864234447基于PLC的主轴电动机的电气控制设计课程设计.doc

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1、课程名称： 电气控制与PLC 系 别： 信息工程系 2010年 12 月 5日目录一、 课程名称4二、 课题来源及要求4三、 简述5四、 电气控制设计61、电气控制系统电路 62、能耗制动原理 73、元件清单 73、工作过程 7五、 元件介绍8（一）、熔断器 8 1、熔断器的分类 8 2、熔断器的应用 8（二）、热继电器 8 1、热继电器的作用 9 2、热继电器选择方法 9（三）、交流接触器 9 （四）、时间继电器 10 1、时间继电器原理10 2、时间继电器的类型及特点 10六、PLC控制设计 11 1、（1）、统计输入、输出点数并选择PLC型号112、LC控制的输入输出接线图 113、/O

2、地址分配表 124、LC控制的梯形图 12七、课程设计总结 13八、总结13九、参考文献 14一、课题名称：某主轴电动机的电气控制与PLC二、课题来源及要求： 某主轴电动机的功率为67.5Kw，Uw=380V，I=130A，正常工作是为接法。控制要求如下：1. 可以正向旋转也可以反向旋转2. 含有某方向的电动试车（可以正向也可以反向）；3. 正向启动或反向起动时都采用Y-起动，即启动时用Y起动，之后换成接法运行（时间继电器自动切换）；4. 制动时采用能耗制动；5. 具有常规的电气保护环节；6. 该主轴电动机只能在某两点间运动；7. 给出合理的电气控制设计方案和PLC实现方案。简述PLC的基本概

3、念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计

4、算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： a、电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 b. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别

5、存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 c、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 d、输入输出接口电路 e、功能模块 如计数、定位等功能模块四、电气控制设计

6、（1）、电气控制系统电路（2）、能耗制动原理根据左手定则确定出转子电流和恒定磁场作用所产生的转矩方向与转子转速方向相反，故为制动转矩，此时电机把原来储存的动能或重物的位能吸收后变成电能消耗在转子电路中。能耗制动就是将运行中的电动机，从交流电源上切除并立即接通直流电源，在定子绕组接通直流电源时，直流电流会在定子内产生一个静止的直流磁场，转子因惯性在磁场内旋转，并在转子导体中产生感应电势有感应电流流过，并与恒定磁场相互作用消耗电动机转子惯性能量产生制动力矩，使电动机迅速减速，最后停止转动。（3）、元件清单停止按钮：SB1；正转启动按钮：SB2；点动按钮：SB3；反转启动按钮：SB4正向限位按钮：S

7、Q1；反向限位按钮：SQ2；熔断器（保险丝）：FU1；FU2；FU3；热继电器：FR1；FR2；（NR2热继电器NR2-630G 160-630A）；时间继电器：KT；KT2；电磁式继电器：KM1；KM2；KM3；KM4；KM5；（4）、工作过程：（1）、正转自锁启动工作工程：按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈得电，KM1的主触点闭合自锁形成（辅助触点断开与KM2形成连锁）；时间继电器和接触器KM5线圈得电，KM5的主触点闭合（辅助触点断开与KM4形成连锁），将电动机的三相绕组接成Y形；5秒后时间继电器KT的辅助触点断开主触点触点闭合；接触器KM5线圈得电，KM5的主触点闭合；将电动机的三相

8、绕组接成形；停止过程：按下停止按钮SB1,接触器KM1、KM4线圈失电，KM1、KM4主触点断开；电动机失电停止；同时SB1闭合后接触器KM3线圈得电，能耗制动工作，能耗制动工作5秒后，时间继电器KT2的辅助触点断开；接触器KM3线圈失电，能耗制动停止工作。（2）、反向启动、停止工作过程和正向启动、停止工作过程整体上相似。(3）、点动控制工作过程按下点动控制启动按钮SB3，接触器KM1线圈得电，KM1主触点闭合（辅助触点断开与KM2形成连锁），时间继电器和接触器KM5线圈得电，KM5主触点闭合（辅助触点断开与KM4形成连锁），将电动机的三相绕组接成Y形；5秒后时间继电器KT的辅助触点断开主触点

9、触点闭合；接触器KM5线圈得电，KM5的主触点闭合；将电动机的三相绕组接成形；松开点动控制按钮SB3，接触器KM1线圈失电，KM1主触点断开（辅助触点闭合），时间继电器和接触器KM4线圈失电，KM4主触点闭合（辅助触点闭合），电动机失电停止。（4）、在两点运动的工作过程和电动机正反转相类似。五、元件介绍 (一).熔断器熔断器是一种过电流保护电器。熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外加填料等组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，起到保护的作用。1.熔断器分类(1)螺旋式熔断器RL：在熔断管装有石英砂，熔体

10、埋于其中，熔体熔断时，电弧喷向石英砂及其缝隙，可迅速降温而熄灭。为了便于监视，熔断器一端装有色点，不同的颜色表示不同的熔体电流，熔体熔断时，色点跳出，示意熔体已熔断。螺旋式熔断器额定电流为5200A，主要用于短路电流大的分支电路或有易燃气体的场所。(2)有填料管式熔断器RT：有填料管式熔断器是一种有限流作用的熔断器。由填有石英砂的瓷熔管、触点和镀银铜栅状熔体组成。填料管式熔断器均装在特别的底座上，如带隔离刀闸的底座或以熔断器为隔离刀的底座上，通过手动机构操作。填料管式熔断器额定电流为501000A，主要用于短路电流大的电路或有易燃气体的场所。(3)无填料管式熔断器RM：无填料管式熔断器的熔丝管

11、是由纤维物制成。使用的熔体为变截面的锌合金片。熔体熔断时，纤维熔管的部分纤维物因受热而分解，产生高压气体，使电弧很快熄灭。无填料管式熔断器具有结构简单、保护性能好、使用方便等特点，一般均与刀开关组成熔断器刀开关组合使用。 (4)有填料封闭管式快速熔断器RS：有填料封闭管式快速熔断器是一种快速动作型的熔断器，由熔断管、触点底座、动作指示器和熔体组成。熔体为银质窄截面或网状形式，熔体为一次性使用，不能自行更换。由于其具有快速动作性，一般作为半导体整流元件保护用。 2.熔断器在电动机中的应用 单台直接起动电动机熔体额定电流(1.52.5)电动机额定电流。多台直接起动电动机总保护熔体额定电流(1.52

12、.5)各台电动机电流之和。降压起动电动机熔体额定电流(1.52)电动机额定电流。绕线式电动机熔体额定电流(1.21.5)电动机额定电流。（二）、热继电器：热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失 电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。1、热继电器的作用是： 主要用来对异步电动机进行过载保护，他的工作原理是过载电流通过热元件后， 使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而将电动机控制电路断开实现电

13、动机断电停车，起到过载保护的作用。鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量 的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护2、热继电器的选择方法热继电器主要用于保护电动机的过载，因此选用时必须了解电动机的情况，如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等。1、原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和启动的瞬间，热继电器应不受影响(不动作)。 2、当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。例如，热继电器的整定值可等于0.951.05倍的电动机的额定电流

14、，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。 3、当热继电器用于保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。如果短时间内操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。 4、对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋人电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。(三)、交流接触器 (1).交流接触器主要的组成a.电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；b.触头系统,包括三副主触头和两个常开、两个常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；c.灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于

15、烧坏主触头；d.绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。(2).交流接触器的工作原理 当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将动铁芯吸合，由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失,动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。(3).交流接触器的分类交流接触器的种类很多，其分类方法也不尽相同。按照一般的分类方法，大致有以下几种。a.按主触点极数分 可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。单极接触器主要用于单相负荷，如照明负荷、焊机等，在电动机能耗制动中也可采用；双极接触器用于绕线式异步电机的转子

16、回路中，起动时用于短接起动绕组；三极接触器用于三相负荷，例如在电动机的控制及其它场合，使用最为广泛；四极接触器主要用于三相四线制的照明线路，也可用来控制双回路电动机负载；五极交流接触器用来组成自耦补偿起动器或控制双笼型电动机，以变换绕组接法。b.按灭弧介质分 可分为空气式接触器、真空式接触器等。依靠空气绝缘的接触器用于一般负载，而采用真空绝缘的接触器常用在煤矿、石油、化工企业及电压在660V和1140V等一些特殊的场合。c.按有无触点分 可分为有触点接触器和无触点接触器。常见的接触器多为有触点接触器，而无触点接触器属于电子技术应用的产物，一般采用晶闸管作为回路的通断元件。由于可控硅导通时所需的

17、触发电压很小，而且回路通断时无火花产生，因而可用于高操作频率的设备和易燃、易爆、无噪声的场合。(四)、时间继电器时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。1.时间继电器原理在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器 ,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。凡是继电器感测元件得到动作信号后，其执行元件（触头）要延迟一段时间才动作的继电器称为时间继电器2.时间继电器类型及特点(1).空气阻尼式时间继电器又称为气囊式时间继电器，它是根据空气压缩产生的阻力来进行延时的，其结构简单，价格便宜，延时范围大（0.4180s），但延时精确度低。

18、(2).电磁式时间继电器延时时间短（0.31.6s），但它结构比较简单，通常用在断电延时场合和直流电路中。(3).电动式时间继电器的原理与钟表类似，它是由内部电动机带动减速齿轮转动而获得延时的。这种继电器延时精度高，延时范围宽（0.472h），但结构比较复杂，价格很贵。(4).晶体管式时间继电器又称为电子式时间继电器，它是利用延时电路来进行延时的。这种继电器精度高，体积小。六、改造（1）、统计输入、输出点数并选择PLC型号输入信号有9个，考虑到有15%的备用点,即9(1+15%)=10.35，取整数11，因此共需11个输入点。输出信号有5个，考虑到有15%的备用点,即5(1+15%)=5.75

19、，取整数6，因此共需6个输出点。因此可选用FX1N-40MR类型可编程序控制器，它有24个输入点，16个输出点，满足本设计要求。（2）、PLC控制的输入输出接线图、PLC控制的输入输出接线图（2）、I/O地址分配表输入信号输出信号名称代号输出点编号名称代号输出点编号停止按钮SB1X0正转接触器KM1Y1正转启动按钮SB2X1反转接触器KM2Y2点动试车按钮SB3X2耗能接触器KM3Y3反转启动按钮SB4X3启动接触器KM4Y4正向限位开关SQ2X5Y运行接触器KM5Y5反向限位开关SQ1X4能耗制动按钮SB1X0工作热继电器FR1X6能耗热继电器FR2X7(3)、PLC控制的梯形图七、课程设计

20、总结：这次课程设计中用到了许多我所学到的知识，如电动机的正反转、Y-启动、能耗制动、限位开关、点控和自锁等，我在根据要求设计我的控制电路时，因为要有Y-启动，所以我在Y-启动的过程中我加入了时间继电器，在Y形工作5秒后时间继电器自动切断Y形电路，接入到形电路，形电路工作。因为该电路还要求有某方向的点动试车，所以要有某方向的点控，我的点控为正向的试车，因为电动机正反转启动过程中都有Y-启动，所以，当正反转由任意一个工作时，与之相对应的主触点闭合，Y-电路得电，电动机可以运行，因为该电动机还用到了能耗制动，所以在电动机停按钮按下时，能耗制动过程接通形成自锁，按钮松开时能耗制动依然可以正常运行，能耗

21、制动5秒后，时间继电器将其断电，能耗制动过程结束。我对我此次课程设计中最满意的地方是我在此次课程设计用到了时间继电器，可以自动的完成Y-的转换，在能耗制动的过程中叶可以自动的将能耗制动断开，从而使能耗制动过程不至于一直运行下去。八、总结：此次课程设计中我深深地体会到我们应该学会知识的贯通和融合，不应只局限在课本里，课程设计可以很好的扩展我的动手能力，还可以开拓我们的视野，让我们能更好的将我们所学的知识应用在我们以后的工作中，更能提升我们的能力。这次的课程设计虽然时间紧任务重，但是让我学到了不少知识。从开始不知如何动手去做，一次次翻书，从同学的帮助下，找到了 一点点门路，画起了草图。开始很不理想

22、，通过反复和同学讨论。在紧迫的时间内，放弃一切去网吧，坚持了下来，在要求的时间内，终于设计了出来。在实验室中，通过在实验台上的连接，懂得了各个元件的功能及作用，最终完成了。另外，经过这次课程设计，我学会了团结同学，我感受到了团体力量的强大，这次设计的成功，使我深切的感受到了学习和实践的乐趣，对我以后的学习产生了积极的推动作用。参考文献【1】、赵明，许廖，工厂电气控制设备。北京：机械工业出版社，1994,。【2】、方承远，电气控制原理与设计。北京：机械工业出版社，2000【3】、廖常初，PLC基础及应用。北京：机械工业出版社，2007【4】、余雷声，电气控制与PLC应用。北京：机械工业出版社。1995【5】、MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.FX-PCS/WIN-C软件手册，1997【6】、施耐德熔断器http:/www.schneider-