【正文】 基于 PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計28 I/O 地址分配表表 I/O 地址表輸入 元器件 功能 輸出 元器件 功能 1SB0 M1 停止 KM1 M1 啟動開關(guān) 1SB1 M1 啟動 KM1’ M1 運行開關(guān) 2SB0 M2 停止 KM2 M2 啟動開關(guān) 2SB1 M2 啟動 KM2’ M2 運行開關(guān) 3SB0 M3 停止 KM3 M3 啟動開關(guān) 3SB1 M3 啟動 KM3’ M3 運行開關(guān) 4SB0 M4 停止 KM4 M4 啟動開關(guān) 4SB1 M4 啟動 KM4’ M4 運行開關(guān) 5SB0 M5 停止 KM5 M5 啟動開關(guān) 5SB1 M5 啟動 KM5’ M5 運行開關(guān) 梯形圖在圖所示的梯形圖中，我們設(shè)置了軟件互鎖，～ 為控制電機(jī)M1～M5 用的輔助繼電器。對于本題，我們選用西門子 S7200型可編程控制器。為實現(xiàn)管網(wǎng)壓力和蓄水池水位等被測模擬信號輸入和變頻控制信號的模擬量輸出，系統(tǒng)選用一個 EM235 模擬擴(kuò)展模塊。 (3)可編程序控制器 I/O 點數(shù)的確定確定 I/O 點數(shù)時，應(yīng)準(zhǔn)確地統(tǒng)計出被控設(shè)備對可編程序控制器輸入/ 輸出點數(shù)的總需求，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)留有 10%～20%的裕量，以備今后對系統(tǒng)改進(jìn)和擴(kuò)充時使用。本設(shè)計中的繼電器 1K～5K 均屬于中間繼電器。也可由下列公式計算確定： IZ≥KIS （）式中：I Z———過流脫扣器的瞬時脫扣整定電流，A； IS———線路中的尖峰電流。選用接觸器時只要使被選用接觸器的額定電壓和額定電流等于或稍大于電動機(jī)的額定電壓和額定電流即可，通常選用 CJ10 系列。一般科設(shè)置一臺備用軟起動器。在選擇軟起動裝置時，其起動轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于此數(shù)值。b 恒功率負(fù)載：在各種速度下，負(fù)載功率恒定，因此負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。(1) 電動機(jī)方面① 電動機(jī)的功率和電網(wǎng)容量：如果電網(wǎng)容量較大，能承受電動機(jī)起動電流的沖擊，不致造成對其他電氣設(shè)備的損壞，則應(yīng)選擇全電壓直接起動，以節(jié)省投資。例如可控的 CST 系統(tǒng)、電磁離合器等就屬此類。起動時，由電子電路控制晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)的端電壓逐漸增大，直至全電壓，使電機(jī)實現(xiàn)無沖擊軟起動。軟起動的對立面應(yīng)是硬起動，也就是生產(chǎn)機(jī)械與傳動電動機(jī)之間作“硬”性連接( 即聯(lián)軸器連接) ；電動機(jī)采用額定電壓直接起動。如圖所示： 電機(jī)群控電路示意圖基于 PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計16 該圖為電機(jī)群控示意圖：M1～M5共用同一臺啟動器，啟動任意一臺電機(jī)時，KM接通，同時設(shè)置了M1～M5的常閉觸電進(jìn)互鎖，保證啟動器和該電機(jī)不同時運行，防止誤動作?；?PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計15第 3 章 控制系統(tǒng)總體設(shè)計 電氣控制要求一般情況下，用一臺軟起動器起動多臺電機(jī)應(yīng)滿足下列要求：(1) 當(dāng)某一臺電動機(jī)在起動過程中，其它電動機(jī)均不能起動。 對 電 機(jī) 無 沖 擊 ， 提 高 了 供 電 可 靠 性 ， 平 穩(wěn) 起 動 ，減 少 對 負(fù) 載 機(jī) 械 的 沖 擊 轉(zhuǎn) 矩 ， 延 長 機(jī) 器 使 用 壽 命 。軟啟動的缺點：維修比較困難，投資較高，對使用的環(huán)境要求較高，電子原件過載能力較低。由于電磁轉(zhuǎn)矩與電機(jī)電壓的平方成正比，故電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩也減少到 / 倍 [3]?；?PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計12 圖 軟啟動主電路圖及控制回路 啟動控制方法分析 星形—三角形(Y△)降壓啟動星形—三角形降壓啟動是指電動機(jī)啟動時，把定子繞組接成星形(Y)，以降低啟動電壓，限制啟動電流；待電動機(jī)啟動后，再把定子繞組改接成三角形(△)，使電動機(jī)全壓運行。 串電抗啟動控制控制電路如圖所示。基于 PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計10⑶ 同時 KT 常開觸點閉合，KM2 線圈通電吸合并自鎖，電動機(jī)繞組聯(lián)接成三角形全壓運行。例如，工業(yè)上各種機(jī)床、中小型軋鋼設(shè)備、礦山采掘機(jī)械、輸送機(jī)、提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵等，都是三相異步電動機(jī)拖動的。在這時期，PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求。多數(shù)電機(jī)的運行時間也超過數(shù)分鐘，遠(yuǎn)比數(shù)秒鐘的起動時間長得多。 電機(jī)控制的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢在現(xiàn)代社會中，電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣大，對電動機(jī)的控制方式也多種多樣，有傳統(tǒng)人工加儀表的控制方式，現(xiàn)代的自動控制方式，對電機(jī)控制主要是滿足其各種性能指標(biāo)的要求，如電機(jī)調(diào)速，就是這方面的例子，因電子技術(shù)的高速發(fā)展，促使電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是 PLC 的應(yīng)用，使電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個新的階段。MTBF（平均無故障時間）是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。另外，多處理器技術(shù)（MPU）和智能外設(shè)技術(shù)（I）并列于 CPU 的智能硬件也是不可忽略的發(fā)展趨向。 ⑷ 通用性和專業(yè)化的結(jié)合 控制產(chǎn)品是通用的，但是工業(yè)的每一領(lǐng)域都有其自己的特點。應(yīng)用程序存儲空間的大小在某種意義上說明了其硬件系統(tǒng)的先進(jìn)程度。這樣一個操作系統(tǒng)使得可以將比較重要的任務(wù)定義任務(wù)等級高一些，如調(diào)節(jié)器（由用戶定義） ，例外任務(wù)（EXCEPTIO －TASK，由系統(tǒng)定義） ，中斷任務(wù)（INTERRUPT－TASK，由系統(tǒng)定義） ，基于 PLC 的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計5而一些較一般的任務(wù)可以將其任務(wù)等級定義得低一些，如報警處理任務(wù)、結(jié)果處理任務(wù)等。1／O 處理器主要負(fù)責(zé)獨立于 CPU 的數(shù)據(jù)傳輸工作。按照這些標(biāo)準(zhǔn)，各種型號的 PLC 產(chǎn)品對工業(yè)應(yīng)用環(huán)境、抗干擾性等條目都給出了明確的規(guī)定。在可編程邏輯控制器發(fā)展的初期，其主要的開發(fā)意圖和應(yīng)用領(lǐng)域是數(shù)字式控制，它按照用戶程序存儲器里的指令安排，通過輸入接口輸入現(xiàn)場信息，執(zhí)行邏輯或數(shù)值運算，然后通過輸出接口去控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。能把控制任務(wù)和圖文顯示功能在一起。如電機(jī)的啟動與停止；電磁閥的開閉；工件的位置、速度、加速度等的測定；產(chǎn)品的計數(shù)以及溫度、壓力、流量等物理量的設(shè)定和控制等等。 PLC技術(shù)發(fā)展很快，美、日、德、法等國廠家已達(dá)200多家，產(chǎn)品幾百種，尤其日本美國引進(jìn)該項技術(shù)后，加以改進(jìn)使之功能更加強(qiáng)大、種類齊全、多樣化?？删幊炭刂破饔幸粋€產(chǎn)生、發(fā)展、完善不斷提高的過程，我國從 1985 年開始使用，在工業(yè)自動控制領(lǐng)域作出了重要貢獻(xiàn)。該系統(tǒng)共有被控電機(jī)5臺，共用一套啟動器，且不能同時啟動，具有手動和自動兩種控制方式，使得系統(tǒng)維護(hù)更加方便，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 2. 3 月 21 日——4 月 3 日：畢業(yè)實習(xí)、撰寫實習(xí)報告。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、?？刂?；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)。 目 錄摘 要 ....................................................................IAbstract.................................................................II第 1 章 緒論 ..............................................................1 可編程控制技術(shù)發(fā)展 ................................................1 PLC 的應(yīng)用和發(fā)展.................................................1 可編程控制技術(shù)的現(xiàn)狀 ............................................2 可編程控制技求的發(fā)展趨勢 ........................................3 電機(jī)控制的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 ............................................6 課題發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望 ..............................................7第 2 章 電機(jī)啟動控制方法的分析與比較 ......................................9 概述 ................................................................9 異步電機(jī)降壓啟動與控制方法 ..........................................9 星/三角轉(zhuǎn)換啟動控制 .............................................9 自耦變壓器啟動控制 .............................................10 串電抗啟動控制 .................................................11 軟啟動..........................................................11 啟動控制方法分析 ...................................................12 星形— 三角形(Y△)降壓啟動 .....................................12 自耦變壓器降壓啟動的方法 .......................................12 定子繞組串接電阻降壓啟動的方法 .................................13 軟啟動的方法 ...................................................13 啟動方法比較 ...................................................13第 3 章 控制系統(tǒng)總體設(shè)計 .................................................15 電氣控制要求 .......................................................15 電路的設(shè)計 .........................................................15 軟啟動器 ...........................................................17 軟啟動器的工作原理 .............................................17 軟起 動裝置的選擇 ...............................................19 軟起動器的選擇及參數(shù)設(shè)值 .......................................20 主要元件的選型 .....................................................20 控制對象 .......................................................20 交流接觸器的選擇 ...............................................20 斷路器的選擇 ...................................................21 繼電器的選擇 ...................................................22 可編程序控制器(PLC)的選擇 ......................................22 元件明細(xì)表 .........................................................23 控制電路的設(shè)計 .....................................................24第 4 章 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計 .................................................27 設(shè)計任務(wù)及要求 .....................................................27 設(shè)計任務(wù)及內(nèi)容 .................................................27 設(shè)計要求 .......................................................27 設(shè)計的條件 .....................................................27 I/O 地址分配表 ......................................................28 梯形圖 .................