畢業(yè)論文基于PLC的電動機(jī)制動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書11 課題介紹21.1 題目21.2 背景介紹22 總體方案設(shè)計(jì)42.1 設(shè)計(jì)目的42.2 控制要求42.3 設(shè)計(jì)要求43 硬件設(shè)計(jì)43.1 硬件方案框圖43.2 硬件選型53.3 主電路原理圖的設(shè)計(jì)63.4 控制電路原理圖的設(shè)計(jì)64 軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試84.1 控制系統(tǒng)的i/o點(diǎn)及地址分配84.2系統(tǒng)工作流程框圖84.3 系統(tǒng)調(diào)試105 總結(jié)12參考文獻(xiàn)13附錄14學(xué)院： 專業(yè)班級： 姓名： 學(xué)號： 裝 訂 線 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)技術(shù)學(xué)院電氣控制與可編程控制器課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書題目 基于plc的電動機(jī)制動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試 專業(yè)、班級 電氣08-2 班 學(xué)號 20080

2、10202 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：一、主要內(nèi)容1.熟悉題目、收集資料，充分了解技術(shù)要求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)；2.總體設(shè)計(jì)。正確選定設(shè)計(jì)方案，畫出系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖；3.硬件設(shè)計(jì)。選擇電器元器件，確定電器元器件明細(xì)表。用cad畫出電氣原理圖，并作簡要分析；4.軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)控制要求確定i/o分配表，畫出系統(tǒng)工作流程圖，設(shè)計(jì)程序及編寫程序說明，給出編程原件明細(xì)表等；5.系統(tǒng)調(diào)試；6.整理編寫課程設(shè)計(jì)說明書。二、課題要求 1.控制要求 三相籠型異步電動機(jī)具有反接制動電阻的可逆運(yùn)行反接制動控制。 2.設(shè)計(jì)要求1）控制系統(tǒng)采用plc來實(shí)現(xiàn)；2）提供短路、過載、聯(lián)鎖等保護(hù)措施；3）具有緊急停車

3、功能；三、基本要求1根據(jù)題意, 用cad畫出電氣原理圖和plc端子接線圖。設(shè)計(jì)要合理，畫圖要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。2完成程序的編寫工作,并利用模擬器和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備完成調(diào)試工作。3. 完成課程設(shè)計(jì)說明書一份，闡明設(shè)計(jì)任務(wù)與依據(jù)，設(shè)計(jì)原則、方法、設(shè)計(jì)方案與成果，并力求論證充分、簡明通順、條理清晰、邏輯性強(qiáng)。四、主要參考文獻(xiàn) 王永華.現(xiàn)代電氣控制及plc應(yīng)用技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社.指導(dǎo)教師簽名： 課程負(fù)責(zé)人簽名： 2012年 5 月 10日1 課題介紹1.1 題目基于plc的電動機(jī)制動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試1.2 背景介紹可編程序控制器簡稱plc，是近年來發(fā)展極為迅速、應(yīng)用面極廣的工業(yè)控制裝置，它已成功地應(yīng)用于

4、工業(yè)中幾乎所有領(lǐng)域，能完成從重復(fù)開關(guān)控制單一機(jī)器到復(fù)雜的制造加工控制的許多控制任務(wù)。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動系統(tǒng)。三相異步電動機(jī)從切除電源到完全停止旋轉(zhuǎn)，由于慣性的作用，總要經(jīng)過一段時(shí)間，這往往不能適應(yīng)某些機(jī)械工藝的要求。如萬能銑床、臥床銑床和組合機(jī)床等。無論是從提高生產(chǎn)效率，還是從安全及準(zhǔn)確定位等方面考慮，都要求能迅速停車，因此要求對電動機(jī)進(jìn)行制動控制。制動控制方法一般有兩大類：機(jī)械制動和電氣制動。機(jī)械制動使用機(jī)械裝置來強(qiáng)

5、迫電動機(jī)迅速停車； 制動實(shí)質(zhì)上是當(dāng)電動機(jī)停車時(shí)，給電動機(jī)加上一個(gè)與原來旋轉(zhuǎn)方向相反的制動轉(zhuǎn)矩，迫使電動機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。與傳統(tǒng)的控制相比，繼電器控制系統(tǒng)雖然有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，是設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點(diǎn)在開閉時(shí)易受電弧的損害，壽命短、系統(tǒng)可靠性差。可編程序邏輯控制器（plc，programmable logic controller），簡稱plc，plc的梯形圖與傳統(tǒng)的電氣原理圖非常相似，主要原因是plc梯形圖大致上沿用了繼電器控制的電路元件符號和術(shù)語，僅有個(gè)別之處有些不同。同時(shí)，信號的輸入/輸出形式及控制功能基本也是相同的；但plc的控制與繼電器的控制又有根本不同之處，主要

6、表現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：1）控制邏輯：繼電器控制采用硬接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及時(shí)間及電器等組合程控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有48對觸點(diǎn)，因此靈活性和擴(kuò)展性很差。而plc采用存儲器邏輯，起控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱做“軟接線”，因此靈活性和可擴(kuò)展性很好。2）工作方式：電源接通時(shí)，繼電器控制線路中各繼電器同時(shí)都處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合它屬于并行工作方式。而plc的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周

7、期性循環(huán)掃描過程中，各種邏輯、數(shù)值輸出的結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計(jì)算得出的，所以它屬于串行工作方式。3）可靠性和可維護(hù)性：繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)開閉時(shí)會受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護(hù)性差。而plc采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作有無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。plc還配有自檢和監(jiān)督功能，能檢查出自身故障，并隨時(shí)顯示給操作人員；還能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。4）控制速度：繼電氣控制邏輯依靠觸電的機(jī)械動作實(shí)現(xiàn)控制工作頻率低，觸點(diǎn)的開閉動作一般在幾十毫秒數(shù)量級。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動問

8、題；而plc是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，屬于悟出點(diǎn)控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微妙數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。5）定時(shí)控制：繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器進(jìn)行時(shí)間控制。一般來說，時(shí)間繼電器存在定時(shí)精度不高，定時(shí)范圍窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時(shí)間困難等問題。plc使用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體整蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高，且定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響，定時(shí)范圍最小可為0.001s，最長幾乎沒有限制，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時(shí)值，然后由軟元件來控制定時(shí)時(shí)間。6）設(shè)計(jì)和施工：使用繼電器控制邏輯完成一項(xiàng)控制工程，其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行，周期長，而且修改困

9、難。工程越大，這一點(diǎn)就越突出。而用plc完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，且調(diào)試和修改都很方便。從以上幾個(gè)方面比較可知，plc在性能上比繼電氣控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、通用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便。但在很小的系統(tǒng)中使用時(shí)，價(jià)格要高于繼電氣系統(tǒng)。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)目的1）學(xué)會用plc控制主電路實(shí)現(xiàn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)，達(dá)到綜合應(yīng)用plc的目的；2）學(xué)會用cad制圖；3）學(xué)會用plc s7-200編程軟件，通過編寫的程序，完成對主電路的控制；4）學(xué)會整理并制作課程設(shè)計(jì)報(bào)告，為畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告做準(zhǔn)備。2.

10、2 控制要求三相籠型異步電動機(jī)具有反接制動電阻的可逆運(yùn)行反接制動控制。2.3 設(shè)計(jì)要求1）控制系統(tǒng)采用plc來實(shí)現(xiàn)；2）提供短路、過載、聯(lián)鎖等保護(hù)措施；3）具有緊急停車功能。3 硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件方案框圖如圖3-1所示，系統(tǒng)通過s7-200可控制器及按鈕來實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的控制，同時(shí)通過人機(jī)界面來進(jìn)行監(jiān)視與調(diào)節(jié)，從而達(dá)到電動機(jī)可靠、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行?？刂瓢粹os7-200 可編程控制器人機(jī)界面執(zhí)行器件（接觸器、繼電器、指示燈）電動機(jī)圖3-1 系統(tǒng)硬件方框圖3.2 硬件選型表3-1 系統(tǒng)元器件表器件名稱符號名稱型號參數(shù)電動機(jī)may-801-4p=0.55kw，u=380v按鈕sf1(停止，紅色)la

11、4-2hu=400vsf2(正轉(zhuǎn)啟動，綠色)sf3(反轉(zhuǎn)啟動，黑色)接觸器qa1，qa2，qa3cj10-10u=380v，i=10a熱繼電器bbjr0-20/3i=1.6a斷路器qa0dz20y-100速度繼電器bs1(正轉(zhuǎn))，bs2（反轉(zhuǎn)）jy1觸點(diǎn)電流i2a，u500v電阻r（三個(gè)）e12系列0.24 k指示燈l1（綠色）、l2（黃色）las4220vplcs7-200cpu222 ac/da/繼電器輸出3.3 主電路原理圖的設(shè)計(jì)圖3-2 系統(tǒng)主電路原理圖主電路原理如圖3-2所示，具有反接制動電阻的可逆運(yùn)行反接制動控制線路。圖中ra是反接制動電阻，在電動機(jī)啟動時(shí)其降壓啟動的功能，在電動機(jī)

12、制動是起著降低反接制動電流的作用；qa1、qa2、qa3三個(gè)接觸器用于控制電動機(jī)的啟動、正反轉(zhuǎn)和制動，具有低電壓釋放保護(hù)功能，具有比工作電流大數(shù)倍乃至十幾倍的接通分?jǐn)嗄芰?，但是不能分?jǐn)喽搪冯娏?；bb利用電流的熱效應(yīng)原理以及發(fā)熱元件熱膨脹原理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)三相交流電動機(jī)的過載保護(hù)。3.4 控制電路原理圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制原理如圖3-3所示，正轉(zhuǎn)啟動按鈕sf2、反轉(zhuǎn)啟動按鈕sf3、停止按鈕sf1、速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)bs1、速度繼電器反轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)bs2、熱繼電器bb常閉觸點(diǎn)分別接plc的輸入端，接觸器qa1、qa2、qa3、正常指示燈l1、故障指示燈l2分別接plc的輸出端。通過所編程序?qū)崿F(xiàn)對電動機(jī)的控

13、制。圖3-3 系統(tǒng)plc接線端子圖軟元件是plc內(nèi)部的具有一定功能的期間，這些器件實(shí)際上是由電子電路和寄存器及存儲器單元等組成。例如，輸入繼電器是由輸入電路和輸入映像寄。存器構(gòu)成；定時(shí)器和計(jì)數(shù)器也都是有特定功能的寄存器構(gòu)成。它們都具有繼電氣特性，但沒有機(jī)械性的觸點(diǎn)。為了把這種元器件傳與統(tǒng)電氣控制電路中的繼電器區(qū)別開來，我們把它們稱作軟元件或軟繼電器。這些軟繼電器最大的特點(diǎn)是：看不見、摸不著的，也不存在物理性的觸點(diǎn)；每個(gè)軟元件課提供無限多個(gè)常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)；體積小、功耗低、壽命長。4 軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試4.1 控制系統(tǒng)的i/o點(diǎn)及地址分配表4-1 控制系統(tǒng)i/o點(diǎn)分配表輸入口輸出口停止按鈕：sf1

14、i0.0線圈接觸器(正轉(zhuǎn)啟動，反轉(zhuǎn)制動)：qa1q0.0正轉(zhuǎn)啟動按鈕：sf2i0.1線圈接觸器（反轉(zhuǎn)啟動，正轉(zhuǎn)制動）：qa2q0.1反轉(zhuǎn)啟動按鈕：sf3i0.2線圈接觸器（全壓運(yùn)行）qa3q0.2熱繼電器：bbi0.3指示燈（正常運(yùn)行）：l1q0.3速度繼電器(正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn))：n1i0.4指示燈（故障）：l2q0.4速度繼電器（反轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)）：n2i0.5備注：中間繼電器kf1：m0.0中間繼電器kf2：m0.1中間繼電器kf3：m0.2中間繼電器kf4：m0.34.2系統(tǒng)工作流程框圖系統(tǒng)的工作流程如圖4-1所示，按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕sf2，使中間繼電器線圈帶電，通過中間繼電器使接觸器qa1線圈帶

15、電常開觸點(diǎn)閉合，使定子繞組經(jīng)3個(gè)電阻接通正序三相電源，電動機(jī)ma開始降壓啟動。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)閉合，通過中間繼電器控制接觸器qa3線圈帶電，使其常開觸點(diǎn)閉合，于是三個(gè)電阻被短接，定子繞組直接加以額定電壓，電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速。在電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，若按下停止按鈕sf1,則qa1、qa3線圈相繼斷電，由于此時(shí)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性轉(zhuǎn)速仍然很高，使速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)尚未復(fù)原，中間繼電器仍處于工作狀態(tài)，所以在接觸器qa1常閉觸點(diǎn)復(fù)位后，接觸器qa2線圈便通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使定子繞組經(jīng)3個(gè)電阻獲得反相序三相交流電源，對電動機(jī)進(jìn)行反接制動，電動機(jī)轉(zhuǎn)速迅

16、速下降。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速低于速度繼電器動作值時(shí)，速度繼電器常開觸點(diǎn)復(fù)位，中間繼電器線圈掉電，接觸器qa2釋放，反接制動過程結(jié)束。電動機(jī)反向啟動及制動與正向相同。按下啟動按鈕sf2/sf3接觸器qa1/qa2閉合，電動機(jī)降壓啟動bs1/bs2閉合接觸器qa3閉合，電動機(jī)全壓運(yùn)行按下sf1接觸器qa1/qa2，qa3斷開，qa2/qa1閉合bs1/bs2斷開qa2/qa1斷開，電動機(jī)ma停轉(zhuǎn)開始nynyyn圖4-1 系統(tǒng)工作流程框圖4.3 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)程序見附錄系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果如下圖所示：圖4-2 電動機(jī)的正向降壓啟動圖4-3 電動機(jī)正轉(zhuǎn)全壓運(yùn)行圖4-4 按下停止按鈕圖4-5 電動機(jī)正轉(zhuǎn)停止時(shí)反接制動圖4

17、-6 電動機(jī)反向啟動圖4-7 電動機(jī)反向全壓運(yùn)行圖4-8 電動機(jī)反向停止時(shí)反接制動圖4-9 電動機(jī)停止運(yùn)行圖4-10 系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)5 總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)是大學(xué)階段在畢業(yè)設(shè)計(jì)之前的最后一次較為難得的理論，為之后的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠下基礎(chǔ)的一次機(jī)會。通過這次比較完整的設(shè)計(jì)出三相籠型異步電動機(jī)具有反接制動電阻可逆反接制動的控制，我擺脫了單純的塊狀理論知識狀態(tài)，通過這次設(shè)計(jì)的要求，鍛煉了我綜合學(xué)習(xí)的能力，遇到問題積極思考主動尋找解決方案，增強(qiáng)了自己解決問題的能力，同時(shí)也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等專業(yè)能力水平。通過plc控制電動機(jī)實(shí)現(xiàn)電動機(jī)正向降壓啟動與反接能耗制動以及反向運(yùn)轉(zhuǎn)及制動

18、等達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，對電動機(jī)的過載、過電流、欠電壓等的保護(hù)使電動機(jī)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。通過這次課程設(shè)計(jì)，提高了我的意志力和品質(zhì)力，提高了自己的忍耐力，懂得了怎樣緩解壓力，學(xué)會了獨(dú)立思考、邏輯思維、提出問題、分析問題、解決問題的方法。這是我希望得到的，也為下學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。雖然這次課程設(shè)計(jì)時(shí)間只有短短的三周時(shí)間，要達(dá)到非常完美是很困難的，但自己盡量使這次設(shè)計(jì)接近完美，通過是很困難的，但自己盡量使這次設(shè)計(jì)接近完美，通過與孔老師的溝通和交流，我了解到此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心，設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，以及各種器件的適用性。我的能力也得到了提高，提高是有限的但是提高也是全面的，正式這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無數(shù)次的腦中

19、模擬運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，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)出更好的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通能力和理解能力。非常感謝孔老師的知道和幫助，也感謝江老師給我這次做有關(guān)plc課題課程設(shè)計(jì)的機(jī)會。順利完成這次課程設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解了專業(yè)知識的同時(shí)也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。無論plc控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)系統(tǒng)怎么復(fù)雜，都可以采用新的技術(shù)和設(shè)備去解決這些問題，它有著很多的優(yōu)越性。這次課程設(shè)計(jì)能夠順利完成，是因?yàn)樵谡n程設(shè)計(jì)當(dāng)中我得到了許多人的幫助，有老師還有我們這一組成員努力。雖然中間有著不完美，但卻是我們自己不斷的查閱資料、思考和動手的結(jié)果。通過這幾周的忙碌，加上我們小組成員的積極討論，這次課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了。在此，我由衷的感謝老師