【導(dǎo)讀】工作及取得的研究成果；得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料；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、?？刂?；用西門子。TD200對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并測試、顯示運(yùn)行參數(shù)。西門子S7-200PLC的編程方法；

　　

【正文】 加到電動(dòng)機(jī)上。這種方式可以做到電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間短 ， 電氣設(shè)備簡單 。 缺點(diǎn)是起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)仍有一定沖擊 (雖然沖擊時(shí)間較短 )。例如可控的 CST 系統(tǒng) 、 電磁離合器等就屬此類。 (2) 電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間為 “軟 ”連接 ， 所謂 軟連接就是在電動(dòng)機(jī)加速過程中 ， 配合速度升高 ， 把機(jī)械負(fù)載逐漸加上去。此種方式無論是對(duì) “電 ”或 “機(jī) ”， 設(shè)備都比較簡單。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。在中、低速度時(shí) ， 損失偏大 ， 效率稍低。液力連軸器就是這種軟連接的典型例子。 基于 PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 軟起動(dòng)裝置 的選擇 由于新技術(shù)的快速發(fā)展 ， 軟起動(dòng)裝置的品種不斷增加。在工程設(shè)計(jì)時(shí) ， 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。 (1) 電動(dòng)機(jī)方面 ① 電動(dòng)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(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的沖擊 ，不致造成對(duì)其他電氣設(shè) 備的損壞 ， 則應(yīng)選擇全電壓直接起動(dòng) ， 以節(jié)省投資 。 ② 電動(dòng)機(jī)的型式 ： 應(yīng)考慮是 同步電動(dòng)機(jī)還是異步電動(dòng)機(jī) ； 是 繞線式還是籠型異步電動(dòng)機(jī) ； 根據(jù)不同型式配用不同的軟起動(dòng)裝置。 ③ 運(yùn)行階段電動(dòng)機(jī)是否要調(diào)速 ， 如果必須調(diào)速 ， 則利用調(diào)速裝置就可以得到軟起動(dòng)。 ④ 如果需在較大負(fù)載下起動(dòng) ， 則應(yīng)驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否能滿足負(fù)載的要求。 (2) 被傳動(dòng)機(jī)械方面 ① 機(jī)械特性 a 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 ： 在任何轉(zhuǎn)速時(shí) ， 負(fù)載轉(zhuǎn)矩是恒定的或大致恒定的 ， 這類負(fù)載多數(shù)呈反阻性 ， 就是阻力與運(yùn)動(dòng)方向相反。例如各種運(yùn)輸機(jī)、無極繩絞車等。也有位能性的 ， 阻力不隨運(yùn)動(dòng) 方向改變而改變 ， 如提升機(jī)、起動(dòng)機(jī)等。由于阻力恒定 ， 軟起動(dòng)裝置的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于阻 力 轉(zhuǎn)矩 ， 否則無法起動(dòng)。 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。如車床切削時(shí) ， 粗加工吃刀量大 ， 用低速 。精加工吃刀量小 ， 用高速。這類機(jī)械在起動(dòng)時(shí)要求有較大轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小的軟起動(dòng)裝置不能滿足要求。 c 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載 ： 各種風(fēng)機(jī)、水泵的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ， 工作介質(zhì)的阻力大致與轉(zhuǎn)速的平方成正比。此類機(jī)械在軟起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩只要大于機(jī)械的起始阻力轉(zhuǎn)矩 ， 就能順利起動(dòng)。 對(duì)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%。在選擇軟起動(dòng)裝置時(shí) ，其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于此數(shù)值。例如 QCK1 型磁控式異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器 ， 額定電壓380V， 其起始電壓 200V 左右 ， 則 (200/380)/2100=%， 即電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于額定轉(zhuǎn)矩的 %， 可以起動(dòng)風(fēng)機(jī)類機(jī)械。 ② 機(jī)械工作性質(zhì) 在選擇起動(dòng)裝置時(shí)應(yīng)全面考慮 生產(chǎn)機(jī)械是否要調(diào)速 ； 調(diào)速要求的精度如何 ； 起動(dòng)時(shí)間有沒有限制 ； 起動(dòng)的頻繁程度等等。 基于 PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 軟起動(dòng)器的選擇及參數(shù)設(shè)值 軟起動(dòng)器是一種固態(tài)靜止起動(dòng)器，采用晶體管來控制起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)端電壓，是一種減少三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)沖擊電流的理想 電氣裝置 般情況下，我們根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況 (輕載或重載 )來選擇軟起動(dòng)器。為了優(yōu)化性能，實(shí)際的負(fù)載要求可以從數(shù)字鍵盤上讀入，整定的初始力矩及力矩限幅應(yīng)高于負(fù)載力矩。對(duì)于 ATs— 46軟起動(dòng)器，若電動(dòng)機(jī)要求最大起動(dòng)力矩，則起動(dòng)電流可設(shè)定為轉(zhuǎn)子的堵轉(zhuǎn)電贏， ATS— 46的電流限幅值可達(dá)到額定電流的 7倍或設(shè)備額定值 5倍。當(dāng) ATS46用于重負(fù)載恒力矩時(shí)，應(yīng)按重載的額定值調(diào)整電流限幅值，以滿足電動(dòng)機(jī)力矩的要求。而且考慮到起動(dòng)的頻繁程度，般采用容量較大級(jí)的軟起動(dòng)器，同時(shí)為防止一臺(tái)軟起動(dòng)器損壞后所有的電機(jī)都不能起動(dòng)。 一 般 科 設(shè)置 一 臺(tái)備用軟起動(dòng)器。 主要 元件的選型 控制對(duì)象 本設(shè)計(jì)中全部 5 臺(tái)電機(jī)都 為 型號(hào)為 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?，其主要控制?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、工作可靠、性能穩(wěn)定、維修簡便等優(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）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 型號(hào) 功率因數(shù) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 額定電流 額定電流 COSΦ 倍 倍 倍 Y250M2 基于 PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 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茫⑦m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： ??COSUPI NNN 3 10*3? () 式中： IN———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； KM KM KM3 、 KM 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埽部芍苯硬僮鞑活l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； (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 倍基于 PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 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： IZ———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)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。 基于 PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 (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—320xx 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 ： 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 5 2 QS 斷路器 NSX630