【正文】 Y250M2 的 55KW 三相異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)具體技術(shù)性能數(shù)據(jù)如下所示：表 電動(dòng)機(jī)參數(shù) 交流接觸器的選擇 交流接觸器是一種適用于遠(yuǎn)距離頻繁地接通和分?jǐn)嘟涣麟娐返碾娖鳎渲饕刂茖?duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可用于控制如電焊機(jī)、電容器組、電熱裝置、照明設(shè)備等其他負(fù)載。接觸器具有操作頻率高、使用壽命長(zhǎng)、工作可靠、性能穩(wěn)定、維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，是用途廣泛的控制電路之一。 選擇時(shí)，先根據(jù)接觸器的實(shí)際使用類別選用相應(yīng)的接觸器類型。然后，根據(jù)接觸器控制對(duì)象的工作參量（如工作電壓、工作電流、控制功率、操作頻率、工作制等）型號(hào) 額定功率 KW 額定電流 A 額定轉(zhuǎn)速 r/min 效率 %Y250M2 55 103 2970 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流 最大轉(zhuǎn)矩功率因數(shù)額定轉(zhuǎn)矩 額定電流 額定電流型號(hào)COSΦ 倍 倍 倍Y250M2 基于 PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21確定接觸器的容量等級(jí)。再按控制電路要求決定接觸器的線圈參數(shù)。用于特殊環(huán)境條件的接觸器應(yīng)選用派生型產(chǎn)品.交流接觸器的負(fù)載主要可分為電動(dòng)機(jī)負(fù)載與非電動(dòng)機(jī)負(fù)載兩大類。本設(shè)計(jì)中交流接觸器使用屬于電動(dòng)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。選用接觸器時(shí)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(dòng)機(jī)的額定電壓和額定電流即可，通常選用 CJ10 系列。CJ10 系列交流接觸器為一般任務(wù)接觸器，適用于交流 50 赫茲或 60 赫茲、電壓 380 伏及以下、電流 150 安以下的電力線路中，供遠(yuǎn)距離接通與分?jǐn)嚯娐分?，并適用于頻繁起動(dòng)和控制交流電動(dòng)機(jī)。一般接觸器主觸點(diǎn)的額定電流不小于被控回路的額定電流，對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： ()??COSUPINN310*3?式中：I N———電動(dòng)機(jī)額定電流， A； UN———電動(dòng)機(jī)額定電壓，V； PN———電動(dòng)機(jī)額定功率， kW； COSΦ———功率因數(shù)； η———電動(dòng)機(jī)效率； [24]KM0、1KM 、2KM 、3KM 、4KM、5KM 選用 CJ10150 型，額定電流 150A；KMKM2 、KM3 、KM4 、KM5 選用 CJ1020 型，額定電流 20A；KM1’、KM2’、KM3’ 、KM4’、KM5’選用 CJ105 型，額定電流 5A。 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(dòng)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。它在電路中主要起短路和過載保護(hù)作用，還具有欠電壓保護(hù)和遠(yuǎn)距離分?jǐn)嚯娫吹裙δ?，也可直接操作不頻繁啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)和電路轉(zhuǎn)換等。斷路器種類繁多可按用途，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，級(jí)數(shù)，傳動(dòng)方式等等來分類。按滅弧介質(zhì)分，可分為真空式和空氣式。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(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)22(5) 對(duì)保護(hù)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，斷路器的電磁脫扣器的瞬時(shí)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(dòng)機(jī)時(shí)為 3~6 倍。也可由下列公式計(jì)算確定： IZ≥KIS （）式中：I Z———過流脫扣器的瞬時(shí)脫扣整定電流，A； IS———線路中的尖峰電流。若負(fù)載為電動(dòng)機(jī)，則為啟動(dòng)電流，A ； K———考慮整定誤差和啟動(dòng)電流允許變化的安全系數(shù)。當(dāng)動(dòng)作時(shí)間大于20ms 時(shí)，取 K=；當(dāng)動(dòng)作時(shí)間小于 20ms 時(shí)，取 K=； [24]a 選擇斷路器 QS：選用 630A 斷路器，NSX 630 型，100～630A 過電流脫扣器。b 選擇斷路器 1QS 5QS： 選用 150A 斷路器，HFB150 型，15～150A 過電流脫扣器。 繼電器的選擇繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號(hào)而動(dòng)作的自動(dòng)控制電器。它與接觸器不同，主要用于反應(yīng)控制信號(hào)，其觸點(diǎn)通常接在控制回路中。 由于繼電器是組成各種控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件，因此選用時(shí)須綜合考慮繼電器的適用性、功能特點(diǎn)、使用環(huán)境、工作制、額定工作電壓及額定工作電流諸因素，做到選用恰當(dāng)、使用合理，才能保證系統(tǒng)正常而可靠地工作。 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(shí)間繼電器。本設(shè)計(jì)中的繼電器 1K～5K 均屬于中間繼電器。中間繼電器實(shí)際上也是一種電壓繼電器，只是它具有數(shù)量較多、容量較大的觸點(diǎn)，起到中間放大（觸點(diǎn)數(shù)量及容量）作用。選擇中間繼電器時(shí)，主要考慮兩點(diǎn)：一是線圈的電流類型和電壓等級(jí)應(yīng)于控制電路一致；二是觸電的種類、數(shù)量及容量應(yīng)滿足控制電路的要求 [24]。根據(jù)上述繼電器選用原則，本次設(shè)計(jì)具體選用 LR1 D80 型熱繼電器。 可編程序控制器(PLC)的選擇PLC 是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動(dòng)化裝置，在工廠自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中占重要地位。它的選型包括以下四方面：(1)可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式，整體式每一 I/O 點(diǎn)基于 PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)23的平均價(jià)格比模塊式的便宜，小型控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程序控制器。(2)可編程序控制器指令功能的選擇現(xiàn)代的可編程序控制器的指令功能越來越強(qiáng)，內(nèi)部編程元件（如輔助繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器）的個(gè)數(shù)越來越多，任何一種可編程序控制器都可以滿足開關(guān)量控制系統(tǒng)的要求。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(yùn)動(dòng)控制等工作，可編程序控制器應(yīng)有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等功能，有時(shí)甚至要求有開平方、對(duì)數(shù)運(yùn)算和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等功能。 (3)可編程序控制器 I/O 點(diǎn)數(shù)的確定確定 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出被控設(shè)備對(duì)可編程序控制器輸入/ 輸出點(diǎn)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(duì)系統(tǒng)改進(jìn)和擴(kuò)充時(shí)使用。整體式可編程序控制器的基本單元、擴(kuò)展單元的輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)的比例是固定的，如與系統(tǒng)要求的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的比例相差較大，可以選用只有輸入點(diǎn)或只有輸出點(diǎn)的擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊。(4)存儲(chǔ)器容量的選擇在初步估算時(shí)，對(duì)于僅需開關(guān)量控制的系統(tǒng)，將 I/O 點(diǎn)數(shù)乘以 8，就是所需存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)，這一要求一般都能滿足。在選擇可編程序控制器的型號(hào)時(shí)不應(yīng)盲目追求過高的性能指標(biāo)，在 I/O 點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量方面則應(yīng)留有一定的裕量。本次設(shè)計(jì)選用 S7200 CPU224 實(shí)現(xiàn)控制。西門子 S7200 系列的 CPU224。西門子S7200 系列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的具有高性能價(jià)格比的微型 PLC，具有體積小、功能強(qiáng)、多用途的特點(diǎn)。其中的 CPU224 具有 32 位浮點(diǎn)運(yùn)算功能和內(nèi)置集成的 PID 調(diào)節(jié)運(yùn)算指令，比較適合變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力和蓄水池水位等被測(cè)模擬信號(hào)輸入和變頻控制信號(hào)的模擬量輸出，系統(tǒng)選用一個(gè) EM235 模擬擴(kuò)展模塊。一個(gè)EM235 擴(kuò)展模塊具有 3 路模擬量輸入通道和 1 路模擬量輸出通道，其模擬量的范圍及類型可通過模塊上的撥碼開關(guān)設(shè)定，在本例中均設(shè)定為 0—20 mA 電流信號(hào)。壓力變送器和液位變送器的反饋信號(hào)各占用一個(gè)模擬輸入通道，反饋回的 0—20 mA 電流信號(hào)經(jīng)A／D 轉(zhuǎn)換成 0—32022 范圍內(nèi)的數(shù)字量；PLC 的 PID 輸出經(jīng) D／A 轉(zhuǎn)換成 0—20 mA電流信號(hào)接變頻器模擬輸入，控制變頻器的輸出頻率。 元件明細(xì)表基于 PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)24表 元件明細(xì)表 控制電路的設(shè)計(jì)根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，每臺(tái)電機(jī)只設(shè)一個(gè)“起動(dòng)” 按鈕和一個(gè) “停止”按鈕。因此，PLC的總輸入為 10個(gè)。為每臺(tái)電機(jī)由兩個(gè)主接觸器控制。因此，輸出點(diǎn)數(shù)也為10個(gè) 而控制軟起動(dòng)器的接觸器KM0則完全由KM1～KM 5來控制。我們將信號(hào)指示燈(起動(dòng)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(diǎn)數(shù)。對(duì)于本題，我們選用西門子 S7200型可編程控制器。選用這種PLC 替代時(shí)間繼電器和中間繼電器來控制，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。ATs—I6軟起動(dòng)器控制回路圖： ATs—I6軟起動(dòng)器控制回路圖PLC外部接線圖：序號(hào) 代號(hào) 名稱 型號(hào) 數(shù)量1 M1M5 電動(dòng)機(jī) Y250M2 52 QS 斷路器 NSX630 13 1QS~5QS 斷路器 HFB150 54 KM，1KM~5KM 接觸器 CJ10150 15 KM1~KM5 接觸器 CJ1020 56 KM1’~KM5’ 接觸器 CJ105 57 ATs一4 軟起動(dòng)器 ATs一4 18 FR1FR5 熱繼電器 LR1D80 5基于 PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)25圖 PLC 外部接線圖 圖 中間繼電器控制回路基于 PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)26圖 指示燈控制回路系統(tǒng)整個(gè)工作過程由一臺(tái)可編程控制器（PLC）控制，可編程控制器的接口元件功能表如下圖：表 PLC 接口元件功能表輸入 元器件 輸出 輸入1SB0 電機(jī) M1 的停止按鈕 1KM 電機(jī) M1 的運(yùn)行開關(guān)1SB1 電機(jī) M 1 的啟動(dòng)按鈕 2KM 電機(jī) M2 的運(yùn)行開關(guān)2SB0 電機(jī) M2 的停止按鈕 3KM 電機(jī) M3 的運(yùn)行開關(guān)2SB1 電機(jī) M2 的啟動(dòng)按鈕 4KM 電機(jī) M4 的運(yùn)行開關(guān)3SB0 電機(jī) M3 的停止按鈕 5KM 電機(jī) M5 的運(yùn)行開關(guān)3SB1 電機(jī) M3 的啟動(dòng)按鈕 1HL1 電機(jī) M1 啟動(dòng)指示燈4SB0 電機(jī) M4 的停止按鈕 1HL2 電機(jī) M1 運(yùn)行指示燈4SB1 電機(jī) M4 的啟動(dòng)按鈕 2HL1 電機(jī) M2 啟動(dòng)指示燈5SB0 電機(jī) M5 的停止按鈕 2HL2 電機(jī) M2 運(yùn)行指示燈5SB1 電機(jī) M5 的啟動(dòng)按鈕 3HL1 電機(jī) M3 啟動(dòng)指示燈KM1 電機(jī) M1 的啟動(dòng)開關(guān) 3HL2 電機(jī) M3 運(yùn)行指示燈KM2 電機(jī) M2 的啟動(dòng)開關(guān) 4HL1 電機(jī) M4 啟動(dòng)指示燈KM3 電機(jī) M3 的啟動(dòng)開關(guān) 4HL2 電機(jī) M4 運(yùn)行指示燈KM4 電機(jī) M4 的啟動(dòng)開關(guān) 5HL1 電機(jī) M5 啟動(dòng)指示燈KM5 電機(jī) M5 的啟動(dòng)開關(guān) 5HL2 電機(jī) M5 運(yùn)行指示燈基于 PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)27第 4 章 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 設(shè)計(jì)任務(wù)及內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)要求 5 臺(tái)三相異步電機(jī)共用一套軟啟動(dòng)器，且不同時(shí)啟動(dòng)，具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，必要的互鎖保護(hù)措施。本次設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)采用 PLC 和軟啟動(dòng)器，PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵為動(dòng)作的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的可靠性。 設(shè)計(jì)要求本課題的設(shè)計(jì)要求是：設(shè)計(jì)研制一套基于 PLC 的控制多臺(tái)電機(jī)并對(duì)其狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控、測(cè)試的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可應(yīng)用于工礦企業(yè)共用一臺(tái)啟動(dòng)器對(duì)多臺(tái)電機(jī)進(jìn)行起、停控制；用西門子TD200 對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并測(cè)試、顯示運(yùn)行參數(shù)。(1) 西門子 S7200PLC 的編程方法(2) 對(duì)多臺(tái)電機(jī)進(jìn)行控制的系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計(jì)(3) 用 TD200 對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控并顯示(4) 設(shè)計(jì)出系統(tǒng)可靠工作的硬件，軟件保護(hù)措施(5) 其他設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)的條件由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及的多為開關(guān)量，根據(jù)其輸入、輸出可知其數(shù)字量的輸入、輸出使用的點(diǎn)數(shù)不多，同時(shí)考慮到實(shí)現(xiàn)的成本與社會(huì)效益等問題，以及 PLC 生產(chǎn)廠家的實(shí)力，目前可用的可編程序控制器有：OMRON 公司的 CQM1 系列；三菱公司的 FX2N系列；Rockwell 公司的 SLC500 系列和西門子公司的 S7200 系列等。本課題設(shè)計(jì)將采用西門子公司的 S7200?；?PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)開關(guān) 1SB1 M1 啟動(dòng) KM1’ M1 運(yùn)行開關(guān) 2SB0 M2 停止 KM2 M2 啟動(dòng)開關(guān) 2SB1 M2 啟動(dòng) KM2’ M2 運(yùn)行開關(guān) 3SB0 M3 停止 KM3 M3 啟動(dòng)開關(guān) 3SB1 M3 啟動(dòng) KM3’ M3 運(yùn)行開關(guān) 4SB0 M4 停止 KM4 M4 啟動(dòng)開關(guān) 4SB1 M4 啟動(dòng) KM4’ M4 運(yùn)行開關(guān) 5SB0 M5 停止 KM5 M5 啟動(dòng)開關(guān) 5SB1 M5 啟動(dòng) KM5’ M5 運(yùn)行開關(guān) 梯形圖在圖所示的梯形圖中，我們?cè)O(shè)置了軟件互鎖，～ 為控制電機(jī)M1～M5 用的輔助繼電器。需要說明的是，~，而接觸器KM1～ KM5的輔助觸點(diǎn)是有限的，如果起動(dòng)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(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中我們將電機(jī)起動(dòng)時(shí)間設(shè)定為5秒，設(shè)計(jì)出了一臺(tái)電機(jī)的控制電路，其他則迎刃而解了。程序說明：，輔助觸頭 ~，輸，接通電機(jī)啟動(dòng)開關(guān)KM1，啟動(dòng)信號(hào)燈1HL1 亮，電機(jī)M1啟動(dòng)。延時(shí)5S接通， M1轉(zhuǎn)換到額