PLC控制电机正反转

作业名称：PLC控制电动机正反转指导老师：周*
班级：机械2093
姓名：张*
学号：**********
2012年5月
摘要
三相异步电动机一般采用降压起动、能耗制动。

针对传统的继电器一接触器控制的降压起动、能耗制动方法存在的不足，将OMRON公司的CPM2*型可编程序控制器(PLC)与接触器相结合，用于三相异步电动机的Y一△降压起动、能耗制动控制，改进后的方法克服了传统方法手工操作复杂且不够可靠的缺点，控制简单易行。

关键词：三相异步电动机；PLC控制系统；
Abstrcut
the Three-phase asynchronous motor step-down start, generally USES the braking energy. In traditional relay a contact device control
step-down start braking energy, the shortcomings of the methods, the company will CPM2 * type OMRON PLC and contactor, combining for three-phase asynchronous motor step-down start a train of Y, braking energy control, the improved method can overcome the disadvantage of traditional method manual operation complex and not reliable enough shortcomings, simple and easy to control.
Key words: the three-phase asynchronous motor; PLC control system
可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。

目前PLC已基本替代了传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，PLC已跃居工业自动化三大支柱的首位。

生产机械往往要求运动部件可以实现正反两个方向的起动，这就要求拖动电动机能作正、反向旋转。

由电机原理可知，改变电动机三相电源的相序，就能改变电动机的转向。

按下正转启动按钮SB1，电动机正转运行，且KM1,KMY接通。

2s后KMY断开，KM 接通，即完成正转启动。

按下停止按钮SB2，电动机停止运行。

按下反转启动按钮SB3，电动机反转运行，且KM2,KMY接通。

2s后KMY断开，KM 接通，即完成反转启动。

设计三相异步电动机一般采用降压起动、能耗制动。

针对传统的继电器一接触器控制的降压起动、能耗制动方法存在的不足，将OMRON公司的CPM2*型可编程序控制器(PLC)与接触器相结合，用于三相异步电动机的Y一△降压起动、能耗制动控制，改进后的方法克服了传统方法手工操作复杂且不够可靠的缺点，控制简单易行。

三相交流异步电动机是应用最为广泛的电气设备，但它直接起动时产生的电流击和转矩冲击会对电网、电动机本身及其负载机械设备带来不利影响，因此常常采用降压起动。

一般有四种方式。

即定子回路串电阻起动、Y一△降压起动、自耦变压器起动和延边三角形起动，其中Y一△降压起动简单经济，使用比较普遍。

传统的Y一△降压起动采用继电器一接触器控制，但由于其操作复杂、可靠性低等缺点，必将被PLC控制所取代。

摘要 2
前言 3
第一章PLC概述
1.1 PLC的产生 5
1.2 PLC的定义 5
1.3 PLC的特点及应用 5
1.4 PLC的基本结构7
第二章硬件设计
2.1、控制要求9
2.2、资源分配表9
2.3、I/O接线图 9
2.4、时序图/顺序功能图/电气原理图10
2.5、软件设计（梯形图）11
2.6、调试过程12
第三章三相异步电动机控制设计
3.1 电动机可逆运行控制电路 13
3.2 启动时就星型接法30秒后转为三角形运行直到停止反之亦然15
3.3. 三相异步电动机正反转PLC控制的梯形图、指令表17
3.4 三相异步电动机正反转PLC控制的工作原理18
3.5 指令的介绍19
小结 21
参考文献22
第一章PLC概述
1.1 PLC的产生
1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。

当时叫可编程逻辑控制器PLC （Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

紧接着，美国MODICON公司也开发出同名的控制器，1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编程控制器。

1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，特别是进入80年代以来，PLC已广泛地使用16位甚至32位微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。

这时的PLC已不仅仅是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能，称之为可编程序控制器（Programmable Controller）更为合适，简称为PC，但为了与个人计算机（Persona1 Computer）的简称PC相区别，一般仍将它简称为PLC（Programmable Logic Controller）。

1.2 PLC的定义
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

”
可编程序控制器是应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置，自研制成功开始使用以来，它已经成为了当代工业自动化的主要支柱之一。

1.3 PLC的特点及应用
1）PLC特点
（1）编程简单，使用方便
梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其符号与继电器电路原理图相似。

有继电器电路基础的电气技术人员只要很短的时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序，梯形图语言形象直观，易学易懂，。

（2）控制灵活，程序可变，具有很好的柔性
可编程序控制器产品采用模块化形式，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，不用改变硬件，方便
快速地适应工艺条件的变化，具有很好的柔性。

（3）功能强，扩充方便，性能价格比高
可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的逻辑判断、数据处理、PID调节和数据通信功能，可以实现非常复杂的控制功能。

如果元件不够，只要加上需要的扩展单元即可，扩充非常方便。

与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。

（4）控制系统设计及施工的工作量少，维修方便
可编程序控制器的配线与其它控制系统的配线比较少得多，故可以省下大量的配线，减少大量的安装接线时间，开关柜体积缩小，节省大量的费用。

可编程序控制器有较强的带负载能力、可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。

一般可用接线端子连接外部接线。

可编程序控制器的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能，便于迅速地排除故障。

（5）可靠性高，抗干扰能力强
可编程序控制器是为现场工作设计的，采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，硬件措施如屏蔽、滤波、电源调整与保护、隔离、后备电池等，例如，西门子公司S7-200系列PLC内部EEPROM中，储存用户原程序和预设值在一个较长时间段（190小时），所有中间数据可以通过一个超级电容器保持，如果选配电池模块，可以确保停电后中间数据能保存200天。

软件措施如故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟，加强对程序的检测和校验。

从而提高了系统抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，可编程序控制器已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

（6）体积小、重量轻、能耗低，是“机电一体化”特有的产品。

2）PLC应用
目前，可编程序控制器已经广泛地应用在各个工业部门。

随着其性能价格比的不断提高，应用范围还在不断扩大，主要有以下几个方面：
（1）逻辑控制
可编程序控制器具有“与”、“或”、“非”等逻辑运算的能力，可以实现逻辑运算，用触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制，定时控制与顺序逻辑控制。

数字量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域最为普及，包括微电子、家电行业也有广泛的应用。

（2）运动控制
可编程序控制器使用专用的运动控制模块，或灵活运用指令，使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起。

随着变频器、电动机起动器的普遍使用，可编程序控制器可以与变频器结合，运动控制功能更为强大，并广泛地用于各种机械，如金属切削机床、装配机械、机器人、电梯等场合。

（3）过程控制
可编程序控制器可以接收温度、压力、流量等连续变化的模拟量，通过模拟量I/0模块，实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换和D/A转换，并对被控模拟量实行闭环PID（比例-积分-微分）控制。

现代的大中型可编程序控制器一般都有PID闭环控制功能，此功能已经广泛地应用于工业生产、加热炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。

（4）数据处理
可编程序控制器具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。

这些数据可以是运算的中间参考值，也可以
通过通信功能传送到别的智能装置，或者将它们保存、打印。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人柔性制造系统，也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

（5）构建网络控制
可编程序控制器的通信包括主机与远程I/0之间的通信、多台可编程序控制器之间的通信、可编程序控制器和其他智能控制设备(如计算机、变频器)之间的通信。

可编程序控制器与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。

当然，并非所有的可编程序控制器都具有上述功能，用户应根据系统的需要选择可编程序控制器，这样既能完成控制任务，又可节省资金。

1.4 PLC的基本结构
可编程序控制器简称为PLC（Programmable Logic Controller）主要由CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成。

（如下图一所示）
图一 PLC控制系统示意图
可编程序控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。

可编程序控制器主要由CPU（中央处理单元）、存储器（RAM和EPROM）、输入/输出模块（简称I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。

1） CPU模块
CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微机处理器（CPU）和存储器组成。

CPU的作用类似于人类的大脑和心脏。

它采用扫描方式工作，每一次扫描要完成以下工作：
（1）输入处理：将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。

（2）程序执行：逐条读入和解释用户程序，产生相应的控制信号去控制有关的电路，完成数据的存取、传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。

（3）输出处理：将输出映像寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。

2） I/O模块
I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。

输入模块用来接收和采集输入信号。

输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字开关、限位开关、接收开关、关电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。

可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。

CPU模块的工作电压一般是5V，而可编程序控制器的输入/输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。

从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使可编程序控制器不能正常工作，所以CPU模块不能直接与外部输入/输出装置相连。

I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与噪声隔离的作用。

3）编程器
编程器除了用来输入和编辑程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。

编程器可以永久地连续在可编程序控制器上，将它取下来后可编程序控制器也可以运行。

一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用，一台编程器可供多台可编程序控制器公用。

4）开关量I/O模块
开关量模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。

电压等级有直流5V，12V，24V，48V和交流110V，220V等。

输入输出电压的允许范围很宽，如某交流220V输入模块的允许低电压为0~70V，高电压为70~256V，频率为47~63HZ。

各I/O点的通/断状态用发光二极管或其它元件显示在面板上，外部I/O接线一般接在模块的接线端子上，某些模块使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部连线的情况下，可以迅速地更换模。

开关量I/O模块可能4，8，16，32，64点。

第二章硬件设计
2.1、控制要求
对于较大容量的交流电动机，启动是可采用Y-△降压启动。

电动机开始启动是△形连接，延时一定时间后，自动切换到Y形连接运行。

Y-△转换用两个接触器切换完成，由PLC输出点控制。

正转时按下反转开关无反应，按下停止按钮，电动机停止转动，按下反转按钮，启动Y形连接。

此时按下正转按钮系统无反应。

2.2、资源分配表
2.3、I/O接线图
SB1 SB2 FR
2.4、时序图/顺序功能图/电气原理图
M 3~
F KM
F R KM 3
KM2 Y
Q
S
2.5、软件设计（梯形图）
2.6、调试过程
首先进行编写程序，下载，然后再接线，然后在打开开关，进行调试，看是否能达到要求，如果出现问题，在检查接线问题，如果没有问题在看程序，是否正确，如果没有达到要求在进行调试，当按下按钮SB1，△形接通，5S后△接通，Y形断开，再按下SB1无反应。

按下按钮SB3，Y形△形断开。

按下SB2， Y型接通；再按下SB1无反应。

系统调试分几种情况：
硬件调试：接通电源，检查可编程序控制器能否正常工作，接头是否接触良好。

软件调试：按要求输入梯形图，检查后编译通过，在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区。

运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，使PLC进入运行状态，观察运行情况，看是否能够实现正反转、快速、中速、慢速、单步、定步控制。

根据以上调试情况，此电机控制系统设计符合控制要求。

通过调试找出问题的所在，相应的修改程序。

在编程过程中难免会有不足之
处，因此通过调试，再修改程序可以更好实现相应的功能。

例如原来我用PO1、PO2、PO3来控制电机运行的快速、中速、慢速，发现按钮不能自锁，后来通过20.00、20.01、20.02三个中间继电器，并补充了一些程序实现了自锁功能。

第三章三相异步电动机控制设计
为了使电动机能够正转和反转，可采用两只接触器KM1、KM2换接电动机三相电源的相序，但两个接触器不能吸合，如果同时吸合将造成电源的短路事故，为了防止这种事故，在电路中应采取可靠的互锁，上图为采用按钮和接触器双重互锁的电动机正、反两方向运行的控制电路。

3.1 电动机可逆运行控制电路
图三电动机可逆运行控制电路
线路分析如下：
（1）正向启动：
1、合上空气开关QF接通三相电源
2、按下正向启动按钮SB3，KM1通电吸合并自锁，主触头闭合接通电动机，电动机这时的相序是L1、L2、L3，即正向运行。

（2）反向启动：
1、合上空气开关QF接通三相电源
2、按下反向启动按钮SB2，KM2通电吸合并通过辅助触点自锁，常开主触头闭合换接了电动机三相的电源相序，这时电动机的相序是L
3、L2、L1，即反向运行。

（3）互锁环节：具有禁止功能在线路中起安全保护作用。

1、接触器互锁：KM1线圈回路串入KM2的常闭辅助触点，KM2线圈回路串入KM1的常闭触点。

当正转接触器KM1线圈通电动作后，KM1的辅助常闭触点断开了KM2线圈回路，若使KM1得电吸合，必须先使KM2断电释放，其
辅助常闭触头复位，这就防止了KM1、KM2同时吸合造成相间短路，这一线路环节称为互锁环节。

2、按钮互锁：在电路中采用了控制按钮操作的正反传控制电路，按钮SB2、SB3都具有一对常开触点，一对常闭触点，这两个触点分别与KM1、KM2线圈回路连接。

例如按钮SB2的常开触点与接触器KM2线圈串联，而常闭触点与接触器KM1线圈回路串联。

按钮SB3的常开触点与接触器KM1线圈串联，而常闭触点压KM2线圈回路串联。

这样当按下SB2时只能有接触器KM2的线圈可以通电而KM1断电，按下SB3时只能有接触器KM1的线圈可以通电而KM2断电，如果同时按下SB2和SB3则两只接触器线圈都不能通电。

这样就起到了互锁的作用。

（4）电动机的过载保护由热继电器FR完成。

图四
电动机可逆运行控制电路的调试
1、检查主回路路的接线是否正确，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。

2、检查接线无误后，通电试验，通电试验时为防止意外，应先将电动机的接线断开。

（5）故障现象预处理；
1、不启动；原因之一，检查控制保险FU是否断路，热继电器FR接点是否用错或接触不良，SB1按钮的常闭接点是否不良。

原因之二按纽互锁的接线有误。

2、起动时接触器“叭哒”就不吸了；这是因为接触器的常闭接点互锁接线有错，将互锁接点接成了自己锁自己了，起动时常闭接点是通的接触器线圈的电吸合，接触器吸合后常闭接点又断开，接触器线圈又断电释放，释放常闭接点又
接通接触器又吸合，接点又断开，所以会出现“叭哒”接触器不吸合的现象。

3、不能够自锁一抬手接触器就断开，这是因为自锁接点接线有误。

3.2启动时就星型接法30秒后转为三角形运行直到停止反之亦然
1．用PLC实现Y-△起动的可逆运行电动机控制电路。

如图1所示，其控制要求如下：
（1）按下正转按钮SB1，电动机以Y-△方式正向起动，Y形联结运行30s 后转换为△形运行。

按下停止按钮SB3，电动机停止运行。

（2）按下反转按钮SB2，电动机以Y-△方式反向起动，Y形联结运行30s 后转换为△形运行。

按下停止按钮SB3，电动机停止运行。

2．用PLC实现电动机反接制动控制电路。

如图六所示，其工作原理如下：（1）按下正向起动按钮SB2，运行过程如下：中间继电器KA1线圈得电，KA1常开触点闭合并自锁，同时正向接触器KM1得电，主触点闭合，电动机正向起动；在刚起动时未达到速度继电器KV的动作转速，常开触点KS-Z未闭合，中间继电器KA3断电，KM3也处于断电状态，因而电阻R串在电路中限制起动电流；当转速升高后，速度继电器动作，常开触点KS-Z未闭合，KM3线圈得电，其主触点短接电阻R，电动机起动结束。

（2）按下停止按钮SB1，运行过程如下：中间继电器KA1线圈失电，KA1常开触点断开接触器KM3线圈电路，电阻R再次串在电动机定子电路限制电流；同时，KM1线圈失电，切断电动机三相电源；此时电动机转速仍然较高，常开触点KS-Z仍闭合，中间继电器KA3线圈也还处于得电状态，在KM1线圈失电的同时又使得KM2线圈得电，主触点将电动机电源反接，电动机反接制动，定子电路一直串联有电阻R以限制制动电流；当转速接近零时，速度继电器常开触点KS-Z断开，KA3和KM2线圈失电，制动过程结束，电动机停转。

（3）按下反向起动按钮SB3，运行过程如下：如果正处于正向运行状态，反向按钮SB3同时切断KA1和KM1线圈；然后中间继电器KA2线圈得电，KA2常开触点闭合并实现自锁，同时正向接触器KM2得电，主触点闭合，电动机反向起动；由于原来电动机处于正向运行，所以首先制动。

制动结束后，反向速度在未达到速度继电器KV的动作转速时，常开触点KS-F未闭合，中间继电器KA4断电，KM3也处于断电状态，因而电阻R仍串在电路中限制起动电流；当反向转速升高后，速度继电器动作，常开触点KS-F闭合，KM3线圈得电，其主触点短接电阻R，电动机反向起动结束。

反向制动过程与正向制动过程类似。

电路。

试列出I/O分配表、编写梯形图并上机运行调试。

图七三相绕线感应电动机串电阻起动电路
(a)主电路(b)控制电路
3.3. 三相异步电动机正反转PLC控制的梯形图、指令表
三相异步电动机正反转PLC控制I/O端口分配表
输入电器输入点输出电器输出点停止按钮SB1 X1 24V正转接触器KA1 Y1
正转按钮SB2 X2 24V反转接触器KA2 Y2
反转按钮SB3 X3 380V正转接触器KM1
热继电器触点FR1 X0 380V反转接触器KM2
热继电器触点FR2 X4
三相异步电动机正反转PLC控制的梯形图、指令表
图八三相异步电动机正反转PLC控制
3.4 三相异步电动机正反转PLC控制的工作原理
图1-3和图1-4a I/O接线图中，SB为停机按钮，SB1为正转启动按钮，SB2为反转启动按钮，KM1为正转控制接触器，KM2为反转控制接触器。

继电控制电路的工作分析不再赘述，PLC控制的工作过程，参照其I/O接线图和梯形图，分析如下：
(1)正转启动过程
点动SB1→X2吸合→A区X2闭合→Y1吸合－→Y1输出触点闭合→KM1吸合→电动机正转→B区Y1闭合→自锁Y1→C区Y1分断→互锁Y2
(2)停机过程
点动SB→X1吸合→A区X1分断→Y1释放→各器件复位→电动机停止
反转启动与停机过程，请读者自行分析。

图1-4c的指令语句表，是用英文助记符描述梯形图中各部件的连接关系和编程指令。

常用助记符指令见表1-4。

3.5 指令的介绍
注：1. 派生连接指令的xx系指连接指令的两位助记符简写；xxx系指连接指令的两位或者三位助记符全写。

2. 基本指令语句格式：<助记符> <元件> <参数>。

如OUT T1 K50，意为驱动5s计时器T1。

3. 功能指令语句格式：<助记符> <源元件> <目标元件>。

如BCD C1 K1Y0，意为将C1中的数据转换成BCD码，传送到以Y0为首的1组4个元件中。

小结
本次作业论文能顺利完成，是因为在设计当中我得到了许多人的帮助以及查找了很多的资料。

虽然中间有着不完美，但却是我自己不断地查阅资料、思考和动手的结果。

经过几天的忙碌和工作，本次作业已经接近尾声，作为一个本科学生的作业论文，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

在完成论文的过程中充分应用到了再课堂上老师讲授的知识。

我们的老师是一个非常慈祥的老人，在他的身上看到了自己亲人的身影，感到很亲切，我们班的同学好多都这样感觉的。

而且老师的课很有意思，听着听着不知不觉三节课就过去了。

特别是老师提问，那是一个惊心动魄呀，我们都是打起十二分的精神迎战周老师的魔咒。

不过我还是比较幸运的，每次问题都回答得大差不差。

最让人难受的就是老师讲着讲着课提问了，当你还在思考时不小心和老师的眼睛碰撞了，然后他就喊“那个，站起来讲一下”。

我喜欢坐在前排，这样的事情发生在我身上好几次了，后来搞得我都不敢看老师了。

这个老师我们很喜欢，和蔼可亲而且只是渊博，在此祝老师身体健康长命百岁！。