plc課程設計--電動機正反轉控制系統(tǒng)

1、<p>　　課 程 設 計 說 明 書</p><p>　　題目： </p><p>　　學院 (系)： </p><p>　　年級專業(yè)： </p><p>　　學 號：

2、 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　教師職稱： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　可編程控制器（PLC）

3、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，PLC已躍居工業(yè)自動化三大支柱的首位。</p><p>　　生產機械往往要求運動部件可以實現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。</p><p

4、><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 PLC概述………………………………………………………1</p><p>　　1.1 PLC的產生…………………………………………………1</p><p>　　1.2 PLC的定義…………………………………………………1</p><p>　　1.3

5、PLC的特點及應用…………………………………………2</p><p>　　1.4 PLC的基本結構……………………………………………5</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)設計………………………………………………7</p><p>　　2.1 設計思路……………………………………………………7</p><p>　　2.2 PLC的定義

6、…………………………………………………8</p><p>　　2.3 PLC的特點及應用…………………………………………9</p><p>　　結 論…………………………………………………………………10</p><p>　　參 考 文 獻……………………………………………………………11</p><p>　　第一章 PLC概述<

7、;/p><p>　　1.1 PLC的產生</p><p>　　1969年，美國數字設備公司（DEC）研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并應用于通用汽車公司的生產線上。當時叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能。緊接著，美國MODICON公司也開發(fā)出同名的控制器，1971年，日本從

8、美國引進了這項新技術，很快研制成了日本第一臺可編程控制器。1973年，西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。</p><p>　　隨著半導體技術，尤其是微處理器和微型計算機技術的發(fā)展，到70年代中期以后，特別是進入80年代以來，PLC已廣泛地使用16位甚至32位微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，使PLC在概念、設計、性能價格比以及應用方面都有了新的突破。

9、這時的PLC已不僅僅是邏輯判斷功能，還同時具有數據處理、PID調節(jié)和數據通信功能，稱之為可編程序控制器（Programmable Controller）更為合適，簡稱為PC，但為了與個人計算機（Persona1 Computer）的簡稱PC相區(qū)別，一般仍將它簡稱為PLC（Programmable Logic Controller）。</p><p>　　1.2 PLC的定義</p><p&

10、gt;　　“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲和執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作命令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外圍設備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯成一個整體、易于擴充其功能的原則設計?！?lt;/p><p>　　可編程序控制器是應用面最廣、功能強大、使用方便的通用工業(yè)控

11、制裝置，自研制成功開始使用以來，它已經成為了當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。</p><p>　　1.3 PLC的特點及應用</p><p><b>　　1） PLC特點</b></p><p>　?。?）編程簡單，使用方便</p><p>　　梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其符號與繼電器電路原理圖相似。有

12、繼電器電路基礎的電氣技術人員只要很短的時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，。</p><p>　?。?）控制靈活，程序可變，具有很好的柔性</p><p>　　可編程序控制器產品采用模塊化形式，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破饔密浖δ苋〈死^電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼

13、電器、時間繼電器、計數器等器件，硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，不用改變硬件，方便快速地適應工藝條件的變化，具有很好的柔性。</p><p>　?。?）功能強，擴充方便，性能價格比高</p><p>　　可編程序控制器內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的邏輯判斷、數據處理、PID調節(jié)和數據通信功能，可以實現非常復雜的控制功能。如果元件不夠，只要加上需要的擴展單元即可，擴充非

14、常方便。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。</p><p>　　（4）控制系統(tǒng)設計及施工的工作量少，維修方便</p><p>　　可編程序控制器的配線與其它控制系統(tǒng)的配線比較少得多，故可以省下大量的配線，減少大量的安裝接線時間，開關柜體積縮小，節(jié)省大量的費用?？删幊绦蚩刂破饔休^強的帶負載能力、可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。一般可用接線端子連接外部接線。可編程序控制器

15、的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能，便于迅速地排除故障。</p><p>　　（5）可靠性高，抗干擾能力強</p><p>　　可編程序控制器是為現場工作設計的，采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，硬件措施如屏蔽、濾波、電源調整與保護、隔離、后備電池等，例如，西門子公司S7-200系列PLC內部EEPROM中，儲存用戶原程序和預設值在一個較長時間段（190小時），所有中間數據可以通過一

16、個超級電容器保持，如果選配電池模塊，可以確保停電后中間數據能保存200天。軟件措施如故障檢測、信息保護和恢復、警戒時鐘，加強對程序的檢測和校驗。從而提高了系統(tǒng)抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現場，可編程序控制器已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。</p><p>　　（6）體積小、重量輕、能耗低，是“機電一體化”特有的產品。</p><p&g

17、t;<b>　　2） PLC應用</b></p><p>　　目前，可編程序控制器已經廣泛地應用在各個工業(yè)部門。隨著其性能價格比的不斷提高，應用范圍還在不斷擴大，主要有以下幾個方面：</p><p><b>　　（1） 邏輯控制</b></p><p>　　可編程序控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯運算的能力，可以實現

18、邏輯運算，用觸點和電路的串、并聯，代替繼電器進行組合邏輯控制，定時控制與順序邏輯控制。數字量邏輯控制可以用于單臺設備，也可以用于自動生產線，其應用領域最為普及，包括微電子、家電行業(yè)也有廣泛的應用。</p><p>　?。?） 運動控制 </p><p>　　可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，或靈活運用指令，使運動控制與順序控制功能有機地結合在一起。隨著變頻器、電動機起動器的普遍使用

19、，可編程序控制器可以與變頻器結合，運動控制功能更為強大，并廣泛地用于各種機械，如金屬切削機床、裝配機械、機器人、電梯等場合。</p><p><b>　?。?） 過程控制</b></p><p>　　可編程序控制器可以接收溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，通過模擬量I/0模塊，實現模擬量(Analog)和數字量(Digital)之間的A/D轉換和D/A轉換，并對被控

20、模擬量實行閉環(huán)PID（比例-積分-微分）控制?，F代的大中型可編程序控制器一般都有PID閉環(huán)控制功能，此功能已經廣泛地應用于工業(yè)生產、加熱爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 </p><p><b>　　（4） 數據處理</b></p><p>　　可編程序控制器具有數學運算、數據傳送、轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分

21、析和處理。這些數據可以是運算的中間參考值，也可以通過通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們保存、打印。數據處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造系統(tǒng)，也可以用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?） 構建網絡控制</p><p>　　可編程序控制器的通信包括主機與遠程I/0之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控

22、制設備(如計算機、變頻器)之間的通信?？删幊绦蚩刂破髋c其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。</p><p>　　當然，并非所有的可編程序控制器都具有上述功能，用戶應根據系統(tǒng)的需要選擇可編程序控制器，這樣既能完成控制任務，又可節(jié)省資金。</p><p>　　1.4 PLC的基本結構</p><p>　　可編程序控制器簡稱為PLC（P

23、rogrammable Logic Controller）主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。（如下圖一所示）</p><p>　　圖一 PLC控制系統(tǒng)示意圖</p><p>　　可編程序控制器實際上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結構與一般微機控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU（中央處理單元）、存儲器（RAM和EPROM）、輸入/輸出模塊（簡稱I/O模塊）

24、、編程器和電源五大部分組成。</p><p><b>　　1） CPU模塊</b></p><p>　　CPU模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微機處理器（CPU）和存儲器組成。CPU的作用類似于人類的大腦和心臟。它采用掃描方式工作，每一次掃描要完成以下工作：</p><p>　　（1）輸入處理：將現場的開關量輸入信號和數據分別讀入輸入映

25、像寄存器和數據寄存器。</p><p>　?。?）程序執(zhí)行：逐條讀入和解釋用戶程序，產生相應的控制信號去控制有關的電路，完成數據的存取、傳送和處理工作，并根據運算結果更新各有關寄存器的內容。</p><p>　?。?）輸出處理：將輸出映像寄存器的內容送給輸出模塊，去控制外部負載。</p><p><b>　　2） I/O模塊</b></p

26、><p>　　I/O模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。輸入信號有兩類：一類是從按鈕、選擇開關、數字開關、限位開關、接收開關、關電開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號。</p><p>　　可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調節(jié)閥、調速裝

27、置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負載是指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等。</p><p>　　CPU模塊的工作電壓一般是5V，而可編程序控制器的輸入/輸出信號電壓一般較高，如直流24V和交流220V。從外部引入的尖蜂電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使可編程序控制器不能正常工作，所以CPU模塊不能直接與外部輸入/輸出裝置相連。I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與噪聲隔離的作用。</

28、p><p><b>　　3） 編程器</b></p><p>　　編程器除了用來輸入和編輯程序外，還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運行時梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。</p><p>　　編程器可以永久地連續(xù)在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制器也可以運行。一般只在程序輸入、調試階段和檢修時使用，一臺編程器可供多臺可編程序控制器公用。<

29、/p><p>　　4）開關量I/O模塊</p><p>　　開關量模塊的輸入輸出信號僅有接通和斷開兩種狀態(tài)。電壓等級有直流5V，12V，24V，48V和交流110V，220V等。輸入輸出電壓的允許范圍很寬，如某交流220V輸入模塊的允許低電壓為0~70V，高電壓為70~256V，頻率為47~63HZ。</p><p>　　各I/O點的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管或其它元件顯示

30、在面板上，外部I/O接線一般接在模塊的接線端子上，某些模塊使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部連線的情況下，可以迅速地更換模。開關量I/O模塊可能4，8，16，32，64點。</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)設計</p><p>　　為了使電動機能夠正轉和反轉，可采用兩只接觸器KM1、KM2換接電動機三相電源的相序，但兩個接觸器不能吸合，如果同時吸合將造成電源的短路事故，為

31、了防止這種事故，在電路中應采取可靠的互鎖，上圖為采用按鈕和接觸器雙重互鎖的電動機正、反兩方向運行的控制電路。</p><p><b>　　2.1設計思路</b></p><p>　　主電路與控制見附件2-1.</p><p>　　按下正轉啟動按鈕SB2，電動機正轉運行，SB4實現正轉點動，SB6實現正傳急停。按下停止按鈕SB1，電動機停止運行。

32、按下反轉啟動按鈕SB3，電動機反轉運行，SB5實現反轉電動，SB7實現反轉急停。</p><p>　　1、接觸器互鎖：KM1線圈回路串入KM2的常閉輔助觸點，KM2線圈回路串入KM1的常閉觸點。當正轉接觸器KM1線圈通電動作后，KM1的輔助常閉觸點斷開了KM2線圈回路，若使KM1得電吸合，必須先使KM2斷電釋放，其輔助常閉觸頭復位，這就防止了KM1、KM2同時吸合造成相間短路，這一線路環(huán)節(jié)稱為互鎖環(huán)節(jié)。</

33、p><p>　　2、按鈕互鎖：在電路中采用了控制按鈕操作的正反傳控制電路，按鈕SB2、SB3都具有一對常開觸點，一對常閉觸點，這兩個觸點分別與KM1、KM2線圈回路連接。例如按鈕SB2的常開觸點與接觸器KM2線圈串聯，而常閉觸點與接觸器KM1線圈回路串聯。按鈕SB3的常開觸點與接觸器KM1線圈串聯，而常閉觸點壓KM2線圈回路串聯。這樣當按下SB2時只能有接觸器KM2的線圈可以通電而KM1斷電，按下SB3時只能有接觸器

34、KM1的線圈可以通電而KM2斷電，如果同時按下SB2和SB3則兩只接觸器線圈都不能通電。這樣就起到了互鎖的作用。</p><p>　　3 、長動點動：SB2實現正轉長動，SB4有常開按鈕和常閉按鈕，常閉按鈕與常開觸點KM1串聯，再同常開按鈕并聯，實現點動；SB3實現反轉長動，SB5有常開按鈕和常閉按鈕，常閉按鈕與常開觸點KM2串聯，再同常開按鈕并聯，實現點動 。</p><p>　　4、反

35、接制動（急停）：當正轉運行時，KS1是閉合的，按下按鈕SB1，KM1閉合，反轉導通，到速度達到接近零時SK1斷開，電機停轉；當反轉運行時，KS2是閉合的，按下按鈕SB1，KM2閉合，正轉導通，到速度達到接近零時SK2斷開，電機停轉 。</p><p>　　5、電動機的過載保護由熱繼電器FR完成。</p><p>　　2.2電動機可逆運行控制電路的調試</p><p>

36、;　　1、檢查主回路路的接線是否正確，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>　　2.3故障現象預處理；</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

37、接點是否用錯或接觸不良，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“叭噠”接觸器不吸合的現象。</p><p&g

38、t;　　3、不能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>　　2．4 PLC的選擇：PLC的選擇主要應從PLC 的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯網能力等方面加以綜合考慮。PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下,力爭最佳的性能價格比。選擇時應主要考慮到合理的結構型式,安裝方式的選擇,相應的功能要求,響應速度要求,系統(tǒng)可靠性的要求,機型

39、盡量統(tǒng)一等因素.此次選擇西門子公司的S7-300系列PLC(CPU315-2DP)</p><p>　　三相異步電動機正反轉PLC控制I/O端口分配表</p><p>　　PLC連接圖見附件2-2，梯形圖見2-3.</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　畢業(yè)設計是?？茖W習階段一次非常難得的

40、理論與實際相結合的機會，通過這次比較完整的設計出可逆運行電動機的PLC控制，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)。通過實際設計相結合，鍛煉了我綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平。通過這次畢業(yè)設計，提高了我的意志力和品質力，提升了自己的忍耐力，懂得了怎樣緩解壓力，學會了獨立思考、邏輯思維、提出問題、分析問題、解決問題的方法。這是我們希望看到的，也正是我們

41、進行畢業(yè)設計的目的所在。</p><p>　　雖然畢業(yè)設計內容繁多，過程繁瑣，但我的收獲卻更加豐富。通過與劉老師的溝通和交流，我了解到此系統(tǒng)的適用條件，此設備的選用標準，以及各種器件適用性。我的能力也得到了提高，提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設計讓我積累了無數實際經驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。最終按質按量完成本次設計。我

42、的收獲是很難用語言來描述的。非常感謝各位老師的指導與幫助。</p><p>　　順利如期的完成本次畢業(yè)設計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。無論PLC控制電機正反轉系統(tǒng)怎么復雜，我都采用了一些新的技術和設備。它們有著很多的優(yōu)越性，但也存在一定的不足，這些不足在一定程度上限制了我們的創(chuàng)造力。今后我更會關注新技術新設備新工藝的出現，并爭取盡快的掌握這些先進的知識，更好的為社會做出應

43、有的貢獻，為祖國的四化服務。</p><p>　　我們衷心希望，我國科技界，產業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識經濟給我們帶來的難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴峻挑戰(zhàn)，為在21世紀使我國數控技術和產業(yè)走向世界的前列，使我國經濟繼續(xù)保持強勁的發(fā)展勢頭而共同努力奮斗。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　《工廠電氣

44、》《電氣控制及PLC》《電路原理》《電子技術》《S7-300PLC》 參 考 文 獻</p><p>　　1.《PLC應用技術》 　　. 北京：高等教育出版社 ，2003　</p><p>　　2《電工技術》 . 湖北： 華中科技大學出版社 ，2003 　 　</p><p>　　3《電器控制系統(tǒng)與可編程控制器》. 北京：機械工業(yè)