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2020-01-07 02:27栏目:新闻动态

  PLC 控制电机正反转 段庆安 [摘 要]:可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心,将自动控制技术、 计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。目前 PLC 已基本替代了传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域, PLC 已跃居工业自动化三大支柱的首位。 生产机械往往要求运动部件可以实现正反两个方向的起动, 这就要求拖动电 动机能作正、反向旋转。由电机原理可知,改变电动机三相电源的相序,就能改 变电动机的转向。按下正转启动按钮 SB1,电动机正转运行,且 KM1,KMY 接 通。2s 后 KMY 断开,KM 接通,即完成正转启动。按下停止按钮 SB2,电动 机停止运行。按下反转启动按钮 SB3,电动机反转运行,且 KM2,KMY 接通。 2s 后 KMY 断开,KM 接通,即完成反转启动。 [关键词]:PLC 直流电机 PLC control motor reversing Duan Qing an [Abstract]: Programmable Logic Controller (PLC) is a microprocessor core, automatic control technology, computer technology and communication technology integration and the development of a new industrial automatic control device. PLC has basically replaced the traditional relay control is widely used in various areas of industrial control, PLC has leapt to the first of the three pillars of the industrial automation. Production machinery often require moving parts can be achieved in both directions of the starter, which requires the drag motor can make positive and reverse rotation. Seen by the motor principle, change the phase sequence of the motor three-phase power, will be able to change the direction of the motor rotation. Press Forward Start button SB1 motor forward run and KM1 KMY turned on. 2s after and KMY disconnect, KM switched to complete the forward start. Press the stop button SB2, the motor stops running. Press the start button reversal SB3 motor reverses and KM2, the KMY switched. 2s after and KMY disconnect, KM switched complete reversal to start. [Keywords]: PLC DC motor 1 一、PLC 概述 (一)PLC 的产生 1969 年,美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台可编程序控制器,并应用于 通 用 汽 车 公 司 的 生 产 线 上 。 当 时 叫 可 编 程 逻 辑 控 制 器 PLC ( Programmable Logic Controller) ,目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。紧 接着,美国 MODICON 公司也开发出同名的控制器,1971 年,日本从美国引进了这项新技术, 很快研制成了日本第一台可编程控制器。1973 年,西欧国家也研制出他们的第一台可编程 控制器。 随着半导体技术,尤其是微处理器和微型计算机技术的发展,到 70 年代中期以后,特 别是进入 80 年代以来,PLC 已广泛地使用 16 位甚至 32 位微处理器作为中央处理器,输入 输出模块和外围电路也都采用了中、 大规模甚至超大规模的集成电路, 使 PLC 在概念、 设计、 性能价格比以及应用方面都有了新的突破。 这时的 PLC 已不仅仅是逻辑判断功能, 还同时具 有数据处理、 PID 调节和数据通信功能, 称之为可编程序控制器 (Programmable Controller) 更为合适,简称为 PC,但为了与个人计算机(Persona1 Computer)的简称 PC 相区别,一 般仍将它简称为 PLC(Programmable Logic Controller) 。 (二)PLC 的定义 “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境下应用而设计。 它采 用了可编程序的存储器,用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作命令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器及其有关外围设备, 都按易于与工业系统联成一个整体、 易于扩充其功能的原 则设计。 ” 可编程序控制器是应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置,自研制成功 开始使用以来,它已经成为了当代工业自动化的主要支柱之一。 (三)PLC 的特点及应用 1、PLC 特点 (1)编程简单,使用方便 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言,其符号与继电器电路原理图相似。 有继电器电路基础的电气技术人员只要很短的时间就可以熟悉梯形图语言, 并用来编制用户 程序,梯形图语言形象直观,易学易懂, 。 (2)控制灵活,程序可变,具有很好的柔性 可编程序控制器产品采用模块化形式, 配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用, 用 户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器用软件功 能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件,硬件配置确定 后,可以通过修改用户程序,不用改变硬件,方便快速地适应工艺条件的变化,具有很好的 柔性。 (3)功能强,扩充方便,性能价格比高 可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件, 有很强的逻辑判断、 数据处 理、PID 调节和数据通信功能,可以实现非常复杂的控制功能。如果元件不够,只要加上需 2 要的扩展单元即可, 扩充非常方便。 与相同功能的继电器系统相比, 具有很高的性能价格比。 (4)控制系统设计及施工的工作量少,维修方便 可编程序控制器的配线与其它控制系统的配线比较少得多, 故可以省下大量的配线, 减 少大量的安装接线时间,开关柜体积缩小,节省大量的费用。可编程序控制器有较强的带负 载能力、可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。一般可用接线端子连接外部接线。可编 程序控制器的故障率很低,且有完善的自诊断和显示功能,便于迅速地排除故障。 (5)可靠性高,抗干扰能力强 可编程序控制器是为现场工作设计的, 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施, 硬件措施 如屏蔽、滤波、电源调整与保护、隔离、后备电池等,例如,西门子公司 S7-200 系列 PLC 内部 EEPROM 中,储存用户原程序和预设值在一个较长时间段(190 小时) ,所有中间数据可 以通过一个超级电容器保持,如果选配电池模块,可以确保停电后中间数据能保存 200 天。 软件措施如故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟,加强对程序的检测和校验。从而提高了 系统抗干扰能力, 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,可编程序控制器已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 (6)体积小、重量轻、能耗低,是“机电一体化”特有的产品。 2、PLC 应用 目前, 可编程序控制器已经广泛地应用在各个工业部门。 随着其性能价格比的不断提高, 应用范围还在不断扩大,主要有以下几个方面: (1) 逻辑控制 可编程序控制器具有“与” 、 “或” 、 “非”等逻辑运算的能力,可以实现逻辑运算,用触 点和电路的串、并联,代替继电器进行组合逻辑控制,定时控制与顺序逻辑控制。数字量逻 辑控制可以用于单台设备,也可以用于自动生产线,其应用领域最为普及,包括微电子、家 电行业也有广泛的应用。 (2) 运动控制 可编程序控制器使用专用的运动控制模块, 或灵活运用指令, 使运动控制与顺序控制功 能有机地结合在一起。随着变频器、电动机起动器的普遍使用,可编程序控制器可以与变频 器结合,运动控制功能更为强大,并广泛地用于各种机械,如金属切削机床、装配机械、机 器人、电梯等场合。 (3) 过程控制 可编程序控制器可以接收温度、 压力、 流量等连续变化的模拟量, 通过模拟量 I/0 模块, 实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的 A/D 转换和 D/A 转换,并对被控模拟量实行 闭环 PID(比例-积分-微分)控制。现代的大中型可编程序控制器一般都有 PID 闭环控制功 能,此功能已经广泛地应用于工业生产、加热炉、锅炉等设备,以及轻工、化工、机械、冶 金、电力、仪器仪表专业课有哪些建材等行业。 (4) 数据处理 可编程序控制器具有数学运算、数据传送、转换、仪器仪表专业课有哪些排序和查表、位操作等功能,可以完 成数据的采集、分析和处理。这些数据可以是运算的中间参考值,也可以通过通信功能传送 到别的智能装置,或者将它们保存、打印。数据处理一般用于大型控制系统,如无人柔性制 3 造系统,也可以用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 (5) 构建网络控制 可编程序控制器的通信包括主机与远程 I/0 之间的通信、欧姆龙plc怎么强制输出 多台可编程序控制器之间的通 信、可编程序控制器和其他智能控制设备(如计算机、变频器)之间的通信。可编程序控制器 与其他智能控制设备一起,可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。 当然, 并非所有的可编程序控制器都具有上述功能, 用户应根据系统的需要选择可编程 序控制器,这样既能完成控制任务,又可节省资金。 (四)PLC 的基本结构 可编程序控制器简称为 PLC(Programmable Logic Controller)主要由 CPU 模块、输 入模块、输出模块和编程器组成。 (如下图一所示) 图一 PLC 控制系统示意图 可编程序控制器实际上是一种工业控制计算机,它的硬件结构与一般微机控制系统相 似,甚至与之无异。可编程序控制器主要由 CPU(中央处理单元) 、存储器(RAM 和 EPROM) 、 输入/输出模块(简称 I/O 模块) 、编程器和电源五大部分组成。 1、CPU 模块 CPU 模块又叫中央处理单元或控制器,它主要由微机处理器(CPU)和存储器组成。CPU 的作用类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作,每一次扫描要完成以下工作: (1)输入处理:将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存 器。 (2)程序执行:逐条读入和解释用户程序,产生相应的控制信号去控制有关的电路, 完成数据的存取、传送和处理工作,并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。 (3)输出处理:将输出映像寄存器的内容送给输出模块,去控制外部负载。 2、I/O 模块 I/O 模块是系统的眼、耳、手、脚,是联系外部现场和 CPU 模块的桥梁。输入模块用来 接收和采集输入信号。输入信号有两类:一类是从按钮、选择开关、数字开关、限位开关、siemensplc客服电话400 接收开关、关电开关、压力继电器等来的开关量输入信号;另一类是由电位器、热电偶、测 4 速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。 可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行 器,可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。 CPU 模块的工作电压一般是 5V,而可编程序控制器的输入/输出信号电压一般较高,如 直流 24V 和交流 220V。从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能损坏 CPU 模块中的元器件, 或使可编程序控制器不能正常工作, 所以 CPU 模块不能直接与外部输入/输出装置相连。 I/O 模块除了传递信号外,还有电平转换与噪声隔离的作用。 3、编程器 编程器除了用来输入和编辑程序外, 还可以用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各 种编程元件的工作状态。 编程器可以永久地连续在可编程序控制器上,将它取下来后可编程序控制器也可以运 行。 一般只在程序输入、 调试阶段和检修时使用, 一台编程器可供多台可编程序控制器公用。 4、开关量 I/O 模块 开关量模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。电压等级有直流 5V,12V,24V, 48V 和交流 110V,220V 等。输入输出电压的允许范围很宽,如某交流 220V 输入模块的允许 低电压为 0~70V,高电压为 70~256V,频率为 47~63HZ。 各 I/O 点的通/断状态用发光二极管或其它元件显示在面板上,外部 I/O 接线一般接在 模块的接线端子上, 某些模块使用可拆除的插座型端子板, 在不拆去端子的外部连线的情况 下,可以迅速地更换模。开关量 I/O 模块可能 4,8,16,32,64 点。 图二 直流输入电路 二、三相异步电动机控制设计 为了使电动机能够正转和反转,可采用两只接触器 KM1、KM2 换接电动机三相电源的相 序,但两个接触器不能吸合,如果同时吸合将造成电源的短路事故,为了防止这种事故,在 电路中应采取可靠的互锁, 上图为采用按钮和接触器双重互锁的电动机正、 反两方向运行的 控制电路。 (一)电动机可逆运行控制电路 5 图三 电动机可逆运行控制电路 线、合上空气开关 QF 接通三相电源 2、按下正向启动按钮 SB3,KM1 通电吸合并自锁,主触头闭合接通电动机,电动机这时 的相序是 L1、L2、L3,即正向运行。 (2) 反向启动: 1、合上空气开关 QF 接通三相电源 2、按下反向启动按钮 SB2,KM2 通电吸合并通过辅助触点自锁,常开主触头闭合换接了 电动机三相的电源相序,这时电动机的相序是 L3、L2、L1,即反向运行。 (3)互锁环节:具有禁止功能在线路中起安全保护作用。 1、接触器互锁:KM1 线 的常闭辅助触点,KM2 线 的常闭 触点。当正转接触器 KM1 线 的辅助常闭触点断开了 KM2 线 得电吸合,必须先使 KM2 断电释放,其辅助常闭触头复位,这就防止了 KM1、KM2 同时 吸合造成相间短路,这一线路环节称为互锁环节。 2、按钮互锁:在电路中采用了控制按钮操作的正反传控制电路,按钮 SB2、SB3 都具有 一对常开触点,一对常闭触点,这两个触点分别与 KM1、仪器仪表专业课有哪些KM2 线圈回路连接。例如按钮 SB2 的常开触点与接触器 KM2 线圈串联, 而常闭触点与接触器 KM1 线圈回路串联。 按钮 SB3 的常 开触点与接触器 KM1 线圈串联, 而常闭触点压 KM2 线圈回路串联。 这样当按下 SB2 时只能有 接触器 KM2 的线 时只能有接触器 KM1 的线 断电,如果同时按下 SB2 和 SB3 则两只接触器线圈都不能通电。这样就起到了互锁的作 用。 (4)电动机的过载保护由热继电器 FR 完成。 6 图四 电动机可逆运行控制电路的调试 1、检查主回路路的接线是否正确,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。 2、检查接线无误后,通电试验,通电试验时为防止意外,应先将电动机的接线、不启动;原因之一,检查控制保险 FU 是否断路,热继电器 FR 接点是否用错或接触 不良,SB1 按钮的常闭接点是否不良。原因之二按纽互锁的接线、起动时接触器“叭哒”就不吸了;这是因为接触器的常闭接点互锁接线有错,将互 锁接点接成了自己锁自己了, 起动时常闭接点是通的接触器线圈的电吸合, 接触器吸合后常 闭接点又断开,接触器线圈又断电释放,释放常闭接点又接通接触器又吸合,接点又断开, 所以会出现“叭哒”接触器不吸合的现象。 3、不能够自锁一抬手接触器就断开,这是因为自锁接点接线有误。 (二)启动时就星型接法 30 秒后转为三角形运行直到停止 1.用 PLC 实现 Y-△起动的可逆运行电动机控制电路。如图 1 所示,其控制要求如下: (1)按下正转按钮 SB1,电动机以 Y-△方式正向起动,Y 形联结运行 30s 后转换为△ 形运行。按下停止按钮 SB3,电动机停止运行。 (2)按下反转按钮 SB2,电动机以 Y-△方式反向起动,Y 形联结运行 30s 后转换为△ 形运行。按下停止按钮 SB3,电动机停止运行。 7 L1 L2 L3 KM1 Y0 KM2 Y1 KH KM4 Y3 M1 3~ KM3 Y2 图五 Y-△起动的可逆运行电动机控制电路 试列出 I/O 分配表、编写梯形图并上机运行调试。 2.用 PLC 实现电动机反接制动控制电路。如图六所示,其工作原理如下: (1)按下正向起动按钮 SB2,运行过程如下:中间继电器 KA1 线 常开触点 闭合并自锁,同时正向接触器 KM1 得电,主触点闭合,电动机正向起动;在刚起动时未达到 速度继电器 KV 的动作转速,常开触点 KS-Z 未闭合,中间继电器 KA3 断电,KM3 也处于断电 状态,因而电阻 R 串在电路中限制起动电流;当转速升高后,速度继电器动作,常开触点 KS-Z 未闭合,KM3 线圈得电,其主触点短接电阻 R,电动机起动结束。 (2)按下停止按钮 SB1,运行过程如下:中间继电器 KA1 线 常开触点断开 接触器 KM3 线圈电路,电阻 R 再次串在电动机定子电路限制电流;同时,KM1 线圈失电,切 断电动机三相电源;此时电动机转速仍然较高,常开触点 KS-Z 仍闭合,中间继电器 KA3 线 圈也还处于得电状态, 在 KM1 线圈失电的同时又使得 KM2 线圈得电, 主触点将电动机电源反 接,电动机反接制动,定子电路一直串联有电阻 R 以限制制动电流;当转速接近零时,速度 继电器常开触点 KS-Z 断开,KA3 和 KM2 线圈失电,制动过程结束,电动机停转。 (3)按下反向起动按钮 SB3,运行过程如下:如果正处于正向运行状态,反向按钮 SB3 同时切断 KA1 和 KM1 线圈;然后中间继电器 KA2 线 常开触点闭合并实现自锁, 同时正向接触器 KM2 得电,主触点闭合,电动机反向起动;由于原来电动机处于正向运行,欧姆龙plc怎么强制输出 所以首先制动。 制动结束后, 反向速度在未达到速度继电器 KV 的动作转速时, 常开触点 KS-F 未闭合,中间继电器 KA4 断电,KM3 也处于断电状态,因而电阻 R 仍串在电路中限制起动电 流;当反向转速升高后,速度继电器动作,常开触点 KS-F 闭合,KM3 线圈得电,其主触点 短接电阻 R,电动机反向起动结束。反向制动过程与正向制动过程类似。 8 L1 L2 L3 QS FU2 FR FU1 SB1 KM1 KM2 SB2 KA1 KA1 KA4 SB3 KA2 KA2 KA3 KS-F KA1 KA2 n KS-Z KM1 KA3 KM2 KA4 KA3 KA4 KM3 R SB3 SB2 FR KA2 KM2 KA1 KM1 M1 3~ KA1 KM1 KA2 KM2 KA3 n KA4 KM3 图六 反接制动控制电路 (4).用 PLC 实现图七所示的三相绕线感应电动机串电阻继电器接触器控制电路。试列 出 I/O 分配表、编写梯形图并上机运行调试。 L1 L2 L3 QS FU2 FR FU1 SB1 KM KM SB2 KT1 KM1 KT2 KT3 KM3 FR M 3~ KM3 R3 R3 R3 KM2 R2 R2 R2 KM1 R1 R1 R1 KM KT1 KM3 KM KM2 KM1 KM2 KM1 KT2 KM2 KT3 KM3 (a)主电路 (b)控制电路 图七 三相绕线感应电动机串电阻起动电路 (a)主电路(b)控制电路 (三)三相异步电动机正反转 PLC 控制的梯形图、指令表 三相异步电动机正反转 PLC 控制 I/O 端口分配表 9 输入电器 停止按钮 SB1 正转按钮 SB2 反转按钮 SB3 热继电器触点 FR1 热继电器触点 FR2 输入点 X1 X2 X3 X0 X4 输出电器 24V 正转接触器 KA1 24V 反转接触器 KA2 380V 正转接触器 KM1 380V 反转接触器 KM2 输出点 Y1 Y2 三相异步电动机正反转 PLC 控制的梯形图、指令表 10 图八 三相异步电动机正反转 PLC 控制 致 谢 毕业设计能顺利完成, 是因为在设计当中我得到了许多人的帮助。 我的毕业设计终于完 成了。虽然中间有着不完美,但却是我自己不断地查阅资料、思考和动手的结果。siemensplc客服电话400经过几个 月的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个专科生的毕业设计,由于经验的匮 乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及一起工作的同学们的支 持,想要完成这个设计是难以想象的。首先非常感谢我的指导老师刘碧波导师。从课题的选 取、研究、到总体设计的结束。她都帮助我解决了不少困难。为了我们的毕业设计,她到处 给我们找资料,鼓气。其次,欧姆龙plc怎么强制输出要感谢其他的每一位任课老师的指导和建议,在我们本次设计 中,你们勤奋工作,为我们克服了许多我们曾经碰到的困难来帮助我们完成此次毕业设计, 给了我很大的帮助。如果没有你们的帮助,这次设计的完成将变得更加困难。最后,要感谢 我的父亲母亲。他们一直是我的坚强后盾,无论何时何地,都有亲切的鼓励与温暖的关心, 让我在任何时候都不放弃希望,坚强前行! 11 参 考 文 献 [1]PLC 应用技术》. 北京:高等教育出版社 ,2003 [2]《电工技术》. 湖北: 华中科技大学出版社 ,2003 [3]《电器控制系统与可编程控制器》. 北京:机械工业出版社 ,2007 [4]《电力拖动》. 2001 年第 30 卷第一期 12

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