【正文】 應(yīng)用較多的有變壓器橋式整流單向運(yùn)轉(zhuǎn)能耗制動(dòng)。 制動(dòng)，就 是給電動(dòng)機(jī)一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的轉(zhuǎn)矩使它迅速停轉(zhuǎn)（或限制其轉(zhuǎn)速）。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，接成 Y 形，加在每相定子繞組上的啟動(dòng)電壓只有三角形接法的，啟動(dòng)電流為三角形接法的 1/3，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也只有 三角形接法的 1/3。因此，降壓啟動(dòng)僅適用于空載或輕載啟動(dòng) 。 sTmsmToon1nNnNT mT T ?ABCmnsT 圖 32 三相交流異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性圖 在機(jī)械特性圖中，存在兩個(gè)工作區(qū)：穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。 我們將旋轉(zhuǎn)磁場的 同步轉(zhuǎn)速 和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為 轉(zhuǎn)差率 ，用 s 表示，描述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相差的程 度。故在兩極電動(dòng)機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速等于三相交流電的變化速度，即 116 0 3 0 0 0 m inn f r?? 。 AiBiCi2??32?2? t?iU 1U 2V 1V 2W 1W 2( a )W 1U 1U 2W 2 V 2V 1AiBiCi( b )( c )W 2V 1U 1U 2V 2W 1W 2V 1V 2W 1W 2V 1V 2W 1W 2V 1V 2W 1W 2V 1V 2W 1U 1U 2U 1U 2U 1U 2U 1U 2( d ) ( e )( f ) ( g ) ( h )O 圖 31 兩極定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場 （ a）簡化的三相繞組分布圖；（ b）按星形連接的三相繞組接通三相電源； （ c）三相對(duì)稱電流波形圖；（ d）～（ h）兩極繞組的旋轉(zhuǎn)磁場 綜上所述，在三相交流電動(dòng)機(jī)定子上布置有結(jié)構(gòu)完全相同在空間位置各相差 120176。利用右手螺旋定則可確定在 0t?? 瞬間由三相電流所產(chǎn)生的合成磁場方向，如圖 31（ d）所示。 三相交流異步電動(dòng)機(jī)工作原理 旋轉(zhuǎn)磁場 的產(chǎn)生 將三相異步電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組接成星形，并且繞組在空間相差 120176。它主要由定子、轉(zhuǎn)子和它們之間的氣隙構(gòu)成。 （ 2）用戶程序執(zhí)行階段。 CPU 有 STOP 方式和 RUN 方式兩個(gè)操作方式。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 （ 5）執(zhí)行用戶程序。在每個(gè)通信信息處理掃描階段，進(jìn)行 PLC 之間、 PLC 與計(jì)算機(jī)之間及 PLC 與其他帶微處理器的智能裝置通信，在多處理器系統(tǒng)中， CPU 還要與數(shù)字處理器交換信息。 PLC 在 RUN 狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次圖 23 所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值 為 1~100ms。PLC 對(duì)用戶程序的執(zhí)行 是以循環(huán)掃描方式進(jìn)行。和輸入模塊相同，與輸出模塊相接的負(fù)載所需的控制信號(hào)可以是數(shù)字量、模擬量、直流信號(hào)、交流信號(hào)等，因此，同樣需要根據(jù)負(fù)載安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 性質(zhì)選擇合適的輸出模塊。由于實(shí)際生產(chǎn) 過程中產(chǎn)生的輸入信號(hào)多種多樣，信號(hào)電平各不相同，而 PLC 所能處理的信號(hào)只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，因此必須通過輸入模塊講這些此信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CPU 能夠接受和處理得標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放針對(duì)具體控制任務(wù)，用規(guī)定的 PLC 編程語言編寫的控制程序。 （ 3）監(jiān)測和診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和用戶編程過程中的語法錯(cuò)誤。主要是由中央處理（ CPU）模塊、編程器、電源模塊、存儲(chǔ)器模塊和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。 PLC 所具有的自診斷功能對(duì)維修人員的技術(shù)要求降低。 PLC 的易操作性表現(xiàn)在下列三個(gè)方面： （ 1）操作方便。 （ 5）診斷和錯(cuò)誤檢測功能 是從簡單的系統(tǒng)控制器的過賬診斷擴(kuò)大到對(duì)所控制的機(jī)器和設(shè)備的過程診斷。 （ 5）包括輸入 /輸出模塊和端子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，使端子更加集成。它采用可以編制程序的存儲(chǔ) 器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)核算數(shù)計(jì)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 （ 5） 電動(dòng)機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運(yùn)行特性較軟。 課題 研究設(shè)計(jì)的目的和意義 電機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中最重要的拖動(dòng)設(shè)備之一，交流異步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、維修容易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)及其他生產(chǎn)當(dāng)中。 目前用于火電系統(tǒng)控制系統(tǒng)的 DCS 雖技術(shù)日益成熟但近年來其發(fā)展日趨緩慢， PLC 的數(shù) 字化、智能化控制得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用，因此其近年來在火電廠的應(yīng)用日益廣泛。 從工業(yè)革命時(shí)期到現(xiàn)在電氣控制已經(jīng)發(fā)展了一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間，再發(fā)展也不會(huì)有什么突出的表現(xiàn)，而 PLC 技術(shù)的發(fā)展還處于一個(gè)不斷創(chuàng)新的階段，所以 PLC 的發(fā)展與電氣控制的發(fā)展已然成為一種主從關(guān)系，即 PLC 的發(fā)展帶動(dòng)電氣控制的發(fā)展，而未來PLC 的發(fā)展其中有兩個(gè)趨勢。 3. 預(yù)測發(fā)展前景 （ 1）增強(qiáng)抗干擾性 如 果 生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，或是電磁干擾異常強(qiáng)烈則也可造成 PLC 控制系統(tǒng)的運(yùn)算或是控制錯(cuò)誤，導(dǎo)致在某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤而不能保證正常的生產(chǎn)運(yùn)行，因此，提高 PLC 的可靠性是其未來發(fā)展的主要方向，其一方面要提高抗干擾能力同時(shí)在設(shè)計(jì)、安裝以及使用過程中引起重視，盡量減少對(duì)其造成負(fù)面影響。 PLC 與電氣控制發(fā)展的方向 從工業(yè)革命時(shí)期到現(xiàn)在電氣控制已經(jīng)發(fā)展了一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間，再發(fā)展也不會(huì)有什么突出的表現(xiàn)，而 PLC 技術(shù)的發(fā)展還處于一個(gè)不斷創(chuàng)新的階段，所以 PLC 的發(fā)展與電氣控制的發(fā)展已然成為一種主從關(guān)系，即 PLC 的發(fā)展帶 動(dòng)電氣控制的發(fā)展，而未來PLC 的發(fā)展其中有兩個(gè)趨勢。自七十年代矢量控制技術(shù)發(fā)展以來，從理論上解決了交流調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上與直流傳動(dòng)相媲美的問題。此后，交流調(diào)速系統(tǒng)主要沿用下述兩個(gè)方向發(fā)展和應(yīng)用 。在現(xiàn)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見的是由 PLC 控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。然后，再把直流電逆變成所需頻率的交流電，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的 要求也不斷提高， 很多的生產(chǎn)過程中都要求電動(dòng)機(jī)能根據(jù)不同的工況，運(yùn)行在不同的速度。 本科畢業(yè) 論文 基于 PLC 的電機(jī)控制 系統(tǒng)的研制 DEVELOPMENT OF THE MOTOR CONTROL SYSTEM BASED ON PLC 學(xué) 院 ： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣 097 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2021 年 6 月 3 日 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 基于 PLC 的電機(jī)控制系統(tǒng) 的研 制 摘要 電動(dòng)機(jī)作為電力系統(tǒng)中的主要負(fù)載，電機(jī)用戶消耗了超過 1/2 的系統(tǒng)負(fù)荷，但從機(jī)電 能量轉(zhuǎn)化的角度來看，大多數(shù)電機(jī)的效率仍然偏低。早期工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于一些要求調(diào)速精度高的系統(tǒng)，采用了直流電動(dòng)機(jī)，但直流電動(dòng)機(jī)存在啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，換向電刷容易老化產(chǎn)生火花等問題。 現(xiàn)在通用變頻器大都是采用二極管整流器和由全控開關(guān)器件 IGBT 或功率模塊組成的 PWM（脈寬調(diào)制 ） 逆變器，構(gòu)成交 直 交電壓源型變壓變頻器，他們已經(jīng)占據(jù)了全世界 到 500kV該方法主要通過程序來控制 電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。 （ 1） 一般性能的節(jié)能調(diào)速。 PLC 與電氣控制的結(jié)合運(yùn)用 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī) ， 30 年來， 可編程控制器從無到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍 。 一方面， PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌 PLC 除了形成自己各具特色的 PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交流，成為整個(gè)信息管理系統(tǒng)的一部分。 （ 2） 進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化 目前用于火電系統(tǒng)控制系統(tǒng)的 DCS 雖技術(shù)日益成熟但近年來其發(fā)展日趨緩慢，PLC 的產(chǎn)生及發(fā)展使其與 DCS 相互吸 收彼此特點(diǎn)，逐步同化，并逐步發(fā)展成為新的控制系統(tǒng) —— FCS 系統(tǒng)，其既保留了原來系統(tǒng)的特性又實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，并使數(shù) 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 30 年來，可編程控制器從無到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍。一方面， PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放式系統(tǒng) 發(fā)展，各大品牌 PLC 除了形成自己各具特色的 PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交流，成為整個(gè)信息管理系統(tǒng)的一部分 PLC 向網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)發(fā)展，其中有兩個(gè)趨勢：一方面， PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌 PLC 除了形成自己各具特色的 PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交流，成為整個(gè)信息管理系統(tǒng)的一部分；另一方面，現(xiàn)場總線技術(shù)得到廣泛的采用， PLC 與其他安裝在現(xiàn)場的智能化設(shè)備，比如智能化儀 表，傳感器，智能型電磁閥，智能型驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，通過一根傳輸介質(zhì) (比如雙絞線，同軸電纜，光纜 )連接起來，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由此構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)場工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)與單純的 PLC 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)相比，配置更靈活，擴(kuò)容更方便，造價(jià)更低，性能格比更好，也更具開放性意義。 PLC 產(chǎn)品還可以用于離散、制程和混合式自動(dòng)化產(chǎn)品領(lǐng)域，并在各個(gè)制造行業(yè)保持穩(wěn)固增長。但隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的要求也不斷提高，很多的生產(chǎn)過程中都要求電動(dòng)機(jī)能根據(jù)不同的工況，運(yùn)行在不同的速度。 上述問題使提升機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性不能得到有效的保障?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 （ 6）特殊接口允許某些期間可以直接接到控制器上，如熱電偶、熱電阻、應(yīng)力測量級(jí)快速響應(yīng)脈沖等。 （ 6）浮點(diǎn)算術(shù)可以進(jìn)行控制應(yīng)用中計(jì)量、平衡和統(tǒng)計(jì)的所牽涉的復(fù)雜計(jì)算。對(duì) PLC 的操作包括程序的輸入和程序更改的操作，大多數(shù) PLC采用編程器進(jìn)行程序輸入和程序更改操作。 PLC 的靈活性主要表現(xiàn)在以下 3 個(gè)方面： （ 1）編程的靈活性。結(jié)構(gòu)如圖 21 所示： 打 印 機(jī)計(jì) 算 機(jī)盒 式 磁 帶 機(jī)條 碼 掃 描 儀按 鈕觸 點(diǎn)行 程開 關(guān)編 程 器存 儲(chǔ) 器系 統(tǒng) 程 序用 戶程 序數(shù)據(jù)C P U電 源外部設(shè)備接口輸入接口I / O擴(kuò)展接口輸出接口輸 出 設(shè) 備電 磁 閥電 磁 線 圈指 示 燈I / O擴(kuò)展單元 圖 21 PLC 的基本結(jié)構(gòu)圖 主機(jī)內(nèi)的各部分均通過電源總 線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接。 （ 4）執(zhí)行用戶程序，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳送安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 和存儲(chǔ)等功能。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)的內(nèi)容可以由用戶任意修改和增刪。同樣，外部執(zhí)行元件如電磁閥、接觸器、繼電器等所需的控制信號(hào)電平也有差別，也必須通過輸出模塊將 CPU 輸出的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成這些執(zhí)行元件所能接收的控制信號(hào)。 輸出狀態(tài)寄存器信號(hào)發(fā)送回路濾 波 器濾 波 器濾 波 器隔 離 器隔 離 器隔 離 器信號(hào)接收回路輸入狀態(tài)寄存器保 持 器保 持 器保 持 器隔 離 器隔 離 器隔 離 器功 率 放 大功 率 放 大功 率 放 大（ a )( b )外部設(shè)備外部輸入信號(hào) 圖 22 輸入 /輸出接口電路結(jié)構(gòu)框圖 （ a） 輸入接口；（ b）輸出接口 電源模塊 PLC 的電源模塊把交流電源轉(zhuǎn)換成供 CPU、存儲(chǔ)器等電子電路工作所需要的直流電源，使 PLC 正常工作。 PLC 這種運(yùn)行程序的方式與微型計(jì)算機(jī)相比有較大的不同。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行 速度有很大的關(guān)系， PLC 廠家一般給出每執(zhí)行 1K 條基本邏輯指令所需的時(shí)間（以ms 為單位）。 （ 4） PLC 與外部設(shè)備交換信息。 PLC 在運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期都要執(zhí)行用戶程序。再掃描周期內(nèi)， STOP 方式和 RUN 方式的主要差別在于 RUN 方式下執(zhí)行用戶程序，而 STOP 方式下不執(zhí)行用戶程序。根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。對(duì)定子繞組通往三相交流電源后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并切割轉(zhuǎn)子，獲得 轉(zhuǎn)矩 。 ，在繞組內(nèi)放一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的籠型轉(zhuǎn)子，當(dāng)向三相繞組中通入三相交流電時(shí)，籠型轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動(dòng)起來。可見合成磁場是一對(duì)磁極，磁場方向與縱軸軸線方向一致，上方為北極，下方為南極。的三相繞組，分別通入三相交流電，則定子與轉(zhuǎn)子的空氣隙間所產(chǎn)生的合成磁場是沿定子內(nèi)圓旋轉(zhuǎn)的，故稱旋轉(zhuǎn)磁場。 當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組為