機電工程學院
課程設計說明書
設計題目:五颱三相籠型非同步電動機順序控制系統設計
學生姓名
學號： 20094805
專業班級： 機制f09
指導教師
2023年 12 月 12 日
內容摘要
這次課程設計的題目是「五颱三相籠型非同步電動機順序控制系統設計」，是通過控制線路能夠分別實現五颱電動機的單獨啟停控制和實現要求的迴圈控制。實現單獨啟停主要是通過電磁繼電器和中間繼電器實現；實現迴圈控制主要是通過時間繼電器的延時啟閉控制線路按時間要求通斷。由於控制五颱電動機且電動機的執行順序各有各的特點，一次迴圈中分四個步驟，每個步驟工作二十秒後換下乙個步驟。
這次設計的主要問題是找到運動過程中的邏輯關係，並用各種電器原件實現這種邏輯關係，通過綜合分析以後，發現可以通過四個時間繼電器和四個中間繼電器，每個繼電器工作40s的方式實現控制。由於電路控制主要是通過繼電器接觸器控制，因此用到在plc程式設計中主要是用一些簡單的、基本的命令。
關鍵字：時間繼電器；接觸器；邏輯關係；plc控制
目錄第1章前言 1
1.1 設計題目 1
1.2 控制要求 1
1.2 設計思路 1
第2章系統總體方案設計 2
2.1 設計背景 2
2.2 設計方案 2
第3章繼電接觸器控制系統設計 4
3.1 繼電器基本知識 4
3.1.1 繼電器介紹 4
3.1.2 時間繼電器簡介 4
3.1.3 與接觸器的區別 4
3.2 選擇元件 5
3.3 主電路圖 5
3.4 控制流程圖 6
第4章 plc控制系統設計 7
4.1 plc基本知識 7
4.1.1 plc簡介 7
4.1.2 plc工作原理 7
4.1.3 與繼電接觸器控制系統的比較 8
4.2 系統控制要求分析設計 8
4.2.1 plc控制方案設計的特點 8
4.2.2 工作流程圖 9
4.2.3 主電路設計 10
4.2.4 plc控制系統設計 10
4.2.5 確定plc型別 11
4.2.6 確定i/o訊號數量、分配及編號 12
4.2.7 plc端子接線圖 12
4.2.8 控制程式編制 13
4.2.9 控制程式除錯 19
結論 23
設計總結 24
謝辭 25
參考文獻 26
第1章引言
1.1設計題目
五颱三相籠型非同步電動機順序控制系統設計
1.2控制要求
1.有五颱電動機順序迴圈控制，控制時序如表1-1所示：
表1-1 控制要求
0 10 20 30 40 50 60 70 80
2.系統可以自動迴圈啟動
3.每台電動機可單獨啟停控制
1.3設計思路
根據控制要求，要實現五颱電動機的迴圈控制，每台電動機還可以獨自啟動和停止。通過反覆思考之後，決定用多個時間繼電器和中間繼電器來控制五個交流接觸器來協調動作，然後有每個交流接觸器直接控制電動作滿足要求的的動作，問題的關鍵在於如何設計合理的控制電路以保障時間繼電器在合適的時間動作。從上圖可以看出，每隔20秒都會有電動機的啟動和停止動作，可以在每個動作之初讓時間繼電器開始工作，控制與之相應的中間繼電器工作，中間繼電器讓該停下的電動機斷電，讓該啟動的電動機得電。
同時時間繼電器的延時觸點作為下乙個動作的中間繼電器的啟動按鈕，等到下乙個動作開始時，與之相應的中間繼電器先將上一中間繼電器斷電，然後啟動相應的該工作的電機。
第2章系統總體方案設計
2.1設計背景
本文對五颱三相籠型非同步電動機順序控制系統設計，分別應用繼電器接觸器和可程式設計邏輯器件plc做了軟體與硬體的設計，能基本達到控制要求。系統僅實現了小型plc系統的乙個雛形，在完善各項功能方面都還需要進一步的分析、研究和除錯工作。如果進一步結合工業控制的要求，形成乙個較為成型的產品，則需要作更多、更深入的研。
2.2設計方案
根據題目，控制要求不僅要實現每台電動機獨自啟動和停止，而且還要實現五颱電動機的迴圈控制。能否用四個時間繼電器實現控制線路，尤其是時間繼電器的順序動作呢？時間控制電路中用kt1由kt2控制斷路，kt2由kt3控制斷路，kt3由kt2控制斷路，kt4由kt1控制斷斷；相反kt1由kt4控制通路，kt2由kt1控制通路，kt3由kt2控制通路，kt4由kt3控制通斷，這樣每乙個繼電器的工作時間就是四十秒，由於每乙個時間繼電器的工作時間是四十秒，這樣，控制電路中就可以用時間繼電器的通斷設計。
kt1得電後，各個延時繼電器的狀態如表2-1 執行狀態
表2-1 執行狀態
由於時間繼電器最多有兩組延遲常開常閉觸電，或者一組常開常閉一組延遲常開常閉觸電，所以必須併聯中間繼電器ka1、ka2、ka3、ka4來完成控制。
通過以上個開關的狀態，結合控制要求，可以發現這種方案不僅用到的電器元件最少，同時時間邏輯控制簡單。
第3章繼電接觸器控制系統設計
3.1 繼電器基本知識
3.1.1繼電器介紹
繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統（又稱輸入迴路）和被控制系統（又稱輸出迴路）之間的互動關係。通常應用於自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種「自動開關」。
故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。
電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要**圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電後，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。
這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對於繼電器的「常開、常閉」觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處於斷開狀態的靜觸點，稱為「常開觸點」；處於接通狀態的靜觸點稱為「常閉觸點」。
3.1.2 時間繼電器簡介
在控制線路中用到的時間的時間繼電器一種利用電磁原理或機械原理實現延時控制的控制電器。它的種類很多，有空氣阻尼型、電動型和電子型等。在交流電路中常採用空氣阻尼型時間繼電器，它是利用空氣通過小孔節流的原理來獲得延時動作的。
它由電磁系統、延時機構和觸點三部分組成。時間繼電器可分為通電延時型和斷電延時型兩種型別。空氣阻尼型時間繼電器的延時範圍大(有0.
4～60s和0.4～180s兩種) ，它結構簡單，但準確度較低。當線圈通電（電壓規格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）時，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時下移，使瞬時動作觸點接通或斷開。
但是活塞桿和槓桿不能同時跟著銜鐵一起下落，因為活塞桿的上端連著氣室中的橡皮膜，當活塞桿在釋放彈簧的作用下開始向下運動時，橡皮膜隨之向下凹，上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經過一定時間，活塞桿下降到一定位置，便通過槓桿推動延時觸點動作，使動斷觸點斷開，動合觸點閉合。從線圈通電到延時觸點完成動作，這段時間就是繼電器的延時時間。
延時時間的長短可以用螺釘調節空氣室進氣孔的大小來改變。吸引線圈斷電後，繼電器依靠恢復彈簧的作用而復原。空氣經出氣孔被迅速排出。
3.1.3 與接觸器的區別
繼電器和接觸器的工作原理一樣。主要區別在於接觸器的主觸頭可通過大電流，而繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，繼電器一般不用來直接控制主電路（而是通過控制接觸器和其他開關裝置對主電路進行間接控制）。
3.2.選擇元件
電器元件明細表如表2-1：
表2-1 電器元件明細表
3.3.主電路圖
根據控制要求及方案二的設計思路，主電路圖如圖3-1 主電路圖所示：
3.4控制電路圖
根據方案二的設計思路，設計的控制電路圖如圖3-2 控制電路圖：
第4章 plc控制系統設計
4.1 plc基本知識
4.1.1 plc簡介
plc（programmable logic controller），是可程式設計邏輯控制器。它採用一類可程式設計的儲存器，用於其內部儲存程式，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向使用者的指令，並通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種型別的機械或生產過程。
4.1.2 plc工作原理
當plc投入執行後，其工作過程一般分為三個階段，即輸入取樣、使用者程式執行和輸出重新整理三個階段。完成上述三個階段稱作乙個掃瞄週期。在整個執行期間，plc的cpu以一定的掃瞄速度重複執行上述三個階段。
1. 輸入取樣階段
在輸入取樣階段，plc以掃瞄方式依次地讀入所有輸入狀態和資料，並將它們存入i/o映象區中的相應的單元內。輸入取樣結束後，轉入使用者程式執行和輸出重新整理階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和資料發生變化，i/o映象區中的相應單元的狀態和資料也不會改變。
因此，如果輸入是脈衝訊號，則該脈衝訊號的寬度必須大於乙個掃瞄週期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
2. 使用者程式執行階段
在使用者程式執行階段，plc總是按由上而下的順序依次地掃瞄使用者程式(梯形圖)。在掃瞄每一條梯形圖時，又總是先掃瞄梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，並按先左後右、先上後下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然後根據邏輯運算的結果，重新整理該邏輯線圈在系統ram儲存區中對應位的狀態；或者重新整理該輸出線圈在i/o映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即，在使用者程式執行過程中，只有輸入點在i/o映象區內的狀態和資料不會發生變化，而其他輸出點和軟裝置在i/o映象區或系統ram儲存區內的狀態和資料都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程式執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或資料的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被重新整理的邏輯線圈的狀態或資料只能到下乙個掃瞄週期才能對排在其上面的程式起作用。
在程式執行的過程中如果使用立即i/o指令則可以直接訪問i/o點。即使用i/o指令的話，輸入過程影像暫存器的值不會被更新，程式直接從i/o模組取值，輸出過程影像暫存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區別。
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