plc課程設(shè)計--基于plc的三相異步電動機雙速電氣設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1. 雙速電機2</b></p><p>　　1.1雙速電動機簡介2</p><p>　　1.2控制電路分析2</p><p>　　1.3定子接線圖如下:3</p><p>　　1.4雙速電機接線

2、圖3</p><p>　　2. 電氣元件的選擇4</p><p>　　3.電氣控制方案的確定5</p><p>　　3.1 電氣邏輯控制裝置的選擇6</p><p>　　3.2 控制方式的選擇6</p><p>　　3.3確定I/O點數(shù)及PLC的選型7</p><p>　　3.4 輸

3、入、輸出設(shè)備的數(shù)量7</p><p>　　3.5 PLC的選擇7</p><p>　　3.5.1常用PLC的編程指令系統(tǒng)7</p><p>　　3.5.2移位寄存器三個輸入端功能為：8</p><p>　　3.6 軟件系統(tǒng)設(shè)計9</p><p>　　3.7 程序運行過程10</p><p

4、><b>　　4. 總結(jié)10</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　現(xiàn)今建筑越來越高也越來越深，擁有地下商場、地下車庫建筑物逐漸增多，通風(fēng)和火災(zāi)消防問題顯得越來越突出。在較多的建筑物中，由于受地下空間的限制，在滿足風(fēng)量及風(fēng)壓等參數(shù)的條件下，通風(fēng)和排煙系統(tǒng)的風(fēng)道和風(fēng)機大多可以合用，這就使雙速風(fēng)機的應(yīng)用創(chuàng)造了條

5、件：平時，作為通風(fēng)機使用，風(fēng)機以低速運行；一旦發(fā)生火災(zāi)，立刻切換到高速，作為消防排煙風(fēng)機使用。這樣一機兩用，首先可以簡化設(shè)備，節(jié)省投資，更重要的是大大提高了設(shè)備的使用效率和可靠性。如在通風(fēng)機和消防排煙風(fēng)機完全獨立的系統(tǒng)中，消防排煙機平時不用，僅在失火的情況下才投入使用，如果平時由于某種原因存在了故障，很難及時發(fā)現(xiàn)并得到檢修，失火時可能無法投入使用，這必將造成嚴(yán)重的后果；而如果是采用雙速風(fēng)機的合并系統(tǒng)則不然，它不僅可以在滿足使用要求的前提

6、下減少一套設(shè)備，而且由于平時作為通風(fēng)機運行著，出現(xiàn)故障容易被發(fā)現(xiàn)并及時得到修理，從而使它始終處于被監(jiān)控的良好狀態(tài)，能夠在關(guān)鍵時刻發(fā)揮作用。</p><p>　　雙速電機主要用于煤礦、石油天然氣、石油化工和化學(xué)工業(yè)。此外，在紡織、冶金、城市煤氣、交通、糧油加工、造紙、醫(yī)藥等部門也被廣泛應(yīng)用。雙速電機作為主要的動力設(shè)備，通常用于驅(qū)動泵、風(fēng)機、壓縮機和其他傳動機械。 </p><p>　　雙速電

7、動機屬于異步電動機變極調(diào)速，是通過改變定子繞組的連接方法達到改變定子旋轉(zhuǎn)磁場磁極對數(shù)，從而改變電動機的轉(zhuǎn)速。 </p><p>　　根據(jù)公式；n=60f/p可知異步電動機的同步轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)成反比，磁極對數(shù)增加一倍，同步轉(zhuǎn)速n下降至原轉(zhuǎn)速的一半，電動機額定轉(zhuǎn)速n也將下降近似一半，所以改變磁極對數(shù)可以達到改變電動機轉(zhuǎn)速的目的。這種調(diào)速方法是有級的，不能平滑調(diào)速，而且只適用于鼠籠式電動機。 </p>

8、<p>　　此圖介紹的是最常見的單繞組雙速電動機，轉(zhuǎn)速比等于磁極倍數(shù)反比，如2極/4極、4級/8極，從定子繞組△接法變?yōu)閅Y接法，磁極對數(shù)從2p=2變?yōu)?p=1。 所以轉(zhuǎn)速比=1/2</p><p><b>　　雙速電機</b></p><p>　　1.1雙速電動機簡介</p><p>　　雙速電動機屬于異步電動機變極調(diào)速，是

9、通過改變定子繞組的連接方法達到改變定子旋轉(zhuǎn)磁場磁極對數(shù)，從而改變電動機的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　根據(jù)公式；n1=60f/p可知異步電動機的同步轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)成反比，磁極對數(shù)增加一倍，同步轉(zhuǎn)速n1下降至原轉(zhuǎn)速的一半，電動機額定轉(zhuǎn)速n也將下降近似一半，所以改變磁極對數(shù)可以達到改變電動機轉(zhuǎn)速的目的。這種調(diào)速方法是有級的，不能平滑調(diào)速，而且只適用于鼠籠式電動機。</p><p>　　此圖介紹的

10、是最常見的單繞組雙速電動機，轉(zhuǎn)速比等于磁極倍數(shù)比，如2極／4極、4級／8極，從定子繞組△接法變?yōu)閅Y接法，磁極對數(shù)從p＝2變?yōu)閜=1。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速比＝2／1＝2</b></p><p><b>　　1.2控制電路分析</b></p><p>　　1、合上空氣開關(guān)QF引入三相電源</p>

11、<p>　　2、按下起動按鈕SB2，交流接觸器KM1線圈回路通電并自鎖，KM1主觸頭閉合，為電動機引進三相電源，L1接U1、L2接V1、L3接W1;U2、V2、W2懸空。電動機在△接法下運行，此時電動機p=2、n1＝1500轉(zhuǎn)／分。</p><p>　　3、若想轉(zhuǎn)為高速運轉(zhuǎn)，則按SB3按鈕，SB3的常閉觸點斷開使接觸器KM1線圈斷電，KM1主觸頭斷開使U1、V1、W1與三相電源L1、L2、L3脫離。其輔

12、助常閉觸頭恢復(fù)為閉合，為KM2線圈回路通電準(zhǔn)備。同時接觸器KM2線圈回路通電并自鎖，其常開觸點閉合，將定子繞組三個首端U1、V1、W1連在一起，并把三相電源L1、L2、L3引入接U2、V2、W2，此時電動機在YY接法下運行，這時電動機p=1，n1＝3000轉(zhuǎn)／分。KM2的輔助常開觸點斷開，防KM1誤動。</p><p>　　4、FR1、FR2分別為電動機△運行和YY運行的過載保護元件。</p>&l

13、t;p>　　5、此控制回路中SB2的常開觸點與KM1線圈串聯(lián)，SB2的常閉觸點與KM2線圈串聯(lián)，同樣SB3按鈕的常閉觸點與KM1線圈串聯(lián)，SB3的常開于KM2線圈串聯(lián)，這種控制就是按鈕的互鎖控制，保證△與YY兩種接法不可能同時出現(xiàn)，同時KM2輔助常閉觸點接入KM1線圈回路，KM1輔助常閉觸點接入KM2線圈回路，也形成互鎖控制。</p><p>　　1.3定子接線圖如下:</p><p&g

14、t;<b>　　圖1.1</b></p><p>　　低速時繞組的接法             高速時繞組的接法</p><p>　　1.4雙速電機接線圖</p><p><b>　　圖1.2</b>&l

15、t;/p><p><b>　　電氣元件的選擇</b></p><p>　　1、按鈕：按鈕是用于人工操作瞬間接通和斷開小電流（5A以下）控制電路的開關(guān)。它有不同的結(jié)構(gòu)型式和顏色。一般情況下，起動按鈕選用綠色，停止按鈕選用紅色，緊急停止按鈕選用紅色蘑菇頭型式；需要顯示按鈕操作狀態(tài)時選用帶指示燈的按鈕；大多數(shù)按鈕的觸頭為一常開和一常閉，如果需要一個按鈕控制兩個或兩個以上的回路，

16、則選用多對觸頭的按鈕。</p><p>　　機械設(shè)備上常用的按鈕有LA18、LA19、LA20等幾種型號。它們的額定電壓為：交流500V、直流440V、額定電流為5A。</p><p>　　行程開關(guān)：行程開關(guān)用于控制運動機構(gòu)的行程。它有觸點式和無觸點式兩種類型。有觸點行程開關(guān)又分為直動式、杠桿式、微動式、組合式，常用的型號有：LX2、LX19、JLXK1、JXW、LXK3、X2等。無觸點行

17、程開關(guān)有接近開關(guān)、干簧管開關(guān)、霍爾開關(guān)等。</p><p>　　3、接觸器：選用主要考慮主觸頭的額定電流、額定電壓、電磁線圈的額定電壓，還應(yīng)考慮常開和常閉輔助觸頭的數(shù)量和接觸器的操作頻率。主觸頭的額定電壓應(yīng)等于或大于主電路的額定電壓；電磁線圈的額定電壓必須與控制電路的額定電壓相同；主觸頭的額定電流可按以下公式計算確定： </p><p>　　式中 Iec——所選接觸器的額定電流（

18、A）；</p><p>　　Ic—— 接觸器主觸頭電流（A）；</p><p>　　Pe——被控電動機功率（kW）；</p><p>　　K—— 經(jīng)驗系數(shù)，一般取1~1.2；</p><p>　　Ue——電動機額定線電壓（V）</p><p>　　4、熱繼電器：用于對異步電動機進行過載保護的熱繼電器有雙金屬片時和電子式

19、兩種。電子式熱繼電器保護性能好，適用于重要電動機的保護。如果電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)采用自動開關(guān)，不必再采用熱繼電器；對負(fù)載恒定、過載可能性很小的電動機，如冷卻泵電機，可不設(shè)熱繼電器。</p><p>　　選擇熱繼電器時，要根據(jù)電動機的額定電流來確定其額定電流及熱元件的電流等級。對星形連接電動機，可使用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，對三角形連接的電動機可采用斷相保護的熱繼電器。</p><p>　　熱

20、元件的額定整定電流值通常按電動機的額定電流的0.95~1.05倍選用。</p><p>　　5、熔斷器主要類型有：普通熔斷器，半導(dǎo)體保護熔斷器等。常用的KS,KG系列。</p><p>　　選擇熔斷器時，應(yīng)根據(jù)電流的特點及參數(shù)求出熔體電流，再根據(jù)熔體電流大小選擇熔斷器的額定電流并確定其型號。</p><p>　　1)對負(fù)載電流穩(wěn)定的電氣設(shè)備，如照明燈、電阻爐等，可按

21、額定電流選用。</p><p>　　2)對具有沖擊電流的電氣設(shè)備如異步電動機，可按以下方法確定：單臺電動機長期工作時：</p><p>　　Ir=(1.5~2.5)IedA</p><p>　　電動機頻繁起動時，上式的系數(shù)為3~3.5，計算結(jié)果=（19.17-22.365）A。如果多臺電動機共用一組熔斷器保護，則</p><p>　　式中 I

22、r——熔體額定電流；</p><p>　　Ied——電動機額定電流；</p><p>　　Iemax——容量最大的電動機的額定電流；</p><p>　　——除容量最大的電動機之外，其余電動機的額定電流之和。</p><p>　　計算結(jié)果=（22.365-28.755）A</p><p>　　熔斷器（KS8半導(dǎo)體保護熔

23、斷器)的選擇如圖所示：</p><p><b>　　圖2.0</b></p><p>　　3.電氣控制方案的確定</p><p>　　電氣控制方案的合理性直接影響機械設(shè)備工作的可靠性、易維修性以及經(jīng)濟性。設(shè)計電氣控制系統(tǒng)時必須綜合考慮，在保證機械設(shè)備要求的工作可靠性和易維修性的前提下，應(yīng)采用簡單、經(jīng)濟的電氣控制方案。</p>&l

24、t;p>　　機械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)通常包括電氣調(diào)速系統(tǒng)、邏輯控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.1 電氣邏輯控制裝置的選擇</p><p>　　電氣邏輯控制裝置有繼電器-接觸器控制屏、順序控制器和PLC。</p><p>　　繼電器-接觸器控制屏的電路結(jié)構(gòu)簡單，直觀易懂，輸出功率大，價格便宜。其缺點是觸頭容易產(chǎn)生電磨損，工作時有機械振動，容易造成觸

25、頭松動。這幾種情況的發(fā)生都會降低控制系統(tǒng)的工作可靠性，一旦出現(xiàn)故障，檢查和維修很不方便。</p><p>　　順序控制器是一種介于繼電器-接觸器控制屏和PLC之間的一種控制裝置。它具有改變 容易的特點，尤其是采用插銷板編程時，改變插銷的位置就可以改變程序，使用</p><p>　　很方便。這種控制裝置適用于動作順序不太復(fù)雜的控制系統(tǒng)，特別適用于需要經(jīng)常改變工作順序的生產(chǎn)機械的自動控制。但是

26、這種控制系統(tǒng)由于插銷比較多，接觸不良的故障時有發(fā)生，可靠性不太高，而且這種產(chǎn)品由于沒有專業(yè)廠生產(chǎn)，所以目前已很少應(yīng)用。</p><p>　　PLC具有通用性強、應(yīng)用控制系統(tǒng)設(shè)計組裝周期短、編程簡單、修改容易、調(diào)試直觀、維護方便、可靠性高、體積小、重量輕等優(yōu)點，目前以廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)機械設(shè)備的自動控制。但與繼電器-接觸器控制屏相比，PLC的價格比較貴。</p><p>　　如果機械設(shè)備執(zhí)行

27、機構(gòu)比較少，工作程序和控制要求比較簡單，無論采用電氣傳動還是液壓傳動或氣壓傳動，其控制系統(tǒng)宜采用繼電器-接觸器控制屏。</p><p>　　對于執(zhí)行機構(gòu)比較多、工作程序和控制要求比較復(fù)雜的機械設(shè)備，其控制裝置應(yīng)采用PLC。</p><p>　　有些機械設(shè)備雖然執(zhí)行機構(gòu)少，工作程序也不復(fù)雜，但工作程序要求經(jīng)常變動，這種設(shè)備應(yīng)采用PLC控制。</p><p>　　3.2

28、 控制方式的選擇</p><p>　　控制方式通常有行程控制、時間控制和其他物理量（壓力、流量、電流、速度等）控制。</p><p>　　行程控制方式是利用機械設(shè)備運動部件上的碰塊或感應(yīng)頭，觸發(fā)在固定位置安裝的行程開關(guān)或無觸頭行程開關(guān)，以此發(fā)出行程信號來實現(xiàn)位置控制。凡是要求進行位置控制的執(zhí)行機構(gòu)都應(yīng)采用行程控制方式。</p><p>　　時間控制方式是利用時間繼電

29、器或PLC的定時器，使控制系統(tǒng)按工藝要求的不同時段進行程序步切換，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。因此，機械設(shè)備的工作程序如果要求要求延續(xù)一般時間后才切換的則應(yīng)采用時間控制方式。對于要求實現(xiàn)位置控制的執(zhí)行機構(gòu)，如果其行程很短，無法安裝行程開關(guān)。在運動速度比較穩(wěn)定的情況下，根據(jù)運動速度與時間的乘積等于行程的原理，也可以采用時間控制方式來實現(xiàn)位置控制。</p><p>　　3.3確定I/O點數(shù)及PLC的選型</p>

30、;<p>　　伴隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的成本不斷下降，因為促進了PLC的應(yīng)用。但并不是所有的控制都必須使用PLC，可以使用計算機控制或繼電接觸器控制。</p><p>　　在確定控制系統(tǒng)方案時，首先應(yīng)明確是否有必要采用PLC控制。如果控制系統(tǒng)非常簡單，所需I/O點很少，或者雖然I/O點需要較多，但控制關(guān)系非常簡單，各部分之間聯(lián)系很少，可以考慮不用PLC，而采用傳統(tǒng)的繼電接觸器控

31、制。除此之外，只要滿足下列情況之一，應(yīng)該首選 PLC。</p><p>　　1）系統(tǒng)所需I/O點數(shù)較多（比如在十幾個點以上），控制要求比較復(fù)雜。</p><p>　　2）現(xiàn)場處于工業(yè)環(huán)境，而又要求控制系統(tǒng)具有較高可靠性。</p><p>　　3）系統(tǒng)的工藝流程可能經(jīng)常發(fā)生變化，輸入、輸出控制量需經(jīng)常調(diào)整。</p><p>　　4）要求完成多種

32、定時、計數(shù)、甚至復(fù)雜的邏輯、算術(shù)運算，以及對模擬量的控制。</p><p>　　5）需要完成與其他設(shè)備實現(xiàn)通信或聯(lián)網(wǎng)。</p><p>　　6）系統(tǒng)體積很小，要求控制設(shè)備嵌入系統(tǒng)設(shè)備之中等。</p><p>　　3.4 輸入、輸出設(shè)備的數(shù)量</p><p>　　根據(jù)示意圖和控制要求可知，該系統(tǒng)需要6個輸入點和4個輸出點。</p>

33、<p>　　3.5 PLC的選擇</p><p>　　此控制系統(tǒng)只有簡單的開關(guān)量控制，沒有模擬量的輸入或輸出，對系統(tǒng)的響應(yīng)時間也沒有特殊的要求，時間繼電器的定時也是固定的，小型PLC即可滿足要求。因系統(tǒng)需要6個輸入點和4個輸出點，可選用西門子公司的整體式小型SP-200，完全滿足要求。</p><p>　　3.5.1常用PLC的編程指令系統(tǒng)</p><p&g

34、t;　　1）LD指令 LD（Load）：取指令，適用于梯形圖中與左母線相連的第一個常開觸點，表示一個邏輯行的開始。 </p><p>　　2）LDN指令 LDI（Load Inverse）：取反指令，適用于梯形圖中與左母線相連的第一個常閉觸點。</p><p>　　3）OUT指令 OUT（Out）：線圈驅(qū)動指令（又叫輸出指令），適用于將運算結(jié)果驅(qū)動輸出繼電器、輔助繼電器、定時器和計數(shù)

35、器的線圈，但不能用于輸入繼電器。OUT指令用于計數(shù)器和定時器時，必須有常數(shù)K值緊跟，K分別表示定時器時間或計數(shù)次數(shù)，它也作為一個步序。</p><p>　　4）AND指令 AND（And）：“與”指令，適用于和觸點串聯(lián)的常開觸點。</p><p>　　5）ANI指令 ANI（And Inverse）：“與反”指令，適用于和觸點串聯(lián)的常閉觸點。</p><p>

36、　　6）OR指令 OR（Or）：“或”指令，適用于單觸點并聯(lián)的常開觸點。</p><p>　　7）ORI指令 ORI（Or Inverse）：“或反”指令，適用于單觸點并聯(lián)的常閉觸點。</p><p>　　8）RST指令 RST（Reset）：計數(shù)器和移位寄存器的復(fù)位指令，適用于將計數(shù)器的當(dāng)前值回復(fù)到設(shè)定值或清除移位寄存器中所有位的信息，即清零。計數(shù)器有計數(shù)輸入和復(fù)位輸入兩個輸

37、入端。當(dāng)計數(shù)輸入端觸點每次從斷開至接通時，計數(shù)器的值減1，當(dāng)通斷次數(shù)達計數(shù)值后，計數(shù)器的當(dāng)前值減為0，此時計數(shù)器的線圈接通，其常開觸點閉合。如果要計數(shù)器從當(dāng)前值回到最初設(shè)定值，則要接通復(fù)位輸入端的觸點，RST起復(fù)位作用，使計數(shù)器線圈斷開，其常開觸點斷開。RST指令總是優(yōu)先執(zhí)行的，因此當(dāng)RST的輸入保持時，對計數(shù)器或移位寄存器的輸入不再接受。所有的計數(shù)器和部分寄存器具有掉電保護功能，所以當(dāng)不必再保持計數(shù)器原有狀態(tài)時，在工作開始之前，要使用

38、特殊輔助繼電器M71，在主機投入運行的瞬時，產(chǎn)生的初始化脈沖，使計數(shù)器或位移寄存器復(fù)位。</p><p>　　9）SFT指令 SFT（Shift）：移位指令，適用于將移位寄存器中的內(nèi)容做移位操作?？捎?個或16個輔助繼電器組成移位寄存器。</p><p>　　3.5.2移位寄存器三個輸入端功能為：</p><p>　　數(shù)據(jù)輸入端IN：當(dāng)連接IN端的觸點接通時，表

39、示把“1”送到移位寄存器的最低位，反之則把“0”送到此位。</p><p>　　移位信號輸入端CP：當(dāng)連接CP端的觸點每由斷變通一次、來一個脈沖時，移位寄存器的內(nèi)容從編號小的低位，向編號大的高位順序移動一次，最高位原來的數(shù)據(jù)丟失。</p><p>　　復(fù)位信號輸入端R：當(dāng)連接R的觸點接通時，對應(yīng)的輔助繼電器全部斷開，即移位積存器全部清零。如果R端連接的觸點一直處于接通狀態(tài)，則數(shù)據(jù)輸入和移位

40、輸入的信號全無效。</p><p>　　3.6 軟件系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　根據(jù)控制要求用基本邏輯指令編程編制的梯形圖（詳見附錄一）。圖中，T40為PD-1、PD-2、PD-3、YV延時起動、延遲的計時器。</p><p>　　PLC端子接線圖如圖3.1所示:</p><p><b>　　圖3.1</b></

41、p><p>　　網(wǎng)絡(luò)表： 電機 Q0.0 I0.0 啟動按鈕 I0.3 急停按鈕</p><p>　　KM1 Q0.1 I0.1 速度1 I0.4 過載保護按鈕</p><p>　　KM2 Q0.2 I0.2 速度2 I0.5 過載保護按鈕</p><p>　　FR過載

42、信號 Q0.3 熱繼電器 Q0.4 熱繼電器 Q0.5</p><p>　　3.7 程序運行過程</p><p>　　當(dāng)PLC運行時，按下啟動按鈕，I0.0接通，電機啟動。按下I0.1，電機以第一種速度運行，按下I0.2，電機以第二種速度運行。按下I0.3，電機急停。按下I0.3，電機啟動。按下I0.4，電機停止運行，按下Q0.5，電機停止運行。</p>&

43、lt;p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　為期2周的課程設(shè)計就這樣結(jié)束了，這兩周讓我收獲不少。我本次的實習(xí)做的的是三相異步電動機雙速電氣設(shè)計。</p><p>　　我在制作的過程中，讓我學(xué)到了許多東西，其中最主要的是PLC設(shè)計方法與應(yīng)用。設(shè)計步驟是首先是我們要弄清楚設(shè)備的順序運作，然后結(jié)合PLC知識在圖紙上畫出順序功能圖，將順序功能圖轉(zhuǎn)變?yōu)樘菪螆D，

44、之后利用PLC 軟件編程。在練習(xí)的時候，我們可以實現(xiàn)用編輯好的程序與自動分揀設(shè)備進行調(diào)試?？偟膩碚f，我是較好的完成了既定任務(wù)。還有都不時去幫助其他同學(xué)解決一些問題。 </p><p>　　PLC課程設(shè)計讓我了解了plc順序功能圖、梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我更加了解了關(guān)于PLC設(shè)計原理與方法。按我的總結(jié)來看，有很多設(shè)計理念來源于實際，從中找出最適合的設(shè)計方法。這次課程設(shè)計脫離不了集體的力量，

45、遇到問題和同學(xué)互相討論交流，同學(xué)之間解決不了的問題就去找老師討論。多和同學(xué)，老師討論，你會得到意外的收獲。我們在做課程設(shè)計過程中要不停的討論問題，這樣，我們可以互相交流設(shè)計方法以至達到更適合的設(shè)計方法，同時討論不僅是一些思想的問題，還可以深入的討論一些技術(shù)上的問題，這樣可以使自己的處理問題要快一些，少走彎路。多改變自己設(shè)計的方法，在設(shè)計的過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題。 </p>&l