大工15秋《可編程控制器》大作業(yè)-三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制答案

網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院《可編程控制器》大作業(yè)題目：學(xué)習(xí)中心：層次：高中起點(diǎn)專科專業(yè)：年級(jí)：年春/秋季學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：大工15秋《可編程控制器》大作業(yè)具體要求：1作業(yè)內(nèi)容從以下五個(gè)題目中任選其一作答。2正文格式作業(yè)正文內(nèi)容統(tǒng)一采用宋體，字號(hào)為小四，字?jǐn)?shù)在2000字以上。3.作業(yè)提交學(xué)生需要以附件形式上交離線作業(yè)〔附件的大小限制在10M以內(nèi)〕，選擇已完成的作業(yè)，點(diǎn)“上交〞即可。如下列圖所示。4.截止時(shí)間2023年3月9日。在此之前，學(xué)生可隨時(shí)提交離線作業(yè)，如需修改，可直接上傳新文件，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)覆蓋原有文件。5.考前須知請(qǐng)同學(xué)獨(dú)立完成作業(yè)，不準(zhǔn)抄襲其他人或者請(qǐng)人代做，如有雷同作業(yè)，成績(jī)以零分計(jì)！題目一：三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制設(shè)計(jì)要求：〔1〕首先對(duì)可編程序控制器〔PLC〕的產(chǎn)生與開展、主要性能指標(biāo)、分類、特點(diǎn)、功能與應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；〔2〕選用西門子S7－200系列PLC，設(shè)計(jì)出能對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制的主電路和繼電器控制電路圖；〔3〕對(duì)輸入輸出繼電器及其它編程元件的地址進(jìn)行分配，畫出I/O口接線圖，列出PLC控制程序〔梯形圖進(jìn)行截圖，語句表可直接拷貝〕并對(duì)程序作出解釋；〔4〕總結(jié)：需要說明的問題以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。題目二：三相異步電動(dòng)機(jī)的Y--△起動(dòng)PLC控制設(shè)計(jì)要求：〔1〕首先對(duì)可編程序控制器〔PLC〕的產(chǎn)生與開展、主要性能指標(biāo)、分類、特點(diǎn)、功能與應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；〔2〕選用西門子S7－200系列PLC，設(shè)計(jì)出能對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)進(jìn)行Y--△起動(dòng)的主電路和繼電器控制電路圖；〔3〕對(duì)輸入輸出繼電器及其它編程元件的地址進(jìn)行分配，畫出I/O口接線圖，列出PLC控制程序〔梯形圖進(jìn)行截圖，語句表可直接拷貝〕并對(duì)程序作出解釋；〔4〕總結(jié)：需要說明的問題以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。題目三：運(yùn)料小車三位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)料小車控制示意圖如下列圖所示，小車在初始狀態(tài)時(shí)停在中間，限位開關(guān)I0.0為ON，按下起動(dòng)按鈕I0.3，小車開始右行，并按圖所示的順序運(yùn)動(dòng)，最后返回并停在初始位置。設(shè)計(jì)要求：〔1〕首先對(duì)可編程序控制器〔PLC〕的產(chǎn)生與開展、主要性能指標(biāo)、分類、特點(diǎn)、功能與應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；〔2〕設(shè)計(jì)選用西門子S7－200系列PLC，畫出控制系統(tǒng)的順序功能圖，列出PLC控制程序〔梯形圖進(jìn)行截圖，語句表可直接拷貝〕并對(duì)程序作出解釋；〔3〕總結(jié)：需要說明的問題以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。題目四：三層電梯的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：〔1〕首先對(duì)可編程序控制器〔PLC〕的產(chǎn)生與開展、主要性能指標(biāo)、分類、特點(diǎn)、功能與應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；〔2〕設(shè)計(jì)選用西門子S7－200系列PLC，控制要求：①電梯內(nèi)設(shè)置樓層呼叫按鈕，到達(dá)樓層數(shù)指示；②電梯外設(shè)置上行與下行呼叫按鈕，運(yùn)行方向指示與到達(dá)樓層數(shù)指示；③沒有呼叫信號(hào)時(shí)，電梯可停留在任一層。附加可選功能：增加變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的速度控制。保護(hù)要求：系統(tǒng)需設(shè)短路保護(hù)、過載保護(hù)、失壓和欠壓保護(hù)、電機(jī)超速保護(hù)。〔3〕對(duì)輸入輸出繼電器及其它編程元件的地址進(jìn)行分配，畫出I/O接線圖及三層電梯主電路，列出PLC控制程序〔梯形圖進(jìn)行截圖，語句表可直接拷貝〕并對(duì)程序作出解釋；〔4〕總結(jié)：需要說明的問題以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。題目五：十字路口交通燈控制設(shè)計(jì)起動(dòng)后，南北紅燈亮并維持30s。在南北紅燈亮的同時(shí)，東西綠燈也亮，東西綠燈亮25s后閃亮，3s后熄滅，東西黃燈亮，黃燈亮2s后，東西紅燈亮，與此同時(shí)，南北紅燈滅，南北綠燈亮。南北綠燈亮25s后閃亮，3s后熄滅，南北黃燈亮，黃燈亮2s后，南北紅燈亮，東西紅燈滅，東西綠燈亮。依次循環(huán)。十字路口交通燈控制示意圖及時(shí)序圖如下列圖所示。設(shè)計(jì)要求：〔1〕首先對(duì)可編程序控制器〔PLC〕的產(chǎn)生與開展、主要性能指標(biāo)、分類、特點(diǎn)、功能與應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；〔2〕設(shè)計(jì)選用西門子S7－200系列PLC，對(duì)其I/O口進(jìn)行分配，列出PLC控制程序〔梯形圖進(jìn)行截圖，語句表可直接拷貝〕并對(duì)程序作出解釋；〔3〕總結(jié)：需要說明的問題以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。題目一：三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制1可編程序控制器PLC的概況1.1PLC的定義早期的可編程控制器是為了取代繼電器控制線路，采用存儲(chǔ)器程序指令完成順序控制而設(shè)計(jì)的。它僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，采用開關(guān)量控制，實(shí)際只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，所以稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC〔ProgrammableLogicController〕。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，采用了16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成PLC，使得可編程邏輯控制器在概念、設(shè)計(jì)、性能上都有了新的突破。采用微處理器之后，這種控制器的功能不再局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算，增加了數(shù)值運(yùn)算、模擬量的處理、通信等功能，成為真正意義上的可編程控制器〔ProgrammableController〕，簡(jiǎn)稱為PC。但是為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC〔PersonalComputer〕相區(qū)別，長(zhǎng)將可編程控制器仍成為PLC。隨著可編程控制器的不斷開展，其定義也在不斷變化。國際電工委員會(huì)〔IEC〕曾于1982年11月公布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1985年1月發(fā)表了第二稿，1987年2月又公布了第三稿。1987年公布的可編程控制器的定義如下：“可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，是帶有存儲(chǔ)器、可以編制程序的控制器。它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行命令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入、輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原那么設(shè)計(jì)。1.2PLC的工作原理PLC實(shí)質(zhì)上是一種專用與工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)根本上與微型計(jì)算機(jī)相近，在結(jié)構(gòu)上分為固定式和組合式〔模塊式〕兩種，固定式PLC包括CPU板，I/O板，顯示面板，內(nèi)存塊，電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊，I/O模塊，內(nèi)存模塊，電源模塊，底板或機(jī)架。這些模塊可以按照一定的規(guī)那么組合配置。按照可編程控制器系統(tǒng)的構(gòu)成原理，可編程控制器系統(tǒng)由傳感器，可編程控制器和執(zhí)行器組成，可編程控制器通過循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)，其操作過程如下列圖1所示。圖1.1PLC操作過程PLC輸入模塊的輸入信號(hào)狀態(tài)與傳感器信號(hào)相對(duì)應(yīng)，為傳感器信號(hào)經(jīng)過隔離和濾波后的有效信號(hào)。開關(guān)量輸入電路通過識(shí)別傳感器0、1電平，識(shí)別開關(guān)的通斷。CPU在每個(gè)掃描周期的開始掃描輸入模塊的信號(hào)狀態(tài)，并將其狀態(tài)送入到輸入映像存放器區(qū)域；CPU根據(jù)用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號(hào)，并將其處理的結(jié)果送到輸出映像存放器?，F(xiàn)代的PLC已經(jīng)具備了處理模擬量的功能，但是相對(duì)于開關(guān)量的處理較復(fù)雜一些。PLC輸出模塊具有一定的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，在額定負(fù)載以內(nèi)，直接和負(fù)載相連，可以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器。在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。1.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為以下幾類：〔1〕開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最根本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控制及自動(dòng)化流水線。如電梯控制、高爐上料、注塑機(jī)、印刷機(jī)、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等?！?〕模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使PLC能處理模擬信號(hào)，PLC廠家生產(chǎn)有配套的A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，使PLC可用于模擬量控制?！?〕運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在可使用專門的運(yùn)動(dòng)控制模塊。廣泛的運(yùn)用于各種機(jī)床、機(jī)械、機(jī)器人、電器等場(chǎng)合?！?〕過程控制這是對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。PLC能編制各種控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID控制時(shí)一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中常用的控制方法。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用〔5〕數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比擬。一般用于大型系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造業(yè)?！?〕通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信包含PLC之間的通信以及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。在工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)開展加快前提下，廠家都十分重視PLC的通訊功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通訊十分方便。1.4PLC的開展趨勢(shì)1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司〔DEC〕首先研制出第一臺(tái)符合要求的控制器，即可編程邏輯控制器，并在美國GE公司的汽車自動(dòng)裝配上試用獲得成功。此后，這項(xiàng)技術(shù)迅速開展，從美國、日本、歐洲普及到全世界?？偟膩碚f開展趨勢(shì)如下：(1)向高速度、大容量方向開展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的儲(chǔ)存容量。(2)向超大型、超小型兩個(gè)方向開展。以適應(yīng)不同類型的自動(dòng)控制系統(tǒng)的需要。(3)PLC大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信功能。為了擴(kuò)大適用范圍，廠家還制定了通用的通信此岸準(zhǔn)，已構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。(4)增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力。外部故障的幾率很大，因此，PLC廠家致力于研制、開展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性(5)編程語言多樣化。PLC結(jié)構(gòu)不斷開展的同時(shí),PLC的編程語言也越來越豐富。多種語言并存、互補(bǔ)與開展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。2三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的特點(diǎn)與應(yīng)用2.1三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的特點(diǎn)2.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的主、控制電路1.主電路如圖2-1主電路接觸器KM1、KM2分別閉合，完成換相實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)。KM1、KM2不能同時(shí)閉合，否那么,會(huì)造成主電路兩相短路。電路用FR實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。2.控制電路控制電路實(shí)質(zhì)是由兩條并聯(lián)的啟動(dòng)支路組成，但為了生產(chǎn)、平安的需要又在各支路中輔加了制約觸頭。圖2-1三相異步電動(dòng)機(jī)繼電器接觸器控制電路2.1.2按鈕、接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路特點(diǎn)及應(yīng)用分析1.接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路如圖2-1,右局部是其控制電路,它由兩條啟動(dòng)支路構(gòu)成,且在對(duì)方支路中相互串聯(lián)上彼此的常閉輔助觸頭,使一接觸器線圈得電吸合后另一個(gè)接觸器因所串聯(lián)的常閉輔助觸頭斷開而受到制約無法得電,保證了KM1,KM2不能同時(shí)得電,從而可靠地防止了兩相電源短路事故的發(fā)生,電路平安、可靠。這種在一個(gè)接觸器得電動(dòng)作時(shí)通過其常閉輔助觸頭使另一個(gè)接觸器不能得電動(dòng)作的作用稱為聯(lián)鎖或互鎖。該電路要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向必須先按下停止按鈕使接觸器失電,各觸頭斷開恢復(fù)原狀解除聯(lián)鎖,再按下反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕,電動(dòng)機(jī)才能反轉(zhuǎn)。2.按鈕聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路如圖2-1,它將圖左中的正、反轉(zhuǎn)控制按鈕SB1、SB2換成復(fù)合按鈕,用對(duì)應(yīng)的常閉觸頭代替接觸器相應(yīng)的常閉輔助觸頭構(gòu)成聯(lián)鎖完成正反轉(zhuǎn)控制。這樣電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向時(shí),可直接按下反轉(zhuǎn)相對(duì)于另一轉(zhuǎn)向按鈕即可,而不必先按停止按鈕,同時(shí)保證了兩個(gè)接觸器KM1、KM2線圈不會(huì)同時(shí)得電閉合。例如,KM1吸合電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí),按下反轉(zhuǎn)按鈕SB2,串聯(lián)在KM1線圈支路中SB2的常閉觸頭先斷開,使KM1線圈失電,其主觸頭、自鎖輔助觸頭斷開,電動(dòng)機(jī)斷電但仍慣性運(yùn)轉(zhuǎn)。SB2按下后經(jīng)過一定的行程,其常開觸頭閉合,接通反轉(zhuǎn)控制電路,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。3.按鈕與接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路的應(yīng)用分析接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路適用于重載拖動(dòng)的機(jī)床等不能或不需要由一個(gè)轉(zhuǎn)向立即換為另一個(gè)轉(zhuǎn)向的機(jī)械設(shè)備,以減小換相對(duì)設(shè)備的機(jī)械沖擊力和電機(jī)繞組受到的反接電流沖擊,起到保護(hù)設(shè)備,延長(zhǎng)其使用壽命的作用。而按鈕聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路雖操作方便,但平安欠佳,不可靠。例如,當(dāng)正轉(zhuǎn)接觸器KM1吸合后主觸頭發(fā)生熔焊或動(dòng)鐵芯被雜物卡住等故障時(shí),即使線圈失電,主觸頭也無法分開,這時(shí)假設(shè)按下反轉(zhuǎn)按鈕,SB2,KM2得電動(dòng)作,主觸頭閉合造成電源兩相短路。2.2交流接觸器的正反轉(zhuǎn)自動(dòng)控制線路工作過程及分析當(dāng)通電以后，按下SB2，KM1接通電動(dòng)機(jī)開始正轉(zhuǎn)，同時(shí)KM1常開開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖，常閉開關(guān)斷開，KM1'也閉合，所以KT1開始計(jì)時(shí)，30秒后，KT1的常開開關(guān)閉合，同時(shí)KM2吸合，KM2常閉開關(guān)斷開，KM1停止工作，KM1常開開關(guān)斷開，KM2常開開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖，電動(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn)，KT2開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到30秒之后，KT2的常開閉合，KM2接通，吸合，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)延時(shí)正反轉(zhuǎn)的控制，從而帶動(dòng)機(jī)器的正反轉(zhuǎn)。到達(dá)延時(shí)停車的控制。其操作簡(jiǎn)便、平安易于控制。2.3PLC的選擇PLC高性能小型可編程控制器，具有較高的性價(jià)比，應(yīng)用廣泛。它不僅具備了以往的小型PLC所具有的功能，而且還可連接可編程控制終端,盡可能使安裝空間最小化，并實(shí)現(xiàn)了具有2點(diǎn)-7點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的彈性構(gòu)成，為了節(jié)省節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。只有選擇了符合要求的產(chǎn)品才能到達(dá)既可靠又經(jīng)濟(jì)的要求，西門子公司s7-200系列的PLC適合本次實(shí)驗(yàn)的要求，因此我們選擇西門子列型號(hào)的可控制編程器。圖2-2交流接觸器的正反轉(zhuǎn)自動(dòng)控制線路2.4輸入輸出定義根據(jù)對(duì)控制任務(wù)的分析，我們將輸入輸出定義如下表2.1所示:起動(dòng)按鈕SB1接于