绕线转子电动机正逆转控制课程设计Word格式.docx
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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。
如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
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1-2。
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。
这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。
但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般PLC都会采取高速模块。
总之，PLC采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之一，我们在学习和使用PLC当中都应注意。
2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。
图2-1典型电动机的剖切视图
电机的结构包括定子和转子两部分。
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。
图2.1所示为直流电机结构。
现将有关重要部分介绍如下：
主磁极:
图2.1中的4和5，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：
图2.1中的1，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：
图2.1中的10，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：
图2.1中的12，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。
图2-2电机结构图
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。
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。
3控制电动机运行的常用低压电器介绍
3.1手动电器
3.1.1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。
刀开关的种类很多。
按极数（刀片数）分为单极、双极和三极；
按结构分为平板式和条架式；
按操作方式分为图3-1刀开关的符号直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；
按转换方向分为单投和双投等。
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。
考虑到电机较大的起动电流，刀闸的额定电流值应如下选择：
3~5倍异步电机额定电流
3.1.2按钮
按钮常用于接通、断开控制电路，它的结构和电路符号见图3-2。
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。
图3-2钮的结构和符号
3.2自动电器
3.2.1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。
熔断器的结构有管式、磁插式、螺旋式、等几种。
其核心部分熔体（熔丝或熔片）是用电阻率较高的易熔合金制成，如铅锡合金；
或者是用截面积较小的导体制成。
熔体额定电流
的选择：
1．无冲击电流的场合（如电灯、电炉）
；
图3-3熔断器的电路符号
2．一台电动机的熔体：
熔体额定电流≥电动机的起动电流÷
2.5；
如果电动机起动频繁，则为：
（1.6~2）；
3．几台电动机合用的总熔体：
熔体额定电流=（1.5~2.5）×
容量最大的电动机的额定电流+其余电动机的额定电流之和。
3.2.2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。
图3-4是交流接触器的主要结构图。
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。
图3-4接触器工作原理图
根据用途不同，接触器的触头分主触头和辅助触头两种。
辅助触头通过的电流较小，常接在电动机的控制电路中；
主触头能通过较大电流，常接在电动机的主电路中。
如CJl0-20型交流接触器有三个常开主触头和四个辅助触头（两个常开，两个常闭）。
当主触头断开时，其间产生电弧，会烧坏触头，并使电路分断时间拉长，因此，必须采取灭弧措施。
通常交流接触器的触头都做成桥式结构，它有两个断点，以降低触头断开时加在断点上的电压，使电弧容易熄灭，同时各相间装有绝缘隔板，可防止短路。
在电流较大的接触器中还专门设有灭弧装置。
接触器的电路符号见图3-5
接触器线圈
主触头－－用于主电路
辅助触头－－用于控制电路
图3-5接触器电路符号
在选用接触器时，应注意它的额定电流、线圈电压及触头数量等。
CJl0系列接触器的主触头额定电流有5、10、20、40、75、120A等数种。
3.2.3中间继电器
中间继电器的结构与接触器基本相同，只是体积较小，触点较多，通常用来传递信号和同时控制多个电路，也可以用来控制小容量的电动机或其他执行元件。
常用的中间继电器有JZ7系列，触点的额定电流为5A，选用时应考虑线圈的电压。
3.2.4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，它的工作原理如图3-6所示。
图中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，由两种具有不同线膨胀系数的金属采用热和压力辗压而成，亦可采用冷结合，其中，下层金属的膨胀系数大，上层的小。
当主电路中电流超过容许值，双金属片受热向上弯曲致使脱扣，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。
由于热惯性，热继电器不能作短路保护，因为发生短路事故时，我们要求电路立即断开，而热继电器是不能立即动作的。
但是这个热惯性又是合乎我们要求的，比如在电动机起动或短时过载时，由于热惯性热继电器不会动作，这可避免电动机的不必要的停车。
如果要热继电器复位，则按下复位按钮即可。
图3-6继电器工作原理图
常用的热继电器有JR0、JRl0及JRl6等系列。
热继电器的主要技术数据是整定电流。
所谓整定电流，就是热元件通过的电流超过此值的20%时，热继电器应当在20min内动作。
JR0一40型的整定电流从0.6A一40A有9种规格。
选用热继电器时，应使其整定电流与电动机的额定电流基本上一致。
3.2.5行程开关
行程开关结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。
用作电路的限位保护、行程控制、自动切换等。
图3-7行程开关结构示意图和电路符号
4系统的硬件设计
4.1主电路图
图4-1主电路图
4.2绕线转子异步电动机正反转的外部接线图
接线图如图所示,NFBON时，指示灯PLl亮。
按PB2，电动机正转全电阻启动[MC3动作，PLl熄灭，PL2闪亮（0．5s／ON，0．5s／OFF）]，10s后换成部分电阻启动[MC3、MCl动作，PL2闪亮]，再经10秒后正向运转[MC3、MC2、PL3动作]，PL2熄灭，此时按PB3无作用。
正转在启动中或运转中，按PBl时电动机立即停止运转，PLl指示灯亮。
按PB3时，电动机逆转全电阻启动[MC4动作，PLl熄灭，PL2闪亮（0．5s／ON，0．5s／OFF）]，10s后换成部分电阻启动[MC4、MCl动作，PL2闪亮]，再经10s后逆向运转[MC4、MC2、PL4动作]，PL2~0,灭，此时按PB2无作用。
逆转启动中或运转中，按PBl时电动机立即停止运转，PLl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PB2或PB3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4-2绕线转子异步电动机正反转的外部接线图
5系统的软件设计
5.1顺序功能图的绘制
顺序功能图（SFC）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。
顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作构成。
图5-1状态表
序号
步名
编程元件
进入该步的信号
动作
1
初始步
M1
M8002=1,X0=1
Y5=1
2
正转全电阻启动步
M2
X2=1,X6=0,X1=0,T0=0
Y3=1,Y6=1,T1通
3
正转部分电阻启动步
M3
T1=1,X6=0,X1=0,T0=0
Y3=1,Y1=1,Y6=1
T2接通
4
正转步
M4
T2=1,X6=0,X1=0,T0=0
Y3=1,Y2=1,Y7=1
5
逆转全电阻启动步
M5
X3=1,X6=0,X1=0,T0=0
Y4=1,Y6=1,T3通
6
逆转部分电阻启动步
M6
T3=1,X6=0,X1=0,T0=0
Y4=1,Y1=1,Y6=1
T4接通
7
逆转步
M7
T4=1,X6=0,X1=0,T0=0
Y4=1,Y2=1,Y10=1
8
报警步
M8
X6=1
Y11=1
9
停止步
M9
X1=1
10
断电保持步
T0
X0=0
T0定时5秒
依据设计要求，把整个过程分为十步。
M1起始步，M2、M3、M4分别为正转的全电阻启动、部分电阻启动、正转运行；
M5、M6、M7分别为逆转的全电阻启动，部分电阻启动、逆运行；
M8为热继电器动作时，电动机停止运转，Bz响。
由Y5表示L1灯,Y6表示PL2灯,Y7表示PL3动作,Y10表示PL4动作，Y11表示喇叭BZ.T1、T2、T3、T4均表示计时10秒。
T100、T101表示闪烁灯Y6计时继电器。
用X0表示NFB，Y1、Y2、Y3、Y4分别表示MC1、MC2、MC3、MC4，X6为“1”状态时，表示热继电器动作，X1为点动开关PB1,X2为点动开关PB2，X3为点动开关PB3，X0为保持开关NFB。
其顺序功能图如下图（5-2）。
5.2顺序功能图
5.3梯形图的设计
根据状态表和顺序功能图,编写梯形图
图5-3系统的梯形图
6系统仿真
实验室仿真，利用了FX2N-24MR的PLC进行仿真。
接好线路,按下SFB,X1来信号,Y5信号输出,PL1灯亮,按下PB2,即给X2来一个脉冲信号,PL2灯闪亮如图6-1、图6-2所示，说明MC3动作，正转全电阻启动
图6.1PL2灯亮0.5秒
图6.2PL2灯灭0.5秒
然后定时十秒后，Y3/Y1都有输出，说明MC3/MC1动作，半电阻启动PL2继续闪亮，再过十秒，Y3/Y2有输出，说明MC3/MC2动作，电动机正转运行，此时按下PB3没变化。
按下PB1，即给X1一个脉冲，Y5亮，即停止运转。
按下PB3，即X3来个脉冲,Y3/Y6有输出,即MC4动作,PL2闪亮,说明逆转全电阻启动。
然后定时十秒后，Y4/Y1都有输出，说明MC4/MC1动作，半电阻启动PL2继续闪亮，再过十秒，Y4/Y2有输出，说明MC3/MC2动作，电动机逆转运行，此时按下PB2没变化。
按下PB1,即给X1一个脉冲，Y5亮，即停止运转。
如果运转时断电，即X0有脉冲信号,T0开始定时,如果在5s内恢复供电，T0被复位,系统继续工作,如果在5s后恢复供电，须按PB2或PB3重新启动电机重新启动。
如果热继电器动作时，即X6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。
7结束语
在这次课程设计，我通过基于典型三菱公司的PLC应用，对于PLC工作原理，功能有了宏观的了解，并对梯形图程序的设计应用有了新的、进一步的认识。
在本次绕线转子电动机正逆转控制程序设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是下手很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我们没有经常动手设计过电路。
另外PLC控制系统的知识还不能熟练应用，而且很多知识当时弄明白了，现在要用的时候又不记得，造成我用了大量的时间去查阅各种资料和程序命令，因此整个过程时间安排不合理。
由于设计的计划没有安排好，设计的时间极为仓促，尤其是在硬件调试的过程中出现了很大的问题。
另外资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助。
在整个设计过程中，从电路的设计，元器件的选择，电路的调试，程序的编写以及最后的电路板的制作，我都亲自参与了设计与制作，这对我对于理论和实际相结合有了新的认识。
最后，感谢尹进田老师对我的细心的指导，使得我的课程设计能够顺利的完成，相信这对我以后的课程设计和毕业设计将会有很大的帮助！
参考文献
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[2]邓则名.《电器与可编程控制器应用技术》,机械工业出版社
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[6]三菱.《FX可编程控制器编程手册》
[7]电工手册编写组.电工手册,上海人民出版社，1979.
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