机电一体化毕业论文-三相异步电动机正反转电路的设计.doc
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1、榆林职业技术学院神木校区 毕业设计(论文) 三相异步电动机正反转电路的设计三相异步电动机正反转电路的设计 年 级: 2011 学 号: 11050318 姓 名: 刘强 专 业: 机电一体化 指导老师: 王艳红 二零一四年三月 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 I 页 共 29 页 摘摘 要要 本文主要阐述了关于用 PLC 控制三相异步电动机双重联锁正反转启动和能耗制 动的电路。选用三菱公司的 FX2N-16MR 型号的 PLC,利用 PLC 控制代替继电器控制, 使三相异步电动机的正转、反转和能耗制动,实现三相异步电动机数字化控制。而 且 PLC 使用梯形语言,使用户使用起来形象
2、、直观、方便易学,在工业环境下应用 PLC 更方便,更安全实惠。 关键词:可编程逻辑控制器(关键词:可编程逻辑控制器(PLCPLC) ;三相异步电动机;三相异步电动机;正反转启动正反转启动;能耗制动能耗制动 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 II 页 共 29 页 Abstract This article mainly elaborated about the use of PLC control three phase asynchronous motor dual interlocking positive Three-phase asynchronous motor; Po
3、sitive Energy consumption braking 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 III 页 共 29 页 目目 录录 目 录2 ABSTRACT II 第 1 章 设计任务分析.4 第 2 章 设计内容概述.5 21 三相异步电动机简介5 22 可编程控制器(PLC)简介 5 第 3 章 硬件设计.8 31 PLC 的选型9 32 元器件简介 .9 33 主电路设计 10 34 I/O 地址分配11 35 I/O 外部接线图12 第 4 章 软件设计13 41 列逻辑公式 13 42 设计梯形图 14 43 写出指令 14 第 5 章 可编程控制器(PLC)的
4、安装、检修和调试.16 51 PLC 的安装.16 52 PLC 的检修.16 53 PLC 的调试.17 总结.18 参考文献.19 致 谢20 附录:实物图.21 附录:元器件列表.22 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 1 页 共 29 页 绪 论 PLC 的简介 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、计时、 计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各 种类型的机械或生产过程。 PLC 已经广泛应用于 钢铁、电力、建材、机械制造、 汽车、轻纺、交通运
5、输、环保 及文化娱乐等各个行业,它具有高可靠性、抗干扰 能力强、功能强大、灵活,易学易用、体积小,重量轻,价格便宜的特点。 社会的不断发展,对于动力的需求越来越高。目前动力的来源,绝大部分源 于电动机。随着电动机的使用日益增多,电动机的控制也成了一门技术。对于电 动机的控制线路有许多种,然而对于比较常用、比较广泛、比较经济、安全的控 制线路,则只有按钮和接触器双重联锁正反转控制线路。而用PLC 来控制电动 机双重连锁正反转启动能耗制动的电路,可以使电路更加更加容易控制。 第第 1 1 章章 设计任务分析设计任务分析 设计一个用 PLC 控制的双重联锁正反转启动、能耗制动的电路,并且进行安装 调
6、试 1.电路设计 根据给定的继电器控制电路图,列出 PLC 控制 I/O 口(输入/输出)元件地址分配 表,设计梯形图及 PLC 控制 I/O 口(输入/输出)接线图,根据梯形图,列出指令表 2.安装与接线 (1)按 PLC 控制 I/O 口(输入/输出)接线图在模拟配线板上正确安装,元件在配 线板上布置要合理,安装要准确,紧固,配线导线要紧固,美观,导线要进行线槽,导线 要有端子标号,引出端要用别径压端子 (2)将熔断器,接触器,继电器,转换开关,PLC 装在一块配线板上,而将方式转换 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 2 页 共 29 页 开关,行程开关,按钮等装在另一块配线板
7、上 3.程序输入及调试 熟练操作 PLC 键盘,能正确地将所编程序输入 PLC;按照被控设备的动作要求进行 模拟调试,达到设计要求 4.通电试验 正确使用电工工具及万用表,进行仔细检查,最好通电试验一次成功,并注意人身 和设备安全 第第 2 2 章章 设计内容概述设计内容概述 21 三相异步电动机简介 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。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
8、转磁场 而产生感应电动势(感应电动势的方向用右手定则判定) 。由于转子导体两端被短路 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
9、,驱动电 动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。 22 可编程控制器(PLC)简介 可编程控制器(简称 PLC,是一种数字运算操作的电子系统,是在 20 世纪 60 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 3 页 共 29 页 年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。它采用可编程序的存储器,其 内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令,并通过数 字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其 有关设备,都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。 PLC 自产生至今只有 30 多年的历史,却得到了迅速发展和广
10、泛应用,成为当代工业 自动化的主要支柱之一。长期以来,PLC 在工业自动化控制而发挥着巨大作用,为 各种各样的自动化控制设备提供了广泛、可靠的控制应用。这主要是源于它能够为 自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案,适合当前自动化工业企业的 需要。 1.PLC 的发展历史 20 世纪 70 年代大规模集成电路和微处理机出现后,正式生产出了现在模式的 可编程序逻辑控制器 PLC(Programmable Logic Controller)产品。这类产品具有 稳定可靠、价格便宜、功能齐全、体积小、应用灵活方便、工程周期短、操作维护 方便、应用领域广阔等优点。随着集成电路和计算机技术的发展,现
11、在己诞生了第 五代 PLC 产品。而从应用角度看,PLC 大概经历了如下几个阶段: (1)单机就地控制,取代继电器柜,至今仍然是 PLC 应用的主流。 (2)数台 PLC 与 1 台 PC 相连,PC 完成编程和在运行中作为人机界面(80 年代 后期) 。 (3)90 午代,随着系统集成能力的提高,PLC 提供系统通信的能力,构成可编 程控制系统 PCS(Programmable Control System) ,人机界面逐步完善,具有离散 量和模拟量数据采集系统的监控能力。 (4)随着近代现场总线、网络、工业 PC 机(IPC) 、软 PLC 技术的发展,以及 系统开放性、电控仪控一体化、管
12、控一体化、IT 技术发展的需求,新型的覆盖大、 中、小系统的 PCS 正在形成。 2.可编程序控制器的工作原理 PLC 采用循环(巡回)扫描工作方式,而大、中型 PLC 还增加了中断工作方式。 循环扫描即可按固定顺序,也可按用户程序所规定一级顺序(高级和低级顺序)或 可变顺序等进行。因为有的用户程序不需要每扫描一次执行一次,也为的是在控制 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 4 页 共 29 页 系统需要处理的 I/O 点数较多时,通过不同的模块组合的安排,采用分时分批扫描 执行的办法,可缩短循环扫描周期和控制的实时性。 用户将用户程序设计、调试后,用编程器键入 PLC 的存储器中,
13、并将现场的输 入信号和被驱动的执行元件相应地接在输入模板的输入端和输出模板的输出端上, 然后用 PLC 的控制开关使其处于运行工作方式,PLC 就以循环扫描的工作方式进行 工作。在输入信号、用户程序的控制上,产生相应的输出信号,完成预期的控制任 务。PLC 的典型的循环顺序扫描土作过程如图 31 所示。 图 21 PLC 循环顺序扫描工作流程图 从图 31 中可以看出,一个典型的可编程序控制器在一个扫描周期中要完成六 个扫描过程。在系统软件的指挥下,按图 24 所示的程序流程顺序地执行,这种工 作方式成为顺序扫描方式。从扫描过程中的某个扫描过程开始,顺序扫描后又回到 该过程成为一个扫描周期。
14、3.可编程控制器的的特点 (1)通用性强,使用方便。由于 PLC 产品的系列化和模块化,配备有品种齐全 的各种硬件装置供用户选用。当控制对象的硬件配置确定以后 ,就可通过修改用户 程序 ,方便快速地适应工艺条件的变化。 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 5 页 共 29 页 (2)功能性强,适应面广。现代 PLC 不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控 制等功能 ,而且还具有 A/D 和 D/A 转换、数值运算、数据处理等功能。因此 ,它既 可对开关量进行控制 ,也可对模拟量进行控制 ,既可控制 1 台生产机械、1 条生产 线 ,也可控制 1 个生产过程。PLC 还具有通讯联络功能,
15、与上位计算机构成分布式 控制系统 ,实现遥控功能。 (3)编程方法简单,容易掌握 PLC 配备有易于接受和掌握的梯形图语言。该语 言编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。 (4)体积小、质量小、功耗低。由于 PLC 是将微电子技术应用于工业控制设备 的新型产品,因而结构紧凑,坚固,体积小,质量小,功耗低,而且具有很好的抗震性和 适应环境温度、湿度变化的能力。因此,PLC 很容易装入机械设备内部,是实现机电 一体化较理想的控制设备。 第第 3 3 章章 硬件设计硬件设计 三相异步电动机正反转启动、能耗制动工作原理 如图 3-1: 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 6
16、 页 共 29 页 图 3-1 三相异步电动机的正反转是靠倒其中一相电源来实现的,转换是用了两个交流 接触器来完成,一个正常接法,完成正转,另一个接触器将其中两相调换,实现反 转,两个接触器单独控制,并由机械连锁,或触点连锁来保护,那么直接带正反转 的电机,就是指的单相带启动线圈的电动机,靠启动线圈的头和尾所接的位置来确 定反正转,比如原启动线圈的头,接在主线圈的头,然后火线上,尾接在主线圈的 尾,然后接在零线上,它所旋转的方向,我们设为正转,那么,现在我们将启动线 圈的尾,调个个儿,接在主线圈的头,启动线圈的头接主线圈的尾,这时我们把它 接到电源上,电机就会朝相反方向旋转,这就是带正反转电机
17、的接口技术,那么控 制原理呢,一般在接线板上有 6 个接线端子,其中两个是接启动电容的,在原理上 启动电容是串在两组启动线圈里的,串在两组线圈中心也可以,串在一头也可以内 部的分离开关也是串在两组启动线圈之中的,电机启动后由他分离,断开启动线圈, 剩下另 4 个端子,两个是启动线圈的头和尾两个是主线圈头和尾,主线圈接电源的, 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 7 页 共 29 页 根据以上论述已经很明白了,现在只需要用双挡开关或接触器将启动线圈按以上说 法接到主线上就可以了,另外还有一种不带启动电容和分离开关的电机,换向的原 理是一样的。所谓能耗制动,即在电动机脱离三相交流电源之后
18、,定子绕组上加一 个直流电压,即通入直流电流,利用转子感应电流与静止磁场的作用已达到制动的 目。 31 PLC 的选型 本文描述的是对双重联锁正反转的控制,选用核心部件为三菱公司的 FX-2N- 16MR 系列 16 点编程控制器,该编程控制器具有自诊断功能,采用循环扫描工作方式, 这完全能满足要求。FX-2N-16MR 属微型编程控制器、输入输出控制方式为循环扫描 方式、编程语言为梯形图语言、16 点的编程控制器具有 8 点输入,8 点输出。考虑到 该 PLC 所需的输入、输出点数及类型,选用三菱 FX-2N-16MR 可编程控制器作为该系 统的核心,它含有 8 个输入点(漏型)和 8 个输
19、出点(继电器型) ,足够设计所用。 FX-2N-16MR 属于 FX2N 系列 PLC,FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先进的系 列。FX2N 系列具备了如下特点:最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面 补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块, 它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 32 元器件简介 交流接触器: 交流接触器主要有四部分组成 :(1) 电磁系统 (2)触头系统,包括三组主触 头和一至两组常闭、常闭辅助触头 ,它和动铁芯是连在一起互相联动的; (3)灭 弧装置 (4)绝缘外壳及附件 。当线圈通电时 ,静铁芯产
20、生电磁吸力 ,将动铁芯吸 合,由于触头系统是与动铁芯联动的 ,因此动铁芯带动三条动触片同时运行 ,触 点闭合,从而接通电源。当线圈断电时 ,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的 反作用力而分离 ,使主触头断开 ,切断电源 熔断器: 利用金属导体作为熔体串联于电路中,当过载或短路电流通过熔体时,因其 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 8 页 共 29 页 自身发热而熔断,从而分断电路的一种电器。熔断器结构简单,使用方便,广泛 用于电力系统、各种电工设备和家用电器中作为保护器件。 热继电器: 热继电器是由流入热元件的电流产生热量,使有不同膨胀系数的双金属片 发生形变,当形变达到一定距离
21、时,就推动连杆动作,使控制电路断开,从而使 接触器失电,主电路断开,实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保 护元件,以其体积小,结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。 33 主电路设计 根据继电器控制电路图(见图 3-1)画出主电路图,按图 3-2 要求接好 电路: 主电路 图 3-2 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 9 页 共 29 页 1. 正转启动:电动机顺时针转动 操作步骤:当 L1、L2、L3、N 接上三相电,组合开关 QS 闭合,电流流过熔断器 FU1 之后,通过 PLC 控制 KM1 线圈通电,使 KM1 交流接触器闭合,从而使三相异步 电动机导通,
22、开始正转。 2.反转启动:电动机逆时针转动 操作步骤:当 L1、L2、L3、N 接上三相电,组合开关 QS 闭合,电流流过熔断器 FU1 之后,通过 PLC 控制 KM2 线圈通电,使 KM2 交流接触器闭合,从而使三相异步 电动机导通,开始反转。 3.能耗制动:所谓能耗制动,即在电动机脱离三相交流电源之后,定 子绕组上加一个 直流电压,即通入直流电流,利用转子感应电流与静止磁场的作用已达到制动的目 的。 操作步骤:当 L1、L2、L3、N 接上三相电,组合开关 QS 闭合,电流流过熔断器 FU1 之后,通过 PLC 控制 KM3 线圈通电,使 KM3 交流接触器闭合,电流流过 VD4 二 极
23、管和 R 电阻导通电路,开始制动,电机马上停止转动。 3I/O 地址分配 根据继电器控制电路图(见图 4-1)列出 I/O 地址分配表图 4-3、图 3-3 输入点代号工程名称 X0KH 过载保护 X1SB1 停止制动 X2SB2 正转启动 X3SB3 反转启动 输入 I/O 地址分配表 图-3 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 10 页 共 29 页 输出点代号工程名称 Y7KM1 电机正转 Y6KM2 电机反转 Y5KM3 能耗制动 输出 I/O 地址分配表 图-4 3 I/O 外部接线图 榆林职业技术学院神木校区毕业设计(论文) 第 11 页 共 29 页 I/O 外部接线
24、图-5 取代继电器控制的可编程控制应用设计分析: (1)主令电器(按钮、行程开关、接近开关等)主令电器(按钮、行程开关、接近开关等) 、热继电器触点,、热继电器触点, 速度继电器触点、油压继电器触电等都作为输入信号,接在速度继电器触点、油压继电器触电等都作为输入信号,接在 X 端口。端口。 (2)输出端口接负载,应视负载容量采取不同接线方式。接触器容)输出端口接负载,应视负载容量采取不同接线方式。接触器容 量比较小,可以直接作为输出端口(量比较小,可以直接作为输出端口(Y 口)的负载,如果负载容量较大,口)的负载,如果负载容量较大, Y 端口应通过中间继电器再与接触器连接。同时,凡是线圈负载都
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