三相鼠笼式异步电动机的Y--起动PLC控制 2

本 科 毕 业 设 计

题 目: 三相鼠笼式异步电动机的Y--△起动PLC控制

系 别 学生姓名

信息工程系

专 业 电气工程及其自动化 学 号 指导教师 职 称

2013年 05 月 20 日

讲师

三相鼠笼式异步电动机的Y--△起动PLC控制

摘 要

三相鼠笼式异步电动机，以其结构简单、运行可靠、维修方便、惯性小、价格低廉而且坚固耐用等优点，在工、农业生产中得到广泛应用，是现阶段机械加工的重要动力源。但由于电机起动电流大，对电网的影响和生产机械的冲击力都很大，因此对三相鼠笼式异步电动机起动方式提出了更高的要求。可编程序控制器(PLC)应用是自动化控制领域的核心技术之一，由于PLC系统构成简单、配置灵活、可靠性高、编程方便，能够适用于不同类型的控制对象和各种复杂环境，已经在自动化控制领域获得了非常广泛的应用。

本设计从PLC控制电机星三角起动入手，完成PLC控制，实现MCGS组态仿真。更好地解决了电动机起动时对电网和机械设备的冲击，使得电机起动更加安全，简单，方便。 关键词：三相鼠笼式异步电动机； PLC； 电机星三角起动

ABSTRACT

Three-phase squirrel-cage asynchronous motor, with the advantages of simple structure, reliable operation, convenient repair, inertia is small, cheap and durable, widely used in industry and agriculture production, is an important source of current mechanical processing. But as the motor starting current, have great influence on power grids and production of mechanical impact, which has put forward higher requirements on the starting of three-phase squirrel-cage asynchronous motor way. Programmable logic controller (PLC) application is one of the key technology of automation control field, because the PLC system is simple in structure, flexible configuration, high reliability, easy programming, can be used to control different types of objects and all kinds of complex environment, has been widely used in automatic control field.

This design from PLC motor control star delta starter start completed the PLC control, MCGS configuration simulation. To better address the impact on the power grid and the machinery and equipment of the starting motor, the motor starting is safer, and simple, convenient.

Keywords: motor star delta starter; PLC; motor star delta starter

目 录

1引 言 ............................................................................................................................................................... 1 1.1本文研究的目的和意义 ................................................................................................................................ 1 1.2国内外发展现状 ............................................................................................................................................ 1 1.3本文研究内容 ................................................................................................................................................ 1 2电机概述 ........................................................................................................................................................... 2 2.1我国电机制造工业发展近况与发展趋势 .................................................................................................... 2 2.2三相异步电动机的分类及优点 .................................................................................................................... 2 2.3三相异步电动机的基本工作原理和运行特性 ............................................................................................ 3 2.3.1基本工作原理 ............................................................................................................................................. 3 2.3.2三相异步电动机的工作特性 ..................................................................................................................... 3 2.4 三相异步电动机的起动 ............................................................................................................................... 4 3系统硬件的选择与设计 ................................................................................................................................... 5 3.1 PLC的工作方式............................................................................................................................................ 5 3.2 PLC的应用范围分类 .................................................................................................................................... 5 3.3 PLC的结构 ................................................................................................................................................... 6 3.4 PLC的工作原理............................................................................................................................................ 7 3.5 PLC的接线设计............................................................................................................................................ 7 3.6I/O地址分配表............................................................................................................................................... 8 3.7分析继电接触器控制 .................................................................................................................................... 8 3.8主电路图与常规控制线路控制流程 ............................................................................................................ 9 4系统软件的选择与设计 ..................................................................................................................................11 4.1S7－200 PLC的介绍 ....................................................................................................................................11 4.2基本功能 .......................................................................................................................................................11 4.3编程语言 .......................................................................................................................................................11 4.4程序设计 .......................................................................................................................................................11 4.4.1PLC控制方式............................................................................................................................................ 12 4.5助记符指令程序 .......................................................................................................................................... 12 4.6PLC控制的梯形图....................................................................................................................................... 13 5.组态设计及系统联机统调 ............................................................................................................................. 15 5.1MCGS组态软件........................................................................................................................................... 15 5.2三星鼠笼式异步电动机星三角起动系统人机界面设计 .......................................................................... 15 5.2.1MCGS组态画面设计 ................................................................................................................................ 15 5.2.2建立实时数据库和动画连接 ................................................................................................................... 16 5.2.3组态设备窗口设计 ................................................................................................................................... 16 5.3系统联机统调 .............................................................................................................................................. 18 总 结 ................................................................................................................................................................ 20 参考文献 ............................................................................................................................................................ 21 致 谢 ................................................................................................................................................................ 22

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

1引 言

1.1本文研究的目的和意义

由于三相鼠笼式异步电动机简单、廉价、易维护的优点，已广泛应用于各行各业。近些年，由于国民经济的飞速发展，用电量的快速增长，对电网的稳定性提出了越来越高的要求。保守估计，三相鼠笼式异步电动机的用电量占整个电网的一半以上，由此对电动机的控制特别是起动的控制提出了相应的要求。

三相鼠笼式异步电动机是应用最为广泛的用电设备，传统的电机起动方式其局限性，如不能有效减少起动时对电网的大电流冲击，已越来越不能适应现代生产发展的要求。传统的起动方式有星三角起动、自耦减压起动、电抗器减压起动、延边三角形减压起动等，这些起动方式都属于有极减压起动，他们的共同特点是控制电路简单，但是起动转矩不可调，起动过程中存在较大的冲击电流，使被拖动负载受到较大的机械冲击，且易受电网电压波动的影响，一旦电网电压波动，会造成起动困难，甚至使电机堵转。PLC控制起动很好地解决了电动机起动时对电网和机械设备的冲击，它还有故障过流保护、过载保护、缺相保护等功能，可广泛应用于冶金、石化、市政、制造等行业。PLC控制器与传统起动设备相比，性能更可靠，使起动更平滑，对电网冲击更小。产品具有强抗干扰、经久耐用、智能化三大特点，在国内同类产品中处于领先水平。

1.2国内外发展现状

近年来，随着电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展，国内十分重视三相鼠笼式异步电动机的研究和开发。星形/三角形（Ｙ/△）起动是最常见也是最常用的一种降压起动电路。所谓Y-△起动，是指起动时电动机绕组接成星形，起动结束进入运行状态后，电动机绕组接成三角形。在起动时。电机定子绕组由于是星形接法，所以每相绕组所受的电压降低到运行电压的根号三分之一(约57.7％)，起动电流为直接起动时的1/3，起动转矩也同时减小到直接起动的1/3。现在国内由于电力供应紧张， 因此星形/三角形（Ｙ/△）起动在节能方面有突出的表现。因此三相鼠笼式异步电动机的Y--△起动PLC控制拥有十分广阔的市场。

1.3本文研究内容

先分析继电器控制系统的控制要求，将检测元件、控制元件(如按钮等)合理安排接入PLC的输入口。然后将被控器件(如接触器线圈)接入PLC的输出与继电接触器系统对应，选择PLC中功能相同的器件。按接点与器件关系设计出梯形图和编写控制程序。由于西门子PLC工作可靠，使用简单，所以用它控制三相鼠笼式异步电动机的Y--△起动等功能。

第 1 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

2电机概述

2.1我国电机制造工业发展近况与发展趋势

电动机制造业是我国机械工业中较大的行业之一，它不仅关系到工农业自动化的重要基础产品，而且与人类生活必需品戚戚相关。电动机是把电能转变为机械能的主要执行部件，国内60％左右的发电量被电机所消耗。因此，电机的种类、数量和质量及其各种性能的提高直接影响工农业成套设备的发展水平。

20世纪40年代以前，我国电机制造工业处于世界落后阶段。50年代以仿制国外产品为主，60年代起开始自主研发设计。在此之前只能生产一般中小型电机，而且批量小，品种单一。

我国所生产的电动机其技术水平、产品质量、结构工艺、制造能力、自动化程度等均偏低，仍有不小的差距。

解放60多年来，国内的电机制造业通过众多工程技术人员的不懈努力研发，在艰苦的环境下逐步建立起较为完整的电机制造工业体系， 无论在产品品种、产品质量方面，还是在数量方面，都取得了世人瞩目的成绩，为工农业的迅速发展、人民生活水平质量的提高方面都做出了巨大的贡献。如今我国已能自主研发和生产各种中小型电机，国内产品已经发展到100 多个系列，500多个品种，年生产能力达到5500万kW以上 ，基本上满足了社会各个方面对电机产品的需求。

随着研制开发技术的不断创新、迅速发展和完善，定能设计出“更快、更精、更净”的产品。

2.2三相异步电动机的分类及优点

1、电机是电能与机械能相互转换的设备。

（1）按结构及工作原理分类：根据电动机结构及工作原理的不同，可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。

（2）按工作电源分类：根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。

（3）按用途分类：可分为驱动电动机和控制电动机。

（4）按转子的结构分类：根据电动机按转子的结构不同，可分为笼型电动机和绕线转子电动机。

2、电机具有的优点

（1）电机中能量的转换主要以电磁场为媒介，其运行效率高。

（2）电机可以通过不同设计，使其具有不同性能，满足不同类型生产机械要求的多品种、多规格型号，产品易与系列化。

第 2 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

(3) 电机的起动、制动、反向、调速等控制简单、反应迅速，可实现完善的保护。 (4) 电机的运行状态易与检测，并可将检测信号输入反馈系统，利于实现生产过程的自动控制和集中管理的分类[1]。

2.3三相异步电动机的基本工作原理和运行特性

2.3.1基本工作原理

三相异步电动机要带负载运行，同直流电动机一样，必须提供一定大小和确定旋转方向的电磁转矩，即需要磁场和电流的共同作用产生电磁转矩。异步电动机的磁场是旋转磁场，转子电流是感应电流，气隙中的旋转磁场与转子导体的感应电流相互作用产生电磁转矩，如图1所示。异步电动机的工作原理用箭头式子可以简单的表示如下：

定子绕组通入三相交流电流产生旋转磁场 切割转子绕组，转子绕组产生感应电势，转子中产生感应电流，转子电流与磁场作用产生电磁转矩运行[2]。

图1 三相异步电动机工作原理示意图

2.3.2三相异步电动机的工作特性

异步电动机的工作特性是指定子电源电压为额定电压和频率为额定频率时，电动机的转速、定子相电流、功率因数、电磁转矩、效率与输出机械功率之间的关系曲线。

①转差率特性

通常把同步转速和电动机转子转速n二者之差与同步转速的比值叫做转差率，用s表示。

S的大小反映电动机转速的快慢。负载功率与转子电流成正比，故转差率随输出功率增大而增大。

②电流特性

空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。 ③功率因数特性

空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很低；随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；在额定功率附近，功率因数达到最大值。如果负载继续增大，则导致转子漏电抗增大，从而引起功率因数下降。

第 3 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

④转矩特性

异步电动机的输出转矩：转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降，转矩曲线为一个上翘的曲线（近似直线）。

⑤效率特性

其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损耗近似不变；效率曲线有最大值，可变损耗等于不变损耗时，电机达到最大效率。异步电动机额定效率载74-94%之间；最大效率发生在(0.7-1.0倍)额定效率处[3]。

2.4 三相异步电动机的起动

1、直接起动

直接起动也称为全压起动是最常用的起动方式，它是将电动机的定子绕组直接接入电源，在额定电压下起动，具有起动转矩大、起动时间短的特点，也是最简单、最经济和最可靠的起动方式。

（1）优点：无需附加起动设备，操作方便；

（2）缺点：起动电流大，起动转矩小，须足够大的电源； （3）适用条件：小容量电动机带轻载的情况起动。 2、降压起动

电机的起动电流近似与定子的电压成正比，因此要采用降低定子电压的办法来限制起动电流，即为降压起动又称减压起动。对于因直接起动冲击电流过大而无法承受的场合，通常采用减压起动，此时，起动转矩下降，起动电流也下降，只适合必须减小起动电流，又对起动转矩要求不高的场合。

（1）Y-Δ降压起动

（2）自耦变压器降压起动 （3）电阻降压或电抗降压起动 （4）延边三角形降压起动

第 4 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

3系统硬件的选择与设计

3.1 PLC的工作方式

PLC采用循环扫描的工作方式如图2。在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作[5]。

电源ON 内部处理 上电处理 输入处理（输入传送、远程I/O） 扫描过程 PLC正常？ 执行自诊断 扫描过程

通信服务（外设、CPU、总线服务） 更新时钟、特殊寄存器 Y 存放自诊断错误结果 出错处理

STOP CPU运行方式？ RUN 执行程序 致命错误？ 处理程序 CPU强制STOP 图2 PLC循环扫描的工作方式

3.2 PLC的应用范围分类

目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、

第 5 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着国民经济的不断发展，人们对自动化的不断追求，PLC技术的应用领域在不断扩大。

从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面： （1）开关量逻辑控制

利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等。 （2）运动控制

大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。 （3）过程控制

大中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能，有的小型PLC也具有模拟量输入输出。

（4）.数据处理

现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置，如计算机数值控制（CNC）设备，进行处理。

（5）通信联网

PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化系统发展的需要[6]。

3.3 PLC的结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

（1） CPU 中央处理器 ：CPU的功能是完成PLC内所有的控制和监视操作。中央处理器是由运算器、控制器和寄存器组成的。

（2）存储器：PLC中使用的存储器有两种随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM。输入输出接口。

（3）可编程控制器的输入和输出信号是模拟量或数字量。I/O是PLC内部弱电信号和工业现场强点信号连接的桥梁。

第 6 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

电源 编程器 通信接口 CPU 存储器

输入模块 输出模块

输入装置 图3 PLC的结构图

输出装置 3.4 PLC的工作原理

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

（1） 输入处理 输入处理又名输入采样，在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式依次对输入状态进行采样，并存入被刷新的输入映像寄存器中。输入处理结束后，即使输入状态发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只有在大于一个扫描周期的输入处理阶段才能读入信息。

（2） 程序执行阶段 根据PLC程序扫描原则，遵循先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。当遇到程序跳转指令时，根据跳转条件决定程序是否跳转。当程序指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出当前状态，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映像寄存器中。对于元件映像寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。

（3） 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时才是PLC的真正输出。

3.5 PLC的接线设计

将起动按钮SB2、停止按钮SB1和热继电器FIR的辅助触点一端分别接到PLC的输入模块上的输入端子I0.0、I0.1、I0.2，另一端经24V直流电源接人公共端COM。在输出模块中，相线L经熔断器接输出公共端COM，接触器KM1、KM2、KM3一端分别接到PLC的输出模块上的输出端子I0.0、I0.1、I0.2，另一端接中性线N，如图4所示

第 7 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

图4 PLC控制的输入输出接线图

3.6I/O地址分配表

因PLC的类型不同，为方便接线和编程，上述符号地址必须转换为实际地址，建立I/O地址分配表，图4的I/O地址分配表见表1）。

表1 I/O地址分配表

输入文件 起动按钮 停止按钮

符号 SB2 SB1

输入地址 I0.0 I0.1

输出元件 主接触器 △起动接触器 Y起动接触器

符号 KM1 KM2 KM3

输出地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2

3.7分析继电接触器控制

Y-△起动 三相鼠笼式异步电动机全压直接起动时．起动电流是正常工作电流的3—7倍。当电动机功率较大时，起动电流会对电网造成冲击。为了限制起动电流过大．对于正常运转时定子绕组作三角形连接的电动机，起动时先使定子绕组接成星形，电动机开始转动．待电动机达到一定转速时。把定子绕组改成三角形连接，使电动机正常运行。 1．继电器输入输出分配表如表2所示

表2 输入／输出分配表

控制开关 KM1 KM2 KM3 KT SB2 SB1

用途

交流接触器电机总电源控制 交流接触器三角形连接 交流接触器星形连接 时间继电器延时自动转换

起动按钮起动控制 停止按钮停止控制

第 8 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

2．电机起动的控制要求及动作结果

三相鼠笼式异步电动机的Y-△起动控制电路控制要求。能够用按钮控制电动机的起动：电动机起动时定子绕组接成星形，延时5s后，电动机的定子绕组换接成三角形；具有必要的保护措施，KM2与KM3不能同时吸合．否则将产生电源短路。

采用继电器控制的Y-△起动控制动作结果。起动后成星形时KM1、KM3得电，KM2失电。经过延时后成三角形时KM1、KM2得电，KM3失电。

图5 继电器控制的星三角减压起动控制图

3.8主电路图与常规控制线路控制流程

（1）合上空气开关QF引入三相电源。

（2）按下起动按钮SB2，交流接触器KM1线圈回路通电吸合并通过自己的辅助常开触点自锁，其主触头闭合接通电动机三相电源，时间继电器KT线圈也通电吸合并开始计时，交流接触器KM3线圈通过时间继电器的延时断开接点通电吸合，KM3的主触头闭合将电动机的尾端连接，电动机定子绕组成Y形连接，这是电动机在Y形接法下起动。

（3）当时间继电器KT整定时间到时后，其延时常开触点打开，交流接触器KM3线圈回路断电，主触点打开定子绕组尾端的接线，KM3的辅助常闭触点闭合为KM2线圈的通电做好准备。

（4）时间继电器KT动作使，其延时常开触点闭合，接通KM2线圈回路，使得KM2通电吸合并通过自己的辅助常开触点自锁，KM2主触头闭合将定子绕组接成三角形，电动机在△接法下运行。

（5）线路中的互锁环节有：KM2常闭触点接入KM3线圈回路。KM3常闭触点接入KM2线圈回路。

电机星三角起动运行的常规电路见上图为一个比较典型的电路。原理简述：先是KM3

第 9 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

得电，将电机绕组接成星形，继之KM1得电，两只接触器的得电，使电机进入星接起动阶段；由延时继电器KT1控制起动时间的长短，当延时时间到时，KM3失电，同时KM2得电。KM1与KM2将电机绕组接成三角形，进入正常运行阶段。KT用作时间调节和星/角切换控制，KM3和KM2有触点互锁控制，严禁其同时接通造成对电源的短路。

第 10 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

4系统软件的选择与设计

4.1S7－200 PLC的介绍

S7－200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等[7]。

（1） S7－200系列PLC的特点 ① 结构紧凑；② 先进的程序结构，扩展性良好；③ 灵活方便的寻址方法；④ 功能强大、使用方便的编程软件；⑤ 简化复杂编程任务的向导功能；⑥ 强大的通信功能；⑦ 品种丰富的配套人机界面；⑧ 有竞争力的价格；⑨完善的网上支持服务；成为当代各种小型控制工程的理想控制器[8]。

（2） S7－200PLC硬件介绍

S7－200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、文本显示器等[9]。

4.2基本功能

STEP 7－Micro/WIN为用户创建程序提供了便捷的工作环境，丰富的编程向导，提高了软件的易用性；同时还有一些工具性的功能，例如用户程序的文档管理和加密等。此外，还可以用软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控等[11]。

软件功能的实现可以在联机工作方式（在线方式）下进行。此时，有编程软件的计算机与PLC连接，允许两者之间直接通信，可针对相连的PLC进行操作，如上装和下载用户程序和组态数据等[12]。

部分功能的实现也可以在离线工作方式下进行。此时，有编程软件的计算机与PLC断开连接，所有的程序和参数存放在硬盘上，等联机后再下载到PLC中[13]。

4.3编程语言

本设计使用了梯形图编程语言，梯形图是PLC使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程[14]。

4.4程序设计

第 11 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

PLC中的定时器中有一个当前值寄存器、一个设定值寄存器和一个用来存储其输出触点状态的映像，这3个存储单元使用同一个元件号。PLC的定时器都有时间基数，在编程时，都有一个初始设定值。PLC的定时器将时间寄存器设置一个设定值后，在时钟脉冲作用下，进行加一操作。当时间寄存器的内容等于设定值时，表示定时时间到，定时器输出。 4.4.1PLC控制方式

采用PLC实现三相异步电动机起动控制可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，自60年代末，美国首先研制和使用可编程控制器以后，世界各国特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC，因此，与传统的继电接触器控制系统相比较，采用PLC实现三相异步电动机起动控制是最明智的选择。通过对鼠笼式异步电动机起动的传统控制方法和PLC控制方法的比较，从某种意义上看，PLC控制是从继电接触器控制发展而来的。两者既有相似性又有很多不同处。下面就是PLC实现的三相异步电动机Y-△起动，地址分配表(表3)、梯形图、指令程序及工作过程原理。在PLC中一般都在输入输出接口处设置π形滤波器，它不仅可滤除来自外界的高频干扰，而且还可减少内部模块之间信号的相互干扰。在PLC系统中CPU和各I/O回路（主要指数字口）几乎都设有光耦合器作隔离，以防止干扰或可能损坏CPU等，PLC通常采用积木式结构，这便于用户检修和更换模板，同时在各模板上都设有故障检测电路，并用相应的指示器标志它的状态，使用户能迅速确定故障的位置。

4.5助记符指令程序

助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。其中LD是指常开触点与母线相连接的指令，OR是并联常开触点的指令，AND与NOT是串联常闭触点的指令， T*是指实现导通延时操作的定时指令。

图6 程序注释

第 12 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

4.6PLC控制的梯形图

PLC是以扫描方式进行工作的，即PLC对信号的输入、数据的处理和控制信号的输出，分别在一个扫描周期内的不同时间间隔里，以批处理方式进行，这不仅使用户编程简单、不易出错，而且也使PLC的工作不易受到外界干扰的影响；同时PLC所处理的数据比较稳定，从而减少了处理中的错误；另外，PLC的输入、输出的控制较简单，不容易产生由于时序不合适而造成的问题。PLC的用户程序常采用梯形图进行编程，这种编程方式被大多数用户所接受。根据I/O地址分配表(表3)，符合起动、停止控制要求的梯形图如图所示。图中I0.0、I0.1为输人继电器， Q0.0、Q0.1、Q0.2为输出继电器，T37、T38为时间继电器，-||-表示动合触点，-N-表示动断触点，-()表示线圈。

图7 电机Y起动

如图所示起动时按下SB2，I0.0常开闭合，此时M0.0接通，定时器T37接通，Q0.0、Q0.2也接通，KM1、KM3接触器通电，电动机进入星形（Y）降压起动。

图8 电机进入△起动

第 13 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

延时5s后，定时器T37动作，常开触点断开，使得Q0.0、Q0.2断开，KM1.KM3断电。T37的常开触点闭合，接通定时器T38，延时1s后，T38动作，Q0.0、Q0.1接通，KM1、KM2接通，电动机为三角形（△）连接，进入正常工作。按下SB1，常闭触点I0.1断开，Q0.0、M0.0断电，电动机停止工作。

第 14 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

5.组态设计及系统联机统调

可编程逻辑控制器在现场进行数据采集、处理和控制，要和上位机进行通讯，以交换系统运行产生的数据。在上位机中，监控软件的首要任务是实现与主控人员之间良好的人机接口，以文字和图形实时地反映了整个系统的运行现状。此外要及时地向下级PLC传递系统的设定和操作命令。本系统上位机采用MCGS组态软件来实现相应功能[10]。

5.1MCGS组态软件

MCGS(Monitor and Control Generated System) 是一套基于Windows 平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。

MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能[15]。

MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠[16]

。

5.2三星鼠笼式异步电动机星三角起动系统人机界面设计

5.2.1MCGS组态画面设计

当在用户窗口区创建完新窗口并命名为“三相鼠笼式异步电动机星三角起动主程序”，双击进入并开始设计上位机图形画面。应用画面中的工具箱及项目内的图库即可做出本设计的画面。工具箱见图9。

图9 MCGS组态软件元器件工具箱

第 15 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

双击图库内的元器件，则此元器件出现在组态界面的左上角。单击边线修改其大小并单击拖动到需要设计的相应位置，据此可做出本设计的组态画面设计见图10。

图10 组态画面设计

5.2.2建立实时数据库和动画连接

实时数据库是整个系统的核心，构件分布式应用系统的基础。选择实时数据库选项卡，点击新增对象。数据对象分为：开关型数据对象、数值型数据对象、字符型数据对象、事件型数据对象、组对象和内部数据对象。按设计需要对数据对象的属性进行设置见图11。

图11 本设计实时数据库建立

建立完实时数据库，回到组态画面设计界面，双击元器件进行元器件和实时数据库的链接，在动画连接选项卡中进行动画连接设置，让画面“动起来”，使图形在画面上随PLC数据的变化而活动起来 5.2.3组态设备窗口设计

第 16 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

在组态工作台界面中，进入设备组态窗口，在此窗口中通过设备工具箱添加通用串口设备和西门子S7－200PPI两个设备，然后把定义的变量与PLC具体的I/O分配连接，完成设备连接，见图8。根据设备通讯要求和连接情况，完成对话框中相关的参数设置。同时完成通道连接和设备调试设置。S7_200PLC在梯形图中的输入用I符号表示，但是因为MCGS中I寄存器只能设置为只读，所以要把梯形图中的输入I全部换成M的形式。

(a)

（b）

第 17 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

（c）

图12 设备窗口设置

5.3系统联机统调

首先打开西门子PLC编程软件，再确认程序无误后，下载到PLC，并使PLC进入RUN状态。然后打开MCGS组态软件，确认设备地址与PLC的下位机地址一致后，进入运行环境，经调试运行正常，能监控三相鼠笼式异步电动机星三角的运行情况，达到控制要求。运行环境见图13,14：

第 18 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

图13 电机星形连接起动界面

图14 电机三角形连接起动界面

第 19 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

总 结

先分析继电器控制系统的控制要求，将检测元件、控制元件(如按钮等)合理安排接入PLC的输入口。然后将被控器件(如接触器线圈)接入PLC的输出．与继电接触器系统对应，选择PLC中功能相同的器件。按接点与器件关系设计出梯形图西门子系列PLC工作可靠，使用简单，用它控制三相异步电动机，可以完成起动、星三角控制等功能. 由于PLC在设计制造时充分考虑到工业控制的现场环境问题，并采取了多层次、多种有效措施来提高工作可靠性，因此，采用PLC实现电机控制，特别是对工作环境条件较恶劣的工矿企业应该是一项明智之举本文仅就PLC在三相异步电动机的Y-△降压起动中的应用作了一些研究。随着PLC技术的发展，使用PLC进行电机的运行控制已成为必然趋势。自从课题提出后，首先，我搜集了这方面的大量的资料，通过阅读大量资料，了解了本设计的工艺要求，然后针对设计的要点，综合各方面的因素，决定选用PLC加组态软件的控制系统。方案确定后，开始着手系统硬件部分的设计工作，硬件设计工作中花费时间最多的要说是硬件系统主要设备和元器件的选型方面，此项工作要充分考虑精确、经济等多方面因素，然后设计出一套硬件系统，此硬件系统能够准确的测试电机星三角起动。在系统硬件完成的基础上，接下来进入系统软件部分的设计。程序设计严格按照简单、安全等原则设计。上位机部分在MCGS监控组态软件中进行，设计后进行上下位机的联机统调，测试后达到系统要求，完成本次设计工作。系统虽然基本完成了既定的技术功能，但是由于设计过程时间有限，以及本人的知识、技术水平较为浅薄，因此设备在某些方面还需进一步改进。从设计的结果可以看出，对于一项工业控制系统，都包含了多方面的技术支持。而且对于任何一项系统只要我们肯努力去探讨就可以寻找到更加切实有效的方案。所以这必将使工业控制系统在未来不远的时间内朝着更加完善、实用、全面、健康的方向持续的发展。

第 20 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

参考文献

[1] 曹承志 电机、拖动与控制 沈阳工业大学 机械工业出版社，2007 [2] 李显全等．维修电工 [M]．北京：中国劳动社会保障出版社，2008． [3] 秦曾煌． 电工学 (上册) 第5版．北京：高等教育出版社，2009． [4] 于桂音，邓洪伟 电气控制与PLC 中国电力出版社，2010

[5] Zhang Wan zhong. Application of PLC technology [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2002 [6] 陈建明 电气控制与PLC应用 电子工业出版社， 2009

[7] Dai yi ping \[8] 邓则名，邝穗芳．电器与可编程控制器应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2012． [9] 张万忠 ，刘明芹．电器与PLC控制技术 化学工业出版社

[10] 曹辉，马栋萍，王暄等．组态软件技术及应用[M]．北京：电子工业出版社，2009． [11] Siemens (China) Co., Ltd..S7 - 200 CN programmable controller products directory.2005. [12] 王永华．现代电气控制及PLC应用技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2003． [13] 程周．可编程控制器原理与应用[M]．北京：高等教育出版社，2003． [14] 周美兰．PLC电气控制与组态设计[M]．北京：科学出版社，2003． [15] 北京昆仑通态自动化软件科技有限公司．昆仑通态初级教程．2009． [16] 北京昆仑通态自动化软件科技有限公司．昆仑通态中级教程．2009． [17] 周万珍，高鸿斌．PLC分析与设计应用[M]．北京：电子工业出版社，2004． [18] 郑萍．现代电气控制技术[M]．重庆：重庆大学出版社，2001．

[19] 张万忠，钱入庭，孙晋，吴志宏．可编程控制器入门及应用实例[M]．北京：中国电力出版社，2008． [20] 杨后川，祖先锋，张冬冬等 西门子s7-200 PLC编程速学与快速应用 电子工业出版社 2010

第 21 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

致 谢

时光飞逝，在这几年的学习生活中不仅在学业上取得一定的成就，在其他方面也是收益匪浅，我所能取得的这些成绩与蒋义然老师的严格要求、细心指导是密切相关的。蒋老师学识渊博、治学严谨、一丝不苟、孜孜不倦、诲人不倦的精神深深的打动并感染了我，蒋老师对我的这些积极影响和有益熏陶对我今后的工作和学习有很大帮助 ，蒋老师将是我心中永远值得学习的榜样和楷模。在这里对蒋老师表示我崇高的敬意和深深的谢意。感谢对我的指导、教诲意义鼓励。

时光冉冉，岁月如梭。大学生活已经接近尾声，回首过去许多老师对我的关心和帮助历历在目，正是由于老师无私、真诚的教诲使我在学业上一直在进步，掌握并了解了很多的理论与技能，基于此我才可以顺利的完成毕业论文的撰写工作。借此机会，我必须要对全体老师致以诚挚的谢意。同时，感谢我亲爱的同学们，在日常的学习与生活中通过和您们的沟通和交往也是我学到了很多生活技能、交流技能、更重要的是能和你们一起学习生活使我的生活更加丰富多彩。交流生活心得、交流学术观点都是我收益匪浅，大大拓展了我的思路。亲爱的同学们，谢谢你们陪伴我一起走过绚丽的大学生学习生涯。祝福你们能心想事成、大展宏图，实现自己的人生理想和价值追求。

最后我要感谢家人，他们默默无闻，一直站在我的身后支持着我，自始至终都在我精神上和物质上给予我巨大的支持。为我增添信心，增加力量。感谢帮助和支持我的所有人。谢谢您们，我会努力工作、努力学习，不辜负大家的期望。

第 22 页 共 22 页

中国地质大学长城学院2013届毕业设计

致 谢

时光飞逝，在这几年的学习生活中不仅在学业上取得一定的成就，在其他方面也是收益匪浅，我所能取得的这些成绩与蒋义然老师的严格要求、细心指导是密切相关的。蒋老师学识渊博、治学严谨、一丝不苟、孜孜不倦、诲人不倦的精神深深的打动并感染了我，蒋老师对我的这些积极影响和有益熏陶对我今后的工作和学习有很大帮助 ，蒋老师将是我心中永远值得学习的榜样和楷模。在这里对蒋老师表示我崇高的敬意和深深的谢意。感谢对我的指导、教诲意义鼓励。

时光冉冉，岁月如梭。大学生活已经接近尾声，回首过去许多老师对我的关心和帮助历历在目，正是由于老师无私、真诚的教诲使我在学业上一直在进步，掌握并了解了很多的理论与技能，基于此我才可以顺利的完成毕业论文的撰写工作。借此机会，我必须要对全体老师致以诚挚的谢意。同时，感谢我亲爱的同学们，在日常的学习与生活中通过和您们的沟通和交往也是我学到了很多生活技能、交流技能、更重要的是能和你们一起学习生活使我的生活更加丰富多彩。交流生活心得、交流学术观点都是我收益匪浅，大大拓展了我的思路。亲爱的同学们，谢谢你们陪伴我一起走过绚丽的大学生学习生涯。祝福你们能心想事成、大展宏图，实现自己的人生理想和价值追求。

最后我要感谢家人，他们默默无闻，一直站在我的身后支持着我，自始至终都在我精神上和物质上给予我巨大的支持。为我增添信心，增加力量。感谢帮助和支持我的所有人。谢谢您们，我会努力工作、努力学习，不辜负大家的期望。

第 22 页 共 22 页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8m8o.html