1、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求。本文设计了三相异步电动机的PLC控制电路，设计要求，按下启动按钮时，M1先启动，运行60S后M2启动，再运行60S后M3启动，按下停止按钮时M3停止，30S后M2停止，再30S后M1停止。关键词： PLC；电动机；继电器前言.1第一章 PLC的基础.21.1PLC的定义.21.2PLC与继电器的区别.21.3PLC的工作原理.21.4西门子PLC的特点.31.5PLC的组成结构.4第二章 主回路设计.52.1主回路接线图.52.2热继电器.52.3空气开关.52.4接触器.5第三章 PLC的软件控制设计.
2、63.1电动机的控制要求.63. 2分析控制要求并确定输入/输出设备.63.3 I/O点的分配.73.4系统接线图.73.5系统梯形图.83.6系统调试及问题解决.10第四章 设计总结.11致谢.12参考文献.13前 言在生产过程，科学研究和其他产业领域中，电气控制技术应用十分广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。本系列的控制是采用PLC的编程语言梯形语言，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
3、作的电子系统，它是专为在恶劣工作环境下应用而设计。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。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，由于计算机计数和微电子技术的迅速发展，极大的推动了PLC的发展，使的PLC的功能日益增强。PLC是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。PLC通过输入/输出（I/O）装置发出控制信号和接受输入信号。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
4、超出其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、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、网络时代的到来，扩大了PLC的功能，使其具有很强的的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。第一章 PLC基础1.1 PLC的定义 可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过
5、程。1.2 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
6、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。1.3 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。1.31 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
7、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。1.3.2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
8、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。1.3.3输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。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
9、。这时，才是PLC的真正输出。1.4西门子PLC的特点SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面：* 极高的可靠性* 极丰富的指令集* 易于掌握* 便捷的操作* 丰富的内置集成功能* 实时特性* 强劲的通讯能力* 丰富的扩展模块1.5 PLC的组成结构二、主回路的设计2.1 主回路接线图需要三个电机来拖动，当然需要有一些短路过载等保护，继电器、空开的选型后面后详细介绍，具体的主电路接
10、线图如下： 2.2热继电器选用JR16B-60/3D型热继电器其中“J”表示继电器，“D”带断相保护相关元件主要技术参数及原理如下：（1） 额定电流为20A（2） 热元件额定电流为32/4 2.3 空气开关市面上的空气开关多种多样， 但要点都基本一样：1、空气开关额定电压大于等于线路额定电压2、空气开关额定电流和过电流脱扣器的额定电流大于等于线路计算负荷电流。2.4 接触器接触器（Contactor）是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会
11、产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开。 在电工学上，因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制（某些型别可达800安培）电路的装置，所以经常运用于电动机做为控制对象也可用作控制工厂设备电热器工作母机和各样电力机组等电力负载，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制。是自动控制系统中的重要元件之一。第三章 PLC的软件控制设计3.1 电动机的控制要求有三台电动机
12、M1、M2、M3,按下启动按钮后M1启动，1min后M2启动，然后再过1min后M3启动。按下停止按钮后，逆序停止，即M3先停，30s后M2停，再过30s后M1停。3.2分析控制要求并确定输入/输出设备3.2.1.要求分析控制 第一步:按下启动按钮后M1启动 第二步：M1启动1min后M2启动 第三步：M2启动1min后M3启动 第四步：按下停止按钮后M1停止 第五步: M1停止后30s后M2停止 第六步：M2停止后30s后M3停止3.2.2.确定输入/输出设备 根据上述分析，系统有2个输入信号，分别是1个启动和1个停止按钮，有3个输出信号，分别是3个电动机。所以PLC只需用2个输入点和3个输
13、出点分别与之相连即可。3. 3 I/O点的分配输入 输出 功能 元件 LIC 功能 元件 PLC地址 启动按钮 SB1 IO.0 控制电机M1 KM1 QO.0 停止按钮 SB2 IO.1 控制电机M2 KM2 QO.1 控制电机M3 KM3 QO.2 3. 4 系统接线图3. 5 系统梯形图设计3.6 系统调试及问题解决1）要查接线、核对地址。要逐点进行，要确保正确无误。 可不带电核对，那就是查线，较麻烦。也可带电查，加上信号后，看电控系统的动作情况是否符合设计的目的。（2）检查模拟量输入输出。 看输入输出模块是否正确，工作是否正常。必要时，还可用标准仪器检查输入输出的精度。（3）检查与测试
14、指示灯。 控制面板上如有指示灯，应先对应指示灯的显示进行检查。一方面，查看灯坏了没有，另一方面检查逻辑关系是否正确。指示灯是反映系统工作的一面镜子，先调好它，将对进一步调试提供方便。（4）检查手动动作及手动控制逻辑关系。 完成了以上调试，继而可进行手动动作及手动控制逻辑关系调试。要查看各个手动控制的输出点，是否有相应的输出以及与输出对应的动作，然后再看，各个手动控制是否能够实现。如有问题，立即解决。（5）半自动工作如系统可自动工作，那先调半自动工作能否实现。调试时可一步步推进。直至完成整个控制周期。哪个步骤或环节出现问题，就着手解决哪个步骤或环节的问题。（6）自动工作 在完成半自动调试后，可进
15、一步调试自动工作。要多观察几个工作循环，以确保系统能正确无误地连续工作。（7）模拟量调试、参数确定 以上调试的都是逻辑控制的项目。这是系统调试时，首先要调通的。这些调试基本完成后，可着手调试模拟量、脉冲量控制。最主要的是选定合适控制参数。一般讲，这个过程是比较长的。要耐心调，参数也要作多种选择，再从中选出最优者。有的PLC，它的PID参数可通过自整定获得。但这个自整定过程，也是需要相当的时间才能完成的。（8）异常条件检查 完成上述所有调试，整个调试基本也就完成了。但是好再进行一些异常条件检查。看看出现异常情况或一些难以避免的非法操作，是否会停机保护或是报警提示。（9）解决接图出现的问题 在按下
16、SB2同时M3停止运转，这时要加一个中间继电器RO与SB2形成互锁，此时才能保证M3处在持续断电状况中。第四章 设计总结通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工作素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深
17、入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶断共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过能力。通过此次课设，让我了解了plc梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，进一步巩固电气与PLC控制的基本知识；掌握设备电气控制系统的原理设计、施工设计的方法； 掌握PLC程序的设计及调试方法；掌握电气线路安装与调试方法；学会查
18、阅有关专业资料及设计手册在项目设计完成之际，我真诚的向我的同学、指导老师们，表示真诚的谢意，感谢你们对我的细心指导和帮助。致 谢参考文献1 黄 净. 电气控制与可编程序控制器. 北京：机械工业出版社.2009.82 李增国. 电子技术. 北京：北京航空航天大学出版社.2009.23 杨荣昌. 电工基础. 北京：中国农业出版社.2004.54 俞果亮. PLC原理与应用. 清华大学出版社.2006.95 张凤珊. 电器控制及可编程控制器.北京：中国轻工业出版社.20016 王兆义. 可编程控制器使用技术. 北京：机械工业出版社，20047 陈在平. 可编程序控制器技术与应用系统设计. 北京：机械工业出版社，20038 王红. 可编程控制器使用教程北京：电子工业出版社，20039宋德玉主编. 可编程序控制器原理及应用系统设计技术.北京：冶金工业出版社，2001
