绕线转子电动机正逆转控制程序设计.docx

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绕线转子电动机正逆转控制程序设计

目录

一PLC的介绍1

1.1PLC的概况1

1.2PLC的基本结构2

1.3PLC的工作原理2

二绕线转子电动机的简单介绍4

2.1绕线转子电动机的基本结构4

2.2绕线转子电动机工作原理及特点4

三系统的硬件设计5

3.1主电路图和控制电路图及其说明5

2.2外部接线图及其说明6

四软件设计7

4.1梯形图的设计7

4.2指令表8

五系统调试及运行10

六结束语10

参考文献11

附录13

绕线转子电动机正逆转控制程序设计

一PLC的介绍

1.1PLC的概况

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

（1）可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”，其中带有“可以编制程序的存储器”，可以进行“逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算”工作，可以认为可编程控制器具有计算机的基本特征。

事实上可编程控制无论从内部构造、功能及功能原理上看都不折不扣的是计算机。

（2）可编程控制器是“为工业环境下应用”而设计的计算机。

工业环境和一般办公环境有很大的区别，PLC具有特殊的构造，使它能在高粉尘、高噪音、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。

为了能控制“机械或生产程”，它又要能“易于与工业控制系统形成一个整体”这些都是个人计算机不可能做到的。

因此可编程控制器不是普通的计算机，它是一种工业现场使用的计算机。

（3）可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。

它“易于扩展其功能”，它的程序能根据控制对象的不同要求，让使用者“可以编制程序”。

也就是说可编程控制器较其以前的工业控制计算机，具有更大的灵活性，它可以方便的应用在各种场合，是一种通用的工业控制计算机。

PLC的特点：

1、可靠性高，抗干扰能力强

2、配套齐全，功能完善，适用性强

3、易学易用，深受工程技术人员欢迎

4、系统设计周期短，维护方便，改造容易

5、体积小，重量轻，能耗低。

PLC的应用领域：

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、汽纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为：

开关量的逻辑控制、运动控制、过程控制、数据处理和通信及联网。

1.2PLC的基本结构

1、中央处理单元（CPU）：

中央处理单元（CPU）是PLC的控制核心。

它按照PLC系统程序赋予的功能：

a.接收并存储从用户程序和数据；b.检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

2、存储器：

可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。

存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序（用户程序存和数据）的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。

3、输入接口电路：

输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实际涉及到的信号当中，开关量最普遍。

4、输出接口电路：

可编程序控制器的输出有：

继电器输出（M）、晶体管输出（T）、晶闸管输出（SSR）三种输出形式。

5、电源：

PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。

一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

如FX1S额定电压AC100V—240V，而电压允许范围在AC85V—264V之间。

允许瞬时停电在10ms以下，能继续工作。

一般小型PLC的电源输出分为两部分：

一部分供PLC内部电路工作；一部分向外提供给现场传感器等的工作电源

1.3PLC的工作原理

PLC则是采用循环扫描的工作方式。

一个扫描周期主要可分为两个模式,分别是RNU模式和STOP模式,共五个工作阶段,如图1-1。

1.3.1内部处理阶段

内部处理阶段，复位WDT（监控定时器），检查硬件、程序存储器，正常则顺序执行用户程序，不正常则转到错误处理程序。

1.3.2通信处理阶段

通信处理阶段，PLC与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。

1.3.3输入刷新阶段

在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。

完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。

在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。

1.3.4程序执行阶段

在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。

当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。

1.3.5输出刷新阶段

当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。

由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。

显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。

扫描周期越长，响应速度越慢。

由于每个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。

但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。

二绕线转子电动机的简单介绍

2.1绕线转子电动机的基本结构

电动机是一种把电能转化为机械能的机械。

它的基本原理是利用带导体和磁场间的香花作用而把电能转化为机械能。

电动机的结构主要包括两部分：

转子和定子。

转子是电动机的转动部分，由转轴作组成。

导体绕组的排列方式决定电动机的类型及其特性。

定子和转子之间由空气隙分开。

定子的作用是产生主磁场和在机械上制成电机，它的组成部分有主磁极，机座，端盖和轴承等，电刷也用电枢座固定在定子上。

转子的作用是产生感应电势或产生机械转矩以实现能量的转换，它的组成部分有电枢铁心，电枢绕组，轴，风扇。

现将有关重要部分介绍如下：

主磁极:

主磁极包括主磁极铁心和套在上面的励磁绕组，主要任务是产生主磁场。

磁极是磁路的一部分，采用1.0~1.5mm的钢片叠压制成。

机座：

机座一方面用来固定主磁极，换向极和端盖等，并做整个电机的支架用地脚螺钉将电机固定在基础上，另一方面也是电机磁路的一部分。

电枢铁心：

电枢铁心是主磁通磁路的一部分，表面冲槽，槽内嵌放电枢绕组。

电枢绕组：

电枢绕组是直流电机产生感应电势及电磁转矩以实现能量转换的关键部分。

2.2绕线转子电动机工作原理及特点

当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。

由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手规则判定）。

由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。

转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。

电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。

　　通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：

当电动机的三相定子绕组（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，从而在转子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，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

作电动机运行的绕线转子电动机。

绕线转子电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。

与绕线电动机相比，绕线转子电动机运行性能好，并可节省各种材料。

按转子结构的不同，绕线转子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。

三系统的硬件设计

3.1主电路图和控制电路图及其说明

主电路由刀开关QS，熔断器FU,接触器KM3/KM4的主触头，热继电器FR的热元件，电阻R1/R2,电动机M构成，如图3-1所示；控制电路由停止按钮SB1，正转按钮SB2，反转按钮SB3,接触器KM的线圈及其常开常闭辅助触点，时间继电器KT及其常开常闭触点，灯泡L,蜂鸣器BZ,热继电器FR常闭触点等部分组成，如图3-2所示。

要使电动机正转，可按下正转按钮SB2,KM3线圈得电，其主触头KM3吸合，电动机正转，同时其常开辅助触点构成自锁环节可保证电动机连续运行；按下停止按钮SB1,KM3线圈失电，其主触头KM3脱开，电动机停止运行。

要使电动机反转，可按下反转按钮SB3,KM4线圈得电，其主触头KM4吸合，电动机反转，同时其常开辅助触点构成自锁环节可保证电动机连续运行；按下停止按钮SB1,KM4线圈失电，其主触头KM4脱开，电动机停止运行。

图3-1主电路图

图3-2控制电路图

3.2外部接线图及其说明

接线图如图3-3所示,QS1为ON时，指示灯Ll亮。

按SB2，电动机正转全电阻启动[KM3动作，Ll熄灭，L2闪亮（0．5s／ON，0．5s／OFF）]，10s后换成部分电阻启动[KMl动作]，再经10秒后正向运转[L3动作]，L2熄灭，此时按SB3无作用。

正转在启动中或运转中，按Bl时电动机立即停止运转，Ll指示灯亮。

按SB3时，电动机逆转全电阻启动[KM4动作，Ll熄灭，L2闪亮（0．5s／ON，0．5s／OFF）]，10s后换成部分电阻启动[KMl动作]，再经10s后逆向运转[L4动作]，L2熄灭，此时按SB2无作用。

逆转启动中或运转中，按SBl时电动机立即停止运转，Ll指示灯亮。

运转时断电，如果在5s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5s后恢复供电，须按SB2或SB3重新启动电机。

热继电器动作时，电动机停止运转，BZ响。

热继电器复位后，BZ停响，恢复正常操作状态。

图3-3绕线转子异步电动机正反转的外部接线图

四软件设计

4.1梯形图的设计

编写梯形图如图4-1所示

图4-1系统的梯形图

4.2指令表

LDX0

ANIX10

MPS

ANIY3

ANIY4

OUTY11

MPP

ANIX1

MPS

LDX2

ORY3

ANB

MPS

ANIY4

ANIX3

OUTY3

MRD

OUTT1K100

MRD

ANDT1

OUTY1

MRD

ANDY1

OUTT2K100

MRD

ANDT2

OUTY2

MPP

ANDY2

OUTY13

MRD

LDX3

ORY4

ANB

MPS

ANIY3

ANIX3

OUTY4

MRD

OUTT3K100

MRD

ANDT3

OUTY1

MRD

ANDY1

OUTT4K100

MRD

ANDT4

OUTY2

MPP

ANDY2

OUTY14

MRD

LDY3

ORY4

ANB

ANIT6

OUTT5K5

MPP

ANDT5

OUTT6K5

ANIY2

OUTY12

LDX10

OUTY15

五系统调试及运行

实验室仿真，利用了FX2N-60MR的PLC进行仿真。

接好线路,按下SQ1,X0来信号,Y11信号输出,L1灯亮如图5-1所示,按下SB2,即给X2来一个脉冲信号,L2灯闪亮，说明KM3动作，正转全电阻启动，然后定时十秒后，Y3/Y1都有输出，说明KM3/KM1动作，半电阻启动L2继续闪亮，再过十秒，Y3/Y2有输出，说明KM3/KM2动作，电动机正转运行，此时按下SB3没变化。

按下SB1，即给X1一个脉冲，Y11亮，即停止运转。

按下SB3，即给X3一个脉冲,L2闪亮,说明KM4动作,逆转全电阻启动。

然后定时十秒后，Y4/Y1都有输出，说明KM4/KM1动作，半电阻启动L2继续闪亮，再过十秒，Y4/Y2有输出，说明KM3/KM2动作，电动机逆转运行，此时按下SB2没变化。

按下SB1,即给X1一个脉冲，Y11亮，即停止运转。

如果运转时断电，即X0有脉冲信号,须按SB2或SB3重新启动电机重新启动。

如果热继电器动作时，即X10来脉冲,电动机停止运转，Y11有输出,即发出警报,喇叭BZ响,热继电器复位后，BZ停响，恢复正常操作状态。

仿真成功,仿真结束,证明所设计的控制系统是正确的。

六结束语

PLC课程设计是我们理论联系实际的最好的途径之一，让我们有机会把课本上学到的知识运用到实际生活中。

目前PLC在工业领域中得到了广泛的应用，在我们平常的生活中也是随处可见，包括我们日常生活中随处可见的交通灯、电梯等都把PLC作为一个主要的部件，懂得并熟悉掌握PLC的运用技术是非常有用的。

鉴于此系里制定了为期一周的PLC课程设计。

本次课程设计让我们体味到设计电路、编制程序，仿真调测电路，过程中的苦与甜。

设计是我们将来必需的技能，这次课程设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计再到对电路的调试，都对我所学的知识进行了检验。

在实习的过程中发现了所学的PLC的知识掌握的不牢。

同时在设计的过程中，遇到了一些以前没有见到过的问题，但是通过查找资料得到解决。

设计过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对电路的调试也要一步一步来，不能急躁。

设计时又要求我们要灵活处理，在不影响试验的前提下可以加快进度，合理的分配时间。

在设计控制电路的时候，最重要的是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。

总之，此次PLC课程设计既发现了我们在学习中的不足，同时又让我们学到了很多东西比如查资料，分析设计电路等等。

最后，我能顺利完成这次课程设计，不仅要感激老师平时的教导，尤要感谢指导老师的耐心指导，使他的指导才让我们的设计更加完善合理，并让我们从中学到很多实践知识。

七参考文献

[1]范永胜.电气控制与PLC应用[M].中国电力出版社,2007.

[2]巫莉.黄江峰.电气控制与PLC应用[M].中国电力出版社,2010.

[3]王文义.可编程控制器原理与应用[M].科学出版社,2009.

[4]陈建明.电气控制与PLC应用[M].电子工业出版社,2007.

[5]邓则名.电器与可编程控制器应用技术[M].机械工业出版社,2006.

[6]廖常初.可编程控制器应用技术[M].重庆大学出版社,2007.[7]电工手册编写组.电工手册[M].上海人民出版社，1979.

[8]吴作明.PLC开发与应用实例详解[M].北京航空航天大学出版社,2007.

[9]史国生.电气控制与可编程序控制器技术[M].化学工业出版社,2009.