电气控制技术Word格式.docx

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1.5PLC的广泛应用-------------------------------------------------6

2.三相异步电动机--------------------------------------------7

2.1三相异步电动的基本结构-----------------------------------------7

2.1.1定子--------------------------------------------------------7

2.1.2转子--------------------------------------------------------7

2.2三相异步电动机的工作原理--------------------------------------7

2.3三相异步电动机的工作过程---------------------------------------8

2.3.1三相异步电动机的启动-----------------------------------------8

3.三相异步电动机由PLC控制的总体设计-------------------------8

3.1系统结构--------------------------------------------------------8

3.2三相异步电动机的正反转控制--------------------------------------9

3.3两台电动机顺序启动连锁控制-------------------------------------11

3.4三相异步电动机使用PLC控制的优点-------------------------------12

结论-----------------------------------------------------------------13

参考文献-------------------------------------------------------------14

前言

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，一旦发生事故所造成的损失无法估量。

再生产过程，科学研究和其他产业领域中，电气控制技术应用非常广泛。

在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制使用的更为普遍。

可编程控制器（PLC）是集计算机技术、自动控制技术、通信技术为一体的新型装置。

其性能优越，已被广泛应用于工业控制的各领域，并成为工业自动化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）之一。

本系统的控制语言是采用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，其在继电器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，所实现的功能大大超过传统的继电气控制电路，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为恶劣工作环境下而设计。

它采用可编程的储存器，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，控制各种的机械和生产过程。

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，扩展了PLC的功能，使它具有很强的网通通讯能力，从而更广泛的运用于众多行业。

1PLC的定义、组成及工作原理

1.1PLC的定义

可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。

它采用了可编程的储存器，用来在其内部的存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术等操作的指令，并通过数字式和模拟的输入和输出控制各种类型机械的生产过程。

1.2PLC的组成

可编程控制器专为工业环境下而设计的工业计算机，它的基本结构与一般计算机相，了更便于、维护、扩充其功能、提高系统的抗干扰能力、其机构组成又与一般计算机有所区别。

PLC系统通常由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊模块组成。

1.1可调编程控制器的CPU基本机构1.2可调编程控制器的基本机构

基本单元内设CPU、存储器、I/O和电源等，时PLC的主要部分，可独立工作。

扩展单元内设电源，用于扩展I/O点数。

扩展模块用于增加I/O点数和I/O点数比例，内无电源，由基本单元和扩展单元供电。

扩展单元、扩展模块内无CPU，需要和基本单元一起才能工作。

特殊功能单元是一些特殊用途的装置。

1.3PLC与继电器控制的区别

1．控制方式继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触电的串联或并联延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。

PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，只要改变控制逻辑，只需改变程序即可。

2．控制速度继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作效率低，机械触电有抖动现象。

PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，严格同步，无抖动。

3延时控制继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作来实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，环境影响大，调整时间因素。

PLC用半导体集成电路定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。

1.4PLC工作原理

PLC通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序，实现控制任务。

CPU在每个扫描周期的开始扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入输入映像寄存域。

然后，根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将处理结果送到输出映像寄存区域，在每个在扫描周期结束时，送入输出模块。

每一次扫描所用的时间称为一个扫描周期。

在一个扫描周期内，可编程序控制器的工作过程分为三个阶段：

1.输入采样

可编程序控制器把所有外部输入电路的接通/断开状态读入输入映像存储器。

外界的输入触点电路接通时，对应的输入映像寄存器为“I”。

梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开外接的输入触点电路断开时，对应的输入映像寄存器为“O”，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。

需要注意的是，只有采样时刻，输入映像寄存器中的内容才与输入信号一致，而其他时间范围内输入信号的变化是不会影响输入映像寄存器中的内容，输入信号的变化状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。

2.程序执行

在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，指导用户程序结束之处，并根据指令的要求执行相应的逻辑任务运算，运算的结果写入对应的元件映像寄存器中。

因此，各程序元件的映像寄存器的内容随着程序的执行而变化。

3.输出刷新

CPU将输出映像寄存器的“O”/“I”状态传送到输出锁存器。

阶梯图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“I”状态。

某一编程元件对应的映像寄存器为“I”状态时，称该编程元件为ON，映像寄存器为“O”动态时，称该编程元件为OFF。

1.3可编程控制器运行框图

1.5PLC的广泛应用

PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使其应用受到限制。

但近几年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降，使PLC成本下降，同时又由于PLC的功能大大增强，使PLC的应用越来越广泛，广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。

PLC的应用主要通常可分为五种类型：

（1）顺序控制这是PLC应用最广泛的领域。

用以取代传统的继电器顺序控制。

PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。

如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。

（2）运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。

在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。

每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。

相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作更方便。

（3）闭环过程控制PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。

PID（ProportionalIntegralDerivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。

当过程控制中某一个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。

（4）数据处理在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。

著名的日本FANUC公司推出的System10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。

为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。

通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。

美国CE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。

东芝的TOSNUC600也将CNC和PLC组合在一起，预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。

（5）通信和联网为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。

作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电、故障时的对策等。

2．三相异步电动机

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。

图2-1为三相异步电动机结构示意图。

2-1三相异步电动机结构示意图

2.1.1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0.5mm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，槽内嵌放定子绕阻，如图2-2所示。

2-2三相异步电动机定子

2.1.2转子

转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。

转子铁心也用0.5mm厚硅钢片冲成转子冲片叠成圆柱形，压装在转轴上。

其外围表面冲有凹槽，用以安放转子绕组。

按钻子绕组形式不同，可分为绕线和笼式两种

2.2三相异步电动机的工作原理

图2-3为三相异步电动机工作原理示意图。

为简单起见，图中用一对进行分析。

三相定子绕组中通入交流电后，便在空间产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子将作切割磁力线的运动而在其两端产生感应电动势，感应电动势的方向根据右手螺旋法则来判断。

由于转子本身为一闭合电路，所以在转子绕组中将产生感应电流，称为转子电流，电流方向与电动时的方向一致，即上面流出，下面流进。

2-3三相异步电动机工作原理图

2.3三相异步电动机的工作过程

2.3.1三相异步电动机的启动

三相异步电动机接通电源，是电机的转子从静止状态到转子一定的速度稳定运行的过程称为电动机的启动过程。

起动方法有直接起动和降压起动两种。

1.直接起动：

直接起动又称全压起动。

启动时，将电机的额定电压通过刀开关或接触器直接接到电动机的定子绕组上进行起动。

直接起动最简单，你不需要附加的起动设备，起动时间短。

只要电网容量允许，应尽量采用直接起动。

但这种起动方法起动电流大，一般只允许小功率的三相异步电动机进行直接起动；

对大功率的三相异步电动机，应采用降压起动，以限制起动电流。

2.降压起动：

通过起动设备将电机的额定电压降低后加到电动机的定子绕组上，以限制电机的起动电流，待电机的转速上升带稳定值时，再使定子绕组承受全压，从而使电机在额定电压下稳定运行，这种起动方法称为降压启动。

启动距离与电源电压的平方成正比所以当定子端电压下降时，

3三相异步电动机由PLC控制的总体设计

3.1系统结构

三相异步电动机根据工作要求不同，主要进行降压启动、正反转、自动循环、制动、变速等不同控制，该设计要求把对电动机的上述控制采用PLC控制来实现，使系统的性能更完善。

我们国家的标准电压是380V和220V两种制式，生产厂家也是按这个标准化技术生产公司定做的，一定有其原因和内行的专业技术人员指导的，理论上讲是没什么问题可以正常使用。

设计功率大，实际使用功率小点，电动机起热电流大是正常的。

就像设计是十匹马拉的车现在用八匹马拉车，那每匹马拉车的力就用的多一点。

想要解决这个问题的办法是提高电压。

结构原理框图如下图3-1所示

3-1结构原理图

3.2三相异步电动机的正反转控制

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，如起重机的吊钩的上升与下降。

机床的前进与后退等等，由电动机的三项电源进线中的任意两相对调，就可以改变电动机的转向。

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，为了避免动作引起电源相间短路，必须在这两相反的单向运行电路中加设必要的互锁。

按照电动机可逆运行操作的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”两种控制电路。

3.2正反继电器控制电路图

3.3I/O接线图

3.4梯形图

指令程序

地址指令数据

0000LD0001

0001OR0500

0002AND-NOT0000

0003AND-NOT0501

0004AND-NOT0500

0005OUT0002

0006OR0501

0007AND-NOT0000

0008AND-NOT0500

0009OUT0501

0010END（01）

PLC控制的工作过程分析：

按下SB2输入继电器0001动合触点闭合，输出继电器0500线圈接通并自锁，接触器KM1主触点，动合触电闭合，电动机M通电正转。

按下SB1，输入继电器0000动断触点断开，输入继电器0500线圈失电，KM1主触点，动合辅助触电断开，电动机M断电停止正转。

按下SB3，0002动合触电闭合，0501线圈接通并自锁，KM2主触点，动合辅助触电闭合，电动机M通电反转。

3.3两台电动机顺序启动连锁控制

在线有多少台电动机生产机械上，有时必须一定的顺序起动电动机，才能满足工作需要。

例如某个设备要求必需首先起甲电动机停止后，乙电动机自动停止，必须采用下边的线路实现（如图）

3-5顺序启动电气控制图

3-6I/O接线图

3-7梯形图

指令程序

0000LD0000

0002AND-NOT0001

0003OUT0500

0004LD0002

0005OR0501

0006AND0500

0007AND-OUT0003

0008OUT0501

0009END（01）

PLC控制的工作过程的分析：

按下M1的启动按钮SB1，输入继电器0000动合触电闭合，输入继电器0500线圈通关并自锁，接触器KM1得电吸合，电动机M1启动运转：

同时连接在0501线圈驱动电路的0500动合触电闭合，为起动电动机M2做准备。

可见，只有电动机M1先启动，电动机M2才能启动。

电动机M2启动运转。

按下M1的停止按钮SB2，0001动触电点断开，使0500线圈失电，并且由于连续在0501线圈驱动电路的0500动合触电的断开，使得0501线圈同时失电，两台电动机都停止运行。

若只按下M2停止，按钮SB4时，0003动断触电断开，使得0501线圈失电，M2停止运行而M1仍运行。

3.4三相异步电动机使用PLC控制的优点

本文设计就是对三相异步电动机的正反转控制，顺序起动等系统进行了设计，其实主要电路有一点小差异，使用PLC控制三相异步电动机有很多好处：

不易老化，设备简单，结构合理，便于控制价格廉价等特点。

并且PLC的通用性、可靠性、检修性快速，性价比较高。

结论

此论文应用了PLC简单的控制三相异步电动机，我感觉这样的设计使系统很稳定，在生产生活中都有很大的作用，达到了研究的目的。

摘要部分是大家了解该系统的可靠性和实用性，第一部分前言介绍控制方面的背景、设计目的。

意义及主要内容。

第二部分介绍了PLC定义，与继电器的区别，工作原理。

第三部分介绍了三相异步电动机的结构、工作原理、几方面的过程分析。

第四部分主要是设计方面的，三相异步电动机用PLC进行控制。

通过本次电路的设计，我对三相异步电动机的PLC控制原理有了进一步的了解，提高了理论结合实际的能力，由于本人水平有限，对其中的原理和实际操作方法不是很熟。

论文中有不足之处或欠缺之处请老师加以纠正。

参考文献

（1）韩顺杰、吕树清《电气控制基础》中国林业出版社、北京大学出版社

（2）余雷声《电气控制与PLC应用》机械工业出版

选题（5分）

设计内容（10分）

文字表述（5分）

撰写规范（5分）

成绩

得分