【正文】 及簡化大量自動控制線路，使自動控制系統(tǒng)大大減少使用的元器件、線路，同時線路接頭也大大減少，使故障率大大降低，由于采用計算機(jī)掃描技術(shù)和存貯原理，對于一般控制線路更改，可以通過改變存貯器中應(yīng)用軟件來實現(xiàn)，由于軟件的更改極易實現(xiàn)，從而在實現(xiàn)方式上有本質(zhì)的飛躍，其通用性和靈活性進(jìn)一步增強(qiáng)。美國12月公司首先響應(yīng)。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC 軟、硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)的變化。硬件的設(shè)計主要包括選型、外圍電路的設(shè)計，控制電路的設(shè)計。本文根據(jù)傳統(tǒng)電機(jī)控制中的上述不足和缺點，將PLC控制技術(shù)運用于多臺電機(jī)的控制，根據(jù)三相異步電機(jī)的控制原理和特點，把軟件控制和硬件電路互相結(jié)合起來，形成完整的控制體系，可實現(xiàn)對多臺電機(jī)的智能控制、狀態(tài)顯示和故障報警等功能，該控制系統(tǒng)還解決了傳統(tǒng)控制技術(shù)中硬件電路不易更新的缺點，可通過修改PLC程序?qū)崿F(xiàn)不同的控制要求。 ：畢業(yè)設(shè)計中期抽查4. 6 月 1 日——6 月 15 日：撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）。本畢業(yè)設(shè)計課題主要完成以下設(shè)計內(nèi)容：（1（ 西門子 S7200PLC 的編程方法；（2（ 對多臺電機(jī)進(jìn)行控制的系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計；（3（ 用 TD200 對其運行狀態(tài)監(jiān)控并顯示；（4（ 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 畢 業(yè) 論 文題 目： 基于 PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 院： 電氣與信息學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動化 班級： 0604 學(xué)號： 202202210403 學(xué)生姓名： 楊永會 導(dǎo)師姓名： 施曉蓉 完成日期： 2022620 誠 信 聲 明本人聲明：本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果；據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料；我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計（論文）中的所有內(nèi)容均真實、可信。二、進(jìn)度安排及完成時間：1. 3 月 1 日——3 月 20 日：查閱資料、撰寫文獻(xiàn)綜述、撰寫開題報告。 5. 6 月 16 日——6 月 20 日：修改、裝訂畢業(yè)設(shè)計說明書（論文），并將電子文檔上傳 FTP。本次設(shè)計采用TD200對電機(jī)的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，提供了良好的人機(jī)界面與操作員進(jìn)行交互，對于電機(jī)設(shè)備的運行能及時、快速、準(zhǔn)確的反映。軟件設(shè)計包括梯型圖、指令表、I/O地址的分配。隨著 PLC 控制技術(shù)朝智能化方向的不斷發(fā)展，也推動了先進(jìn)制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展，將工業(yè)、國防等領(lǐng)域的控制水平提到了一個新的高度。于1969年研制出了第一臺可編程序邏輯控制器，簡稱PLC，型號PDP—14，接著美國GE公司在汽車自動裝置上用它代替?zhèn)鹘y(tǒng)斷電器控制系統(tǒng)，并獲得成功。1971年日本從美國引進(jìn)這項技術(shù)，1973—1974年前聯(lián)邦德國和法國也開始研制，我國從1974年開始在北京、上海組織研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行研制。隨微電子技術(shù)的發(fā)展，和開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元，即CPU( 中心的Proceing個體)PLC產(chǎn)品已使用了16位、32位的高性能微處理器，而且實現(xiàn)了多處理器的多道處理，不僅可進(jìn)行邏輯控制、順序控制、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、通信等強(qiáng)大功能，還可對模擬量進(jìn)行控制，使指令系統(tǒng)更豐富，程序結(jié)構(gòu)更靈活，集中了工業(yè)專用機(jī)和通用計算機(jī)的優(yōu)點，它即可以單獨構(gòu)成控制系統(tǒng)，也可作為DCS(分布式計算機(jī)控制系統(tǒng))主要現(xiàn)場控制系統(tǒng)，因此美國電氣制造協(xié)會于1980年將它正式命名為可編程控制器，1985年國際電工委員會IEC對可編程序控制器作了以下規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。 可編程控制技術(shù)的現(xiàn)狀在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備及自動化項目中，我們會遇到大量的開關(guān)量、脈沖量以及模擬量等控制裝置。目前工業(yè)界比較有代表性的控制方式主要由下幾個類別：基于 PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計3⑴ 單片機(jī)控制系統(tǒng) 單板機(jī)控制系統(tǒng)僅適用于較簡單的自動化項目。由子它是由微機(jī)及芯片的專業(yè)廠家開發(fā)出來的，所以其硬件品種兼容性強(qiáng)并總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，其軟件資源豐富，特別是有實時操作系統(tǒng)的支持，運行速度快、實時性強(qiáng)，可適用于模型復(fù)雜的項目。它的優(yōu)勢在于模擬量的處理和回路調(diào)節(jié)功能。其硬件的構(gòu)成與微機(jī)相似。僅僅將 PLC 理解為開關(guān)量控制的話，那就是一個錯誤的概念了。例如，美國有 NEMA 標(biāo)準(zhǔn)、日本有 JIS 標(biāo)準(zhǔn)、德國、奧地利有喧囂標(biāo)準(zhǔn)。為了使各PLC 廠家的產(chǎn)品有一個共同的參考平面，制定了國際標(biāo)準(zhǔn)。要提高整個系統(tǒng)的速度就要考慮 CPU 模塊的多處理器結(jié)構(gòu)。② 定性的多任務(wù)分時操作系統(tǒng)多任務(wù)分時操作系統(tǒng)來自于大型計算機(jī)，如 UINIX 機(jī)。在這種操作系統(tǒng)的管理下，優(yōu)先權(quán)高的任務(wù)等級總是被首先執(zhí)行，剩余的時間里可執(zhí)行優(yōu)先權(quán)較低的任務(wù)等級。因為這兩種方式都有著明顯的優(yōu)點。 ④ 較大的應(yīng)用程序存儲空間 較高的系統(tǒng)分析計算能力當(dāng)然要求有足夠的程序存儲空間，同時足夠的程序存儲空間是系統(tǒng)具備較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力的先決條件。⑶ 系統(tǒng)的開放性和兼容性 開放性和兼容性是不可分割的而且是相輔相成的概念。除此之外，同一廠家產(chǎn)品族中的各系列產(chǎn)品兼容性也代表了可編程控制產(chǎn)品的水平。 常用的專用模塊包括：定位或 CNC 模塊、溫度測量模塊、稱重模塊、電力行業(yè)用的高速采樣模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等等。 ② 硬件的智能集成度現(xiàn)場總線的智能分布式結(jié)構(gòu)是突出的一點。因為特定的環(huán)境和條件要求自動化系統(tǒng)有較高的可靠性。要保證整個系統(tǒng)的可靠運行，首先要求系統(tǒng)各單元的質(zhì)量要得到保證。因為在其中己融入了工業(yè)計算機(jī)和計算機(jī)集散系統(tǒng)的特點。這些系統(tǒng)雖然名稱不同，側(cè)重面不一，但系統(tǒng)的技術(shù)水平是近似的。交流異步電機(jī)是電力拖動的主力電機(jī)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。通常交流異步電機(jī)是長期工作制，起動后長期連續(xù)運行；即使是短時工作制或周期工作制。而如果用一臺起動設(shè)備管理多臺電機(jī)，實行交流電機(jī)起動的集中控制。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。PLC 的定義有許多種。上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在整個自動化領(lǐng)域，PLC 和傳動是組成自 PLC 往大型化、集成化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的同時，還有很多分支在并列發(fā)展?；?PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計9第 2 章 電機(jī)啟動控制方法的分析與比較 概述異步電動機(jī)作為動力設(shè)備被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。異步電動機(jī)之所以被廣泛應(yīng)用，是因為和其它各種電動機(jī)比較，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格便宜、堅固耐用、運行可靠、效率較高等一系列優(yōu)點。⑵ 當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，通電延時型時間繼電器動作，KT 常閉觸點斷開，KM3 線圈斷電釋放。 自耦變壓器啟動控制控制電路圖如圖 所示。自耦變壓器繞組一般具有多個抽頭以獲得不同的變化，自耦變壓器減壓起動比Ｙ－△減壓起動獲得的起動轉(zhuǎn)矩要大得多，所以自耦變壓器又稱為起動補(bǔ)償器，是三基于 PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計11相籠型異步電動機(jī)最常用的一種減壓起動裝置 [10]。 軟啟動軟啟動器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動機(jī)定子之間?？刂齐娐啡鐖D所示。所以這種降壓啟動方法，只適用于輕載或空載下啟動。又因為變壓器原副邊的電流關(guān)系 I1=I2/K，可見原邊電流（即電源供給電動機(jī)的啟動電流）比直接流過電動機(jī)定子繞組的要小，即當(dāng)采用自耦變壓器調(diào)壓時，電網(wǎng)供給啟動電流比直接啟動時減少到 1/倍。缺點：設(shè)備體積大，投資較貴。 軟啟動的方法軟起動器的起動電壓及起動至全壓時間是可以設(shè)定，通常起動峰值設(shè)定為60~75%Ue，起動時間設(shè)為 5~20 秒；軟起動器還帶電流限制功能；瞬時起動電流在2~ 倍 Ie（起動時可限流在 1~3 倍的 Ie） ；電動機(jī)在起動過程中可根據(jù)電機(jī)的實際情況設(shè)定不同的起動電壓(改變起動力矩)，使電機(jī)平穩(wěn)快速達(dá)到額定運行電壓；軟啟動器具有軟停功能，在停機(jī)時電機(jī)上的電壓平滑（時間可設(shè) 0~20S）下降到 0，適用于需要軟停車的設(shè)備。上述方式在停機(jī)時均為瞬間動作，如無機(jī)械緩沖裝置會對相關(guān)設(shè)備造成損壞。 軟 啟 動 器 在 起 動 電 機(jī) 時 ， 通 過 逐 漸 增 大 晶 閘 管 導(dǎo) 通 角 ， 使 電機(jī) 起 動 電 流 從 零 線 性 上 升 至 設(shè) 定 值 。① 軟啟動器起動力矩可調(diào)。 綜上分析：本次設(shè)計將采用軟啟動的控制方法實現(xiàn)對電機(jī)的群控。(3) 控制系統(tǒng)的可靠性應(yīng)盡量高，且應(yīng)具有較強(qiáng)的容錯能力，即使出現(xiàn)誤操作，也不致產(chǎn)生較嚴(yán)重的危害。如果電機(jī)功率太大，額定電流高，則熱繼電器不能這樣連接，應(yīng)用電流互感器和安培表組成一個回路，再將其輔助觸點接入控制電路中。交流異步電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、可靠耐用，而在各行各業(yè)特別是工業(yè)領(lǐng)域是得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)于軟起動，還沒有發(fā)現(xiàn)嚴(yán)格的定義。為了解決這類問題，就提出了“軟起動” 問題。它將電力電子技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合(近年來，則結(jié)合了計算機(jī)技術(shù))，用三組反并聯(lián)晶閘管串接于供電電源與被控電機(jī)之間?；蛘唠妱訖C(jī)的轉(zhuǎn)速從零到額定速度之間，按照某種函數(shù)變化。缺點是起動電流對電網(wǎng)仍有一定沖擊(雖然沖擊時間較短) 。但由于二者之間是軟連接，能量傳遞是速度的函數(shù)，能量有一定損失。在工程設(shè)計時，如何合理選擇，必須加以研究，我認(rèn)為宜從下列幾方面考慮。④ 如果需在較大負(fù)載下起動，則應(yīng)驗算電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩是否能滿足負(fù)載的要求。由于阻力恒定，軟起動裝置的起動轉(zhuǎn)矩必須大于阻力轉(zhuǎn)矩，否則無法起動。這類機(jī)械在起動時要求有較大轉(zhuǎn)矩。對于通風(fēng)機(jī)，其起始阻力轉(zhuǎn)矩，大致等于額定轉(zhuǎn)矩的 15%?；?PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計20 軟起動器的選擇及參數(shù)設(shè)值軟起動器是一種固態(tài)靜止起動器，采用晶體管來控制起動時電動機(jī)端電壓，是一種減少三相異步電動機(jī)起動沖擊電流的理想電氣裝置 般情況下，我們根據(jù)電動機(jī)的負(fù)載情況( 輕載或重載) 來選擇軟起動器。而且考慮到起動的頻繁程度，般采用容量較大級的軟起動器，同時為防止一臺軟起動器損壞后所有的電機(jī)都不能起動。 選擇時，先根據(jù)接觸器的實際使用類別選用相應(yīng)的接觸器類型。本設(shè)計中交流接觸器使用屬于電動機(jī)負(fù)載，且其負(fù)載的輕重程度為一般任務(wù)型，其操作頻率不高。 斷路器的選擇斷路器是一種不僅可以接通和分?jǐn)嗾Ｘ?fù)載電流，電動機(jī)工作電流和過載電流，而且可以通界和分?jǐn)喽搪冯娏鞯拈_關(guān)電器。低壓短路器的選用原則如下：(1) 斷路器的額定電壓和額定電流應(yīng)大雨或等于電路的正常工作電壓和電流；(2) 斷路器的極限通斷能力應(yīng)大于或等于電路的最大短路電流；(3) 欠壓脫扣器的整定電壓應(yīng)等于電路的額定電壓；(4) 熱脫扣器的整定電流應(yīng)等于電路的額定電流；基于 PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計22(5) 對保護(hù)籠型感應(yīng)電動機(jī)，斷路器的電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流為 8~15 倍電機(jī)額定電流，而保護(hù)饒線式電動機(jī)時為 3~6 倍。b 選擇斷路器 1QS 5QS： 選用 150A 斷路器，HFB150 型，15～150A 過電流脫扣器。 常用的電磁式繼電器有電流繼電器、電壓繼電器、感應(yīng)式繼電器、中間繼電器和時間繼電器。根據(jù)上述繼電器選用原則，本次設(shè)計具體選用 LR1 D80 型熱繼電器。如果系統(tǒng)要求完成模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換、PID 閉環(huán)控制、運動控制等工作，可編程序控制器應(yīng)有算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能，有時甚至要求有開平方、對數(shù)運算和浮點數(shù)運算等功能。在選擇可編程序控制器的型號時不應(yīng)盲目追求過高的性能指標(biāo)，在 I/O 點數(shù)和存儲器容量方面則應(yīng)留有一定的裕量。其中的 CPU224 具有 32 位浮點運算功能和內(nèi)置集成的 PID 調(diào)節(jié)運算指令，比較適合變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。 元件明細(xì)表基于 PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計24表 元件明細(xì)表 控制電路的設(shè)計根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，每臺電機(jī)只設(shè)一個“起動” 按鈕和一個 “停止”按鈕。我們將信號指示燈(起動指示與工作指示) 與相應(yīng)的主接觸器線圈并聯(lián)，這樣樣可節(jié)省輸出點數(shù)。本次設(shè)計電氣控制系統(tǒng)采用 PLC 和軟啟動器，PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵為動作的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的可靠性。本課題設(shè)計將采用西門子公司的 S7200。程序說明：，輔助觸頭 ~，輸，接通電機(jī)啟動開關(guān)KM1，啟動信號燈1HL1 亮，電機(jī)M1啟動。需要說明的是，~，而接觸器KM1～ KM5的輔助觸點是有限的，如果起動的電機(jī)太多，我們須用中間繼電器與主接觸器并聯(lián)使用，以滿足硬件互鎖所需要的常閉觸點。該系統(tǒng)可應(yīng)用于工礦企業(yè)共用一臺啟動器對多臺電機(jī)進(jìn)行起、停控制；用西門子TD200 對其運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并測試、顯示運行參數(shù)。選用這種PLC 替代時間繼電器和中間繼電器來控制，極大地提高了系統(tǒng)的