基于PLC的正反转控制设计

1广西科技大学（筹）课程设计说明书课题名称基于PLC的正反转控制设计系别电气与信息工程学院专业自动化班级094班学号200900301154姓名刘祥胜指导教师袁海英2012年12月11日2目录摘要…………………………………………………………………………………………3序言…………………………………………………………………………………………3第一章：背景介绍…………………………………………………………………………3第二章：总体方案介绍…………………………………………………………………52．1设计目的…………………………………………………………………52．2设计要求…………………………………………………………………52．3控制要求…………………………………………………………………5第三章：设计基础知识………………………………………………………………………53．1电机正反转介绍……………………………………………………………53．2PLC介绍……………………………………………………………………53．2．1PLC基本结构……………………………………………………53．2．2PLC工作原理……………………………………………………63．2．3PLC功能特点……………………………………………………73．3PLC编程软件介绍…………………………………………………………8第四章：电路原理图设计……………………………………………………………………9第五章：硬件的选择…………………………………………………………………………115、1电机的选择…………………………………………………………………115、2PLC型号的选择……………………………………………………………115、3熔断器的选择：……………………………………………………………115、4热继电器的选择……………………………………………………………115、5接触器的选择………………………………………………………………11第六章：程序设计及调试……………………………………………………………………126．1I/O口清单…………………………………………………………………126．2控制系统的I/O点及地址分配……………………………………………126．3系统工作流程图……………………………………………………………136．4梯形图的编写………………………………………………………………156．5系统调试……………………………………………………………………16总结……………………………………………………………………………………………17参考文献………………………………………………………………………………………17附录3摘要在实际应用中，往往要求生产机械改变运动方向，这就要求电动机能实现正、反转。由三相异步电动机转动原理可知，若要电动机逆向运行，只要将接于电动机定子的三相电源线中的任意两相对调一下即可，可通过两个接触器来改变电动机定子绕组的电源相序来实现。PLC（可编程逻辑控制器）实质是一种专用于工业控制的计算机，现在的PLC已经取代了传统的继电器控制，通过PLC控制电机实现高效率的生产已经是现在工厂的一个非常普遍的现象。关键字：PLC控制电机序言可编程逻辑控制是随着科学技术的不断发展，对生产工艺不断提出新的要求而迅速发展的，在控制方法上主要是从手动控制到自动控制；在控制功能上是从简单到复杂；在操作方式上由笨重到轻巧；从控制原理上，由单一的有触点硬接线继电器控制系统转向以微处理器为中心的软件控制系统。通过PLC控制电机能简化电路，真正实现自动控制上高效率的生产。PLC采用计算机技术来实现对不同控制对象或机床的控制，其控制核心实质是一台专用计算机。用软件方法来增加改变控制系统的功能，具有很大的灵活性和柔性。专用计算机控制系统程序还设置了各种诊断程序，进行故障预检及自动查找，提高了设备可靠性并便于维修。随着PLC技术的不断发展、不断成熟和不断完善，PLC通信在工厂自动化中越来越引起人们的重视。由上位计算机、PLC、远程I/O互相链接所形成的分布式控制系统、现场总线控制系统己经在广泛应用。由这种形式构成的计算机、PLC等多机通信系统就是PLC的网络系统。网络通信系统是未来PLC的发展主要方向。第一章背景介绍可编程序控制器简称PLC，是近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置，它已成功地应用于工业中几乎所有领域，能完成从重复开关控制单一机器到复杂的制造加工控制的许多控制任务。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。三相异步电动机从切除电源到完全停止旋转，由于惯性的作用，总要经过一段时间，这往往不能适应某些机械工艺的要求。如万能铣床、卧床铣床和组合机床等。无论是从提高生产效率，还是从安全及准确定位等方面考虑，都要求能迅速停车，因此要求对电动机进行制动控制。制动控制方法一般有两大类：机械制动和电气制动。机械制动使用机械装置来强迫电动机迅速停车；制动实质上是当电动机停车时，给电动机加上一个与原来旋转方向相反的制动转矩，迫使电动机转速迅速下降。4与传统的控制相比，继电器控制系统虽然有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，是设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短、系统可靠性差。可编程序逻辑控制器（PLC，ProgrammableLogicController），简称PLC，PLC的梯形图与传统的电气原理图非常相似，主要原因是PLC梯形图大致上沿用了继电器控制的电路元件符号和术语，仅有个别之处有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能基本也是相同的；但PLC的控制与继电器的控制又有根本不同之处，主要表现在一下几个方面：1）控制逻辑：继电器控制采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间及电器等组合程控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每个只有4~8对触点，因此灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储器逻辑，起控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，故称做“软接线”，因此灵活性和可扩展性很好。2）工作方式：电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合它属于并行工作方式。而PLC的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，各种逻辑、数值输出的结果都是按照在程序中的前后顺序计算得出的，所以它属于串行工作方式。3）可靠性和可维护性：继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作有无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配有自检和监督功能，能检查出自身故障，并随时显示给操作人员；还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。4）控制速度：继电气控制逻辑依靠触电的机械动作实现控制工作频率低，触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。另外，机械触点还会出现抖动问题；而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于悟出点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微妙数量级，且不会出现抖动。5）定时控制：继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。一般来说，时间继电器存在定时精度不高，定时范围窄，且易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体整荡器产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围最小可为0.001s，最长几乎没有限制，用户可根据需要在程序中设置定时值，然后由软元件来控制定时时间。6）设计和施工：使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。从以上几个方面比较可知，PLC在性能上比继电气控制逻辑优异，特别是可靠性高、5通用性强、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便。但在很小的系统中使用时，价格要高于继电气系统。第二章总体方案介绍2.1设计目的1）学会用PLC控制主电路实现电动机正反转，达到综合应用PLC的目的；2）学会用CAD制图；3）学会用编程软件，通过编写的程序，完成对主电路的控制；4）学会整理并制作课程设计报告，为毕业设计报告做准备。2.2设计要求1）控制系统采用PLC来实现；2）提供短路、过载、联锁等保护措施；3）具有紧急停车功能。2.3控制要求三相笼型异步电动机具有反接制动电阻的可逆运行反接制动控制。第三章设计基础知识3．1电机正反转介绍电机要实现正反转控制，将其电源的相序中任意两相对调即可（我们称为换相），通常是V相不变，将U相与W相对调节器，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。由于将两相相序对调，故须确保二个KM线圈不能同时得电，否则会发生严重的相间短路故障，因此必须采取联锁。为安全起见，常采用按钮联锁（机械）与接触器联锁（电气）的双重联锁正反转控制线路（如下图所示）；使用了按钮联锁，即使同时按下正反转按钮，调相用的两接触器也不可能同时得电，机械上避免了相间短路。另外，由于应用的接触器联锁，所以只要其中一个接触器得电，其长闭触点就不会闭合，这样在机械、电气双重联锁的应用下，电机的供电系统不可能相间短路，有效地保护了电机，同时也避免在调相时相间短路造成事故，烧坏接触器。3．2PLC介绍3．2．1PLC基本结构可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：一、电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、6可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器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二、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；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。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。三、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。四、输入输出接口电路1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。五、功能模块如计数、定位等功能模块。六、通信模块3．2．2PLC工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。一、输入采样阶