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1、吉林化工学院信控学院专业综合设计说明书三相交流电动机PLC控制系统设计学生学号： 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 职 称： 讲师 起止日期： 2013.08.262013.09.13吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书专业综合设计任务书一、设计题目：三相交流电动机PLC控制系统设计二、设计目的:1.理解三相鼠笼式异步机PLC控制系统基本原理；2.掌握主电路和控制电路的各电气器件功能及应用；3绘制电气原理图和接线图；4. 应用s7200编程方法实现。三、设计任务及要求1设计三相鼠笼式异步机PL
2、C控制系统硬件电路；2Autocad绘制原理图和接线图；3用PLC编程实现；4实现三相异步电动机正反转控制、星角启动控制及点动控制；5撰写设计说明书。四、设计时间及进度安排设计时间共三周,具体安排如下表：周次设 计 内 容设计时间第一周依据三相鼠笼式异步电动机正反转、启动控制原理和S7200使用方法，查找相关资料。设计控制系统的电路图和接线图。2013.8.26-2013.8.30第二周完成硬件焊接及软件编程。2013.9.2-2013.9.6第三周完成系统调试，编写设计说明书。提交作品及设计说明书，评定专业综合设计成绩。2013.9.9- 2013.9.13五、指导教师评语及学生成绩指导教师
3、评语:2013年 9 月 15 日成绩指导教师(签字):- I -目 录专业综合设计任务书I第1章 绪论1第2章 方案选择22.1 控制方案选择22.1 电机启动方式选择3第3章 硬件电路设计53.1 主电路设计53.2 控制电路设计63.3 PLC系统电源设计73.4 主电路主要器件介绍73.4.1 断路器介绍73.4.2 交流接触器介绍83.4.3 热继电器介绍83.4.4 中间继电器介绍93.4.5 熔断器介绍10第4章 系统软件设计114.1 系统软件介绍114.2 软件I/O点表介绍124.3 PLC程序分析12结 论17参考文献18- 13 -第1章 绪论三相交流电动机在我国现代工
4、农业生产中应用广泛，为社会的发展、进步提供了极大便利。但是，大功率电动机如果在电源变压器容量不够大的情况下直接启动，由于异步电动机起动电流大，会使电源变压器输出电压大幅下降，不仅减小电动机本身的启动转矩，还会影响同一供电网中其他设备的正常工作。因此，较大功率的电动机需要采取降压启动。对大功率电动机的空载和轻载起动来说，Y/换接起动是目前应用最成熟的降压启动方法。Y/换接启动是指电动机启动时，把定子绕组接成星形，以降低启动电压，限制启动电流；待电动机启动后，再把定子绕组改接成三角形，使电动机从现在起运行。凡是在正常运行时定子绕组做成三角形连接的异步电动机，均可用这种降压方法。电动机启动时，接成Y
5、形，加在每相定子绕组上的启动电压只有三角形接法的，启动电流为三角形接法的1/3，启动转矩也只有三角形接法的1/3。继电接触器控制系统在三相交流电机控制上曾得到广泛应用，但由于它的机械触点多、接线复杂、可靠性低、功耗高，并当生产工艺流程改变时需重新设计和改装控制线路，通用性和灵活性也就较差，因此日益满足不了现代化生产过程复杂多变的控制要求。而可编程控制器将继电接触器控制的优点与计算机技术相结合，用“软件编程”代替继电接触器控制的“硬件接线”。当系统功能需要改变时，只需变更少量外部接线，主要通过修改相应的控制程序即可。本设计以PLC为三相交流电动机的控制系统，结合按键实现交流电机的正转、反转和点动
6、控制。并且使交流电机能够进行星形启动，角形运行。第2章 方案选择2.1 控制方案选择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。PLC由CPU，存储器、I/0接口、内嵌的精简高效操作系统组成
7、。用户可以根据自己的需要配置（扩展）自己的I/0(输入、输出)的类型及数量，用户按自己的控制需求编写控制程序下载到PLC的存储器内，PLC在运行的时候，PLC内的操作系统能运行用户的程序，根据用户程序通过输入端子完成输入信号（开关、触点、传感器等）的读取，并进行处理运算，把运算处理的结果输出到输出端子，以控制用户的执行机构（阀门、线圈、指示灯等）。从而完成用户所需的控制功能。综上所述，由于PLC可编程控制器在三相异步电机控制中的应用中，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，利用PLC代替普通继电器电路也更为方便和可靠，解决上述问题也更为容易。因此本设计以西
8、门子S7-200 PLC为主体实现对三相异步电动机电动机的启动和运行的控制。在本设计中，利用PLC实现对三相异步电机正反转控制、星角启动控制及点动控制等。这些功能由外设的按键输入，PLC采集按键信息，根据输入信息要求输出相应数字量去控制交流电机，PLC输出点与主电路隔离，避免损坏PLC控制系统。在此系统中，PLC控制系统采用24V直流电源供电，交流电机采用220V交流电源供电。三相交流电动机PLC控制系统结构框图如图1-1所示。图1-1 PLC控制系统结构框图2.1 电机启动方式选择1全压启动起动时通过一些直接起动设备，将全部电源电压(即全压)直接加到异步电动机的定子绕组，使电动机在额定电压下
9、进行起动。一般情况下，直接起动时起动电流为额定电流的38倍，起动转矩为额定转矩的12倍。根据对国产电动机实际测量，某些笼型异步电动机起动电流甚至可以达到812倍。直接起动的起动线路是最简单的，然而这种起动方法有诸多不足。对于需要频繁起动的电动机，过大的起动电流会造成电动机的发热，缩短电动机的使用寿命；同时电动机绕组在电动力的作用下，会发生变形，可能引起短路进而烧毁电动机；另外过大的起动电流，会使线路电压降增大，造成电网电压的显著下降，从而影响同一电网的其他设备的正常工作，有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。2降压启动减压起动是在起动时先降低定子绕组上的电压，待起动后，再把电压恢复到额定值。减
10、压起动虽然可以减小起动电流，但是同时起动转矩也会减小。因此，减压起动方法一般只适用于轻载或空载情况。传统减压起动的具体方法很多，这里介绍以下三种减压起动的方法：(1)定子串接电阻或电抗起动定子绕组串电阻或电抗相当于降低定子绕组的外加电压。由三相异步电动机的等效电路可知：起动电流正比于定子绕组的电压，因而定子绕组串电阻或电抗可以达到减小起动电流的目的。但考虑到起动转矩与定子绕组电压的平方成正比，起动转矩会降低的更多。因此，这种起动方法仅仅适用于空载或轻载起动场合。对于容量较小的异步电动机，一般采用定子绕组串电阻降压；但对于容量较大的异步电动机，考虑到串接电阻会造成铜耗较大，故采用定子绕组串电抗降
11、压起动。(2)星-三角形(丫-)起动星-三角形起动法是电动机起动时，定子绕组为星形(丫)接法，当转速上升至接近额定转速时，将绕组切换为三角形()接法，使电动机转为正常运行的一种起动方式。星-三角形起动方法虽然简单，但电动机定子绕组的六个出线端都要引出来，略显麻烦。定子绕组接成星形连接后，每相绕组的相电压为三角形连接(全压)时的l/3，故星-三角形起动时起动电流及起动转矩均下降为直接起动的13。由于起动转矩小，该方法只适合于轻载起动的场合。(3)自耦变压器起动自耦变压器起动法就是电动机起动时，电源通过自耦变压器降压后接到电动机上，待转速上升至接近额定转速时，将自耦变压器从电源切除，而使电动机直接
12、接到电网上转化为正常运行的一种起动方法。若自耦变压器的变比为k，与直接起动相比，采用自耦变压器起动时，其一次侧起动线电流和起动转矩都降低到直接起动的lk2。自耦变压器起动法不受电动机绕组接线方式(丫接法或接法)的限制，允许的起动电流和所需起动转矩可通过改变抽头进行选择，但设备费用较高。自耦变压器起动适用于容量较大的低压电动机作减压起动用，应用非常广泛，有手动及自动控制线路。其优点是电压抽头可供不同负载起动时选择；缺点是质量大、体积大、价格高、维护检修费用高。3软启动软起动可分为有级和无级两类，前者的调节是分档的，后者的调节是连续的。在电动机定子回路中，通过串入限流作用的电力器件实现软起动，叫做
13、降压或者限流软起动。它是软起动中的一个重要类别。按限流器件不同可分为：以电解液限流的液阻软起动；以磁饱和电抗器为限流器件的磁控软起动；以晶闸管为限流器件的晶闸管软起动。综上所述并结合实际情况，本设计选择星-三角形起动。按下启动按钮，交流电机进入星形启动状态，5秒之后断开星形启动，进入0.5秒的延时，此延时的目的是防止继电器动作不一致，造成三相交流电短路。延时过后，交流电机正式进入三角形运行状态。第3章 硬件电路设计3.1 主电路设计主电路主要由断路器、熔断器、继电器、交流接触器和热继电器构成。三相交流电机主电路图如图3-1所示。图3-1 三相交流电动机主电路图电动机运行的主电路分析如下：1.正
14、向星型启动：(1)合上三相单刀开关KS与断路器QF接通三相电源。(2)由控制电路使KM1与KM4通电，电机正向星形启动。2.正向角型运行：(1)合上三相单刀开关KS及断路器QF接通三相电源。(2)由控制电路使KM1与KM3通电，电机由正向星形启动转换到正向角形运行。3.反向星型启动：(1)合上三相单刀开关KS及断路器QF接通三相电源。(2)由控制电路使KM2与KM4通电，电机反向星形启动。4.反向角形运行：(1)合上三相单刀开关KS与空气开关QF接通三相电源。(2)由控制电路按钮使KM2与KM3通电，电机由反向星形启动转换到反向角形运行。5.电机由星型启动进行反向运行故障现象预处理：(1)不启
15、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。原因之二按钮互锁的接线有错误。(2)启动时接触器就不吸合：这是因为接触器的常闭接点互锁接线有错误，将互锁接点接错，启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，所以会出现接触器不吸合现象。(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错误。3.2 控制电路设计本设计采用PLC控制电路来控制三相交流电机的状态。PLC选择西门子的S7-200系列的CPU224。在PLC与主电路之间连接处需加中间继电器，这样可以隔离主电路与控制电路。PLC使用24V直流电源供电。SB1按
