1、<p>　　PLC在三相異步電動機控制中的應用 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　PLC在三相異步電動機控制中的應用，與傳統的繼電器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、靈活性強、功能完善等優(yōu)點。長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非常可靠的控制應用。它能夠為自動化控制應用提供安全

2、可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需求。本文設計了三相異步電動機的PLC控制電路，</p><p>　　主要研究了異步電動機的ㄚ-Δ減壓起動、正反轉以及反接制動的繼電器控制，畫出及其相應的輸入輸出接線圖，根據繼電器控制電路圖作出PLC控制梯形圖，最后給出控制指令。</p><p>　　關鍵詞：PLC；三相異步電動機；繼電器</p><p><

3、;b>　　目錄</b></p><p>　　摘要..................................................................I</p><p>　　關鍵字................................................................II</p><

4、p>　　前言..................................................................1</p><p>　　1.PLC基礎.............................................................2 </p><p>　　1.1 PLC的基礎..................

5、....................................2</p><p>　　1.2 PLC與繼電器控制的區(qū)別..........................................2</p><p>　　1.3 PLC的工作原理..................................................2</p><

6、;p>　　1.4 PLC應用分類....................................................3</p><p>　　2．三相異步電動機的ㄚ-△減壓起動控制....................................5</p><p>　　2.1 三相異步電動機ㄚ-△減壓起動的繼電器控制......................

7、.5</p><p>　　2.2 三相異步電動機ㄚ-△減壓起動PLC控制..........................7</p><p>　　3.三相異步電動機正反轉的PLC控制 ....................9 </p><p>　　3.1 三相異步電動機正反轉繼電器控制................................9</p

8、><p>　　3.2 三相異步電動機正反轉PLC控制...................................10</p><p>　　4. 三相異步電動機的反接制動控制 .....................................13</p><p>　　4.1 三相異步電動機反接制動的繼電器控制.......................

9、.....13</p><p>　　4.2三相異步電動機反接制動控制接線圖..............................14</p><p>　　結論..............................................................17</p><p>　　致謝.........................

10、...................................18</p><p>　　參考文獻............................................................19</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　三相異步電動機的應用幾乎涵蓋了農業(yè)生產和人類生活各個領

11、域，在這些應用領域中，三相異步電動機常常運行在惡劣的環(huán)境下，導致產生過流、短路、斷相、絕緣老化等事故。對于應用于大型工業(yè)設備重要場合高壓電動機、大功率電動機來說，一旦發(fā)生故障所造成的損失無法估量。</p><p>　　在生產過程，科學研究和其他產業(yè)領域中，電氣控制技術應用十分廣泛。在機械設備的控制中，電氣控制也比其他的控制方法使用的更為普遍。</p><p>　　本系列的控制是采用PLC的

12、編程語言——梯形語言，梯形語言是在可編程控制器中的應用最廣的語言，因為它在繼電器的基礎上加進了許多功能、使用靈活的指令，使邏輯關系清晰直觀，編程容易，可讀性強，所實現的功能也大大超過傳統的繼電器控制電路?？删幊炭刂破魇且环N數字運算操作的電子系統，它是專為在惡劣工作環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制，定時、計數和算術等操作的指令，并采用數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種的機械或生產過程。<

13、;/p><p>　　長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非?？煽康目刂茟谩Ｋ軌驗樽詣踊刂茟锰峁┌踩煽亢捅容^完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。進入20世紀80年代，由于計算機計數和微電子技術的迅速發(fā)展，極大的推動了PLC的發(fā)展，使的PLC的功能日益增強。PLC是一種固態(tài)電子裝置，它利用已存入的程序來控制機器的運行或工藝的工序。PLC通過輸入/輸出

14、（I/O）裝置發(fā)出控制信號和接受輸入信號。由于PLC綜合了計算機和自動化技術，所以它發(fā)展日新月異，大大超出其出現時的技術水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數、數字運算、數據處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產機械數字量和模擬量的聯系，從而實現生產過程的自動控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網絡時代的到來，擴大了PLC的功能，使其具有很強的的聯網通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業(yè)。</p&

15、gt;<p><b>　　1 PLC基礎</b></p><p>　　1.1 PLC的定義 </p><p>　　可編程邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。

16、</p><p>　　1.2 PLC與繼電器控制的區(qū)別</p><p>　　1.控制方式 繼電器的控制是采用硬件接線實現的，是利用繼電器機械觸點的串聯或并聯極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。</p><p>　　2.控制速度 繼

17、電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現控制，工作頻率低，毫秒級，機械觸點有抖動現象。PLC是由程序指令控制半導體電路來實現控制，速度快，微秒級，嚴格同步，無抖動。 </p><p>　　3.延時控制 繼電器控制系統是靠時間繼電器的滯后動作實現延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調整時間困難。 PLC用半導體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產生，精度高，調整時間方便，不受環(huán)境影響。</p

18、><p>　　1.3 PLC的工作原理</p><p>　　當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 </p><p>　　(一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并

19、將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 </p><p>　　(二) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在

20、掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)

21、和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 </p>

22、<p>　　(三) 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。</p><p>　　1.4 PLC的應用分類</p><p>　　目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)

23、保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為幾類?！　?lt;/p><p>　　1.開關量的邏輯控制　　這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等?！　?lt;/p><p>　　2.模擬量控制　在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，

24、如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制?！　?lt;/p><p>　　3.運動控制　PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制

25、模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。　　</p><p>　　4.過程控制　過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統中用得較多的調節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此

26、功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。　　</p><p>　　5.數據處理　現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一

27、般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統?！　?lt;/p><p>　　6.通信及聯網　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。</p><p>　　

28、2三相異步電動機的ㄚ-△減壓起動控制</p><p>　　三相籠型異步電動機具有結構簡單、價格便宜、堅固耐用、維修方便等優(yōu)點，因而獲得了廣泛的應用。它的起動控制有直接（全壓）起動和減壓起動兩種方式。對于較大容量的籠型異步電動機（大于10KW），其起動電流較大，一般采用減壓起動的方式起動。</p><p>　　減壓起動是利用某些設備或者采用電動機定子繞組換接的方法，降低起動時加在電動機定子繞

29、組上的電壓，而起動后再將電壓恢復到額定值，使之在正常電壓下運行。</p><p>　　2.1 三相異步電動機ㄚ-△減壓起動的繼電器控制</p><p>　　星形-三角形減壓起動用于定子繞組在正常運行時接為三角形的電動機。在電動機起動時將定子繞組接成星形，實現減壓起動。正常運轉時再換接成三角形接法。</p><p>　　圖2.1 ㄚ-△減壓起動的繼電器控制電路圖<

30、;/p><p>　　圖2.1中主電路通過三組接觸器主觸點將電動機的定子繞組接成三角形或星形，即KM1、KM3主觸點閉合時，繞組接成星形；KM1、KM2主觸點閉合時，接為三角形。</p><p><b>　　電路的工作過程：</b></p><p>　　先接通三相電源開關Q。</p><p><b>　　KM1線圈得

31、電①</b></p><p>　　①起動：按下起動按鈕SB2 KM3線圈得電②</p><p><b>　　KT線圈得電③</b></p><p>　?、陔妱訖C接成星形，減壓起動</p><p>　　觸點KT斷開KM3線圈失電</p><p>　　③延時一定時間 △t

32、 電動機接成三角形</p><p>　　觸點KT閉合KM2線圈得電</p><p>　　與此同時，觸點KM2斷開KT線圈失電釋放。</p><p>　　停止：按下SB1KM1、KM2線圈失電電動機停止運轉。</p><p>　　2.2 三相異步電動機ㄚ-△減壓起動的PLC控制

33、</p><p>　　星形-三角形減壓起動用于定子繞組在正常運行時接為三角形的電動機。在電動機起動時將定子繞組接成星形，實現減壓起動。正常運轉時再換接成三角形接法。有電工基礎知識可知，星形連接時起動電流僅為三角形連接時的1/√3，相應的起動轉矩也是三角形連接時的1/3。</p><p>　　輸入 輸出</p><p>　　停止按

34、鈕SB1:X0 KM1:Y0</p><p>　　起動按鈕SB2:X1 KM2:Y1 接觸器△</p><p>　　FR:X2 KM3:Y2 接觸器ㄚ</p><p>　　圖2.2 三相異步電動機減壓起動的I/O接線圖</p><p>　　圖2.3減壓起動梯形圖</p

35、><p><b>　　對應的指令如下表：</b></p><p>　　表1.1 三相異步電動機的ㄚ-△減壓起動的指令語句表</p><p>　　3.三相異步電動機正反轉的PLC控制</p><p>　　因為三相異步電動機的轉動方向是由旋轉磁場的方向決定的，而旋轉磁場的轉向取決于定子繞組中通入三相電流的相序。因此，要改變三相異

36、步電動機的轉動方向非常容易，只要將電動機三相供電電源中的任意兩相對調，這時接到電動機定子繞組的電流相序被改變，旋轉磁場的方向也被改變，電動機就實現了反轉。</p><p>　　3.1 三相異步電動機正反轉的繼電器控制</p><p>　　在沒有按下停止按鈕SB3且熱繼電器FR沒有動作的情況下，X000和X003觸點均為閉合狀態(tài)。此時按下正向起動按鈕SB1，輸入繼電器X001動合觸點閉合，輸

37、出繼電器Y000線圈得電并自鎖，接觸器KM1得電吸合，電動機正轉；與此同時，Y000的動斷觸點斷開Y001線圈的驅動回路,KM2不能吸合，實現了電氣互鎖。按下反向起動按鈕SB2時，X002動合觸點閉合，Y001線圈得電并自鎖，接觸器KM2得電吸合，電動機反轉；與此同時，Y001的動斷觸點斷開Y000線圈的驅動回路，KM1不能吸合，實現電氣互鎖。停機時按下按鈕SB3，X000動斷觸點斷開；過載時熱繼電器FR動作，X003觸點斷開，這兩種情

38、況都使得Y000、Y001線圈失電，進而使KM1、KM2失電釋放，電動機停轉。</p><p>　　圖3.1 電動機正反轉繼電器控制圖</p><p>　　3.2 三相異步電動機正反轉PLC控制</p><p>　　輸入 輸出</p><p>　　SB1：X1 KM1：Y0</

39、p><p>　　SB2：X2 KM2：Y1</p><p><b>　　SB3：X0</b></p><p><b>　　FR：X3</b></p><p>　　SB1為正 SB2為反</p><p>　　KM1為正轉接觸線圈&

40、lt;/p><p>　　KM2為反轉接觸線圈</p><p>　　圖3.2 輸入輸出接線圖</p><p><b>　　圖3.3梯形圖</b></p><p>　　將PLC連上編程器并接通電源后，PLC電源指示燈亮，將編程器開關打到“PROGRAM”位置，這時PLC處于編程狀態(tài)。編程器顯示PASSWORD!這時依次按Cltr

41、鍵和Montr鍵，直至屏幕顯示地址號0000，這時即可輸入程序。</p><p>　　在輸入程序前，需清除存儲器中內容，按照以上控制的梯形圖或程序指令將控制程序寫入PLC，當程序輸入到PLC指令如下表</p><p><b>　　對應的指令如下表：</b></p><p>　　表3.1 三相異步電動機正反轉的指令語句表</p>&

42、lt;p>　　4.三相異步電動機的反接制動控制</p><p>　　4.1 三相異步電動機的反接制動的繼電器控制</p><p>　　在生產過程中，有些設備電動機斷電后由于慣性作用，停機時間拖得過長，導致生產率降低，還會造成停機位置不準確，工作不安全。為了縮短輔助工作時間、提高生產率和獲得準確的停機位置，必須對電動機采取有效的制動措施。</p><p>　　停

43、機制動有兩種類型：一是電磁鐵操縱機械進行制動的電磁機械制動；二是電氣制動，即電動機產生一個與轉子原來的轉動方向相反的轉矩來進行制動。常用的電氣制動有反接制動和能耗制動。</p><p>　　反接制動就是通過改變異步電動機定子繞組中三相電源相序，產生一個與轉子慣性轉動方向相反的反向起動轉矩而進行制動停轉的。</p><p>　　反接制動的關鍵在于將電動機三相電源相序進行切換，且當轉速接近于零

44、時，能自動將電源斷開。</p><p>　　圖4.1反接制動繼電器控制圖</p><p>　　主電路：接觸器KM1用來控制電動機M正常運轉，接觸器KM2用來改變電動機M的電源相序。因為電動機反接制動電流很大，所以在制動電路中串接了降壓電阻R，以限制反向制動電流。</p><p>　　控制電路：由兩條控制回路組成。一條是控制M正常運轉的回路，另一條是控制M反向制動的回

45、路。</p><p><b>　　電路的起動過程：</b></p><p>　　起動：按下SB2KM1線圈得電M開始轉動，同時KM1輔助動合觸點閉合自鎖，KM1輔助動斷觸點斷開，進行互鎖。M處于正常運轉，KS的觸點閉合，為反接制動做準備。</p><p>　　制動：按下復合按鈕SB1KM1線圈失電，KM2線圈由于KS的動合觸點在轉子慣性轉動仍閉

46、合自鎖，電動機進入反接制動，當電動機轉速接近于零時，KS的觸點復位斷開，KM2線圈失電制動結束，停機。</p><p>　　4.2 三相異步電動機的反接制動的PLC控制</p><p>　　輸入 輸出</p><p>　　SB1:X0 KM1:Y1</p><p>　　SB2:X1

47、 KM2:Y2</p><p><b>　　FR:X2</b></p><p><b>　　KS:X3</b></p><p>　　圖4.2輸入輸出接線圖 </p><p>　　圖4.3反接制動梯形圖</p><p><b>　　對應的指令如下表：&l

48、t;/b></p><p>　　表4.1 三相異步電動機的反接制動的指令語句表</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　本文設計和制作了三相異步電動機的PLC控制系統，該控制系統主要以三相異步電機的減壓起動、正反轉、反接制動為主要研究對象，通過對他們的繼電器控制電路的研究，從而分析使用PLC對他們進行自動控制。在減

49、壓起動中，只介紹了異步電動機的ㄚ-Δ的起動方式，一般容量小于10KV的電動機常用直接起動。有時為了減小起動是對機械設備的沖擊，對允許直接起動的電動機也采用減壓起動，其方法還有定子繞組串電阻、延邊三角形和自耦變壓器起動等。但以上幾種減壓起動方式一般只用于空載或輕載起動。在大型設備中，多臺電動機拖動的設備上，常需要電動機按先后順序工作，通過對三相異步電動機的正反轉PLC控制學習后，對研究兩臺電動機順序起動控制有了一定的經驗。</p&g

50、t;<p>　　通過概述使大家充分了解了該控制系統的原理與功能。介紹三相異步電動機的PLC控制的設計原理，從對三相異步電動機的PLC控制現象中發(fā)現了存在許多問題，通過對系統的檢測來判斷程序的是否可用，并且從數學角度分析了PLC與三相異步電動機控制的關系。</p><p>　　通過本次電路的設計，我對三相異步電動機的PLC控制系統原理有了進一步的了解，在三相異步電動機的PLC控制分析中產生了濃厚的興趣

51、，提高了本人對PLC的分析和運用能力，由于本人水平有限，對其中的原理和實際操作方法有待深入的學習研究和提高。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　此次畢業(yè)實習、畢業(yè)設計撰寫過程中，得到了多位老師、同學、朋友的關心、指導和幫助。入學以來，各位老師一直以來的辛勤工作和教誨使我能順利地度過這難忘的三年，使我在綜合素質提高、專業(yè)理論知識學習和實踐工

52、作能力等各方面受益匪淺。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 黃 凈. 電氣控制與可編程序控制器. 北京：機械工業(yè)出版社.2009.8</p><p>　　[2] 李增國. 電子技術. 北京：北京航空航天大學出版社.2009.2</p><p>　　[3] 楊榮昌. 電工基礎. 北京

53、：中國農業(yè)出版社.2004.5</p><p>　　[4] 俞果亮. PLC原理與應用. 清華大學出版社.2006.9</p><p>　　[5] 張鳳珊. 電器控制及可編程控制器.北京：中國輕工業(yè)出版社.2001</p><p>　　[6] 王兆義. 可編程控制器使用技術. 北京：機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[7] 陳在平