四臺三相籠型異步電動機控制系統(tǒng)設計-河南工業(yè)大學范文

1、機電工程學院課程設計說明書設計題目: 四臺三相籠型異步電動機控制系統(tǒng)設計學生姓名： 學 號： xxxx 專業(yè)班級： 機制F09xx 指導教師： xxx 2012年12月10日內容摘要這次以“四臺三相籠型異步電動機順序控制系統(tǒng)設計”為題目的課程設計分別應用繼電器接觸器和利用西門子公司的S7-200可編程控制器PLC做了軟件與硬件的設計，兩種系統(tǒng)雖然控制原理一樣，但是所需要的控制元件卻有很大不同。問題的關鍵在于如何設計合理的控制電路以保障時間繼電器在合適的時間動作，最后利用STEP7-Micro/WIN32軟件完成梯形圖、指令表的程序設計與調試。設計結果基本能達到控制要求，可以實現(xiàn)四臺電動機的循環(huán)

2、控制，每臺電動機還可以獨自啟動和停止。此次課程實際結果滿足要求，但在實際的設計過程中，由于缺乏實際工作的經驗，可能沒有完全預測到在實際生產過程中可能出現(xiàn)的突發(fā)情況，所以該系統(tǒng)的梯形圖的編制還要根據實際的工況進行調整和完善。關鍵詞：繼電器；可編程控制器；循環(huán)控制他身背三角架，手拎儀器箱，每天起早貪黑，晴天一身汗，雨天一身泥，晚上記錄復核到深夜geographic location Yibin city is located in beautiful rich of "abundance"-Sichuan basin South margin, is located in n

3、103 ° 39 '-105 ° 20 ', latitude 27 ° 49 '-29 ° 16 ' Zhijian; Yibin East and, Luzhou city, adjacent; North and zigong city development 12th a five years planning platform for into Yu city inter track network planning ( 2011-2030) national and place of related plann

4、ing, and policy Yibin City tourism development planning Yibin city ease city hold blocking special planning Yibin city related tablets district control sex detailed planning Yibin city public traffic development planning Yibin city land using general planning Yibin city industrial concentrated distr

5、ict layout planning 1.4 planning background Yibin city in sands River, and minjiang River and Yangtze River of Sanjiang intersection at, is China famous of "wine are", belongs to chuan, and Yunnan, and Guizhou three province combined Department area, known as " Yangtze River City, &qu

6、ot;said, is" in panxi-liupanshui "important part of the resource-rich region. In the new master plan, as the national historical and cultural city in Yibin city, China, Department of Sichuan-Yunnan-Guizhou-based regional center in the upper reaches Counties are: Yibin, and Jiang ' an,

7、and changning County, and Gao Pingshan County, xingwen junlian, and Gong, and, and, and. 2.1-2 administrative map of Yibin, Yibin city, end of 2014 the city's total population of 5.5429 million people, resident population of 825,000 people in the Center. 2.1.3 social economic development in Yibi

8、n city, 2014 to achieve GDP of 144.381 billion yuan, an increase of 8%, keeping the total province-4th place; local public budget income of 10.56 billion yuan, ranking 4th place, above-scale industrial added value of 78.716 billion yuan, ranking 3rd in social retail sales of consumer goods totaled 5

9、6.169 billion yuan, ranking 4th in 24990 Yuan of disposable income per capita of urban residents, per capita net income of farmers 9831, Share 123 14.5:60.0:25.5. Wine-making industry,目 錄第1章 前 言-11.1 設計內容11.2 控制要求11.3 設計思路1第2章 總體方案設計22.1 設計背景22.2 設計方案22.3 工作流程圖2第3章 繼電接觸器控制系統(tǒng)設計33.1 繼電器基本知識33.2 元件選擇33

10、.3 主電路圖設計33.4 控制電路設計4第4章 PLC控制系統(tǒng)設計54.1 PLC基本知識54.2 確定I/O信號數(shù)量及PLC類型54.3 確定I/O信號地址分配及編號64.4 PLC端子接線圖74.5 控制程序編制84.6 控制程序調試8結 論10設計總結11謝 辭12附錄-13參考文獻131第一章 引言1.1 設計內容四臺三相籠型異步電動機順序控制系統(tǒng)設計1.2 控制要求1.有四臺電動機順序循環(huán)控制，控制時序如表 1-1所示：表1-1 控制時序表一號電機onononon二號電機onononon三號電機onononononon四號電機onononon 秒 0 10 20 30 40 50

11、60 70 802.系統(tǒng)可以自動循環(huán)啟動3.每臺電動機可單獨啟?？刂?.采用機電接觸器控制，完成控制電路的設計5.采用PLC控制（1）列出輸入輸出點分配表（2）畫出PLC的輸入輸出設備接線圖（3）利用STEP7-Micro/WIN32軟件完成梯形圖、指令表的程序設計與調試1.3 設計思路根據控制要求，要實現(xiàn)四臺電動機的循環(huán)控制，每臺電動機還可以獨自啟動和停止，并采用接觸器，可用多個時間繼電器和中間繼電器來控制四個交流接觸器來協(xié)調動作，然后有每個交流接觸器直接控制電動作滿足要求的的動作。從上圖可以看出，每隔20秒都會有電動機的啟動和停止動作，可以在每個動作之初讓時間繼電器開始工作，控制與之相應的

12、中間繼電器工作，中間繼電器讓該停下的電動機斷電，讓該啟動的電動機得電。同時時間繼電器的延時觸點作為下一個動作的中間繼電器的啟動按鈕，等到下一個動作開始時，與之相應的中間繼電器先將上一中間繼電器斷電，然后啟動相應的電動機。第2章 系統(tǒng)總體方案設計2.1 設計背景本文對四臺三相籠型異步電動機順序控制系統(tǒng)設計，分別應用繼電器接觸器和可編程邏輯器件PLC做了軟件與硬件的設計，能基本達到控制要求。本系統(tǒng)是一個多臺電動機的PLC控制系統(tǒng)，利用西門子公司的S7-200可編程邏輯控制器對電動機進行控制。本系統(tǒng)具有一定的智能性，即它可以讓四臺電動機按要求自動循環(huán)運行。2.2 設計方案根據題目，控制要求不僅要實現(xiàn)

13、每臺電動機獨自啟動和停止，而且還要實現(xiàn)四臺電動機的循環(huán)控制。實現(xiàn)每臺電動機互不影響的獨自啟動和停止，需要每一個電動機配置一個電磁繼電器，同時這個電磁繼電器在獨自啟動的時候不受后面時間繼電器的影響；要實現(xiàn)單獨停止，就需要在每一個控制電路上串聯(lián)一個常閉開關，這樣在關閉的時候按此開關就可以實現(xiàn)單獨停止。實現(xiàn)循環(huán)控制，可用多個時間繼電器和中間繼電器來控制四個交流接觸器來協(xié)調動作，然后有每個交流接觸器直接控制電動作滿足要求的的動作，問題的關鍵在于如何設計合理的控制電路以保障時間繼電器在合適的時間動作。2.3 工作流程圖設計根據題目要求，系統(tǒng)工作時要先判定是否要實現(xiàn)循環(huán)，實現(xiàn)循環(huán)則執(zhí)行循環(huán)電路，如不循環(huán)，

14、則執(zhí)行單獨啟停電路，其工作過程如圖2-1工作流程圖所示：（見附錄1）第3章 繼電接觸器控制系統(tǒng)設計3.1 繼電器基本知識繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。依靠電磁效應，帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。在控制線路中用到的時間的時間繼電器一種利用電磁原理或機械原理實現(xiàn)延時控制的控制電器。它的種類很多

15、，有空氣阻尼型、電動型和電子型等。它是利用空氣通過小孔節(jié)流的原理來獲得延時動作的。它由電磁系統(tǒng)、延時機構和觸點三部分組成。時間繼電器可分為通電延時型和斷電延時型兩種類型。繼電器和接觸器的工作原理一樣。主要區(qū)別在于接觸器的主觸頭可通過大電流，而繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，繼電器一般不用來直接控制主電路，而是通過控制接觸器和其他開關設備對主電路進行間接控制。3.2 元件選擇元件名稱元件符號數(shù)量三相籠型異步電動機KM4臺熱繼電器FR4個時間繼電器KT4個中間繼電器KA5個熔斷器FU2組開關SB若干3.3 主電路圖設計主電路中電機的轉動主要是由電磁繼電器控制，由于能實現(xiàn)單獨控制，所以每一個電磁繼

16、電器的控制一個電機，主電路圖如圖3-1所示：圖3.1 主電路圖3.4 控制電路設計根據設計方案及工作流程圖設計，設計出的控制電路圖如圖3-2所示圖3-2 控制電路圖第4章 PLC控制系統(tǒng)設計4.1 PLC基本知識PLC（Programmable Logic Controller），是可編程邏輯控制器。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個

17、運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障， PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。具有結構簡單、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點。因此，PLC控制必將替代傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小

18、開關來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時，用解釋程序將它“翻譯”成匯編語言后再去執(zhí)行。4.2 確定I/O信號數(shù)量及PLC類型（1）通過對四臺三相籠型異步電動機順序循環(huán)控制工作流程圖

19、的分析可知，系統(tǒng)總共需要I/O點14個，其中輸入點10個，輸出點4個；（2）對于開關量控制系統(tǒng)的應用系統(tǒng)，對控制要求不高，可選用小型PLC；（3）PLC的結構分為整體式和模塊式兩種。整體式結構把PLC的I/O和CPU放在一塊電路板上，省去插接環(huán)節(jié)，體積小，每一I/O點的平均價格比模塊式的便宜，適用于工藝過程比較穩(wěn)定、控制要求比較簡單的系統(tǒng)。模塊式PLC的功能擴展，I/O點數(shù)的增減，輸入與輸出點數(shù)的比例，都比整體式靈活。維修更換模塊、判斷與處理故障快方便，適用于工藝過程變化教多、控制要求復雜的系統(tǒng)。結合以上，選用最熟悉最常使用的西門子S7-200系列（CPU224）的可編程控制器。4.3 確定I

20、/O信號地址分配及編號I/O信號在PLC接線端子上的地址分配是進行PLC控制系統(tǒng)設計的基礎。只有分配I/O點地址以后才可以進行編程；對控制柜及PLC的外圍來說，只有I/O點地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖，所以只有準確、合理的進行I/O地址的分配與編號，才方便進行后續(xù)的設計圖，如表4-1所示為該控制系統(tǒng)的I/O地址分配表。表4-1 I/O地址分配表控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號系統(tǒng)循環(huán)啟動常開按鈕SB1I0.0電路停止常開按鈕SB2I0.1M1啟動信號常開按鈕SB3I0.2M2啟動信號常開按鈕SB4I0.3M3啟動信號常開按鈕SB5I0.4M4啟動信號常開按鈕SB6I0.5

21、M1停止信號常開按鈕SB7I0.6M2停止信號常開按鈕SB8I0.7M3停止信號常開按鈕SB9I1.0M4停止信號常開按鈕SB10I1.1輸出信號M1驅動信號接觸器KM1Q0.0M1驅動信號接觸器KM2Q0.1M1驅動信號接觸器KM3Q0.2M1驅動信號接觸器KM4Q0.34.4 I/O接線圖接線圖是進行施工接線的主要技術文件，根據I/O表及PLC的工作流程圖，很容易就可以得到PLC端子接線圖如圖4-2 所示:圖4-2 I/O接線圖4.5 控制程序編制在可編程控制器中有多種程序設計語言,它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及結構化語句描述語言等。梯形圖語言和布爾助記符

22、語言是基本程序設計語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計數(shù)器、計時器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴展或增強指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。梯形圖程序設計語言是最常用的一種程序設計語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領域，電氣技術人員對繼電器邏輯控制技術較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應用。梯形圖由觸點、線圈和應用指令等組成。觸點代表邏輯輸入條件。CPU運行掃描到觸點符號時，便轉到觸點位指定的存儲器位訪問（即CPU對存儲器的讀操作）。在用戶程序中常開觸點和常閉觸點可以使用無數(shù)多

23、次。線圈通常代表邏輯輸出結果和輸出標志位，當線圈左側接點組成的邏輯運算結果為“1”時，“能流”可以到達線圈，使得線圈得電動作，則CPU將線圈的位地址指定的存儲器的位置為“1”，邏輯運算結果為“0”時，線圈斷電，存儲器的位置為“0”。（1）梯形圖STEP7-Micro/WIN32軟件是西門子S7-200PLC的開發(fā)工具，主要用于開發(fā)程序，也可用于實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。用STEP7-Micro/WIN32軟件編制的該控制系統(tǒng)的程序梯形圖如圖4-3所示：（見附錄2）（2）語句表指令表編程語言類似于計算機中的助記符匯編語言，它是可編程控制器最基礎的編程語言。所謂指令表編程，是用一個或幾個容易記憶

24、的字符來代表可編程控制器的某種操作功能。語句表通常和梯形圖配合使用，互為補充，將該控制系統(tǒng)的梯形圖轉化為語句表如表4-2所示：（見附錄3）4.6 控制程序調試程序調試有模擬器調試和現(xiàn)場調試等方法，根據課程設計要求并結合實際情況使用了STEP 7-Micro/WIN模擬器進行了本程序的調試：（1）將在Step 7 MicroWin中編譯正確的程序在文件菜單中導出為AWL文件；（2）打開仿真軟件，點“配置”-“CPU 型號”，然后選擇CPU 224（3）點“程序”-“載入程序”；（4）選擇Step 7 MicroWin的版本；（5）將先前導出的AWL文件打開；（6）點“PLC”-“運行”，開始調試

25、程序；具體調試過程如圖4-4圖4-7所示：（見附錄4）結 論本次設計的過程是先設計繼電器接觸器控制系統(tǒng)，然后根據繼電器接觸器控制系統(tǒng)設計PLC控制系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)雖然控制原理一樣，但是所需要的控制元件卻有很大不同，尤其是繼電器接觸器控制系統(tǒng)設計中有很多中間繼電器及接觸器，而PLC控制系統(tǒng)只有很少。本次設計的思路是通過時間繼電器及中間繼電器的控制，使每一個時間繼電器的工作時間達到要求值的，然后通過仿真設計的程序看是否能夠正確的執(zhí)行。通過編程及調試，按下循環(huán)按鈕，可以實現(xiàn)四臺電動機的順序循環(huán)控制，分別按下控制每臺電動機的啟動按鈕，對應的電動機則可以獨自啟動和停止，滿足課題要求。此次課程實際結果滿足要

26、求，但在實際的設計過程中，由于缺乏實際工作的經驗，可能沒有完全預測到在實際生產過程中可能出現(xiàn)的突發(fā)情況，所以該系統(tǒng)的梯形圖的編制還要根據實際的工況進行調整和完善。設計總結 歷時兩個星期的課程設計終于在今天完成了。這次課程設計讓我學到了很多東西，在開始做的階段，首先運用所學的知識，結合老師講的再加上在網上找的資料，認真分析和學習，這些都為我后來的設計提供了很大的幫助。在做梯形圖的時候我遇到了很多問題，經過老師的指點和我一遍遍的調試，再改動，最后終于能運行出了結果，那一刻的喜悅是無法用語言表達的。兩周的時間，我終于做出了這個設計，在主體框架完成后，我依據老師的要求，將上述東西做成文檔形式。 這次課

27、程設計，通過對PLC的學習，西門子S-7200軟件的摸索、認識，以及編寫程序的過程，對制圖軟件的使用學到了很多知識，也更加熟練了CAD軟件的使用，學到很多獨立解決問題的方法，也培養(yǎng)了自己這方面的能力。謝 辭本次的課程設計結束了，我最該感謝的就是王老師。感謝王老師對我們的的指導與督促。這兩周里，老師除了給別的年級同學上課的時間，幾乎天天來設計教室對我們進行指導和督促，為我們解答各種疑惑，認真仔細的指出我們犯的各種錯誤，指導我們改正。同學們也都很積極，改正錯誤后再與老師一起討論研究，氣氛十分熱烈。王老師是一個要求高、認真謹慎的老師，一遍又一遍不厭其煩的指正我們設計中存在的問題。俗話說，嚴師出高徒嘛

28、，王老師的這種嚴厲也促使我以認真的態(tài)度對待這次課程設計，在設計過程中王老師多次指出了我的細微不足之處，同時又給我提出了許多寶貴的意見，經過多次修改，我學到了不少知識，也順利完成這次課程設計，為我以后的畢業(yè)設計以及工作奠定了基礎。正是由于王老師這樣的精心指導，嚴格要求，我才能順利完成這次課程設計，也讓我更加注重細節(jié)。在這里，我想真心的對王老師道一聲：“您辛苦了！”并且在這次課程設計里，我再次感覺到同學間的互相幫助很重要，大家一起討論，一起研究，互相彌補不足，不僅讓設計進度加快了不少，而且增進了同學間的友誼。 我在以后的學習和工作中，會將本次學到的東西很好的運用到實踐中。附錄1 圖2-1工作流程圖

29、附錄2附錄323ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1TITLE=程序注釋BEGINNetwork 1 / 網絡標題/ 循環(huán)啟動。1號電機啟動。LD I0.0O T40O M0.0AN M0.5= M0.0Network 2 / 3號電機啟動。LD I0.0O T40O M0.2AN M0.6= M0.2Network 3 / 通電延時計時器T37計時開始。LD M0.0TON T37, 200Network 4 / 20秒時1號電機停止。LD T37A M0.0= M0.5Network 5 / 20秒時2號電機啟動。LD T37O M0.1AN M0.7= M0.1Netwo

30、rk 6 / 20秒時4號電機啟動。LD T37O M0.3AN M1.0= M0.3Network 7 / 通電延時計時器T38計時開始。LD M0.1TON T38, 200Network 8 / 40秒時2號電機停止。LD T38A M0.1= M0.7Network 9 / 40秒時1號電機啟動。LD T38O M1.1AN M1.4= M1.1Network 10 / 40秒時3號電機停止。LD T38A M0.2= M0.6Network 11 / 通電延時計時器T39計時開始。LD M1.1TON T39, 200Network 12 / 60秒時1號電機停止，4號電機停止。LD

31、 T39LPSA M1.1= M1.4LPPA M0.3= M1.0Network 13 / 60秒時2號電機啟動。LD T39O M1.2AN M2.2= M1.2Network 14 / 60秒時3號電機啟動。LD T39O M1.3AN M1.5= M1.3Network 15 / 通電延時計時器T40計時開始。LD M1.2TON T40, 200Network 16 / 80秒時2號電機停止，3號電機停止?；氐窖h(huán)起點。LD T40LPSA M1.2= M2.2LPPA M1.3= M1.5Network 17 / 1號電機單獨啟停控制。LD I0.2O M1.6AN I0.6= M

32、1.6Network 18 / 2號電機單獨啟停控制。LD I0.3O M1.7AN I0.7= M1.7Network 19 / 3號電機單獨啟?？刂?。LD I0.4O M2.0AN I1.0= M2.0Network 20 / 4號電機單獨啟?？刂啤D I0.5O M2.1AN I1.1= M2.1Network 21 / 1號電機驅動。LD M0.0O M1.1O M1.6AN I0.1= Q0.0Network 22 / 2號電機驅動。LD M0.1O M1.2O M1.7AN I0.1= Q0.1Network 23 / 3號電機驅動。LD M0.2O M1.3O M2.0AN I0.1= Q0.2Network 24 /