基于PLC电机控制系统设计.doc

毕 业 设 计（论文）课 题：基于PLC电机控制系统设计姓 名： 专 业： 电机与电器班 级： 11电 机03 指导老师： 时 间：10月25日摘 要可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术，自动化控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置它具有功能强，可靠性高，操作灵活，编程简单一级适合于工业环境等一系列优点，在工业自动化，过程控制，机电一体化，传统产业技术改造等方面的应用越来越广泛，已成为现在工业控制的三大支柱之一 PLC应用技术发展迅速，在工业控制的众多领域都得到广泛的应用；特别是在机车电气控制系统中大量运用为此我通过课堂上所学，采用PLC对三相异步电动机进行控制此举措不仅方便操作而且在电气系统运行可靠性有了显著提高关键词：PLC，电机控制，交流电机目 录摘 要 II目 录 III第一章 绪 论 21.1计研究背景及意义 21.2 PLC的发展趋势 31.3 电机的发展趋势 5第二章 三相异步电动机 72.1 三相异步电动机的基本结构 72.2 三相异步电动机的工作原理 92.2.1 转子的转动原理 92.2.2 旋转磁场的产生 92.2.3 三相异步电动机的基本原理 10第三章 系统设计方案 113.1 总体设计方案 113.1.1 设计目的 113.1.2 控制要求 113..1.3 设计要求 113.2 硬件设计 123.2.1 硬件选型 、 参数 133.2.2 PLC的选择 133.2.3 PLC的介绍及特点 143.3 软件设计 183.3.1 控制系统的I/O点及地址分配 183.3.2 系统工作流程框图 18第四章 三相异步电动机正反转PLC控制 204.1 三相异步电动机正反转PLC控制线路图 204.2 三相异步电动机正反转PLC控制的程序 22总 结 24致 谢 25参考文献 26第一章 绪 论1.1计研究背景及意义可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术，自动化控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置。

它具有功能强，可靠性高，操作灵活，编程简单一级适合于工业环境等一系列优点，在工业自动化，过程控制，机电一体化，传统产业技术改造等方面的应用越来越广泛，已成为现在工业控制的三大支柱之一三相异步电动机的应用几乎涵盖了农业生产和人类生活各个领域，在这些应用领域中，三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故对于应用于大型工业设备重要场合高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量 在生产过程，科学研究和其他产业领域中，电气控制技术应用十分广泛在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍本系列的控制是采用PLC的编程语言——梯形语言，梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工作环境下应用而设计它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制，定时、计数和算术等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。

本文设计了三相异步电动机的PLC控制电路，该电路主要以性能稳定、简单实用为目的1.2 PLC的发展趋势长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要进入20世纪80年代，由于计算机计数和微电子技术的迅速发展，极大的推动了PLC的发展，使的PLC的功能日益增强PLC是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序PLC通过输入/输出（I/O）装置发出控制信号和接受输入信号由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超出其出现时的技术水平它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩大了PLC的功能，使其具有很强的的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业它的发展趋势主要向几个方面发展： 1．向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。

目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标 在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘2．向超大型、超小型两个方向发展当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强  小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司α系列PLC 3．PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力  为数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。

为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分 4．增强外部故障的检测与处理能力     根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故障因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性 5．编程语言多样化  在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势1.3 电机的发展趋势 现代化装备向电机工业踢出各种各样高性能要求，如军事准备要求提供给各种高性能信号电机，移动电站，自动化装备用伺服系统及电机，航空航天用高性能，高可靠性永磁电机，花钱设备用高调速精度变频调速同步电动机，数控机床，加工中心，机器人用高调速比稀土永磁伺服电机，计算机用高精度摆动电机及主轴电机等等。

电机所驱动的负载千变万化，如果全部采用通用型电动机在某些情况下，技术经济很不合理，因此国外大力发展专用电动机，专用电机约占总产量的80%，通用机占20%而我国恰恰相反，专用电机只占20%，通用型电机占80%专用电机是根据不同负载特性专门设计的，如油田用抽油机专用稀土永磁电机，节电率高达20%国外提高电动机效率的主要途径是通过对异步电动机的优化设计，增加铜铝电工钢板等有效材料用量，降低绕组损耗和铁耗，采用较好的磁性材料和工艺，以降低铁耗；合理设计通风结构和选用高性能轴承，降低机械损耗；通过改进设计和工艺，降低杂散损耗，国外已开发出高效异步电动机根据我国国情，高性能的稀土永磁材料以实现产业化，钕铁硼的产量现已居世界第一位，钕铁硼的价格也趋向合理所以发展永磁同步电动机是新世纪电机工业技术发展趋势之一此外，国外微电机主要技术发展趋势是：产品向高性能，小体积方向发展；直流微电机向永磁化和无刷话方向发展；控制类微电机向高性能和组合化方向发展；生产技术向集约化，柔软化，自动化方向发展；测试技术向高级自动化发展当前步进电机中最有发展前景的当属混合式步进电机，而混合式步进电机又向一下四个发展趋势：发展趋势之一，是继续沿着小型化放方向发展。

随着步进电机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小，如ESCAP公司研制出外径仅10mm的步进电机发展趋势之二，是改圆形电机为方形电机由于电机采用方型结构，使得转子有可能设计得比圆形大，因而其力矩体积比将大为提高同样座机号的电机，方形的力矩比圆形的将提高30%~40%发展趋势之三，对电机进行综合设计即把转子位置传感器，减速齿轮等和电机本体综合设计在一起，这样使起能方便地组成一个闭环系统，因而具有更加优越的控制性能发展趋势之四，向五相隔三相电机方向发展目前广泛应用的二相和四相电机，其振动和噪声较大，而五相和三相电机具有优势性而就这两种电机而言，五相电机和驱动电路比三相电动机精密而且复杂，因此三相电机系统的价格比五相电机更低一些综上所述，型电机正在向高效化 .专业化 . 集成化的方向发展，市场前景非常广阔 第二章 三相异步电动机实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机 在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。

它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等 对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（1）基本构造；（2）工作原理；（3）表示转速与转矩之间关系的机械特性；（4）起动、调速及制动 的基本原理和基本方法（5）应用场合和如何正确使用 2.1 三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机由静止的定子和旋转的转子两个重要部分组成，定子和转子之间由气隙分开下图为三相异步电动机结构示意图 （a） 外形图； (b) 内部结构图1. 定子 定子由定子铁心、定子绕组、机座和端盖等组成机座的主要作用是用来支撑电机各部件，因此应有足够的机械强度和刚度，通常用铸铁制成为了减少涡流和磁滞损耗，定子铁心用0.5 mm厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成，铁心内圆周上有许多均匀分布的槽，槽内嵌放定子绕组，如图下图所示；2.转子转子转子由转子铁心、转子绕组、转轴组成转子铁心由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组转子绕组有两种形式： 鼠笼式 -- 鼠笼式异步电动机 绕线式 -- 绕线式异步电动机转轴上加机械负载其中鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。

为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙约在0.2~1.0mm之间2.2 三相异步电动机的工作原理2.2.1 转子的转动原理 当在异步鼠笼式电动机的定子绕组上加上三相交流电时，在电机中。