绕线转子电动机正逆转控制程序设计 PLC课程设计讲解Word文档格式.docx

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1.1设计目的3

1.2设计内容3

1.3设计要求3

2.系统硬件设计3

2.1系统硬件配置及组成原理3

2.1.1绕线转子电动机3

2.1.2三项异步电动机系统硬件组成4

2.2系统硬件原理图6

2.2.1主电路图6

2.2.2系统I/O分配表7

2.2.3系统I/O接线图7

3.系统软件设计8

3.1系统功能分析8

3.2控制程序设计思路8

3.3梯形图各部分功能及具体实现9

3.3.1电动机正反转程序设计9

3.3.2电动机串电阻启动程序设计10

3.3.3电机运转时断电和热继电器动作时的程序设计10

3.4系统的梯形图11

4.系统调试及结果分析12

4.1系统调试12

4.2结果分析14

结束语14

1．引言

1.1设计目的

1.了解绕线式异步电动机串电阻启动的控制方法和控制要求。

2.熟练掌握PLC的各项指令，及其使用方法。

3..熟练掌握PLC的编程方法，按要求设计出正确的程序。

4.了解仿真软件的各项操作指令及绘图方法，掌握仿真软件的使用及仿真方法。

1.2设计内容

设计绕线转子电动机正逆转控制程序

1.3设计要求

按正向启动按钮，电动机正转全电阻启动，10秒后换成部分电阻启动，再经10秒后正向运转。

按反向启动按钮，电动机反转全电阻启动，10秒后换成部分电阻启动，再经10秒后反向运转。

正转或反转在启动中或运转中，按停止按钮电动机立即停止运转。

运转时断电，如果在5秒内恢复供电，电动机维持断电前的运转方向，继续运转；

运转时断电，如果在5秒后恢复供电，须按启动按钮重新启动电机。

热继电器动作时，电动机停止运转，蜂鸣器响。

热继电器复位后，蜂鸣器停响，恢复正常操作状态。

每个运行过程均有相应的提示（闪烁或亮）。

2.系统硬件设计

2.1系统硬件配置及组成原理

2.1.1绕线转子电动机

绕线转子电动机是异步电机的一类。

异步电机是按转子绕组形式，分为绕线式和鼠笼式。

图2-1绕线转子电动机

　　绕线转子电机三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在绕线转子电机绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动绕线转子电机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

故异步电动机又称为感应电动机。

　　定子是电动机的固定部分，用于产生旋转磁场，主要由定子铁芯、定子绕组和基座等部件组成。

　　转子是电动机的转动部分，由转子铁芯、转子绕组和转轴等部件组成，绕线转子电机作用是在旋转磁场作用下获得转动力矩。

转子按其结构的不同分为鼠笼式转子和绕线式转子。

鼠笼式转子用铜条安装在转子铁芯槽内，端用端环焊接，形状像鼠笼。

中小型转子一般采用铸铝方式。

　　绕线转子电机的绕组和定子绕组相似，三相绕组连接成星形，三根端线连接到装在转轴上的三个铜滑环上，通过一组电刷与外电路相连接。

2.1.2三项异步电动机系统硬件组成

1.按钮

按钮常用于接通、断开控制电路。

按钮上的触点分为常开触点和常闭触点，由于按钮的结构特点，按钮只起发出"

接通"

和"

断开"

信号的作用。

2.刀开关

刀开关又叫闸刀开关，一般用于不频繁操作的低压电路中，用作接通和切断电源，有时也用来控制小容量电动机的直接起动与停机。

刀开关由闸刀（动触点）、静插座（静触点）、手柄和绝缘底板等组成。

刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时熔断器熔断而自动切断电路。

刀开关的额定电压通常为250V和500V，额定电流在1500A以下。

3.熔断器

熔断器主要作短路或过载保护用，串联在被保护的线路中。

线路正常工作时如同一根导线，起通路作用；

当线路短路或过载时熔断器熔断，起到保护线路上其他电器设备的作用。

4.交流接触器

接触器是一种自动开关，是电力拖动中主要的控制电器之一，它分为直流和交流两类。

其中，交流接触器常用来接通和断开电动机或其他设备的主电路。

接触器主要由电磁铁和触头两部分组成。

它是利用电磁铁的吸引力而动作的。

当电磁线圈通电后，吸引山字形动铁心（上铁心），而使常开触头闭合。

5.热继电器

热继电器是用来保护电动机，使之免受长期过载危害的继电器。

热继电器是

利用电流的热效应而动作的。

热元件是一段电阻不大的电阻丝，接在电动机的主电路中的双金属片，扣板在弹簧的拉力下将常闭触头断开。

触头是接在电动机的控制电路中的，控制电路断开使接触器的线圈断电，从而断开电动机的主电路。

2.2系统硬件原理图

2.2.1主电路图

在生产过程中,往往要求电动机能够实现正反两个方向的转动,由电动机原理可知，只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调，就可改变电动机的转向。

因此正反转控制电路实质上是两个方向相反的单相运行电路，为了避免误动作引起电源相间短路，必须在这两个相反方向的单向运行电路中加设必要的互锁。

且此课题涉及到全电阻启动和部分电阻启动，所以在异步电动机的转子回路中串入三相对称电阻。

三项绕线式异步电机串电阻系统主电路图如图2-2-1所示。

图2.2三项绕线式异步电机串电阻系统主电路图

2.2.2系统I/O分配表

根据系统控制要求，PLC的I/O分配表如表2-2-2所示，编程中需要用到中间辅助继电器、定时器等其他辅助继电器时，也应进行相应的分配。

表2-2-2I/O分配表

输入设备

输入端子

输出设备

输出端子

热继电器

X000

正转接触器KM1

Y001

停止按钮

X001

反转接触器KM2

Y002

正向启动按钮

X002

切除电阻R1接触器KM3

Y003

反向启动按钮

X003

切除电阻R2接触器KM4

Y004

断电处

X004

切除电阻R3接触器KM5

Y005

蜂鸣器

Y006

2.2.3系统I/O接线图

图2.3PLC的I/O接线图

3.系统软件设计

3.1系统功能分析

按下正转启动按钮X002，接触器KM1得电吸合并自锁，其主触点闭合，电动机M在转子回路接入全部启动电阻情况下正转启动。

KM1辅助常开触点闭合，使通电延时继电器KT1得电吸合，经延时，延时闭合的常开触点KT1闭合，使接触器KM3得电吸合，转子回路中KM3的两个常开主触点闭合，切除第一级启动电阻R1，电动机加速。

KM3的辅助常开触点闭合，时间继电器KT2得电吸合，经延时，延时闭合的常开触点KT2闭合，使接触器KM4得电吸合，转子回路中KM4的两个常开主触点闭合，切除第二级常开电阻R2，电动机再加速。

KM4的辅助常开触点闭合，时间继电器KT3得电吸合，经延时，延时闭合的常开触点KT3闭合，使接触器KM5得电吸合并自锁，转子回路中KM5的两个常开主触点闭合，切除最后一级启动电阻R3，电动机启动完毕。

KM5的辅助常闭触点断开，使KTI，KM3,KT2,KM4,KT3相继失电释放。

同理，按下反转启动按钮X003，则电动机的运行方向相反，启动过程类似。

为保证接触器KM1和KM2线圈不得同时得电，在控制电路中设置了互锁环节。

正转或反转的过程中，按下X004电路断电，如果在5秒内恢复供电，电动机继续运转，如果在5秒后恢复供电，则电路不能继续运转，须按启动按钮重新启动。

如果热继电器因过载动作，则电路断电，电动机停止运转，蜂鸣器响。

热继电器复位后，电路恢复供电，蜂鸣器停响，恢复正常操作状态。

3.2控制程序设计思路

按正向启动按钮X002，YI接通，电动机正转全电阻启动，同时延时继电器T1接通，10秒后切除第一级启动按钮R1，Y3变为高电平，延时继电器T2接通，经5秒切除第二级启动按钮R2，Y4变为高电平，延时继电器T3接通，经5秒切除第三级启动按钮R3，Y5变为高电平，Y5常闭触头断开，Y3，Y4变为低电平。

按反向启动按钮X003，过程与此类似。

按下X004,运转时断电，如果在5秒内恢复供电，电动机维持断电前的运转方向，继续运转；

热继电器动作时，电动机停止运转，Y6变为高电平，蜂鸣器响。

热继电器复位后，Y6变为高电平，蜂鸣器停响，恢复正常操作状态。

3.3梯形图各部分功能及具体实现

3.3.1电动机正反转程序设计

电动机正反转梯形图如下图3-4-1所示。

图3-4-1电动机正反转梯形图

注释：

1.当X002接入高电平时，Y001也为高电平，由于Y001自锁，Y001保持高电平状态，电机正向启动，为正向全电阻启动；

2.当X003接入高电平时，Y002也为高电平，由于Y002自锁，Y002保持高电平状态，电机反向启动，为反向全电阻启动；

3.由于Y001与Y002互锁，电动机在启动运行时，两种状态无法同时出现

3.3.2电动机串电阻启动程序设计

电动机串电阻启动梯形图如图3-4-2所示。

图3-4-2电动机串电阻启动梯形图

1.电机为正向全电阻启动，当Y001为高电平时，Y002必为低电平，T1延时10秒后，Y003变为高电平，切断R1,这时电机从全电阻启动转变为部分电阻启动。

此时T2延时5秒后，T2成为高电平，切断R2,则Y004为高电平，此时T3延时5秒后，T3成为高电平，切断R3,则Y005为高电平，由于Y005的自锁，Y005保持高电平，电机结束启动，开始进行正常运行。

2.电机为反向全电阻启动，运行状态与注释1中的正向全电阻启动一样。

3.3.3电机运转时断电和热继电器动作时的程序设计

电机运转时断电和热继电器动作时的梯形图如图3-4-3所示。

图3-4-3电机运转时断电和热继电器动作时

按下断电按钮SB4，电机立即断电，时间继电器线圈KT0延时5秒后，触点KT0闭合，辅助继电器线圈M0得电，使得常闭触点M0断开，电机M恢复工作。

当热继电器FR动作，即为高电平时，另一个辅助继电器M1得电，常闭触点M1断开，电机M停止工作。

3.4系统的梯形图

根据以上三项绕线式异步电动机正反转串电阻启动设计要求和流程图分析，设计了满足设计要求方案的梯形图，如图3-4-4所示

图3-4-4绕线式异步电动机正反转启动控制梯形图

4.系统调试及结果分析

4.1系统调试

在仿真中用到了软件GXDeveloper和GTDesigner3进行仿真，具体仿真结果如下：

1.电动机全电阻正向启动模拟仿真如图4-2-1所示。

2.电动机切断R1部分电阻正向启动模拟仿真如图4-2-2所示。

3.电动机切断R2部分电阻正向启动模拟仿真如图4-2-3所示。

4.电动机切断R3无电阻正常启动模拟仿真如图4-2-4所示。

5.电动机全电阻反向启动模拟仿真如图4-2-5所示。

6.电动机热继电器动作模拟仿真如图4-2-6所示。

在仿真的过程中行程开关用开关直接代替，输出则用指示灯代替，通过看指示灯的状态，来看程序运行的状态。

但是在仿真的过程中出现了许多问题。

（1）对通电延时和断电延时理解不够深刻,在设计程序时出现错误，以至于在仿真中得不到应有的效果.

（2）对线圈常闭触头使用错误。

本来想利用线圈常闭触头将切除启动电阻的过程通过亮一个灯，灭一个灯来表现出来，但是仿真过后才发现系统运行过程中有的指示灯