五台三相笼型异步电动机顺序控制系统设计说明书.docx
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1、机电工程学院课程设计说明书设计题目:五台三相笼型异步电动机顺序控制系统设计学生姓名: 学 号: 20094805 专业班级: 机制F09 指导教师: 2012年 12 月 12 日内容摘要这次课程设计的题目是“五台三相笼型异步电动机顺序控制系统设计”,是通过控制线路能够分别实现五台电动机的单独启停控制和实现要求的循环控制。实现单独启停主要是通过电磁继电器和中间继电器实现;实现循环控制主要是通过时间继电器的延时启闭控制线路按时间要求通断。由于控制五台电动机且电动机的执行顺序各有各的特点,一次循环中分四个步骤,每个步骤工作二十秒后换下一个步骤。这次设计的主要问题是找到运动过程中的逻辑关系,并用各种
2、电器原件实现这种逻辑关系,通过综合分析以后,发现可以通过四个时间继电器和四个中间继电器,每个继电器工作40s的方式实现控制。由于电路控制主要是通过继电器接触器控制,因此用到在PLC编程中主要是用一些简单的、基本的命令。关键字:时间继电器;接触器;逻辑关系;PLC控制目 录第1章 前 言11.1 设计题目11.2 控制要求11.2 设计思路1第2章 系统总体方案设计22.1 设计背景22.2 设计方案2第3章 继电接触器控制系统设计43.1 继电器基本知识43.1.1 继电器介绍43.1.2 时间继电器简介43.1.3 与接触器的区别43.2 选择元件53.3 主电路图53.4 控制流程图6第4
3、章 PLC控制系统设计74.1 PLC基本知识74.1.1 PLC简介74.1.2 PLC工作原理74.1.3 与继电接触器控制系统的比较84.2 系统控制要求分析设计84.2.1 PLC控制方案设计的特点84.2.2 工作流程图94.2.3 主电路设计104.2.4 PLC控制系统设计104.2.5 确定PLC类型114.2.6 确定I/O信号数量、分配及编号124.2.7 PLC端子接线图124.2.8 控制程序编制134.2.9 控制程序调试19结 论23设计总结24谢 辞25参考文献26第1章 引言1.1设计题目 五台三相笼型异步电动机顺序控制系统设计1.2控制要求1.有五台电动机顺序
4、循环控制,控制时序如表1-1所示:表1-1 控制要求一号电机onononon二号电机onononon三号电机onononononon四号电机onononononon五号电机onononon 0 10 20 30 40 50 60 70 802.系统可以自动循环启动3.每台电动机可单独启停控制1.3设计思路根据控制要求,要实现五台电动机的循环控制,每台电动机还可以独自启动和停止。通过反复思考之后,决定用多个时间继电器和中间继电器来控制五个交流接触器来协调动作,然后有每个交流接触器直接控制电动作满足要求的的动作,问题的关键在于如何设计合理的控制电路以保障时间继电器在合适的时间动作。从上图可以看出,
5、每隔20秒都会有电动机的启动和停止动作,可以在每个动作之初让时间继电器开始工作,控制与之相应的中间继电器工作,中间继电器让该停下的电动机断电,让该启动的电动机得电。同时时间继电器的延时触点作为下一个动作的中间继电器的启动按钮,等到下一个动作开始时,与之相应的中间继电器先将上一中间继电器断电,然后启动相应的该工作的电机。 第2章 系统总体方案设计2.1设计背景本文对五台三相笼型异步电动机顺序控制系统设计,分别应用继电器接触器和可编程逻辑器件PLC做了软件与硬件的设计,能基本达到控制要求。系统仅实现了小型PLC系统的一个雏形,在完善各项功能方面都还需要进一步的分析、研究和调试工作。如果进一步结合工
6、业控制的要求,形成一个较为成型的产品,则需要作更多、更深入的研。2.2设计方案根据题目,控制要求不仅要实现每台电动机独自启动和停止,而且还要实现五台电动机的循环控制。能否用四个时间继电器实现控制线路,尤其是时间继电器的顺序动作呢?时间控制电路中用KT1由KT2控制断路,KT2由KT3控制断路,KT3由KT2控制断路,KT4由KT1控制断断;相反KT1由KT4控制通路,KT2由KT1控制通路,KT3由KT2控制通路,KT4由KT3控制通断,这样每一个继电器的工作时间就是四十秒,由于每一个时间继电器的工作时间是四十秒,这样,控制电路中就可以用时间继电器的通断设计。 KT1得电后,各个延时继电器的状
7、态如表2-1 运行状态表2-1 运行状态时间(s)控件0-2020-4040-6060-8080-100100-120KT1常开onon常闭ononononKT2常开on常闭onononononKT3常开on常闭onononononKT4常开on常闭ononononon由于时间继电器最多有两组延迟常开常闭触电,或者一组常开常闭一组延迟常开常闭触电,所以必须并联中间继电器KA1、KA2、KA3、KA4来完成控制。通过以上个开关的状态,结合控制要求,可以发现这种方案不仅用到的电器元件最少,同时时间逻辑控制简单。 第3章 继电接触器控制系统设计3.1 继电器基本知识3.1.1继电器介绍继电器是一种电
8、控制器件。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)释放。这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导
9、通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点,可以这样来区分:继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。3.1.2 时间继电器简介在控制线路中用到的时间的时间继电器一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。它的种类很多,有空气阻尼型、电动型和电子型等。在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器,它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。空气阻尼型时间继电器的延时范围大(有0.460s和0.4180s两种) ,它结构简单,但准确度较低。当线圈通
10、电(电压规格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等)时,衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移,使瞬时动作触点接通或断开。但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落,因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜,当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时,橡皮膜随之向下凹,上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。经过一定时间,活塞杆下降到一定位置,便通过杠杆推动延时触点动作,使动断触点断开,动合触点闭合。从线圈通电到延时触点完成动作,这段时间就是继电器的延时时间。延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变。吸引线圈断电后,继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。空气经出气孔被迅
11、速排出。3.1.3 与接触器的区别继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在于接触器的主触头可通过大电流,而继电器的触头只能通过小电流。所以,继电器一般不用来直接控制主电路(而是通过控制接触器和其他开关设备对主电路进行间接控制)。3.2.选择元件电器元件明细表如表2-1:表2-1 电器元件明细表序号代号名称数量备注1KM1-KM5接触器52KA1-KA4中间继电器43KT1-KT4通电延时继电器44FR1-FR5热继电器55SB1-SB6常开按钮66SB7-SB12常闭按钮67FU熔断器13.3.主电路图根据控制要求及方案二的设计思路,主电路图如图3-1 主电路图所示:图3-1 主电路图3.4控
12、制电路图根据方案二的设计思路,设计的控制电路图如图3-2 控制电路图:图3-2 控制电路图第4章 PLC控制系统设计4.1 PLC基本知识4.1.1 PLC简介PLC(Programmable Logic Controller),是可编程逻辑控制器。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。4.1.2 PLC工作原理当PLC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,PLC的CPU以
13、一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 1. 输入采样阶段 在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。 2. 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后
14、下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/
15、O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话,输入过程影像寄存器的值不会被更新,程序直接从I/O模块取值,输出过程影像寄存器会被立即更新,这跟立即输入有些区别。 3. 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。这时,才是PLC的真正输出。4.1.3 与继电器接触器控制系统比较1.控制中采用的逻辑部件不同继电器-接触器控制全部用硬触点和“硬”线连接;PLC内部大部分采用“软”触点和“软”线连接。2.PLC控制系统的结构和体积不同继电器-接触器控制系统使用的电气元件多,体
16、积大且故障率大;PLC控制系统结构紧凑,使用的电气元件少,体积小。3.控制中电器的触点不同继电器-接触器控制中全部为机械式的硬触点,动作慢,弧光放电严重,寿命短,而且使用次数有限;PLC内部全部为“软”触点,动作快、寿命长,而且使用次数无限。4.灵活性不同继电器-接触器控制方案的改变,需拆线,重新再接线,乃至更换元器件,比较麻烦;PLC控制方案的改变,一般不需要修改硬件,只需修改程序即可,及其方便。此外,由于PLC技术是在计算机控制的基础上发展起来的,它是以微处理器为核心,结合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通
17、用、易于编程、使用方便等优点。因此,PLC控制必将替代传统的继电器-接触器控制。4.2 系统控制要求分析及设计4.2.1 PLC控制方案的设计特点1.功能强,性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件(如计时器,计数器,继电器等),有很强的功能,可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比,具有很高的性能价格比。2.硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强可编程序控制器产品已经标准化,系列化,模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置,组成不同的功能、不规模的系统。楞编程序控制器的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线。PLC有很强
18、的带负载能力,可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。3.可靠性高,抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良,容易出现故障,PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件,接线可减少互继电器控制系统的1/10-1/100,因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施,具有很强的抗干扰能力,平均无故障时间达到数万小时以上,可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场,PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。4.系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电
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