四台三相笼型异步电动机控制系统设计-河南工业大学

机电工程学院课程设计说明书设计题目:四台三相笼型异步电动机控制系统设计学生姓名：学号：20094805xxxx专业班级：机制F09xx指导教师：xxx2012年12月10日内容摘要这次以“四台三相笼型异步电动机顺序控制系统设计”为题目的课程设计分别应用继电器接触器和利用西门子公司的S7-200可编程控制器PLC做了软件与硬件的设计，两种系统虽然控制原理一样，但是所需要的控制元件却有很大不同。问题的关键在于如何设计合理的控制电路以保障时间继电器在合适的时间动作，最后利用STEP7-Micro/WIN32软件完成梯形图、指令表的程序设计与调试。设计结果基本能达到控制要求，可以实现四台电动机的循环控制，每台电动机还可以独自启动和停止。此次课程实际结果满足要求，但在实际的设计过程中，由于缺乏实际工作的经验，可能没有完全预测到在实际生产过程中可能出现的突发情况，所以该系统的梯形图的编制还要根据实际的工况进行调整和完善。关键词：继电器；可编程控制器；循环控制1目录第1章前言-------------------------------------------------------------------------------11.1设计内容---------------------------------------------------------------------------------11.2控制要求---------------------------------------------------------------------------------11.3设计思路----------------------------------------------------------------------1第2章总体方案设计--------------------------------------------------------------------22.1设计背景---------------------------------------------------------------------------------22.2设计方案---------------------------------------------------------------------------------22.3工作流程图------------------------------------------------------------------------------2第3章继电接触器控制系统设计-------------------------------------------33.1继电器基本知识--------------------------------------------------------------33.2元件选择----------------------------------------------------------------------33.3主电路图设计-----------------------------------------------------------------33.4控制电路设计-----------------------------------------------------------------4第4章PLC控制系统设计-----------------------------------------------------54.1PLC基本知识---------------------------------------------------------------54.2确定I/O信号数量及PLC类型---------------------------------------------------54.3确定I/O信号地址分配及编号----------------------------------------------------64.4PLC端子接线图---------------------------------------------------------------------74.5控制程序编制--------------------------------------------------------------------------84.6控制程序调试--------------------------------------------------------------------------8结论--------------------------------------------------------------------------------------------10设计总结-----------------------------------------------------------------------------------------11谢辞--------------------------------------------------------------------------------------------12附录---------------------------------------------------------------------------------------------13参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------131第一章引言1.1设计内容四台三相笼型异步电动机顺序控制系统设计1.2控制要求1.有四台电动机顺序循环控制，控制时序如表1-1所示：表1-1控制时序表一号电机onononon`二号电机onononon三号电机onononononon四号电机onononon秒010203040506070802.系统可以自动循环启动3.每台电动机可单独启停控制4.采用机电接触器控制，完成控制电路的设计5.采用PLC控制（1）列出输入输出点分配表（2）画出PLC的输入输出设备接线图（3）利用STEP7-Micro/WIN32软件完成梯形图、指令表的程序设计与调试1.3设计思路根据控制要求，要实现四台电动机的循环控制，每台电动机还可以独自启动和停止，并采用接触器，可用多个时间继电器和中间继电器来控制四个交流接触器来协调动作，然后有每个交流接触器直接控制电动作满足要求的的动作。从上图可以看出，每隔20秒都会有电动机的启动和停止动作，可以在每个动作之初让时间继电器开始工作，控制与之相应的中间继电器工作，中间继电器让该停下的电动机断电，让该启动的电动机得电。同时时间继电器的延时触点作为下一个动作的中间继电器的启动按钮，等到下一个动作开始时，与之相应的中间继电器先将上一中间继电器断电，然后启动相应的电动机。2第2章系统总体方案设计2.1设计背景本文对四台三相笼型异步电动机顺序控制系统设计，分别应用继电器接触器和可编程逻辑器件PLC做了软件与硬件的设计，能基本达到控制要求。本系统是一个多台电动机的PLC控制系统，利用西门子公司的S7-200可编程逻辑控制器对电动机进行控制。本系统具有一定的智能性，即它可以让四台电动机按要求自动循环运行。2.2设计方案根据题目，控制要求不仅要实现每台电动机独自启动和停止，而且还要实现四台电动机的循环控制。实现每台电动机互不影响的独自启动和停止，需要每一个电动机配置一个电磁继电器，同时这个电磁继电器在独自启动的时候不受后面时间继电器的影响；要实现单独停止，就需要在每一个控制电路上串联一个常闭开关，这样在关闭的时候按此开关就可以实现单独停止。实现循环控制，可用多个时间继电器和中间继电器来控制四个交流接触器来协调动作，然后有每个交流接触器直接控制电动作满足要求的的动作，问题的关键在于如何设计合理的控制电路以保障时间继电器在合适的时间动作。2.3工作流程图设计根据题目要求，系统工作时要先判定是否要实现循环，实现循环则执行循环电路，如不循环，则执行单独启停电路，其工作过程如图2-1工作流程图所示：（见附录1）3第3章继电接触器控制系统设计3.1继电器基本知识继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。依靠电磁效应，带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。在控制线路中用到的时间的时间继电器一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在于接触器的主触头可通过大电流，而继电器的触头只能通过小电流。所以，继电器一般不用来直接控制主电路，而是通过控制接触器和其他开关设备对主电路进行间接控制。3.2元件选择3.3主电路图设计主电路中电机的转动主要是由电磁继电器控制，由于能实现单独控制，所以每一个电磁继电器的控制一个电机，主电路图如图3-1所示：元件名称元件符号数量三相笼型异步电动机KM4台热继电器FR4个时间继电器KT4个中间继电器KA5个熔断器FU2组开关SB若干4图3.1主电路图3.4控制电路设计根据设计方案及工作流程图设计，设计出的控制电路图如图3-2所示5图3-2控制电路图6第4章PLC控制系统设计4.1PLC基本知识PLC（ProgrammableLogicController），是可编程逻辑控制器。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC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，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。因此，PLC控制必将替代传统的继电器-接触器控制。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。4.2确定I/O信号数量及PLC类型（1）通过对四台三相笼型异步电动机顺序循