plc課程設(shè)計--電動機正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)

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

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)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(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)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(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，PLC已躍居工業(yè)自動化三大支柱的首位。</p><p>　　生產(chǎn)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(zhuǎn)。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(zhuǎn)向。</p><p

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

5、PLC的特點及應(yīng)用…………………………………………2</p><p>　　1.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)……………………………………………5</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………7</p><p>　　2.1 設(shè)計思路……………………………………………………7</p><p>　　2.2 PLC的定義

6、…………………………………………………8</p><p>　　2.3 PLC的特點及應(yīng)用…………………………………………9</p><p>　　結(jié) 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(chǎn)生</p><p>　　1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上。當(dāng)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(shù)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(shù)，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(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計算機技術(shù)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(shè)計、性能價格比以及應(yīng)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(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)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(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲和執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計?！?lt;/p><p>　　可編程序控制器是應(yīng)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(jīng)成為了當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。</p><p>　　1.3 PLC的特點及應(yīng)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(chǔ)的電氣技術(shù)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(xué)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(chǎn)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)。可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼

13、電器、時間繼電器、計數(shù)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(yīng)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(nèi)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(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)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>　?。?）控制系統(tǒng)設(shè)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(guān)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(fù)載能力、可以直接驅(qū)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?？删幊绦蚩刂破?/p>

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>　?。?）可靠性高，抗干擾能力強</p><p>　　可編程序控制器是為現(xiàn)場工作設(shè)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(diào)整與保護、隔離、后備電池等，例如，西門子公司S7-200系列PLC內(nèi)部EEPROM中，儲存用戶原程序和預(yù)設(shè)值在一個較長時間段（190小時），所有中間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)能保存200天。軟件措施如故障檢測、信息保護和恢復(fù)、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(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，可編程序控制器已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。</p><p>　?。?）體積小、重量輕、能耗低，是“機電一體化”特有的產(chǎn)品。</p><p&g

17、t;<b>　　2） PLC應(yīng)用</b></p><p>　　目前，可編程序控制器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各個工業(yè)部門。隨著其性能價格比的不斷提高，應(yīng)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(xiàn)

18、邏輯運算，用觸點和電路的串、并聯(lián)，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(shù)字量邏輯控制可以用于單臺設(shè)備，也可以用于自動生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng)域最為普及，包括微電子、家電行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　（2） 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(jié)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(jié)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(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，并對被控

20、模擬量實行閉環(huán)PID（比例-積分-微分）控制。現(xiàn)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(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、加熱爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 </p><p><b>　?。?） 數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　可編程序控制器具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分

21、析和處理。這些數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(gòu)建網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(shè)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(dāng)然，并非所有的可編程序控制器都具有上述功能，用戶應(yīng)根據(jù)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(wù)，又可節(jié)省資金。</p><p>　　1.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)</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(jié)構(gòu)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>　?。?）輸入處理：將現(xiàn)場的開關(guān)量輸入信號和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映

25、像寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。</p><p>　　（2）程序執(zhí)行：逐條讀入和解釋用戶程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號去控制有關(guān)的電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運算結(jié)果更新各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。</p><p>　?。?）輸出處理：將輸出映像寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負(fù)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(lián)系外部現(xiàn)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(guān)、數(shù)字開關(guān)、限位開關(guān)、接收開關(guān)、關(guān)電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)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(diào)節(jié)閥、調(diào)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(fù)載是指示燈、數(shù)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(zhuǎn)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(diào)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(guān)量I/O模塊</p><p>　　開關(guān)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(guān)量I/O模塊可能4，8，16，32，64點。</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　為了使電動機能夠正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，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(yīng)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(shè)計思路</b></p><p>　　主電路與控制見附件2-1.</p><p>　　按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2，電動機正轉(zhuǎn)運行，SB4實現(xiàn)正轉(zhuǎn)點動，SB6實現(xiàn)正傳急停。按下停止按鈕SB1，電動機停止運行。

32、按下反轉(zhuǎn)啟動按鈕SB3，電動機反轉(zhuǎn)運行，SB5實現(xiàn)反轉(zhuǎn)電動，SB7實現(xiàn)反轉(zhuǎn)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(dāng)正轉(zhuǎn)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(fù)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(lián)，而常閉觸點與接觸器KM1線圈回路串聯(lián)。按鈕SB3的常開觸點與接觸器KM1線圈串聯(lián)，而常閉觸點壓KM2線圈回路串聯(lián)。這樣當(dāng)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(xiàn)正轉(zhuǎn)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(lián)，再同常開按鈕并聯(lián)，實現(xiàn)點動；SB3實現(xiàn)反轉(zhuǎn)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(lián)，再同常開按鈕并聯(lián)，實現(xiàn)點動 。</p><p>　　4、反

35、接制動（急停）：當(dāng)正轉(zhuǎn)運行時，KS1是閉合的，按下按鈕SB1，KM1閉合，反轉(zhuǎn)導(dǎo)通，到速度達到接近零時SK1斷開，電機停轉(zhuǎn)；當(dāng)反轉(zhuǎn)運行時，KS2是閉合的，按下按鈕SB1，KM2閉合，正轉(zhuǎn)導(dǎo)通，到速度達到接近零時SK2斷開，電機停轉(zhuǎn) 。</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(diào)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(diào)換電動機的相序，接線時應(yīng)使接觸器的上口接線保持一致，在接觸器的下口調(diào)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(yīng)先將電動機的接線斷開。</p><p>　　2.3故障現(xiàn)象預(yù)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?jǐn)嚅_，接觸器線圈又?jǐn)嚯娽尫?，釋放常閉接點又接通接觸器又吸合，接點又?jǐn)嚅_，所以會出現(xiàn)“叭噠”接觸器不吸合的現(xiàn)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(yīng)從PLC 的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)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(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式,安裝方式的選擇,相應(yīng)的功能要求,響應(yīng)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(zhuǎn)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(jié) 論</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計是?？茖W(xué)習(xí)階段一次非常難得的

40、理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的設(shè)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(xué)習(xí)狀態(tài)。通過實際設(shè)計相結(jié)合，鍛煉了我綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)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(shè)計手冊、設(shè)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(shè)計，提高了我的意志力和品質(zhì)力，提升了自己的忍耐力，懂得了怎樣緩解壓力，學(xué)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(shè)計的目的所在。</p><p>　　雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)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(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)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(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強的溝通力和理解力。最終按質(zhì)按量完成本次設(shè)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(dǎo)與幫助。</p><p>　　順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)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(zhuǎn)系統(tǒng)怎么復(fù)雜，我都采用了一些新的技術(shù)和設(shè)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(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進的知識，更好的為社會做出應(yīng)

43、有的貢獻，為祖國的四化服務(wù)。</p><p>　　我們衷心希望，我國科技界，產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識經(jīng)濟給我們帶來的難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為在21世紀(jì)使我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)走向世界的前列，使我國經(jīng)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(shù)》《S7-300PLC》 參 考 文 獻</p><p>　　1.《PLC應(yīng)用技術(shù)》 　　. 北京：高等教育出版社 ，2003　</p><p>　　2《電工技術(shù)》 . 湖北： 華中科技大學(xué)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)