三相交流电动机plc控制系统设计

三相交流电动机plc控制系统设计内容摘要：

3。 12 结 论 17 参考文献 18 吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书 1 第 1 章 绪论 三相交流电动机在我国现代工农业生产中应用广泛，为社会的发展、进步提供了极大便利。 但是， 大功率电动机如果在电源变压器容量不够大的情况下直接启动 ，由于异步电动机起动电流大，会使电源变压器输出电压大幅下降 ， 不仅 减小电动机本身的启动转矩 ， 还会影响同一供电网中其他设备的正常工作。 因此 ， 较大功率的电动机需要采取降压启动。 对大功率电动机的空载和轻载起动来说， Y/Δ换接起动是目前应用最成熟的降压启动方法。 Y/Δ换接 启动是指电动机启动时，把定子绕组接成星形，以降低启动电压，限制启动电流；待电动机启动后，再把定子绕组改接成三角形，使电动机从现在起运行。 凡是在正常运行时定子绕组做成三角形连接的异步电动机，均可用这种降压方法。 电动机启动时，接成 Y形，加在每相定子绕组上的启动电压只有三角形接法的，启动电流为三角形接法的 1/3，启动 转矩也只有三角形接法的 1/3。 继电接触器控制系统在三相交流电机控制上曾得到广泛应用，但由于它的机械触点多、接线复杂、可靠性低、功耗高，并当生产工艺流程改变时需重新设计和改装控制线路，通用性和灵活性也就较差，因此日益满足不了现代化生产过程复杂多变的控制要求。 而可编程控制器将继电接触器控制的优点与计算机技术相结合，用“软件编程”代替继电接触器控制的“硬件接线”。 当系统功能需要改变时，只需变更少量外部接线，主要通过修改相应的控制程序即可。 本设计以 PLC 为三相交流电动机的控制系统，结合按键实现交流电机的正转、反 转和点动 控制。 并且使交流电机能够进行星形启动，角形运行。 三相交流电动机 PLC 控制系统设计 2 第 2 章 方案选择 控制方案选择 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 ， 专为在工业环境下应用而设计。 它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 可编程序控制器是应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置，自研制成功开始使用以来， 它已经成为了当代工业自动化的主要支柱之一。 PLC 由 CPU，存储器、 I/0 接口、内嵌的精简高效操作系统组成。 用户可以根据自己的需要配置（扩展）自己的 I/0(输入、输出 )的类型及数量，用户按自己的控制需求编写控制程序下载到 PLC的存储器内， PLC 在运行的时候， PLC 内的操作系统能运行用户的程序，根据用户程序通过输入端子完成输入信号（开关、触点、传感器等）的读取，并进行处理运算，把运算处理的结果输出到输出端子，以控制用户的执行机构（阀门、线圈、指示灯等）。 从而完成用户所需的控制功能。 综上所述，由于 PLC 可编程 控制器 在三相异步电机控制中的应用 中 ，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强、功能完善等优点 ， 利用 PLC 代替普通继电器电路 也更为方便和可靠 ， 解决上述问题也更为容易。 因此 本设计 以 西门子 S7200 PLC 为主体 实现对三相异步电动机电动机的 启动和运行的 控制。 在本设计中，利用 PLC 实现对三相异步电机正反转 控制 、星角启动控制及点动控制等。 这些功能由外设的按键输入， PLC 采集按键信息， 根据输入信息要求输出相应数字量去控制交流电机，PLC 输出点与主电路隔离，避免损坏 PLC 控制系统。 在此系统中， PLC 控制系统采用 24V直流电源供电，交流电机采用 220V 交流电源供电。 三相交流电动机 PLC 控制系统结构框图如图 11 所示。 交 流 电 源（ 2 2 0 V ）主 电 路三 相 交 流 电 机 隔 离直 流 电 源（ 2 4 V ）P L C 控 制 电 路按 键 输 入 图 11 PLC控制系统结构框图 吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书 3 电机启动方式选择 1．全压启动 起动时通过一些直接起动设备，将全部电源电压 (即全压 )直接加到异步电动机的定子绕组，使电动机在额定电压下进行起动。 一般情况下，直接起动时起动电流为额定电流的 3～ 8 倍，起动转矩为额定转 矩 的 1～ 2 倍。 根据对国产电动机实际测量，某些笼型异步电动机起动电流甚至可以 达到 8～ 12 倍。 直接起动的起动线路是最简单的， 然而这种起动方法有诸多不足。 对于需要频繁起动的电动机，过大的起动电流会造成电动机的发热，缩短电动机的使用寿命；同时电动机绕组在电动力的作用下，会发生变形，可能引起短路进而烧毁电动机；另外过大的起动电流，会使线路电压降增大，造成电网电压的显著下降，从而影响同一电网的其他设备的正常工作，有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。 2． 降压启动 减压起动是在起动时先降低定子绕组上的电压，待起动后，再把电压恢复到额定值。 减压起动虽然可以减小起动电流，但是同时起动转矩也会减 小。 因此，减压起动方法一般只适用于轻载或空载情况。 传统减压起动的具体方法很多，这里介绍以下三种减压起动的方法： (1)定子串接电阻或电抗起动 定子绕组串电阻或电抗相当于降低定子绕组的外加电压。 由三相异步电动机的等效电路可知：起动电流正比于定子绕组的电压，因而定子绕组串电阻或电抗可以达到减小起动电流的目的。 但考虑到起动转矩与定子绕组电压的平方成正比，起动转矩会降低的更多。 因此，这种起动方法仅仅适用于空载或轻载起动场合。 对于容量较小的异步电动机，一般采用定子绕组串电阻降压；但对于容量较大的异步电动机，考虑到串 接电阻会造成铜耗较大，故采用定子绕组串电抗降压起动。 (2)星 三角形 (丫 △ )起动 星 三角形起动法是电动机起动时，定子绕组为星形 (丫 )接法，当转速上升至接近额定转速时，将绕组切换为三角形 (△ )接法，使电动机转为正常运行的一种起动方式。 星 三角形起动方法虽然简单，但电动机定子绕组的六个出线端都要引出来，略显麻烦。 定子绕组接成星形连接后，每相绕组的相电压为三角形连接 (全压 )时的 l/√ 3，故星 三角形起动时起动电流及起动转矩均下降为直接起动的 1／ 3。 由于起动转矩小，该方法只适合于轻载起动的场合。 (3)自耦 变压器起动 自耦变压器起动法就是电动机起动时，电源通过自耦变压器降压后接到电动机上，待转速上升至接近额定转速时，将自耦变压器从电源切除，而使电动机直接接到电网上转化为正常运行的一种起动方法。 若自耦变压器的变比为 k，与直接起动相比，采用自耦变压器起动时，其一次侧起动线电流和起动转矩都降低到直接起动的 l／ k2。 自耦变压器起动法不受电动机绕组接线方式 (丫接法或△接法 )的限制，允许的起动电流和所需起动转矩可通过改变抽头进行选择，但设备费用较高。 三相交流电动机 PLC 控制系统设计 4 自耦变压器起动适用于容量较大的低压电动机作减压起动用，应用非常广泛， 有手动及自动控制线路。 其优点是电压抽头可供不同负载起动时选择；缺点是质量大、体积大、价格高、维护检修费用高。 3．软启动 软起动可分为有级和无级两类，前者的调节是分档的，后者的调节是连续的。 在电动机定子回路中，通过串入。