大工春《可编程控制器》大作业题目及要求答案

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《可编程控制器》大作业

题目：三相异步电动机正反转控制

学习中心：

层次：高起专

专业：电力系统自动化技术

年级： 2015年春季

学号：

学生姓名：

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。

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，其操作过程如上图1所示。

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。

信号状态，并入映像寄存器区域；CPU 根信号，并将其处理的结果送现代的PLC 已经具备了处理模拟量的功能，但是

PLC 输出模块具有一定的负载驱动

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。图2-1 三相异步电动机继电器接触器控制电路

2.1.2

按钮、

接触

器联

锁的

正反

转控