1、基礎課程設計（論文）基于PLC的可逆變三相異步電機調速系統(tǒng)學生姓名：指導教師：學生學號：專 業(yè)：信息技術學院電氣工程系2012年12月14日摘要 本論文設計了基于PLC的可逆變三相異步電機調速系統(tǒng)，實現(xiàn)三相異步電動機的正反轉控制。與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、靈活性強等優(yōu)點。三相異步電動機的應用廣泛，具有機構簡單，效率高，控制方便，運行可靠的優(yōu)點。本文研究的這個系統(tǒng)的控制是采用PLC的編程語言-梯形圖,梯形語言是在可編程控制器中的應用最廣的語言，因為它在繼電器的基礎上加進了許多功能，使用靈活的指令，使邏輯關系清晰直觀，編程容易，可讀性強，所實現(xiàn)的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控

2、制電路。它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)等操作的指令，并采用數(shù)字式，模擬式的輸入和輸出，控制各種的機械或生產(chǎn)過程。關鍵詞：PLC 三相異步電動機 可編程控制 梯形圖 目錄 摘要I目錄III引言IV1.頻調速系統(tǒng)11.1 變頻調速系統(tǒng)11.1.1 三相交流異步電動機的結構和工作原理11.1.2 變頻調速原理11.1.3 變頻調速的基本控制方式21.2 三相異步電動機的正反轉工作過程4三相異步電動機的原理41.2.2 三相異步電動機的制動42.異步電動機的PLC控制52.1三相異步電機的正反轉PLC控制52.2 PLC定時器控制電動機正反轉互鎖的設計72.2

3、.1 PLC定時器控制電動機正反轉電路的主接線圖72.2.2 PLC定時器控制三相異步電動機正反轉的梯形圖8定時器控制電動機正反轉的指令表程序92.2.4 PLC的I/O分配92.2.5 實體框形圖102.3 三相異步電動機使用PLC控制優(yōu)點11結 論12參考文獻13引言三相異步電動機的應用非常廣泛，具有機構簡單，效率高，控制方便，運行可靠，易于維修成本低的有點，幾乎涵蓋了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活的各個領域,在這些應用領域中,三相異步電動機運行的環(huán)境不同，所以造成其故障的發(fā)生也很頻繁，所以要正確合理的利用它。要合理的控制它。我研究的這個系統(tǒng)的控制是采用PLC的編程語言-梯形圖,梯形語言是在可編程控

4、制器中的應用最廣的語言，因為它在繼電器的基礎上加進了許多功能，使用靈活的指令，使邏輯關系清晰直觀，編程容易，可讀性強，所實現(xiàn)的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控制電路，可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它是專為在惡劣工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術等操作的指令，并采用數(shù)字式，模擬式的輸入和輸出，控制各種的機械或生產(chǎn)過程。長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化設備提供了非?？煽康目刂茟茫軌驗樽詣踊刂茟锰峁┌踩煽亢捅容^完善的解決方案，適合于當前工業(yè)，企業(yè)對自動化的需要。進入20世紀80

5、年代，由于計算機技術和微電子技術的迅猛發(fā)展，極大地推動了PLC的發(fā)展，使得PLC的功能日益增強，目前，在先進國家中，PLC已成為工業(yè)控制的標準設備，應用面幾乎覆蓋了所有工業(yè)，企業(yè)。由于PLC綜合了計算機和自動化技術，所以它發(fā)展日新月異，大大超過其出現(xiàn)時的技術水平，它不但可以很容易的完成邏輯，順序，定時，計數(shù)，數(shù)字運算，數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息，網(wǎng)絡時代的到來，擴展了PLC的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛的運用于眾多行業(yè)。1.頻調速系統(tǒng)1.1 變頻調速系統(tǒng)

6、三相交流異步電動機的結構和工作原理三相交流異步電動機是把電能轉換成機械能的設備。一般電動機主要由兩部分組成：固定部分稱為定子，旋轉部分稱為轉子。三相交流異步電動機的工作原理是建立在電磁感應定律、全電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎上的。當磁極沿順時針方向旋轉，磁極的磁力線切割轉子導條，導條中就感應出電動勢。電動勢的方向由右手定則來確定。因為運動是相對的，假如磁極不動，轉子導條沿逆時針方向旋轉，則導條中同樣也能感應出電動勢來。在電動勢的作用下，閉合的導條中就產(chǎn)生電流。該電流與旋轉磁極的磁場相互作用，而使轉子導條受到電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進而產(chǎn)生電磁轉矩，轉子就轉動起來。

7、 變頻調速原理變頻器可以分為四個部分，如圖1.1所示。通用變頻器由主電路和控制回路組成。給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，稱為主電路。主電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)（又稱平波回路）、逆變器。圖1.1變頻器簡化結構圖 整流器。它的作用是把工頻電源變換成直流電源。 平波回路（中間直流環(huán)節(jié)）。由于逆變器的負載為異步電動機，屬于感性負載。無論電動機處于電動狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)，起始功率因數(shù)總不會等于1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換，這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件電容器或電感器來緩沖，所以中間直流環(huán)節(jié)實際上是中間儲能環(huán)節(jié)。 逆變器。與整流器的作用相反，逆變器是將直流

8、功率變換為所要求頻率的交流功率。逆變器的結構形式是利用6個半導體開關器件組成的三相橋式逆變器電路。通過有規(guī)律的控制逆變器中主開關的導通和斷開，可以得到任意頻率的三相交流輸出波形。 控制回路?？刂苹芈烦Ｓ蛇\算電路，檢測電路，控制信號的輸入、輸出電路，驅動電路和制動電路等構成。其主要任務是完成對逆變器的開關控制，對整流器的電壓控制，以及完成各種保護功能?？刂品绞接心M控制或數(shù)字控制。 變頻調速的基本控制方式 普通控制型V/f通用變頻器 普通控制型V/f通用變頻器是轉速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路比較簡單；電動機選擇通用標準異步電動機，因此其通用性比較強，性價比比較高，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使

9、用較多的一種控制方式。 具有恒定磁通功能的V/f通用變頻器為了克服普通控制型的V/f通用變頻器對V/f的值進行調整的困難，如果采用磁通反饋，讓異步電動機所輸入的三相正弦電流在空間產(chǎn)生圓形旋轉磁場，那么就會產(chǎn)生恒定的電磁轉矩。這樣的控制方法叫做磁鏈跟蹤控制。由于磁鏈的軌跡是靠電壓相加矢量得到的，所以磁鏈跟蹤控制也叫做電壓空間矢量控制。 矢量控制方式矢量控制方式的基本思想是：仿照直流電動機的調速特點，使異步交流電動機的轉速也能通過控制兩個互相獨立的直流磁場進行調節(jié)。矢量控制方式分為無速度傳感器的矢量控制和有速度傳感器的轉速或轉矩閉環(huán)矢量控制。無速度傳感器的矢量控制。它是對異步電動機進行單電動機傳動

10、的典型模式。主要性能是：在1：10的速度范圍內。速度精度小于0.5%，轉速上升時間小于100ms；在額定功率10%的范圍內，采用電流閉環(huán)控制的轉速開環(huán)控制。工作模式可采用軟件功能選擇。當工作頻率高于額定頻率的10%時，進入矢量控制狀態(tài)。轉速的實際值可以利用由微型機支持的對異步電動機進行模擬的仿真模型來計算。有速度傳感器的轉速或轉矩閉環(huán)矢量控制。這種方式的主要特征更是：在速度設定值的全范圍內，轉矩上升時間大約為15ms，速度設定范圍大于1：100；對于閉環(huán)控制而言，轉速上升時間不大于60ms。1.2 三相異步電動機的正反轉工作過程三相異步電動機的原理圖1-4 三相異步電動機正反轉電路在選擇斷路器

11、時，我們不僅要關注斷路器的延遲曲線等主要指標，還應重視它的很多次要功能，這些常容易被忽略的性能不僅能為一個良好的設計錦上添花，而且還能幫助工程師們?yōu)槠鋺迷O計精密的保護電路。輔助接點（輔助開關）：它們是與主接點電隔離的接點，適用于報警和程序開關。輔助接點可用于向操作人員或控制系統(tǒng)告警，發(fā)出警報，或在重要應用中接通備用電源。 三相異步電動機的制動三相異步電動機脫離電源之后，由于慣性，電動機要經(jīng)過一定的時間后才會慢慢停下來, 但有些生產(chǎn)機械要求能迅速而準確地停車，那么就要求對電動機進行制動控制。電動機的制動方法可以分為兩大類：機械制動和電氣制動。機械制動一般利用電磁抱閘的方法來實現(xiàn)；電氣制動一般有

12、能耗制動、反接制動和回饋發(fā)電制動三種方法。2.異步電動機的PLC控制2.1三相異步電機的正反轉PLC控制在生產(chǎn)過程中,往往要求電動機能夠實現(xiàn)正反兩個方向的轉動,如起重機吊鉤的上升與下降,機床工作臺的前進與后退等等。由電動機原理可知，只要把電動機的三相電源進線中的任意兩相對調，就可改變電動機的轉向。因此正反轉控制電路實質上是兩個方向相反的單相運行電路，為了避免誤動作引起電源相間短路，必須在這兩個相反方向的單向運行電路中加設必要的互鎖。按照電動機可逆運行操作順序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-?！眱煞N控制電路.在正反兩個接觸器中互串一個對方的動斷觸點，這對動斷觸點稱為互鎖觸點或連鎖觸點。這

13、樣當按下正轉啟動按鈕SB2時，正轉接觸器KM1線圈通電，主觸點閉合，電動機正轉，與此同時由于KM1的動斷輔助觸點斷開而切斷了反轉接觸器KM2的線圈電路。因此，即使按反轉啟動按鈕SB3，也不會使反轉接觸器的線圈通電工作。同理，在反轉接觸器KM2動作后，也保證了正轉接觸器KM1的線圈電路不能再工作。圖2-1三相異步電動機正反轉繼電器控制圖2-2 I/O三相異步電動機的PLC控制接線 圖2-3 三相異步電動機的PLC控制梯形 表21 指令程序指令程序地址指令數(shù)據(jù)0000LD00010001OR05000002AND-NOT00000003AND-NOT05010004OUT05000005LD000

14、20006OR05010007AND-NOT00000008AND-NOT05000009OUT05010010END(01)PLC控制的工作過程的分析： 按下SB2，輸入繼電器0001動合觸點閉合，輸出繼電器0500線圈接通并自鎖，接觸器KM1主觸點，動合輔助觸點閉合，電動機M通電正轉。 按下SB1，輸入繼電器0000動斷觸點斷開，輸出繼電器0500線圈失電，KM1主觸點，動合輔助觸點斷開，電動機M斷電停止正轉 按下SB3,0002動合觸點閉合,0501線圈接通并自鎖,KM2主觸點,動合輔助觸點閉合,電動機M通電反轉為了避免短路事故的發(fā)生所以我們利用接觸器連鎖保護的接觸器電路。三相異步電動機

15、的正反轉控制線路作為一個基本控制環(huán)節(jié)，在電氣控制線路中應用的非常廣泛。接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉的控制線路更是取代了傳統(tǒng)的繼電器控制線路，使電動機的控制有了進一步的提高。接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉控制線路如圖3-1所示。線路中采用了兩個接觸器，即正轉用的接觸器KM1和反轉用的接觸器KM2，它們分別由控制按鈕SB2 、SB3控制。這兩個接觸器的主觸頭所接通的電源相序不同，KM1按L1L2L3相序接線，KM2則對調了兩相的相序?？刂齐娐酚袃蓷l，一條由按鈕SB2和KM1線圈等組成正轉控制電路；另一條由按鈕SB3和KM2線圈等組成的反轉控制電路。2.2 PLC定時器控制電動機正反轉互鎖的設

16、計 2.2.1 PLC定時器控制電動機正反轉電路的主接線圖 為了在控制的過程中體現(xiàn)科技化和智能化，同時為了在控制過程中克服接觸器互鎖的三相異步電動機正反轉電路的缺點，本文也可采用定時器控制三相異步電動機正反轉。利用定時器控制三相異步電動機正反轉在工業(yè)控制中得到廣泛利用，這種方法使得控制更加簡單、方便，而且可以根據(jù)不同的需要設定正反轉的時間且易于實現(xiàn)。用PLC定時器控制的三相異步電動機正反轉互鎖的主接線圖如圖3-4所示。其工作原理如下所示。定時器控制三相異步電動機正反轉原理和接觸器控制三相異步電動機正反轉的原理基本相同，不同的是當電動機開始正轉時，定時器T1開始運行且計時開始，20S后電動機停止

17、正轉，此時定時器T2開始運行并且計時，6S后電動機開始反轉，同時定時器T3開始運行并計時開始，20S后電動機停止反轉，定時器T4開始計時，6S后電動機又開始正轉。如此循環(huán)進行，本文也可根據(jù)控制的需要設定不同的正轉、反轉和停止的時間。 圖2-42.2.2 PLC定時器控制三相異步電動機正反轉的梯形圖根據(jù)互鎖的三相異步電動機正反轉控制電路及I/O分配表整理后可得到定時器控制的三相異步電動機正反轉的梯形圖，如圖3-5所示。 圖3-5 定時器控制的三相異步電動機正反轉2.2.3定時器控制電動機正反轉的指令表程序PLC定時器控制三相異步電動機正反轉互鎖的指令表程序如表3-2所示。表2-2接觸器互鎖正反轉

18、電路指令表程序步編號指 令操作數(shù)說明0LDIX0.0正轉啟動觸點IX0.01ORY02ANDNOTIX0.1反轉啟動觸點IX0.13OUTY0LDY05ANDNOTT4.Q6ORT1正轉定時器，定時20S7LDT1.Q8ORT2停止定時器，定時6S9LDT2.Q10ORT3反轉定時器，定時20S11LDT3.Q12ORT4停止定時器，定時6S13LDY014ANDNOTT1.Q15OUTQX0.0正轉輸出線圈QX0.016LDY017ANDT2.Q18ANDNOTT3.Q19OUT%QX0.1反轉輸出線圈QX0.12.2.4 PLC的I/O分配由圖3-1可以看出，該電路的輸入設備有正轉啟動按鈕

19、SB2、反轉啟動按鈕SB3、停止按鈕SB1、熱繼電器輔助動斷觸點FR，其輸出設備有兩個，一個是正轉接觸器線圈KM1，另一個是反轉接觸器線圈KM2?，F(xiàn)將PLC的輸入/輸出繼電器分配給上述輸入/輸出設備，即可列出其用PLC控制的I/O分配表，如表3-3所示。表3-3 PLC控制接觸器互鎖的正反轉控制電路I/O分配表輸入分配輸出分配 元件名稱 PLC輸入點編號元件名稱 PLC輸入點編號正轉啟動 I0.0正轉接觸器線圈 Q0.0KM1反轉啟動 I0.1反轉接觸器線圈 Q0.1KM22.2.5 實體框形圖由于設計中的儀器不容易畫出其具體模型，故用方框圖來表示其實體的接線圖，如圖36所示。圖26 PLC控

20、制線路實體框形 2.3 三相異步電動機使用PLC控制優(yōu)點本文設計就對三相異步電動機的正反轉控制，順序起動等系統(tǒng)進行了設計，還有其它的像制動和調速控制在這里我就沒有設計，其實主電路都是一樣的，就控制電路有一點小差異，使用PLC控制三相異步電動機有很多好處的：不易老化，設備簡單，結構合理，便于控制價格便宜等。 plc的通用性 可靠性 檢修快速性 安全性是非常強大的，所以用其控制是非常方便的，值得一提的是他的價格可能會高一些，但是絕對是物超所值。結 論本次論文我研究了用plc簡單地控制三相異步電動機，我感覺這樣的設計使系統(tǒng)很穩(wěn)定，在工廠或者農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都有很大的作用，達到了研究的目的。通過概述使大家充分了解了該控制系統(tǒng)的原理和功能。摘要部分概要介紹了其可靠性和實用性， 緒論部分介紹了電動機控制方面的背景、本文設計的目的、意義及主要內容等；第一章 三相異步電動機基礎 介紹了三相異步電動機的基本結構、工作原理、幾個工作過程的分析等；第二章 PLC基礎PLC的定義、與繼電器控制的區(qū)別、工作原理、應用分類等。第三章 三相異步電動機的PLC控制 從系統(tǒng)原理的角度得出系統(tǒng)分為模擬和數(shù)字兩部分；第五