課程設計---基于plc的主軸電動機的電氣控制設計

1、<p>　　課程名稱： 電氣控制與PLC </p><p>　　系 別： 信息工程系 </p><p>　　2010年 12 月 5日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　課程名稱……………………………………………………………4&

2、lt;/p><p>　　課題來源及要求……………………………………………………4</p><p>　　簡述…………………………………………………………………5</p><p>　　電氣控制設計………………………………………………………6</p><p>　　1、電氣控制系統(tǒng)電路……………………… ……………………6</p><

3、p>　　2、能耗制動原理 …………………………………………………7</p><p>　　3、元件清單 ………………………………………………………7</p><p>　　3、工作過程 ………………………………………………………7</p><p>　　元件介紹……………………………………………………………8</p><p>　?。ㄒ唬?、熔斷

4、器 ……………………………………………………8</p><p>　　1、熔斷器的分類 …………………………………………8</p><p>　　2、熔斷器的應用 …………………………………………8</p><p>　?。ǘ?、熱繼電器 ………………………………………………8</p><p>　　1、熱繼電器的作用 ………………………………

5、…………9</p><p>　　2、熱繼電器選擇方法 ………………………………………9</p><p>　?。ㄈ?、交流接觸器 ………………………………………………9</p><p>　?。ㄋ模r間繼電器 ………………………………………………10</p><p>　　1、時間繼電器原理…………………………………………10</p>

6、<p>　　2、時間繼電器的類型及特點 ……………………………10</p><p>　　六、PLC控制設計 ………………………………………………………11</p><p>　　1、（1）、統(tǒng)計輸入、輸出點數(shù)并選擇PLC型號…………………………11</p><p>　　2、LC控制的輸入輸出接線圖 ……………………………………11</p>

7、<p>　　3、/O地址分配表 …………………………………………………12</p><p>　　4、LC控制的梯形圖 ………………………………………………12</p><p>　　七、課程設計總結 ………………………………………………………13</p><p>　　八、總結……………………………………………………………………13</p>

8、;<p>　　九、參考文獻 ……………………………………………………………14</p><p>　　一、課題名稱：某主軸電動機的電氣控制與PLC</p><p>　　二、課題來源及要求：</p><p>　　某主軸電動機的功率為67.5Kw，Uw=380V，I=130A，正常工作是為△接法。</p><p><b>

9、　　控制要求如下：</b></p><p>　　可以正向旋轉也可以反向旋轉</p><p>　　含有某方向的電動試車（可以正向也可以反向）；</p><p>　　正向啟動或反向起動時都采用Y-△起動，即啟動時用Y起動，之后換成△接法運行（時間繼電器自動切換）；</p><p>　　制動時采用能耗制動；</p><

10、;p>　　具有常規(guī)的電氣保護環(huán)節(jié)；</p><p>　　該主軸電動機只能在某兩點間運動；</p><p>　　給出合理的電氣控制設計方案和PLC實現(xiàn)方案。</p><p><b>　　簡述</b></p><p><b>　　PLC的基本概念</b></p><p>　

11、　可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混

12、淆，所以將可編程控制器簡稱PLC,plc自1966年出現(xiàn)，美國，日本，德國的可編程控制器質量優(yōu)良，功能強大。 </p><p><b>　　PLC的基本結構</b></p><p>　　PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為： </p><p><b>　　a、電源 </b>&

13、lt;/p><p>　　PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去 </p><p>　　b. 中央處理單元(CPU) </p><p>　　中央處理單元(CPU)是PLC的

14、控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄

15、存器內的數(shù)據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 </p><p>　　為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 </p><p><b>　　c、存儲器 </b></p><p>　　存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程

16、序存儲器。 </p><p>　　存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 </p><p>　　d、輸入輸出接口電路 </p><p><b>　　e、功能模塊 </b></p><p>　　如計數(shù)、定位等功能模塊</p><p><b>　　四、電氣控制設計</b><

17、;/p><p>　　（1）、電氣控制系統(tǒng)電路</p><p>　?。?）、能耗制動原理</p><p>　　根據左手定則確定出轉子電流和恒定磁場作用所產生的轉矩方向與轉子轉速方向相反，故為制動轉矩，此時電機把原來儲存的動能或重物的位能吸收后變成電能消耗在轉子電路中。能耗制動就是將運行中的電動機，從交流電源上切除并立即接通直流電源，在定子繞組接通直流電源時，直流電流會在定

18、子內產生一個靜止的直流磁場，轉子因慣性在磁場內旋轉，并在轉子導體中產生感應電勢有感應電流流過，并與恒定磁場相互作用消耗電動機轉子慣性能量產生制動力矩，使電動機迅速減速，最后停止轉動。</p><p><b>　?。?）、元件清單</b></p><p>　　停止按鈕：SB1；正轉啟動按鈕：SB2；點動按鈕：SB3；反轉啟動按鈕：SB4‘正向限位按鈕：SQ1；反向限位按

19、鈕：SQ2；熔斷器（保險絲）：FU1；FU2；FU3；熱繼電器：FR1；FR2；（NR2熱繼電器 NR2-630G 160-630A）；時間繼電器：KT；KT2；電磁式繼電器：KM1；KM2；KM3；KM4；KM5；</p><p><b>　　（4）、工作過程：</b></p><p>　?。?）、正轉自鎖啟動工作工程：</p><p&

20、gt;　　按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電，KM1的主觸點閉合自鎖形成（輔助觸點斷開與KM2形成連鎖）；時間繼電器和接觸器KM5線圈得電，KM5的主觸點閉合（輔助觸點斷開與KM4形成連鎖），將電動機的三相繞組接成Y形；5秒后時間繼電器KT的輔助觸點斷開主觸點觸點閉合；接觸器KM5線圈得電，KM5的主觸點閉合；將電動機的三相繞組接成△形；</p><p><b>　　停止過程：</b>

21、</p><p>　　按下停止按鈕SB1,接觸器KM1、KM4線圈失電，KM1、KM4主觸點斷開；電動機失電停止；同時SB1閉合后接觸器KM3線圈得電，能耗制動工作，能耗制動工作5秒后，時間繼電器KT2的輔助觸點斷開；接觸器KM3線圈失電，能耗制動停止工作。</p><p>　　（2）、反向啟動、停止工作過程和正向啟動、停止工作過程整體上相似。</p><p>　　

22、(3）、點動控制工作過程</p><p>　　按下點動控制啟動按鈕SB3，接觸器KM1線圈得電，KM1主觸點閉合（輔助觸點斷開與KM2形成連鎖），時間繼電器和接觸器KM5線圈得電，KM5主觸點閉合（輔助觸點斷開與KM4形成連鎖），將電動機的三相繞組接成Y形；5秒后時間繼電器KT的輔助觸點斷開主觸點觸點閉合；接觸器KM5線圈得電，KM5的主觸點閉合；將電動機的三相繞組接成△形；松開點動控制按鈕SB3，接觸器KM1線

23、圈失電，KM1主觸點斷開（輔助觸點閉合），時間繼電器和接觸器KM4線圈失電，KM4主觸點閉合（輔助觸點閉合），電動機失電停止。</p><p>　?。?）、在兩點運動的工作過程和電動機正反轉相類似。</p><p><b>　　五、元件介紹</b></p><p><b>　　(一).熔斷器</b></p>

24、<p>　　熔斷器是一種過電流保護電器。熔斷器主要由熔體和熔管兩個部分及外加填料等組成。使用時，將熔斷器串聯(lián)于被保護電路中，當被保護電路的電流超過規(guī)定值，并經過一定時間后，由熔體自身產生的熱量熔斷熔體，使電路斷開，起到保護的作用。</p><p><b>　　1.熔斷器分類</b></p><p>　　(1)　螺旋式熔斷器RL：</p><

25、;p>　　在熔斷管裝有石英砂，熔體埋于其中，熔體熔斷時，電弧噴向石英砂及其縫隙，可迅速降溫而熄滅。為了便于監(jiān)視，熔斷器一端裝有色點，不同的顏色表示不同的熔體電流，熔體熔斷時，色點跳出，示意熔體已熔斷。螺旋式熔斷器額定電流為5～200A，主要用于短路電流大的分支電路或有易燃氣體的場所。</p><p>　　(2)　有填料管式熔斷器RT：</p><p>　　有填料管式熔斷器是一種有限流

26、作用的熔斷器。由填有石英砂的瓷熔管、觸點和鍍銀銅柵狀熔體組成。填料管式熔斷器均裝在特別的底座上，如帶隔離刀閘的底座或以熔斷器為隔離刀的底座上，通過手動機構操作。填料管式熔斷器額定電流為50～1000A，主要用于短路電流大的電路或有易燃氣體的場所。</p><p>　　(3)　無填料管式熔斷器RM：</p><p>　　無填料管式熔斷器的熔絲管是由纖維物制成。使用的熔體為變截面的鋅合金片。熔

27、體熔斷時，纖維熔管的部分纖維物因受熱而分解，產生高壓氣體，使電弧很快熄滅。無填料管式熔斷器具有結構簡單、保護性能好、使用方便等特點，一般均與刀開關組成熔斷器刀開關組合使用。 </p><p>　　(4)　有填料封閉管式快速熔斷器RS：</p><p>　　有填料封閉管式快速熔斷器是一種快速動作型的熔斷器，由熔斷管、觸點底座、動作指示器和熔體組成。熔體為銀質窄截面或網狀形式，熔體為一次性使用

28、，不能自行更換。由于其具有快速動作性，一般作為半導體整流元件保護用。 </p><p>　　2.熔斷器在電動機中的應用 </p><p>　?、賳闻_直接起動電動機　熔體額定電流＝(1.5～2.5)×電動機額定電流。</p><p>　?、诙嗯_直接起動電動機　總保護熔體額定電流＝(1.5～2.5)×各臺電動機電流之和。</p><

29、;p>　　③降壓起動電動機　熔體額定電流＝(1.5～2)×電動機額定電流。</p><p>　　④繞線式電動機　熔體額定電流＝(1.2～1.5)×電動機額定電流。</p><p><b>　?。ǘ?、熱繼電器：</b></p><p>　　熱繼電器是由流入熱元件的電流產生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當形變

30、達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失 電，主電路斷開，實現(xiàn)電動機的過載保護。繼電器作為電動機的過載保護元件，以其體積小，結構簡單、成本低等優(yōu)點在生產中得到了廣泛應用。</p><p>　　1、熱繼電器的作用是：　　 </p><p>　　主要用來對異步電動機進行過載保護，他的工作原理是過載電流通過熱元件后， 使雙金屬片加熱彎曲去推動動作機構來帶動觸點動作，從而將電

31、動機控制電路斷開實現(xiàn)電動機斷電停車，起到過載保護的作用。鑒于雙金屬片受熱彎曲過程中，熱量 的傳遞需要較長的時間，因此，熱繼電器不能用作短路保護，而只能用作過載保護</p><p>　　2、熱繼電器的選擇方法</p><p>　　熱繼電器主要用于保護電動機的過載，因此選用時必須了解電動機的情況，如工作環(huán)境、啟動電流、負載性質、工作制、允許過載能力等。</p><p>

32、　　1、原則上應使熱繼電器的安秒特性盡可能接近甚至重合電動機的過載特性，或者在電動機的過載特性之下，同時在電動機短時過載和啟動的瞬間，熱繼電器應不受影響(不動作)。 </p><p>　　2、當熱繼電器用于保護長期工作制或間斷長期工作制的電動機時，一般按電動機的額定電流來選用。例如，熱繼電器的整定值可等于0.95~1.05倍的電動機的額定電流，或者取熱繼電器整定電流的中值等于電動機的額定電流，然后進行調整。 &l

33、t;/p><p>　　3、當熱繼電器用于保護反復短時工作制的電動機時，熱繼電器僅有一定范圍的適應性。如果短時間內操作次數(shù)很多，就要選用帶速飽和電流互感器的熱繼電器。 </p><p>　　4、對于正反轉和通斷頻繁的特殊工作制電動機，不宜采用熱繼電器作為過載保護裝置，而應使用埋人電動機繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護。</p><p><b>　　(三)、交流接

34、觸器</b></p><p>　　(1).交流接觸器主要的組成</p><p>　　a.電磁系統(tǒng),包括吸引線圈、動鐵芯和靜鐵芯；b.觸頭系統(tǒng),包括三副主觸頭和兩個常開、兩個常閉輔助觸頭,它和動鐵芯是連在一起互相聯(lián)動的；c.滅弧裝置,一般容量較大的交流接觸器都設有滅弧裝置,以便迅速切斷電弧,免于燒壞主觸頭；d.絕緣外殼及附件,各種彈簧、傳動機構、短路環(huán)、接線柱等。</p&g

35、t;<p>　　(2).交流接觸器的工作原理</p><p>　　當線圈通電時，靜鐵芯產生電磁吸力，將動鐵芯吸合，由于觸頭系統(tǒng)是與動鐵芯聯(lián)動的,因此動鐵芯帶動三條動觸片同時運行,觸點閉合,從而接通電源。當線圈斷電時,吸力消失,</p><p>　　動鐵芯聯(lián)動部分依靠彈簧的反作用力而分離,使主觸頭斷開,切斷電源。</p><p>　　(3).交流接觸器的

36、分類</p><p>　　交流接觸器的種類很多，其分類方法也不盡相同。按照一般的分類方法，大致有以下幾種。</p><p>　　a.按主觸點極數(shù)分 可分為單極、雙極、三極、四極和五極接觸器。單極接觸器主要用于單相負荷，如照明負荷、焊機等，在電動機能耗制動中也可采用；雙極接觸器用于繞線式異步電機的轉子回路中，起動時用于短接起動繞組；三極接觸器用于三相負荷，例如在電動機的控制及其它場合，使用最

37、為廣泛；四極接觸器主要用于三相四線制的照明線路，也可用來控制雙回路電動機負載；五極交流接觸器用來組成自耦補償起動器或控制雙籠型電動機，以變換繞組接法。</p><p>　　b.按滅弧介質分 可分為空氣式接觸器、真空式接觸器等。依靠空氣絕緣的接觸器用于一般負載，而采用真空絕緣的接觸器常用在煤礦、石油、化工企業(yè)及電壓在660V和1140V等一些特殊的場合。</p><p>　　c.按有無觸點分

38、 可分為有觸點接觸器和無觸點接觸器。常見的接觸器多為有觸點接觸器，而無觸點接觸器屬于電子技術應用的產物，一般采用晶閘管作為回路的通斷元件。由于可控硅導通時所需的觸發(fā)電壓很小，而且回路通斷時無火花產生，因而可用于高操作頻率的設備和易燃、易爆、無噪聲的場合。</p><p><b>　　(四)、時間繼電器</b></p><p>　　時間繼電器是一種利用電磁原理或機械原理

39、實現(xiàn)延時控制的控制電器。</p><p><b>　　1.時間繼電器原理</b></p><p>　　在交流電路中常采用空氣阻尼型時間繼電器 ,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。</p><p>　　凡是繼電器感測元件得到動作信號后，其執(zhí)行元件（觸頭）要延遲一段時間才動作的繼電器稱為時間繼電

40、器</p><p>　　2.時間繼電器類型及特點</p><p>　　(1).空氣阻尼式時間繼電器又稱為氣囊式時間繼電器，它是根據空氣壓縮產生的阻力來進行延時的，其結構簡單，價格便宜，延時范圍大（0.4~180s），但延時精確度低。</p><p>　　(2).電磁式時間繼電器延時時間短（0.3~1.6s），但它結構比較簡單，通常用在斷電延時場合和直流電路中。<

41、;/p><p>　　(3).電動式時間繼電器的原理與鐘表類似，它是由內部電動機帶動減速齒輪轉動而獲得延時的。這種繼電器延時精度高，延時范圍寬（0.4~72h），但結構比較復雜，價格很貴。</p><p>　　(4).晶體管式時間繼電器又稱為電子式時間繼電器，它是利用延時電路來進行延時的。這種繼電器精度高，體積小。</p><p><b>　　六、ＰＬＣ改造&l

42、t;/b></p><p>　　（1）、統(tǒng)計輸入、輸出點數(shù)并選擇PLC型號</p><p>　　輸入信號有9個，考慮到有15%的備用點,即9×(1+15%)=10.35，取整數(shù)11，因此共需11個輸入點。</p><p>　　輸出信號有5個，考慮到有15%的備用點,即5×(1+15%)=5.75，取整數(shù)6，因此共需6個輸出點。</p&

43、gt;<p>　　因此可選用FX1N-40MR類型可編程序控制器，它有24個輸入點，16個輸出點，滿足本設計要求。</p><p>　?。?）、PLC控制的輸入輸出接線</p><p>　　圖２、PLC控制的輸入輸出接線圖</p><p>　?。?）、I/O地址分配表</p><p>　　(3)、PLC控制的梯形圖</p&

44、gt;<p><b>　　七、課程設計總結：</b></p><p>　　這次課程設計中用到了許多我所學到的知識，如電動機的正反轉、Y-△啟動、能耗制動、限位開關、點控和自鎖等，我在根據要求設計我的控制電路時，因為要有Y-△啟動，所以我在Y-△啟動的過程中我加入了時間繼電器，在Y形工作5秒后時間繼電器自動切斷Y形電路，接入到△形電路，△形電路工作。因為該電路還要求有某方向的點動

45、試車，所以要有某方向的點控，我的點控為正向的試車，因為電動機正反轉啟動過程中都有Y-△啟動，所以，當正反轉由任意一個工作時，與之相對應的主觸點閉合，Y-△電路得電，電動機可以運行，因為該電動機還用到了能耗制動，所以在電動機停按鈕按下時，能耗制動過程接通形成自鎖，按鈕松開時能耗制動依然可以正常運行，能耗制動5秒后，時間繼電器將其斷電，能耗制動過程結束。</p><p>　　我對我此次課程設計中最滿意的地方是我在此次

46、課程設計用到了時間繼電器，可以自動的完成Y-△的轉換，在能耗制動的過程中葉可以自動的將能耗制動斷開，從而使能耗制動過程不至于一直運行下去。</p><p><b>　　八、總結：</b></p><p>　　此次課程設計中我深深地體會到我們應該學會知識的貫通和融合，不應只局限在課本里，課程設計可以很好的擴展我的動手能力，還可以開拓我們的視野，讓我們能更好的將我們所學的

47、知識應用在我們以后的工作中，更能提升我們的能力。</p><p>　　這次的課程設計雖然時間緊任務重，但是讓我學到了不少知識。從開始不知如何動手去做，一次次翻書，從同學的幫助下，找到了 一點點門路，畫起了草圖。開始很不理想，通過反復和同學討論。在緊迫的時間內，放棄一切去網吧，堅持了下來，在要求的時間內，終于設計了出來。在實驗室中，通過在實驗臺上的連接，懂得了各個元件的功能及作用，最終完成了。另外，經過這次課程設計

48、，我學會了團結同學，我感受到了團體力量的強大，這次設計的成功，使我深切的感受到了學習和實踐的樂趣，對我以后的學習產生了積極的推動作用。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】、趙明，許廖，工廠電氣控制設備。北京：機械工業(yè)出版社，1994,。</p><p>　　【2】、方承遠，電氣控制原理與設計。北京：機械工業(yè)

49、出版社，2000</p><p>　　【3】、廖常初，PLC基礎及應用。北京：機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　【4】、余雷聲，電氣控制與PLC應用。北京：機械工業(yè)出版社。1995</p><p>　　【5】、MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.FX-PCS/WIN-C軟件手冊，1997</p><p>