根据PLC外部接线图给出的关系，来确定梯形图中各触电的地址。转换为语句表后，会出现一条入栈指令和一条出栈指令。图3-2用两个起保停电路来分别控制电动机的正传和反转。与继电器电路相比，多用了两个常闭触点，但是电路的逻辑关系比较清晰，并且不需要堆栈指令。按下正转启动按钮SB1,I0.0变为ON，其常开触点接通，Q0.0的线圈“得电”并自保持，使KM1的线圈通电，电动机开始正转运行。按下停止按钮SB3I0.2变为ON，其常闭触电断开，使Q0.0线圈“失电”，电动机停止运行。在梯形图
16、中，将Q0.0和Q0.1的常闭触电分别与对方的线圈串联，可以保证它们不会同时为ON，因此KM1和KM2的线圈不会同时通电，这种安全措施在继电器电路中称为“互锁”。除此之外，为了方便和保证Q0.0 和Q0.1不会同时为ON，在梯形图中还设置了“按钮连锁”，即将正转启动按钮对应的I0.2常闭触点与控制反转的Q0.1的线圈串联，将正转启动按钮对应的I0.0的常闭触点与控制反转的Q0.1的线圈串联。设Q0.0为ON，电机正转，这时如果想给为反转，可以不按停止按钮 SB3 ，直接按反转按钮 SB2，I0.1变为ON，它的常闭触点断开，使Q0.0的线圈“失电”，同时I0.1的常闭触点接通，使Q0.1的线圈
17、“得电”并自保持，正转变为反转。梯形图中的软件互锁和按钮联锁电路并不保险，在电动机切换方向的过程中，可以原来接通的接触器的主触点的电弧还没有熄灭，另一个接触器的主触点已经闭合了，由此造成瞬时的电源相间短路，使熔断器熔断。此外，如果因为主电路电流过大或接触器质量不好，某一接触器的主触点被断电时产生的电弧熔焊而被粘结，其线圈断电后主触点仍然是接通的，这时如果另一接触器的线圈通电，也会造成三相电源短路的事故。为了防止出现这种情况，应在PLC外表设置由KM1和KM2的辅助常闭触点组成的硬件互锁电路(图3-1)，假设KM1的主触点被电弧熔焊，这时它的与KM2线圈串联的辅助常闭触点处于断开状态，因此KM2
18、线圈不可能得电。 图3-2 梯形图 图3-3 指令图4结论PLC 的应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。PLC仍然处于不断的发展之中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位。本文是结合生产中如何实现电动机的控制，PLC控制对比传统的继电器控制电路的优点，阐述PLC的特点。最后实现用PLC控制三相异步电动机的正反转运行。在本次设计中，参考了电机自动控制及PLC等有关书籍，运用课堂上所学习到的专业知识，深刻的了解了
19、PLC控制电动机的原理和作用，对今后的工作实践定会有有很大的帮助。5致谢在此论文结束之际，心中充满对各位良师益友的感激。仅此向每一位曾经教导我的老师，帮助过我的同学致以最诚挚的谢意。在这里首先要感谢指导老师郑秋辰老师，郑老师踏实的工作作风与严谨的治学态度，深厚的理论基础和丰富的实践经验，使我在大学学习和生活中获益匪浅。在做毕业设计期间，遇到许多困难，但是每次会得到郑老师的悉心指导和帮助，让我一次次从困难中爬起，一步步走向成功，这不仅使我建立了信心，也使我在工作方面更加认真。从郑老师的身上我不仅学到了知识，更重要的还有科研工作的方式以及做人的道理，同时也深深激励我努力学习，不断探索。相信这段时期
20、的学习一定会为我今后的生活打下坚实的基础，这些对我来说都是不可多得的财富。在此，谨向郑老师表示衷心的感谢，感谢她对我关怀，理解，宽容和殷切的期望！在大学的三年学习期间，始终得到大连理工大学的老师们，特别是自动化教研室的老师们的热情帮助，在此向帮助过我的老师们表示最诚挚的谢意！参考文献1 孙建忠，刘凤春.电机与拖动.机械工业出版社.北京. 2007年6月.2 廖常初.PLC编程及应用.第3版. 机械工业出版社. 北京. 2008年1月.3 钟肇新，王灏.可编程控制器入门教程（SIMATIC S7-200）.华南理工大学出版社.广州. 1999年5月 4王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社.北京.2008年2月.第2版.