四台三相笼形异步电动机控制系统设计.docx

机电工程学院

课程设计说明书

赚学弟学妹财富值挺不好意思的，可是这个东西是楼主自己辛苦搞的并且反复审视仿真自信没有错误。另有CAD格式的电路图，有需要的童鞋可以联系楼主Q：1570038154貌似这个课题咱工大机电院每年都做，下届童鞋有福了。楼主设计期间曾帮助同班童鞋做其他设计课题，所以选其他课题的童鞋也可和楼主交流，
只是貌似楼主那时可能在宁波工作了，不过没关系，帮助别人本来就是一种快乐。2013.12.23晚

设计题目: 四台三相笼形异步电动机
控制系统设计
学生姓名： 刘 小 刚
学 号： 201048050110
专业班级： 机制 F1006班
指导教师： 薛 东 彬
2013年 12 月 20 日

内容摘要
本文针对四台三相笼形异步电动机作顺序循环控制的要求进行了继电接触器控制系统和PLC控制系统的设计，并对两种控制系统的优缺点进行对比分析。两种系统均可实现四台三相笼形异步电动机的自动循环控制，且可实现每台电动机的单独启停控制。继电接触器控制系统的设计主要包括总体方案流程图设计，主电路和辅助电路的设计；PLC控制系统的设计主要包括I/O地址分配，外部接线图设计以及程序梯形图和语句表的设计。其中PLC采用西门子S7-200系列，CPU模块采用CPU216，程序采用STEP 7-Micro/WIN编程软件编制，采用S7-200模拟软件进行仿真。
四台三相笼形异步电动机继电接触器控制系统可实现总启动与总停止控制，并在总停止状态下实现单个电动机的单独启动与停止；PLC控制系统可在任意情况下实现系统总体循环启动与停止和单个电动机单独启动与停止的无干涉切换，且系统总体停止按钮可以充当紧急停止按钮实现急停。仿真结果显示，四台三相笼形异步电动机PLC控制系统可以满足现实应用中各种情况下的控制需求。
关键词：电动机；继电接触器控制；PLC控制；程序

目 录

第1章 引言 ………………………………………………………………………1
第2章 控制要求…………………………………………………………………2
2.1系统的控制要求……………………………………………………………2
第3章 继电接触器控制系统设计 …………………………………………3
3.1总体方案设计………………………………………………………………3
3.2
3.3控制电路设计………………………………………………………………5
第4章 PLC控制系统设计 ……………………………………………………8
4.1 PLC选择……………………………………………………………………8
4.2 I/O地址分配………………………………………………………………8
4.3 I/O接线图…………………………………………………………………9
结论…………………………………………………………………………………10
设计总结 ………………………………………………………………………… 11
谢辞 ……………………………………………………………………………… 13
附录：（带功能注释的程序）……………………………………………… 14
参考文献………………………………………………………………………… 21

第1章 引言
继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域，他们比以往的产品具有更高的可靠性，但是这也随之带来一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。再者继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。另外对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试，这样增加了其使用成本。
可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制以成为大多数自动化系统的设备基础，同时也给工业控制带来了前所未有的非凡变化。使用PLC的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比拟的优点。虽然在工业控制系统中所使用的继电器控制设备不会被完全淘汰，但是由于PLC的出现已经改变了工业控制设计者的设计思想。
要实现四台三相笼形异步电动机的顺序循环控制，可以采用继电接触器控制，也可以采用PLC控制。相比继电接触器控制，PLC控制表现出很多优点。尤其是控制多台电动机的不同循环启动，其在可靠性、安全性方面的优越性相对继电接触器控制系统更加明显。

第2章 控制要求
2.1 系统的控制要求
选题6 四台三相笼形异步电动机控制系统设计
一、控制要求：
1.有四台电动机作顺序循环控制，控制时序如下图所示
一号电动机
ON
ON

ON
ON

二号电动机

ON
ON

ON
ON
三号电动机
ON
ON
ON
ON

ON
ON
四号电动机

ON
ON
ON
ON

秒 0 10 20 30 40 50 60 70 80
2.系统可以自动循环控制
3.每台电动机可单独启停控制
二、课题要求：
1.采用继电器控制，完成控制线路设计
2.采用PLC控制。采用PLC控制
（1）列出输入输出点分配表；
（2）画出PLC的输入输出设备的接线图；
（3）利用Step7-Micro/Win32软件完成梯形图、指令表的程序设计与调试；
3.完成课程设计说明书

第3章 继电接触器控制系统设计
3.1 总体方案设计
四台三相笼形异步电动机继电接触器控制系统采用通电延时继电器和中间继电器来实现控制。系统通过控制通电延时继电器的线圈来控制其对应触点的时序动作，并以此来控制继电接触器KM1、KM2、KM3、KM4触点的动作，从而实现四台三相笼形异步电动机按照要求时序启动和停止，并通过中间继电器的触点来实现所需要的自锁及互锁功能。
系统设计了一对总启动和总停止按钮SB0和SB9，针对每一台电动机设计了单独启动与停止按钮分别为SB1和SB5、SB2和SB6、SB3和SB7、SB4和SB8。其中每一个控制周期（80s）中，通电延时继电器KT1、KT2、KT3的触点分别在第20s、40s和第60s动作，并且触点状态持续到周期结束（即第80s）。第80s时刻，通电延时继电器KT4触点动作后并立即掉电复位，同时实现KT1、KT2、KT3的掉电复位，随即进入下一个控制周期。各个通电延时继电器不仅接受总启动按钮的控制，也接受每一个单独启动按钮的控制，即无论何种启动状态，KT1、KT2、KT3、KT4总是在每个周期中的第20s、40s、60s和第80s实现动作。
按下总启动按钮SB0，四台电动机按照要求时序工作，按下总停止按钮SB9，系统停止工作。在总停止状态下，按下单独启动按钮，相应电动机可按工作时序实现单独启动。按下单独停止按钮，单个电动机实现停止工作。元件列表如表3-1所示，系统控制流程图如图3-1所示：

序号
名称
符号
数量
1
通电延时继电器
KT1-KT4
4
2
中间继电器
KA0-KA4
5
3
继电接触器
KM1-KM4
4
4
按钮
SB0-SB9
10
5
热继电器
FR1-FR4
4
6
熔断器
FU
1
表3-1

开始

总启动
启动方式
单独启动

4号启动
3号启动
2号启动
1号启动

总停止
4号停止
3号停止

2号停止
1号停止

结束

图3-1

3.2
主电路的设计：主电路采用四台电动机并联的方式，电动机的电路接通由接触器的主动合触点控制，主电路设计图3-2：

图3-2

3.3四台三相笼形异步电动机继电接触器控制系统控制电路采用通电延时继电器、中间继电器的触点控制电动机按时序要求工作。其中通电延时继电器通电延时时间均为20秒，KT、KT2、KT3、KT4触点分别在每一个周期（80s）的第20s、40s、60s和第80s实现动作，并且触点状态持续到周期结束（即第80s）。第80s时刻，通电延时继电器KT4触点动作后并立即掉电复位，同时实现KT1、KT2、KT3的掉电复位，随即进入下一个控制周期。控制过程如下：
1.总启动与停止过程：
按下总启动按钮SB0，中间继电器KA0线圈得电并实现自锁。KA0触点动作控制各个电动机进入时序要求工作状态，并且通电延时继电器KT1得电并开始计时，电动机1、3运转。
第20s通电延时继电器KT1触点动作，控制1号电动机停止工作，同时2、4号电动机开始工作，并且通电延时继电器KT2开始得电。
第40s通电延时继电器KT2触点动作，控制1号电动机开始工作，同时使2、3号电动机停止工作，并且使通电延时继电器KT3得电。
第60s通电延时继电器KT3触点动作，控制1、4号电动机停止工作，同时控制2、3号电动机开始工作，并且使通电延时继电器KT4开始得电。
第80s通电延时继电器KT4触点动作，控制KT1、KT2、KT3失电复位，并且自身瞬间失电复位，进入下一个控制周期实现循环动作。
在循环动作的任一时刻，按下总停止按钮SB9，整个系统即可实现停止。各个通电延时继电器立即掉电复位。
2.单独启动与停止：
四台三相笼形异步电动机继电接触器控制系统在总停止状态下可实现每台电动机的单独启停控制。每个电动机的单独启停控制均采用两个按钮，其中SB1和SB5控制1号电动机实现单独启停。总停止状态下按下SB1，中间继电器KA1得电并实现自锁，其触头动作控制1号电动机开始工作，同时也使通电延时继电器KT1得电并开始计时。1号电动机在各个通电延时继电器的控制下按要求时序单独工作。
按下SB5，中间继电器KA1失电复位，从而实现1号电动机的停止。
同理，也可实现其他电动机的单独启停控制。四台三相笼形异步电动机继电接触器控制系统控制电路图如下图所示：

SB0

SB1

SB2

SB3

SB4

SB5

SB6

SB7

SB8

系统总停止
SB9

KM1
Q0.1

KM2
Q0.2

KM3
Q0.3

KM4
Q0.4

4.3 I/O接线图

1.PLC控制系统采用软接线
电器-接触器控制全部用硬触点和“硬”线连接；PLC内部大部分采用“软”触点和“软”线连接，动作灵敏。
2.PLC控制系统的结构和体积较小
继电器-接触器控制系统使用的电气元件多，体积大且故障率大；PLC控制系统结构紧凑，使用的电气元件少，体积小。
3.PLC控制系统使用寿命较长
继电接触器控制中全部为机械式的硬触点，弧光放电严重，使用次数有限，寿命短；PLC内部全部为“软”触点，动作快、寿命长。
4.PLC控制系统柔性较好
继电接触器控制方案的改变，需拆线，重新再接线，乃至更换元器件，比较麻烦；PLC控制方案的改变，一般不需要修改硬件，只需修改程序即可，柔性较好。
STEP 7-Micro/WIN编程软件、S7-200模拟软件，并且设计电路图时用到了CAD绘图软件，不仅学到了很多新的东西，而且复习了以前学过的知识。这次课程设计

附录：（带功能注释的程序）
语句表
ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1
TITLE=四台三相笼形异步电动机控制系统设计
BEGIN
Network 1 // 总启动和总停止控制
// 1、2、3、4号电动机无论处在何种工作状态都可受总启动和总停止控制
LD I0.0
O M0.0
AN I1.1
= M0.0
Network 2 // 通电延时器T37
// 总启动或单个启动某个电动机20s后，T37动作。且在第80sT40动作后立即实现复位
LD M0.0
O M0.1
O M0.2
O M0.3
O M0.4
AN T40
TON T37, 200
Network 3 // 通电延时器T38
// 总启动或单个启动某个电动机40s后，T38动作。且在第80sT40动作后立即实现复位
LD T37
AN T40
TON T38, 200
Network 4 // 通电延时器T39
// 总启动或单个启动某个电动机60s后，T39动作。且在第80sT40动作后立即实现复位
LD T38
AN T40
TON T39, 200
Network 5 // 通电延时器T40
// 总启动或单个启动某个电动机80s后，T40动作。且立即实现复位
LD T39
AN T40
TON T40, 200
Network 6 // 控制1号电动机单独启动的接触器M0.1
// 可控制1号电动机的单独启动，且受总停止和单独停止的控制
LDN I1.1
AN I0.5
LD I0.1
O M0.1
ALD
= M0.1
Network 7 // 控制2号电动机单独启动的接触器M0.2
// 可控制2号电动机的单独启动，且受总停止和单独停止的控制
LDN I1.1
AN I0.6
LD I0.2
O M0.2
ALD
= M0.2
Network 8 // 控制3号电动机单独启动的接触器M0.3
// 可控制3号电动机的单独启动，且受总停止和单独停止的控制
LDN I1.1
AN I0.7
LD I0.3
O M0.3
ALD
= M0.3
Network 9 // 控制4号电动机单独启动的接触器M0.4
// 可控制4号电动机的单独启动，且受总停止和单独停止的控制
LDN I1.1
AN I1.0
LD I0.4
O M0.4
ALD
= M0.4
Network 10 // 控制1号电动机单独停止的接触器M0.5
// 可控制1号电动机的单独停止，且受总启动和单独启动的控制
LDN I0.0
AN I0.1
LD I0.5
O M0.5
ALD
= M0.5
Network 11 // 控制2号电动机单独停止的接触器M0.6
// 可控制2号电动机的单独停止，且受总启动和单独启动的控制
LDN I0.0
AN I0.2
LD I0.6
O M0.6
ALD
= M0.6
Network 12 // 控制3号电动机单独停止的接触器M0.7
// 可控制3号电动机的单独停止，且受总启动和单独启动的控制
LDN I0.0
AN I0.3
LD I0.7
O M0.7
ALD
= M0.7
Network 13 // 控制4号电动机单独停止的接触器M1.0
// 可控制4号电动机的单独停止，且受总启动和单独启动的控制
LDN I0.0
AN I0.4
LD I1.0
O M1.0
ALD
= M1.0
Network 14 // 1号电动机控制
// 可接受总启动、总停止、单独启动、单独停止以及各定时器控制
LD M0.0
O M0.1
AN I1.1
AN M0.5
LDN T37
O T38
ALD
AN T39
= Q0.1
Network 15 // 2号电动机控制
// 可接受总启动、总停止、单独启动、单独停止以及各定时器控制
LD M0.0
O M0.2
AN I1.1
AN M0.6
A T37
LDN T38
O T39
ALD
= Q0.2
Network 16 // 3号电动机控制
// 可接受总启动、总停止、单独启动、单独停止以及各定时器控制
LD M0.0
O M0.3
AN I1.1
AN M0.7
LDN T38
O T39
ALD
= Q0.3
Network 17 // 4号电动机控制
// 可接受总启动、总停止、单独启动、单独停止以及各定时器控制
LD M0.0
O M0.4
AN I1.1
AN M1.0
A T37
AN T39
= Q0.4
END_ORGANIZATION_BLOCK
SUBROUTINE_BLOCK SBR_0:SBR0
TITLE=子程序注释
BEGIN
Network 1 // 网络标题
// 网络注释
END_SUBROUTINE_BLOCK
INTERRUPT_BLOCK INT_0:INT0
TITLE=中断程序注释
BEGIN
Network 1 // 网络标题
// 网络注释
END_INTERRUPT_BLOCK