plc电动机控制.docx

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plc电动机控制

PLC课程设计

姓

名：

王正

学

号：

04

专业班级：

自动化1421

指导老师：

于水王宏宇

时

间：

2015.12.14〜12.20

地

占：

八、、•

仪表楼403

成

绩：

.、八、-

刖言

1可编程序控制器（PLC

1.1PLC编程控制器概述2

1.1.1PLC的分类3

1.1.2PLC的发展3

1.1.3PLC的基本结构4

1.2可编程序控制器的工作原理和特点

1.2.1PLC工作原理7

1.2.2PLC的特点8

2PLC控制电动机启停

2.1.1控制要求9

2.1.2PLC的选择9

2.1.3PLC的工作流程10

2.1.4主站PLC的i/o分配表10

2.1.5从站PLC的i/O分配表11

2.1.6主站和从站的i/o的接线图11

2.1.7从站PLC的通信数据12

2.1.8主站PLC的梯形图13

总结14

致谢15

参考文献16

、八、亠

刖言

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。

本设计的控制是采用PLC的编程语言一一梯形语言，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。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工作环境下应用而设计。

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。

PLC在三相异步电动机控制中的应用，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、功能完善等优点。

长期以来，PLC始终处于工业

自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。

它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需求。

1可编程序控制器PLC

概述：

可编程序控制器（ProgrammableLogicController简称PLC是一种

专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综

合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设。

1.1.1PLC的分类及应用

小型PLC自动化系统包含有可支持机器控制的可编程控制器和支持与主机系统灵活信息交换的网络/软件产品。

例如：

CPM1A用于小型设备、小点数配电箱的省空间化经济型微型PLC

的标准机型，小型机种

CPM2A高速计数器能方便地测量高速运动的加工件-同步脉冲控

制提供方便的脉冲比例调整等。

中型PLC自动化系统包含有可支持机器控制的可编程控制器和支持与主机系统灵活信息交换的网络/软件产品。

例如：

CQM1输入范围：

电压-10-10V，0-10V,1-5V电流

4-20mACJ1超小尺寸，低电流消耗

大型PLC自动化系统包含有可支持机器控制的可编程控制器和支持与

主机系统灵活信息交换的网络/软件产品。

例如：

CV系列采用SFC（顺序功能图）语言，程序结构化，

易编、易读、易调试-咼功能通信网络；

CVM1采用SFC（顺序功能图）语言，程序结构化，易编、易读、易调试-高功能通信网；

CVM1DSYSMACJNK系统是高速地进行PC与FA计算机、PC与

PC间大容量数据链接；

PLC的应用是基于其以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列优点，因而在制造、冶金、能源、交通、化工、电力等领域有着广泛的应用，成为现代工业控制的支柱之一。

根据这些特点，可将其应用形式归纳为以下几种：

开关量逻辑控制、模拟量控制、过程控制、定时和计数控制、顺序控制；、数据处理、通信和联网。

现代PLC的发展有两个主要趋势：

其一是向体积更小、速度更快、

功能更强和价格更低的微小型方面发展，即现今开始发展的嵌入式PLC

控制方式；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。

1、大型网络化主要是朝DCS方向发展，使其具有DCS系统的一些

功能。

网络化和通信能力强是PLC发展的一个重要方面，向下可将多个PLCI/O框架相连；向上与工业计算机、以太网、MAF网等相连构成整

个工厂的自动化控制系统。

2、多功能随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制等模

块的出现，使PLC控制领域更加宽广。

如研制出了多回路闭环控制模块、步进电机控制模块、仿真模块和通信处理模块等。

并为用户提供了方便的人机界面，用户程序多级口令保护，极强的计算性能，完善的指令集，通过工业现场总线PROFIBU以

及以太网联网的网络能力，强劲的内部集成功能，全面的故障诊断功能；模块式结构可用于各处性能的扩展，脉冲输出晶闸管步进电机和直流电机；快速的指令处理大大缩短了循环周期，并采用了高速计数器，高速中断处理可以分别响应过程事件，大幅度降低了成本。

3、高可靠性由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司已将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出

了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

PLC即使在恶劣、不稳定的工作环境下，坚固、全密封的模板依然可正常工作，在操作运行过程中模板还可热插拔。

1.1.2PLC的发展

工业控制计算机（简称工控机）是以计算机技术为基础的新型工业控制装置，目前已成为工业控制的标准设备，被广泛地应用于各行各业，工控机是实现生产自动化的最佳配套产品，而工业可编程序控制器（PLC）则在工控领域中占有主要的地位。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

PLC的定义有许多种。

国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：

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。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

我国的PLC生产目前也有一定的发展，小型PLC已批量生产；中型PLC已有产品；大型PLC已开始研制。

国内PLC形成产品化的生产企业约30多家，国内产品市场占有率不超过10%主要生产单位有：

苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。

国内产品在价格上占有明显的优势。

随着微处理器、网络通信、人一机界面技术的迅速发展，工业自动化技术日新月异，各种产品竞争激烈，新产品不断涌现。

PLC也由最初的只能处

理开关量而发展到可以处理模拟量和数据，加之与DCSPID调节器、工业PC

等技术相结合，使之不再是一种简单的控制设备，而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。

PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的

PLC的基本结构

可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这

个变换与以物理实现。

输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个

基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，从结构上，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置PLC的基本结构如下图

所示：

1.2可编程序控制器的工作原理和特点

1.2.1PLC的工作原理

由于PLC以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。

微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方，若有键按下或有I/O变化，则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待。

PLC则是采用循环扫描的工作方式。

对每个程序，CPL从第一条指令开

始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，女口此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。

扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：

一是CPL执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。

一个扫描周期主要可分为3个阶段。

1•输入刷新阶段

在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。

完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。

在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。

2•程序执行阶段

在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。

当

最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。

3.输出刷新阶段

当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。

由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作

周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。

由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为I/O刷新阶段。

实际上，除了执行程序和I/O刷新外，PLC还要进行各种错误检测（自诊断功能）并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”，一般在程序执行之后进行。

综上述，PLC的扫描工作过程如图1—4所示。

显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。

扫描周期越长，响应速度越慢。

由于每个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。

但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。

这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。

但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般PLC都会采取高速模块。

1.2.2PLC的特点

1.逻辑控制PLC具有逻辑运算功能，能够进行与、或、非等逻辑运算，可以代替继电器进行开关量控制，故它可替代继电器进行开关量控制。

2.定时控制为满足生产控制工艺对时间的要求，PLC—般提供时间继电

器，如FX1S提供T0-T63共64个计时器。

并且计时时间常数在范围内用户编写程序时自己设定：

接通延时、关断延时和定时脉冲等方式。

并且在PLC运行

中也可以读出、修改，使用方便。

3.计数控制为满足计数的需要，不同的PLC提供不同数量、不同类型的计数器。

如FX1S提供16位增量计数C0-C15（—般用）、C16-C31（保持用），32位高速可逆计数器C235-C245（单相单输入）、C246-C250（单相双输入）、C251-C255（双相双输入）共26个定时器。

用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测，且在PLC运行中也可以读出、修改，使用方

便

4.步进顺序控制步进顺序控制是pic最基本的控制方式。

是为有

时间或运行顺序的生产过程专门设置的指令，在前道工序完成之后，就

转入下一道工序，使一台PLC可作为多部步进控制器使用。

5.对控制系统的监控PLC具有较强的监控能力，操作人员可以根据PLC的监控信息，通过监控命令，可以监视系统的运行状态，从而改变对异常值的设定。

6.数据处理PLC具有较强的数据处理能力，随着PLC的发展，已经能对大量的数据进行快速处理。

如数据采集、存储与处理功能。

7.通信和联网现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。

通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。

在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。

通常所说的SCADA系统，

现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。

8.输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对

模拟量的控制和调节。

位数和精度可以根据用户要求选择。

具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。

9.人机界面功能提供操作者以监视机器、过程工作必需的信息。

允许

操作者和PLC系统与其应用程序相互作用，以便作出决策和调整。

实现人机界面功能的手段：

从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的CRT显示与键盘操作

和用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。

可编程序控制器是属于存储程序控制的一种装置，其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的，若要对控制功能作修改，在很大程度上只须改变软件指令即可，使得硬件软件化。

因此它在工业控制中的地位越来越高，占有极其重要的地位，最重要的原因是它具有如下独特的特点：

1.可靠性高PLC是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中采取了多层次抗干扰、精选元件的措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工

作，运行的稳定性和可靠性较高。

PLC是以集成电路为基本单元的电子设备，内部处理不依赖于接点，元件的寿命长，平均无故障工作时间高。

2.编程简单易学PLC的最大特点之一，就是采用易学易懂的梯形图语言，它是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型，形成一套独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编程语言。

方便电气人员在了解PLC工作原理和它的编程技术后，就可迅速地结合实际需要进行应用设计，进而将PLC用于实际控制系统中。

3•通用性强，使用方便由于PLC自身硬件特点，用户在进行控制系统

的设计时，不需要自己设计和制作硬件装置，只需要根据控制要求进行模块的配置；用户所作的工作只是设计满足控制对象的控制要求的应用程序。

对于一个控制系统，当控制要求改变时，只需修改程序，就能变更控制功能；与外围设备的连接方便，通讯协议标准。

4•系统设计周期短由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的控制要

求配置适当的模块，而不要设计具体的接口电路，同时软件设计和外围电路设

计可以同时进行，这样大大缩短了整个系统设计的时间，加快了系统的设计周期。

5•对生产工艺改变适应性强其控制功能是通过软件编程来实现的，当

生产工艺改变时，在很大程度上只需改变用户程序，这对现代化的小批量、多

品种产品的生产尤其适合；现今pic已经朝着嵌入式系统发展，将进入日常生活中。

6•安装简单、调试方便、维护工作量小PLC控制系统的安装接线工作量

比继电器控制系统少得多，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O口相连。

PLC软件设计和调试大部分可以在实验室模拟进行，模拟调试好后再将PLC控制系统进行现场联机调试，方便省时。

其本身可靠性高，有完善的自诊断能力和系统监控能力，方便迅速故障查明和排除，维护的工作效率高。

7•适应工业环境：

PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等

恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。

这是PLC产品的市场生存

价值。

2PLC控制电动机启动

2.1.1控制要求

有四台电动机MlM2M3M4当按下启动按钮SB1时，电机M1启动，1秒钟后，电机M2启动，再过1秒钟后，电机M3启动。

前三台电动机都启动完毕后最大的电动机M4启动。

该功能由两台PLC来实现。

电机M1、M2M3有上位机控制，而电机M4由下位机控制。

因为电机M4容量较大，不能直接启动，故电机M4采用星-角降压启动的方式。

在启动时，定子绕组先接成星形，当转速上升到额定转速（此过程大约需要3秒钟）时，将定子绕组接线方式由星形改为三角形，使电动机M4进入全压正常运行。

当按下停止按钮SB2时，由下位机控制的电机M4先停，1秒钟后，由上位机控制的电机M3再停，再隔1秒钟电机M2停，最后，电机M1停。

在此基础上，我们还安排了急停按钮。

即当按下急停按钮SB3时，所有的电机均停止。

这样，我们就完成了由2台PLC控制4台电动机顺序启动逆序停止的设计要求。

2.1.2PLC的选择

本课程设计选用西门子S7-200系列的CPU226乍为主站PLC选用CPU224乍为从站PLC，通过PPI协议进行主从协议通信。

2.1.3PLC的工作流程

当PLC进入运行状态后，PLC依次完成以下三个工作任务。

1输入采样：

PLC读取输入接点的状态，并将它们存放在映像寄存器中。

2执行用户程序：

PLC根据本次采样的输入数据和前面得到的运算结果，按照用户程序的顺序逐行逐句的执行用户程序。

执行的结果存储在相应元件的映像寄存器中。

3输出刷新：

PLC将本次执行用户程序得到的输出结果一次性地从映像寄存器区送到各个输出口，对输出状进行刷新。

PLC的通信简介

PPI协议是S7-200系列PLC最基本的通信方式，通过自身的端口（PORT（或

P0RT1就可以实现通信。

PPI是一种主从协议通信，主从站在一个令牌环境网中，主站发送要求到从站设备，从站设备响应，从站不发送信息主站靠一个PPI

协议管理的共享链接来与从站通信。

PPI不限制与任意一个从站通信的主站数量但在一个网络中，主站的个数不能超过32个。

2.1.4主站PLC的i/o分配表

输入

I0.0

I0.1

I0.2

停车

启动

急停

输出

Q0.0

Q0.1

Q0.2

KM1

KM2

KM3

2.1.5从站PLC的i/o分配表

输入

I0.0

I0.1

I0.2

启动

停车

急停

输出

Q0.0

Q0.1

Q0.2

KM1

KM2

KM3

2.1.6主站和从站的i/o的接线图

2.1.7从站PLC的通信数据

序号

数据含义

接收发送地址

1

启动

V1000.0

2

停车

V1000.1

3

急停

V1000.2

4

主站电机启动完毕信号

V1000.4

2.1.8主站PLC的梯形图

PLC梯形图

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总结

学习PLC我总结有以下几个方面：

1,认识梯形图和继电器控制原理图符号的区别：

继电器控制原理图中的元件

符号,有常开触点，常闭触点和线圈，为了区别它们，在有关符号边上标注

如KM,KA,KT等以示不同的器件，但其触头的数量是受到限制.而PLC梯形图中,也有常开,常闭触点,在其边上同样可标注X,Y,M,S,T,C以示不同的软

器件.它最大的优点是：

同一标记的触点在不同的梯级中，可以反复的出现.而继电器则无法达到这一目的.而线圈的使用是相同的，即不同的线圈只能出现一次•

2,编程元件的分类：

编程元件分为八大类,X为输入继电器,Y为输出继电

器,M为辅助继电器,S为状态继电器,T为定时器,C为计数器,D为数据寄存器和指针（P,I,N）.关于各类元件的功用，各种版本的PLC书籍均有

介绍,故在此不介绍，但一定要清楚各类元件的功能.编程元件的指令由二部分组成:

如LD（功能含意）X000（元件地址）,

即LDX000,LDIY000.......

3,熟识PLC基本指令：

⑴LD（取）,LDI取反）,OUT（输出）指

令;LD（取）,LDI（取反）以电工的说法前者是常开,后者为常闭.这二条指令最常用于每条电路的第一个触点（即左母线第一个触点）,当然它也可能在电路块与其它并联中的第一个触点中出现.。

致谢

在学习中，王宏宇和于水老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。

这两年中还得到众多老师的关心支持和帮助。

在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！

另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成一个PLC课程设计,

并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在这学期快要结束的时候，能够将学到的知识应用到实践中，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。

感谢所有任课老师和所有同学在这两年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。

正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意。

在这次课程设计的撰写中，我得到了许多人的帮助。

首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次设计的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。

在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。

最后再一次感谢所有在设计中帮助过我的良师益友和同学

参考文献

[1]薛士龙•电气控制和可编程控制器[M],北京：

电子工业出版社，2010.

[2]周军.电气控制及PLC[M],北京:

机械工业出版社,2001.

[3]史国生.电气控制和可编程控制器技术[M],北京：

化学工业出版社,2005.