基于PLC的多台电机群控及监测系统的设计毕业论文.doc

《基于PLC的多台电机群控及监测系统的设计毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的多台电机群控及监测系统的设计毕业论文.doc（55页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、 毕毕 业业 论论 文文 题 目： 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 院： 电气与信息学院 专业： 电气工程及其自动化 班级： 0604 学号： 200601010403 学生姓名： 杨永会 导师姓名： 施晓蓉 完成日期： 2010-6-20 诚 信 声 明 本人声明： 1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果； 2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计 （论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得 其他教育机构的学位而使用过的材料； 3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可 信。 作者签名

2、： 日期： 年 月 日 湖南工程学院湖南工程学院 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）任文）任 务务 书书 设计（论文）题目： 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 姓名 杨永会 系别 电气信息学院 专业 电气工程及其自动化 班级 04 学号 03 指导老师 施晓蓉 教研室主任 谢卫才 一、基本任务及要求：一、基本任务及要求： 1、基本要求：、基本要求： 设计研制一套基于 PLC 的控制多台电机并对其状态和参数进行监控、测试的系统。 该系统可应用于工矿企业共用一台启动器对多台电机进行起、停控制；用西门子 TD200 对其运行状态进行监控并测试、显示运行参数。 2、本、本毕业设计课题毕业

3、设计课题主要完成以下主要完成以下设计设计内容：内容： （1（西门子 S7-200PLC 的编程方法； （2（对多台电机进行控制的系统硬件及软件的设计； （3（用 TD200 对其运行状态监控并显示； （4（撰写毕业设计说明书。 二、进度安排及完成时间：二、进度安排及完成时间： 1. 3 月 1 日3 月 20 日：查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告。 2. 3 月 21 日4 月 3 日：毕业实习、撰写实习报告。 3. 4 月 4 日5 月 31 日：毕业设计。 4.月中旬：毕业设计中期抽查 4. 6 月 1 日6 月 15 日：撰写毕业设计说明书（论文）。 5. 6 月 16 日6 月 2

4、0 日：修改、装订毕业设计说明书（论文），并将电子文档上 传 FTP。 6. 6 月 21 日6 月 25 日：毕业设计答辩。 目 录 摘 要 I Abstract .II 第 1 章 绪论 1 1.1可编程控制技术发展 1 1.1.1 PLC 的应用和发展.1 1.1.2 可编程控制技术的现状 2 1.1.3 可编程控制技求的发展趋势 3 1.2 电机控制的现状与发展趋势 6 1.3 课题发展现状及前景展望 7 第 2 章 电机启动控制方法的分析与比较 9 2.1 概述 9 2.2 异步电机降压启动与控制方法 9 2.2.1 星/三角转换启动控制 .9 2.2.2 自耦变压器启动控制 .10

5、 2.2.3 串电抗启动控制 .11 2.2.4 软启动11 2.3 启动控制方法分析 .12 2.3.1 星形三角形(Y-)降压启动 .12 2.3.2 自耦变压器降压启动的方法 .12 2.3.3 定子绕组串接电阻降压启动的方法 .13 2.3.4 软启动的方法 .13 2.3.5 启动方法比较 .13 第 3 章 控制系统总体设计 .15 3.1 电气控制要求 .15 3.2 电路的设计 .15 3.3 软启动器 .17 3.3.1 软启动器的工作原理 .17 3.3.2 软起动装置的选择 .19 3.3.3 软起动器的选择及参数设值 .20 3.4 主要元件的选型 .20 3.4.1

6、控制对象 .20 3.4.2 交流接触器的选择 .20 3.4.3 断路器的选择 .21 3.4.4 继电器的选择 .22 3.4.5 可编程序控制器(PLC)的选择 22 3.5 元件明细表 .23 3.6 控制电路的设计 .24 第 4 章 系统控制软件设计 .27 4.1 设计任务及要求 .27 4.1.1 设计任务及内容 .27 4.1.2 设计要求 .27 4.1.3 设计的条件 .27 4.2 I/O 地址分配表28 4.3 梯形图 .28 4.4 指令表 .30 第 5 章 监测系统设计 .34 5.1 TD 200 的基本功能及应用 .34 5.1.1 TD 200 应用.34

7、 5.1.2 TD 200 和网络的连接.34 5.1.3 TD200 在本次设计中的应用35 5.2 PLC 中 PID 运算功能的使用36 5.3 TD200 文本显示器的编程36 第 6 章 电路故障检测及电路保护 .37 6.1 PLC 控制系统检测与保护37 6.1.1 故障检测程序的设计 .37 6.2 PLC 控制系统抗干扰措施38 6.2.1 干扰源 .38 6.2.2 抗干扰措施 .38 6.3 短路保护 .40 6.3.1 起动器的短路保护 .40 6.3.2 晶闸管的短路保护 .41 6.3.3 软起动器的短路保护 .42 6.4 过载保护 .42 6.5 过流保护和过压

8、保护 .42 结束语 .44 参考文献 .45 致谢 .47 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 I 基于基于 PLCPLC 的多台电机群控及监测系统的设计的多台电机群控及监测系统的设计 摘 要：由于传统的电机是采用继电器控制的方法，靠硬件连接实现逻辑运算，其元 器件及触点繁多，故障频繁，不便维修，严重影响电机的正常工作。本文根据传统电 机控制中的上述不足和缺点，将PLC控制技术运用于多台电机的控制，根据三相异步 电机的控制原理和特点，把软件控制和硬件电路互相结合起来，形成完整的控制体系， 可实现对多台电机的智能控制、状态显示和故障报警等功能，该控制系统还解决了传 统控制技术中硬件电

9、路不易更新的缺点，可通过修改PLC程序实现不同的控制要求。 本次设计采用TD200对电机的运行状态进行监测，提供了良好的人机界面与操作员进 行交互，对于电机设备的运行能及时、快速、准确的反映。该系统共有被控电机5台， 共用一套启动器，且不能同时启动，具有手动和自动两种控制方式，使得系统维护更 加方便，减轻了工人的劳动强度，提高了系统的稳定性和可靠性。系统的设计主要包 括硬件和软件设计两个部分。硬件的设计主要包括选型、外围电路的设计，控制电路 的设计。软件设计包括梯型图、指令表、I/O地址的分配。 关键词：关键词：PLCPLC ；异步电机；起动器；人机界面；异步电机；起动器；人机界面； 基于 P

10、LC 的多台电机群控及监测系统的设计 II Design of Asynchronous Machines Based on PLC for Motor Group Control System and monitoring system Abstract：Relay control method was used for the traditional motor control system， realizing logic operation By the hardware connection，which seriously influenced the normal work of

11、the motor for the disadvantages of the system itself，such as too many The components and contacts, frequent breakdowns，Maintenance inconvenience. in conclusion，This paper adopt PLC control technology to the several motor control，that conbining the software control with hardware electric circuit，by t

12、he theories and characteristics of three-phase asynchronous Machines control. In this way，we can get a full control system，Which can realize the function of intelligent control，as well as Stating display and fault alarming，etc. whats more，this system has offset the disadvantages of the traditional c

13、ontrol technology in update the hardware electric circuit, which can meet the different requirements by modifying the PLC program. In this paper TD200 is used to monitor the motor driving system，which offering good human-machine interface which is Simply and easily for operator to modify parameters

14、and monitor the running of electrical equipment in Timely, rapidly and accurately. The system accused of 5 motors，which Sharing the same set of starter，while dont allowing started simultaneously，and with both manual and automatic control method，that made the system maintenance be more convenient and

15、 Reduced the labor intensity of the workers，And improved the stability and reliability of the system. The System design mainly includes two parts, the design of hardware and software. The hardware design mainly includes the component selection and design of the outer circuit and control circuit. The

16、 software design content including Ladder diagram type，Instruction form，and I/O address assignment. Keywords： PLC；asynchronous motor；Starter；Human-machine interface； 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 1 第 1 章 绪论 1.1 可编程控制技术发展 自 1969 年世界上第一台可编程控制器在美国 12 月公司诞生以来，PLC 走过了 30 余年的发展历程。随着计算机技术的飞速发展，PLC 软、硬件水平与规模也发生了质

17、的变化。随着 PLC 控制技术朝智能化方向的不断发展，也推动了先进制造技术的相应 发展，将工业、国防等领域的控制水平提到了一个新的高度。可编程控制器有一个产 生、发展、完善不断提高的过程，我国从 1985 年开始使用，在工业自动控制领域作出 了重要贡献。 1.1.1 PLC 的应用和发展 1969年美国通用汽车公司根据生产需要，提出设想：把计算机功能的完善性、灵 活性和能用性等优点和继电器控制系统的简单、易懂、操作方便、价格便宜等优点结 合起来，作为通用控制装置，取代传统的断电接触控制系统计算机编程方法和程序输 入简化，用自然后编程，使不熟悉计算机的人也能方便使用它不仅具有存贮、记忆、 运行等

18、功能，还要抗干扰能力强，可靠性强，适应于恶劣环境，接口简单。美国12月 公司首先响应。于1969年研制出了第一台可编程序逻辑控制器，简称PLC，型号PDP 14，接着美国GE公司在汽车自动装置上用它代替传统断电器控制系统，并获得成功。 因此，它实际是在继电器控制技术和计算机控制技术基础上开发出来一种工业计 算机，虽PLC采用的是计算机的基本构成部分，但其组成部件也广泛使用了计算机的 构成元件，但它的结构与工作原理与计算机有很大差别，如采用光电隔离技术，输入 和输出采用映象寄存器，周期性刷新方式，循环扫描和集中刷新的工作方式是它突出 工作特点。 可编程逻辑控制器自从问世以来，近三十年来凭借其独特

19、优势得到了迅速发展， 从最初只具备逻辑控制、定时、计收、存贮记忆、运算等功能到现在成为种类繁多， 功能强大，性能多样化的一项技术越来越显示其在工业控制中的重要地位，成为20世 纪对传统的断电器、接触器控制是一场有深远意义影响的工业革命，它(PLC)是计算机 技术与继电器、接触器控制技术相结合的产物，因此，PLC与继电器、接触器控制系 统，具有相同的逻辑关系，但PLC是用计算机技术实现的，其逻辑关系是用程序实现 的，而不是实际电路实现的，可以用各种形式编成PLC用户程序，而梯形固和语句表 是两种最常用PLC编程语言。因而它不仅替代大量中间继电器、时间继电器、计数器、 基于 PLC 的多台电机群控

20、及监测系统的设计 2 步进选线器等等，其应用软件梯形图语言替代及简化大量自动控制线路，使自动控制 系统大大减少使用的元器件、线路，同时线路接头也大大减少，使故障率大大降低， 由于采用计算机扫描技术和存贮原理，对于一般控制线路更改，可以通过改变存贮器 中应用软件来实现，由于软件的更改极易实现，从而在实现方式上有本质的飞跃，其 通用性和灵活性进一步增强。 1971年日本从美国引进这项技术，19731974年前联邦德国和法国也开始研制， 我国从1974年开始在北京、上海组织研究机构进行研制。 PLC技术发展很快，美、日、德、法等国厂家已达200多家，产品几百种，尤其日 本美国引进该项技术后，加以改进

21、使之功能更加强大、种类齐全、多样化。小型并以 较便宜的优势迅速占领中国市场及世界市场的相当份额。(如市场上东芝、光洋、三菱、 欧姆龙、富士、松下等)而我国进步较早，但由于种种原因在此技术领域进展很慢，大 大落后于以上国家。随微电子技术的发展，和开始采用微处理器作为PLC的中央处理 单元，即CPU(中心的Proceing个体)PLC产品已使用了16位、32位的高性能微处理器， 而且实现了多处理器的多道处理，不仅可进行逻辑控制、顺序控制、算术运算、数据 转换、通信等强大功能，还可对模拟量进行控制，使指令系统更丰富，程序结构更灵 活，集中了工业专用机和通用计算机的优点，它即可以单独构成控制系统，也可

22、作为 DCS(分布式计算机控制系统)主要现场控制系统，因此美国电气制造协会于1980年将它 正式命名为可编程控制器，1985年国际电工委员会IEC对可编程序控制器作了以下规定： 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用 可编程的存贮器，用来在其内部存储执行进逻辑运算、顺序控制、实时、计数和算术 运算等操作的指令，并通过数字式模块式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产 过程。简称PC。为了区别个人计算机，人们仍习惯称可编程控制器为PLC。 1.1.2 可编程控制技术的现状 在现代工业设备及自动化项目中，我们会遇到大量的开关量、脉冲量以及模拟量 等控制装置。如电

23、机的启动与停止；电磁阀的开闭；工件的位置、速度、加速度等的 测定；产品的计数以及温度、压力、流量等物理量的设定和控制等等。 传统的工业自动控制主要是由继电器或分离的电子线路来实现的。众所周知，这 种控制方式虽然造价便宜，但却存在着许多致命弱点：如只能适用于简单的逻辑控制； 仅适用于某种控制项目，缺乏通用性，一旦要实现改动或优化，只能通过硬件的重新 组合来实现。 目前工业界比较有代表性的控制方式主要由下几个类别： 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 3 单片机控制系统 单板机控制系统仅适用于较简单的自动化项目。硬件上主要受CPU、内存容量及 I/0接口的限制；软件上主要受限于与CPU类

24、型有关的汇编语言。一般说来单板机或单 片机系统的应用只是为某个特定产品服务的，其通用性、兼容和扩展性都相当差。 工业控制机（ IPC） 工业控制机是从PC（个人电脑）的基础上通过应用推广发展起来的。由子它是由 微机及芯片的专业厂家开发出来的，所以其硬件品种兼容性强并总线标准化程度高， 其软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，运行速度快、实时性强，可适用于 模型复杂的项目。能把控制任务和图文显示功能在一起。但工业控制机有两个方面的 缺点：第一有较长的装置访问时间；第二我/O控制点数不能随意扩展。 计算机集散控制系统 计算机集散控制系统是由回路仪表控制系统发展起来的。它的优势在于模拟量的 处理

25、和回路调节功能。自70年代初期问世以来，得到了迅速的发展。微处理器特别是 单片机的出现和通信技术的成熟，使得计算机集散控制系统把顺序控制装置、数据采 集装置、过程控制的模拟量仪表有机地结合在一起，形成了满足各种不同要求的集散 型控制系统。 传统的可编程逻辑控制器（PLC） 传统的可编程逻辑控制器的最初控制概念和设计思想是将计算机软件的控制思想 代替继电器逻辑。其硬件的构成与微机相似。在可编程逻辑控制器发展的初期，其主 要的开发意图和应用领域是数字式控制，它按照用户程序存储器里的指令安排，通过 输入接口输入现场信息，执行逻辑或数值运算，然后通过输出接口去控制各种执行机 构动作。然而经历了近30年

26、的发展之后，使传统的PLC也具有了逻辑顺序控制、模拟 量处理、回 路调节技术等三个功能。 1.1.3 可编程控制技求的发展趋势 随着计机算机科学的发展和工业自动化的愈来愈高的需求，可编程控制技术得到 了飞速的发展。仅仅将 PLC 理解为开关量控制的话，那就是一个错误的概念了。综合 国外特别是欧洲及国内的发展动态，其发展趋势主要有以下几个方面： 可编程控制技术的标准化 一种自动化产品的竞争力除表现在其技术上的个性外，更重要的还在于其满足国 际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的出厂质量，另一方面也保证了各 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 4 个厂家产品的互相兼容。出厂检验时

27、各可编程控制产品的厂家都有相应的技术标准作 依据。例如，美国有 NEMA 标准、日本有 JIS 标准、德国、奥地利有喧嚣标准。按照 这些标准，各种型号的 PLC 产品对工业应用环境、抗干扰性等条目都给出了明确的规 定。但是，这些标准目前只能是统一区域性的产品，而不能实现全球的统一性。在 PLC 的发展过程中，特别是给工业自动化带来的困扰是，虽然 PLC 的基本语言梯形图 和指令表分别是在接触器、继电器以及汇编语言的基础上建立起来的，但是各厂家无 论是从语言结构、语言功能还是从语言表述 L 都有不同程度上的较大区别。为了使各 PLC 厂家的产品有一个共同的参考平面，制定了国际标准。 大型计算机特

28、点的集成 传统的 PLC 仅凭单纯的逻辑顺序控制功能己远远不能适应当今工业控制任务的需 求，要处理一些复杂的任务，使控制系统具有较高的智能度，可编挡控制系统必须具 备大型计算机的分析计算能力。这种对大型计算机特点的集合主要表现在以下几个方 面： 系统的高速响应性 这里有一个概念要澄清，那就是：系统速度不是仅由 CPU 来决定，而且还要考虑 I/0 数据的传输速度，当然 CPU 的速度起着决定性的作，判断 CPL 的速度主要是看每 条指令的执行时间。如 Siemens S7 200 PLC 的每条逻辑指令的计算速度为 0.13us，三 菱的 FX 系列的每条指令执行时间为从 0.2us；贝加菜（

29、BR）的 BR2010 的每条 指令执行时间为 0.125us。要提高整个系统的速度就要考虑 CPU 模块的多处理器结构。 1O 处理器主要负责独立于 CPU 的数据传输工作。DPR.Controller 即双向口控制 器主要负责网络及系统的管理。可见一个模块上有三个处理器，它们既互相独立，又 相互关联（通过 DPR） ，从而使主 CPU 的资源得到合理使用，同时又最大限度的提高 整个系统的速度。 定性的多任务分时操作系统 多任务分时操作系统来自于大型计算机，如 UINIX 机。它可以将整个操作界面分 成多个分别具有不同优先权的任务等级（Task Class） 。其中优先权高的任务等级，有 着

30、较短的巡回扫描周期，而且每个任务等级可包含多个具体任务。在这些任务中间可 再细分其优先权的高低。在这种操作系统的管理下，优先权高的任务等级总是被首先 执行，剩余的时间里可执行优先权较低的任务等级。这样一个操作系统使得可以将比 较重要的任务定义任务等级高一些，如调节器（由用户定义） ，例外任务 （EXCEPTIOTASK，由系统定义） ，中断任务（INTERRUPTTASK，由系统定义） ， 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 5 而一些较一般的任务可以将其任务等级定义得低一些，如报警处理任务、结果处理任 务等。这样整个控制系统便得到了优化，具有较好的实时性。 编程语言高级化 一般来说

31、，梯形图和指令表两种编程方式是比较常见和习惯的。因为这两种方式 都有着明显的优点。例如梯形图靠近电器线路比较直观。而指令表是由汇编语言演绎 过来的，比较靠近计算机硬件结构，然而，在控制思想日趋复杂的今天，用梯形图和 指令表来表达就显得过于复杂和繁琐。随着 C 语言、FORTRAN、PASCAL 等高级语 言加入到 PLC 中去，使复杂思想的表达就显得方便简洁得多了。 较大的应用程序存储空间 较高的系统分析计算能力当然要求有足够的程序存储空间，同时足够的程序存储 空间是系统具备较强的数据处理能力的先决条件。应用程序存储空间的大小在某种意 义上说明了其硬件系统的先进程度。贝加菜 PCC 的内存容量

32、为 100kB16mB;Siemens 的 S7-400 的内存容量为 4kB16mB 等等。 系统的开放性和兼容性 开放性和兼容性是不可分割的而且是相辅相成的概念。这里一方面是某一产品和 第三家同类产品在通信上的兼容程度，另一方面是指某系统尤其是软件上的开发平台 对使用者有多大的开放程度。当今可编程控制产品的种类繁多加上自动化项目越来越 大，致使常常在一个工程项目中出现不同厂家的产品做主从站的现象，这就要求每一 厂家的产品族中，都要考虑到和其他厂家产品的兼容性问题。另一方面，可编程控制 器与工业控制机等其他装置的通信难易也体现了其开放性的特点。除此之外，同一厂 家产品族中的各系列产品兼容性也

33、代表了可编程控制产品的水平。 通用性和专业化的结合 控制产品是通用的，但是工业的每一领域都有其自己的特点。怎样才能使一个系 统既具有通用性又具备专业化，硬件系统的模块化使这一矛盾得到解决。这样一来， 适合于某个行业或某些特殊问题的专用模块就可以很容易地集成到通用系统中去。 常用的专用模块包括：定位或 CNC 模块、温度测量模块、称重模块、电力行业用 的高速采样模块、网络接口模块等等。 可编程控制技术的智能化 提高一个系统的智能程度不仅提高系统的品质，在某种意义上也提高了系统的可 靠性。其智能化发展的特点主要体现在如下几点： 开发环境的智能性 这包括可编程控制系统的自诊断功能、监控功能以及在线帮

34、助等功能。同时丰富 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 6 的功能库也是判断一个系统智能性的重要依据。 硬件的智能集成度 现场总线的智能分布式结构是突出的一点。另外，多处理器技术（MPU）和智能 外设技术（I）并列于 CPU 的智能硬件也是不可忽略的发展趋向。 模糊逻辑和神经网络的应用 模糊逻辑的应用分为硬件和软件的实现，主要用于模糊调节技术，神经网络的应 用有待于进一步发展。 可靠性与冗余 所谓冗余即容错，就是功能的备份、安全及可靠性的备份。因为特定的环境和条 件要求自动化系统有较高的可靠性。冗余基本上可以划分为：CPU 和电源冗余、网络 冗余，以及 1O 冗余三个层次。 同时冗余

35、又可分双冗余和多冗余的结构。但从根本上来讲，系统的可靠性取决于 系统各单元的可靠程度。要保证整个系统的可靠运行，首先要求系统各单元的质量要 得到保证。MTBF（平均无故障时间）是衡量产品质量的重要指标。纵观各著名厂商， 其 PLC 产品都有不同程度的冗余功能，而且发展越来越完善。 通过综上所述，我们可以了解到，用 PLC 编程逻辑控制器来表达当今可编程控制 系统，己经不再合适了。因为在其中己融入了工业计算机和计算机集散系统的特点。 贝加莱公司于 1994 年首先提出了“ PCC 可编程计算机控制器（Programmble Computer Controller） ” 的概念。 Siemens

36、提出了 PCS 过程控制系统（Process Control System）的 概念。基于现场总线技术人们也提出了 FCS 现场总线控制系统（Field Bus Control of System）的概念。这些系统虽然名称不同，侧重面不一，但系统的技术水平是近似的。 1.2 电机控制的现状与发展趋势 在现代社会中，电机的应用领域越来越广大，对电动机的控制方式也多种多样， 有传统人工加仪表的控制方式，现代的自动控制方式，对电机控制主要是满足其各种 性能指标的要求，如电机调速，就是这方面的例子，因电子技术的高速发展，促使电 机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是 PLC 的应用，使电机调速技术又进

37、入到一 个新的阶段。智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。本课题对各种电气控制系统进 行分析、比较，最终决定采用 PLC 和软启动器来实现本次设计的任务。 交流异步电机是电力拖动的主力电机，广泛应用于工业生产。交流电机起动时， 起动电流达额定电流的7倍使电网电压骤降，影响其它用电设备的正常工作。此外，起 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 7 动频繁时，过大的起动电流使电机和线路过热，拖动设备也易受机械冲击；若减少起 动次数，又常使电机长期空转，能耗大。因此，解决交流异步电机的起动问题，对改 善电网质量，节省电能和线材，延长电机与设备寿命，有重大的意义。 通常交流异步电机是长期工作制，

38、起动后长期连续运行；即使是短时工作制或周 期工作制。多数电机的运行时间也超过数分钟，远比数秒钟的起动时间长得多。 因此 在具有集群电机的场合，如每台电机配一台容量相当的起动器，则起动器长期空闲， 投资大，而效率极低。这也是中小型电机起动设备难以推广应用的重要原因。而如果 用一台起动设备管理多台电机，实行交流电机起动的集中控制。则可大大降低起动设 备成本，减小体积，提高效益。 1.3 课题发展现状及前景展望 近些年来，PLC 在过程工业建模与应用已成为国内外过程控制技术人员所关注的 热门研究课题。工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序 动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的

39、控制，及大量离散量的数据采集。传统上， 这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM（通用汽车）公司提 出取代继电气控制装置的要求。第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子 技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控 制器，称 Programmable Controller（PC） 。 个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能 特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC） ，现在，仍常常将 PLC 简称 PC。 PLC 的定义有许多种。国际电工委员会（

40、IEC）对 PLC 的定义是：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。它采用可编程序的 存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作 的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，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，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功 能的原则设计。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能 力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了

41、在过程控制领 域处于统治地位的 DCS 系统。 在各个领域，小到一个简单的机电一体化设备、机床、大到整个生产线，大型的 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 8 工程领域里，都存在 PLC 控制技术。PLC 已不在是局限在逻辑上，应该理解成过程控 制器，如西门子全集成自动化 TIA 的概念。在整个自动化领域，PLC 和传动是组成自 动控制的两个非常重要的部分.在主流 PLC 往大型化、集成化、多功能化、网络化发展 的同时，还有很多分支在并列发展。我们还有很多单体化、一体化的设备，现在越来 越微型化离散的控制也在同步进行。比如西门子 S7-200 功能强大，1000 多块一个，原 来是不

42、能想象的。为满足自动控制领域各层面的不同要求，微型机、小型机的发展也 很有前景。 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 9 第 2 章 电机启动控制方法的分析与比较 2.1 概述 异步电动机作为动力设备被广泛应用于现代工农业生产中。例如，工业上各种机 床、中小型轧钢设备、矿山采掘机械、输送机、提升机、通风机、水泵等，都是三相 异步电动机拖动的。在农业方面，它被用于排灌、脱粒、磨粉和拖动其它农副产品的 加工机械。据统计，在电网的总负载中，动力负载约占 59%，而异步电动机则占总动 力负载的 85%，由此可见，异步电动机是工农业生产中的主要原动机。 异步电动机之所以被广泛应用，是因为和其它

43、各种电动机比较，它具有结构简单、 制造方便、价格便宜、坚固耐用、运行可靠、效率较高等一系列优点。但是也有一定 的缺点，其调速性能较差，不如直流电动机，功率因数较低，不如同步电动机。 2.2 异步电机降压启动与控制方法 2.2.1 星/三角转换启动控制 控制电路图如图 2.1 所示。 图 2.1 星/三角转换主电路与控制回路 电路工作分析： 合上电源开关 Q，按下起动按钮 SB2，KM1、KT、KM3 线圈同时通电并自锁， 电动机三相定子绕组联接成星形接入三相交流电源进行减压起动。 当电动机转速接近额定转速时，通电延时型时间继电器动作，KT 常闭触点断 开，KM3 线圈断电释放。 基于 PLC

44、的多台电机群控及监测系统的设计 10 同时 KT 常开触点闭合，KM2 线圈通电吸合并自锁，电动机绕组联接成三角 形全压运行。 当 KM2 通电吸合后，KM2 常闭触点断开，使 KT 线圈断电，避免时间继电器 长期工作。KM2、KM3 触点为互锁触点，以防止同时接成星形和三角形造成电源短路 10。 2.2.2 自耦变压器启动控制 控制电路图如图 2.2 所示。 图 2.2 自耦变压器减压起动电路图及控制回路 电路工作分析： 按下起动按钮 SB2，KM1、KT 线圈同时通电并自锁，将自耦变压器接入主电 路，电动机由自耦变压器供电作减压起动，同时指示灯 HL1 灭，HL2 亮，显示电动机 正进行减

45、压起动。 当电动机转速接近额定转速时，时间继电器 KT 通电延时闭合触点闭合，使 KA 线圈通电并自锁，其常闭触点断开 KM1 线圈供电控制电路，KM1 线圈断电释放， 将自耦变压器从主电路切除；KA 的另一对常闭触点断开，HL2 指示灯灭；KA 的常开 触点闭合，接触器 KM2 线圈通电吸合，电源电压全部加在电动机定子上，电动机在额 定电压下正常运转，同时，KM2 常开触点闭合，HL3 指示灯亮，表示电动机减压起动 结束。由于自耦变压器星形联接部分的电流为自耦变压器一、二次电流之差，所以用 KM2 辅助触点来连接。 自耦变压器绕组一般具有多个抽头以获得不同的变化，自耦变压器减压起动比 减压起

46、动获得的起动转矩要大得多，所以自耦变压器又称为起动补偿器，是三 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 11 相笼型异步电动机最常用的一种减压起动装置10。 2.2.3 串电抗启动控制 控制电路如图所示。 图 2.3 异步电机串电抗主电路图及控制回路 电路工作分析： 通上电源之后，按下启动按钮 SB2 按钮，线圈 KM1 得电，其对应的常开触点 KM1 闭合，常闭触点 KM1 断开，从而电机串电抗启动；等电机正常启动完之后，按 下按钮 SB3，线圈 KM2 得电，其对应的常开触点 KM2 闭合，常闭触点 KM2 断开， 此时短接电抗电机，从而退出串电抗启动。 电机在启动的一瞬间，由于启动

47、电压太大，对设备的冲击性很强，所以利用串电 抗的启动方法进行电机启动，启动完成之后再退出电抗，串电抗启动有利于减轻设备 的压力，即电压电流对设备的冲击损坏性10。 2.2.4 软启动 软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。 这种电路如三相全控桥式整流电路，主电路图见图 2.4。使用软启动器启动电动机时， 晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额 定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达 到额定转数时，启动过程结束10。 控制电路如图所示。 基于 PLC 的多台电机群控及监测系统的设计 12 图

48、2.4 软启动主电路图及控制回路 2.3 启动控制方法分析 2.3.1 星形三角形(Y-)降压启动 星形三角形降压启动是指电动机启动时，把定子绕组接成星形(Y)，以降低启动 电压，限制启动电流；待电动机启动后，再把定子绕组改接成三角形()，使电动机全 压运行。只有正常运行时定子绕组作三角形()联接的异步电动机才可采用这种降压启 动方法。 电动机启动时，接成星形，加在每相定子绕组上的启动电压只有三角形接法直接 启动时的，启动电流为直接采用三角形接法时的 1/3，启动转矩也只有三角形接法直接 启动时的 1/3。所以这种降压启动方法，只适用于轻载或空载下启动。 星形三角形降压启动的最大优点是设备简单，价格低，因而获得较广泛的应用。 缺点是只用于正常运行时为 接法的电动机，降压比固定，有时不能满足启动要求 2.3.2 自耦变压器降压启动的方法 自耦变压器的高压边投入电网，低压边接至电动机，有几个不同电压比的分接头 供选择。设自耦变压器的变比为 K，原边电压为 U1，副边电压 U2=U1/K，副边电流 I2（即通过电动机定子绕组的线电流）也按正比减小。又因为变压器原副边的电流关 系 I1=I2/K，可见原边电流（即电源供给电动机的启动电流）比直接流过电动机定子绕 组的要小，即当采用自耦变压器调压时，电网供给启动电流比直接启动时减少到 1