基于PLC的两台电动机顺序启动顺序停止控制设计讲解.docx
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基于PLC的两台电动机顺序启动顺序停止控制设计讲解
目录
摘要3
第一章绪论4
第二章课程设计的原理及选用器材的介绍5
2.1电动机的顺序启动/停止控制电路5
2.2电动机的选型6
2.3两台电动机顺序控制PLC方案的选择7
2.4熔断器的原理8
2.5继电器8
2.6常开常闭开关器的选择10
第三章工作原理12
3.1两台电动机的顺序启动/停止控制电路如下：
12
3.2工作过程：
12
3.3PLC控制两台电动机的顺序启动/停止13
第四章软件仿真15
基于GX-DEVELOPER和GXSimulator6-C的仿真图15
课程设计的体会17
参考文献18
摘要
本文介绍了基于电力拖动的2台电动机的顺序启动停止的设计方案。
我们运用其原理的思路是：
用两套异步电机M1和M2，顺序启动、停止控制电路是在一个设备启动之后另一个设备才能启动运行的一种控制方法，常用于主、辅设备之间的控制，我们使用了时间继电器，当按下SB1时，电动机M1会立即启动，而M2会延迟几秒启动。
当按下SB2时。
电动机M1会停止，而M2会延迟几秒钟停止。
同时我们还采用PLC进行控制。
本设计两台电动机的顺序启动/停止可以运用到生活的各个方面这也充分体现了PLC在当今社会对生活的重要之处。
本设计在顺序控制的基础上采用PLC对电动机的控制通过合理的选择和设计提高了电动机的控制水平使电动机达到了较为理想的控制效果。
根据顺序功能图的设计法联系到现实做出了本设计两台电动机顺序启动/停止控制的PLC系统设计。
关键词：
继电器、PLC控制
第一章绪论
与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。
按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。
笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。
绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。
调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。
在这种情况的要求下，将电动机的转动规律设计清楚显得尤为重要。
电力拖动基础课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性电力拖动系统的软、硬件设计为主。
本设计是根据顺序控制设计法对电动机进行顺序启动/停止控制。
运用三菱FX2N编程软件进行绘图。
第二章课程设计的原理及选用器材的介绍
2.1电动机的顺序启动/停止控制电路
下图为主电路：
图2.1主电路
工作流程如下图：
图2.2工作流程图
2.2电动机的选型
电动机的选用首先要了解电动机的机械负载特性根据机械负载的类型和特性来选择电动机的额定容量、额定转速、额定电压以及型式。
要为某一生产机械选配一台电动机首先要合理选择电动机的功率。
通常根据生产机械负载的需要来选择电动机的功率同时还要考虑负载的工作制问题也就是说所选的电动机应适应机械负载的连续、短时或间断周期工作性质。
功率选用时不能太大也不能太小。
选小了保证不了电动机和生产机械的正常工作选大了虽然能保证正常运行但是不经济电动机容量不能被充分利用而且电动机经常不能满载运行使得效率和功率因数不高。
其次根据电源电压条件要求所选用的电动机的额定电压与频率同供电电源电压与频率相符合。
电动机的转速一定要按生产机械铭牌上的要求选择否则可能改变生产机械的性能。
此外电动机的结构、防护、冷却和安装形式应适应使用环境条件的要求并且要力求安装、调试、检修方便以保证电机能安全可靠的运行。
2.3两台电动机顺序控制PLC方案的选择
可编程序控制器实施控制其实质就是按一定算法进行输入输出变换并将这个变换与以物理实现。
输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处其需要考虑实际控制的需要应能排除干扰信号适应于工业现场输出应放大到工业控制的水平能为实际控制系统方便使用所以PLC采用了典型的计算机结构主要是由微处理器CPU、存储器RAM/ROM、输入输出接口I/O电路、通信接口及电源组成。
顺序控制是为了满足生产需要而逐渐发展起来的。
FX2N型PLC是PLC发展成熟后的小型控制器产品。
之前PLC与简易控制器曾并存过一段时间后来由于技术的提高和应用的推动PLC的品种逐渐增多、适应面更为广泛PLC取得了绝对的优势。
三菱FX_2N系列可编程控制器是小型化高速度高性能的产品是FX系列中最高档次的超小型程序装置。
除输入出1625点的独立用途外还可以适用于在多个基本组件间的连接模拟控制定位控制等特殊用途是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
它具有如下特点:
1系统配置既固定又灵活在基本单元上连接扩展单元或扩展模块可进行16--256点的灵活输入输出组合。
2备有可自由选择丰富的品种7可选用16/32/48/64/80/128点的主机可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。
可根据电源及输出形式自由选择。
3令人放心的高性能程序容量:
内置800步RAM可输入注释可使用存储盒最大可扩充至16k步。
4编程简单本系统采用三菱的FX2N系列PLC实现上下井口的各种操作。
上井口为FX_2N128MR下井口为FX_2N80MR车房为FX_2N48MR除紧停信号单独外的各种操作及信号的处理均由可编程控制器完成。
本设计FX2N型PLC的指令丰富能满足本设计的要求而且更为方便故采取了FX2N型PLC来介绍本设计。
2.4熔断器的原理
熔断器也被称为保险丝，是一种利用热效应原理工作的电流保护电器，IEC127标准将它定义为"熔断体（fuse-link）"。
它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。
熔断器其实就是一种短路保护器，广泛用于配电系统和控制系统，主要进行短路保护或严重过载保护。
熔断器（实物如图2.1）是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。
熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。
熔断器是一种过电流保护器。
熔断器主要由熔体和熔管以及外加填料等部分组成。
使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，从而起到保护的作用。
以金属导体作为熔体而分断电路的电器，串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备以及家用电器都起到了一定的保护作用。
具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。
因此，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续使用。
熔断器主要由熔体、外壳和支座3部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。
2.5继电器
电磁继电器（如图2.2）一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。
时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。
它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。
在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器，它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。
它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。
时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。
空气阻尼型时间继电器的延时范围大（有0.4～60s和0.4～180s两种），它结构简单，但准确度较低。
当线圈通电（电压规格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或断开。
但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹，上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。
经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。
从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就是继电器的延时时间。
延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变。
吸引线圈断电后，继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。
空气经出气孔被迅速排出。
主要作用：
继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。
继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。
作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：
1）扩大控制范围：
例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。
2）放大：
例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。
3）综合信号：
例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。
4）自动、遥控、监测：
例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。
2.6常开常闭开关器的选择
按钮开关：
一种短时接通或断开小电流电路的电器，它不直接控制主电路的通断，而在控制电路中发出手动“指令”去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路，故称“主令电器”。
按钮开关的结构以及符号如图2.3
（1）按钮开关的结构
按钮开关的结构：
由按钮帽、复位弹簧、固定触点、可动触点、外壳和支柱连杆等组成。
常开触头（动合触头）：
是指原始状态时（电器未受外力或线圈未通电），固定触点与可动触点处于分开状态的触头。
常开（动合）按钮开关，未按下时，触头是断开的，按下时触头闭合接通；当松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下复位断开。
在控制电路中，常开按钮常用来启动电动机，也称启动按钮。
常闭（动断）按钮开关与常开按钮开关相反，末按下时，触头是闭合的，按下时触头断开；当手松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下复位闭合。
常闭按钮常用于控制电动机停车，也称停车按钮。
复合按钮开关：
将常开与常闭按钮开关组合为一体的按钮开关，即具有常闭触头和常开触头。
未按下时，常闭触头是闭合的，常开触头是断开的。
按下按钮时，常闭触头首先断开，常开触头后闭合；当松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下，首先将常开触头断开，继而将常闭触头闭合。
复合按钮用于联锁控制电路中。
（2）按钮开关的安装和使用
1）将按钮安装在面板上时，应布置整齐，排列合理，可根据电动机启动的先后次序，从上到下或从左到右排列：
2）按钮的安装固定应牢固，接线应可靠。
应用红色按钮表示停止，绿色或黑色表示启动或通电，不要搞错。
3）由于按钮触头间距离较小，如有油污等容易发生短路故障，因此应保持触头的清洁。
4）安装按钮的按钮板和按钮盒必须是金属的，并设法使它们与机床总接地母线相连接，对于悬挂式按钮必须设有专用接地线，不得借用金属管作为地线。
5）按钮用于高温场合时，易使塑料变形老化而导致松动，引起接线螺钉间相碰短路，可在接线螺钉处加套绝缘塑料管来防止短路。
6）带指示灯的按钮因灯泡发热，长期使用易使塑料灯罩变形，应降低灯泡电压，延长使用寿命。
7）“停止”按钮必须是红色；“急停”按钮必须是红色蘑菇头式；“启动”按钮必须有防护挡圈，防护挡圈应高于按钮头，以防意外触动使电气设备误动作。
第三章工作原理
3.1两台电动机的顺序启动/停止控制电路如下：
图3.1控制电路
3.2工作过程：
1、合上开关QF使线路的电源引入。
2、按设备控制按钮SB1，接触器KM1线圈得电吸合，主触点闭合辅助设备运行，并且KM1辅助常开触点闭合实现自锁。
电机M1启动。
3、延时继电器KT1得电。
10秒后常开触点KT1闭合，KM2线圈得电，常开触点KM2闭合。
电动机M2启动
4、当按下SB2时，线圈KM3得电，常开触点KM3闭合。
常闭触点KM3断开。
电动机M1停止。
线圈KT2得电。
5、10秒后，常闭触点KT2断开。
电动机M2停止。
6、主电机的过流保护由FR2热继电器来完成。
7、辅助设备的过流保护由FR3热继电器来完成，但FR3动作后控制电路全断电，主、辅设备全停止运行。
通用定时器：
100ms通用定时器（T0～T199）共200点
10ms通用定时器（T200～T245）共46点
积算定时器：
1ms积算定时器（T246～T249）共4点
100ms积算定时器（T250～T255）共6点
3.3PLC控制两台电动机的顺序启动/停止
I/O分配表与编程
输入
输出
输入继电器
输入元件
作用
输出继电器
输出元件
作用
X000
SB1
启动按钮
Y001
KM1
电动机M1运行用交流接触器
X001
SB2
停止按钮
Y002
KM2
电动机M2运行用交流接触器
硬件接线如下图：
图3.3硬件接线图
梯形图如下图：
图3.3.1梯形图
第四章软件仿真
基于GX-DEVELOPER和GXSimulator6-C的仿真图
第一步：
使X000为NO并OFF
图4.1
第二步：
等待10秒
图4.2
第三步：
使X001为NO并OFF
图4.3
第四步：
等待10秒
图4.4
从仿真结果来看，PLC控制两台电动机的顺序启动/停止是没有问题的。
并且采用延迟控制。
间隔10秒。
课程设计的体会
电力拖动作为我们的主要专业课之一，虽然在大三开学初我对这门课并没有什么兴趣，觉得那些程序枯燥乏味，但在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力中对电力拖动的兴趣也在逐渐增加。
这次电力拖动课程设计我们历时两个星期，在我们班里算是比较晚完成的吧，但经过这两个星期的实践和体验下来，我们又怎么会去在乎那个先后问题呢。
因为对我来说学到的不仅是那些知识，更多的是团队和合作。
现在想来，也许学校安排的课程设计有着它更深层的意义吧，它不仅仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜能!
两个星期前我们两个还在为到底选那个课题而发生分歧，最后还是在老师的耐心分析和指导下完成了课题的选定，但是随之而来的问题却远比我们想想的要困难的多。
没想到这项看起来不需要多少技术的工作却是非常需要耐心和精力在两个星期后的今天我已明白课程设计对我来说的意义，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是同学间的团结，虽然我们这次花去的时间比别人多，但我相信我们得到的也会更多!
参考文献
[1]魏炳贵.《电力拖动基础》.机械工业出版社，2010.
[2]陈伯时.《自动控制系统》.机械工业出版社，1981.
[3]熊永前.《电机学》.华中科技大学出版社，2010.
[4]杨长能.《电力拖动基础》.重庆大学出版社，1989.
[5]熊幸明.《电气控制与PLC》.机械工业出版社，2011.
[6]作者.《两台电动机顺序控制的PLC系统》.网络
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