plc在三相异步电机控制中的应用毕业设计论文完整版设计论文.doc
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1、 河北化工医药职业技术学院毕业论文 (此文档为word格式,下载后您可任意编辑修改!)第1章 绪论三相异步电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域,在这些应用领域中,三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下,导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说,一旦发生故障所造成的损失无法估量。在生产过程,科学研究和其他产业领域中,电气控制技术应用十分广泛。在机械设备的控制中,电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。本系统的控制是采用PLC的编程语言梯形语言,梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言,因为它在继电器的基础上加进了许多
2、功能,使用灵活的指令,使逻辑关系清晰直观,编程容易,可读性强,所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。可编程控制器使一种数字运算操作的电子系统,它是专为在恶劣工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制,定时、计数和算术等操作的指令,并采用数字式、模拟式的输入和输出,控制各种的机械或生产过程。可编程序控制器(PLC, ProgrammableLogicController)是采用微电脑技术制造的自动控制设备。他以顺序控制为主,回路调节为辅,能完成逻辑判断、定时、记忆和算术运算等功能。随着PLC技术的发展,其功能越来越多,集成度越来越高,网络功能越来越强
3、,PLC与上位PC机联网形成的PLC及其网络技术广泛地应用到工业自动化控制之中,PLC集三电与一体,具有良好的控制精度和高可靠性,使得PLC成为现代工业自动化的支柱。PLC的生产厂家和型号、种类繁多,不同型号自成体系有不同的程序语言和使用方法,本文拟就用日本立石公司生产的OMRONC20p型PLC,设计几个PLC在相异步电机控制中的应用,与传统的继电器控制相比,具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点,可作为高校学生学习PLC的控制技术的参考,也可作为工业电机的自动控制电路。第2章 设备规范及简要特性2.1 概况三相异步电机(Triple-phase asynchronous motor)是靠
4、同时接入380V三相交流电源(相位差120度)供电的一类电动机,由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转,存在转差率,所以叫三相异步电机锅炉参数和主要技术数据 。与单相异步电动机相比,三相异步电动机运行性能好,并可节省各种材料。按转子结构的不同,三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜,得到了广泛的应用,其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。随着PLC成本的降低和应用日益广泛,三相异步电动
5、机的常规控制应用PLC技术越来越成为现实。三相异步电动机根据工作要求不同,主要进行降压启动、正反转、自动循环、制动、变速等不同控制,该设计要求把对电动机的上述控制采用PLC控制来实现,使系统的性能更完善,PLC是用来取代传统的继电器控制的,与之相比,PLC在性能上比继电器控制逻辑优异,特别是可靠性高、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。作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速,转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流,并与磁场相互作用产生电磁转矩,实现能量变换。与单相异步电动机相比,三相异步电动机运行性能好,并可节省各种材料。
6、按转子结构的不同,三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜,得到了广泛的应用,其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。2.2 PLC简述2.2.1 PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑
7、控制。随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC。PLC自1966年出现,美国,日本,德国的可编程控制器质量优良,功能强大。 2.2.2 PLC的基本结构PLC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: 1. 电源 PLC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、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此PLC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%
8、)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 2. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC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PLC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
9、此循环运行,直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC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。 3. 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。 4. 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PLC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PLC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。 5. 功能模块 如计数、定位等功能模块 6. 通信模块
10、 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等2.2.3 PLC机型的选择1. PLC的容量应为多大?2. 选择什么公司的PLC及外设?目前各个厂家生产的PLC其品种、规格及功能都各不相同。由于本设计的需要我选择了日本松下电工公司的FP系列PLC,即FP0,FP0是超小型PLC、之所以选择这款PLC,是因为其产品有以下三个特点:(1)丰富的指令系统,有将近200条指令。(2)有强大通信功能。(3)CPU处理速度快。2.3 三相异步电机的结构简述 2.3.1 定子(静止部分)1. 定子铁心作用:电机磁路的一部分,并在其上放置定子绕组。 构造:定子铁心一般由0.350.5毫米厚表面具有绝
11、缘层的硅钢片冲制、叠压而成,在铁心的内圆冲有均匀分布的槽,用以嵌放定子绕组。 定子铁心槽型有以下几种: 半闭口型槽:电动机的效率和功率因数较高,但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。 半开口型槽:可嵌放成型绕组,一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。 开口型槽:用以嵌放成型绕组,绝缘方法方便,主要用在高压电机中。 2. 定子绕组作用:是电动机的电路部分,通入三相交流电,产生旋转磁场。 构造:由三个在空间互隔120电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成,这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。 定子绕组的主要绝缘项目有以下三种:(
12、保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘)。 (1)对地绝缘:定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。 (2)相间绝缘:各相定子绕组间的绝缘。 (3)匝间绝缘:每相定子绕组各线匝间的绝缘。电动机接线盒内的接线: 电动机接线盒内都有一块接线板,三相绕组的六个线头排成上下两排,并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1(U1)、2(V1)、3(W1),下排三个接线桩自左至右排列的编号为6(W2)、4(U2)、5(V2),.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。 3. 机座作用:固定定子铁心与前后端盖以支撑转子,并起防护、散热等作用。 构造:机座通常为铸
13、铁件,大型异步电动机机座一般用钢板焊成,微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积,防护式电机的机座两端端盖开有通风孔,使电动机内外的空气可直接对流,以利于散热。 2.3.2 转子(旋转部分)1. 三相异步电动机的转子铁心:作用:作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。 构造:所用材料与定子一样,由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成,硅钢片外圆冲有均匀分布的孔,用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上,大、中型异步电动机(转子直径在300400毫米以上)的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上
14、。 2. 三相异步电动机的转子绕组作用:切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流,并形成电磁转矩而使电动机旋转。 构造:分为鼠笼式转子和绕线式转子。 鼠笼式转子:转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心,整个绕组的外形像一个鼠笼,故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组,对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。鼠笼转子分为:阻抗型转子、单鼠笼型转子、双鼠笼型转子、深槽式转子几种,起动转矩等特性各有不同。绕线式转子: 绕线式转子:绕线转子绕组与定子绕组相似,也是一个对称的三相绕组,一般接成星形,三个出线头接到转轴的三个集流环上,再通过电刷与外电路联接。 特
15、点:结构较复杂,故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件,用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能,故在要求一定范围内进行平滑调速的设备,如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。 2.3.3三相异步电动机的其它附件1. 端盖:支撑作用。 2. 轴承:连接转动部分与不动部分。 3. 轴承端盖:保护轴承。 4. 风扇:冷却电动机。 第3章 PLC在电机控制中的应用3.1 控制方面1. 控制方案设计。根据电动机在实际工作时的常见控制要求,设计出23套控制方案。2. 硬件设计。对控制系统所需标准件进行选型和非标件设计。3. 控制程序设计。(1)三相异
16、步电机的正反转控制要求当按下正转按钮,电机连续正转,此时反转按钮不起作用(互锁),按下停止 按钮电机断开电源,按下反转按钮电机连续反转,正转不起作用。图3.1所示为三相异步电机的正反转控制原理图及指令、梯形图。图3.1 三相异步电机的正反转控制原理图及指令、梯形图(2)三相异步电机Y启动 要求起动时电机接成Y型,经过一段时间自动转化为形运行,要求Y形断开后形才能启动,防止Y形未断形启动造成电源短路。图3.2所示是三相异步电机Y启动控制原理图及指令、梯形图。图3.2 三相异步电机Y启动控制原理图及指令、梯形图(3)三相异步电机时间控制要求第1台电动机M1启动5s后,第2台电动机M2自动启动,只有
17、当第2台M2停止后,经过5s延时,M1自动停止。图3.3所示是三相异步电机时间控制原理图及指令、梯形图。图3.3 三相异步电机时间控制原理图及指令、梯形图(4)程序的写入与运行将PLC联上编程器并接通电源后,PLC电源指示灯亮,将编程器开关打到“PROGRAM”位置,这时PLC处于编程状态。编程器显示PASSWORD!这时依次按Clr键和Montr键,直至屏幕显示地址号0000,这时即可输入程序。在输入程序前,需清除存储器中内容,依次按Clr、Play/Set,Not,Rec/Reset和Montr键,即将全部程序清除。按照以上3种控制的梯形图或程序指令将3种控制程序写入PLC,当上述3部分程
18、序输入到PLC机中后,用上下方向键读出所写程序,如程序有错,可用插入指令和删除指令修改程序。程序输入正确后,分别按图3.1连接PLC外部接线及主回路线路实现电机正反转控制,按图3.2连接线路实现电机Y启动,按图3.3连接线路实现电机的时间控制。 此设计可以一次性把3种控制电路的序全部输入,同时控制3种电路,运行时,按下SBF,SBR电机正反转启动,按下SB1,SB2控制电机Y启动,按下SB3,SB4电机顺序启动,互不干扰,事半功倍,实现了一台PLC同时控制多种电路形式。3.2 技术指标1. 标准件的选型符合国标(1)编程简单,可在现场修改和调试程序。(2)维护方便,采用插入式模块结构。(3)可
19、靠性高于继电器控制系统。(4)体积小于继电器控制柜。(5)能与管理中心计算机系统进行通信。(6)成本可与继电器控制系统相竞争。(7)输入量是115V交流电压。(8)输入量为115V交流电压,输出电流在2A以上,能直接驱动电磁阀。(9)系统扩展时,原系统只需做很小的改动。(10)用户程序存储器容量至少4KB。2. 程序调试正确设计工作完毕后,要进行样机或产品的电气控制柜安装施工,按照电气接线图完成电气控制柜的安装及外部接线。外部电气接线图所示,连接配电盘底板和控制面板的导线,采用蛇形塑料软管或包塑金属软管保护,控制柜与电源、电机间多用电缆线连接。完成电气控制柜的安装及接线后,经检查无误且连接可靠
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