大工15秋《可编程控制器》大作业-三相异步电动机正反转控制答案

⼤⼯15秋《可编程控制器》⼤作业-三相异步电动机正反转控制答案
⼤⼯15秋《可编程控制器》⼤作业-三相异步电动机正反转控制答案
⽹络教育学院《可编程控制器》⼤作业
题⽬：
学习中⼼：
层次：⾼中起点专科
专业：
年级：年春/秋季
学号：
学⽣姓名：
⼤⼯15秋《可编程控制器》⼤作业具体要求：
1 作业内容
从以下五个题⽬中任选其⼀作答。

2 正⽂格式
作业正⽂内容统⼀采⽤宋体，字号为⼩四，字数在2000字以上。

3. 作业提交
学⽣需要以附件形式上交离线作业（附件的⼤⼩限制在10M以内），选择已完成的作业，点“上交”即可。

如下图所⽰。

4. 截⽌时间
2016年3⽉9⽇。

在此之前，学⽣可随时提交离线作业，如需修改，可直接上传新⽂件，平台会⾃动覆盖原有⽂件。

5. 注意事项
请同学独⽴完成作业，不准抄袭其他⼈或者请⼈代做，如有雷同作业，成绩以零分计！
题⽬⼀：三相异步电动机正反转控制
设计要求：（1）⾸先对可编程序控制器
（PLC）的产⽣与发展、
主要性能指标、分类、
特点、功能与应⽤领域
等进⾏简要介绍；
（2）选⽤西门⼦S7－200 系
列PLC，设计出能对三
相异步电动机进⾏正反
转控制的主电路和继电
器控制电路图；
（3）对输⼊输出继电器及其
它编程元件的地址进⾏
分配，画出I/O⼝接线
图，列出PLC控制程序
（梯形图进⾏截图，语句
表可直接拷贝）并对程序
作出解释；
（4）总结：需要说明的问题以及设计的⼼得体会。

题⽬⼆：三相异步电动机的Y--△起动PLC控制
设计要求：（1）⾸先对可编程序控制器
（PLC）的产⽣与发展、
主要性能指标、分类、
特点、功能与应⽤领域
等进⾏简要介绍；
（2）选⽤西门⼦S7－200 系
列PLC，设计出能对三
相异步电动机机进⾏
Y--△起动的主电路和
继电器控制电路图；（3）对输⼊输出继电器及其它编程元件的地址进⾏
分配，画出I/O⼝接线
图，列出PLC控制程序
（梯形图进⾏截图，语句
表可直接拷贝）并对程序
作出解释；
（4）总结：需要说明的问题以及设计的⼼得体会。

题⽬三：运料⼩车三位控制系统设计
运料⼩车控制⽰意图如下图所⽰，⼩车在初始状态时停在中间，限位开关I0.0为ON，按下起动按钮I0.3，⼩车开始右⾏，并按图所⽰的顺序运动，最后返回并停在初始位置。

设计要求：（1）⾸先对可编程序控制器
（PLC）的产⽣与发展、
主要性能指标、分类、
特点、功能与应⽤领域
等进⾏简要介绍；
（2）设计选⽤西门⼦S7－
200 系列PLC，画出控
制系统的顺序功能图，
列出PLC控制程序（梯
形图进⾏截图，语句表
可直接拷贝）并对程序
作出解释；
（3）总结：需要说明的问题以及设计的⼼得体会。

题⽬四：三层电梯的PLC控制系统设计
设计要求：（1）⾸先对可编程序控制器
（PLC）的产⽣与发展、
主要性能指标、分类、
特点、功能与应⽤领域
等进⾏简要介绍；
（2）设计选⽤西门⼦S7－
200 系列PLC，控制要
求：①电梯内设置楼层
呼叫按钮，到达楼层数
指⽰；②电梯外设置上
⾏与下⾏呼叫按钮，运
⾏⽅向指⽰与到达楼层
数指⽰；③没有呼叫信
号时，电梯可停留在任
⼀层。

附加可选功能：
增加变频器实现电动机
的速度控制。

保护要求：
系统需设短路保护、过
载保护、失压和⽋压保
护、电机超速保护。

（3）对输⼊输出继电器及其
它编程元件的地址进⾏
分配，画出I/O接线图
及三层电梯主电路，列
出PLC控制程序（梯形
图进⾏截图，语句表可
直接拷贝）并对程序作
出解释；
（4）总结：需要说明的问题以及设计的⼼得体会。

题⽬五：⼗字路⼝交通灯控制设计
起动后，南北红灯亮并维持30s。

在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，东西绿灯亮25s后闪亮，3s后熄灭，东西黄灯亮，黄灯亮2s后，东西红灯亮，与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。

南北绿灯亮25s后闪亮，3s后熄灭，南北黄灯亮，黄灯亮2s后，南北红灯亮，东西红灯灭，东西绿灯亮。

依次循环。

⼗字路⼝交通灯控制⽰意图及时序图如下图所⽰。

设计要求：（1）⾸先对可编程序控制器
（PLC）的产⽣与发展、
主要性能指标、分类、
特点、功能与应⽤领域
等进⾏简要介绍；
（2）设计选⽤西门⼦S7－
200 系列PLC，对其
I/O⼝进⾏分配，列出
PLC控制程序（梯形图
进⾏截图，语句表可直
接拷贝）并对程序作出
解释；
（3）总结：需要说明的问题以及设计的⼼得体会。

题⽬⼀：三相异步电动机正反转控制
1 可编程序控制器PLC的概况
1.1 PLC的定义
早期的可编程控制器是为了取代继电器控制线路，采⽤存储器程序指令完成顺序控制⽽设计的。

它仅有逻辑运算、定时、计数等功能，采⽤开关量控制，实际只能进⾏逻辑运算，所以称为可编程逻辑控制器，简称PLC（Programmable Logic Controller）。

进⼊20世纪80年代后，采⽤了16位和少数32位微处理器构成PLC，使得可编程逻辑控制器在概念、设计、性能上都有了新的突破。

采⽤微处理器之后，这种控制器的功能不再局限于当初的逻辑运算，增加了数值运算、模拟量的处理、通信等功能，成为真正意义上的可编程控制器（Programmable Controller），简称为PC。

但是为了与个⼈计算机PC（Personal Computer）相区别，长将可编程控制器仍成为PLC。

随着可编程控制器的不断发展，其定义也在不断变化。

国际电⼯委员会（IEC）曾于1982
年11⽉颁布了可编程控制器标准草案第⼀稿，1985年1⽉发表了第⼆稿，1987年2⽉⼜颁布了第三稿。

1987年颁布的可编程控制器的定义如下：
“可编程逻辑控制器是专为在⼯业环境下应⽤⽽设计的⼀种数字运算操作的电⼦装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。

它能够存储和执⾏命令，进⾏逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输⼊、输出，控制各种类型的机械或⽣产过程。

可编程控制器及其相关的外围设备，都应按易于⼯业控制系统形成⼀个整体、易于扩展其功能的原则设计。

1.2 PLC的⼯作原理
PLC实质上是⼀种专⽤与⼯业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相近，在结构上分为固定式和组合式（模块式）两种，固定式PLC包括CPU板，I/O板，显⽰⾯板，内存块，电源等，这些元素组合成⼀个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块，I/O模块，内存模块，电源模块，底板或机架。

这些模块可以按照⼀定的规则组合配置。

按照可编程控制器系统的构成原理，可编程控制器系统由传感器，可编程控制器和执⾏器组成，可编程控制器通过循环扫描输⼊端⼝的状态，执⾏⽤户程序来实现控制任务，其操作过程如下图1所⽰。

图1.1 PLC操作过程
PLC输⼊模块的输⼊信号状态与传感器信号相对应，为传感器信号经过隔离和滤波后的有效信号。

开关量输⼊电路通过识别传感器0、1电平，识别开关的通断。

CPU在每个扫描周期的开始扫描输⼊模块的信号状态，并将其状态送⼊到输⼊映像寄存器区域；CPU根据⽤户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将其处理的结果送到输出映像寄存器。

现代的PLC已经具备了处理模拟量的功能，但是相对于开关量的处理较复杂⼀些。

PLC
输出模块具有⼀定的负载驱动能⼒，在额定负载以内，直接和负载相连，可以驱动相应的执⾏器。

在PLC处于运⾏状态时，从内部处理、通信操作、程序输⼊、程序执⾏、程序输出，⼀直循环扫描⼯作。

1.3 PLC的应⽤领域
⽬前，PLC在国内外已⼴泛应⽤于钢铁、⽯油、化⼯、电⼒、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、保及⽂化娱乐等各个⾏业，使⽤情况⼤致可归纳为以下⼏类：
（1）开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最⼴泛的应⽤领域，可⽤它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可⽤于单台设备的控制，⼜可⽤于多机群控制及⾃动化流⽔线。

如电梯控制、⾼炉上料、注塑机、印刷机、组合机床、磨床、包装⽣产线、电镀流⽔线等。

（2）模拟量控制
在⼯业⽣产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压⼒、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使PLC能处理模拟信
号，PLC⼚家⽣产有配套的A/D、D/A转换模块，使PLC可⽤于模
拟量控制。

（3）运动控制
PLC可以⽤于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接⽤开关量I/O模块连接位置传感器和执⾏机构，现在可使⽤专门的运动控制模块。

⼴泛的运⽤于各种机床、机械、机器⼈、电器等场合。

（4）过程控制
这是对温度、压⼒、流量等模拟量的闭环控制。

PLC能编制各种控制算法程序，完成闭环控制。

PID控制时⼀般闭环控制系统中常⽤的控制⽅法。

PID处理⼀般是运⾏专⽤的PID⼦程序。

过程控制在冶⾦、化⼯、热处理、锅炉控制等场合有⾮常⼴泛的应⽤
（5）数据处理
现代PLC具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值⽐较。

⼀般⽤于⼤型系统，如⽆⼈控制的柔性制造业。

（6）通信及联⽹
PLC通信包含PLC之间的通信以及PLC 与其他智能设备间的通信。

在⼯业⾃动化⽹络发展加快前提下，⼚家都⼗分重视PLC的通讯功能，纷纷推出各⾃的⽹络系统，通讯⼗分⽅便。

1.4 PLC的发展趋势
1969年，美国数字设备公司（DEC）⾸先研制出第⼀台符合要求的控制器，即可编程逻辑控制器，并在美国GE公司的汽车⾃动装配上试⽤获得成功。

此后，这项技术迅速发展，从美国、⽇本、欧洲普及到全世界。

总的来说发展趋势如下：
(1)向⾼速度、⼤容量⽅向发展为了提⾼PLC的处理能⼒，要求PLC具有更好的响应速度和更⼤的储存容量。

(2)向超⼤型、超⼩型两个⽅向发展。

以适应不同类型的⾃动控制系统的需要。

(3)PLC⼤⼒开发智能模块，加强联⽹通信功能。

为了扩⼤适⽤范围，⼚家还制定了通⽤的通信彼岸准，已构成更⼤的⽹络系统。

(4)增强外部故障的检测与处理能⼒。

外部故障的⼏率很⼤，因此，PLC⼚家致⼒于研制、发展⽤于检测外部故障的专⽤智能模块，进⼀步
提⾼系统的可靠性
(5)编程语⾔多样化。

PLC结构不断发展的同时,PLC的编程语⾔也越来越丰富。

多种语⾔并存、互补与发展是PLC进步的⼀种趋势。

2 三相异步电动机正反转控制电路的特点与应⽤
2.1 三相异步电动机正反转控制电路的特点
2.1.1 三相异步电动机正反转控制电路的主、控制电路
1.主电路如图2-1主电路接触器KM1、KM2分别闭合，完成换相实现电动机正反转。

KM1、KM2不能同时闭合，否则, 会造成主电路两相短路。

电路⽤FR实现过载保护。

2.控制电路控制电路实质是由两条并联的启动⽀路组成，但为了⽣产、安全的需要⼜在各⽀路中辅加了制约触头。