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三相异步电动机Y/△起动PLC控制程序的设计与调试
一、实验目的
1、熟悉PLC的I/O分配和连接方法。
2、进一步熟悉PLC的基本逻辑指令及其使用。
3、掌握PLC应用程序的设计与调试方法。
4、掌握PLC定时器的使用方法。
二、实验仪器
电气控制实验装置 1台
电动机 1 台；
万用表 1只
电工工具及导线若干
计算机1台
FX2N可编程序控制器 1台
三、实验内容及要求
1、实验内容：
1) 三相异步电动机Y/△起动控制程序设计与调试。
要求采用时间控制原则
进行控制程序设计。
2) 修改定时器的时间设定值，观察不同的时间对电动机控制性能的影响。
2、实验要求：
1) 运用经验设计法设计PLC控制程序。
2) 在FX-PCS-WIN3.0(三菱PLC梯形图编辑、调试集成环境)环境下进行
控制程序的编辑与调试。
3) 记录在调试程序过程中出现的问题，并分析产生的原因。
四、思考题
1、实现一个控制，程序的编写方式是否唯一？请谈谈体会。
2、可编程序控制器的定时器均为接通延时型，若需要分断延时型定时器怎么办？扩大延时范围有几种方法？
3、PLC控制系统与传统继电器控制系统的主要区别是什么?
五、实验报告要求
1、实现三相异步电动机Y/△起动控制的PLC控制系统的I/O分配表。
2、实现三相异步电动机Y/△起动控制的PLC控制系统的硬件接线图、
2、采用PLC实现三相异步电动机Y/△起动控制的程序清单。
3、记录实验中发现得问题、错误、故障及解决方法。
1 绪论1.1课程研究背景三相异步电动机又称三项感应电动机,它的应用非常广泛，几乎涵盖了农业生产和人类生活的各个领域。
随着电气化、自动化技术的发展，三项异步电动机得到了越来越好的控制。
而电气化控制相较其他控制方法而言，更简洁便于操作，所以应用比较广泛。
本课题的控制是采用PLC的梯形图编程语言来实现的。
梯形图语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。
在实际运用中,有些生产机械往往要求电动机快速,准确地停车,而电动机在脱离电源后由于机械惯性的存在,完全停止需要一段时间,但是这往往不能适应某些生产机械工艺的要求，如万能铣床、卧床镗床、电梯等。
为提高生产效率及准确停位，要求电动机能迅速停车，这就要求对电动机采取有效措施进行制动。
电动机制动分二大类:机械制动和电气制动。
机械制动是在电动机断电后利用机械装置对其转抽施加相反的作用力矩(制动力矩)来进行制动.电磁抱闸就是常用方法之一,结构上电磁抱闸由制动电磁铁和闸瓦制动器组成.断电制动型电磁抱闸在电磁线圈断电后,利用闸瓦对电动机轴进行制动;电磁铁线圈得电时,松开闸瓦,电动机可以自由转动.这种制动在起重机械上被广泛采用。
电气制动是使电动机停车时产生一个与转子原来的实际旋转方向相反的电磁力矩(制动力矩)来进行制动.常用的电气制动有反接制动和能耗制动等。
机械制动是在电动机断电后利用机械装置对其转抽施加相反的作用力矩(制动力矩)来进行制动.电磁抱闸就是常用方法之一,结构上电磁抱闸由制动电磁铁和闸瓦制动器组成.断电制动型电磁抱闸在电磁线圈断电后,利用闸瓦对电动机轴进行制动;电磁铁线圈得电时,松开闸瓦,电动机可以自由转动.这种制动在起重机械上被广泛采用。
电气制动是使电动机停车时产生一个与转子原来的实际旋转方向相反的电磁力矩(制动力矩)来进行制动.常用的电气制动有反接制动和能耗制动等。
内容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；设计目录内容摘要 (I)引言 (2)1继电器一接触器控制方式 (2)2 PLC控制方式 (3)2．1 PLC控制的输入输出接线图 (4)2.2 I／O地址分配表 (4)2.4 助记符指令程序 (5)2.5工作原理 (6)3、比较与分析 (6)4、结束语 (7)参考文献 (7)引言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，下面通过对两种控制方式的比较说明取代的必要性。
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。
实验：用PLC进行三相异步电动机Y/Δ启动控制线路设计，并进行调试一、实验目的1.加深对基本指令的理解。
2.掌握使PLC实现三相异步电动机的Y/Δ启动控制。
二、实验原理图a)主电路b)控制电路图8-2 梯形图图1三、控制要求开关QS作为电源总开关。
按下起动按钮SB1，KM1吸合，经1S之后，KM3吸合，电动机按星形接法起动，再经5秒延时之后，KM3释放，KM2吸合，电动机切换成三角形接法运行。
按下停止按钮SB2，电动机停止。
开关S1与热继电器FR辅助触点并接，可以用于模拟FR的动作。
四、编制梯形图并写出程序，实验梯形图参考图2指令表如下五．实验接线1．控制回路接线将PTS-11挂件上PLC输出端的COM、COM0、COM1、COM2相接。
将PWD43挂件三相鼠笼异步电动机控制模块的SB1、SB2、FR分别接到PTS-11上PLC的输入端X0、X2、X3；将S1接到FR；COM接到PLC输入端的COM。
KM1、KM2、KM3接到PLC输出端的Y0、Y1、Y2；N接到PLC输出端的COM。
2.主回路接线将QS的三个输入端（黄、绿、红）分别接到PWD02电源控制屏上的三相电源U、V、W，将N接到PWD02上的N。
将KM2黄色端与KM3的红色端子相接，KM2的绿色端子与KM3的黄色端子相接，KM2红色端子与KM3绿色端子相接，然后将FR的三个输出端（黄、绿、红）分别接到三相鼠笼式异步电动机接线盒上的A、B、C，再将KM3的三个端子（黄、绿、红）分别接到X、Y、Z。
六、实验操作过程按实验接线接好连线，待老师检查无误后方可往下进行。
将程序输入PLC中并运行，按下PWD02电源控制屏上的启动按钮将控制屏启动接通三相电源。
将切换开关S2扳到“Y/△”，将S1断开。
将QS闭合。
按下启动按钮SB1，KM1、KM3吸合，电动机按星形接法起动，经5秒延时后，KM3释放，KM 2吸合，电动机切换成三角形接法运行。
按下停止按钮SB2，KM1、KM2释放，电动机停止。
word完美格式科信学院课程设计说明书（2011 /2012 学年第二学期）课程名称：可编程控制器题目：绕线式异步电动机串电阻启动制动控制系统设计专业班级：自动化学生姓名：学号：指导教师：安宪军刘增环设计周数：两周设计成绩：目录1、课程设计目的 (3)2、课程设计正文 (3)2.1原始数据及主要任务 (3)2.2技术要求 (3)2.3程序流程图 (4)2.4电路原理图 (5)2.5控制符号说明 (6)2.6 PLC程序 (6)3、课程设计总结 (11)3、课程设计心得 (12)5、参考文献 (13)1、课程设计目的1.1了解绕线式异步电机转子串电阻启动的控制方法和控制要求。
1.2掌握可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法。
1.4进一步熟悉常用设备、元器件的类型和特征，并掌握合理运用原则和使用方法。
培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
1.5熟悉上下位机的连接方法。
1.6综合运用所学的理论知识独立完成一个课题，培养学生独立分析和解决实际问题的能力,学会撰写课程设计总结报告。
2、课程设计正文：2.1原始数据及主要任务：1．了解电机控制的步骤和要求。
2．绘制电机控制系统的电路原理图，编写I/O地址分配表。
3．编制PLC程序，并利用实验室设备进行调试，要求能在现有设备上演示控制过程。
4．编写课程设计说明书。
说明书要阐明各路输入输出信号名称、作用、信号处理电路或驱动电路设计，写明设计过程中的分析、计算、比较和选择，画出程序流程图，并附上源程序。
2.2技术要求：1．按下正向启动按钮，电机在转子串入所有5段电阻情况下正相序接通主电源开始启动。
同时给制动闸松闸通电2．分别按照5、4、3、2、1秒的时间间隔切除第1~5段电阻。
3．按下停车按钮，电机转子串入所有电阻，断开主电源。
4．经过消弧时间1秒钟后，接通定子回路的直流电源，开始动力制动。
5．动力制动2秒钟后，切除第一段电阻。
6．再过2秒钟，切断动力制动电源，同时切断制动电闸电源。
内容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；设计目录内容摘要 (I)引言 (2)1继电器一接触器控制方式 (2)2 PLC控制方式 (3)2．1 PLC控制的输入输出接线图 (4)2.2 I／O地址分配表 (4)2.4 助记符指令程序 (6)2.5工作原理 (6)3、比较与分析 (7)4、结束语 (7)参考文献 ························································································错误！未定义书签。
I引言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，下面通过对两种控制方式的比较说明取代的必要性。
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。
三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转，称为旋转磁场，转速的大小由电动机极数和电源频率而定。
转子在磁场中相对定子有相对运动，切割磁杨，形成感应电动势。
转子铜条是短路的，有感应电流产生。
转子铜条有电流，在磁场中受到力的作用。
转子就会旋转起来。
第一：要有旋转磁场，第二：转子转动方向与旋转磁场方向相同，第三：转子转速必须小于同步转速，否则导体不会切割磁场，无感应电流产生，无转矩，电机就要停下来，停下后，速度减慢，由于有转速差，转子又开始转动，所以只要旋转磁场存在，转子总是落后同步转速在转动。
下面通过对两种控制方式的比较说明取代的必要性。
1继电器一接触器控制方式如图1所示，工作原理如下：合上电源开关QS，(1)启动运转：①按下起动按钮SB2，KM1线圈得电，KM1常开触头闭合自锁，KM1常闭触头分断对KM4联锁；②KM3线圈得电；③KM1、KM3线圈均得电，电动机M成Y联接，开始起动，同时KM3联锁触头分断对KM2联锁；④KT线圈得电，当M转速上升到一定值时，KT延时结束，KT常闭触头分断，KM3线圈失电，解除Y联接，同时KM3联锁触头闭合，KT常开触头闭合，KM2线圈得电并自锁，电动机M接成△全压运行。
(2)能耗制动停转：①按下停止按钮SB1，SB1常闭触头先分断，KMl线圈失电,KM1自锁触头分断解除自锁，KM1主触头分断M暂失电，KM1联锁触头闭合解除对KM4联锁；②KM2,KM3,KT 线圈均失电，电动机M暂失电；③SB1常开触头后闭合，KM4线圈得电，电动机M 接人直流电能耗制动，迅速停机。
这种传统的继电器—接触器控制方式控制逻辑清晰，采用机电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的可靠性较低。
2 PLC控制方式采用PLC实现三相异步电动机起动控制可编程序控制器是在继器控制和计算机控制的基础上开发的产品，自60年代末，美国首先研制和使用可编程控制器以后，世界各国特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC，因此，与传统的继电器一接触器控制系统相比较，采用PLC实现三相异步电动机起、制动控制是最明智的选择。
通过对鼠笼式异步电动机起制动的传统控制方法和PLC控制方法的比较，从某种意义上看，PLC控制是从继电器接触器控制发展而来的。
两者既有相似性又有很多不同处。
下面就是采用OMRON公司生产的CPM2型PLC实现的三相异步电动机Y一△起、能耗制动控制电路的接线图(图2)、地址分配表(表1)、梯形图(图3)、指令程序及工作过程原理。
在PLC中一般都在输入输出接口处设置π形滤波器，它不仅可滤除来自外界的高频干扰，而且还可减少内部模块之间信号的相互干扰。
在PLC系统中CPU和各I/O回路（主要指数字口）几乎都设有光耦合器作隔离，以防止干扰或可能损坏CPU等, PLC通常采用积木式结构，这便于用户检修和更换模板，同时在各模板上都设有故障检测电路，并用相应的指示器标志它的状态，使用户能迅速确定故障的位置。
2．1 PLC控制的输入输出接线图将起动按钮SB2、停止按钮SB1和热继电器FIR的辅助触点一端分别接到PLC 的输入模块上的输入端子0.00、0.01、0.02，另一端经24V直流电源接人公共端COM。
在输出模块中，相线L经熔断器接输出公共端COM，接触器KM1、KM2、KM3,KM4一端分别接到PlLC的输出模块上的输出端子10.00、10.01、10.02、10.03，另一端接中性线N，如图2所示2.2 I／O地址分配表因PLC的类型不同，为方便接线和编程，上述符号地址必须转换为实际地址，建立I／O地址分配表，图2的I／0地址分配表见表1，表中实际地址按CPM2*型PLC 填写。
2.3 PLC控制的梯形图PLC是以扫描方式进行工作的，即PLC对信号的输入、数据的处理和控制信号的输出，分别在一个扫描周期内的不同时间间隔里，以批处理方式进行，这不仅使用户编程简单、不易出错，而且也使PLC的工作不易受到外界干扰的影响；同时PLC所处理的数据比较稳定，从而减少了处理中的错误；另外，PLC的输入、输出的控制较简单，不容易产生由于时序不合适而造成的问题。
PLC的用户程序常采用梯形图进行编程，这种编程方式大多数用户所接受。
根据I／O地址分配表(表1)，符合起动、停止控制要求的梯形图如图3所示。
图3中0.00、0.0l、0.02为输人继电器，10.00、10.01、10.02、10.03为输出继电器，TIM000、TIM001为时间继电器，-||-表示动合触点,-N-表示动断触点,-O-表示线圈.2.4 助记符指令程序助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。
一般讲，其顺序为：先输入，后输出；先上，后下；先左，后右。
有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。
图3的助记符指令程序见表2，其中LD 是指常开触点与母线相连接的指令，OR是并联常开触点的指令，AND NOT是串联常闭触点的指令，OUT是指驱动线圈的指令，TIM是指实现导通延时操作的定时指令。
2.5工作原理PLC控制逻辑与传统的继电器接一触器控制工作原理基本一致：(1)起动时，按下起动按钮SB2，接点0．00闭合，输出继电器10．00得电并自锁，动合触点10.00闭合，导致输出继电器10.02也得电，此时，KM1、KM3线圈得电，电动机成Y起动；与此同时，定时器KT开始计时，4S时间到，动断接点 TIM000断开，输出继电器10．02失电，解除Y联结，动合接点 TIM000闭合，输出继电器10．01得电并自锁，此时，KM1、KM2线圈得电成△投入稳定运行：在输出线圈10．01和10．02各自的回路相互串联了10．02和10．01的动断触点．使输出线圈10．01和10．02不能同时得电，达到软互锁的目的。
(2)制动时，按下停止按钮SB1，动断接点0．01断开，KM1、KM2线圈失电，动合接点0．01闭合，KM4线圈得电，KM3线圈得电，电动机M进入接入直流电能耗制动，迅速停机。
(3)过载时，热继电器FR动断接点0．02断开，从而使KM1线圈失电，起到过载保护作用。
可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，自60年代末，美国首先研制和使用可编程控制器以后，世界各国特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC （programmable logic controller），因此，与传统的继电器接触器控制系统相比较，笔者认为采用PLC实现鼠笼式异步电动机起制动控制是最明智的选择。
3、比较与分析通过比较，图3所示梯形图和图1控制回路分十分相似，它们都表示了输入和输出之间的逻辑关系，但是它们之间的最大区别在于：在继电器一接触器控制中，输入、输出信号问的逻辑关系是由实际的布线来实现的，要想改变控制顺序，必须改变其实际布线：而在PLc控制方案中，输入、输出信号问的逻辑关系则是由梯形图(程序的编制)来实现的，要想改变其控制顺序，仅需修改程序，通过软件加以改接，无需改变实际布线，其改变的灵活性及速度是继电器一接触器控制电路无法比拟的。
这种传统的继电器接触器控制方式控制逻辑清晰，采用机电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的可靠性较低。
