PLC 在三相异步电机控制中的应用论文（精选5篇）

第一篇：PLC 在三相异步电机控制中的应用论文

河北化工医药职业技术学院毕业论文

第1章 绪论

三相异步电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中，三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。

在生产过程，科学研究和其他产业领域中，电气控制技术应用十分广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。

本系统的控制是采用PLC的编程语言——梯形语言，梯形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。可编程控制器使一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制，定时、计数和算术等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。

可编程序控制器（PLC, Programmable Logic Controller）是采用微电脑技术制造的自动控制设备。他以顺序控制为主，回路调节为辅，能完成逻辑判断、定时、记忆和算术运算等功能。

随着PLC技术的发展，其功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强，PLC与上位PC机联网形成的PLC及其网络技术广泛地应用到工业自动化控制之中，PLC集三电与一体，具有良好的控制精度和高可靠性，使得PLC成为现代工业自动化的支柱。PLC的生产厂家和型号、种类繁多，不同型号自成体系有不同的程序语言和使用方法，本文拟就用日本立石公司生产的OMRON C20p型PLC，设计几个PLC在相异步电机控制中的应用，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点，可作为高校学生学习PLC的控制技术的参考，也可作为工业电机的自动控制电路。

PLC在三相异步电机控制中的应用

第2章 设备规范及简要特性

2.1 概况

三相异步电机(Triple-phase asynchronous motor)是靠同时接入380V三相交流电源(相位差120度)供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机锅炉参数和主要技术数据。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。

随着PLC成本的降低和应用日益广泛，三相异步电动机的常规控制应用PLC技术越来越成为现实。三相异步电动机根据工作要求不同，主要进行降压启动、正反转、自动循环、制动、变速等不同控制，该设计要求把对电动机的上述控制采用PLC控制来实现，使系统的性能更完善，PLC是用来取代传统的继电器控制的，与之相比，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便、而且体积小、功耗低、使用维护方便。作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。

2.2 PLC简述

2.2.1 PLC的基本概念

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。PLC自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。

2.2.2 PLC的基本结构

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PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

1.电源

PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去

2.中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。3.存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。4.输入输出接口电路

(1)现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。

(2)现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

5.功能模块

如计数、定位等功能模块

6.通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等 2.2.3 PLC机型的选择 1.PLC的容量应为多大？ 2.选择什么公司的PLC及外设？

目前各个厂家生产的PLC其品种、规格及功能都各不相同。由于本设计的需要我选择了日本松下电工公司的FP系列PLC，即FP0,FP0是超小型PLC、之所以选择这款PLC，是因为其产品有以下三个特点：

(1)丰富的指令系统，有将近200条指令。(2)有强大通信功能。

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(3)CPU处理速度快。

2.3 三相异步电机的结构简述

2.3.1 定子（静止部分）1.定子铁心

作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。

构造:定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。

定子铁心槽型有以下几种：

半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。

半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。

开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。2.定子绕组

作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。

构造：由三个在空间互隔120°电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。

定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：（保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘）。

(1)对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。(2)相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。(3)匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。电动机接线盒内的接线：

电动机接线盒内都有一块接线板，三相绕组的六个线头排成上下两排，并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三个接线桩自左至右排列的编号为6（W2）、4（U2）、5（V2），.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。

3.机座

作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。

2.3.2 转子（旋转部分）1.三相异步电动机的转子铁心：

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作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。

构造：所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径在300~400毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。

2.三相异步电动机的转子绕组

作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。

构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。

鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。鼠笼转子分为：阻抗型转子、单鼠笼型转子、双鼠笼型转子、深槽式转子几种，起动转矩等特性各有不同。

绕线式转子: 绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。

特点：结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的设备，如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。

2.3.3三相异步电动机的其它附件 1.端盖：支撑作用。

2.轴承：连接转动部分与不动部分。3.轴承端盖：保护轴承。4.风扇：冷却电动机。

PLC在三相异步电机控制中的应用

第3章 PLC在电机控制中的应用

3.1 控制方面

1.控制方案设计。根据电动机在实际工作时的常见控制要求，设计出2—3套控制方案。

2.硬件设计。对控制系统所需标准件进行选型和非标件设计。3.控制程序设计。

（1）三相异步电机的正反转控制

要求当按下正转按钮，电机连续正转，此时反转按钮不起作用（互锁），按下停止 按钮电机断开电源，按下反转按钮电机连续反转，正转不起作用。图3.1所示为三相异步电机的正反转控制原理图及指令、梯形图。

图3.1 三相异步电机的正反转控制原理图及指令、梯形图

（2）三相异步电机Y—△启动

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要求起动时电机接成Y型，经过一段时间自动转化为△形运行，要求Y形断开后△形才能启动，防止Y形未断△形启动造成电源短路。图3.2所示是三相异步电机Y—△启动控制原理图及指令、梯形图。

图3.2 三相异步电机Y—△启动控制原理图及指令、梯形图

（3）三相异步电机时间控制

要求第1台电动机M1启动5s后，第2台电动机M2自动启动，只有当第2台M2停止后，经过5s延时，M1自动停止。图3.3所示是三相异步电机时间控制原理图及指令、梯形图。

PLC在三相异步电机控制中的应用

图3.3 三相异步电机时间控制原理图及指令、梯形图

（4）程序的写入与运行

将PLC联上编程器并接通电源后，PLC电源指示灯亮，将编程器开关打到“PROGRAM”位置，这时PLC处于编程状态。编程器显示PASSWORD！这时依次按Clr键和Montr键，直至屏幕显示地址号0000，这时即可输入程序。

在输入程序前，需清除存储器中内容，依次按Clr、Play/Set，Not，Rec/Reset和Montr键，即将全部程序清除。按照以上3种控制的梯形图或程序指令将3种控制程序写入PLC，当上述3部分程序输入到PLC机中后，用上下方向键读出所写程序，如程序有错，可用插入指令和删除指令修改程序。

程序输入正确后，分别按图3.1连接PLC外部接线及主回路线路实现电机正反转控制，按图3.2连接线路实现电机Y—△启动，按图3.3连接线路实现电机的时间控制。此 河北化工医药职业技术学院毕业论文

设计可以一次性把3种控制电路的序全部输入，同时控制3种电路，运行时，按下SBF，SBR电机正反转启动，按下SB1，SB2控制电机Y—△启动，按下SB3，SB4电机顺序启动，互不干扰，事半功倍，实现了一台PLC同时控制多种电路形式。

3.2 技术指标

1.标准件的选型符合国标

（1）编程简单，可在现场修改和调试程序。（2）维护方便，采用插入式模块结构。（3）可靠性高于继电器控制系统。（4）体积小于继电器控制柜。

（5）能与管理中心计算机系统进行通信。（6）成本可与继电器控制系统相竞争。（7）输入量是115V交流电压。

（8）输入量为115V交流电压，输出电流在2A以上，能直接驱动电磁阀。（9）系统扩展时，原系统只需做很小的改动。（10）用户程序存储器容量至少4KB。2.程序调试正确

设计工作完毕后，要进行样机或产品的电气控制柜安装施工，按照电气接线图完成电气控制柜的安装及外部接线。外部电气接线图所示，连接配电盘底板和控制面板的导线，采用蛇形塑料软管或包塑金属软管保护，控制柜与电源、电机间多用电缆线连接。

完成电气控制柜的安装及接线后，经检查无误且连接可靠，进行通电实验。首先在空载状态下（不接电动机等负荷），通过操作相应开关，给出开关信号，实验控制回路各电器动作的正确性及状态指示信号的显示。经过调试，各电器元件均按照原理要求动作准确无误后，方可进行负载实验。第二步的负载实验通过后，编写相应的报告、原理、使用操作说明文件。

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第4章 三相异步电动机的故障分析和处理

绕组是电动机的组成部分,老化,受潮、受热、受侵蚀、异物侵入、外力的冲击都会造成对绕组的伤害,电机过载、欠电压、过电压,缺相运行也能引起绕组故障。绕组故障一般分为绕组接地、短路、开路、接线错误。现在分别说明故障现象、产生的原因及检查方法。

1、绕组接地:指绕组与贴心或与机壳绝缘破坏而造成的接地。故障现象

机壳带电、控制线路失控、绕组短路发热,致使电动机无法正常运行。产生原因

绕组受潮使绝缘电阻下降；电动机长期过载运行；有害气体腐蚀；金属异物侵入绕组内部损坏绝缘；重绕定子绕组时绝缘损坏碰铁心；绕组端部碰端盖机座；定、转子磨擦引起绝缘灼伤；引出线绝缘损坏与壳体相碰；过电压(如雷击)使绝缘击穿。

检查方法

(1)观察法。通过目测绕组端部及线槽内绝缘物观察有无损伤和焦黑的痕迹,如有就是接地点。

(2)万用表检查法。用万用表低阻档检查,读数很小,则为接地。

(3)兆欧表法。根据不同的等级选用不同的兆欧表测量每组电阻的绝缘电阻,若读数为零,则表示该项绕组接地,但对电机绝缘受潮或因事故而击穿,需依据经验判定,一般说来指针在“0”处摇摆不定时,可认为其具有一定的电阻值。

(4)试灯法。如果试灯亮,说明绕组接地,若发现某处伴有火花或冒烟,则该处为绕组接地故障点。若灯微亮则绝缘有接地击穿。若灯不亮,但测试棒接地时也出现火花,说明绕组尚未击穿,只是严重受潮。也可用硬木在外壳的止口边缘轻敲,敲到某一处等一灭一亮时,说明电流时通时断,则该处就是接地点。

(5)电流穿烧法。用一台调压变压器,接上电源后,接地点很快发热,绝缘物冒烟处即为接地点。应特别注意小型电机不得超过额定电流的两倍,时间不超过半分钟；大电机为额定电流的20%-50%或逐步增大电流,到接地点刚冒烟时立即断电。

(6)分组淘汰法。对于接地点在铁芯心里面且烧灼比较厉害,烧损的铜线与铁芯熔在一起。采用的方法是把接地的一相绕组分成两半,依此类推,最后找出接地点。

处理方法

(1)绕组受潮引起接地的应先进行烘干,当冷却到60——70℃左右时,浇上绝缘漆后再烘干。

(2)绕组端部绝缘损坏时,在接地处重新进行绝缘处理,涂漆,再烘干。

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(3)绕组接地点在槽内时,应重绕绕组或更换部分绕组元件。最后应用不同的兆欧表进行测量,满足技术要求即可。

2、绕组短路

由于电动机电流过大、电源电压变动过大、单相运行、机械碰伤、制造不良等造成绝缘损坏所至,分绕组匝间短路、绕组间短路、绕组极间短路和绕组相间短路。

故障现象

离子的磁场分布不均,三相电流不平衡而使电动机运行时振动和噪声加剧,严重时电动机不能启动,而在短路线圈中产生很大的短路电流,导致线圈迅速发热而烧毁。

产生原因

电动机长期过载,使绝缘老化失去绝缘作用；嵌线时造成绝缘损坏；绕组受潮使绝缘电阻下降造成绝缘击穿；端部和层间绝缘材料没垫好或整形时损坏；端部连接线绝缘损坏；过电压或遭雷击使绝缘击穿；转子与定子绕组端部相互摩擦造成绝缘损坏；金属异物落入电动机内部和油污过多。

检查方法

(1)外部观察法。观察接线盒、绕组端部有无烧焦,绕组过热后留下深褐色,并有臭味。

(2)探温检查法。空载运行20分钟(发现异常时应马上停止),用手背摸绕组各部分是否超过正常温度。

(3)通电实验法。用电流表测量,若某相电流过大,说明该相有短路处。(4)电桥检查。测量个绕组直流电阻,一般相差不应超过5%以上,如超过,则电阻小的一相有短路故障。

(5)短路侦察器法。被测绕组有短路,则钢片就会产生振动。

(6)万用表或兆欧表法。测任意两相绕组相间的绝缘电阻,若读数极小或为零,说明该二相绕组相间有短路。

(7)电压降法。把三绕组串联后通入低压安全交流电,测得读数小的一组有短路故障。

(8)电流法。电机空载运行,先测量三相电流,在调换两相测量并对比,若不随电源调换而改变,较大电流的一相绕组有短路。

3、绕组断路

由于焊接不良或使用腐蚀性焊剂,焊接后又未清除干净,就可能造成壶焊或松脱；受机械应力或碰撞时线圈短路、短路与接地故障也可使导线烧毁,在并烧的几根导线中有一根或几根导线短路时,另几根导线由于电流的增加而温度上升,引起绕组 11

PLC在三相异步电机控制中的应用

发热而断路。一般分为一相绕组端部断线、匝间短路、并联支路处断路、多根导线并烧中一根断路、转子断笼。故障现象

电动机不能启动,三相电流不平衡,有异常噪声或振动大,温升超过允许值或冒烟。产生原因

(1)在检修和维护保养时碰断或制造质量问题。

(2)绕组各元件、极(相)组和绕组与引接线等接线头焊接不良,长期运行过热脱焊。(3)受机械力和电磁场力使绕组损伤或拉断。

(4)匝间或相间短路及接地造成绕组严重烧焦或熔断等。检查方法

(1)观察法。断点大多数发生在绕组端部,看有无碰折、接头出有无脱焊。(2)万用表法。利用电阻档,对“Y”型接法的将一根表棒接在“Y”形的中心点上,另一根依次接在三相绕组的首端,无穷大的一相为断点；“△”型接法的短开连接后,分别测每组绕组,无穷大的则为断路点。(3)试灯法。方法同前,等不亮的一相为断路。

(4)兆欧表法。阻值趋向无穷大(即不为零值)的一相为断路点。

(5)电流表法。电机在运行时,用电流表测三相电流,若三相电流不平衡、又无短路现象,则电流较小的一相绕组有部分短断路故障。

(6)电桥法。当电机某一相电阻比其他两相电阻大时,说明该相绕组有部分断路故障；

(7)电流平衡法。对于“Y”型接法的,可将三相绕组并联后,通入低电压大电流的交流电,如果三相绕组中的电流相差大于10%时,电流小的一端为断路；对于“△”型接法的,先将定子绕组的一个接点拆开,再逐相通入低压大电流,其中电流小的一相为断路。

(8)断笼侦察器检查法。检查时,如果转子断笼,则毫伏表的读数应减小。

4、绕组接错

绕组接错造成不完整的旋转磁场,致使启动困难、三相电流不平衡、噪声大等症状,严重时若不及时处理会烧坏绕组。主要有下列几种情况:某极相中一只或几只线圈嵌反或头尾接错；极(相)组接反；某相绕组接反； 多路并联绕组支路接错；“△”、“Y”接法错误。

故障现象

电动机不能启动、空载电流过大或不平衡过大,温升太快或有剧烈振动并有很大的噪声、烧断保险丝等现象。

产生原因

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误将“△”型接成“Y”型；维修保养时三相绕组有一相首尾接反；减压启动是抽头位置选择不合适或内部接线错误；新电机在下线时,绕组连接错误；旧电机出头判断不对。

检修方法

(1)滚珠法。如滚珠沿定子内圆周表面旋转滚动,说明正确,否则绕组有接错现象。

(2)指南针法。如果绕组没有接错,则在一相绕组中,指南针经过相邻的极(相)组时,所指的极性应相反,在三相绕组中相邻的不同相的极(相)组也相反；如极性方向不变时,说明有一极(相)组反接；若指向不定,则相组内有反接的线圈。

(3)万用表电压法。按接线图,如果两次测量电压表均无指示,或一次有读数、一次没有读数,说明绕组有接反处。

(4)常见的还有干电池法、毫安表剩磁法、电动机转向法等。处理方法

(1)一个线圈或线圈组接反,则空载电流有较大的不平衡,应进厂返修。(2)引出线错误的应正确判断首尾后重新连接。

(3)减压启动接错的应对照接线图或原理图,认真校对重新接线。(4)新电机下线或重接新绕组后接线错误的,应送厂返修。

(5)定子绕组一相接反时,接反的一相电流特别大,可根据这个特点查找故障并进行维修。

(6)把“Y”型接成“△”型或匝数不够,则空载电流大,应及时更正。

PLC在三相异步电机控制中的应用

第5章 PLC在三相异步电机控制调试方案

目的：通过调试，使三相异步电机的各项功能满足设计要求。范围：PLC的写入与运行

1、方法：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

2、步骤：

（1）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。（2）按要求输入梯形图，检查后编译通过，在线工作后吧程序写入可编程序控制器的程序存储区。

（3）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、Y—△启动、时间控制。

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结束语

经过老师耐心细致的指导，经过近一个月的努力，本次毕业设计课题PLC在三相异步电动机控制中的应用告一段落。

随着PLC成本的降低和应用日益广泛，三相异步电动机的常规控制应用PLC技术越来越成为现实。三相异步电动机根据工作要求不同，主要进行降压启动、正反转、自动循环、制动、变速等不同控制，该设计要求把对电动机的上述控制采用PLC控制来实现，使系统的性能更完善，PLC是用来取代传统的继电器控制的，与之相比，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便、而且体积小、功耗低、使用维护方便。

通过本课题，一方面我在查阅资料的基础上，了解PLC控制的一些基本技术，掌握其控制系统的分析方法与实现方法,能对PLC进行系统学习与掌握；另一方面，在设计步进电机控制系统的硬件电路，控制程序和相应的梯形图时，应充分运用说学知识，善于思考，琢磨，分析。

PLC在三相异步电机控制中的应用

致谢

弹指一挥间，大学三年已经接近了尾声。当自己怀着忐忑不安的心情完成这篇毕业论文的时候，自己也从当年一个懵懂孩子变成了一个成熟青年，回想自己的十几年的求学生涯，虽然只是一个专科毕业，但也实属不容易。

在本次论文设计过程中，老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！

最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。书到用时方恨少，在这篇论文的写作过程中，我深感自己的水平还非常的欠缺。生命不息，学习不止，人生就是一个不断学习和完善的过程，敢问路在何方？路在脚下！

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参考文献

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PLC在三相异步电机控制中的应用

目录

第1章 绪论...............................................................1 第2章 设备规范及简要特性.................................................2 2.1 概况..............................................................2 2.2 PLC简述...........................................................2 2.3三相异步电机的结构简述.............................................4 第3章 PLC在电机控制中的应用.............................................6 3.1 控制方面..........................................................6 3.2 技术指标..........................................................9 第4章 三相异步电动机的故障分析和处理....................................10 第5章 PLC在三相异步电机控制调试方案...................................14 结束语...................................................................15 致谢.....................................................................16 参考文献.................................................................17

第二篇：plc在三相异步电动机控制中的应用

包头轻工职业技术学院

论文题目：

毕业论文

PLC

在三相异步电动机控制中的应用

指导老师： 宋飞燕 作 者: 那琴 班 级： 机电103053班 系 部： 机电工程系 专 业： 机电一体化 时 间： 2012.04.08

江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）

摘 要

PLC在三相异步电动机控制中的应用，与传统的继电器控制相比具有速度快，可靠性高，灵活性强，功能完善等优点。长期以来，PLC始终处于自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。本文设计了2个三相异步电动机的PLC控制电路，分别是三相异步电动机的正反转控制和两台电动机顺序起动联锁控制，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点，可作为高校学生学习PLC的控制技术的参考，也可作为工业电机的自动控制电路。

关 键 词:PLC;三相异步电动机;绕组;江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）目录

摘要.................................................................................I 绪论.................................................................................1 1 三相异步电动机基础.................................................................2 1.1 三相异步电动机的结构...........................................................2 1.2 三相异步电动机的工作原理.......................................................2 1.3 三相异步电动机的几个工作过程的分析.............................................3 2 PLC基础............................................................................6 2.1 PLC的定义......................................................................6 2.2 PLC与继电器控制的区别..........................................................6 2.3 PLC的工作原理..................................................................6 2.4 PLC的应用分类..................................................................6 3 三相异步电动机的PLC控制...........................................................8 3.1 三相异步电动机的正反转控制.....................................................8 3.2 两台电动机顺序起动联锁控制.....................................................9 3.3三相异步电动机使用PLC控制优点.................................................10 结论................................................................................12 致谢................................................................................13 参考文献............................................................................14 江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）

绪论

三相异步电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域,在这些应用领域中,三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下,导致产生过流,短路,断相,绝故,对缘老化等事故，应用于大型工业设备重要场合的高压电动机,大功率电动机来说,一旦发生故障所造成的损失无法估量。

在生产过程中,科学研究和其它产业领域中,电气控制技术应用十分广泛,在机械设备的控制中,电气控制也比其它的控制方法使用的更为普遍。

本系统的控制是采用PLC的编程语言----梯形语言,梯形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，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并采用数字式，模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。

长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业，企业对自动化的需要。进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大地推动了PLC的发展，使得PLC的功能日益增强，目前，在先进国家中，PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业，企业。由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平，它不但可以很容易的完成逻辑，顺序，定时，计数，数字运算，数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动化控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息，网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛的运用于众多行业。江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）

1.三相异步电动机基础

1.1 三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机由静止的定子和旋转的转子两个重要部分组成，定子和转子之间由气隙分开。图1-1为三相异步电动机结构示意图。

(a)外形图；(b)内部结构图

图1-1 三相异步电动机结构示意图

1.1.1 定子

定子由定子铁心、定子绕组、机座和端盖等组成。机座的主要作用是用来支撑电机各部件，因此应有足够的机械强度和刚度，通常用铸铁制成。为了减少涡流和磁滞损耗，定子铁心用0.5 mm厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成，铁心内圆周上有许多均匀分布的槽，槽内嵌放定子绕组，如图1-2所示。

图1-2 三相异步电动机的定子

1.1.2 转子

转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。转子铁心也用0.5 mm厚硅钢片冲成转子 江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）冲片叠成圆柱形，压装在转轴上。其外围表面冲有凹槽，用以安放转子绕组。按转子绕组形式不同，可分为绕线式和鼠笼式两种。

1.2 三相异步电动机的工作原理

图1-3为三相异步电动机工作原理示意图。为简单起见，图中用一对磁极来进行分析。三相定子绕组中通入交流电后，便在空间产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子将作切割磁力线的运动而在其两端产生感应电动势，感应电动势的方向可根据右手螺旋法则来判断。由于转子本身为一闭合电路，所以在转子绕组中将产生感应电流，称为转子电流，电流方向与电动势的方向一致，即上面流出，下面流进。

图1-3 三相异步电动机工作原理图

转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用，其方向可由左手定则来判断，上面的转子导条受到向右的力的作用，下面的转子导条受到向左的力的作用。电磁力对转子的作用称为电磁转矩。在电磁转矩的作用下，转子就沿着顺时针方向转动起来，显然转子的转动方向与旋转磁场的转动方向一致。

1.3 三相异步电动机的几个工作过程的分析 1.3.1 三相异步电动机的起动

三相异步电动机接通电源，使电机的转子从静止状态到转子以一定速度稳定运行的过程称为电动机的起动过程。起动方法有直接起动和降压起动两种。

1.直接起动 直接起动又称为全压起动，起动时，将电机的额定电压通过刀开关或接触器直接接到电动机的定子绕组上进行起动。直接起动最简单，不需附加的起动设备，起动时间短。只要电网容量允许，应尽量采用直接起动。但这种起动方法起动电流大，一般只允许小功率的三相异步电动机进行直接起动；对大功率的三相异步电动机，应采取降压起动，以限制起动电流。

2.降压起动 通过起动设备将电机的额定电压降低后加到电动机的定子绕组上，以限制电机的起动电流，待电机的转速上升到稳定值时，再使定子绕组承受全压，从而使电机在额定电压下稳定运行，这种起动方法称为降压起动。

前面讲过，起动转矩与电源电压的平方成正比，所以当定子端电压下降时，起动转矩大大减 江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）小。这说明降压起动适用于起动转矩要求不高的场合，如果电机必须采用降压起动，则应轻载或空载起动。常用的降压起动方法有下面三种。

(1)Y-△降压起动 这种起动方法适用于电动机正常运行时接法为三角形的三相异步电动机。电机起动时，定子绕组接成星形，起动完毕后，电动机切换为三角形。

图1-4 Y-△降压起动控制线路

图1-4是一个Y-△降压起动控制线路，起动时，电源开关QS闭合，控制电路先使得KM2闭合，电机星形起动，定子绕组由于采用了星形结构，其每相绕阻上承受的电压比正常接法时下降了。当电机转速上升到稳定值时，控制电路再控制KM1闭合，于是定子绕组换成三角形接法，电机开始稳定运行。定子绕组每相阻抗为|Z|，电源电压为U1，则采用△连接直接起动时的线电流为

采用Y连接降压起动时，每相绕组的线电流为

则

（1-5）

由式（1-5）可以看出，采用Y-△降压起动时，起动电流比直接起动时下降了1/3。电磁转矩与电源电压的平方成正比，由于电源电压下降了，所以起动转矩也减小了1/3。

以上分析表明，这种起动方法确实使电动机的起动电流减小了，但起动转矩也下降了，因 江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）此，这种起动方法是以牺牲起动转矩来减小起动电流的，只适用于允许轻载或空载起动的场合。

(2)自耦变压器降压起动 这种起动方法是指起动时，定子绕组接三相自耦变压器的低压输出端，起动完毕后，切掉自耦变压器并将定子绕组直接接上三相交流电源，使电动机在额定电压下稳定运行。

1.3.2 三相异步电动机的制动

三相异步电动机脱离电源之后，由于惯性，电动机要经过一定的时间后才会慢慢停下来, 但有些生产机械要求能迅速而准确地停车，那么就要求对电动机进行制动控制。电动机的制动方法可以分为两大类：机械制动和电气制动。机械制动一般利用电磁抱闸的方法来实现；电气制动一般有能耗制动、反接制动和回馈发电制动三种方法。

1.能耗制动 正常运行时，将QS闭合，电动机接三相交流电源起动运行。制动时，将QS断开，切断交流电源的连接，并将直流电源引入电机的V、W两相，在电机内部形成固定的磁场。电动机由于惯性仍然顺时针旋转，则转子绕阻作切割磁力线的运动，依据右手螺旋法则，转子绕组中将产生感应电流。又根据左手定则可以判断，电动机的转子将受到一个与其运动方向相反的电磁力的作用，由于该力矩与运动方向相反，称为制动力矩，该力矩使得电动机很快停转。制动过程中，电动机的动能全部转化成电能消耗在转子回路中，会引起电机发热，所以一般需要在制动回路串联一个大电阻，以减小制动电流。这种制动方法的特点是制动平稳，冲击小，耗能小，但需要直流电源，且制动时间较长，一般多用于起重提升设备及机床等生产机械中。

2.反接制动 反接制动是指制动时，改变定子绕组任意两相的相序，使得电动机的旋转磁场换向，反向磁场与原来惯性旋转的转子之间相互作用，产生一个与转子转向相反的电磁转矩，迫使电动机的转速迅速下降，当转速接近零时，切断电机的电源，如图1-6所示。显然反接制动比能耗制动所用的时间要短。

(a)接线图；(b)原理图 江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）图1-6反接制动示意图

正常运行时，接通KM1，电动机加顺序电源U—V—W起动运行。需要制动时，接通KM2，从图可以看出，电动机的定子绕组接逆序电源V—U—W，该电源产生一个反向的旋转磁场，由于惯性，电动机仍然顺时针旋转，这时转子感应电流的方向按右手螺旋法则可以判断，再根据左手定则判断转子的受力F。显然，转子会受到一个与其运动方向相反，而与新旋转磁场方向相同的制动力矩，使得电机的转速迅速降低。当转速接近零时，应切断反接电源，否则，电动机会反方向起动。反接制动的优点是制动时间短，操作简单，但反接制动时，由于形成了反向磁场，所以使得转子的相对转速远大于同步转速，转差率大大增大，转子绕组中的感应电流很大，能耗也较大。为限制电流，一般在制动回路中串入大电阻。另外，反接制动时，制动转矩较大，会对生产机械造成一定的机械冲击，影响加工精度，通常用于一些频繁正反转且功率小于10 kW的小型生产机械中。

3.回馈发电制动 回馈发电制动是指电动机转向不变的情况下，由于某种原因，使得电动机的转速大于同步转速，比如在起重机械下放重物、电动机车下坡时，都会出现这种情况，这时重物拖动转子，转速大于同步转速，转子相对于旋转磁场改变运动方向，转子感应电动势及转子电流也反向，于是转子受到制动力矩，使得重物匀速下降。此过程中电动机将势能转换为电能回馈给电网，所以称为回馈发电制动。PLC基础

2.1 PLC的定义

可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

2.2 PLC与继电器控制的区别

1.控制方式 继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC 江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。

2.控制速度 继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。

3.延时控制 继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。2.3 PLC的工作原理

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

(一)输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

(二)用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

(三)输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）2.4 PLC的应用分类

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、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

1.开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2.模拟量控制 在工业生产过程当中，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。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

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，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4.过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。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（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、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，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

6.通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）3 三相异步电动机的PLC控制

3.1 三相异步电机的正反转控制

 在生产过程中,往往要求电动机能够实现正反两个方向的转动,如起重机吊钩的上升与下降,机床工作台的前进与后退等等。由电动机原理可知，只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调，就可改变电动机的转向。因此正反转控制电路实质上是两个方向相反的单相运行电路，为了避免误动作引起电源相间短路，必须在这两个相反方向的单向运行电路中加设必要的互锁。按照电动机可逆运行操作顺序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”两种控制电路

图3-1正反转继电器控制图

图3-2 I/O接线图 江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）

图3-3 梯形图

指令程序

地址 指令 数据 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控制的工作过程的分析：

按下SB2，输入继电器0001动合触点闭合，输出继电器0500线圈接通并自锁，接触器KM1主触点，动合辅助触点闭合，电动机M通电正转。

按下SB1，输入继电器0000动断触点断开，输出继电器0500线圈失电，KM1主触点，动合辅助触点断开，电动机M断电停止正转

按下SB3,0002动合触点闭合,0501线圈接通并自锁,KM2主触点,动合辅助触点闭合,电动机M通电反转

3.2 两台电动机顺序起动联锁控制

在装有多台电动机的生产机械上，有时必须按一定的顺序起动电动机，才能满足工作的需要。例如某个设备要求:“必需首先起动甲电动机，然后才能起动乙电动机，当甲电动机停止后，乙电动机自动停止”。这种要求可采用下面的控制线路来实现。江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）

图3-4 顺序启动继电器控制图

图3-5 I/O接线图

图3-6 梯形图

指令程序

地址 指令 数据

0000 LD 0000 0001 OR 0500 0002 AND-NOT 0001 0003 OUT 0500 江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）0004 LD 0002 0005 OR 0501 0006 AND 0500 0007 AND-NOT 0003 0008 OUT 0501 0009 END(01)PLC控制的工作过程的分析：

按下M1的起动按钮SB1,输入继电器0000动合触点闭合,输出继电器0500线圈接通并自锁,接触器KM1得电吸合,电动机M1起动运转;同时连接在0501线圈驱动电路的0500动合触点闭合,为起动电动机M2作准备。可见,只有电动机M1先起动,电动机M2才能起动。这时如果按下M2的起动按钮SB3,0002动合触点闭合,0501线圈接通并自锁,接触器KM2得电吸合,电动机M2起动运转。按下M1的停止按钮SB2，0001动断触点断开，使0500线圈失电，并且由于连接在0501线圈驱动电路的0500动合触点的断开，使得0501线圈同时失电，两台电动机都停止运行。若只按下M2停止，按钮SB4时，0003动断触点断开；使得0501线圈失电，M2停止运行，而M1仍运行。3.3 三相异步电动机使用PLC控制优点

本文设计就对三相异步电动机的正反转控制，顺序起动等系统进行了设计，还有其它的像制动和调速控制在这里我就不再设计，主电路都是一样的，就控制电路有一点小差异，使用PLC控制三相异步电动机有很多好处的：不易老化，设备简单，结构合理，便于控制价格便宜等，三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是要来产生旋转磁场的。

我们知道，在相电源与相之间是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也相差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化时同步的。旋转磁场的转速为n=60t/p 式中f为电源效率，P是磁场的磁极对数，n的单位是：每分钟转数，根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用的电源频率有关，用PLC控制三相异步电动机也需要对电动机的属性和旋转方式有所了解，这样才能控制好三相异步电动机的方向和特性，不至于使用不当使电动机损坏，电动机的频率一定要符合要求。江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）

结论

本文设计和制作了三相异步电动机的PLC控制系统，该电路主要以性能稳定，简单实用为目的，整体制作符合要求。

通过概述使大家充分了解了该控制系统的原理和功能。摘要部分概要介绍了其可靠性和实用性，第一章 绪论部分介绍了电动机控制方面的背景、本文设计的目的、意义及主要内容等；第二章 三相异步电动机基础 介绍了三相异步电动机的基本结构、工作原理、几个工作过程的分析等；第三章 PLC基础PLC的定义、与继电器控制的区别、工作原理、应用分类等。第四章 三相异步电动机的PLC控制 从系统原理的角度得出系统分为模拟和数字两部分；第五部分进行了总结。

通过本次电路的设计，我对三相异步电动机的PLC控制系统原理有了进一步的了解，在三相异步电动机的PLC控制分析中对PLC产生了浓厚的兴趣，提高了科学的分析和运用能力，由于本人水平有限，因此对其中的原理和实际操作方法有待深入的学习研究和提高。文中有不足之处恳请各位老师加以指导。江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）

致谢

时光如梭，转眼之间三年的学习生活在这次毕业设计后将画上圆满的句号。在这三年中，江苏牧医学院的各位领导，老师和同学对我的学习给予了很大的支持和帮助，我在这里不仅体会到了学习的乐趣，而且也感受到了集体给我的关怀，在此谨对各位表示衷心的感谢。

在本次设计中，我不仅受到指导老师的学风，师德的熏陶，而且她的学说和风范，关怀和教诲，将成为我永远的精神动力，并相信这在我的人生中将会受益匪浅，同时也使自己的理论学习和实际联系得更加紧密。也更加端正了自己的工作作风和学习态度，以及工作中的持之以恒的精神。

另外，我在设计期间，同组同学也给了我很多的帮助，在此我也向他们表达我真诚的谢意。江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计）

参考文献

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第三篇：现代工业控制中的PLC编程方法论文

摘要：目前随着工业控制系统复杂性不断提高以及自动化不断加强，以往面向过程的PLC编程方法变得愈加困难。面向过程的编程（POP）方法编程效率低、可维护性差。通过分析现代主流计算机编程方法，提出了一种PLC编程方法：将程序分为三个层次，以面向对象的思想对外部设备或复用性功能进行封装，以面向过程的思想实现动作流程。并以汽车微电机压装控制系统为例进行说明。

关键词：面向过程，面向对象，PLC，编程方法

现代工业自动化领域大多采用PLC作为运动控制器，传统的PLC编程严格按照时序要求从头至尾编写程序。对于简单的控制过程，其程序步骤较少，传统的PLC编程方法能够满足要求。而复杂的控制系统，程序步骤较多，容易混乱，大大降低了编程效率，并且程序扩展性能非常差。为了提高编程效率，降低后期维护成本，寻找出一种新的PLC编程方法是非常必要的。

1理论基础

目前存在两种主流的编程思维：面向过程与面向对象，这两种编程思想都有其各自的特点与性质。1．1面向过程面向过程（ProcedureOriented，PO）是一种以过程为中心，以什么正在发生为主要目标进行编程的编程思想。面向过程的程序设计（POP）注重的是算法设计，突出数据结构。NicklausWirth对此提出了著名的公式来表示程序的实质：程序＝数据结构＋算法面向过程的程序设计关注的是解决问题的步骤，先把软件系统分解成多个模块，然后逐步细化，完成整个软件系统。各模块之间存在相互调用和信息传递。随着软件系统规模扩大和性能要求提高，面向过程编程的缺陷逐渐明显。软件系统规模的扩大，使得模块的分解难度加大，模块之间的联系也更加复杂，软件的可靠性难以提高，可维护性差。1．2面向对象面向对象（ObjectOriented，OO）是在处理问题时，从该问题所存在的事物本身出发，以类及对象作为基本构造单元，逐步认识事物的属性和行为特征。面向对象的程序设计（OOP）需要尽力描述问题的结构，从而较好地解决客观世界描述的复杂性问题。可将程序表示为：程序＝消息＋对象类对象类＝数据结构＋算法面向对象的编程方法有利于大型软件的开发；对象属性和方法封装避免了数据随意访问，保证数据安全；类与类之间的继承关系，最大程度实现了代码的重用；继承关系下的多态性增强了程序的灵活性和扩展性［1］。然而，由于类的大量加载会牺牲系统性能，从而降低系统运行效率。

2PLC编程思想

现代工业生产的控制系统经常要涉及到多个外部设备，设备的动作往往有严格的时序要求。长久以来，编程前先按要求制作动作流程图，再按动作流程图编写程序的框架，然后以流程框架为中心添加约束与报警信息，其编程思想是面向过程的［2］。数据和数据处理过程代码是统一的，可重用代码少，且当代码量大时，维护数据和代码非常困难。面向过程的PLC编程方法的缺点有：割裂被控对象在PLC程序与现实中的联系，内部逻辑与被控对象不明确，程序的后期维护困难；程序的内部逻辑关系非常复杂，控制流程不确，容易出错；输入与输出都缺乏整体性，程序员往往孤立考虑各输入点或输出点的逻辑和控制［3］。针对传统PLC编程的缺点，结合现代计算机主流编程思维，提出一种新的PLC编程方法：以分层思想划分程序结构，以面向对象的思想对外部设备或复用性功能进行封装，以面向过程的思想实现动作流程。其原理是：将程序过程按实际划为三个层次，对每个层次中可抽象描述的对象进行类封装；并采用上层调用下层，高级调用低级的原则，进行自下而上的PLC程序设计。三个层次分别为：时序层、外设层、输出层，其中输出层是底层；外设层是中间处理与转换层；时序层是最靠近设备操作的用户层。输出层是对PLC的输出点进行内部扩展。不管PLC程序如何编写，最终都要通过控制PLC输出来达到设备运行目的。为了增强程序的灵活性和扩展性，可将PLC的每个输出点当作对象，在程序运行过程中，输出对象在不同的工作阶段有不同的触发条件。将数字输出点的触发条件转化为内部继电器，模拟输出的触发条件转换为内部继电器与数据。外设层是对设备的封装、处理，是外部设备和外部设备功能封装模块的集合。复杂的PLC控制系统包含了多个外部设备，并且有些外部设备不止一个。以PLC为对象，外部设备可分为输入设备、输出设备与交互设备。输入设备是系统的眼睛，实时监控设备状态。输出设备是系统的动作执行设备，单个输出设备可以有一个或多个动作状态。交互设备是与PLC有数据互传的设备，可以是上位机设备或其他的通信设备。用面向对象的思想，以设备整体或设备动作状态为对象进行封装。可以大大减少了程序的重复性，并且有助于外围设备的扩展与功能的增加。时序层是PLC程序的主体，是各种功能动作流程的集合。设备运行时，动作过程必须严格地按时间顺序执行，而程序中时序过程实现必须面向过程。设备每一种现实功能都对应一个动作过程，与设备功能对应的动作过程属于高级动作流程。高级动作流程可以重复调用低级的动作流程，低级的动作流程是复用性比较高的动作流程。复用性动作流程相对高级动作流程步骤较少，可以将其以整体作为考虑对象，封装成功能模块，供高级动作流程调用。高级动作流程所对应现实设备功能主要有：启动、复位与保护等功能［4］。启动功能可以通过人机交互界面的设置不同而拥有不同的设备功能；复位功能是按一定的时间顺序恢复预定的初始状态；保护功能是通过监控输入设备的信号判断设备是否故障，并做出相应的处理。对于由输入信号判断不出故障可以由外部人工触发，并处理。时序层编写功能时要求先设计保护功能，再编写其它的动作功能，以保护人身与设备安全。

3实例

以汽车微电机压装控制系统为例，阐述本文提出的PLC编程方法。图2为压装控制系统原理图。该系统主要由TPC7062TX触摸屏、主控单元FPG－C32T2H、模拟量单元FP0－A21－F、位置控制单元FPG－PP21、伺服电机、位移传感器等组成。该系统中控制最主要的输出是控制伺服电机的脉冲输出，脉冲输出可直接以电机运行状态为对象进行封装，其余输出在程序中不需要大量重复使用，可以直接单独调用。图3为单次压装的流程，前三个过程为同向运动，为了提高工作效率，三个过程之间不能有停顿，“P点控制”可以达到此要求；慢速压装和快速退回运动方向相反，需要停顿，第三个过程完成后，直接退回到原点，快速退回功能用“E点控制”可以实现。除此外电机常用的控制还有“JOG运行（点动控制）”。通过压装流程可知该系统“P点控制”为三段控制，以“P点控制”为对象时，其“消息”由一个触发条件、三个位置、三个速度组成；以“E点控制”为对象时，其“消息”由一个触发条件、一个位置、一个速度组成；以“JOG运行”为对象时，其“消息”由一个触发条件、一个旋转方向、一个速度组成。为了适应于PLC动作过程的时序性特点，为每个对象添加一个单脉冲输出信号。当对象动作执行完成时，发出一个单脉冲信号，可以当做下一步动作的触发条件。图4为以FPWINGR为PLC编程软件时的“E点控制”梯形图。FPWINGR编程软件不支持模块封装，但是不影响面向对象思维的使用。图中R20为“E点控制”的触发条件；双字寄存器DT412的数据为“E点控制”的目标脉冲频率（速度）；双字寄存器DT414的数据为“E点控制”的目标位置。对象封装的目的是避免数据随意访问，可以继承。“E点控制”中的电机属性启动速度（500Hz）、加减速时间（100ms）、正反方向的定义是以参数的形式固定在其中。当调用该对象时，默认的就继承了其属性。只需扩展多个内部继电器触发R20，就可用被多次调用继承，即多态性。同理，可设计出“P点控制”与“JOG运行”的梯形图。输出层与外设层是时序层的基础，时序层按一定的时间顺序组合输出层与外设层，并辅以必要的数据处理就形成了所需的功能。压装主流程主要有“P点控制”与“E点控制”模块，加上时间延时、计数处理与力值峰值功能就形成了一个压装的大致功能，经过后期的调试与小范围的修改就完成了一个功能的编写。依此方法编写各种所需功能，完成整个程序后，整体调试功能。后期维护需要修改某部分功能时，可以快速定位到要修改的层，再找到相应的模块；增加功能时，可以迅速查到已有硬件的封装模块，直接在时序层增加要求的功能时序。

4结束语

通过分析与实际验证，用本文所提编程方法编写PLC程序，程序逻辑更清晰，层次更分明，运行更稳定。同时为程序调试、后期程序维护、程序功能扩展提供更有效而广阔的空间。该方法适用于复杂控制系统，也适用于简单控制系统，使复杂的控制系统集体设计时分工更加明确，性能更稳定。

参考文献

［1］徐卓峰，王学军．面向过程程序设计语言与面向对象程序设计语言及其特征比较［J］．中州大学学报，1997（1）：64－67

［2］高云．计算机编程思想的发展研究［J］．软件导刊，2012，11（11）：5－6

［3］张海藩．软件工程导论［M］．5版．北京：清华大学出版社，2008（2）：203－211

［4］常海．基于OOP的PLC编程方法探讨［J］．无线互联科技，2014（2）：75－75

第四篇：台达PLC温度控制应用

台达PLC实现温度数据采集升级的应用方案

作者：朱振建 石桦 宋杰 许林晨

摘要： 本文论述以台达PLC为核心，在自动控制领域数据采集系统的组成、原理，包括控制器的电路构成，特点、组成框图及临时应变方面，组态王软件（HIM）编程步骤和参数完善。

关键词： 数据采集系统，PLC，HIM,传感器

一、引言

台达电子工业自动化产品以现代电子技术核心基础，致力与驱动(Drive)、运动(Motion)和控制（Control）三大领域的发展，拥有著名的：DVP系列PLC、DOP系列人机界面和IFD系列通讯转换接口等用于控制系统，REO系列编码器用于检测系统，ASAD系列伺服马达与驱动器用于运动控制，VFD系列各种通用、专用变频器广泛应用于各类电机的驱动与控制… … 如果你是一名优秀的电气工程师或技术主管，台达工业自动化产品的高性能、易用性、多样化以及由上至下的整合性，一定能让你的工作得心应手、事业腾飞，亮丽你的一生；无论你在国企、民企或外企，台达电子一定能使你大显身手、助你成功，如果员工（搞电气的）需要培训，PLC、DOP 再加上一台变频器，是你最好的试验教材；如果你的设备运转异常、效率低下、技术落后、产品质量不稳定等等，你可以浏览一下台达机电综合产品目录，相信你一定找到合理的解决方案，哈哈，下面我要介绍的一个案例就是这样诞生的：台达PLC在温度数据采集方面的应用

一条悬挂式工件热处理调质线，产品质量极不稳定，引起客户的抱怨，责丞工艺、设备技术人查找问题所在，拿出解决方案，分析原因可能由于淬火槽内淬火液的温度高低不均，如何能够测出工件在淬火液中的温度分布情况？？？这是解决问题的关键… … 传统的方法是传感器+仪表，若同时测工件周围六点的淬火液温度，需要六块仪表，在淬火液中高温工件四周温度的变化剧烈、复杂，如何观察记录呢？怎么分析工件的淬火温度变化曲线是否合理？显然传统的方案显得无奈，台达PLC+PC（笔记本）轻松解决问题，且省时经济，精度高，灵活性好。

二、系统硬件、软件选择

PLC主机：DVP32EH00R2 一台

热电阻温度测量模块 DVP04PT-H2 二块

铂金属传感器PT 100（3线制 100Ω）六支

通讯模块ADAM—4520 一块

开关稳压电源 LP1100D-24M AC 200V/ DC 24V 4A 一块

笔记本一台（本项目借用 最好有RS232串口）PLC编程软件 WPLSoft 2.10 台达公司免费提供

组态软件 北京亚控 组态王6.53 46点 演示版

导线若干

三 系统配置描述

本系统用于临时性、实验性、密集型连续测量、记录工件周围淬火介质温度，为改进、改造设备或热处理工艺提供实际数据，如果稍加改动，用于各种介质的温度控制，也是一个很优秀控制方案，因而具有一定推广意义。

本系统显著地特点：实用性强，方便、快捷、经济，PLC编程，组态王编程数小时便可完成，更可贵的组态王演示版，64点开发版免费，可运行2个小时，重启一次，非常经济，对于本项目没有影响。

3.1数据采集系统的整体结构

采用台达PLC主机DVP32EH + 温度测量模块 DVP04PT，利用DVP32EH的RS-485通讯口，通过一块通讯模块ADAM—4520将RS-485信号转化为RS-232信号（由于现场工作环境恶劣PC机离控制器较远故而要使用RS-485信号），连接到PC机上,最后由PC机上的组态王监控软件，完成采集数据的显示、记录与处理。

热处理调质线，现场生产工艺流程，所要采集温度点的位置如下图：

3.2 PLC 温度数据采集程序的编制

DVP04PT 温度测量模块可接受外部4 点铂金属温度传感器(PT 100 3 线 100Ω)，将其转换成14 位的数字信号。通过DVP-PLC 主机程序以指令FROM / TO 来读写模块内的数据，模块内具有49 个CR(Controlled Register)寄存器，每个寄存器有16 Bits。电源单元与模块分离，体积小，安装容易。可选择摄氏温度(℃)或华氏(℉)温度，摄氏温度输入分辨率为0.1℃，华氏温度输入分辨率为0.18℉。

两块温度测量模块扩展于PLC主机的右侧，6支三线制PT100温度传感器按规定接入2块DVP04PT 温度测量模块中，第一块接入4支，接入4个通道，第二块接入2支，使用1、2两个通道，不用的通道，短接避免干扰。依据台达PLC特殊扩展模块的规则：主机DVP32EH右侧第一个特殊扩展模块所在的位置编号为K0, 右侧第二个特殊扩展模块所在的位置编号为K1,依此类推，最多扩展八块… …

编写温度采集的数据程序如下：

程序说明：

第一块测温模块

（1）利用FROM 指令读取模块DVP04PT-H2 内＃0 寄存器（CR）内的机种编码 = H6402，以便检测判断模块是否存在，种类是否正确。

（2）利用TO指令，在PLC 由STOP→RUN的第一个扫描周期内，设定CH1~C4 输入信号的取样平均次数为4 次。

（3）判断DVP04PT-H2是否正确，正确事时导通，从CR#6 ~ CR#9中读取CH1 ~ CH4 测量摄氏温度(°C)信号平均值共4 笔放在D100 ~ D103中。从CR#18 ~ CR#21中读取CH1 ~ CH4 测量摄氏温度(°C)信号现在值共4 笔放在D110 ~ D113中。

3.3 温度数据显示、记录组态程序的编制

组态监控软件采用北京亚控公司的组态王 6.53 版本，由于本项目是试验性的采集、记录数据，故采用64 点 演示版，开发与运行，间断地运行两个小时足以。

3.3.1 组态王与台达PLC 通讯的建立

台达的DVP系列PLC和上位机的组态王通讯采用串行通讯，使用组态王本身驱动，支持RS232和RS485两种通讯方式。本例采用RS485通讯，硬件配置设置值如下：

计算机通过RS232串口接转换模块，变成RS485信号后，接到PLC的485口上

波特率 9600 数据位 7位

停止位 1位

校验位 偶校验

切记：将PLC中决定通讯格式的特殊数据寄存器D1120设置为：0X8E

3.3.2 组态数据显示画面、温度记录曲线

用组态王软件可以实现精确、细腻的互动显示操作，大量的图库精灵，多种通讯驱动程序，强大的在线、离线模拟功能，支持配方功能和多种控件，能完成各种物理量如温度、压力等的实时曲线、历史曲线的数据存储，具有打印功能，可满足各种工艺要求。温度显示画面、历史曲线显示画面如下：

温度显示画面

温度记录历史曲线画面

四、结束语

组织有关技术人员，对测量的历史数据曲线进行分析，很快得出结论，提出整改方案，整改后效果明显，产品合格率大幅度提高。本温度数据采集系统为整改方案制订提供了关键性的依据。

参考文献

［1］中达电通.DVP-PLC应用技术手册【程序篇】.［2］台达电子.DVP04PT-H2温度测量模组安装说明书.［3］亚控公司.组态王6.53使用手册.作者简介：朱振建，男，河南洛阳人，第一拖拉机股份有限公司锻造分公司，电气工程师。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：工业控制与PLC应用总结

工业控制与PLC应用总结

经过一段时间的学习、使用，对可编程逻辑控制器（PLC）在工业领域中的应用有了比较深刻的理解，PLC为我们实现某种流程或过程的自动化搭建了一种控制系统硬件平台，其实际上与传统的DCS系统已经没有严格的区分，是工控领域中最基本、最常用的控制设备，也是我们最应该会使用的一种控制器。

从本质上讲，PLC仅仅是实现控制目的的一种工具，一种具有特殊功能和特点的工具，工具本身的使用方法很简单，大部分功能通过“傻瓜式”的组态设置而实现，重要的是在使用此工具完成某种任务的过程中所体现的思想和技巧。我认为实现一台机器自动化的过程，就是赋予此机器“灵魂”的过程，而PLC是我们赋予机器灵魂的工具，“灵魂”即是在实现工艺要求的控制程序中所体现的编程者的思想，显然，相比而言重点是“灵魂”而不是工具。

下面是我在编写程序和调试过程中的一些体会和思考，供大家参考。

一、理解工艺

实现工艺要求是控制的核心目的，因此工艺的要求即是我们编写程序的根本依据和衡量程序质量的最终标准，对工艺特点理解的深浅程度也就决定了编写程序框架的完善程度。需要强调的是，要站在控制的角度去分析工艺，要精确到每一个输入输出控制点，每一个设备的执行动作及对其他设备或动作的影响，而不是仅仅停留在宏观的、整体的流程，因为控制人员得到的几乎所有工艺流程资料都是工艺人员要求的最佳运行状况，也是所要实现的控制目的，它仅仅是一个目标状态，而要实现这种目标运行状态还需要考虑大量的非理想情况，这就需要思考在工艺流程中，哪些地方、环节会出现哪些异常情况，这些信息对于控制人员而言，算是工艺要求中的隐含信息，需要去分析寻找，分析的越细越好，总之，没有最细只有更细。

因此，理解工艺的重点就是去思考那些可能的异常情况，它与确定的工艺要求有着直接的关系，这种对工艺的认识思想是必要的。比较重要的思考方向大体有以下几点：

1、根据整体工艺和设备特点，需要将整体流程细分为哪些子工序。

2、子工序之间是否存在接口不统一的问题。

3、整个工艺中的控制难点是什么。

4、哪些设备或动作之间存在着严格的互锁，或者说是哪些动作必须考虑安全因素。

5、生产如何连续进行，需要整体考虑循环运行的状况。

以上内容仅仅列出了一部分，不容否认，对工艺特点和各种状况的思考深浅程度是和经验有关系的，应该在学习中逐渐积累经验并培养这种思考习惯。

二、顺序控制法编程

顺序控制法是相对于经验控制法而言的，使用顺序控制法编写梯形图程序的优点是逻辑缜密、思路清晰、可读性好，同时便于维护和差错修改，这种特点在工程中是非常重要的，尤其对于逻辑复杂的大型项目，没有顺序控制思想，很难实现编写高质量的程序。

其实顺序控制的原理很简单，很容易理解，即当前步有效的条件是上一步有效且满足当前步有效的其他条件，当前步无效的条件是下一步变为活动步，并且要求在程序中的某一顺序逻辑段中只有一个活动步，且步有效与否不直接对应输出，只体现工艺要求的具体执行逻辑。这种用步来体现程序执行过程的方式的特点就是逻辑非常清晰。然而需要指出的是，只分析两步之间的顺序控制并不能完整体现顺序控制法的好处，最好便是在一个控制逻辑复杂一些的大程序中去体会这种编写方法的优点。我认为顺序控制法是一种思想，其表现形式也没有像书上所表述的那么严格，非得下一步有效即关闭上一步，或者只有一个活动步，主要还是看程序的具体内容，步是一种概念，并不一定就是指一行梯形图程序，它们之间可以理解为是本质和表现形式的关系，只要在程序中思路清晰，可以多行程序表示为一步；相反，对步的认识不全面，反而会限制编写程序的灵活性。

在阅读或调试程序中去理解顺序控制法的思想会更加深刻，否则很难体会到其优点，也很难变为自己的编程习惯，容易出现这种现象：谈及顺序控制方法很简单，但是编写梯形图程序却又体现不出这种思想。所以只看资料无助于养成使用顺序控制法的编程习惯，应该多实践和经验交流。

另外，关于程序的组织方式并不固定，有很多不同的模式，实验室以往做过的工控项目主要使用了西门子系列PLC的S7-300，并形成了统一的编程方法和模式，主要思想是：输入输出点统一映射到PLC内部存储器中，所有的输出信号以“起保停”的方式在单独的功能块中统一处理，这样也便于应用顺序控制法编写程序；在控制功能实现方式上，将整体工艺细分为不同的子工艺，即可以在手动模式下单独执行，也可以由另一程序在自动运行模式下按照某种逻辑调用。有些专业公司的编程模式会不同，也是由其编程人员在实践中总结形成的，但是，目前实验室的这种模式是相对很成熟和规范的，我们应该继续发展和完善，程序组成如图1所示，具体情况可了解实际工程案例。

输入映射自动/手动程序其他OB检修程序OB1/主程序系统功能块子程序1子程序n数据块输出程序输出映射 图1 程序一般组成内容

三、程序编写

当其他工作已经准备就绪，开始着手编程，编程期间的主要工作就是完成控制流程图绘制，写流程图的本质就是写程序，其好处就是在一段时间内集中思考如何实现工艺流程的控制要求，并以文本形式记录下来，这样便于保持在思考如何实现控制要求时的思维连续性和缜密性，同时也生成了一份控制程序详细文档，为程序的后续修改、维护提供了直接技术资料，完整的流程图应该体现控制所需的全部程序。据我了解，很多从事工控职业的控制人员并不知道流程图概念，他们是直接上机编程，问题就是程序质量比较低，也许是项目太简单，或者是工艺太熟悉，总之，给人的感觉很不正规。编写流程图是我们实验室的优良传统，其是完成工控项目的核心步骤之一，通过流程图编程也应该是工控领域的正统做法。

在工艺熟悉后，要根据具体的工艺特点划分出若干个子工艺，做到这些子工艺组合起来即是整体工艺，关于如何划分子工艺的问题，没有固定的规范，因编程者、工艺特点等而不同，但是一般而言，子工艺划分的越多，程序会越灵活，而程序越灵活，对一些条件的要求也会相应增多。因此，工艺划分的粗细程度可以视情况具体权衡。

子工艺划分完成后，可以编写与其一一对应的子程序了，细分后的子工艺对应的子程序一般不会有太复杂的逻辑，因此写起来会容易的多，子程序在整个控制程序中是一个个具体的主体程序，之所以是主体程序，是因为设备的有序运行是由它们实际控制的，自动程序也不过是组织这些子程序按照某种逻辑或时间顺序执行而已，所以子程序的编写质量对控制系统的性能十分重要。鉴于此，在写子程序时需要特别注意一些问题，主要体现在以下几点。

1、程序执行的条件

一般称为程序入口条件，考虑这一点时，主要判断依据对工艺的深刻理解，对当前子程序对应的子工艺包含哪些设备和输入输出点，是如何动作的，运行时需要哪些机构处在哪些状态，是否存在程序互锁等，必须有清晰明确的认识，在确定启动条件时一定要找到关键条件，其实关键条件的确定贯穿于编写程序的整个过程。需要强调的是要考虑其他子工艺的结束状态，如果其他工艺与当前工艺有直接关联且其结束状态不满足当前工艺的启动条件，这时要考虑如何处理，是在其他工艺结束时处理还是在当前工艺执行时处理或是其他的处理方式，依据实际情况而定。另外，需要判断子程序手动模式单独执行同自动模式调用是不是使用同一入口，有时是需要不同入口的。

2、程序的结束状态

跟入口条件类似，程序的结束状态有可能会影响到其他子工艺的启动，所以结束状态也是需要考虑权衡的，与程序执行条件类似，不再详述。需要注意的是，结束状态同样存在手动模式程序退出与自动模式程序退出是否使用同一出口的问题，根据工艺特点，有可能需要设置自动模式和手动模式从不同出口退出程序。

3、程序体编写

重要的工作是考虑程序如何处理异常情况，仅仅按照工艺流程写出程序逻辑是很简单的事情，应该考虑到各种各样的状况，而不是仅仅停留在“如果A则B，如果B则C”这样的思路上，这种逻辑是不严密的，应该考虑到所有的条件可能性并编写与其对应的处理程序，我觉得可以形象地比喻为把一个“房子”的漏洞都堵上，仅留下固定的入口和出口。

另外，写子程序时，每写一步都应该知道设备会如何动作，我觉得与其说是编写程序控制设备不如说是构思设备的工作流程后映射出程序，这样有利于考虑问题更加全面。当子程序编写完成时，其一般具有这样的特性：

（1）程序启动后退出以前，任何信号都无法再次启动它。（2）程序运行结束后，可以再次启动，或者说是可以反复启动。（3）程序运行结束后，程序内没有任何活动步。

（4）急停信号有效时，除非有特殊设置，否则必须立刻清掉所有活动步，即使有特殊设置，最终也必须清掉所有活动步，并且不影响下次启动。

（5）如果程序内存在循环，当程序停止信号有效时，若正在执行循环程序段，应该跳出当前循环程序段，执行完剩余程序后退出。

（6）至于程序的功能性，考虑到设备有可能处在任何状态下，除非出现特殊情况，否则必须在满足工艺要求的基础上，保证在程序上做到安全可靠。

以上几条特点，基本上反映了对子程序的要求，但是绝不局限于这些，所有的程序都是为工艺服务的，一切要以具体工艺而定。

子程序编写完成后，就要考虑如何使它们组合起来完成整体工艺的要求，这就需要另外编写一个程序以确定他们执行的节拍，这个程序即是所谓的自动程序，有时候也不一定单独编写一个程序块，可以在主程序中去处理，当遇到子程序较多且逻辑复杂的时候，为了使程序结构清晰一些，一般会单独编写自动程序。自动程序与子程序没有本质的区别，但是有一些特点：程序段之间往往没有严密的顺序逻辑，具有关键条件的单独指令比较多，没有直接的输出信号而主要是反复地调用子程序等。这时就需要整体考虑工艺流程了，比较重要的工作就是寻找流程中的一些关键条件，这也是难点，这些条件与子程序的划分有关系，如果关键条件找的恰当，在功能实现上就会容易的多，编写思路也会清晰的多。

自动程序的实现方式多种多样，某些细节体问题的处理完全取决于编程者的思想，但同时也受子程序的影响，最好由编写子程序的人员一并完成自动程序。由于工艺的不同，自动程序会体现出截然不同的特点，所以对于具体的技巧、方法问题很难概括，一般需要注意的问题有以下几条。

（1）调用子程序脉冲时序问题

也许这种问题不经常遇到，但是在编写时需要有意识地去分析，尤其对于初学者，其出现时序问题的原因会是多样的，主要存在子程序的启动条件中。比如如果某一子程序的某一启动条件同样与自动程序发出的启动脉冲有关，则容易出现时序问题，还跟此条件位在程序扫描过程中处于那一子程序的前后有关，具有不确定性，时序问题与简单的逻辑问题相比一般不容易被发现，因此写程序时尽量不要使用这种边缘的、不确定的方法。

（2）异常情况处理问题

这一点还是体现在关键条件的确定上，也就是调用子程序的条件，由于自动程序包含了所有的工艺流程，为了达到某些环节的稳定和可靠，需要考虑异常情况的处理，体现为逻辑条件往往会相对比较复杂。比如如果在执行自动程序过程中，某一工艺流程受条件限制必须结束但又没有完成相应的功能任务，造成下面的环节无法进行，可是考虑到自动程序的循环特点，在下一循环周期，没有完成任务的工艺流程会继续工作并完成功能任务，所以在这种异常情况下，需要考虑某些子程序不执行对整体程序运行的影响。异常情况可能是多种多样的，总之，希望自动程序能够自动处理并保持生产的连续性。

（3）效率问题

整体工艺流程是由自动程序调用子程序来实现的，应该尽可能地保证程序执行的紧凑性，以提高生产效率。效率问题实现起来没有难点，应该是一种意识问题，关键是要有对实际生产的理解，站在生产人员的角度考虑问题。

（4）初始化问题

自动程序运行时，必须首先对设备进行初始化操作，对设备进行初始化是基于这样一种考虑：自动运行时，设备有可能处于任何一种状态下，必须使设备回到符合自动运行条件的初始位置，这也是基于安全考虑。

（5）循环执行

关于自动程序的循环执行，不能简单地理解为“A—B—C„D—A—B„”模式，有的情况可以那样去处理，有的情况则不能那样去处理，要摆脱这种思维的限制，这种简单的理解也许可以通过一些处理解决大部分自动程序中的逻辑，但是会使程序变得很僵硬，并且不稳定不灵活，有时候这种思维也会影响子程序的编写质量，这是我个人体会。

（6）灵活性

灵活性可以理解为根据设备运行的不同状态作出不同的调整，简单地调整一些参数或设置就可以自动适应，无需修改程序本身，这种功能对实际生产来说非常有价值，实现起来相对会比较困难一些，但是是程序编写质量的一个重要标准，也应该是编程者的努力方向。

灵活性可以体现为整体程序具有可组态功能，算是一种比较新的编程思想，为了实现这种可组态功能，需要搭建一个“组态平台”，这种“平台”即是经过分析得出的所有子工艺的逻辑组合，由操作人员具体选择当前运行哪种组合，由于每个子工艺都由子程序去控制完成的，所以每种组合都一一对应着一种自动程序。

实现这种功能应该从以下几个方向考虑：

a.必须根据工艺特点在满足安全生产的条件下，统计出所有可能的运行工况。

b.子程序的调用条件必须重新考虑，因为调用条件中增加了工况组合内容。c.要保证每种组合都能顺序执行，甚至考虑组合的灵活、实时切换。d.灵活性高也一定程度上意味着可靠性低，所有尤其要思考程序的安全性。总之，自动程序运行后，整体上应该具有以下特点；

（1）自动程序运行后，除非急停信号有效，否则操作人员无法停止程序执行。

（2）自动程序运行后，为了避免不稳定因素，除非某些特殊参数，否则不应该支持在线参数修改。

（3）自动程序运行后，可以正常退出程序和自动运行模式，没有任何活动步保留，并且不能影响程序再次启动。

（4）自动程序运行后退出以前，无法再次启动，或者说再次给出启动信号是无效的。

（5）急停信号有效时，除非有特殊设置的保护条件，否则应该立刻依次清除所有活动步和状态位，并且任何时候急停后，都不能影响程序的再次启动。

（6）一次正常运行不能说明程序是稳定的，自动程序尤其具有这样的特点，至少需要连续自动循环运行10次以上。

四、关于程序运行模式和停止、急停

1、运行模式

整体程序依据调试和生产要求会设置成不同的运行模式，基本上都会设置成检修、手动和自动三种运行模式，某些简单工艺的程序也会设置为手动和自动两种运行模式，这时的手动模式和检修模式效果是一样的。

检修模式。检修运行模式下，操作人员只能操作单一的输出点对应的设备，只能一个一个地去动作控制对象。需要注意的是要考虑动作之间的关联情况，不当操作会造成事故的设备应该设置程序互锁，但也并不是互锁越严密越好，那样会影响检修操作的灵活性，如何平衡是情况而定。手动模式。手动运行模式下，可以单独启动事先编写的子程序，也就是说可以运行某一子工艺，设备会有一连串的动作按照相应逻辑在执行，在不相互影响的前提下可以同时运行多个子程序，需要根据工艺在子程序之间做严格的互锁条件。

自动模式。自动运行模式下，设备完全按照自动程序进行动作，无需人员参与。

2、停止与急停

在多种程序运行模式中，会有不同的启动、停止及急停信号，程序在不同状态下应对停止、急停信号有不同的反应，具体的实现方法不在此详述，只明确停止信号的分类、名称和停止或急停信号有效时的常规要求。

系统停止，即是运行模式的停止，包括“检修停止”、“手动停止”和“自动停止”；“程序停止”即是手动运行模式下的子程序停止；“系统急停”是程序运行中的紧急停止。可以通过以下描述来体现停止或急停信号有效时的常规要求：

（1）无论程序运行于哪种模式下，“系统急停”有效时，除非有设置的特殊保护功能，应该立刻、依次清除所有活动步和状态标志位。

（2）检修运行模式下，“检修停止”与“系统急停”的效果完全一样。（3）手动运行模式下，是否设置“程序停止”信号，取决于子程序的特点，往往在程序包含循环时设置“程序停止”，当“程序停止”有效时，要求子程序执行结束后退出，若还没执行到循环程序段，则不再体现循环特点，若正在执行循环程序段，则跳出循环，其他不变。若某个或某几个子程序正在执行，这时“手动停止”有效时，不影响当前子程序的执行，程序也不会立刻退出手动运行模式，而是等所有子程序运行结束后，才退出手动运行模式，并且在退出手动运行模式之前，无法启动其他没有运行的子程序，“手动停止”兼有“程序停止”的功能。

（4）自动运行模式下，“自动停止”有效时，与手动运行模式下的“程序停止”有些类似，可以当所有子程序运行标志位无效时退出，也可以执行完一个整体工艺流程后退出，依据具体情况而定，方式方法可以讨论，集思广益。

另外，关于“系统急停”的实现方法需要特别说明，一般而言，系统急停信号来自为了应对突发事件而设置的紧急停止按钮，因此还不能将急停的作用简单等同为清除所有活动步、输出位和状态标志位，其最终目的是设备发生异常情况时，按下此按钮使得设备、人员安全，损失最小，清除活动步或状态位只是实现设备、人员安全目的的程序变化情况之一。为了实现急停功能，主要考虑程序结构及生产工艺特点，与之对应的处理方法是使用分步急停和设置急停附加流程。

（1）分步急停。由于程序中存在运行模式的选择和嵌套调用，所以不能在同一时刻清除所有活动步、输出位和状态标志位等，这会影响下一次程序的运行，解决的方法是使用分步急停，依据嵌套顺序由里向外依次清除活动步和状态标志等。

（2）急停附加流程。考虑的具体工艺要求和实际控制对象特点，可能存在不能保证任意时刻复位所有输出位是安全的，这与上述的“设备、人员安全，损失最小”的目标相违背，所以这就需要判断急停信号有效时所处的生产阶段，根据不同阶段希望系统做出不同的反应，有时必须在急停信号清除其他所有活动步和状态位的同时适时启动急停附加流程以应对急停信号在生产的特殊阶段有效时所产生的不良后果。

五、程序调试

程序编写完成需要经过全面调试才能应用于生产，程序调试即是在保证安全的前提下，按照要求逐一检验系统功能，由于程序是第一次联机控制设备运行，这时可能会遇到各种各样的问题，所以安全因素就变得尤其重要，最基本的原则是不管以哪种方式进行调试，必须保证设备和人员是安全的。

调试应该按照从简单到复杂的顺序有序进行，按照预先制定的调试计划从控制系统接线情况到程序功能实现效果等逐一进行，具体步骤为：检修→手动→自动。除验证程序功能之外，程序调试需要做的工作和注意事项还有：

1、制定调试计划

制定调试计划是为了避免没有针对性和目的性的盲目调试，需要分析程序的关键部分并有针对性地去验证，这样可以在最短的时间内发现程序中的问题。调试计划一般包括调试时间、调试内容等，即便没有书面的调试计划，调试人员至少要有清晰的调试思路，方式方法依据个人经验和能力而定，但是应该养成制定调试计划的习惯。

2、完成调试记录

在调试过程中，需要将调试的效果和出现的问题详细记录下来，以便于继续完善程序，同时也总结了实践经验。调试记录一般包括调试时间、参加人员、调试内容及实际效果、出现的问题及原因等。

3、虽然控制台/柜在出厂之前一般已经测试完毕，但是在系统从新运行之前，必须再次测试，内容是检查所有电源线路是否存在短路情况，保证控制系统设备安全，其他信号线可以等系统运行后测试。

4、一定要和现场人员保持密切、流畅的沟通，根据实时工况合理设置参数，并且必须得到现场人员的认可后才能进行操作。

5、应该首先调试系统急停功能，系统急停有效是最基本的要求，而且要验证任意时刻的系统急停功能，要保证在调试其他功能出现异常时，系统急停的有效性。

6、调试中发现有程序编写错误或其他问题，若需修改程序，要尽量做到程序与流程图同步修改，并且务必做到程序备份，并记录备份程序的内容。

调试过程中的其他事宜会根据工艺的不同而不同，但是必须强调的是，要时刻将安全因素放在首位，要尽可能全面、完整地模拟实际生产的工况，以检验程序的稳定性、可靠性。

六、控制系统设计流程

以上内容主要是总结了在控制系统设计各阶段中需要特别注意的事项，跟实践经验的关系比较密切，下面从整体的角度概括控制系统设计的流程，其一般步骤为：

1、制定控制系统总体方案

控制系统总体方案主要是明确项目的控制功能、控制指标、工艺流程分析、控制对象及I/O点统计、需求分析、设计思路、系统总体框架、设备选型、程序设计思路、控制柜设计思路、现场布线思路和其他接口等，要以文本的形式明确以上内容。

2、绘制控制系统电气接线原理图

图纸内容主要包括图纸目录、设计说明、电机设备、电气设备、系统框图、控制柜正面组合图、控制柜电气原理图、系统DI原理图、DO原理图、AI原理图、AO原理图、仪表原理图等，要求图纸设计必须清晰、规范，是第三方加工控制柜的技术依据，也是向甲方提供的竣工资料之一。

3、绘制控制系统现场施工图

主要是依据现场实际情况，确定控制柜与现场设备之间的线缆连接情况，一般与甲方人员会商后根据现场情况确定。

4、明确控制系统采购清单

以上内容确定之后，就应该确定所有的系统材料采购清单，主要包括名称、品牌型号、单价、数量、有无附件、供货周期等。

5、编写控制系统程序流程图 其实本质是开始编写程序，不再详述

6、编写控制系统上位机设计说明书

内容是介绍上位机监控界面的设计原则，主要包括组态软件介绍、系统画面组成和画面设计风格，另外还需详细介绍操作画面的功能设置。

7、程序调试

8、整理其他技术资料

主要内容有控制系统编程资料，包括内存分配、通信设置、IO点地址分配等，除此之外，还有操作说明书和维护说明书。

以上内容主要体现了工控领域编程的大体要求以及某些工程思想，对写程序流程图、绘制电气接线原理图和编程方法、技巧等具体问题涉及不多，主要是我认为工控思想的建立比编程本身要高一个层次。总之，控制领域入门简单却又深不可测，上述有不妥、不对之处，望能给予指正，彼此学习，共同进步！

陈成瑞 2012.08.27