电气自动化毕业论文基于s7-300的电动机y-△动控制系统设计

电气自动化毕业论文基于s7-300的电动机y-△动控制系统设计内容摘要：

ms are deigned to be substituted for hard wiring and the controlling method and the programs are explained． This method is significantly effective， meet the demands of design and has reference value to the reform of same sort of motors． The paper expounds how to design the drive and control circuits by means of PLC. The designed motor features more simple, higher reliability, lower cost and more versatile, and it is worth to be promoted. Keywords: PLC。 Y△ start。 step motor。 control 基于 S7300 的电动机 Y△启动控制系 统设计 1 引言 上 世纪 后期 ，可编程控制器的发展特点是 ： 更加适应于现代工业的需要。 目前， PLC 以其可靠性高、价格便宜、易学易用等优点 在国内外 广泛的应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业， 可编程控制器（ PLC） 也在电动机的控制系统的设计中 得到广泛的应用。 本文主要探讨 PLC 在电动机 Y△启动控制的应用。 在对大功率电机 的启动方法中，采用 Y△启动装置对 △运转的鼠笼型电动机比较普遍，也是理想的一种降压启动方法，当然这也是电动机 Y△启动的局限性。 使用传统的继电器线路是难以消除继电器断线不能正常启动、启动时形成的弧光短路等故障的。 将PLC 应用到以上的系统中，可以很容易解决使用传统继电器电路所带来的的问题。 在异步电动机的 Y△降压启动控制系统中，用 P LC 控制异步电动机，减少了系统的设计工作量，大大缩短了开发周期，降低了硬件成本，而且提高了控制系统的可靠性。 根据应用场合不同，可以使用不同的 PLC 编程软件实现。 本文就分别使用了 S7300和 S7200设计了控制程序，并且对于控制程序做了详细的解释。 用 PLC实现 Y△启动，效果很好，这个控制系统完全可以应用到实际生产实践中。 它动作稳定，安全可靠，实现起来也很容易，具有广泛的应用前景。 基于 S7300 的电动机 Y△启动控制系 统设计 2 1 绪论 本章主要介绍 可编程控制器（ PLC） 的国内外 应用 现状，以及该本课题的研究意义和研究内容 和 该课题的研究背景及相关内容有基本的了解。 （ PLC） 的国内外现状 PLC 简介 1987 年国际电工委员会（ International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关的外围设备都应 该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ” PLC 以其独特的优越性已深得 科研人员的信赖，其特点主要有以下几点： 第一，可靠性高，抗干扰能力强 PLC 用软件代替大量的 中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的 1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 第二，硬件配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。 PLC 的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。 PLC 有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种 规模的工业控制场合。 第三，易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。 它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 第四，系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造 基于 S7300 的电动机 Y△启动控制系 统设计 3 PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。 这种编程方法很有规律，很容易掌握。 对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 第五，体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的 1/2~1/10。 它的重量小于150g，功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 PLC 的发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制， 它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。 传统上，这些功能是通过气动或 电气控制系统 来实现的。 1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（ PC）。 个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（ PLC）。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 30~40%。 在这时期， PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高， PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 PLC 应用现状 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 （ 1）开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控 制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。 如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、包装生产线、电镀流水线等。 基于 S7300 的电动机 Y△启动控制系 统设计 4 （ 2）模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。 为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（ Analog）和数字量（ Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。 （ 3）运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。 从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的 运动控制模块。 （ 4） 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。 作为工业控制计算机， PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。 大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC也具有此功能模块。 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。 过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 电动机降压启动的应用现状 三项 异步电动机通过工作频率直接启动时，大容量的电动机会出现很多问题， 例如： （ 1）控制电机的启动电流过高，当电机通过工频直接启动时，会产生 7~8倍的电机额定电流，这个电流值将增加电机绕组的电应力并产生热量从而降低电机的寿命。 （ 2）电力线路电压波动过大，在电机工作频率启动时，电流剧增的同时电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量，电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如PC 机、传感器 、 接近开关和接触器等均会动作出错。 所以 当电动机容量较大时，可以通过降压启动来弥补直接启动的缺陷。 降压启动分为定子串接电阻或电抗降压 启动 、 Y△降压启动和自耦变压器降压启动。 该课题 主要研究 Y△降压启动，现在一些大功率电机采用的 Y△控制电路大多数是传统的继电器电路，这种电路在消除继电器断线不能正常启动、启动时形成的弧光短路等故障时有一定的困难，将 PLC 应用到以上的系统中，将使继电器在继电器控制电路中存在的问题迎刃而解，并且用 PLC 控制多台电动机时更能显示其优越性。 基于 S7300 的电动机 Y△启动控制系 统设计 5 本课题研究的意义 可编程控制器（ PLC） 是近年来发展迅速的工业 控制装置，以广泛的应用与工业企业的各个领域。 PLC 也以其可靠性高、价格便宜、易学易用等优点广泛的应用在电动机的控制系统的设计中。 本文主要探讨 PLC 在电机 Y△启动控制的应用。 在对大功率电机的启动方法中，采用 Y△启动装置对 △运转的鼠笼型电动机比较普遍，也是理想的一种降压启动方法。 在异步电动机的 P LC 控制系统中，用 P LC 直接控制异步电动机，用软件代替硬件控制，不仅减少了系统的设计工作量 ，大大缩短了开发周期，降低了硬件成本，而且提高了控制系统的 可靠性。 本设计采用PLC 实现电动机的驱动和控制，结构简单， 可靠性高，成本低，实用性强，具有较高的通用性和应用推广价值。 本课题研究的主要内容 （ 1） 该课题 主要研究的是 三项异步 电动机的星 三角的启动，根据星 三角启动的原理设计控制系统， 改善以往使用继电器启动的缺陷。 （ 2）研究 PLC 在电动机控制系统中的应用，设计好的控制系统用 PLC 编程实现控制。 （ 4）熟悉组态软件，画出仿真画面。 （ 3）将控制方案仿真并实践以确定其可行性。 基于 S7300 的电动机 Y△启动控制系 统设计 6 2 电动机的启动原理 这一章主要是介绍异步电动机的相关知识，包括其工作原理、机械特性、启动与制动，重点介绍了电动机 Y△降压 启动的原理。 异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，因此，异步电动机被广泛应用在电力拖动系统中。 尤其是随着电力电子技术的发展和交流调速技术的日益成熟，使得异步电动机在调速性能方面大大提高。 目前，异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。 三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。 与单相异步电机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。 按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。 笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。 绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。 调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。 电动机工作原理 三相异步电机 (Triplephase asynchronous motor)是靠同时接入三相交流电源(相位差 120 度 )供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的 方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机。 其 工作原理：三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。 短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。 通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，实现能量变换。 电机结构：主要就是由定子和转子组成。 定子 ： 由定子铁芯，定子绕组，机座，端盖等组成。 转子 ： 由转轴，转子铁芯，和转子绕组组成。 （按照转子绕组的结构形式，转子可分为绕线式转子和鼠笼式转。