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1、-四台三相笼形异步电动机控制系统设计课程设计说明书-第 12 页机电工程学院课程设计说明书设计题目: 四台三相笼形异步电动机 控制系统设计 学生姓名： 刘 小 刚 学 号： 201048050110 专业班级： 机制 F1006班 指导教师： 薛 东 彬 2013年 12 月 20 日内容摘要本文针对四台三相笼形异步电动机作顺序循环控制的要求进行了继电接触器控制系统和PLC控制系统的设计，并对两种控制系统的优缺点进行对比分析。两种系统均可实现四台三相笼形异步电动机的自动循环控制，且可实现每台电动机的单独启停控制。继电接触器控制系统的设计主要包括总体方案流程图设计，主电路和辅助电路的设计；PLC
2、控制系统的设计主要包括I/O地址分配，外部接线图设计以及程序梯形图和语句表的设计。其中PLC采用西门子S7-200系列，CPU模块采用CPU216，程序采用STEP 7-Micro/WIN编程软件编制，采用S7-200模拟软件进行仿真。四台三相笼形异步电动机继电接触器控制系统可实现总启动与总停止控制，并在总停止状态下实现单个电动机的单独启动与停止；PLC控制系统可在任意情况下实现系统总体循环启动与停止和单个电动机单独启动与停止的无干涉切换，且系统总体停止按钮可以充当紧急停止按钮实现急停。仿真结果显示，四台三相笼形异步电动机PLC控制系统可以满足现实应用中各种情况下的控制需求。 关键词：电动机；
3、继电接触器控制；PLC控制；程序目 录第1章 引言 1第2章 控制要求2 2.1系统的控制要求2第3章 继电接触器控制系统设计 33.1总体方案设计33.2主电路设计53.3控制电路设计5第4章 PLC控制系统设计 84.1 PLC选择84.2 I/O地址分配84.3 I/O接线图9结论10设计总结 11谢辞 13附录：（带功能注释的程序） 14参考文献 21第1章 引言继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域，他们比以往的产品具有更高的可靠性，但是这也随之带来一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。再者继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起
4、严重的后果。另外对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试，这样增加了其使用成本。可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广
5、泛地应用于众多行业。在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制以成为大多数自动化系统的设备基础，同时也给工业控制带来了前所未有的非凡变化。使用PLC的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比拟的优点。虽然在工业控制系统中所使用的继电器控制设备不会被完全淘汰，但是由于PLC的出现已经改变了工业控制设计者的设计思想。要实现四台三相笼形异步电动机的顺序循环控制，可以采用继电接触器控制，也可以采用PLC控制。相比继电接触器控制，PLC控制表现出很多优点。尤其是控制多台电动机的不同循环启动，其在可靠性、安全性方面的优越性相对继电接触器控制系
6、统更加明显。 第2章 控制要求2.1 系统的控制要求选题6 四台三相笼形异步电动机控制系统设计一、控制要求：1.有四台电动机作顺序循环控制，控制时序如下图所示一号电动机ONONONON二号电动机ONONONON三号电动机ONONONONONON四号电动机ONONONON秒0 10 20 30 40 50 60 70 802.系统可以自动循环控制3.每台电动机可单独启停控制二、课题要求：1.采用继电器控制，完成控制线路设计2.采用PLC控制。采用PLC控制（1）列出输入输出点分配表；（2）画出PLC的输入输出设备的接线图；（3）利用Step7-Micro/Win32软件完成梯形图、指令表的程序设
7、计与调试；3.完成课程设计说明书第3章 继电接触器控制系统设计3.1 总体方案设计四台三相笼形异步电动机继电接触器控制系统采用通电延时继电器和中间继电器来实现控制。系统通过控制通电延时继电器的线圈来控制其对应触点的时序动作，并以此来控制继电接触器KM1、KM2、KM3、KM4触点的动作，从而实现四台三相笼形异步电动机按照要求时序启动和停止，并通过中间继电器的触点来实现所需要的自锁及互锁功能。系统设计了一对总启动和总停止按钮SB0和SB9，针对每一台电动机设计了单独启动与停止按钮分别为SB1和SB5、SB2和SB6、SB3和SB7、SB4和SB8。其中每一个控制周期（80s）中，通电延时继电器K
8、T1、KT2、KT3的触点分别在第20s、40s和第60s动作，并且触点状态持续到周期结束（即第80s）。第80s时刻，通电延时继电器KT4触点动作后并立即掉电复位，同时实现KT1、KT2、KT3的掉电复位，随即进入下一个控制周期。各个通电延时继电器不仅接受总启动按钮的控制，也接受每一个单独启动按钮的控制，即无论何种启动状态，KT1、KT2、KT3、KT4总是在每个周期中的第20s、40s、60s和第80s实现动作。按下总启动按钮SB0，四台电动机按照要求时序工作，按下总停止按钮SB9，系统停止工作。在总停止状态下，按下单独启动按钮，相应电动机可按工作时序实现单独启动。按下单独停止按钮，单个电
9、动机实现停止工作。元件列表如表3-1所示，系统控制流程图如图3-1所示：序号名称符号数量1通电延时继电器KT1-KT442中间继电器KA0-KA453继电接触器KM1-KM444按钮SB0-SB9105热继电器FR1-FR446熔断器FU1表3-1开始总启动启动方式单独启动4号启动3号启动2号启动1号启动总停止4号停止3号停止2号停止1号停止结束图3-13.2主电路设计主电路的设计：主电路采用四台电动机并联的方式，电动机的电路接通由接触器的主动合触点控制，主电路设计图3-2：图3-23.3控制电路设计四台三相笼形异步电动机继电接触器控制系统控制电路采用通电延时继电器、中间继电器的触点控制电动机
10、按时序要求工作。其中通电延时继电器通电延时时间均为20秒，KT、KT2、KT3、KT4触点分别在每一个周期（80s）的第20s、40s、60s和第80s实现动作，并且触点状态持续到周期结束（即第80s）。第80s时刻，通电延时继电器KT4触点动作后并立即掉电复位，同时实现KT1、KT2、KT3的掉电复位，随即进入下一个控制周期。控制过程如下：1.总启动与停止过程：按下总启动按钮SB0，中间继电器KA0线圈得电并实现自锁。KA0触点动作控制各个电动机进入时序要求工作状态，并且通电延时继电器KT1得电并开始计时，电动机1、3运转。第20s通电延时继电器KT1触点动作，控制1号电动机停止工作，同时2
11、、4号电动机开始工作，并且通电延时继电器KT2开始得电。第40s通电延时继电器KT2触点动作，控制1号电动机开始工作，同时使2、3号电动机停止工作，并且使通电延时继电器KT3得电。第60s通电延时继电器KT3触点动作，控制1、4号电动机停止工作，同时控制2、3号电动机开始工作，并且使通电延时继电器KT4开始得电。第80s通电延时继电器KT4触点动作，控制KT1、KT2、KT3失电复位，并且自身瞬间失电复位，进入下一个控制周期实现循环动作。在循环动作的任一时刻，按下总停止按钮SB9，整个系统即可实现停止。各个通电延时继电器立即掉电复位。2.单独启动与停止：四台三相笼形异步电动机继电接触器控制系统
12、在总停止状态下可实现每台电动机的单独启停控制。每个电动机的单独启停控制均采用两个按钮，其中SB1和SB5控制1号电动机实现单独启停。总停止状态下按下SB1，中间继电器KA1得电并实现自锁，其触头动作控制1号电动机开始工作，同时也使通电延时继电器KT1得电并开始计时。1号电动机在各个通电延时继电器的控制下按要求时序单独工作。按下SB5，中间继电器KA1失电复位，从而实现1号电动机的停止。同理，也可实现其他电动机的单独启停控制。四台三相笼形异步电动机继电接触器控制系统控制电路图如下图所示：第4章 PLC选择及I/O连接图4.1 PLC选择 根据设计任务的控制要求，用作四台三相笼形异步电动机控制系统
13、的PLC需要总启动、总停止、4对单独启停以及4个继电接触器共10个输入端口和4个输出端口。选择S7-200系列CPU216型PLC即可满足要求。4.2 I/O地址分配控制信号信号名称原件符号I/O地址系统总启动SB0I0.01号电动机启动SB1I0.12号电动机启动SB2I0.23号电动机启动SB3I0.34号电动机启动SB4I0.41号电动机停止SB5I0.52号电动机停止SB6I0.63号电动机停止SB7I0.74号电动机停止SB8I1.0系统总停止SB9I1.11号电动机驱动KM1Q0.11号电动机驱动KM2Q0.21号电动机驱动KM3Q0.31号电动机驱动KM4Q0.4表4-24.3
14、I/O接线图图4-3结论四台三相笼形异步电动机控制系统的两种设计方案均可以满足控制要求。但是由于该系统涉及的元件较多，控制系统较为复杂，所以用PLC控制系统表现出很多的优点。具体如下：1.PLC控制系统采用软接线 电器-接触器控制全部用硬触点和“硬”线连接；PLC内部大部分采用“软”触点和“软”线连接，动作灵敏。 2.PLC控制系统的结构和体积较小 继电器-接触器控制系统使用的电气元件多，体积大且故障率大；PLC控制系统结构紧凑，使用的电气元件少，体积小。 3.PLC控制系统使用寿命较长 继电接触器控制中全部为机械式的硬触点，弧光放电严重，使用次数有限，寿命短；PLC内部全部为“软”触点，动作
15、快、寿命长。 4.PLC控制系统柔性较好 继电接触器控制方案的改变，需拆线，重新再接线，乃至更换元器件，比较麻烦；PLC控制方案的改变，一般不需要修改硬件，只需修改程序即可，柔性较好。另外，四台三相笼形异步电动机继电接触器控制系统虽可以实现总循环启动与总停止，但是对于单个电动机的单独启停控制只能在总停止状态下进行，即总停止按钮不可充当急停按钮，现实应用中的功能不如PLC控制系统强大。虽然其经过改进可通过增加中间继电器数量以实现总启停与单独启停的相互控制，但是这将增加硬件数量，不仅故障率提高，而且会提高设计成本。而PLC控制系统可实现总启动、总停止与单独启动和单独停止间的相互控制，可以满足现实应
16、用中的各种情况且硬件成本不会增加。综上所述：对于四台三相笼形异步电动机控制系统设计倾向于采用PLC控制系统。设计总结每一次设计的完成都会产生一种莫名的感动，为老师、为同学更为自己。回顾为期两周的课程设计，漫长而短暂。从刚开始接到任务书时的毫无头绪，到最后设计得胸有成竹游刃有余，是辛勤和汗水铺就了通向成功的道路。这次经历再一次证明了一个朴实无华却又铿锵有力的道理：没有付出、没有汗水就不会有成功，更不会有成就！我坦承，由于PLC课程是个选修课，平时对其重视度不够，课程设计之前对PLC仅仅有个感性的肤浅认识。在接到课程设计任务书时，感觉毫无目标，无从下手。然而动力往往与压力同时产生，自己当然不甘落后
17、！当天晚上就从图书馆借了一本关于PLC设计的书开始细细研读起来。初步搞清了控制系统要实现的控制要求，然后回来从网上搜到了好多相似甚至相同的模板。刚开始对模板有一种迷信，可是用软件仿真发现错误百出。有的程序设计虽然正确，但是不能覆盖实际环境应用中出现的各种情况，并且不能实现紧急停止。这种设计在实际应用中是有缺陷的，存在潜在危险。再加上自己对PLC结构及编程有了深入的了解，于是果断决定放弃模板自己重新确定设计思路并编写程序。针对课程设计任务书的要求，先在草纸上画出基本的梯形图，再不断地往上面添加要求，然后在脑海中模拟程序的运行过程，这样可以先期发现一些基本错误，避免用软件仿真遇到太多错误而浪费时间
18、。程序不断改了再改，手稿就用了好多张。然后尽可能在纸上列出实际应用中电动机出现的各种工作情况并开始用软件仿真，结果显示完全可以实现预期的各种控制。自豪感和成就感油然而生。在设计的后期，我不仅完成了自己的设计任务，而且还帮助了好几个同学。助人为乐本身就是一种快乐，在帮助别人的同时，也锻炼了自己的能力。其实PLC程序的编制就是逻辑的堆积，线圈触点的排列与组合。程序本身并不复杂，关键是设计思路的确定。比如本次设计的四台三相笼形异步电动机的控制系统，分析任务书的控制要求时，可以针对每一个电动机控制的整个周期作纵向设计。而针对四台电动机作横向设计时，思路则显得比较混乱。同理比较本次课程设计其他同学的设计
19、课题，如三相步进电动机作正反转，也是针对每一相的带电顺序作纵向设计。另外针对每一个课题的设计可以有不同的程序，在满足控制要求的情况下，应追求程序的简单化和易读化以便于日后维护和升级。最后，这次课程设计过程中应用到了PLC的STEP 7-Micro/WIN编程软件、S7-200模拟软件，并且设计电路图时用到了CAD绘图软件，不仅学到了很多新的东西，而且复习了以前学过的知识。这次课程设计提高了自己的实践能力，增强了学习的自信心和兴趣。虽然这是一次普通的设计，但是作为一次切身的实践，积累起来的知识和宝贵经验必将为以后的学习和工作奠定坚实的基础！谢辞在这次课程设计中，首先要感谢薛东彬老师。薛老师每天上
20、午8:30都按时到教室对同学们的设计进程进行认真指导，并且详细回答同学们的问题，其敬业精神十分令我们感动。其次要感谢在我设计初期给我解答问题的两个同学。最后感谢和我在一起设计的同学们，是这个集体给了我鼓励和支持！附录：（带功能注释的程序）语句表ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1TITLE=四台三相笼形异步电动机控制系统设计BEGINNetwork 1 / 总启动和总停止控制/ 1、2、3、4号电动机无论处在何种工作状态都可受总启动和总停止控制LD I0.0O M0.0AN I1.1= M0.0Network 2 / 通电延时器T37/ 总启动或单个启动某个电动机20s后，T3
21、7动作。且在第80sT40动作后立即实现复位LD M0.0O M0.1O M0.2O M0.3O M0.4AN T40TON T37, 200Network 3 / 通电延时器T38/ 总启动或单个启动某个电动机40s后，T38动作。且在第80sT40动作后立即实现复位LD T37AN T40TON T38, 200Network 4 / 通电延时器T39/ 总启动或单个启动某个电动机60s后，T39动作。且在第80sT40动作后立即实现复位LD T38AN T40TON T39, 200Network 5 / 通电延时器T40/ 总启动或单个启动某个电动机80s后，T40动作。且立即实现复位
22、LD T39AN T40TON T40, 200Network 6 / 控制1号电动机单独启动的接触器M0.1/ 可控制1号电动机的单独启动，且受总停止和单独停止的控制LDN I1.1AN I0.5LD I0.1O M0.1ALD= M0.1Network 7 / 控制2号电动机单独启动的接触器M0.2/ 可控制2号电动机的单独启动，且受总停止和单独停止的控制LDN I1.1AN I0.6LD I0.2O M0.2ALD= M0.2Network 8 / 控制3号电动机单独启动的接触器M0.3/ 可控制3号电动机的单独启动，且受总停止和单独停止的控制LDN I1.1AN I0.7LD I0.3
23、O M0.3ALD= M0.3Network 9 / 控制4号电动机单独启动的接触器M0.4/ 可控制4号电动机的单独启动，且受总停止和单独停止的控制LDN I1.1AN I1.0LD I0.4O M0.4ALD= M0.4Network 10 / 控制1号电动机单独停止的接触器M0.5/ 可控制1号电动机的单独停止，且受总启动和单独启动的控制LDN I0.0AN I0.1LD I0.5O M0.5ALD= M0.5Network 11 / 控制2号电动机单独停止的接触器M0.6/ 可控制2号电动机的单独停止，且受总启动和单独启动的控制LDN I0.0AN I0.2LD I0.6O M0.6A
24、LD= M0.6Network 12 / 控制3号电动机单独停止的接触器M0.7/ 可控制3号电动机的单独停止，且受总启动和单独启动的控制LDN I0.0AN I0.3LD I0.7O M0.7ALD= M0.7Network 13 / 控制4号电动机单独停止的接触器M1.0/ 可控制4号电动机的单独停止，且受总启动和单独启动的控制LDN I0.0AN I0.4LD I1.0O M1.0ALD= M1.0Network 14 / 1号电动机控制/ 可接受总启动、总停止、单独启动、单独停止以及各定时器控制LD M0.0O M0.1AN I1.1AN M0.5LDN T37O T38ALDAN T
25、39= Q0.1Network 15 / 2号电动机控制/ 可接受总启动、总停止、单独启动、单独停止以及各定时器控制LD M0.0O M0.2AN I1.1AN M0.6A T37LDN T38O T39ALD= Q0.2Network 16 / 3号电动机控制/ 可接受总启动、总停止、单独启动、单独停止以及各定时器控制LD M0.0O M0.3AN I1.1AN M0.7LDN T38O T39ALD= Q0.3Network 17 / 4号电动机控制/ 可接受总启动、总停止、单独启动、单独停止以及各定时器控制LD M0.0O M0.4AN I1.1AN M1.0A T37AN T39= Q
26、0.4END_ORGANIZATION_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SBR_0:SBR0TITLE=子程序注释BEGINNetwork 1 / 网络标题/ 网络注释END_SUBROUTINE_BLOCKINTERRUPT_BLOCK INT_0:INT0TITLE=中断程序注释BEGINNetwork 1 / 网络标题/ 网络注释END_INTERRUPT_BLOCK参考文献1孙振强. 可编程控制器原理及应用教程. 北京：清华大学出版社2廖常初. PLC编程及应用. 北京：机械出版社，2002.3郁汉琪. 机床电器及棵百年城控制器实验课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，2001.4陈忠华. 可编程序控制器与工业自动化系统. 北京：机械工业出版社，2006.5李缓. PLC原理及应用. 北京：北京邮电大学出版社，2009.6于庆光. 可编程控制器原理与系统设计. 北京：清华大学出版社，20047阮友德. 电气控制与PLC实训教程. 北京:人民邮电出版社，2006.8陈在平、赵相宾. 可编程控制器技术及应用系统设计. 北京：机械工业出版社，2002.