第一篇：PLC 在三相異步電機控制中的應用論文

河北化工醫藥職業技術學院畢業論文

第1章 緒論

三相異步電動機的應用幾乎涵蓋了工農業生產和人類生活的各個領域，在這些應用領域中，三相異步電動機常常運行在惡劣的環境下，導致產生過流、短路、斷相、絕緣老化等事故。對于應用于大型工業設備重要場合的高壓電動機、大功率電動機來說，一旦發生故障所造成的損失無法估量。

在生產過程，科學研究和其他產業領域中，電氣控制技術應用十分廣泛。在機械設備的控制中，電氣控制也比其他的控制方法使用的更為普遍。

本系統的控制是采用PLC的編程語言——梯形語言，梯形語言是在可編程控制器中的應用最廣的語言，因為它在繼電器的基礎上加進了許多功能，使用靈活的指令，使邏輯關系清晰直觀，編程容易，可讀性強，所實現的功能也大大超過傳統的繼電器控制電路。可編程控制器使一種數字運算操作的電子系統，它是專為在惡劣工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執行邏輯運算、順序控制，定時、計數和算術等操作的指令，并采用數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種的機械或生產過程。

可編程序控制器（PLC, Programmable Logic Controller）是采用微電腦技術制造的自動控制設備。他以順序控制為主，回路調節為輔，能完成邏輯判斷、定時、記憶和算術運算等功能。

隨著PLC技術的發展，其功能越來越多，集成度越來越高，網絡功能越來越強，PLC與上位PC機聯網形成的PLC及其網絡技術廣泛地應用到工業自動化控制之中，PLC集三電與一體，具有良好的控制精度和高可靠性，使得PLC成為現代工業自動化的支柱。PLC的生產廠家和型號、種類繁多，不同型號自成體系有不同的程序語言和使用方法，本文擬就用日本立石公司生產的OMRON C20p型PLC，設計幾個PLC在相異步電機控制中的應用，與傳統的繼電器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、靈活性強等優點，可作為高校學生學習PLC的控制技術的參考，也可作為工業電機的自動控制電路。

PLC在三相異步電機控制中的應用

第2章 設備規范及簡要特性

2.1 概況

三相異步電機(Triple-phase asynchronous motor)是靠同時接入380V三相交流電源(相位差120度)供電的一類電動機，由于三相異步電機的轉子與定子旋轉磁場以相同的方向、不同的轉速成旋轉，存在轉差率，所以叫三相異步電機鍋爐參數和主要技術數據。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節省各種材料。按轉子結構的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉子的異步電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調速困難。繞線式三相異步電動機的轉子和定子一樣也設置了三相繞組并通過滑環、電刷與外部變阻器連接。調節變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調節電動機的轉速。

隨著PLC成本的降低和應用日益廣泛，三相異步電動機的常規控制應用PLC技術越來越成為現實。三相異步電動機根據工作要求不同，主要進行降壓啟動、正反轉、自動循環、制動、變速等不同控制，該設計要求把對電動機的上述控制采用PLC控制來實現，使系統的性能更完善，PLC是用來取代傳統的繼電器控制的，與之相比，PLC在性能上比繼電器控制邏輯優異，特別是可靠性高、設計施工周期短、調試修改方便、而且體積小、功耗低、使用維護方便。作電動機運行的三相異步電機。三相異步電動機轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速，轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產生電磁轉矩，實現能量變換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節省各種材料。按轉子結構的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉子的異步電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調速困難。繞線式三相異步電動機的轉子和定子一樣也設置了三相繞組并通過滑環、電刷與外部變阻器連接。調節變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調節電動機的轉速。

2.2 PLC簡述

2.2.1 PLC的基本概念

可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。PLC自1966年出現，美國，日本，德國的可編程控制器質量優良，功能強大。

2.2.2 PLC的基本結構

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PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：

1.電源

PLC的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去

2.中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。

為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統，或采用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。3.存儲器

存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。

存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。4.輸入輸出接口電路

(1)現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現場控制的接口界面的輸入通道。

(2)現場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現場輸出接口電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。

5.功能模塊

如計數、定位等功能模塊

6.通信模塊 如以太網、RS485、Profibus-DP通訊模塊等 2.2.3 PLC機型的選擇 1.PLC的容量應為多大？ 2.選擇什么公司的PLC及外設？

目前各個廠家生產的PLC其品種、規格及功能都各不相同。由于本設計的需要我選擇了日本松下電工公司的FP系列PLC，即FP0,FP0是超小型PLC、之所以選擇這款PLC，是因為其產品有以下三個特點：

(1)豐富的指令系統，有將近200條指令。(2)有強大通信功能。

PLC在三相異步電機控制中的應用

(3)CPU處理速度快。

2.3 三相異步電機的結構簡述

2.3.1 定子（靜止部分）1.定子鐵心

作用：電機磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。

構造:定子鐵心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。

定子鐵心槽型有以下幾種：

半閉口型槽：電動機的效率和功率因數較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機中。

半開口型槽：可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機。所謂成型繞組即繞組可事先經過絕緣處理后再放入槽內。

開口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機中。2.定子繞組

作用：是電動機的電路部分，通入三相交流電，產生旋轉磁場。

構造：由三個在空間互隔120°電角度、隊稱排列的結構完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個線圈按一定規律分別嵌放在定子各槽內。

定子繞組的主要絕緣項目有以下三種：（保證繞組的各導電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣）。

(1)對地絕緣：定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。(2)相間絕緣：各相定子繞組間的絕緣。(3)匝間絕緣：每相定子繞組各線匝間的絕緣。電動機接線盒內的接線：

電動機接線盒內都有一塊接線板，三相繞組的六個線頭排成上下兩排，并規定上排三個接線樁自左至右排列的編號為1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三個接線樁自左至右排列的編號為6（W2）、4（U2）、5（V2），.將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡制造和維修時均應按這個序號排列。

3.機座

作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉子，并起防護、散熱等作用。構造：機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼板焊成，微型電動機的機座采用鑄鋁件。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電機的機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內外的空氣可直接對流，以利于散熱。

2.3.2 轉子（旋轉部分）1.三相異步電動機的轉子鐵心：

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作用：作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽內放置轉子繞組。

構造：所用材料與定子一樣，由0.5毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內圓來沖制轉子鐵心。一般小型異步電動機的轉子鐵心直接壓裝在轉軸上，大、中型異步電動機（轉子直徑在300~400毫米以上）的轉子鐵心則借助與轉子支架壓在轉軸上。

2.三相異步電動機的轉子繞組

作用：切割定子旋轉磁場產生感應電動勢及電流，并形成電磁轉矩而使電動機旋轉。

構造：分為鼠籠式轉子和繞線式轉子。

鼠籠式轉子：轉子繞組由插入轉子槽中的多根導條和兩個環行的端環組成。若去掉轉子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機采用鑄鋁轉子繞組，對于100KW以上的電動機采用銅條和銅端環焊接而成。鼠籠轉子分為：阻抗型轉子、單鼠籠型轉子、雙鼠籠型轉子、深槽式轉子幾種，起動轉矩等特性各有不同。

繞線式轉子: 繞線式轉子：繞線轉子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組，一般接成星形，三個出線頭接到轉軸的三個集流環上，再通過電刷與外電路聯接。

特點：結構較復雜，故繞線式電動機的應用不如鼠籠式電動機廣泛。但通過集流環和電刷在轉子繞組回路中串入附加電阻等元件，用以改善異步電動機的起、制動性能及調速性能，故在要求一定范圍內進行平滑調速的設備，如吊車、電梯、空氣壓縮機等上面采用。

2.3.3三相異步電動機的其它附件 1.端蓋：支撐作用。

2.軸承：連接轉動部分與不動部分。3.軸承端蓋：保護軸承。4.風扇：冷卻電動機。

PLC在三相異步電機控制中的應用

第3章 PLC在電機控制中的應用

3.1 控制方面

1.控制方案設計。根據電動機在實際工作時的常見控制要求，設計出2—3套控制方案。

2.硬件設計。對控制系統所需標準件進行選型和非標件設計。3.控制程序設計。

（1）三相異步電機的正反轉控制

要求當按下正轉按鈕，電機連續正轉，此時反轉按鈕不起作用（互鎖），按下停止 按鈕電機斷開電源，按下反轉按鈕電機連續反轉，正轉不起作用。圖3.1所示為三相異步電機的正反轉控制原理圖及指令、梯形圖。

圖3.1 三相異步電機的正反轉控制原理圖及指令、梯形圖

（2）三相異步電機Y—△啟動

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要求起動時電機接成Y型，經過一段時間自動轉化為△形運行，要求Y形斷開后△形才能啟動，防止Y形未斷△形啟動造成電源短路。圖3.2所示是三相異步電機Y—△啟動控制原理圖及指令、梯形圖。

圖3.2 三相異步電機Y—△啟動控制原理圖及指令、梯形圖

（3）三相異步電機時間控制

要求第1臺電動機M1啟動5s后，第2臺電動機M2自動啟動，只有當第2臺M2停止后，經過5s延時，M1自動停止。圖3.3所示是三相異步電機時間控制原理圖及指令、梯形圖。

PLC在三相異步電機控制中的應用

圖3.3 三相異步電機時間控制原理圖及指令、梯形圖

（4）程序的寫入與運行

將PLC聯上編程器并接通電源后，PLC電源指示燈亮，將編程器開關打到“PROGRAM”位置，這時PLC處于編程狀態。編程器顯示PASSWORD！這時依次按Clr鍵和Montr鍵，直至屏幕顯示地址號0000，這時即可輸入程序。

在輸入程序前，需清除存儲器中內容，依次按Clr、Play/Set，Not，Rec/Reset和Montr鍵，即將全部程序清除。按照以上3種控制的梯形圖或程序指令將3種控制程序寫入PLC，當上述3部分程序輸入到PLC機中后，用上下方向鍵讀出所寫程序，如程序有錯，可用插入指令和刪除指令修改程序。

程序輸入正確后，分別按圖3.1連接PLC外部接線及主回路線路實現電機正反轉控制，按圖3.2連接線路實現電機Y—△啟動，按圖3.3連接線路實現電機的時間控制。此 河北化工醫藥職業技術學院畢業論文

設計可以一次性把3種控制電路的序全部輸入，同時控制3種電路，運行時，按下SBF，SBR電機正反轉啟動，按下SB1，SB2控制電機Y—△啟動，按下SB3，SB4電機順序啟動，互不干擾，事半功倍，實現了一臺PLC同時控制多種電路形式。

3.2 技術指標

1.標準件的選型符合國標

（1）編程簡單，可在現場修改和調試程序。（2）維護方便，采用插入式模塊結構。（3）可靠性高于繼電器控制系統。（4）體積小于繼電器控制柜。

（5）能與管理中心計算機系統進行通信。（6）成本可與繼電器控制系統相競爭。（7）輸入量是115V交流電壓。

（8）輸入量為115V交流電壓，輸出電流在2A以上，能直接驅動電磁閥。（9）系統擴展時，原系統只需做很小的改動。（10）用戶程序存儲器容量至少4KB。2.程序調試正確

設計工作完畢后，要進行樣機或產品的電氣控制柜安裝施工，按照電氣接線圖完成電氣控制柜的安裝及外部接線。外部電氣接線圖所示，連接配電盤底板和控制面板的導線，采用蛇形塑料軟管或包塑金屬軟管保護，控制柜與電源、電機間多用電纜線連接。

完成電氣控制柜的安裝及接線后，經檢查無誤且連接可靠，進行通電實驗。首先在空載狀態下（不接電動機等負荷），通過操作相應開關，給出開關信號，實驗控制回路各電器動作的正確性及狀態指示信號的顯示。經過調試，各電器元件均按照原理要求動作準確無誤后，方可進行負載實驗。第二步的負載實驗通過后，編寫相應的報告、原理、使用操作說明文件。

PLC在三相異步電機控制中的應用

第4章 三相異步電動機的故障分析和處理

繞組是電動機的組成部分,老化,受潮、受熱、受侵蝕、異物侵入、外力的沖擊都會造成對繞組的傷害,電機過載、欠電壓、過電壓,缺相運行也能引起繞組故障。繞組故障一般分為繞組接地、短路、開路、接線錯誤。現在分別說明故障現象、產生的原因及檢查方法。

1、繞組接地:指繞組與貼心或與機殼絕緣破壞而造成的接地。故障現象

機殼帶電、控制線路失控、繞組短路發熱,致使電動機無法正常運行。產生原因

繞組受潮使絕緣電阻下降；電動機長期過載運行；有害氣體腐蝕；金屬異物侵入繞組內部損壞絕緣；重繞定子繞組時絕緣損壞碰鐵心；繞組端部碰端蓋機座；定、轉子磨擦引起絕緣灼傷；引出線絕緣損壞與殼體相碰；過電壓(如雷擊)使絕緣擊穿。

檢查方法

(1)觀察法。通過目測繞組端部及線槽內絕緣物觀察有無損傷和焦黑的痕跡,如有就是接地點。

(2)萬用表檢查法。用萬用表低阻檔檢查,讀數很小,則為接地。

(3)兆歐表法。根據不同的等級選用不同的兆歐表測量每組電阻的絕緣電阻,若讀數為零,則表示該項繞組接地,但對電機絕緣受潮或因事故而擊穿,需依據經驗判定,一般說來指針在“0”處搖擺不定時,可認為其具有一定的電阻值。

(4)試燈法。如果試燈亮,說明繞組接地,若發現某處伴有火花或冒煙,則該處為繞組接地故障點。若燈微亮則絕緣有接地擊穿。若燈不亮,但測試棒接地時也出現火花,說明繞組尚未擊穿,只是嚴重受潮。也可用硬木在外殼的止口邊緣輕敲,敲到某一處等一滅一亮時,說明電流時通時斷,則該處就是接地點。

(5)電流穿燒法。用一臺調壓變壓器,接上電源后,接地點很快發熱,絕緣物冒煙處即為接地點。應特別注意小型電機不得超過額定電流的兩倍,時間不超過半分鐘；大電機為額定電流的20%-50%或逐步增大電流,到接地點剛冒煙時立即斷電。

(6)分組淘汰法。對于接地點在鐵芯心里面且燒灼比較厲害,燒損的銅線與鐵芯熔在一起。采用的方法是把接地的一相繞組分成兩半,依此類推,最后找出接地點。

處理方法

(1)繞組受潮引起接地的應先進行烘干,當冷卻到60——70℃左右時,澆上絕緣漆后再烘干。

(2)繞組端部絕緣損壞時,在接地處重新進行絕緣處理,涂漆,再烘干。

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(3)繞組接地點在槽內時,應重繞繞組或更換部分繞組元件。最后應用不同的兆歐表進行測量,滿足技術要求即可。

2、繞組短路

由于電動機電流過大、電源電壓變動過大、單相運行、機械碰傷、制造不良等造成絕緣損壞所至,分繞組匝間短路、繞組間短路、繞組極間短路和繞組相間短路。

故障現象

離子的磁場分布不均,三相電流不平衡而使電動機運行時振動和噪聲加劇,嚴重時電動機不能啟動,而在短路線圈中產生很大的短路電流,導致線圈迅速發熱而燒毀。

產生原因

電動機長期過載,使絕緣老化失去絕緣作用；嵌線時造成絕緣損壞；繞組受潮使絕緣電阻下降造成絕緣擊穿；端部和層間絕緣材料沒墊好或整形時損壞；端部連接線絕緣損壞；過電壓或遭雷擊使絕緣擊穿；轉子與定子繞組端部相互摩擦造成絕緣損壞；金屬異物落入電動機內部和油污過多。

檢查方法

(1)外部觀察法。觀察接線盒、繞組端部有無燒焦,繞組過熱后留下深褐色,并有臭味。

(2)探溫檢查法。空載運行20分鐘(發現異常時應馬上停止),用手背摸繞組各部分是否超過正常溫度。

(3)通電實驗法。用電流表測量,若某相電流過大,說明該相有短路處。(4)電橋檢查。測量個繞組直流電阻,一般相差不應超過5%以上,如超過,則電阻小的一相有短路故障。

(5)短路偵察器法。被測繞組有短路,則鋼片就會產生振動。

(6)萬用表或兆歐表法。測任意兩相繞組相間的絕緣電阻,若讀數極小或為零,說明該二相繞組相間有短路。

(7)電壓降法。把三繞組串聯后通入低壓安全交流電,測得讀數小的一組有短路故障。

(8)電流法。電機空載運行,先測量三相電流,在調換兩相測量并對比,若不隨電源調換而改變,較大電流的一相繞組有短路。

3、繞組斷路

由于焊接不良或使用腐蝕性焊劑,焊接后又未清除干凈,就可能造成壺焊或松脫；受機械應力或碰撞時線圈短路、短路與接地故障也可使導線燒毀,在并燒的幾根導線中有一根或幾根導線短路時,另幾根導線由于電流的增加而溫度上升,引起繞組 11

PLC在三相異步電機控制中的應用

發熱而斷路。一般分為一相繞組端部斷線、匝間短路、并聯支路處斷路、多根導線并燒中一根斷路、轉子斷籠。故障現象

電動機不能啟動,三相電流不平衡,有異常噪聲或振動大,溫升超過允許值或冒煙。產生原因

(1)在檢修和維護保養時碰斷或制造質量問題。

(2)繞組各元件、極(相)組和繞組與引接線等接線頭焊接不良,長期運行過熱脫焊。(3)受機械力和電磁場力使繞組損傷或拉斷。

(4)匝間或相間短路及接地造成繞組嚴重燒焦或熔斷等。檢查方法

(1)觀察法。斷點大多數發生在繞組端部,看有無碰折、接頭出有無脫焊。(2)萬用表法。利用電阻檔,對“Y”型接法的將一根表棒接在“Y”形的中心點上,另一根依次接在三相繞組的首端,無窮大的一相為斷點；“△”型接法的短開連接后,分別測每組繞組,無窮大的則為斷路點。(3)試燈法。方法同前,等不亮的一相為斷路。

(4)兆歐表法。阻值趨向無窮大(即不為零值)的一相為斷路點。

(5)電流表法。電機在運行時,用電流表測三相電流,若三相電流不平衡、又無短路現象,則電流較小的一相繞組有部分短斷路故障。

(6)電橋法。當電機某一相電阻比其他兩相電阻大時,說明該相繞組有部分斷路故障；

(7)電流平衡法。對于“Y”型接法的,可將三相繞組并聯后,通入低電壓大電流的交流電,如果三相繞組中的電流相差大于10%時,電流小的一端為斷路；對于“△”型接法的,先將定子繞組的一個接點拆開,再逐相通入低壓大電流,其中電流小的一相為斷路。

(8)斷籠偵察器檢查法。檢查時,如果轉子斷籠,則毫伏表的讀數應減小。

4、繞組接錯

繞組接錯造成不完整的旋轉磁場,致使啟動困難、三相電流不平衡、噪聲大等癥狀,嚴重時若不及時處理會燒壞繞組。主要有下列幾種情況:某極相中一只或幾只線圈嵌反或頭尾接錯；極(相)組接反；某相繞組接反； 多路并聯繞組支路接錯；“△”、“Y”接法錯誤。

故障現象

電動機不能啟動、空載電流過大或不平衡過大,溫升太快或有劇烈振動并有很大的噪聲、燒斷保險絲等現象。

產生原因

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誤將“△”型接成“Y”型；維修保養時三相繞組有一相首尾接反；減壓啟動是抽頭位置選擇不合適或內部接線錯誤；新電機在下線時,繞組連接錯誤；舊電機出頭判斷不對。

檢修方法

(1)滾珠法。如滾珠沿定子內圓周表面旋轉滾動,說明正確,否則繞組有接錯現象。

(2)指南針法。如果繞組沒有接錯,則在一相繞組中,指南針經過相鄰的極(相)組時,所指的極性應相反,在三相繞組中相鄰的不同相的極(相)組也相反；如極性方向不變時,說明有一極(相)組反接；若指向不定,則相組內有反接的線圈。

(3)萬用表電壓法。按接線圖,如果兩次測量電壓表均無指示,或一次有讀數、一次沒有讀數,說明繞組有接反處。

(4)常見的還有干電池法、毫安表剩磁法、電動機轉向法等。處理方法

(1)一個線圈或線圈組接反,則空載電流有較大的不平衡,應進廠返修。(2)引出線錯誤的應正確判斷首尾后重新連接。

(3)減壓啟動接錯的應對照接線圖或原理圖,認真校對重新接線。(4)新電機下線或重接新繞組后接線錯誤的,應送廠返修。

(5)定子繞組一相接反時,接反的一相電流特別大,可根據這個特點查找故障并進行維修。

(6)把“Y”型接成“△”型或匝數不夠,則空載電流大,應及時更正。

PLC在三相異步電機控制中的應用

第5章 PLC在三相異步電機控制調試方案

目的：通過調試，使三相異步電機的各項功能滿足設計要求。范圍：PLC的寫入與運行

1、方法：

（1）硬件調試: 接通電源，檢查可編程序控制器能否正常工作，接頭是否接觸良好。

（2）軟件調試: 按要求輸入梯形圖，檢查后編譯通過，在線工作后把程序寫入可編程序控制器的程序存儲區。

（3）運行調試 : 在硬件調試和軟件調試正確的基礎上，使PLC進入運行狀態，觀察運行情況，看是否能夠實現正反轉、快速、中速、慢速、單步、定步控制。

根據以上調試情況，此電機控制系統設計符合控制要求。

通過調試找出問題的所在，相應的修改程序。在編程過程中難免會有不足之處，因此通過調試，再修改程序可以更好實現相應的功能。

2、步驟：

（1）接通電源，檢查可編程序控制器能否正常工作，接頭是否接觸良好。（2）按要求輸入梯形圖，檢查后編譯通過，在線工作后吧程序寫入可編程序控制器的程序存儲區。

（3）在硬件調試和軟件調試正確的基礎上，使PLC進入運行狀態，觀察運行情況，看是否能夠實現正反轉、Y—△啟動、時間控制。

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結束語

經過老師耐心細致的指導，經過近一個月的努力，本次畢業設計課題PLC在三相異步電動機控制中的應用告一段落。

隨著PLC成本的降低和應用日益廣泛，三相異步電動機的常規控制應用PLC技術越來越成為現實。三相異步電動機根據工作要求不同，主要進行降壓啟動、正反轉、自動循環、制動、變速等不同控制，該設計要求把對電動機的上述控制采用PLC控制來實現，使系統的性能更完善，PLC是用來取代傳統的繼電器控制的，與之相比，PLC在性能上比繼電器控制邏輯優異，特別是可靠性高、設計施工周期短、調試修改方便、而且體積小、功耗低、使用維護方便。

通過本課題，一方面我在查閱資料的基礎上，了解PLC控制的一些基本技術，掌握其控制系統的分析方法與實現方法,能對PLC進行系統學習與掌握；另一方面，在設計步進電機控制系統的硬件電路，控制程序和相應的梯形圖時，應充分運用說學知識，善于思考，琢磨，分析。

PLC在三相異步電機控制中的應用

致謝

彈指一揮間，大學三年已經接近了尾聲。當自己懷著忐忑不安的心情完成這篇畢業論文的時候，自己也從當年一個懵懂孩子變成了一個成熟青年，回想自己的十幾年的求學生涯，雖然只是一個專科畢業，但也實屬不容易。

在本次論文設計過程中，老師對該論文從選題，構思到最后定稿的各個環節給予細心指引與教導,使我得以最終完成畢業論文設計。在學習中,老師嚴謹的治學態度、豐富淵博的知識、敏銳的學術思維、精益求精的工作態度以及侮人不倦的師者風范是我終生學習的楷模，老師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神，將永遠激勵著我。這三年中還得到眾多老師的關心支持和幫助。在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！

最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。書到用時方恨少，在這篇論文的寫作過程中，我深感自己的水平還非常的欠缺。生命不息，學習不止，人生就是一個不斷學習和完善的過程，敢問路在何方？路在腳下！

河北化工醫藥職業技術學院畢業論文

參考文獻

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PLC在三相異步電機控制中的應用

目錄

第1章 緒論...............................................................1 第2章 設備規范及簡要特性.................................................2 2.1 概況..............................................................2 2.2 PLC簡述...........................................................2 2.3三相異步電機的結構簡述.............................................4 第3章 PLC在電機控制中的應用.............................................6 3.1 控制方面..........................................................6 3.2 技術指標..........................................................9 第4章 三相異步電動機的故障分析和處理....................................10 第5章 PLC在三相異步電機控制調試方案...................................14 結束語...................................................................15 致謝.....................................................................16 參考文獻.................................................................17

第二篇：plc在三相異步電動機控制中的應用

包頭輕工職業技術學院

論文題目：

畢業論文

PLC

在三相異步電動機控制中的應用

指導老師： 宋飛燕 作 者: 那琴 班 級： 機電103053班 系 部： 機電工程系 專 業： 機電一體化 時 間： 2012.04.08

江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）

摘 要

PLC在三相異步電動機控制中的應用，與傳統的繼電器控制相比具有速度快，可靠性高，靈活性強，功能完善等優點。長期以來，PLC始終處于自動化領域的主戰場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非常可靠的控制應用，它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業企業對自動化的需要。本文設計了2個三相異步電動機的PLC控制電路，分別是三相異步電動機的正反轉控制和兩臺電動機順序起動聯鎖控制，與傳統的繼電器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、靈活性強等優點，可作為高校學生學習PLC的控制技術的參考，也可作為工業電機的自動控制電路。

關 鍵 詞:PLC;三相異步電動機;繞組;江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）目錄

摘要.................................................................................I 緒論.................................................................................1 1 三相異步電動機基礎.................................................................2 1.1 三相異步電動機的結構...........................................................2 1.2 三相異步電動機的工作原理.......................................................2 1.3 三相異步電動機的幾個工作過程的分析.............................................3 2 PLC基礎............................................................................6 2.1 PLC的定義......................................................................6 2.2 PLC與繼電器控制的區別..........................................................6 2.3 PLC的工作原理..................................................................6 2.4 PLC的應用分類..................................................................6 3 三相異步電動機的PLC控制...........................................................8 3.1 三相異步電動機的正反轉控制.....................................................8 3.2 兩臺電動機順序起動聯鎖控制.....................................................9 3.3三相異步電動機使用PLC控制優點.................................................10 結論................................................................................12 致謝................................................................................13 參考文獻............................................................................14 江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）

緒論

三相異步電動機的應用幾乎涵蓋了工農業生產和人類生活的各個領域,在這些應用領域中,三相異步電動機常常運行在惡劣的環境下,導致產生過流,短路,斷相,絕故,對緣老化等事故，應用于大型工業設備重要場合的高壓電動機,大功率電動機來說,一旦發生故障所造成的損失無法估量。

在生產過程中,科學研究和其它產業領域中,電氣控制技術應用十分廣泛,在機械設備的控制中,電氣控制也比其它的控制方法使用的更為普遍。

本系統的控制是采用PLC的編程語言----梯形語言,梯形語言是在可編程控制器中的應用最廣的語言，因為它在繼電器的基礎上加進了許多功能，使用靈活的指令，使邏輯關系清晰直觀，編程容易，可讀性強，所實現的功能也大大超過傳統的繼電器控制電路，可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，它是專為在惡劣工業環境下應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術等操作的指令，并采用數字式，模擬式的輸入和輸出，控制各種的機械或生產過程。

長期以來，PLC始終處于工業自動化控制領域的主戰場，為各種各樣的自動化設備提供了非常可靠的控制應用，它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業，企業對自動化的需要。進入20世紀80年代，由于計算機技術和微電子技術的迅猛發展，極大地推動了PLC的發展，使得PLC的功能日益增強，目前，在先進國家中，PLC已成為工業控制的標準設備，應用面幾乎覆蓋了所有工業，企業。由于PLC綜合了計算機和自動化技術，所以它發展日新月異，大大超過其出現時的技術水平，它不但可以很容易的完成邏輯，順序，定時，計數，數字運算，數據處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產機械數字量和模擬量的聯系，從而實現生產過程的自動化控制。特別是超大規模集成電路的迅速發展以及信息，網絡時代的到來，擴展了PLC的功能，使它具有很強的聯網通訊能力，從而更廣泛的運用于眾多行業。江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）

1.三相異步電動機基礎

1.1 三相異步電動機的基本結構

三相異步電動機由靜止的定子和旋轉的轉子兩個重要部分組成，定子和轉子之間由氣隙分開。圖1-1為三相異步電動機結構示意圖。

(a)外形圖；(b)內部結構圖

圖1-1 三相異步電動機結構示意圖

1.1.1 定子

定子由定子鐵心、定子繞組、機座和端蓋等組成。機座的主要作用是用來支撐電機各部件，因此應有足夠的機械強度和剛度，通常用鑄鐵制成。為了減少渦流和磁滯損耗，定子鐵心用0.5 mm厚涂有絕緣漆的硅鋼片疊成，鐵心內圓周上有許多均勻分布的槽，槽內嵌放定子繞組，如圖1-2所示。

圖1-2 三相異步電動機的定子

1.1.2 轉子

轉子由轉子鐵心、轉子繞組、轉軸和風扇等組成。轉子鐵心也用0.5 mm厚硅鋼片沖成轉子 江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）沖片疊成圓柱形，壓裝在轉軸上。其外圍表面沖有凹槽，用以安放轉子繞組。按轉子繞組形式不同，可分為繞線式和鼠籠式兩種。

1.2 三相異步電動機的工作原理

圖1-3為三相異步電動機工作原理示意圖。為簡單起見，圖中用一對磁極來進行分析。三相定子繞組中通入交流電后，便在空間產生旋轉磁場，在旋轉磁場的作用下，轉子將作切割磁力線的運動而在其兩端產生感應電動勢，感應電動勢的方向可根據右手螺旋法則來判斷。由于轉子本身為一閉合電路，所以在轉子繞組中將產生感應電流，稱為轉子電流，電流方向與電動勢的方向一致，即上面流出，下面流進。

圖1-3 三相異步電動機工作原理圖

轉子電流在旋轉磁場中受到電磁力的作用，其方向可由左手定則來判斷，上面的轉子導條受到向右的力的作用，下面的轉子導條受到向左的力的作用。電磁力對轉子的作用稱為電磁轉矩。在電磁轉矩的作用下，轉子就沿著順時針方向轉動起來，顯然轉子的轉動方向與旋轉磁場的轉動方向一致。

1.3 三相異步電動機的幾個工作過程的分析 1.3.1 三相異步電動機的起動

三相異步電動機接通電源，使電機的轉子從靜止狀態到轉子以一定速度穩定運行的過程稱為電動機的起動過程。起動方法有直接起動和降壓起動兩種。

1.直接起動 直接起動又稱為全壓起動，起動時，將電機的額定電壓通過刀開關或接觸器直接接到電動機的定子繞組上進行起動。直接起動最簡單，不需附加的起動設備，起動時間短。只要電網容量允許，應盡量采用直接起動。但這種起動方法起動電流大，一般只允許小功率的三相異步電動機進行直接起動；對大功率的三相異步電動機，應采取降壓起動，以限制起動電流。

2.降壓起動 通過起動設備將電機的額定電壓降低后加到電動機的定子繞組上，以限制電機的起動電流，待電機的轉速上升到穩定值時，再使定子繞組承受全壓，從而使電機在額定電壓下穩定運行，這種起動方法稱為降壓起動。

前面講過，起動轉矩與電源電壓的平方成正比，所以當定子端電壓下降時，起動轉矩大大減 江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）小。這說明降壓起動適用于起動轉矩要求不高的場合，如果電機必須采用降壓起動，則應輕載或空載起動。常用的降壓起動方法有下面三種。

(1)Y-△降壓起動 這種起動方法適用于電動機正常運行時接法為三角形的三相異步電動機。電機起動時，定子繞組接成星形，起動完畢后，電動機切換為三角形。

圖1-4 Y-△降壓起動控制線路

圖1-4是一個Y-△降壓起動控制線路，起動時，電源開關QS閉合，控制電路先使得KM2閉合，電機星形起動，定子繞組由于采用了星形結構，其每相繞阻上承受的電壓比正常接法時下降了。當電機轉速上升到穩定值時，控制電路再控制KM1閉合，于是定子繞組換成三角形接法，電機開始穩定運行。定子繞組每相阻抗為|Z|，電源電壓為U1，則采用△連接直接起動時的線電流為

采用Y連接降壓起動時，每相繞組的線電流為

則

（1-5）

由式（1-5）可以看出，采用Y-△降壓起動時，起動電流比直接起動時下降了1/3。電磁轉矩與電源電壓的平方成正比，由于電源電壓下降了，所以起動轉矩也減小了1/3。

以上分析表明，這種起動方法確實使電動機的起動電流減小了，但起動轉矩也下降了，因 江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）此，這種起動方法是以犧牲起動轉矩來減小起動電流的，只適用于允許輕載或空載起動的場合。

(2)自耦變壓器降壓起動 這種起動方法是指起動時，定子繞組接三相自耦變壓器的低壓輸出端，起動完畢后，切掉自耦變壓器并將定子繞組直接接上三相交流電源，使電動機在額定電壓下穩定運行。

1.3.2 三相異步電動機的制動

三相異步電動機脫離電源之后，由于慣性，電動機要經過一定的時間后才會慢慢停下來, 但有些生產機械要求能迅速而準確地停車，那么就要求對電動機進行制動控制。電動機的制動方法可以分為兩大類：機械制動和電氣制動。機械制動一般利用電磁抱閘的方法來實現；電氣制動一般有能耗制動、反接制動和回饋發電制動三種方法。

1.能耗制動 正常運行時，將QS閉合，電動機接三相交流電源起動運行。制動時，將QS斷開，切斷交流電源的連接，并將直流電源引入電機的V、W兩相，在電機內部形成固定的磁場。電動機由于慣性仍然順時針旋轉，則轉子繞阻作切割磁力線的運動，依據右手螺旋法則，轉子繞組中將產生感應電流。又根據左手定則可以判斷，電動機的轉子將受到一個與其運動方向相反的電磁力的作用，由于該力矩與運動方向相反，稱為制動力矩，該力矩使得電動機很快停轉。制動過程中，電動機的動能全部轉化成電能消耗在轉子回路中，會引起電機發熱，所以一般需要在制動回路串聯一個大電阻，以減小制動電流。這種制動方法的特點是制動平穩，沖擊小，耗能小，但需要直流電源，且制動時間較長，一般多用于起重提升設備及機床等生產機械中。

2.反接制動 反接制動是指制動時，改變定子繞組任意兩相的相序，使得電動機的旋轉磁場換向，反向磁場與原來慣性旋轉的轉子之間相互作用，產生一個與轉子轉向相反的電磁轉矩，迫使電動機的轉速迅速下降，當轉速接近零時，切斷電機的電源，如圖1-6所示。顯然反接制動比能耗制動所用的時間要短。

(a)接線圖；(b)原理圖 江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）圖1-6反接制動示意圖

正常運行時，接通KM1，電動機加順序電源U—V—W起動運行。需要制動時，接通KM2，從圖可以看出，電動機的定子繞組接逆序電源V—U—W，該電源產生一個反向的旋轉磁場，由于慣性，電動機仍然順時針旋轉，這時轉子感應電流的方向按右手螺旋法則可以判斷，再根據左手定則判斷轉子的受力F。顯然，轉子會受到一個與其運動方向相反，而與新旋轉磁場方向相同的制動力矩，使得電機的轉速迅速降低。當轉速接近零時，應切斷反接電源，否則，電動機會反方向起動。反接制動的優點是制動時間短，操作簡單，但反接制動時，由于形成了反向磁場，所以使得轉子的相對轉速遠大于同步轉速，轉差率大大增大，轉子繞組中的感應電流很大，能耗也較大。為限制電流，一般在制動回路中串入大電阻。另外，反接制動時，制動轉矩較大，會對生產機械造成一定的機械沖擊，影響加工精度，通常用于一些頻繁正反轉且功率小于10 kW的小型生產機械中。

3.回饋發電制動 回饋發電制動是指電動機轉向不變的情況下，由于某種原因，使得電動機的轉速大于同步轉速，比如在起重機械下放重物、電動機車下坡時，都會出現這種情況，這時重物拖動轉子，轉速大于同步轉速，轉子相對于旋轉磁場改變運動方向，轉子感應電動勢及轉子電流也反向，于是轉子受到制動力矩，使得重物勻速下降。此過程中電動機將勢能轉換為電能回饋給電網，所以稱為回饋發電制動。PLC基礎

2.1 PLC的定義

可編程邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。

2.2 PLC與繼電器控制的區別

1.控制方式 繼電器的控制是采用硬件接線實現的，是利用繼電器機械觸點的串聯或并聯極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。PLC 江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。

2.控制速度 繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現控制，工作頻率低，毫秒級，機械觸點有抖動現象。PLC是由程序指令控制半導體電路來實現控制，速度快，微秒級，嚴格同步，無抖動。

3.延時控制 繼電器控制系統是靠時間繼電器的滯后動作實現延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環境影響大，調整時間困難。PLC用半導體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產生，精度高，調整時間方便，不受環境影響。2.3 PLC的工作原理

當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。

(一)輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

(二)用戶程序執行階段 在用戶程序執行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在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，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區別。

(三)輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）2.4 PLC的應用分類

目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為如下幾類。

1.開關量的邏輯控制

這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。

2.模擬量控制 在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。

3.運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

4.過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。

5.數據處理 現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。

6.通信及聯網 PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網絡發展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）3 三相異步電動機的PLC控制

3.1 三相異步電機的正反轉控制

 在生產過程中,往往要求電動機能夠實現正反兩個方向的轉動,如起重機吊鉤的上升與下降,機床工作臺的前進與后退等等。由電動機原理可知，只要把電動機的三相電源進線中的任意兩相對調，就可改變電動機的轉向。因此正反轉控制電路實質上是兩個方向相反的單相運行電路，為了避免誤動作引起電源相間短路，必須在這兩個相反方向的單向運行電路中加設必要的互鎖。按照電動機可逆運行操作順序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”兩種控制電路

圖3-1正反轉繼電器控制圖

圖3-2 I/O接線圖 江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）

圖3-3 梯形圖

指令程序

地址 指令 數據 0000 LD 0001 0001 OR 0500 0002 AND-NOT 0000 0003 AND-NOT 0501 0004 OUT 0500 0005 LD 0002

0006 OR 0501 0007 AND-NOT 0000 0008 AND-NOT 0500 0009 OUT 0501 0010 END(01)

PLC控制的工作過程的分析：

按下SB2，輸入繼電器0001動合觸點閉合，輸出繼電器0500線圈接通并自鎖，接觸器KM1主觸點，動合輔助觸點閉合，電動機M通電正轉。

按下SB1，輸入繼電器0000動斷觸點斷開，輸出繼電器0500線圈失電，KM1主觸點，動合輔助觸點斷開，電動機M斷電停止正轉

按下SB3,0002動合觸點閉合,0501線圈接通并自鎖,KM2主觸點,動合輔助觸點閉合,電動機M通電反轉

3.2 兩臺電動機順序起動聯鎖控制

在裝有多臺電動機的生產機械上，有時必須按一定的順序起動電動機，才能滿足工作的需要。例如某個設備要求:“必需首先起動甲電動機，然后才能起動乙電動機，當甲電動機停止后，乙電動機自動停止”。這種要求可采用下面的控制線路來實現。江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）

圖3-4 順序啟動繼電器控制圖

圖3-5 I/O接線圖

圖3-6 梯形圖

指令程序

地址 指令 數據

0000 LD 0000 0001 OR 0500 0002 AND-NOT 0001 0003 OUT 0500 江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）0004 LD 0002 0005 OR 0501 0006 AND 0500 0007 AND-NOT 0003 0008 OUT 0501 0009 END(01)PLC控制的工作過程的分析：

按下M1的起動按鈕SB1,輸入繼電器0000動合觸點閉合,輸出繼電器0500線圈接通并自鎖,接觸器KM1得電吸合,電動機M1起動運轉;同時連接在0501線圈驅動電路的0500動合觸點閉合,為起動電動機M2作準備。可見,只有電動機M1先起動,電動機M2才能起動。這時如果按下M2的起動按鈕SB3,0002動合觸點閉合,0501線圈接通并自鎖,接觸器KM2得電吸合,電動機M2起動運轉。按下M1的停止按鈕SB2，0001動斷觸點斷開，使0500線圈失電，并且由于連接在0501線圈驅動電路的0500動合觸點的斷開，使得0501線圈同時失電，兩臺電動機都停止運行。若只按下M2停止，按鈕SB4時，0003動斷觸點斷開；使得0501線圈失電，M2停止運行，而M1仍運行。3.3 三相異步電動機使用PLC控制優點

本文設計就對三相異步電動機的正反轉控制，順序起動等系統進行了設計，還有其它的像制動和調速控制在這里我就不再設計，主電路都是一樣的，就控制電路有一點小差異，使用PLC控制三相異步電動機有很多好處的：不易老化，設備簡單，結構合理，便于控制價格便宜等，三相異步電動機要旋轉起來的先決條件是具有一個旋轉磁場，三相異步電動機的定子繞組就是要來產生旋轉磁場的。

我們知道，在相電源與相之間是相差120度的，三相異步電動機定子中的三個繞組在空間方位上也相差120度，這樣，當在定子繞組中通入三相電源時，定子繞組就會產生一個旋轉磁場。電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉一周，即旋轉磁場的旋轉速度與電流的變化時同步的。旋轉磁場的轉速為n=60t/p 式中f為電源效率，P是磁場的磁極對數，n的單位是：每分鐘轉數，根據此式我們知道，電動機的轉速與磁極數和使用的電源頻率有關，用PLC控制三相異步電動機也需要對電動機的屬性和旋轉方式有所了解，這樣才能控制好三相異步電動機的方向和特性，不至于使用不當使電動機損壞，電動機的頻率一定要符合要求。江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）

結論

本文設計和制作了三相異步電動機的PLC控制系統，該電路主要以性能穩定，簡單實用為目的，整體制作符合要求。

通過概述使大家充分了解了該控制系統的原理和功能。摘要部分概要介紹了其可靠性和實用性，第一章 緒論部分介紹了電動機控制方面的背景、本文設計的目的、意義及主要內容等；第二章 三相異步電動機基礎 介紹了三相異步電動機的基本結構、工作原理、幾個工作過程的分析等；第三章 PLC基礎PLC的定義、與繼電器控制的區別、工作原理、應用分類等。第四章 三相異步電動機的PLC控制 從系統原理的角度得出系統分為模擬和數字兩部分；第五部分進行了總結。

通過本次電路的設計，我對三相異步電動機的PLC控制系統原理有了進一步的了解，在三相異步電動機的PLC控制分析中對PLC產生了濃厚的興趣，提高了科學的分析和運用能力，由于本人水平有限，因此對其中的原理和實際操作方法有待深入的學習研究和提高。文中有不足之處懇請各位老師加以指導。江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）

致謝

時光如梭，轉眼之間三年的學習生活在這次畢業設計后將畫上圓滿的句號。在這三年中，江蘇牧醫學院的各位領導，老師和同學對我的學習給予了很大的支持和幫助，我在這里不僅體會到了學習的樂趣，而且也感受到了集體給我的關懷，在此謹對各位表示衷心的感謝。

在本次設計中，我不僅受到指導老師的學風，師德的熏陶，而且她的學說和風范，關懷和教誨，將成為我永遠的精神動力，并相信這在我的人生中將會受益匪淺，同時也使自己的理論學習和實際聯系得更加緊密。也更加端正了自己的工作作風和學習態度，以及工作中的持之以恒的精神。

另外，我在設計期間，同組同學也給了我很多的幫助，在此我也向他們表達我真誠的謝意。江蘇畜牧獸醫職業技術學院論文（設計）

參考文獻

[1] 許順隆，徐朝陽.輕松學電機.北京：中國電力出版社，2008 [2] 曹祥.機床電氣控制技術.北京：國防工業出版社，2009.1 [3] 孫余凱，吳鳴山.電器控制與PLC應用.北京：電子工業出版社，2006.6 [4] 郭曉波.可編程序控制器教程.北京：北京航空航天大學出版社，2007.9 [5] 黃凈.電氣控制與可編程序控制器.北京：機械工業出版社，2009.1

第三篇：現代工業控制中的PLC編程方法論文

摘要：目前隨著工業控制系統復雜性不斷提高以及自動化不斷加強，以往面向過程的PLC編程方法變得愈加困難。面向過程的編程（POP）方法編程效率低、可維護性差。通過分析現代主流計算機編程方法，提出了一種PLC編程方法：將程序分為三個層次，以面向對象的思想對外部設備或復用性功能進行封裝，以面向過程的思想實現動作流程。并以汽車微電機壓裝控制系統為例進行說明。

關鍵詞：面向過程，面向對象，PLC，編程方法

現代工業自動化領域大多采用PLC作為運動控制器，傳統的PLC編程嚴格按照時序要求從頭至尾編寫程序。對于簡單的控制過程，其程序步驟較少，傳統的PLC編程方法能夠滿足要求。而復雜的控制系統，程序步驟較多，容易混亂，大大降低了編程效率，并且程序擴展性能非常差。為了提高編程效率，降低后期維護成本，尋找出一種新的PLC編程方法是非常必要的。

1理論基礎

目前存在兩種主流的編程思維：面向過程與面向對象，這兩種編程思想都有其各自的特點與性質。1．1面向過程面向過程（ProcedureOriented，PO）是一種以過程為中心，以什么正在發生為主要目標進行編程的編程思想。面向過程的程序設計（POP）注重的是算法設計，突出數據結構。NicklausWirth對此提出了著名的公式來表示程序的實質：程序＝數據結構＋算法面向過程的程序設計關注的是解決問題的步驟，先把軟件系統分解成多個模塊，然后逐步細化，完成整個軟件系統。各模塊之間存在相互調用和信息傳遞。隨著軟件系統規模擴大和性能要求提高，面向過程編程的缺陷逐漸明顯。軟件系統規模的擴大，使得模塊的分解難度加大，模塊之間的聯系也更加復雜，軟件的可靠性難以提高，可維護性差。1．2面向對象面向對象（ObjectOriented，OO）是在處理問題時，從該問題所存在的事物本身出發，以類及對象作為基本構造單元，逐步認識事物的屬性和行為特征。面向對象的程序設計（OOP）需要盡力描述問題的結構，從而較好地解決客觀世界描述的復雜性問題。可將程序表示為：程序＝消息＋對象類對象類＝數據結構＋算法面向對象的編程方法有利于大型軟件的開發；對象屬性和方法封裝避免了數據隨意訪問，保證數據安全；類與類之間的繼承關系，最大程度實現了代碼的重用；繼承關系下的多態性增強了程序的靈活性和擴展性［1］。然而，由于類的大量加載會犧牲系統性能，從而降低系統運行效率。

2PLC編程思想

現代工業生產的控制系統經常要涉及到多個外部設備，設備的動作往往有嚴格的時序要求。長久以來，編程前先按要求制作動作流程圖，再按動作流程圖編寫程序的框架，然后以流程框架為中心添加約束與報警信息，其編程思想是面向過程的［2］。數據和數據處理過程代碼是統一的，可重用代碼少，且當代碼量大時，維護數據和代碼非常困難。面向過程的PLC編程方法的缺點有：割裂被控對象在PLC程序與現實中的聯系，內部邏輯與被控對象不明確，程序的后期維護困難；程序的內部邏輯關系非常復雜，控制流程不確，容易出錯；輸入與輸出都缺乏整體性，程序員往往孤立考慮各輸入點或輸出點的邏輯和控制［3］。針對傳統PLC編程的缺點，結合現代計算機主流編程思維，提出一種新的PLC編程方法：以分層思想劃分程序結構，以面向對象的思想對外部設備或復用性功能進行封裝，以面向過程的思想實現動作流程。其原理是：將程序過程按實際劃為三個層次，對每個層次中可抽象描述的對象進行類封裝；并采用上層調用下層，高級調用低級的原則，進行自下而上的PLC程序設計。三個層次分別為：時序層、外設層、輸出層，其中輸出層是底層；外設層是中間處理與轉換層；時序層是最靠近設備操作的用戶層。輸出層是對PLC的輸出點進行內部擴展。不管PLC程序如何編寫，最終都要通過控制PLC輸出來達到設備運行目的。為了增強程序的靈活性和擴展性，可將PLC的每個輸出點當作對象，在程序運行過程中，輸出對象在不同的工作階段有不同的觸發條件。將數字輸出點的觸發條件轉化為內部繼電器，模擬輸出的觸發條件轉換為內部繼電器與數據。外設層是對設備的封裝、處理，是外部設備和外部設備功能封裝模塊的集合。復雜的PLC控制系統包含了多個外部設備，并且有些外部設備不止一個。以PLC為對象，外部設備可分為輸入設備、輸出設備與交互設備。輸入設備是系統的眼睛，實時監控設備狀態。輸出設備是系統的動作執行設備，單個輸出設備可以有一個或多個動作狀態。交互設備是與PLC有數據互傳的設備，可以是上位機設備或其他的通信設備。用面向對象的思想，以設備整體或設備動作狀態為對象進行封裝。可以大大減少了程序的重復性，并且有助于外圍設備的擴展與功能的增加。時序層是PLC程序的主體，是各種功能動作流程的集合。設備運行時，動作過程必須嚴格地按時間順序執行，而程序中時序過程實現必須面向過程。設備每一種現實功能都對應一個動作過程，與設備功能對應的動作過程屬于高級動作流程。高級動作流程可以重復調用低級的動作流程，低級的動作流程是復用性比較高的動作流程。復用性動作流程相對高級動作流程步驟較少，可以將其以整體作為考慮對象，封裝成功能模塊，供高級動作流程調用。高級動作流程所對應現實設備功能主要有：啟動、復位與保護等功能［4］。啟動功能可以通過人機交互界面的設置不同而擁有不同的設備功能；復位功能是按一定的時間順序恢復預定的初始狀態；保護功能是通過監控輸入設備的信號判斷設備是否故障，并做出相應的處理。對于由輸入信號判斷不出故障可以由外部人工觸發，并處理。時序層編寫功能時要求先設計保護功能，再編寫其它的動作功能，以保護人身與設備安全。

3實例

以汽車微電機壓裝控制系統為例，闡述本文提出的PLC編程方法。圖2為壓裝控制系統原理圖。該系統主要由TPC7062TX觸摸屏、主控單元FPG－C32T2H、模擬量單元FP0－A21－F、位置控制單元FPG－PP21、伺服電機、位移傳感器等組成。該系統中控制最主要的輸出是控制伺服電機的脈沖輸出，脈沖輸出可直接以電機運行狀態為對象進行封裝，其余輸出在程序中不需要大量重復使用，可以直接單獨調用。圖3為單次壓裝的流程，前三個過程為同向運動，為了提高工作效率，三個過程之間不能有停頓，“P點控制”可以達到此要求；慢速壓裝和快速退回運動方向相反，需要停頓，第三個過程完成后，直接退回到原點，快速退回功能用“E點控制”可以實現。除此外電機常用的控制還有“JOG運行（點動控制）”。通過壓裝流程可知該系統“P點控制”為三段控制，以“P點控制”為對象時，其“消息”由一個觸發條件、三個位置、三個速度組成；以“E點控制”為對象時，其“消息”由一個觸發條件、一個位置、一個速度組成；以“JOG運行”為對象時，其“消息”由一個觸發條件、一個旋轉方向、一個速度組成。為了適應于PLC動作過程的時序性特點，為每個對象添加一個單脈沖輸出信號。當對象動作執行完成時，發出一個單脈沖信號，可以當做下一步動作的觸發條件。圖4為以FPWINGR為PLC編程軟件時的“E點控制”梯形圖。FPWINGR編程軟件不支持模塊封裝，但是不影響面向對象思維的使用。圖中R20為“E點控制”的觸發條件；雙字寄存器DT412的數據為“E點控制”的目標脈沖頻率（速度）；雙字寄存器DT414的數據為“E點控制”的目標位置。對象封裝的目的是避免數據隨意訪問，可以繼承。“E點控制”中的電機屬性啟動速度（500Hz）、加減速時間（100ms）、正反方向的定義是以參數的形式固定在其中。當調用該對象時，默認的就繼承了其屬性。只需擴展多個內部繼電器觸發R20，就可用被多次調用繼承，即多態性。同理，可設計出“P點控制”與“JOG運行”的梯形圖。輸出層與外設層是時序層的基礎，時序層按一定的時間順序組合輸出層與外設層，并輔以必要的數據處理就形成了所需的功能。壓裝主流程主要有“P點控制”與“E點控制”模塊，加上時間延時、計數處理與力值峰值功能就形成了一個壓裝的大致功能，經過后期的調試與小范圍的修改就完成了一個功能的編寫。依此方法編寫各種所需功能，完成整個程序后，整體調試功能。后期維護需要修改某部分功能時，可以快速定位到要修改的層，再找到相應的模塊；增加功能時，可以迅速查到已有硬件的封裝模塊，直接在時序層增加要求的功能時序。

4結束語

通過分析與實際驗證，用本文所提編程方法編寫PLC程序，程序邏輯更清晰，層次更分明，運行更穩定。同時為程序調試、后期程序維護、程序功能擴展提供更有效而廣闊的空間。該方法適用于復雜控制系統，也適用于簡單控制系統，使復雜的控制系統集體設計時分工更加明確，性能更穩定。

參考文獻

［1］徐卓峰，王學軍．面向過程程序設計語言與面向對象程序設計語言及其特征比較［J］．中州大學學報，1997（1）：64－67

［2］高云．計算機編程思想的發展研究［J］．軟件導刊，2012，11（11）：5－6

［3］張海藩．軟件工程導論［M］．5版．北京：清華大學出版社，2008（2）：203－211

［4］常海．基于OOP的PLC編程方法探討［J］．無線互聯科技，2014（2）：75－75

第四篇：臺達PLC溫度控制應用

臺達PLC實現溫度數據采集升級的應用方案

作者：朱振建 石樺 宋杰 許林晨

摘要： 本文論述以臺達PLC為核心，在自動控制領域數據采集系統的組成、原理，包括控制器的電路構成，特點、組成框圖及臨時應變方面，組態王軟件（HIM）編程步驟和參數完善。

關鍵詞： 數據采集系統，PLC，HIM,傳感器

一、引言

臺達電子工業自動化產品以現代電子技術核心基礎，致力與驅動(Drive)、運動(Motion)和控制（Control）三大領域的發展，擁有著名的：DVP系列PLC、DOP系列人機界面和IFD系列通訊轉換接口等用于控制系統，REO系列編碼器用于檢測系統，ASAD系列伺服馬達與驅動器用于運動控制，VFD系列各種通用、專用變頻器廣泛應用于各類電機的驅動與控制… … 如果你是一名優秀的電氣工程師或技術主管，臺達工業自動化產品的高性能、易用性、多樣化以及由上至下的整合性，一定能讓你的工作得心應手、事業騰飛，亮麗你的一生；無論你在國企、民企或外企，臺達電子一定能使你大顯身手、助你成功，如果員工（搞電氣的）需要培訓，PLC、DOP 再加上一臺變頻器，是你最好的試驗教材；如果你的設備運轉異常、效率低下、技術落后、產品質量不穩定等等，你可以瀏覽一下臺達機電綜合產品目錄，相信你一定找到合理的解決方案，哈哈，下面我要介紹的一個案例就是這樣誕生的：臺達PLC在溫度數據采集方面的應用

一條懸掛式工件熱處理調質線，產品質量極不穩定，引起客戶的抱怨，責丞工藝、設備技術人查找問題所在，拿出解決方案，分析原因可能由于淬火槽內淬火液的溫度高低不均，如何能夠測出工件在淬火液中的溫度分布情況？？？這是解決問題的關鍵… … 傳統的方法是傳感器+儀表，若同時測工件周圍六點的淬火液溫度，需要六塊儀表，在淬火液中高溫工件四周溫度的變化劇烈、復雜，如何觀察記錄呢？怎么分析工件的淬火溫度變化曲線是否合理？顯然傳統的方案顯得無奈，臺達PLC+PC（筆記本）輕松解決問題，且省時經濟，精度高，靈活性好。

二、系統硬件、軟件選擇

PLC主機：DVP32EH00R2 一臺

熱電阻溫度測量模塊 DVP04PT-H2 二塊

鉑金屬傳感器PT 100（3線制 100Ω）六支

通訊模塊ADAM—4520 一塊

開關穩壓電源 LP1100D-24M AC 200V/ DC 24V 4A 一塊

筆記本一臺（本項目借用 最好有RS232串口）PLC編程軟件 WPLSoft 2.10 臺達公司免費提供

組態軟件 北京亞控 組態王6.53 46點 演示版

導線若干

三 系統配置描述

本系統用于臨時性、實驗性、密集型連續測量、記錄工件周圍淬火介質溫度，為改進、改造設備或熱處理工藝提供實際數據，如果稍加改動，用于各種介質的溫度控制，也是一個很優秀控制方案，因而具有一定推廣意義。

本系統顯著地特點：實用性強，方便、快捷、經濟，PLC編程，組態王編程數小時便可完成，更可貴的組態王演示版，64點開發版免費，可運行2個小時，重啟一次，非常經濟，對于本項目沒有影響。

3.1數據采集系統的整體結構

采用臺達PLC主機DVP32EH + 溫度測量模塊 DVP04PT，利用DVP32EH的RS-485通訊口，通過一塊通訊模塊ADAM—4520將RS-485信號轉化為RS-232信號（由于現場工作環境惡劣PC機離控制器較遠故而要使用RS-485信號），連接到PC機上,最后由PC機上的組態王監控軟件，完成采集數據的顯示、記錄與處理。

熱處理調質線，現場生產工藝流程，所要采集溫度點的位置如下圖：

3.2 PLC 溫度數據采集程序的編制

DVP04PT 溫度測量模塊可接受外部4 點鉑金屬溫度傳感器(PT 100 3 線 100Ω)，將其轉換成14 位的數字信號。通過DVP-PLC 主機程序以指令FROM / TO 來讀寫模塊內的數據，模塊內具有49 個CR(Controlled Register)寄存器，每個寄存器有16 Bits。電源單元與模塊分離，體積小，安裝容易。可選擇攝氏溫度(℃)或華氏(℉)溫度，攝氏溫度輸入分辨率為0.1℃，華氏溫度輸入分辨率為0.18℉。

兩塊溫度測量模塊擴展于PLC主機的右側，6支三線制PT100溫度傳感器按規定接入2塊DVP04PT 溫度測量模塊中，第一塊接入4支，接入4個通道，第二塊接入2支，使用1、2兩個通道，不用的通道，短接避免干擾。依據臺達PLC特殊擴展模塊的規則：主機DVP32EH右側第一個特殊擴展模塊所在的位置編號為K0, 右側第二個特殊擴展模塊所在的位置編號為K1,依此類推，最多擴展八塊… …

編寫溫度采集的數據程序如下：

程序說明：

第一塊測溫模塊

（1）利用FROM 指令讀取模塊DVP04PT-H2 內＃0 寄存器（CR）內的機種編碼 = H6402，以便檢測判斷模塊是否存在，種類是否正確。

（2）利用TO指令，在PLC 由STOP→RUN的第一個掃描周期內，設定CH1~C4 輸入信號的取樣平均次數為4 次。

（3）判斷DVP04PT-H2是否正確，正確事時導通，從CR#6 ~ CR#9中讀取CH1 ~ CH4 測量攝氏溫度(°C)信號平均值共4 筆放在D100 ~ D103中。從CR#18 ~ CR#21中讀取CH1 ~ CH4 測量攝氏溫度(°C)信號現在值共4 筆放在D110 ~ D113中。

3.3 溫度數據顯示、記錄組態程序的編制

組態監控軟件采用北京亞控公司的組態王 6.53 版本，由于本項目是試驗性的采集、記錄數據，故采用64 點 演示版，開發與運行，間斷地運行兩個小時足以。

3.3.1 組態王與臺達PLC 通訊的建立

臺達的DVP系列PLC和上位機的組態王通訊采用串行通訊，使用組態王本身驅動，支持RS232和RS485兩種通訊方式。本例采用RS485通訊，硬件配置設置值如下：

計算機通過RS232串口接轉換模塊，變成RS485信號后，接到PLC的485口上

波特率 9600 數據位 7位

停止位 1位

校驗位 偶校驗

切記：將PLC中決定通訊格式的特殊數據寄存器D1120設置為：0X8E

3.3.2 組態數據顯示畫面、溫度記錄曲線

用組態王軟件可以實現精確、細膩的互動顯示操作，大量的圖庫精靈，多種通訊驅動程序，強大的在線、離線模擬功能，支持配方功能和多種控件，能完成各種物理量如溫度、壓力等的實時曲線、歷史曲線的數據存儲，具有打印功能，可滿足各種工藝要求。溫度顯示畫面、歷史曲線顯示畫面如下：

溫度顯示畫面

溫度記錄歷史曲線畫面

四、結束語

組織有關技術人員，對測量的歷史數據曲線進行分析，很快得出結論，提出整改方案，整改后效果明顯，產品合格率大幅度提高。本溫度數據采集系統為整改方案制訂提供了關鍵性的依據。

參考文獻

［1］中達電通.DVP-PLC應用技術手冊【程序篇】.［2］臺達電子.DVP04PT-H2溫度測量模組安裝說明書.［3］亞控公司.組態王6.53使用手冊.作者簡介：朱振建，男，河南洛陽人，第一拖拉機股份有限公司鍛造分公司，電氣工程師。Email:lyzzj@yahoo.com.cn

Auther synopsis: zhu zhenjian ,male ,live in Luoyang , Henan province.Forging Filiale, First Tractor Company Limited , electric engineer.Email:lyzzj@yahoo.com.cn(end)

第五篇：工業控制與PLC應用總結

工業控制與PLC應用總結

經過一段時間的學習、使用，對可編程邏輯控制器（PLC）在工業領域中的應用有了比較深刻的理解，PLC為我們實現某種流程或過程的自動化搭建了一種控制系統硬件平臺，其實際上與傳統的DCS系統已經沒有嚴格的區分，是工控領域中最基本、最常用的控制設備，也是我們最應該會使用的一種控制器。

從本質上講，PLC僅僅是實現控制目的的一種工具，一種具有特殊功能和特點的工具，工具本身的使用方法很簡單，大部分功能通過“傻瓜式”的組態設置而實現，重要的是在使用此工具完成某種任務的過程中所體現的思想和技巧。我認為實現一臺機器自動化的過程，就是賦予此機器“靈魂”的過程，而PLC是我們賦予機器靈魂的工具，“靈魂”即是在實現工藝要求的控制程序中所體現的編程者的思想，顯然，相比而言重點是“靈魂”而不是工具。

下面是我在編寫程序和調試過程中的一些體會和思考，供大家參考。

一、理解工藝

實現工藝要求是控制的核心目的，因此工藝的要求即是我們編寫程序的根本依據和衡量程序質量的最終標準，對工藝特點理解的深淺程度也就決定了編寫程序框架的完善程度。需要強調的是，要站在控制的角度去分析工藝，要精確到每一個輸入輸出控制點，每一個設備的執行動作及對其他設備或動作的影響，而不是僅僅停留在宏觀的、整體的流程，因為控制人員得到的幾乎所有工藝流程資料都是工藝人員要求的最佳運行狀況，也是所要實現的控制目的，它僅僅是一個目標狀態，而要實現這種目標運行狀態還需要考慮大量的非理想情況，這就需要思考在工藝流程中，哪些地方、環節會出現哪些異常情況，這些信息對于控制人員而言，算是工藝要求中的隱含信息，需要去分析尋找，分析的越細越好，總之，沒有最細只有更細。

因此，理解工藝的重點就是去思考那些可能的異常情況，它與確定的工藝要求有著直接的關系，這種對工藝的認識思想是必要的。比較重要的思考方向大體有以下幾點：

1、根據整體工藝和設備特點，需要將整體流程細分為哪些子工序。

2、子工序之間是否存在接口不統一的問題。

3、整個工藝中的控制難點是什么。

4、哪些設備或動作之間存在著嚴格的互鎖，或者說是哪些動作必須考慮安全因素。

5、生產如何連續進行，需要整體考慮循環運行的狀況。

以上內容僅僅列出了一部分，不容否認，對工藝特點和各種狀況的思考深淺程度是和經驗有關系的，應該在學習中逐漸積累經驗并培養這種思考習慣。

二、順序控制法編程

順序控制法是相對于經驗控制法而言的，使用順序控制法編寫梯形圖程序的優點是邏輯縝密、思路清晰、可讀性好，同時便于維護和差錯修改，這種特點在工程中是非常重要的，尤其對于邏輯復雜的大型項目，沒有順序控制思想，很難實現編寫高質量的程序。

其實順序控制的原理很簡單，很容易理解，即當前步有效的條件是上一步有效且滿足當前步有效的其他條件，當前步無效的條件是下一步變為活動步，并且要求在程序中的某一順序邏輯段中只有一個活動步，且步有效與否不直接對應輸出，只體現工藝要求的具體執行邏輯。這種用步來體現程序執行過程的方式的特點就是邏輯非常清晰。然而需要指出的是，只分析兩步之間的順序控制并不能完整體現順序控制法的好處，最好便是在一個控制邏輯復雜一些的大程序中去體會這種編寫方法的優點。我認為順序控制法是一種思想，其表現形式也沒有像書上所表述的那么嚴格，非得下一步有效即關閉上一步，或者只有一個活動步，主要還是看程序的具體內容，步是一種概念，并不一定就是指一行梯形圖程序，它們之間可以理解為是本質和表現形式的關系，只要在程序中思路清晰，可以多行程序表示為一步；相反，對步的認識不全面，反而會限制編寫程序的靈活性。

在閱讀或調試程序中去理解順序控制法的思想會更加深刻，否則很難體會到其優點，也很難變為自己的編程習慣，容易出現這種現象：談及順序控制方法很簡單，但是編寫梯形圖程序卻又體現不出這種思想。所以只看資料無助于養成使用順序控制法的編程習慣，應該多實踐和經驗交流。

另外，關于程序的組織方式并不固定，有很多不同的模式，實驗室以往做過的工控項目主要使用了西門子系列PLC的S7-300，并形成了統一的編程方法和模式，主要思想是：輸入輸出點統一映射到PLC內部存儲器中，所有的輸出信號以“起保停”的方式在單獨的功能塊中統一處理，這樣也便于應用順序控制法編寫程序；在控制功能實現方式上，將整體工藝細分為不同的子工藝，即可以在手動模式下單獨執行，也可以由另一程序在自動運行模式下按照某種邏輯調用。有些專業公司的編程模式會不同，也是由其編程人員在實踐中總結形成的，但是，目前實驗室的這種模式是相對很成熟和規范的，我們應該繼續發展和完善，程序組成如圖1所示，具體情況可了解實際工程案例。

輸入映射自動/手動程序其他OB檢修程序OB1/主程序系統功能塊子程序1子程序n數據塊輸出程序輸出映射 圖1 程序一般組成內容

三、程序編寫

當其他工作已經準備就緒，開始著手編程，編程期間的主要工作就是完成控制流程圖繪制，寫流程圖的本質就是寫程序，其好處就是在一段時間內集中思考如何實現工藝流程的控制要求，并以文本形式記錄下來，這樣便于保持在思考如何實現控制要求時的思維連續性和縝密性，同時也生成了一份控制程序詳細文檔，為程序的后續修改、維護提供了直接技術資料，完整的流程圖應該體現控制所需的全部程序。據我了解，很多從事工控職業的控制人員并不知道流程圖概念，他們是直接上機編程，問題就是程序質量比較低，也許是項目太簡單，或者是工藝太熟悉，總之，給人的感覺很不正規。編寫流程圖是我們實驗室的優良傳統，其是完成工控項目的核心步驟之一，通過流程圖編程也應該是工控領域的正統做法。

在工藝熟悉后，要根據具體的工藝特點劃分出若干個子工藝，做到這些子工藝組合起來即是整體工藝，關于如何劃分子工藝的問題，沒有固定的規范，因編程者、工藝特點等而不同，但是一般而言，子工藝劃分的越多，程序會越靈活，而程序越靈活，對一些條件的要求也會相應增多。因此，工藝劃分的粗細程度可以視情況具體權衡。

子工藝劃分完成后，可以編寫與其一一對應的子程序了，細分后的子工藝對應的子程序一般不會有太復雜的邏輯，因此寫起來會容易的多，子程序在整個控制程序中是一個個具體的主體程序，之所以是主體程序，是因為設備的有序運行是由它們實際控制的，自動程序也不過是組織這些子程序按照某種邏輯或時間順序執行而已，所以子程序的編寫質量對控制系統的性能十分重要。鑒于此，在寫子程序時需要特別注意一些問題，主要體現在以下幾點。

1、程序執行的條件

一般稱為程序入口條件，考慮這一點時，主要判斷依據對工藝的深刻理解，對當前子程序對應的子工藝包含哪些設備和輸入輸出點，是如何動作的，運行時需要哪些機構處在哪些狀態，是否存在程序互鎖等，必須有清晰明確的認識，在確定啟動條件時一定要找到關鍵條件，其實關鍵條件的確定貫穿于編寫程序的整個過程。需要強調的是要考慮其他子工藝的結束狀態，如果其他工藝與當前工藝有直接關聯且其結束狀態不滿足當前工藝的啟動條件，這時要考慮如何處理，是在其他工藝結束時處理還是在當前工藝執行時處理或是其他的處理方式，依據實際情況而定。另外，需要判斷子程序手動模式單獨執行同自動模式調用是不是使用同一入口，有時是需要不同入口的。

2、程序的結束狀態

跟入口條件類似，程序的結束狀態有可能會影響到其他子工藝的啟動，所以結束狀態也是需要考慮權衡的，與程序執行條件類似，不再詳述。需要注意的是，結束狀態同樣存在手動模式程序退出與自動模式程序退出是否使用同一出口的問題，根據工藝特點，有可能需要設置自動模式和手動模式從不同出口退出程序。

3、程序體編寫

重要的工作是考慮程序如何處理異常情況，僅僅按照工藝流程寫出程序邏輯是很簡單的事情，應該考慮到各種各樣的狀況，而不是僅僅停留在“如果A則B，如果B則C”這樣的思路上，這種邏輯是不嚴密的，應該考慮到所有的條件可能性并編寫與其對應的處理程序，我覺得可以形象地比喻為把一個“房子”的漏洞都堵上，僅留下固定的入口和出口。

另外，寫子程序時，每寫一步都應該知道設備會如何動作，我覺得與其說是編寫程序控制設備不如說是構思設備的工作流程后映射出程序，這樣有利于考慮問題更加全面。當子程序編寫完成時，其一般具有這樣的特性：

（1）程序啟動后退出以前，任何信號都無法再次啟動它。（2）程序運行結束后，可以再次啟動，或者說是可以反復啟動。（3）程序運行結束后，程序內沒有任何活動步。

（4）急停信號有效時，除非有特殊設置，否則必須立刻清掉所有活動步，即使有特殊設置，最終也必須清掉所有活動步，并且不影響下次啟動。

（5）如果程序內存在循環，當程序停止信號有效時，若正在執行循環程序段，應該跳出當前循環程序段，執行完剩余程序后退出。

（6）至于程序的功能性，考慮到設備有可能處在任何狀態下，除非出現特殊情況，否則必須在滿足工藝要求的基礎上，保證在程序上做到安全可靠。

以上幾條特點，基本上反映了對子程序的要求，但是絕不局限于這些，所有的程序都是為工藝服務的，一切要以具體工藝而定。

子程序編寫完成后，就要考慮如何使它們組合起來完成整體工藝的要求，這就需要另外編寫一個程序以確定他們執行的節拍，這個程序即是所謂的自動程序，有時候也不一定單獨編寫一個程序塊，可以在主程序中去處理，當遇到子程序較多且邏輯復雜的時候，為了使程序結構清晰一些，一般會單獨編寫自動程序。自動程序與子程序沒有本質的區別，但是有一些特點：程序段之間往往沒有嚴密的順序邏輯，具有關鍵條件的單獨指令比較多，沒有直接的輸出信號而主要是反復地調用子程序等。這時就需要整體考慮工藝流程了，比較重要的工作就是尋找流程中的一些關鍵條件，這也是難點，這些條件與子程序的劃分有關系，如果關鍵條件找的恰當，在功能實現上就會容易的多，編寫思路也會清晰的多。

自動程序的實現方式多種多樣，某些細節體問題的處理完全取決于編程者的思想，但同時也受子程序的影響，最好由編寫子程序的人員一并完成自動程序。由于工藝的不同，自動程序會體現出截然不同的特點，所以對于具體的技巧、方法問題很難概括，一般需要注意的問題有以下幾條。

（1）調用子程序脈沖時序問題

也許這種問題不經常遇到，但是在編寫時需要有意識地去分析，尤其對于初學者，其出現時序問題的原因會是多樣的，主要存在子程序的啟動條件中。比如如果某一子程序的某一啟動條件同樣與自動程序發出的啟動脈沖有關，則容易出現時序問題，還跟此條件位在程序掃描過程中處于那一子程序的前后有關，具有不確定性，時序問題與簡單的邏輯問題相比一般不容易被發現，因此寫程序時盡量不要使用這種邊緣的、不確定的方法。

（2）異常情況處理問題

這一點還是體現在關鍵條件的確定上，也就是調用子程序的條件，由于自動程序包含了所有的工藝流程，為了達到某些環節的穩定和可靠，需要考慮異常情況的處理，體現為邏輯條件往往會相對比較復雜。比如如果在執行自動程序過程中，某一工藝流程受條件限制必須結束但又沒有完成相應的功能任務，造成下面的環節無法進行，可是考慮到自動程序的循環特點，在下一循環周期，沒有完成任務的工藝流程會繼續工作并完成功能任務，所以在這種異常情況下，需要考慮某些子程序不執行對整體程序運行的影響。異常情況可能是多種多樣的，總之，希望自動程序能夠自動處理并保持生產的連續性。

（3）效率問題

整體工藝流程是由自動程序調用子程序來實現的，應該盡可能地保證程序執行的緊湊性，以提高生產效率。效率問題實現起來沒有難點，應該是一種意識問題，關鍵是要有對實際生產的理解，站在生產人員的角度考慮問題。

（4）初始化問題

自動程序運行時，必須首先對設備進行初始化操作，對設備進行初始化是基于這樣一種考慮：自動運行時，設備有可能處于任何一種狀態下，必須使設備回到符合自動運行條件的初始位置，這也是基于安全考慮。

（5）循環執行

關于自動程序的循環執行，不能簡單地理解為“A—B—C?D—A—B?”模式，有的情況可以那樣去處理，有的情況則不能那樣去處理，要擺脫這種思維的限制，這種簡單的理解也許可以通過一些處理解決大部分自動程序中的邏輯，但是會使程序變得很僵硬，并且不穩定不靈活，有時候這種思維也會影響子程序的編寫質量，這是我個人體會。

（6）靈活性

靈活性可以理解為根據設備運行的不同狀態作出不同的調整，簡單地調整一些參數或設置就可以自動適應，無需修改程序本身，這種功能對實際生產來說非常有價值，實現起來相對會比較困難一些，但是是程序編寫質量的一個重要標準，也應該是編程者的努力方向。

靈活性可以體現為整體程序具有可組態功能，算是一種比較新的編程思想，為了實現這種可組態功能，需要搭建一個“組態平臺”，這種“平臺”即是經過分析得出的所有子工藝的邏輯組合，由操作人員具體選擇當前運行哪種組合，由于每個子工藝都由子程序去控制完成的，所以每種組合都一一對應著一種自動程序。

實現這種功能應該從以下幾個方向考慮：

a.必須根據工藝特點在滿足安全生產的條件下，統計出所有可能的運行工況。

b.子程序的調用條件必須重新考慮，因為調用條件中增加了工況組合內容。c.要保證每種組合都能順序執行，甚至考慮組合的靈活、實時切換。d.靈活性高也一定程度上意味著可靠性低，所有尤其要思考程序的安全性。總之，自動程序運行后，整體上應該具有以下特點；

（1）自動程序運行后，除非急停信號有效，否則操作人員無法停止程序執行。

（2）自動程序運行后，為了避免不穩定因素，除非某些特殊參數，否則不應該支持在線參數修改。

（3）自動程序運行后，可以正常退出程序和自動運行模式，沒有任何活動步保留，并且不能影響程序再次啟動。

（4）自動程序運行后退出以前，無法再次啟動，或者說再次給出啟動信號是無效的。

（5）急停信號有效時，除非有特殊設置的保護條件，否則應該立刻依次清除所有活動步和狀態位，并且任何時候急停后，都不能影響程序的再次啟動。

（6）一次正常運行不能說明程序是穩定的，自動程序尤其具有這樣的特點，至少需要連續自動循環運行10次以上。

四、關于程序運行模式和停止、急停

1、運行模式

整體程序依據調試和生產要求會設置成不同的運行模式，基本上都會設置成檢修、手動和自動三種運行模式，某些簡單工藝的程序也會設置為手動和自動兩種運行模式，這時的手動模式和檢修模式效果是一樣的。

檢修模式。檢修運行模式下，操作人員只能操作單一的輸出點對應的設備，只能一個一個地去動作控制對象。需要注意的是要考慮動作之間的關聯情況，不當操作會造成事故的設備應該設置程序互鎖，但也并不是互鎖越嚴密越好，那樣會影響檢修操作的靈活性，如何平衡是情況而定。手動模式。手動運行模式下，可以單獨啟動事先編寫的子程序，也就是說可以運行某一子工藝，設備會有一連串的動作按照相應邏輯在執行，在不相互影響的前提下可以同時運行多個子程序，需要根據工藝在子程序之間做嚴格的互鎖條件。

自動模式。自動運行模式下，設備完全按照自動程序進行動作，無需人員參與。

2、停止與急停

在多種程序運行模式中，會有不同的啟動、停止及急停信號，程序在不同狀態下應對停止、急停信號有不同的反應，具體的實現方法不在此詳述，只明確停止信號的分類、名稱和停止或急停信號有效時的常規要求。

系統停止，即是運行模式的停止，包括“檢修停止”、“手動停止”和“自動停止”；“程序停止”即是手動運行模式下的子程序停止；“系統急停”是程序運行中的緊急停止。可以通過以下描述來體現停止或急停信號有效時的常規要求：

（1）無論程序運行于哪種模式下，“系統急停”有效時，除非有設置的特殊保護功能，應該立刻、依次清除所有活動步和狀態標志位。

（2）檢修運行模式下，“檢修停止”與“系統急停”的效果完全一樣。（3）手動運行模式下，是否設置“程序停止”信號，取決于子程序的特點，往往在程序包含循環時設置“程序停止”，當“程序停止”有效時，要求子程序執行結束后退出，若還沒執行到循環程序段，則不再體現循環特點，若正在執行循環程序段，則跳出循環，其他不變。若某個或某幾個子程序正在執行，這時“手動停止”有效時，不影響當前子程序的執行，程序也不會立刻退出手動運行模式，而是等所有子程序運行結束后，才退出手動運行模式，并且在退出手動運行模式之前，無法啟動其他沒有運行的子程序，“手動停止”兼有“程序停止”的功能。

（4）自動運行模式下，“自動停止”有效時，與手動運行模式下的“程序停止”有些類似，可以當所有子程序運行標志位無效時退出，也可以執行完一個整體工藝流程后退出，依據具體情況而定，方式方法可以討論，集思廣益。

另外，關于“系統急停”的實現方法需要特別說明，一般而言，系統急停信號來自為了應對突發事件而設置的緊急停止按鈕，因此還不能將急停的作用簡單等同為清除所有活動步、輸出位和狀態標志位，其最終目的是設備發生異常情況時，按下此按鈕使得設備、人員安全，損失最小，清除活動步或狀態位只是實現設備、人員安全目的的程序變化情況之一。為了實現急停功能，主要考慮程序結構及生產工藝特點，與之對應的處理方法是使用分步急停和設置急停附加流程。

（1）分步急停。由于程序中存在運行模式的選擇和嵌套調用，所以不能在同一時刻清除所有活動步、輸出位和狀態標志位等，這會影響下一次程序的運行，解決的方法是使用分步急停，依據嵌套順序由里向外依次清除活動步和狀態標志等。

（2）急停附加流程。考慮的具體工藝要求和實際控制對象特點，可能存在不能保證任意時刻復位所有輸出位是安全的，這與上述的“設備、人員安全，損失最小”的目標相違背，所以這就需要判斷急停信號有效時所處的生產階段，根據不同階段希望系統做出不同的反應，有時必須在急停信號清除其他所有活動步和狀態位的同時適時啟動急停附加流程以應對急停信號在生產的特殊階段有效時所產生的不良后果。

五、程序調試

程序編寫完成需要經過全面調試才能應用于生產，程序調試即是在保證安全的前提下，按照要求逐一檢驗系統功能，由于程序是第一次聯機控制設備運行，這時可能會遇到各種各樣的問題，所以安全因素就變得尤其重要，最基本的原則是不管以哪種方式進行調試，必須保證設備和人員是安全的。

調試應該按照從簡單到復雜的順序有序進行，按照預先制定的調試計劃從控制系統接線情況到程序功能實現效果等逐一進行，具體步驟為：檢修→手動→自動。除驗證程序功能之外，程序調試需要做的工作和注意事項還有：

1、制定調試計劃

制定調試計劃是為了避免沒有針對性和目的性的盲目調試，需要分析程序的關鍵部分并有針對性地去驗證，這樣可以在最短的時間內發現程序中的問題。調試計劃一般包括調試時間、調試內容等，即便沒有書面的調試計劃，調試人員至少要有清晰的調試思路，方式方法依據個人經驗和能力而定，但是應該養成制定調試計劃的習慣。

2、完成調試記錄

在調試過程中，需要將調試的效果和出現的問題詳細記錄下來，以便于繼續完善程序，同時也總結了實踐經驗。調試記錄一般包括調試時間、參加人員、調試內容及實際效果、出現的問題及原因等。

3、雖然控制臺/柜在出廠之前一般已經測試完畢，但是在系統從新運行之前，必須再次測試，內容是檢查所有電源線路是否存在短路情況，保證控制系統設備安全，其他信號線可以等系統運行后測試。

4、一定要和現場人員保持密切、流暢的溝通，根據實時工況合理設置參數，并且必須得到現場人員的認可后才能進行操作。

5、應該首先調試系統急停功能，系統急停有效是最基本的要求，而且要驗證任意時刻的系統急停功能，要保證在調試其他功能出現異常時，系統急停的有效性。

6、調試中發現有程序編寫錯誤或其他問題，若需修改程序，要盡量做到程序與流程圖同步修改，并且務必做到程序備份，并記錄備份程序的內容。

調試過程中的其他事宜會根據工藝的不同而不同，但是必須強調的是，要時刻將安全因素放在首位，要盡可能全面、完整地模擬實際生產的工況，以檢驗程序的穩定性、可靠性。

六、控制系統設計流程

以上內容主要是總結了在控制系統設計各階段中需要特別注意的事項，跟實踐經驗的關系比較密切，下面從整體的角度概括控制系統設計的流程，其一般步驟為：

1、制定控制系統總體方案

控制系統總體方案主要是明確項目的控制功能、控制指標、工藝流程分析、控制對象及I/O點統計、需求分析、設計思路、系統總體框架、設備選型、程序設計思路、控制柜設計思路、現場布線思路和其他接口等，要以文本的形式明確以上內容。

2、繪制控制系統電氣接線原理圖

圖紙內容主要包括圖紙目錄、設計說明、電機設備、電氣設備、系統框圖、控制柜正面組合圖、控制柜電氣原理圖、系統DI原理圖、DO原理圖、AI原理圖、AO原理圖、儀表原理圖等，要求圖紙設計必須清晰、規范，是第三方加工控制柜的技術依據，也是向甲方提供的竣工資料之一。

3、繪制控制系統現場施工圖

主要是依據現場實際情況，確定控制柜與現場設備之間的線纜連接情況，一般與甲方人員會商后根據現場情況確定。

4、明確控制系統采購清單

以上內容確定之后，就應該確定所有的系統材料采購清單，主要包括名稱、品牌型號、單價、數量、有無附件、供貨周期等。

5、編寫控制系統程序流程圖 其實本質是開始編寫程序，不再詳述

6、編寫控制系統上位機設計說明書

內容是介紹上位機監控界面的設計原則，主要包括組態軟件介紹、系統畫面組成和畫面設計風格，另外還需詳細介紹操作畫面的功能設置。

7、程序調試

8、整理其他技術資料

主要內容有控制系統編程資料，包括內存分配、通信設置、IO點地址分配等，除此之外，還有操作說明書和維護說明書。

以上內容主要體現了工控領域編程的大體要求以及某些工程思想，對寫程序流程圖、繪制電氣接線原理圖和編程方法、技巧等具體問題涉及不多，主要是我認為工控思想的建立比編程本身要高一個層次。總之，控制領域入門簡單卻又深不可測，上述有不妥、不對之處，望能給予指正，彼此學習，共同進步！

陳成瑞 2012.08.27