PLC电动机制动控制系统设计与调试.docx

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PLC电动机制动控制系统设计与调试

结合AutomationStudio的PLC电动机制动控制系统设计与调试

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

一、主要内容

1.熟悉题目、收集资料，充分了解技术要求，明确设计任务；

2.总体设计。

正确选定设计方案，画出系统总体结构框图；

3.硬件设计。

选择电器元器件，确定电器元器件明细表。

用CAD画出电气原理图，并作简要分析；

4.软件设计。

根据控制要求确定I/O分配表，画出系统工作流程图，设计程序及编写程序说明，给出编程原件明细表等；

5.系统调试；

6.整理编写课程设计说明书。

二、课题要求

1.控制要求

三相笼型异步电动机具有反接制动电阻的可逆运行反接制动控制。

2.设计要求

1）控制系统采用PLC来实现；

2）提供短路、过载、联锁等保护措施；

3）具有紧急停车功能；

三、基本要求

1．根据题意,用CAD画出电气原理图和PLC端子接线图。

设计要合理，画图要规范标准。

2．完成程序的编写工作,并利用模拟器和实验室设备完成调试工作。

3.完成课程设计说明书一份，阐明设计任务与依据，设计原则、方法、设计方案与成果，并力求论证充分、简明通顺、条理清晰、逻辑性强。

1课题介绍

1.1题目

基于PLC的电动机制动控制系统设计与调试

1.2背景介绍

可编程序控制器简称PLC，是近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置，它已成功地应用于工业中几乎所有领域，能完成从重复开关控制单一机器到复杂的制造加工控制的许多控制任务。

应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

如：

冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。

三相异步电动机从切除电源到完全停止旋转，由于惯性的作用，总要经过一段时间，这往往不能适应某些机械工艺的要求。

如万能铣床、卧床铣床和组合机床等。

无论是从提高生产效率，还是从安全及准确定位等方面考虑，都要求能迅速停车，因此要求对电动机进行制动控制。

制动控制方法一般有两大类：

机械制动和电气制动。

机械制动使用机械装置来强迫电动机迅速停车；制动实质上是当电动机停车时，给电动机加上一个与原来旋转方向相反的制动转矩，迫使电动机转速迅速下降。

与传统的控制相比，继电器控制系统虽然有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，是设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短、系统可靠性差。

可编程序逻辑控制器（PLC，ProgrammableLogicController），简称PLC，PLC的梯形图与传统的电气原理图非常相似，主要原因是PLC梯形图大致上沿用了继电器控制的电路元件符号和术语，仅有个别之处有些不同。

同时，信号的输入/输出形式及控制功能基本也是相同的；但PLC的控制与继电器的控制又有根本不同之处，主要表现在一下几个方面：

1）控制逻辑：

继电器控制采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间及电器等组合程控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。

另外，继电器触点数目有限，每个只有4~8对触点，因此灵活性和扩展性很差。

而PLC采用存储器逻辑，起控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，故称做“软接线”，因此灵活性和可扩展性很好。

2）工作方式：

电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合它属于并行工作方式。

而PLC的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，各种逻辑、数值输出的结果都是按照在程序中的前后顺序计算得出的，所以它属于串行工作方式。

3）可靠性和可维护性：

继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。

触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。

而PLC采用微电子技术，大量的开关动作有无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。

PLC还配有自检和监督功能，能检查出自身故障，并随时显示给操作人员；还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

4）控制速度：

继电气控制逻辑依靠触电的机械动作实现控制工作频率低，触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。

另外，机械触点还会出现抖动问题；而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于悟出点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微妙数量级，且不会出现抖动。

5）定时控制：

继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。

一般来说，时间继电器存在定时精度不高，定时范围窄，且易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。

PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体整荡器产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围最小可为0.001s，最长几乎没有限制，用户可根据需要在程序中设置定时值，然后由软元件来控制定时时间。

6）设计和施工：

使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。

工程越大，这一点就越突出。

而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。

从以上几个方面比较可知，PLC在性能上比继电气控制逻辑优异，特别是可靠性高、通用性强、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。

但在很小的系统中使用时，价格要高于继电气系统。

2总体方案设计

2.1设计目的

1）学会用PLC控制主电路实现电动机正反转，达到综合应用PLC的目的；

2）学会用CAD制图；

3）学会用PLCS7-200编程软件，通过编写的程序，完成对主电路的控制；

4）学会整理并制作课程设计报告，为毕业设计报告做准备。

2.2控制要求

三相笼型异步电动机具有反接制动电阻的可逆运行反接制动控制。

2.3设计要求

1）控制系统采用PLC来实现；

2）提供短路、过载、联锁等保护措施；

3）具有紧急停车功能。

3硬件设计

3.1硬件方案框图

如图3-1所示，系统通过S7-200可控制器及按钮来实现对电动机的控制，同时通过人机界面来进行监视与调节，从而达到电动机可靠、安全、稳定的运行。

图3-1系统硬件方框图

3.2硬件选型

表3-1系统元器件表

器件名称

符号名称

参数

电动机

MA

P=0.55KW，U=380V

按钮

BF（正转启动，绿色）

U=400V

BB（反转启动，黑色）

接触器

B,F

U=380V，I=10A

热继电器

F1

I=1.6A

断路器

Q1

指示灯

L1（绿色）、L2（黄色）

220V

PLC

S7-200

AC/DA/继电器输出

3.3主电路原理图的设计

图3-2系统主电路原理图

3.4控制电路原理图的设计

系统控制原理如图3-3所示，正转启动按钮BF、反转启动按钮BB分别接PLC的输入端，接触器B，F、正转指示灯FL、反转指示灯BL分别接PLC的输出端。

通过所编程序实现对电动机的控制。

图3-3系统PLC接线端子图

软元件是PLC内部的具有一定功能的期间，这些器件实际上是由电子电路和寄存器及存储器单元等组成。

例如，输入继电器是由输入电路和输入映像寄。

存器构成；定时器和计数器也都是有特定功能的寄存器构成。

它们都具有继电气特性，但没有机械性的触点。

为了把这种元器件传与统电气控制电路中的继电器区别开来，我们把它们称作软元件或软继电器。

这些软继电器最大的特点是：

看不见、摸不着的，也不存在物理性的触点；每个软元件课提供无限多个常开触点和常闭触点；体积小、功耗低、寿命长。

4软件设计及调试

4.1控制系统的I/O点及地址分配

表4-1控制系统I/O点分配表

输入口

输出口

正转启动按钮：

BF

I0.0

线圈接触器（正转启动，反转制动）：

F

Q0.0

反转启动按钮：

SF3

I0.1

指示灯（正转）：

FL

Q0.1

热继电器：

F1

I0.2

线圈接触器（反转启动，正转制动）：

B

Q0.2

指示灯（反转）：

BL

Q0.3

4.2组态界面

1.从元件库中打开动画标签将转子的动画放置到编辑区中

2.双击转子打开其属性，点击组件装配，在关联元件中选择1-1M1电机组件，点击应用。

3.选择连续旋转对话框，设置阈值为3，并将按照图示完成各个阈值的设置。

在变量赋值一栏将其和电机转速变量关联。

点击应用。

4.从主元件库中找到人机界面HMI元件中的按钮、圆形指示灯和MMI数字显示框并放置到编辑区中。

调整到图示的位置。

5.使用变量管理器新建一个名为speed的浮点型变量。

6.使用文件—新建—顺序功能图，建立一张顺序功能图编辑图纸。

点击ST快捷键建立一个结构化文本语句。

将将电机的转速通过speed取出。

使用向导模式完成程序的编写。

过程如下图：

找到speed变量并双击：

点击赋值等于并再找到马达的转速变量双击，将其赋值给speed。

点击OK完成程序的编写。

7.将speed变量赋值给MMI数字显示框。

双击MMI数字显示框在其属性中选择内部链接。

并将speed赋值给其。

点击应用。

4.3PLC梯形图

详细操作视频链接：