電氣畢業(yè)論文--三相鼠籠式異步電動機plc控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　三相鼠籠式異步電動機PLC控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　專業(yè)綜合設計任務書</b></p><p>　　一．設計題目：三相鼠籠式異步電動機PLC控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　二．設計目的</b></p><p>　　1．理解三相鼠籠式異步電動機PLC控制

2、系統(tǒng)基本原理；</p><p>　　2．掌握主電路和控制電路的個電氣器件功能及應用；</p><p>　　3．運用Autocad繪制原理圖和接線圖；</p><p>　　4．應用S7200編程方法實現(xiàn)。</p><p><b>　　三．設計任務及要求</b></p><p>　　1. 設計三相鼠籠

3、式異步電動機PLC控制系統(tǒng)硬件電路；</p><p>　　2. Autocad繪制原理圖和接線圖；</p><p>　　3. 用PLC編程實現(xiàn)；</p><p>　　4．實現(xiàn)三相異步電動機正反轉控制、星角啟動控制及點動控制；</p><p>　　5. 撰寫設計說明書。</p><p>　　四．設計時間及進度安排<

4、;/p><p>　　設計時間共三周,具體安排如下表：</p><p>　　五．指導教師評語及學生成績</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　專業(yè)綜合設計任務書I</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><

5、p>　　第2章 總體方案確定2</p><p>　　2.1 啟動方式選擇2</p><p>　　2.2 控制方式選擇3</p><p>　　第3章 硬件電路設計5</p><p>　　3.1 主電路設計5</p><p>　　3.2 控制電路設計7</p><p>　　3.3

6、器件選擇8</p><p>　　3.3.1 斷路器8</p><p>　　3.3.2 熔斷器9</p><p>　　3.3.3 交流接觸器10</p><p>　　3.3.4 熱繼電器11</p><p>　　3.3.5 中間繼電器12</p><p>　　3.3.6 鼠籠式異步電動

7、機12</p><p>　　第4章 軟件編程14</p><p>　　4.1 S7-200簡介14</p><p>　　4.2 I/O點表14</p><p>　　4.3 設計梯形圖程序15</p><p><b>　　結 論17</b></p><p>

8、<b>　　參考文獻18</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　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(fā)展起來的嶄新的工業(yè)自動控制裝置。目前PLC已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制而廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，尤其在控制電動機方面應用更為廣泛，PLC已躍居工業(yè)

9、自動化三大支柱的首位。</p><p>　　三相異步電動機具有機構簡單，效率高，控制方便，運行可靠，易于維修成本低的優(yōu)點，幾乎涵蓋了工農業(yè)生產和人類生活的各個領域,在這些應用領域中,三相異步電動機運行的環(huán)境不同，所以造成其故障的發(fā)生也很頻繁，所以要正確合理的利用它。生產機械往往要求運動部件可以實現(xiàn)正反兩個方向的啟動，這就要求拖動電動機能作正、反向旋轉。生產中有的機械需要人工點動控制電機，實現(xiàn)點動控制功能。由于電機

10、正反轉換接時，有可能因為電動機容量較大或者操作不當?shù)仍?，使接觸器主觸頭產生較為嚴重的起弧現(xiàn)象，如果電弧還未完全熄滅時候，反轉的接觸器就閉合，則會造成電源相間短路，用PLC來控制電機則可避免這一問題。</p><p>　　本文研究的這個系統(tǒng)的控制是采用PLC的編程語言----梯形圖,梯形語言是在可編程控制器中的應用最廣的語言，因為它在繼電器的基礎上加進了許多功能，使用靈活的指令，使邏輯關系清晰直觀，編程容易，可讀

11、性強，所實現(xiàn)的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控制電路，可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它是專為在惡劣工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術等操作的指令，并采用數(shù)字式，模擬式的輸入和輸出，控制各種的機械或生產過程。</p><p>　　第2章 總體方案確定</p><p>　　2.1 啟動方式選擇</p>&l

12、t;p>　　將異步電動機機定子繞組接入交流電網，如果點動機的電磁轉矩能夠克服齊軸上的阻力轉矩，電動機就將從靜止加速到某一轉速穩(wěn)態(tài)運行，這個過程稱為啟動。</p><p>　　三相鼠籠式異步電動機的起動方法有全壓啟動和降壓啟動兩種。</p><p><b>　　全壓啟動</b></p><p>　　把異步電動機定子繞組通過開關或接觸器直接接

13、到額定電壓的交流電源上進行起動，稱為全壓起動。</p><p>　　全壓啟動的優(yōu)點是所需設備少，啟動方式簡單，成本低。電動機全壓啟動的電流是正常運行的5倍左右，理論上來說，只要向電動機提供電源的線路和變壓器容量大于電動機容量的5倍以上的，都可以全壓啟動。這一要求對于小容量的電動機容易實現(xiàn)，所以小容量的電動機絕大部分都是直接啟動的，不需要降壓啟動。對于大容量的電動機來說，一方面是提供電源的線路和變壓器容量很難滿足電

14、動機全壓啟動的條件，另一方面強大的啟動電流沖擊電網和電動機，影響電動機的使用壽命，對電網不利，所以大容量的電動機和不能全壓啟動的電動機都要采用降壓啟動。 全壓啟動可以用膠木開關、鐵殼開關、空氣開關（斷路器）等實現(xiàn)電動機的近距離操作、點動控制，速度控制、正反轉控制等，也可以用限位開關、交流接觸器、時間繼電器等實現(xiàn)電動機的遠距離操作、點動控制、速度控制、正反轉控制、自動控制等。</p><p><b&

15、gt;　　降壓啟動</b></p><p>　　在三相異步電動機啟動時，為了減少啟動電流，需降低定子電壓，這就是降壓啟動。降壓啟</p><p>　　動時，電磁轉矩會隨定子電壓的降低而減少，因此降壓啟動適用于對起動轉矩要求不高的場合，如空載和輕載啟動。下面介紹三種常用的降壓啟動方法。</p><p>　　用自偶變壓器降壓啟動</p><

16、;p>　　采用自耦變壓器降壓啟動，電動機的啟動電流及啟動轉矩與其端電壓的平方成比例降低，相同的啟動電流的情況下能獲得較大的啟動轉。如啟動電壓降至額定電壓的65％，其啟動電流為全壓啟動電流的42％，啟動轉矩為全壓啟動轉矩的42%。 自耦變壓器降壓啟動的優(yōu)點是可以直接人工操作控制，也可以用交流接觸器自動控制，經久耐用，維護成本低，適合所有的空載、輕載啟動異步電動機使用，在生產實踐中得到廣泛應用。缺點是人工操作要配置比較貴的自偶

17、變壓器箱（自偶補償器箱），自動控制要配置自偶變壓器、交流接觸器等啟動設備和元件。</p><p><b>　　轉子串電阻啟動</b></p><p>　　繞線式三相異步電動機，轉子繞組通過滑環(huán)與電阻連接。外部串接電阻相當于轉子繞組的內阻增加了，減小了轉子繞組的感應電流。從某個角度講，電動機又像是一個變壓器，二次電流小，相當于變壓器一次繞組的電動機勵磁繞組電流就相應減小

18、。根據(jù)電動機的特性，轉子串接電阻會降低電動機的轉速，提高轉動力矩，有更好的啟動性能。</p><p>　　在這種啟動方式中，由于電阻是常數(shù)，將啟動電阻分為幾級，在啟動過程中逐級切除，可以獲取較平滑的啟動過程。</p><p><b>　　星－角降壓啟動</b></p><p>　　定子繞組為三角形連接的電動機，啟動時接成星型，速度接近額定轉速時

19、轉為三角形運行，采用這種方式啟動時，每相定子繞組降低到電源電壓的58％，啟動電流為直接啟動時的33％，啟動轉矩為直接啟動時的33％。啟動電流小，啟動轉矩小。</p><p>　　星－角降壓啟動的優(yōu)點是不需要添置啟動設備，有啟動開關或交流接觸器等控制設備就可以實現(xiàn)，缺點是只能用于三角形連接的電動機，大型異步電機不能重載啟動。</p><p>　　綜合多種因素，本設計應選擇星－三角降壓啟動來實

20、現(xiàn)異步電動機的正反轉和點動控制。</p><p>　　2.2 控制方式選擇</p><p>　　對于鼠籠異步電動機的控制方式有多種，現(xiàn)分析兩種比較常見的控制方式（PLC控制與傳統(tǒng)繼電器控制）。</p><p><b>　　PLC控制</b></p><p>　　PLC又名可編程序控制器是近幾十年發(fā)展起來的一種新型的、非常

21、有用的工業(yè)控制裝置，由于它把計算機的編程靈活、功能齊全、應用面廣等優(yōu)點與繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，而其本身又具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性好等特點，因而在工礦企業(yè)的各種機械設備和生產過程的自動控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，已成為當代工業(yè)自動化的主要控制裝置之一。</p><p>　　PLC種類繁多，但其結構和工作原理基本相同。PLC其實就是專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計的計算機

22、，采用了典型的計算機結構，主要是由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出單元，電源及編程器幾大部分組成。PLC的結構框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 PLC的結構框圖</p><p>　　有了以上這些部件，PLC便可進行正常工作。CPU通過輸入接口讀取數(shù)據(jù)，然后按照編制的控制程序對數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結果發(fā)送到輸出接口，驅動設備或部件的執(zhí)行元件，這就是PLC的工作過程

23、。PLC是一種工業(yè)控制計算機，故它的工作原理是建立在計算機工作原理基礎之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的。PLC采用的是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令執(zhí)行開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結束，然后返回第一條指令，開始新一輪的掃描，PLC就是這樣周而復始地重復上述循環(huán)掃描。這就是PLC的工作原理。PLC控制系統(tǒng)原理框圖如圖2-2所示。</p>

24、<p>　　圖2-2 PLC控制系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　傳統(tǒng)繼電器控制</b></p><p>　　繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由接觸器、繼電器、主令電器和保護電器按照一定的控制邏輯接線組成的控制系統(tǒng)。其工作原理就是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時繼電器的滯后動作等組成控制邏輯，從而實現(xiàn)對電動機或其他機械設備的起動、停止，反

25、向、調速及多臺設備的順序控制和自動保護功能。</p><p>　　繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由接觸器、繼電器、主令電器、保護電器及控制線路等組成。由于該系統(tǒng)操作簡單直觀、維護、調整方便，現(xiàn)場人員容易掌握使用等優(yōu)點，它被廣泛用于工礦企業(yè)的生產控制系統(tǒng)。但隨著PLC技術的發(fā)展和應用，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)已逐漸被PLC控制系統(tǒng)所取代。繼電器控制系統(tǒng)框圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-

26、3 繼電器控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　PLC控制與傳統(tǒng)繼電器控制比較起來，PLC控制的繼電器采用軟接線，觸點個數(shù)無限，用戶可以在不改變繼電器接線的情況下，只需改變用戶程序就可實現(xiàn)多個控制功能，軟硬件相結合，可靠性高。而傳統(tǒng)繼電器控制必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調試。理論上可達到設計題目的所有性能指標，該設計確定使用PLC來實現(xiàn)異步電動機的正反轉和點動。

27、</p><p>　　第3章 硬件電路設計</p><p><b>　　3.1 主電路設計</b></p><p>　　生產機械往往要求運動部件可以實現(xiàn)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。因此正反轉控制電路實質上是兩個方向相反的單相運行電路，為了避免誤動作引起電

28、源相間短路，必須在這兩個相反方向的單向運行電路中加設必要的互鎖。電動機運行的主電路如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1電動機運行的主電路</p><p><b>　　線路分析如下：</b></p><p><b>　　1. 正向啟動：</b></p><p>　　(1)合上三相單刀開關KS

29、與空氣開關QF接通三相電源。</p><p>　　(2)由控制電路按鈕使KM1與KM4通電，電機由星型啟動進行正向運行。5s后KM1與KM3得電，電機切換到角型啟動，持續(xù)正向運行。</p><p><b>　　2. 反向啟動：</b></p><p>　　(1)合上三相單刀開關KS與空氣開關QF接通三相電源。</p><p&

30、gt;　　(2)由控制電路按鈕使KM2與KM4通電，電機由星型啟動進行反向運行。5s后KM2與KM3得電，電機切換到角型啟動，持續(xù)反向運行。</p><p>　　3. 電動機的過載保護由熱繼電器FR完成，在選擇熱繼電器時應充分考慮電動機的額定功率，選擇合適的熱繼電器。</p><p>　　4. 電動機可逆運行控制電路的調試：</p><p>　　(1)檢查主回路路的

31、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相序，接線時應使接觸器的上口接線保持一致，在接觸器的下口調相。</p><p>　　(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。</p><p>　　5. 故障現(xiàn)象預處理：</p><p>　　(1)不啟動；原因之一，檢查控制保險FU是否斷路，熱繼電器FR接點是否用錯或接觸不

32、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。</p><p>　　(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(xiàn)“叭噠”接觸器不吸合的現(xiàn)象。</p><p>　　(3)不能

33、夠自鎖一抬手接觸器就斷開，這是因為自鎖接點接線有誤。</p><p>　　6. 線路中采用了四個接觸器，即正轉用的接觸器KM1、反轉用的接觸器KM2、星型起動用的接觸器KM4、角型起動用的繼電器KM3。這四個接觸器的主觸頭所接通的相序不同，KM1按L1—L2—L3相序接線、KM2則對調了兩相的相序、KM3與電動機角型接線、KM4與電動機星型接線。</p><p>　　7. 在選擇斷路器時，

34、我們不僅要關注斷路器的延遲曲線等主要指標，還應重視它的很多次要功能，這些常容易被忽略的性能不僅能為一個良好的設計錦上添花，而且還能幫助工程師們?yōu)槠鋺迷O計精密的保護電路。</p><p>　　8. 輔助接點（輔助開關）：它們是與主接點電隔離的接點，適用于報警和程序開關。輔助接點可用于向操作人員或控制系統(tǒng)告警，發(fā)出警報，或在重要應用中接通備用電源。</p><p>　　3.2 控制電路設計

35、 </p><p>　　本設計采用PLC設計異步電動機的控制線路（如圖3-2），PLC選擇西門子公司的S7-200系列的CPU224。在PLC與主電路之間連接處需加中間繼電器，這樣可以保護PLC的輸出端，防止負載短路燒損PLC輸出點，提高承載能力。PLC使用AC 220V電源或DC 24V電源。SB1按鈕為正轉按鈕、SB2按鈕為停止按鈕、S

36、B3按鈕為反轉按鈕、SB4按鈕為點動按鈕。</p><p>　　圖3-2 三相異步電動機的PLC控制接線</p><p><b>　　3.3 器件選擇</b></p><p><b>　　3.3.1 斷路器</b></p><p><b>　　圖3-3 斷路器</b></

37、p><p>　　斷路器一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機構、脫扣器、外殼等構成。</p><p>　　當短路時，大電流（一般10至12倍）產生的磁場克服反力彈簧， 脫扣器拉動操作機構動作，開關瞬時跳閘。當過載時，電流變大，發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動機構動作（電流越大，動作時間越短）。 </p><p>　　現(xiàn)在有電子型的，使用互感器采集各相電流大小，與設定值比

38、較，當電流異常時微處理器發(fā)出信號，使電子脫扣器帶動操作機構動作。 </p><p>　　斷路器的作用是切斷和接通負荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴大，保證安全運行。而高壓斷路器要開斷1500V，電流為1500-2000A的電弧，這些電弧可拉長至2m仍然繼續(xù)燃燒不熄滅。故滅弧是高壓斷路器必須解決的問題。 </p><p>　　吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離，另一方面通過吹弧拉長電

39、弧加強帶電粒子的復合和擴散，同時把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復介質的絕緣強度。 </p><p>　　低壓斷路器也稱為自動空氣開關，可用來接通和分斷負載電路，也可用來控制不頻繁起動的電動機。它功能相當于閘刀開關、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護器等電器部分或全部的功能總和，是低壓配電網中一種重要的保護電器。 </p><p>　　低壓斷路器具有多種保護功能（過載、短路、欠電壓

40、保護等）、動作值可調、 分斷能力高、操作方便、安全等優(yōu)點，所以目前被廣泛應用。結構和工作原理低壓斷路器由操作機構、觸點、保護裝置（各種脫扣器）、滅弧系統(tǒng)等組成。 </p><p>　　低壓斷路器的主觸點是靠手動操作或電動合閘的。主觸點閉合后，自由脫扣機構將主觸點鎖在合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯(lián)，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，過電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由

41、脫扣機構動作，主觸點斷開主電路。當電路過載時，熱脫扣器的熱元件發(fā)熱使雙金屬片上彎曲，推動自由脫扣機構動作。當電路欠電壓時，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放。也使自由脫扣機構動作。分勵脫扣器則作為遠距離控制用，在正常工作時，其線圈是斷電的，在需要距離控制時，按下起動按鈕，使線圈通電，銜鐵帶動自由脫扣機構動作，使主觸點斷開。</p><p>　　本次設計采用的是DZ47-D5斷路器。</p><p>&

42、lt;b>　　3.3.2 熔斷器</b></p><p><b>　　圖3-4 熔斷器</b></p><p>　　熔斷器是根據(jù)電流超過規(guī)定值一段時間后，以其自身產生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開；運用這種原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設備中，作為短路和過電流的保護器，是應用最普遍的保護器件之一。<

43、/p><p>　　熔斷器是一種過電流保護器。熔斷器主要由熔體和熔管以及外加填料等部分組成。使用時，將熔斷器串聯(lián)于被保護電路中，當被保護電路的電流超過規(guī)定值，并經過一定時間后，由熔體自身產生的熱量熔斷熔體，使電路斷開，從而起到保護的作用。 </p><p>　　以金屬導體作為熔體而分斷電路的電器，串聯(lián)于電路中，當過載或短路電流通過熔體時，熔體自身將發(fā)熱而熔斷，從而對電力系統(tǒng)、各種電工設備以及家用

44、電器都起到了一定的保護作用。具有反時延特性，當過載電流小時，熔斷時間長；過載電流大時，熔斷時間短。因此，在一定過載電流范圍內至電流恢復正常，熔斷器不會熔斷，可以繼續(xù)使用。熔斷器主要由熔體、外殼和支座3 部分組成，其中熔體是控制熔斷特性的關鍵元件</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　利用金屬導體作為熔體串聯(lián)于電路中，當過載或短路電流通過熔

45、體時，因其自身發(fā)熱而熔斷，從而分斷電路的一種電器。熔斷器結構簡單，使用方便，廣泛用于電力系統(tǒng)、各種電工設備和家用電器中作為保護器件。 </p><p><b>　　特點：</b></p><p>　　熔體額定電流不等于熔斷器額定電流，熔體額定電流按被保護設備的負荷電流選擇，熔斷器額定電流應大于熔體額定電流，與主電器配合確定。 </p><p>

46、　　熔斷器主要由熔體、外殼和支座 3部分組成，其中熔體是控制熔斷特性的關鍵元件。熔體的材料、尺寸和形狀決定了熔斷特性。熔體材料分為低熔點和高熔點兩類。低熔點材料如鉛和鉛合金，其熔點低容易熔斷，由于其電阻率較大，故制成熔體的截面尺寸較大，熔斷時產生的金屬蒸氣較多，只適用于低分斷能力的熔斷器。高熔點材料如銅、銀，其熔點高，不容易熔斷，但由于其電阻率較低，可制成比低熔點熔體較小的截面尺寸，熔斷時產生的金屬蒸氣少，適用于高分斷能力的熔斷器。熔體

47、的形狀分為絲狀和帶狀兩種。改變變截面的形狀可顯著改變熔斷器的熔斷特性。 </p><p>　　熔斷器具有反時延特性，即過載電流小時，熔斷時間長；過載電流大時，熔斷時間短。所以，在一定過載電流范圍內，當電流恢復正常時，熔斷器不會熔斷，可繼續(xù)使用。熔斷器有各種不同的熔斷特性曲線，可以適用于不同類型保護對象的需要。交流接觸器是廣泛用作電力的開斷和控制電路。它利用主接點來開閉電路，用輔助接點來執(zhí)行控制指令。主接點一般只有

48、常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的接觸器也經常作為中間繼電器配合主電路使用。 交流接觸器的接點，由銀鎢合金制成，具有良好的導電性和耐高溫燒蝕性。</p><p>　　本次設計采用的是RT14-1A型熔斷器。</p><p>　　3.3.3 交流接觸器</p><p>　　圖3-5 交流接觸器</p><p>　　交流

49、接觸器是廣泛用作電力的開斷和控制電路。它利用主接點來開閉電路，用輔助接點來執(zhí)行控制指令。主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的接觸器也經常作為中間繼電器配合主電路使用。 交流接觸器的接點，由銀鎢合金制成，具有良好的導電性和耐高溫燒蝕性。</p><p><b>　　基本組成</b></p><p>　　交流接觸器主要有四部分組成：(

50、1) 電磁系統(tǒng)，包括吸引線圈、動鐵芯和靜鐵芯；(2)觸頭系統(tǒng)，包括三組主觸頭和一至兩組常開、常閉輔助觸頭，它和動鐵芯是連在一起互相聯(lián)動的；(3)滅弧裝置，一般容量較大的交流接觸器都設有滅弧裝置，以便迅速切斷電弧，免于燒壞主觸頭；(4)絕緣外殼及附件，各種彈簧、傳動機構、短路環(huán)、接線柱等。 </p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　當線圈通電

51、時，靜鐵芯產生電磁吸力，將動鐵芯吸合，由于觸頭系統(tǒng)是與動鐵芯聯(lián)動的，因此動鐵芯帶動三條動觸片同時運行，觸點閉合，從而接通電源。當線圈斷電時，吸力消失，動鐵芯聯(lián)動部分依靠彈簧的反作用力而分離，使主觸頭斷開，切斷電源。</p><p>　　本次設計采用的是CXJ2-1210型交流接觸器。</p><p>　　3.3.4 熱繼電器</p><p><b>　　圖

52、3-6熱繼電器</b></p><p>　　熱繼電器是由流入熱元件的電流產生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現(xiàn)電動機的過載保護。繼電器作為電動機的過載保護元件，以其體積小，結構簡單、成本低等優(yōu)點在生產中得到了廣泛應用。</p><p>　　熱繼電器是由流入熱元件的電流產生熱量，使有不

53、同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現(xiàn)電動機的過載保護。繼電器作為電動機的過載保護元件，以其體積小，結構簡單、成本低等優(yōu)點在生產中得到了廣泛應用。 </p><p>　　額定電壓：熱繼電器能夠正常工作的最高的電壓值，一般為交流220V，380V，600V。 </p><p>　　額定電流：熱繼電器的額定電流主要

54、是指通過熱繼電器的電流 </p><p>　　額定頻率：一般而言，其額定頻率按照45~62HZ設計。 </p><p>　　整定電流范圍：整定電流的范圍有本身的特性來決定。它描述的是在一定的電流條件下熱繼電器的動作時間和電流的平方成正比。 </p><p>　　熱繼電器的作用是：主要用來對異步電動機進行過載保護，他的工作原理是過載電流通過熱元件后，使雙金屬片加熱彎曲

55、去推動動作機構來帶動觸點動作，從而將電動機控制電路斷開實現(xiàn)電動機斷電停車，起到過載保護的作用。鑒于雙金屬片受熱彎曲過程中，熱量的傳遞需要較長的時間，因此，熱繼電器不能用作短路保護，而只能用作過載保護熱繼電器的符號為FR，電路符號如圖3-7 。</p><p>　　本次設計采用的是JR36-10型熱繼電器。</p><p>　　圖3-7 熱繼電器 </p><p>

56、　　3.3.5 中間繼電器</p><p>　　圖3-8 中間繼電器</p><p>　　中間繼電器用于繼電保護與自動控制系統(tǒng)中，以增加觸點的數(shù)量及容量。 它用于在控制電路中傳遞中間信號。中間繼電器的結構和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，它只能用于控制電路中。 它一般是沒有主觸點的，因為過載能力比較小。

57、所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。新國標對中間繼電器的定義是K，老國標是KA。一般是直流電源供電。少數(shù)使用交流供電。</p><p><b>　　結構及原理</b></p><p>　　線圈裝在"U"形導磁體上，導磁體上面有一個活動的銜鐵，導磁體兩側裝有兩排觸點彈片。在非動作狀態(tài)下觸點彈片將銜鐵向上托起，使銜鐵與導磁體之間保持一定間隙。當氣隙

58、間的電磁力矩超過反作用力矩時，銜鐵被吸向導磁體，同時銜鐵壓動觸點彈片，使常閉觸點斷開常開觸點閉合， </p><p>　　完成繼電器工作。當電磁力矩減小到一定值時，由于觸點彈片的反作用力矩，而使觸點與銜鐵返回到初始位置，準備下次工作。</p><p>　　本次設計采用的是omron MY2NJ 型中間繼電器。</p><p>　　3.3.6 鼠籠式異步電動機 <

59、;/p><p>　　圖3-9 鼠籠式三相異步電動機</p><p>　　鼠籠式三相異步電動機（鼠籠式感應電動機）是指電動機的定子上為三相散嵌式分布繞組，轉子為籠式的導條（因該導條形狀與鼠籠相似，所以又稱鼠籠式異步電動機）。</p><p>　　當向三相定子繞組中通過入對稱的三相交流電時，就產生了一個以同步轉速n1沿定子和轉子內圓空間作順時針方向旋轉的旋轉磁場。由于旋轉磁

60、場以n1轉速旋轉，轉子導體開始時是靜止的，故轉子導體將切割定子旋轉磁場而產生感應電動勢（感應電動勢的方向用右手定則判定）。由于轉子導體兩端被短路環(huán)短接，在感應電動勢的作用下，轉子導體中將產生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。轉子的載流導體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對轉子軸產生電磁轉矩，驅動轉子沿著旋轉磁場方向旋轉。 </p><p>　　通過上述分析可以總結出電動機工作原理為

61、：當電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對稱交流電后，將產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產生感應電流（轉子繞組是閉合通路），載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。</p><p>　　本次設計所選電機型號：</p><p>　　所選電機：wdj26 <

62、;/p><p><b>　　電壓：380V</b></p><p><b>　　電流：0.2A</b></p><p><b>　　頻率：50HZ</b></p><p><b>　　接法：三角形</b></p><p>　　轉速：14

63、30 r/min</p><p><b>　　絕緣等級：E</b></p><p><b>　　第4章 軟件編程</b></p><p>　　4.1 S7-200簡介</p><p>　　本設計選用西門子公司的S7-200系列CPU224的小型PLC。S7-200具有極高的可靠性、豐富的指令集和內置

64、的集成功能、強大的通信能力和品種豐富的擴展模塊。S7-200可以單機運行，用于代替繼電器控制系統(tǒng)，也可以用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。由于它有極強的通信功能，在網絡控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。</p><p>　　S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面： </p><p>　　1．極高的可靠性。 </p><p>　　2．極豐富的指令集。 </p>&l

65、t;p><b>　　3．易于掌握。 </b></p><p><b>　　4．便捷的操作。 </b></p><p>　　5．豐富的內置集成功能。 </p><p><b>　　6．實時特性。 </b></p><p>　　7．強勁的通訊能力。 </p>&

66、lt;p>　　8．豐富的擴展模塊。</p><p>　　CPU224集成14個輸入和10個輸出共24個數(shù)字量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量I/O或35路模擬I/O點，13KB字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。</p><p>　　S7-200系列的CPU224主機有I0.0—I0.7、I1.0—I1.5共計14個輸入點和Q0.0—Q0.7、Q10—Q1.1共計10個輸出

67、點。CPU224輸入電路采用了雙向光電耦合器，24VDC極性可任意選擇，系統(tǒng)設置1MB為I0.x字節(jié)輸入端子的公共端，2MB為I1.x字節(jié)輸入端子的公共端。在晶體管輸出電路中采用了MOSFET功率驅動器件，并將數(shù)字量輸出分為兩組，每組有一個獨立公共端，共有1L、2L兩個公共端，可接入不同的負載電源。</p><p>　　CPU224PLC有6個高速計數(shù)脈沖輸入端（I0.0—I0.5），最快的響應速度為30KHZ，

68、用于捕捉經CPU掃描周期更快的脈沖信號。另外，還有2個高速脈沖輸出端（Q0.0、Q0.1），輸出脈沖頻率可達20KHZ.用于PTO（高速脈沖束）和PWM（寬度可變脈沖輸出）高速脈沖輸出。</p><p>　　擴展模塊EM223，輸出16個點，輸出16個點。足以滿足工作要求。</p><p><b>　　4.2 I/O點表</b></p><p>

69、;　　I/O模塊分為數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出4類。CPU分配給數(shù)字量I/O模塊的地址以字節(jié)為單位，一個字節(jié)由8個數(shù)字量I/O點組成。擴展模塊I/O點的字節(jié)地址由I/O的類型和模塊在同一類I/O模塊鏈中的位置來決定。</p><p>　　根據(jù)主電路與控制電路可分析出I/O點如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 I/O點表 </p><p&g

70、t;　　4.3 設計梯形圖程序</p><p>　　可編程控制器的梯形圖如圖4-1所示。T37為100ms定時器。</p><p>　　圖4-1 電動機起動停止的PLC梯形圖</p><p>　　PLC控制的工作過程的分析：</p><p>　　按下SB1按鈕，I0.0得電，KM1，KM4得電，電動機M由星型啟動開始轉動，在T37定時5s之

71、后，KM4失電，KM3得電，電動機在角型啟動方式下轉動，由于M0.0和M0.1的互鎖作用，電動機持續(xù)正轉運行。</p><p>　　按下SB2按鈕，KM1，KM3失電，電機停止運轉。</p><p>　　按下SB3按鈕，I0.2得電，KM2，KM4得電，電動機M由星型啟動開始轉動，在T37定時5s之后，KM4失電，KM3得電，電動機在角型啟動方式下轉動，由于M0.0和M0.1的互鎖作用，電

72、動機持續(xù)反轉運行。</p><p>　　按下SB4按鈕，I0.3得電，KM1，KM4得電，電動機在星型啟動下運轉，松開SB4按鈕，由于M0.0和M0.1的互鎖作用被中斷，電動機停止運轉，實現(xiàn)點動控制。</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　本設計通過PLC控制電動機，實現(xiàn)三相異步電動機的正反轉運行，并能實現(xiàn)點動的

73、控制，在工廠的自動化和樓宇自動化中有廣闊的應用前景。對比傳統(tǒng)的繼電器控制電路有很大的優(yōu)勢?？煽啃愿?，設備簡單，易于編程控制，安全性高、檢修快速性、控制快速性、定時和計數(shù)精度高不受環(huán)境變化影響，所以本設計可以應用于工廠實際和學校的實驗室。</p><p>　　通過本次專業(yè)綜合設計，能系統(tǒng)掌握Autocad繪圖的技能，同時也提高了查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范等其他專業(yè)能力水平。加深對三相異步電動機的工作原理，并能

74、理解和掌握簡單的PLC編程，將PLC應用到三相異步電動機的控制當中，動手能力及獨立分析和解決工程實際問題的能力得到很大的提高，為將來順利步入實踐打下基礎。</p><p>　　本次專業(yè)綜合設計的成功得益于李艷老師的悉心指導和同學們的幫助，在此表示深深的謝意！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳伯時.電力

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