【正文】 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。(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(kāi)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(wèn)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。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(guò)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(kāi)關(guān)1SB1 電機(jī) M 1 的啟動(dòng)按鈕 2KM 電機(jī) M2 的運(yùn)行開(kāi)關(guān)2SB0 電機(jī) M2 的停止按鈕 3KM 電機(jī) M3 的運(yùn)行開(kāi)關(guān)2SB1 電機(jī) M2 的啟動(dòng)按鈕 4KM 電機(jī) M4 的運(yùn)行開(kāi)關(guān)3SB0 電機(jī) M3 的停止按鈕 5KM 電機(jī) M5 的運(yùn)行開(kāi)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(kāi)關(guān) 3HL2 電機(jī) M3 運(yùn)行指示燈KM2 電機(jī) M2 的啟動(dòng)開(kāi)關(guān) 4HL1 電機(jī) M4 啟動(dòng)指示燈KM3 電機(jī) M3 的啟動(dòng)開(kāi)關(guān) 4HL2 電機(jī) M4 運(yùn)行指示燈KM4 電機(jī) M4 的啟動(dòng)開(kāi)關(guān) 5HL1 電機(jī) M5 啟動(dòng)指示燈KM5 電機(jī) M5 的啟動(dòng)開(kāi)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。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(lái)控制。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。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)。(4)存儲(chǔ)器容量的選擇在初步估算時(shí)，對(duì)于僅需開(kāi)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。(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(lái)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(lái)越多，任何一種可編程序控制器都可以滿足開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)的要求。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]。 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。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(guò)電流脫扣器。按滅弧介質(zhì)分，可分為真空式和空氣式。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。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。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。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。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(méi)有限制；起動(dòng)的頻繁程度等等。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)。精加工吃刀量小，用高速。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。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)?；?PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測(cè)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。此種方式無(wú)論是對(duì)“電” 或“機(jī)”，設(shè)備都比較簡(jiǎn)單。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(jiǎn)單。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)18 圖 軟起動(dòng)主電路從傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)方面來(lái)看，希望電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，使被驅(qū)動(dòng)機(jī)械產(chǎn)生的加速度較小。 軟啟動(dòng)器的工作原理 軟起動(dòng)器的主要電路如圖 。但其缺點(diǎn)是：從電動(dòng)機(jī)的能量輸入端看，全電壓直接起動(dòng)的起動(dòng)電流較大，可能對(duì)電網(wǎng)電壓形成較大的波動(dòng)；從電動(dòng)機(jī)的能量輸出端看，直接起動(dòng)的加速度較大，可能對(duì)傳動(dòng)機(jī)械造成較大的沖擊。近年來(lái)在電氣傳動(dòng)方面，經(jīng)常遇到“軟起動(dòng)” 這一名詞。 軟啟動(dòng)器軟啟動(dòng)器是用來(lái)控制籠型異步電動(dòng)機(jī)的新設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，軟停機(jī)，低速制動(dòng)，輕載節(jié)能以及多種保護(hù)功能，是傳統(tǒng)減壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備的有力競(jìng)爭(zhēng)者，具有廣泛的運(yùn)用前景。在本圖中，熱繼電器直接串接在主電路中。(2) 當(dāng)某一臺(tái)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使這臺(tái)電動(dòng)機(jī)首先與軟起動(dòng)器連接，降壓起動(dòng)，而不能有直接起動(dòng)的可能性。 ④ 軟啟動(dòng)器起動(dòng)時(shí)可限制起動(dòng)電流。 ⑶ 起 動(dòng) 參 數(shù) 可 調(diào) ， 根 據(jù) 負(fù) 載 情 況 及 電 網(wǎng) 繼 電 保 護(hù) 特 性 選 擇 ， 可 自 由 地 無(wú) 級(jí) 調(diào) 整至 最 佳 的 起 動(dòng) 電 流 。和傳統(tǒng)將壓?jiǎn)?dòng)方法相比，有 以 下 優(yōu) 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)14　 　 ⑴ 無(wú) 沖 擊 電 流 。如電網(wǎng)電壓下降可能會(huì)造成堵轉(zhuǎn)。這種降壓?jiǎn)?dòng)控制線路有手動(dòng)控制、接觸器控制、時(shí)間繼電器控制等?；?PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)優(yōu)點(diǎn)：可以按允許的啟動(dòng)電流和所需的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)選擇自耦變壓器的不同抽頭實(shí)現(xiàn)降壓?jiǎn)?dòng)，而且不論電動(dòng)機(jī)的定子繞組采用 Y 或 Δ 接法都可以使用。設(shè)自耦變壓器的變比為 K，原邊電壓為 U1，副邊電壓 U2=U1/K，副邊電流I2（即通過(guò)電動(dòng)機(jī)定子繞組的線電流）也按正比減小。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，接成星形，加在每相定子繞組上的啟動(dòng)電壓只有三角形接法直接啟動(dòng)時(shí)的，啟動(dòng)電流為直接采用三角形接法時(shí)的 1/3，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也只有三角形接法直接啟動(dòng)時(shí)的 1/3。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束 [10]。 電機(jī)在啟動(dòng)的一瞬間，由于啟動(dòng)電壓太大，對(duì)設(shè)備的沖擊性很強(qiáng)，所以利用串電抗的啟動(dòng)方法進(jìn)行電機(jī)啟動(dòng)，啟動(dòng)完成之后再退出電抗，串電抗啟動(dòng)有利于減輕設(shè)備的壓力，即電壓電流對(duì)設(shè)備的沖擊損壞性 [10]。由于自耦變壓器星形聯(lián)接部分的電流為自耦變壓器一、二次電流之差，所以用KM2 輔助觸點(diǎn)來(lái)連接。KMKM3 觸點(diǎn)為互鎖觸點(diǎn)，以防止同時(shí)接成星形和三角形造成電源短路[10]。圖 星/三角轉(zhuǎn)換主電路與控制回路電路工作分析：⑴ 合上電源開(kāi)關(guān) Q，按下起動(dòng)按鈕 SB2，KMKT、KM3 線圈同時(shí)通電并自鎖，電動(dòng)機(jī)三相定子繞組聯(lián)接成星形接入三相交流電源進(jìn)行減壓起動(dòng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電網(wǎng)的總負(fù)載中，動(dòng)力負(fù)載約占 59%，而異步電動(dòng)機(jī)則占總動(dòng)力負(fù)載的 85%，由此可見(jiàn)，異步電動(dòng)機(jī)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要原動(dòng)機(jī)。為滿足自動(dòng)控制領(lǐng)域各層面的不同要求，微型機(jī)、小型機(jī)的發(fā)展也很有前景。PLC 已不在是局限在邏輯上，應(yīng)該理解成過(guò)程控制器，如西門子全集成自動(dòng)化 TIA 的概念?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱 PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（PLC） ，現(xiàn)在，仍常常將PLC 簡(jiǎn)稱 PC。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。這也是中小型電機(jī)起動(dòng)設(shè)備難以推廣應(yīng)用的重要原因。因此，解決交流異步電機(jī)的起動(dòng)問(wèn)題，對(duì)改善電網(wǎng)質(zhì)量，節(jié)省電能和線材，延長(zhǎng)電機(jī)與設(shè)備壽命，有重大的意義。本課題對(duì)各種電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行分析、比較，最終決定采用 PLC 和軟啟動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的任務(wù)?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)人們也提出了 FCS 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Field Bus Control of System）的概念。通過(guò)綜上所述，我們可以了解到，用 PLC 編程邏輯控制器來(lái)表達(dá)當(dāng)今可編程控制系統(tǒng)，己經(jīng)不再合適了。但從根本上來(lái)講，系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)各單元的可靠程度。 ⑹ 可靠性與冗余所謂冗余即容錯(cuò)，就是功能的備份、安全及可靠性的備份。同時(shí)豐富基于 PLC 的多臺(tái)電機(jī)群控及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6的功能庫(kù)也是判斷一個(gè)系統(tǒng)智能性的重要依據(jù)。這樣一來(lái)，適合于某個(gè)行業(yè)或某些特殊問(wèn)題的專用模塊就可以很容易地集成到通用系統(tǒng)中去。另一方面，可編程控制器與工業(yè)控制機(jī)等其他裝置的通信難易也體現(xiàn)了其開(kāi)放性的特點(diǎn)。Siemens的 S7400 的內(nèi)存容量為 4kB～16mB 等等。隨著 C 語(yǔ)言、FORTRAN、PASCAL 等高級(jí)語(yǔ)言加入到 PLC 中去，使復(fù)雜思想的表達(dá)就顯得方便簡(jiǎn)潔得多了。 ③ 編程語(yǔ)言高級(jí)化 一般來(lái)說(shuō)，梯形圖和指令表兩種編程方式是比較常見(jiàn)和習(xí)慣的。在這些任務(wù)中間可再細(xì)分其優(yōu)先權(quán)的高低?？梢?jiàn)一個(gè)模塊上有三個(gè)處理器，它們既互相獨(dú)立，又相互關(guān)聯(lián)（通過(guò) DPR） ，從而使主 CPU 的資源得到合理使用，同時(shí)又最大限度的提高整個(gè)系統(tǒng)的速度。如 Siemens S7 200 PLC 的每條邏輯指令的計(jì)算速度為 ，三菱的 FX 系列的每條指令執(zhí)行時(shí)間為從 ；貝加菜（ B＆R）的 B＆R2022 的每條指令執(zhí)行時(shí)間為 。在PLC 的發(fā)展過(guò)程中，特別是給工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)的困擾是，雖然 PLC 的基本語(yǔ)言梯形圖和指令表分別是在接觸器、繼電器以及匯編語(yǔ)言的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，但是各廠家無(wú)論是從語(yǔ)言結(jié)構(gòu)、語(yǔ)言功能還是從語(yǔ)言表述 L 都有不同程度上的較大區(qū)別。出廠檢驗(yàn)時(shí)各可編程控制產(chǎn)品的廠家都有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作依據(jù)。 可編程控制技求的發(fā)展趨勢(shì)隨著計(jì)機(jī)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化的愈來(lái)愈高的需求，可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。⑷ 傳統(tǒng)的可編程邏輯控制器（PLC） 傳統(tǒng)的可編程邏輯控制器的最初控制概念和設(shè)計(jì)思想是將計(jì)算機(jī)軟件的控制思想代替繼電器邏輯。⑶ 計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的。⑵ 工業(yè)控制機(jī)（ IPC） 工業(yè)控制機(jī)是從PC（個(gè)人電腦）的基礎(chǔ)上通過(guò)應(yīng)用推廣發(fā)展起來(lái)的。眾所周知，這種控制方式雖然造價(jià)便宜，但卻存在著許多致命弱點(diǎn)：如只能適用于簡(jiǎn)單的邏輯控制；僅適用于某種控制項(xiàng)目，缺乏通用性，一旦要實(shí)現(xiàn)改動(dòng)或優(yōu)化，只能通過(guò)硬件的重新組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了區(qū)別個(gè)人計(jì)算機(jī)，人們?nèi)粤?xí)慣稱可編程控制器為PLC。(如市場(chǎng)上東芝、光洋、三菱、歐姆龍、富士、松下等)而我國(guó)進(jìn)步較早，但由于種種原因在此技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)展很慢，大大落后于以上國(guó)家。因而它不僅替代大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器、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)2步進(jìn)選線器等等，其應(yīng)用軟件梯形圖語(yǔ)言替代