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三相交流电机控制设计(PLC)

贵州航天职业技术学院

PLC控制系统课程设计

题目：三相交流电机控制设计

姓名：余大川

学号： xx
班级：12计算机应用技术（1）班

指导老师： xxx

日期： 2014年6月20日

成员分工

成员	分工操作的内容
余大川	软件代码编写
李天志	课程总体设计
马全	软件代码调式
李剑飞	资料查询兼文档整理

前言

1 总体方案的设计

1.1系统硬件配置及组成原理

本次设计主要介绍CPU224和CPU226的技术参数和CPU的输入输出。

S7-200系列中的CPU 224主要技术性能。

1．一般性能

S7-200 CPU224的一般性能如表1-1所示。

表1-1 S7-200 CPU224一般性能

电源电压	DC 24V，AC 100~230V
电源电压波动	DC 20.4-28.8V，AC 84-264V（47-63Hz）
环境温度、湿度	水平安装0~550C，垂直安装0~450C，5~95%
大气压	860~1080hPa
保护等级	IP20到IEC529
输出给传感器的电压	DC 24V （20.4-28.8V）
输出给传感器的电流	280mA，电子式短路保护（600mA）
为扩展模块提供的输出电流	660mA
程序存储器	8K字节/典型值为2.6K条指令
数据存储器	2.5K字
存储器子模块	1个可插入的存储器子模块
数据后备	整个BD1在EEPROM中无需维护在RAM中当前的DB1标志位、定时器、计数器等通过高能电容或电池维持，后备时间190h（400C时120h），插入电池后备200天
编程语言	LAD，FBD，STL
程序结构	一个主程序块（可以包括子程序）
程序执行	自由循环。中断控制，定时控制（1~255ms汽车喷水电机）
子程序级	8级
用户程序保护	3级口令保护
指令集	逻辑运算、应用功能
位操作执行时间	0.37μs
扫描时间监控	300ms（可重启动）
内部标志位	256，可保持：EEPROM中0~112
计数器	0~256，可保持：256，6个高速计数器
定时器	可保持：256， 4个定时器，1ms~30s 16个定时器，10ms~5min 236个定时器，100ms~54min
接口	一个RS485通信接口蚀刻标牌
可连接的编程器/PC	PG740P = 2 \* ROMAN II，PG760P = 2 \* ROMAN II，PC（AT）
本机I/O	数字量输入：14，其中4个可用作硬件中断，14个用于高速功能数字量输出：10，其中2个可用作本机功能，模拟电位器：2个
可连接的I/O	数字量输入/输出：最多94/74 模拟量输入/输出：最多28/7（或14） AS接口输入/输出：496
最多可接扩展模块	7个

2．输入特性

S7-200 CPU224的输入特性如表1-2所示。

表1-2 S7-200 CPU224输入特性

类型	源型或汇型
输入电压	DC 24V，“1信号”：14-35A，“0信号”：0-5A，
隔离	光耦隔离，6点和8点
输入电流	“1信号”：最大4mA
输入延迟（额定输入电压）	所有标准输入：全部0.2-12.8ms（可调节）中断输入：（I0.0-0.3）0.2-12.8ms（可调节）高速计数器：（I0.0-0.5）最大30kHz

3．输出特性

S7-200 CPU224输出特性如表1-3所示。

表1-3 S7-200 CPU224的输出特性

类型	晶体管输出型	继电器输出型
额定负载电压	DC 24V（20.4-28.8V）	DC 24V（4-30V） AC24-230V（20-250V）
输出电压	“1信号”：最小DC 20V	L+/L-
隔离	光耦隔离，5点	继电器隔离，3点和4点
最大输出电流	“1信号”：0.75A	“1信号”：2A
最小输出电流	“0信号”：10μsA	“0信号”：0mA
输出开关容量	阻性负载：0.75A 灯负载：5W	阻性负载：2A 灯负载：DC30W，AC200W

4．扩展单元的主要技术特性

S7-200系列PLC是模块式结构，可以通过配接各种扩展模块来达到扩展功能、扩大控制能力的目的。目前S7-200主要有三大类扩展模块。

（1）输入/输出扩展模块 S7-200 CPU上已经集成了一定数量的数字量I/O点，但如用户需要多于CPU单元I/O点时，必须对系统做必要的扩展。CPU人体弹弓221无I/O扩展能力，CPU 222最多可连接2个扩展模块（数字量或模拟量），而CPU224和CPU226最多可连接7个扩展模块。

S7-200 PLC系列目前总共提供共5大类扩展模块：数字量输入扩展板EM221（8路扩展输入）；数字量输出扩展板EM222（8路扩展输出）；数字量输入和输出混合扩展板EM223（8I/O，16I/O，32I/O）；模拟量输入扩展板EM231，每个EM231可扩展3路模拟量输入通道，A/D转换时间为25μs，12位；模拟量输入和输出混合扩展模板EM235，每个EM235可同时扩展3路模拟输入和1路模拟量输出通道，其中A/D转换时间为25μs，D/A转换时间]100μs，位数均为12位。

（2）热电偶/热电阻扩展模块热电偶、热电阻模块（EM231）是为CPU222，CPU224，CPU226设计的，S7-200与多种热电偶、热电阻的连接备有隔离接口。用户通过模块上的DIP开关来选择热电偶或热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障的方向。

（3）通讯扩展模块除了CPU集成通讯口外，S7-200还可以通过通讯扩展模块连接成更大的网络。S7-200系列目前有两种通讯扩展模块：PROFIBUS-DP扩展从站模块（EM277）和AS-i接口扩展模块（CP243-2）。

S7-200系列PLC输入/输出扩展模块的主要技术性能如表1-4所示。

表1-4 S7-200系列PLC输入/输出扩展模块的主要技术性能

型号	EM221	EM222	EM223	EM231	EM232	EM235
输入点	8	无	4/8/16	3	无	3
输出点	无	8	4/8/16	无	2	1
隔离组点数	8	2	4	无	无	无
输入电压	DC24V		DC24V
输出电压		DC24V或AC24-230V	DC24V或AC24-230V
A/D转换时间				<250μs		<250μs
分辨率				12bit A/D转换	电压：12bit 电流：11bit	12bit A/D转换

1.2 课程设计的目的

（1）增白皂理解三相交流电机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。

图1-5 接通延时定时器指令梯形图

1.6 系统接线图设计

本设计采用西门子S7-200 PLC实现对三相异步电动机电动机的起动换接控制。三相交流异步电动机Y/Δ换接起动的控制原理如图1所示。可以看到，基于时间继电器的控制线路中用到了繁琐的控制器、接触器等元件，使系统复杂而不稳定。

图1电动机Y/Δ换接起动的控制线路

PLC就是为了替代繁琐的继电器、接触器控制系统而产生的。替代后，控制原理如图2所示，线路得到了简化，稳定性得到提高，在工业自动化领域得到越来越多的应用。

图2 基于PLC的电动机Y/Δ换接起动的控制线路

按照图2控制原理接线。图中KM1、KM3主触点闭合时，电动机星形连接；KM1、KM2主触点闭合时，电动机三角形连接。

PLC线路连接的输入和输出点地址的分配如表1所示。接PLC连接图时应当按照对应关系完

成连接，以使控制和监控按预定进行。

2 控制系统设计

2.1 流程图设计

2.2 时序图设计

图2-2-2 电动机正反转控制时序图

a）正转运行 b）反转运行。

2.3 三相交流电机控制设计思路

第一步，如图4所示，启动按钮SS（即动合开关I0.0闭合），M0.3、Q0.1线圈得电，则动合开关M0.3闭合，进入计时启动环节。

图4 启动运行的梯形图

第二步，如图5所示，动合开关M0.3闭合，T37、T33启动计时，分别计时6秒和1秒，使动合开关T33首先动作。

图5 启动计时的梯形图

第三步，如图6所示，计时1秒后，动合开关T33闭合，Q0.3线圈得电，即此时KM1、KM3都处于闭合状态，此时接线方式为星形，进入星形启动阶段。星形接线状态运行5秒后，T37计时完成，动断开关T37断开，Q0.3线圈失电，即KM3断开，星形连接解除。

图6 启动运行的梯形图

第四步，如图7所示，星形连接解除同时，动合开关T37闭合，延时0.5秒进入三角形接线状态。延时0.5秒后平稳换接，防止电路电流变化剧烈产生电火花。

图7 延时500ms的梯形图

第五步，如图8所示，延时0.5秒后动合开关T34闭合，线圈Q0.2得电，即此时KM1、KM2都处于闭合状态，开始换接三角形连接。

图8 启动运行的梯形图

第六步，如图9所示，动合开关M0.1闭合后，线圈M0.3失电，KM1断开，电路失电，完成停机过程。

图9 启动运行的梯形图

第七步，如图10所示，动合开关M0.2闭合后，线圈M0.3失电，KM1断开，电路失电，实现过载保护。

电镀废水处理

图10 启动运行的梯形图

3 系统调式及结果分析

利用仿真软件对上表中源程序进行仿真，仿真结果如下：

当按下正转按钮或点动按钮（点动方向选择为正向）时，PLC控制交流电机进入正向星形启动状态，如图3-1所示。正向星形启动维持5秒之后，交流电机转入正向角形运行状态，如图3-2所示。按下停止按钮或松开点动按钮，交流电机停止转动。

图3-1 电机正向星形启动时PLC输出状态

图3-2 电机正向角形运行时PLC输出状态

图3-3 电机反向星形启动时PLC输出状态

图3-4 电机反向角形运行时PLC输出状态

3.1 系统工作过程的分析

当启动按钮SS，I0.0的动合触点闭合，M0.3线圈得电，M0.3的动合触点闭合，Q0.1线圈得电，即接触器KM1的线圈得电，1秒后Q0.3线圈得电，即接触器KM3的线圈得电，电动机作星形连接启动；同时定时器T37得电，当启动时间累计达6秒时，T37 的动断触点断开，Q0.3失电，接触器KM3断电，触头释放，于此同时T37的动合触点闭合，T38得电，

经0.5秒后，T38电机减速机构动合触点闭合，Q0.2线圈得电，电动机接成三角形，启动完毕。定时器T1的作用使KM3断开0.5秒后KM2才得电，避免电源短路。