1、PLC控制三相异步电动机正反转设计PLC控制三相异步电动机正反转设计摘要 本论文文设计了三相异步电动机的PLC控制电路，就是三相异步电动机的正反转控制，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点。非常实用。三相异步电动机的应用非常广泛，具有机构简单，效率高，控制方便，运行可靠，易于维修成本低的有点，几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域,在这些应用领域中,三相异步电动机运行的环境不同，所以造成其故障的发生也很频繁，所以要正确合理的利用它。本文研究的这个系统的控制是采用PLC的编程语言-梯形图,梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功
2、能，使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并采用数字式，模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。关键词：PLC 三相异步电动机 可编程控制 梯形图 引 言三相异步电动机的应用非常广泛，具有机构简单，效率高，控制方便，运行可靠，易于维修成本低的有点，几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域,在这些应用领域中,三相异步电动机运行的环境不同，所以造成其故障的发生也很
3、频繁，所以要正确合理的利用它。要合理的控制它。我研究的这个系统的控制是采用PLC的编程语言-梯形图,梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能，使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并采用数字式，模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠
4、的控制应用，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业，企业对自动化的需要。进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大地推动了PLC的发展，使得PLC的功能日益增强，目前，在先进国家中，PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业，企业。由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平，它不但可以很容易的完成逻辑，顺序，定时，计数，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化控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息，网络时代
5、的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛的运用于众多行业。 第一章三相异步电动机基础1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机由定子和旋转的转子两个重要部分组成，定子和转子之间由气隙分开。图1-1为三相异步电动机结构示意图。(a) 外形图； (b) 内部结构图图1-1 三相异步电动机结构示意1.1.1 三相异步电动机定子定子主要由定子铁心、定子绕组、机座三部分组成。机座的主要作用是用来支撑电机各部件，因此应有足够的机械强度和刚度，通常用铸铁制成。为了减少涡流和磁滞损耗，定子铁心用0.5 mm厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成，铁心内圆周上有许多均匀分布的槽，槽内嵌放定子绕组
6、，如图1-2所示。 图1-2 三相异步电动机的定子1.1.2三相异步电动机转子转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。转子铁心也用0.5 mm厚硅钢片冲成转子冲片叠成圆柱形，压装在转轴上。其外围表面冲有凹槽，用以安放转子绕组。按转子绕组形式不同，可分为绕线式和鼠笼式两种。1.2三相异步电动机的工作原理图1-2为三相异步电动机工作原理示意图。图中用一对磁极来进行分析。当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势。由于转子导体
7、两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转图1-3 三相异步电动机工作原理1.3 三相异步电动机的正反转工作过程1.3.1 三相异步电动机的原理图1-4 三相异步电动机正反转电路在选择断路器时，我们不仅要关注断路器的延迟曲线等主要指标，还应重视它的很多次要功能，这些常容易被忽略的性能不仅能为一个良好的设计锦上添花，而且还能帮助工程师们为其应用设计精密的保护电路。辅助接点（辅助开关）：它们是与主接点电隔离的接点，适用于报警和程序开关。辅助接点可用于
8、向操作人员或控制系统告警，发出警报，或在重要应用中接通备用电源。1.3.2 三相异步电动机的制动三相异步电动机脱离电源之后，由于惯性，电动机要经过一定的时间后才会慢慢停下来, 但有些生产机械要求能迅速而准确地停车，那么就要求对电动机进行制动控制。电动机的制动方法可以分为两大类：机械制动和电气制动。机械制动一般利用电磁抱闸的方法来实现；电气制动一般有能耗制动、反接制动和回馈发电制动三种方法。 第二章 PLC基础的知识2.1 关于PLC的定义PLC中文全称就是可编程控制器。可编程控制器（PLC）定义：专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器，可以编制程序的控制器，它能够
9、存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。2.2 PLC与继电器控制的区别1.控制方式 继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。2.控制速度 继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。 3.延时控制 继电
10、器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。 PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。2.3 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一)输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶
11、段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二)用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在
12、用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三)输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就
13、进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。第三章 三相异步电动机的PLC控制3.1三相异步电机的正反转PLC控制在生产过程中,往往要求电动机能够实现正反两个方向的转动,如起重机吊钩的上升与下降,机床工作台的前进与后退等等。由电动机原理可知，只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调，就可改变电动机的转向。因此正反转控制电路实质上是两个方向相反的单相运行电路，为了避免误动作引起电源相间短路，必须在这两个相反方向的单向运行电路中加设必要的互锁。按照电动机可逆运行操作顺序的不同，就有了“正-停-
14、反”和“正-反-停”两种控制电路.在正反两个接触器中互串一个对方的动断触点，这对动断触点称为互锁触点或连锁触点。这样当按下正转启动按钮SB2时，正转接触器KM1线圈通电，主触点闭合，电动机正转，与此同时由于KM1的动断辅助触点断开而切断了反转接触器KM2的线圈电路。因此，即使按反转启动按钮SB3，也不会使反转接触器的线圈通电工作。同理，在反转接触器KM2动作后，也保证了正转接触器KM1的线圈电路不能再工作。图3-1三相异步电动机正反转继电器控制图3-2 I/O三相异步电动机的PLC控制接线 图3-3 三相异步电动机的PLC控制梯形表31 指令程序指令程序地址指令数据0000LD00010001
15、OR05000002AND-NOT00000003AND-NOT05010004OUT05000005LD00020006OR05010007AND-NOT00000008AND-NOT05000009OUT05010010END(01)PLC控制的工作过程的分析： 按下SB2，输入继电器0001动合触点闭合，输出继电器0500线圈接通并自锁，接触器KM1主触点，动合辅助触点闭合，电动机M通电正转。 按下SB1，输入继电器0000动断触点断开，输出继电器0500线圈失电，KM1主触点，动合辅助触点断开，电动机M断电停止正转 按下SB3,0002动合触点闭合,0501线圈接通并自锁,KM2主触点
16、,动合辅助触点闭合,电动机M通电反转为了避免短路事故的发生所以我们利用接触器连锁保护的接触器电路。三相异步电动机的正反转控制线路作为一个基本控制环节，在电气控制线路中应用的非常广泛。接触器互锁的三相异步电动机正反转的控制线路更是取代了传统的继电器控制线路，使电动机的控制有了进一步的提高。接触器互锁的三相异步电动机正反转控制线路如图3-1所示。线路中采用了两个接触器，即正转用的接触器KM1和反转用的接触器KM2，它们分别由控制按钮SB2 、SB3控制。这两个接触器的主触头所接通的电源相序不同，KM1按L1L2L3相序接线，KM2则对调了两相的相序。控制电路有两条，一条由按钮SB2和KM1线圈等组
17、成正转控制电路；另一条由按钮SB3和KM2线圈等组成的反转控制电路。3.2 PLC定时器控制电动机正反转互锁的设计 3.2.1 PLC定时器控制电动机正反转电路的主接线图 为了在控制的过程中体现科技化和智能化，同时为了在控制过程中克服接触器互锁的三相异步电动机正反转电路的缺点，本文也可采用定时器控制三相异步电动机正反转。利用定时器控制三相异步电动机正反转在工业控制中得到广泛利用，这种方法使得控制更加简单、方便，而且可以根据不同的需要设定正反转的时间且易于实现。用PLC定时器控制的三相异步电动机正反转互锁的主接线图如图3-4所示。其工作原理如下所示。定时器控制三相异步电动机正反转原理和接触器控制
18、三相异步电动机正反转的原理基本相同，不同的是当电动机开始正转时，定时器T1开始运行且计时开始，20S后电动机停止正转，此时定时器T2开始运行并且计时，6S后电动机开始反转，同时定时器T3开始运行并计时开始，20S后电动机停止反转，定时器T4开始计时，6S后电动机又开始正转。如此循环进行，本文也可根据控制的需要设定不同的正转、反转和停止的时间。图3-4 3.2.2 PLC定时器控制三相异步电动机正反转的梯形图根据互锁的三相异步电动机正反转控制电路及I/O分配表整理后可得到定时器控制的三相异步电动机正反转的梯形图，如图3-5所示。Network 1 Network 2 图3-5 定时器控制的三相异
19、步电动机正反转3.2.3定时器控制电动机正反转的指令表程序PLC定时器控制三相异步电动机正反转互锁的指令表程序如表3-2所示。表3-2 接触器互锁正反转电路指令表程序步编号指 令操作数说明0LDIX0.0正转启动触点IX0.01ORY02ANDNOTIX0.1反转启动触点IX0.13OUTY0LDY05ANDNOTT4.Q6ORT1正转定时器，定时20S7LDT1.Q8ORT2停止定时器，定时6S9LDT2.Q10ORT3反转定时器，定时20S11LDT3.Q12ORT4停止定时器，定时6S13LDY014ANDNOTT1.Q15OUTQX0.0正转输出线圈QX0.016LDY017ANDT2
20、.Q18ANDNOTT3.Q19OUT%QX0.1反转输出线圈QX0.13.2.4 PLC的I/O分配由图3-1可以看出，该电路的输入设备有正转启动按钮SB2、反转启动按钮SB3、停止按钮SB1、热继电器辅助动断触点FR，其输出设备有两个，一个是正转接触器线圈KM1，另一个是反转接触器线圈KM2。现将PLC的输入/输出继电器分配给上述输入/输出设备，即可列出其用PLC控制的I/O分配表，如表3-3所示。表3-3 PLC控制接触器互锁的正反转控制电路I/O分配表输入分配输出分配 元件名称 PLC输入点编号元件名称 PLC输入点编号正转启动 I0.0正转接触器线圈 Q0.0KM1反转启动 I0.1
21、反转接触器线圈 Q0.1KM23.2.5 实体框形图由于设计中的仪器不容易画出其具体模型，故用方框图来表示其实体的接线图，如图36所示。图36 PLC控制线路实体框形 3.3 三相异步电动机使用PLC控制优点本文设计就对三相异步电动机的正反转控制，顺序起动等系统进行了设计，还有其它的像制动和调速控制在这里我就没有设计，其实主电路都是一样的，就控制电路有一点小差异，使用PLC控制三相异步电动机有很多好处的：不易老化，设备简单，结构合理，便于控制价格便宜等。 plc的通用性 可靠性 检修快速性 安全性是非常强大的，所以用其控制是非常方便的，值得一提的是他的价格可能会高一些，但是绝对是物超所值。结
22、论本次论文我研究了用plc简单地控制三相异步电动机，我感觉这样的设计使系统很稳定，在工厂或者农业生产中都有很大的作用，达到了研究的目的。通过概述使大家充分了解了该控制系统的原理和功能。摘要部分概要介绍了其可靠性和实用性， 绪论部分介绍了电动机控制方面的背景、本文设计的目的、意义及主要内容等；第一章 三相异步电动机基础 介绍了三相异步电动机的基本结构、工作原理、几个工作过程的分析等；第二章 PLC基础PLC的定义、与继电器控制的区别、工作原理、应用分类等。第三章 三相异步电动机的PLC控制 从系统原理的角度得出系统分为模拟和数字两部分；第五部分进行了总结。通过本次电路的设计，我对三相异步电动机的
23、PLC控制系统原理有了进一步的了解，在三相异步电动机的PLC控制分析中对PLC产生了浓厚的兴趣，提高了理论结合实际的能力，由于本人水平有限，时间紧促，对其中的原理和实际操作方法不是很熟悉。以后还得更加努力的研究，论文中有不对或者欠缺的地方请老师斧正。 参考文献1 王兆晶.维修电工（中级）,机械工业出版社.20092 翟彩萍.plc应用技术（三菱）.中国劳动社会保障出版社.2009.13 凌云.PS7219显示驱动器及其在PLC中的应用.湖南冶金职业技术学院.20034 张桂香.电气控制与PLC应用.化学工业出版社.20035 王成福.PLC在多路温度采集显示系统中的应用.电子技术.20036
24、宋伯生.可编程控制器、配置、联网.中国劳动出版社.19987 台方.可编程控制器应用教程.中国水利出版社.20018何伟. 电气控制实训.高等教育出版社，20029任伟宁、李平、王珏. 可编程控制器应用技术.海洋出版社.199910王永华. 现代电气及可编程控制技术.北京航空航天大学出版社.200211周祖得、陈幼平. 机电一体化控制技术与系统.华中科技大学出版社.200312补家武、左静、袁勇、吴来杰. 机电一体化技术与系统设计. 中国地质大学出版社.200113李成华、杨世凤、袁洪印. v机电一体化技术. 中国农业大学出版社.200114李运华等. 机电控制. 北京航空航天大学出版社.20
25、0315朱平、将庆斌. 电器控制实训.机械工业出版社.200216 廖常初. PLC基础及应用.机械工业出版社 .2003致 谢毕业论文是我大学学习生活的最后一项学习任务，是对我大学三年学习的综合考核。而也为了使我的综合素质技能可以有一个很大的提高，这次毕业设计,我选择了程月平老师所带的这个比较具有实用性的有意思的课题PLC控制三相异步电动机正反转设计。在为期一个多月的毕业设计过程中，我不仅较为系统的复习了以前学的知识，而且又学习了许多新知识，使我的知识结构更加系统化，也更加完善。同时，也提高了我独立分析问题、解决问题的能力。本次毕业设计能够顺利地完成，首先要感谢我的指导老师程月平老师。程老师
26、严谨的治学态度，深厚的学术造诣以及忘我的工作精神给我留下了深刻的印象。程老师的严格要求和孜孜不倦的教导是我完成这次毕业设计的重要保证，他给予了我很大的帮助和支持，在课题研究期间，程老师提供了很多指导性的意见，对存在的问题给予细心的分析并提出许多宝贵的意见，使我受益匪浅。在此谨向导师表示衷心的感谢！同时我要感谢给予我帮助和支持的同学们，感谢机电工程学院的老师为我们做毕业设计提供的各方面的帮助！同时，我要感谢我的母校武汉职业技术学院，特别是在我即将踏上工作岗位时，给了我这样一个锻炼、学习的机会，使我加深了对以前知识的理解，拓宽了知识面，也提高了我对所学知识的综合的应用能力。在整个设计制作过程当中，我感觉收获非常大，我获得的不仅是理论上的收获,还有实践中的丰收，同时还有的就是同学们之间的合作精神。在此，祝愿母校的将来更美好! 最后，我要再一次感谢所有在此期间帮助过我的人，我衷心的祝福你们
