PLC控制电机正反转专业课程设计.doc

PLC课程设计（论文）

题 目： 三相异步电机联锁正反转控制
院 （系）： 机械工程学院
专 业： 机电一体化
学生姓名： 某某
学 号： 40104
指导老师： 王海珍
职 称： 讲 师

6月10日星期五
摘 要
可编程控制器（PLC）是以微处理器为关键，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来崭新工业自动控制装置。现在PLC已基础替换了传统继电器控制而广泛应用于工业控制各个领域，PLC已跃居工业自动化三大支柱首位。
生产机械往往要求运动部件能够实现正反两个方向起动，这就要求拖动电动机能作正、反向旋转。由电机原理可知，改变电动机三相电源相序，就能改变电动机转向。按下正转开启按钮SB1，电动机正转运行，且KM1,KMY接通。2s后KMY断开，KM 接通，即完成正转开启。按下停止按钮SB2，电动机停止运行。按下反转开启按钮SB3，电动机反转运行，且KM2,KMY接通。2s后KMY断开，KM 接通，即完成反转开启。

目 录

第一章 PLC概述 1
1.1 PLC产生 1
1.2 PLC定义 1
1.3 PLC特点及应用 2
1.4 PLC基础结构 4
第二章 三相异步电动机控制设计 7
2.1 电动机可逆运行控制电路 7
2.2 开启时就星型接法30秒后转为三角形运行直到停止 反之亦然 9
2.3. 三相异步电动机正反转PLC控制梯形图、指令表 12
2.4 三相异步电动机正反转PLC控制工作原理 13
2.5 指令介绍 14
结 论 16
致 谢 17
参 考 文 献 18

第一章 PLC概述
1.1 PLC产生
1969年，美国数字设备企业（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车企业生产线上。当初叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目标是用来替换继电器，以实施逻辑判定、计时、计数等次序控制功效。紧接着，美国MODICON企业也开发出同名控制器，1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编程控制器。1973年，西欧国家也研制出她们第一台可编程控制器。
伴随半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术发展，到70年代中期以后，尤其是进入80年代以来，PLC已广泛地使用16位甚至32位微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也全部采取了中、大规模甚至超大规模集成电路，使PLC在概念、设计、性能价格比和应用方面全部有了新突破。这时PLC已不仅仅是逻辑判定功效，还同时含有数据处理、PID调整和数据通信功效，称之为可编程序控制器（Programmable Controller）更为适宜，简称为PC，但为了和个人计算机（Persona1 Computer）简称PC相区分，通常仍将它简称为PLC（Programmable Logic Controller）。
1.2 PLC定义
“可编程控制器是一个数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采取了可编程序存放器，用来在其内部存放和实施逻辑运算、次序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并经过数字式和模拟式输入和输出，控制多种类型机械或生产过程。可编程控制器及其相关外围设备，全部按易于和工业系统联成一个整体、易于扩充其功效标准设计。”
可编程序控制器是应用面最广、功效强大、使用方便通用工业控制装置，自研制成功开始使用以来，它已经成为了现代工业自动化关键支柱之一。
1.3 PLC特点及应用
1） PLC特点
（1）编程简单，使用方便
梯形图是使用得最多可编程序控制器编程语言，其符号和继电器电路原理图相同。有继电器电路基础电气技术人员只要很短时间就能够熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序，梯形图语言形象直观，易学易懂，。
（2）控制灵活，程序可变，含有很好柔性
可编程序控制器产品采取模块化形式，配置有品种齐全多种硬件装置供用户选择，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不一样功效、不一样规模系统。可编程序控制器用软件功效替换了继电器控制系统中大量中间继电器、时间继电器、计数器等器件，硬件配置确定后，能够经过修改用户程序，不用改变硬件，方便快速地适应工艺条件改变，含有很好柔性。
（3）功效强，扩充方便，性能价格比高
可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用编程元件，有很强逻辑判定、数据处理、PID调整和数据通信功效，能够实现很复杂控制功效。假如元件不够，只要加上需要扩展单元即可，扩充很方便。和相同功效继电器系统相比，含有很高性能价格比。
（4）控制系统设计及施工工作量少，维修方便
可编程序控制器配线和其它控制系统配线比较少得多，故能够省下大量配线，降低大量安装接线时间，开关柜体积缩小，节省大量费用。可编程序控制器有较强带负载能力、能够直接驱动通常电磁阀和交流接触器。通常可用接线端子连接外部接线。可编程序控制器故障率很低，且有完善自诊疗和显示功效，便于快速地排除故障。
（5）可靠性高，抗干扰能力强
可编程序控制器是为现场工作设计，采取了一系列硬件和软件抗干扰方法，硬件方法如屏蔽、滤波、电源调整和保护、隔离、后备电池等，比如，西门子企业S7-200系列PLC内部EEPROM中，储存用户原程序和预设值在一个较长时间段（190小时），全部中间数据能够经过一个超级电容器保持，假如选配电池模块，能够确保停电后中间数据能保留200天。软件方法如故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟，加强对程序检测和校验。从而提升了系统抗干扰能力，平均无故障时间达成数万小时以上，能够直接用于有强烈干扰工业生产现场，可编程序控制器已被广大用户公认为最可靠工业控制设备之一。
（6）体积小、重量轻、能耗低，是“机电一体化”特有产品。
2） PLC应用
现在，可编程序控制器已经广泛地应用在各个工业部门。伴随其性能价格比不停提升，应用范围还在不停扩大，关键有以下多个方面：
（1） 逻辑控制
可编程序控制器含有“和”、“或”、“非”等逻辑运算能力，能够实现逻辑运算，用触点和电路串、并联，替换继电器进行组合逻辑控制，定时控制和次序逻辑控制。数字量逻辑控制能够用于单台设备，也能够用于自动生产线，其应用领域最为普及，包含微电子、家电行业也有广泛应用。
（2） 运动控制
可编程序控制器使用专用运动控制模块，或灵活利用指令，使运动控制和次序控制功效有机地结合在一起。伴随变频器、电动机起动器普遍使用，可编程序控制器能够和变频器结合，运动控制功效更为强大，并广泛地用于多种机械，如金属切削机床、装配机械、机器人、电梯等场所。
（3） 过程控制
可编程序控制器能够接收温度、压力、流量等连续改变模拟量，经过模拟量I/0模块，实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间A/D转换和D/A转换，并对被控模拟量实施闭环PID（百分比-积分-微分）控制。现代大中型可编程序控制器通常全部有PID闭环控制功效，此功效已经广泛地应用于工业生产、加热炉、锅炉等设备，和轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。
（4） 数据处理
可编程序控制器含有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功效，能够完成数据采集、分析和处理。这些数据能够是运算中间参考值，也能够经过通信功效传送到别智能装置，或将它们保留、打印。数据处理通常见于大型控制系统，如无人柔性制造系统，也能够用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中部分大型控制系统。
（5） 构建网络控制
可编程序控制器通信包含主机和远程I/0之间通信、多台可编程序控制器之间通信、可编程序控制器和其它智能控制设备(如计算机、变频器)之间通信。可编程序控制器和其它智能控制设备一起，能够组成“集中管理、分散控制”分布式控制系统。
当然，并非全部可编程序控制器全部含有上述功效，用户应依据系统需要选择可编程序控制器，这么既能完成控制任务，又可节省资金。
1.4 PLC基础结构
可编程序控制器简称为PLC（Programmable Logic Controller）关键由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。（以下图一所表示）

图一 PLC控制系统示意图
可编程序控制器实际上是一个工业控制计算机，它硬件结构和通常微机控制系统相同，甚至和之无异。可编程序控制器关键由CPU（中央处理单元）、存放器（RAM和EPROM）、输入/输出模块（简称I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。
1） CPU模块
CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它关键由微机处理器（CPU）和存放器组成。CPU作用类似于人类大脑和心脏。它采取扫描方法工作，每一次扫描要完成以下工作：
（1）输入处理：将现场开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。
（2）程序实施：逐条读入和解释用户程序，产生对应控制信号去控制相关电路，完成数据存取、传送和处理工作，并依据运算结果更新各相关寄存器内容。
（3）输出处理：将输出映像寄存器内容送给输出模块，去控制外部负载。
2） I/O模块
I/O模块是系统眼、耳、手、脚，是联络外部现场和CPU模块桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字开关、限位开关、接收开关、关电开关、压力继电器等来开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、多种变送器提供连续改变模拟量输入信号。
可编程序控制器经过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调整阀、调速装置等实施器，可编程序控制器控制另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。
CPU模块工作电压通常是5V，而可编程序控制器输入/输出信号电压通常较高，如直流24V和交流220V。从外部引入尖蜂电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中元器件，或使可编程序控制器不能正常工作，所以CPU模块不能直接和外部输入/输出装置相连。I/O模块除了传输信号外，还有电平转换和噪声隔离作用。
3） 编程器
编程器除了用来输入和编辑程序外，还能够用来监视可编程序控制器运行时梯形图中多种编程元件工作状态。
编程器能够永久地连续在可编程序控制器上，将它取下来后可编程序控制器也能够运行。通常只在程序输入、调试阶段和检修时使用，一台编程器可供多台可编程序控制器公用。
4）开关量I/O模块
开关量模块输入输出信号仅有接通和断开两种状态。电压等级有直流5V，12V，24V，48V和交流110V，220V等。输入输出电压许可范围很宽，如某交流220V输入模块许可低电压为0~70V，高电压为70~256V，频率为47~63HZ。
各I/O点通/断状态用发光二极管或其它元件显示在面板上，外部I/O接线通常接在模块接线端子上，一些模块使用可拆除插座型端子板，在不拆去端子外部连线情况下，能够快速地更换模。开关量I/O模块可能4，8，16，32，64点。

图二 直流输入电路
第二章 三相异步电动机控制设计
为了使电动机能够正转和反转，可采取两只接触器KM1、KM2换接电动机三相电源相序，但两个接触器不能吸合，假如同时吸合将造成电源短路事故，为了预防这种事故，在电路中应采取可靠互锁，上图为采取按钮和接触器双重互锁电动机正、反两方向运行控制电路。
2.1 电动机可逆运行控制电路

图三 电动机可逆运行控制电路
线路分析以下：
（1） 正向开启：
1、合上空气开关QF接通三相电源
2、按下正向开启按钮SB3，KM1通电吸合并自锁，主触头闭合接通电动机，电动机这时相序是L1、L2、L3，即正向运行。
（2） 反向开启：
1、合上空气开关QF接通三相电源
2、按下反向开启按钮SB2，KM2通电吸合并经过辅助触点自锁，常开主触头闭合换接了电动机三相电源相序，这时电动机相序是L3、L2、L1，即反向运行。
（3）互锁步骤：含有严禁功效在线路中起安全保护作用。
1、接触器互锁：KM1线圈回路串入KM2常闭辅助触点，KM2线圈回路串入KM1常闭触点。当正转接触器KM1线圈通电动作后，KM1辅助常闭触点断开了KM2线圈回路，若使KM1得电吸合，必需先使KM2断电释放，其辅助常闭触头复位，这就预防了KM1、KM2同时吸合造成相间短路，这一线路步骤称为互锁步骤。
2、按钮互锁：在电路中采取了控制按钮操作正反传控制电路，按钮SB2、SB3全部含有一对常开触点，一对常闭触点，这两个触点分别和KM1、KM2线圈回路连接。比如按钮SB2常开触点和接触器KM2线圈串联，而常闭触点和接触器KM1线圈回路串联。按钮SB3常开触点和接触器KM1线圈串联，而常闭触点压KM2线圈回路串联。这么当按下SB2时只能有接触器KM2线圈能够通电而KM1断电，按下SB3时只能有接触器KM1线圈能够通电而KM2断电，假如同时按下SB2和SB3则两只接触器线圈全部不能通电。这么就起到了互锁作用。
（4）电动机过载保护由热继电器FR完成。

图四

电动机可逆运行控制电路调试
1、检验主回路路接线是否正确，为了确保两个接触器动作时能够可靠调换电动机相序，接线时应使接触器上口接线保持一致，在接触器下口调相。
2、检验接线无误后，通电试验，通电试验时为预防意外，应先将电动机接线断开。
（5）故障现象预处理；
1、不开启；原因之一，检验控制保险FU是否断路，热继电器FR接点是否用错或接触不良，SB1按钮常闭接点是否不良。原因之二按纽互锁接线有误。
2、起动时接触器“叭哒”就不吸了；这是因为接触器常闭接点互锁接线有错，将互锁接点接成了自己锁自己了，起动时常闭接点是通接触器线圈电吸合，接触器吸合后常闭接点又断开，接触器线圈又断电释放，释放常闭接点又接通接触器又吸合，接点又断开，所以会出现“叭哒”接触器不吸合现象。
3、不能够自锁一抬手接触器就断开，这是因为自锁接点接线有误。
2.2开启时就星型接法30秒后转为三角形运行直到停止 反之亦然
1．用PLC实现Y-△起动可逆运行电动机控制电路。图1所表示，其控制要求以下：
（1）按下正转按钮SB1，电动机以Y-△方法正向起动，Y形联结运行30s后转换为△形运行。按下停止按钮SB3，电动机停止运行。
（2）按下反转按钮SB2，电动机以Y-△方法反向起动，Y形联结运行30s后转换为△形运行。按下停止按钮SB3，电动机停止运行。

图五 Y-△起动可逆运行电动机控制电路
试列出I/O分配表、编写梯形图并上机运行调试。
2．用PLC实现电动机反接制动控制电路。图六所表示，其工作原理以下：
（1）按下正向起动按钮SB2，运行过程以下：中间继电器KA1线圈得电，KA1常开触点闭合并自锁，同时正向接触器KM1得电，主触点闭合，电动机正向起动；在刚起动时未达成速度继电器KV动作转速，常开触点KS-Z未闭合，中间继电器KA3断电，KM3也处于断电状态，所以电阻R串在电路中 限制起动电流；当转速升高后，速度继电器动作，常开触点KS-Z未闭合，KM3线圈得电，其主触点短接电阻R，电动机起动结束。
（2）按下停止按钮SB1，运行过程以下：中间继电器KA1线圈失电，KA1常开触点断开接触器KM3线圈电路，电阻R再次串在电动机定子电路限制电流；同时，KM1线圈失电，切断电动机三相电源；此时电动机转速仍然较高，常开触点KS-Z仍闭合，中间继电器KA3线圈也还处于得电状态，在KM1线圈失电同时又使得KM2线圈得电，主触点将电动机电源反接，电动机反接制动，定子电路一直串联有电阻R以限制制动电流；当转速靠近零时，速度继电器常开触点KS-Z断开，KA3和KM2线圈失电，制动过程结束，电动机停转。
（3）按下反向起动按钮SB3，运行过程以下：假如正处于正向运行状态，反向按钮SB3同时切断KA1和KM1线圈；然后中间继电器KA2线圈得电，KA2常开触点闭合并实现自锁，同时正向接触器KM2得电，主触点闭合，电动机反向起动；因为原来电动机处于正向运行，所以首先制动。制动结束后，反向速度在未达成速度继电器KV动作转速时，常开触点KS-F未闭合，中间继电器KA4断电，KM3也处于断电状态，所以电阻R仍串在电路中限制起动电流；当反向转速升高后，速度继电器动作，常开触点KS-F闭合，KM3线圈得电，其主触点短接电阻R，电动机反向起动结束。反向制动过程和正向制动过程类似。

图六 反接制动控制电路
(4)．用PLC实现图七所表示三相绕线感应电动机串电阻继电器接触器控制电路。试列出I/O分配表、编写梯形图并上机运行调试。

图七 三相绕线感应电动机串电阻起动电路
(a)主电路(b)控制电路
2.3. 三相异步电动机正反转PLC控制梯形图、指令表
三相异步电动机正反转PLC控制I/O端口分配表
输入电器
输入点
输出电器
输出点
停止按钮SB1
X1
24V正转接触器KA1
Y1
正转按钮SB2
X2
24V反转接触器KA2
Y2
反转按钮SB3
X3
380V正转接触器KM1

热继电器触点FR1
X0
380V反转接触器KM2

热继电器触点FR2
X4

三相异步电动机正反转PLC控制梯形图、指令表

图八 三相异步电动机正反转PLC控制
2.4 三相异步电动机正反转PLC控制工作原理
图1-3和图1-4a I/O接线图中，SB为停机按钮，SB1为正转开启按钮，SB2为反转开启按钮，KM1为正转控制接触器，KM2为反转控制接触器。继电控制电路工作分析不再赘述，PLC控制工作过程，参考其I/O接线图和梯形图，分析以下：
(1)正转开启过程
点动SB1→X2吸合→A区X2闭合→Y1吸合－→Y1输出触点闭合→KM1吸合→电动机正转→B区Y1闭合→自锁Y1→C区Y1分断→互锁Y2
(2)停机过程
点动SB→X1吸合→A区X1分断→Y1释放→各器件复位→电动机停止
反转开启和停机过程，请读者自行分析。
图1-4c指令语句表，是用英文助记符描述梯形图中各部件连接关系和编程指令。常见助记符指令见表1-4。
2.5 指令介绍
表1-4 PLC编程常见指令
分 类
助记符
英 文
指 令 用 途
梯 形 图
常开触点连接指令
LD
Load
在左母线或副母线上加载常开触点

AND
And
在电路右方串联常开触点

OR
Or
向上方电路并联常开触点

派 生
连接指令
xxI
Inverse
连接常闭触点

xxxP
Pulse
连接上升沿瞬间通断边缘触点

xxxF
Fall
连接下降沿瞬间通断边缘触点

触点块
连 接
指 令
ANB
And block
在电路右方串联触点块

ORB
Or block
向上方电路并联触点块

驱动指令
OUT
Output
由触点逻辑运算结果驱动线圈

交替驱动
ALT
ALTeration
边缘触点控制该指令使继电器交替吸放

置位和
复位指令
SET
Setup
使继电器置位吸合并保持
RST
Reset
使置位吸合继电器释放复位
区间复位
ZRST

使指定区间内多个继电释放复位
步进控制指令
STL
Setup line
加载置位步进接点，形成副母线

RET
Reset
撤销副母线，恢复到左母线
RET

传送和
转换指令
MOV
Movability
将元件中BIN码(二进制数据)传送到若干组其它元件(每组4个)

BCD
Binary Code Decimal
将元件中BIN码转换成BCD码传送到若干组其它元件(每组4个)

注：1. 派生连接指令xx系指连接指令两位助记符简写；xxx系指连接指令两位或三位助记符全写。
2. 基础指令语句格式：<助记符> <元件> <参数>。如 OUT T1 K50，意为驱动5s计时器T1。
3. 功效指令语句格式：<助记符> <源元件> <目标元件>。如 BCD C1 K1Y0，意为将C1中数据转换成BCD码，传送到以Y0为首1组4个元件中。
4. 传送和转换指令功效很多，在此没有一一列举。
结 论
课程设计是专科学习阶段一次很难得理论和实际相结合机会，经过这次比较完整设计出可逆运行电动机PLC控制，我摆脱了单纯理论知识学习状态。经过实际设计相结合，锻炼了我综合利用所学专业基础知识，处理实际工程问题能力，同时也提升我查阅文件资料、设计手册、设计规范和电脑制图等其它专业能力水平。经过这次毕业设计，提升了我意志力和品质力，提升了自己忍耐力，知道了怎样缓解压力，学会了独立思索、逻辑思维、提出问题、分析问题、处理问题方法。这是我们期望看到，也正是我们进行毕业设计目标所在。
即使课程设计内容繁多，过程繁琐，但我收获却愈加丰富。经过网上搜索，我了解到此系统适用条件，此设备选择标准，和多种器件适用性。我能力也得到了提升，提升是有限但提升也是全方面，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我头脑愈加好被知识武装了起来，也肯定会让我在未来工作学习中表现出更高应变能力，更强沟通力和了解力。最终按质按量完成此次设计。顺利准期完成此次课程设计给了我很大信心，让我了解专业知识同时也对本专业发展前景充满信心。不管PLC控制电机正反转系统怎么复杂，我全部采取了部分新技术和设备。它们有着很多优越性，但也存在一定不足，这些不足在一定程度上限制了我们发明力。以后我更会关注新技术新设备新工艺出现，并争取立即掌握这些优异知识，愈加好为社会做出应有贡献，为祖国四化服务。
我们衷心期望，中国科技界，产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来难得机遇，迎接竞争全球化带来严峻挑战，为在二十一世纪使中国数控技术和产业走向世界前列，使中国经济继续保持强劲发展势头而共同努力奋斗！
致 谢
课程设计能顺利完成，是因为在设计当中我得到了很多人帮助。我课程设计最终完成了。即使中间有着不完美，但却是我自己不停地查阅资料、思索和动手结果。经过几天努力，此次课程设计已经结束，作为一个专科生课程设计，因为经验匮乏，难免有很多考虑不周全地方，但经过网上搜索，查阅和参考学长课程设计。和指导老师指点才使得此次课程设计顺利完成。经过此次课程设计使我对PLC有了更深刻了解。也对以后工作有了更多了解。同时还要感谢指导老师王海珍讲师精心指导。也对此次和我一起完成课程设计同学表示感谢。

参 考 文 献

1.《PLC应用技术》 　 　 机械工业出版社 　
2《电工技术》 湖北： 华中科技大学出版社 ， 　 　
3《电器控制系统和可编程控制器》. 北京：机械工业出版社 ，
4《电力拖动》 第30卷第一期 　　　　　　　
5《PLC试验指导书》 新余学院机械工程学院
6《机电一体化技术和系统》 机械工业出版社