目 录

一、设计要求………………………………………………………2

二、总体设计方案…………………………………………………2

三、电气设计………………………………………………………6

四、PLC设计 ………………………………………………………8

五、调试过程与结果………………………………………………11

六、心得体会………………………………………………………12

七、参考书目………………………………………………………13

课程设计内容

一、设计要求

1. 控制要求

（1）变频调速器受数字量控制：

第一档输出频率为 0HZ，对应同步转速为 0 r/min；

第二档输出频率为 50HZ，对应同步转速为 1500 r/min；

第三档 输出频率为 100HZ，对应同步转速为 3000 r/min；

输入电压与输出频率按线性关系变化。

（2）要求输出转速按下图1函数变化，请编写梯形图控制程序。

（3）改变输出转速～时间变化函数，重复上述过程。

图1 所要实现的功能示意图

分为三档，t1=20s、t2=25s、t3=30s、t4=60s

2.课题要求：

（1）按题意要求，画出 PLC 端子接线图及控制梯形图。【含变频器接线图】

（2）编制控制程序，并画出梯形逻辑图。

（3）完成课程设计说明书。

二、总体设计方案

本次设计通过PLC和变频器的组合完成数字量的输入来控制电动机实现的不同的转速功能，使电动机分三个档次速度的运转，系统通过按钮设定为自动模式和手动模式。通过开关SB1、SB2和接触器KM1、KM2对电动机起正反方式控制；用接触器KM3、KM4和KM5对电动机实现三个不同档次速度的控制；同时用时间继电器KT3、KT4、KT5和KM6对电动机三个不同档次速度的延时控制。用开关SB7和接触器KM7来启动开关模式，同时由SB4、SB5和SB6分别来实现点动模式实现三个不同档次速度的控制。

1、选择电器元件

（1）电动机和变频器的选择

电动机型号为Y132S1-2的三相异步电动机，额定工作电压为交流380V，额定电流为22A，频率为100HZ，功率为11KW，同步转速为3000r/min。

变频器型号为FR-A540-7.5K-CH，额定工作电压为交流380V，额定电流为22A，频率为100HZ，功率为11KW，同步转速为3000r/min。

变频器参数 表1

参数序号 名称 设定值

1 上线频率 100Hz

2 上线频率 0Hz

3 加速时间 10s

4 减速时间 20s

（2）热继电器FR1

由于电动机M1的额定电流15A，FR1可以选用JR16B-20/3，热元件电流为22A，电流整定范围为18~30A工作时将额定电流调整为22A。

（3）熔断器FU

FU是对电动机M1进行保护的熔断器。熔体电流为

I=（1.5~2.5）I1=33~55A

式中，I1为电动机M1的额定电流；

因此可以选择型号为RL1-60的熔断器。

（4）接触器KM

接触器KM1，根据主电动机M1的额定电流I=22A，控制回路电源为24V主触点一对，常开辅助触点一对，常闭辅助触点两对，根据上述情况，选用CJX2—25N9型的接触器。电磁线圈电压为24V。

本次设计PLC控制变频调速系统设计系统中选用 -16MR-001基本单元, 电机选择型号为Y132S1-2的三相异步电动机，额定功率为7.5KW,工作电压为交流380V,同步3000r/min,额定电流15A,根据电机功率选择型号为FR-A540-7.5K-CH的变频器。

2.确定系统控制结构

由PLC和变频器组成的开环控制系统， PLC输出端的数字量作为变频器的输入。

实现如下控制：

第一档输出频率为0Hz，对应同步转速为0r/min；第二档输出频率为50Hz，对应同步转速为1500r/min；第三档输出频率为3000Hz，对应同步转速为3000r/min。

当PLC数字量输出第一档时，变频器输出频率为100Hz；电机经过20s速度由0—3000r/min；电机以最大速度运行5s，PLC数字量第二档输出时，变频器输出频率为50Hz，对应同步转速降为1500 r/min， 电动机以中速运行5s后，PLC数字量输出第三档，变频器输出为0Hz，电机转速为0r/ min，电动机以中速运行30s后。

3. 系统流程图

由于本系统是通过PLC和变频器的组合完成数字量的输入来控制电动机实现的不同的转速功能，使电动机分三个档次速度的运转。在此本设计首先是按钮SB7设定自动模式和手动模式两种。由开关SB1、SB2对电动机起正反方式控制。在自动模式时用时间继电器KT3延时20s实现高速启动、时间继电器KT4延时5s实现高速运转、时间继电器KT5延时5s实现中速运转和时间继电器KM6延时30s实现低速运转以达到对电动机三个不同档次速度的延时控制。即整个系统控制过程流程如下：

图2 系统流程图

即系统分自动和手动两种模式，在自动模式下，由SB1或SB2按钮控制启动正转或反转，随后第一档输出（高速启动）；在计时5s后转成第二档输出（中速启动）；在计时30s后转成第三档输出（低速启动），在计时30s自动停止。在点动模式下，由SB7按钮控制，并由SB4、SB5、SB6分别控制第一档输出（高速启动）、第二档输出（中速启动）和第三档输出（低速启动）。当按钮松开后，电动机立即停止。

4、PLC端子接线图

根据所设计的要求，本设计中实现PLC的正反转的输入按钮为SB1和SB2，停止按钮为SB3；第一档输入（高速启动）、第二档输入（中速启动）和第三档输入（低速启动）按钮分别为SB4、SB5和SB6；停止按钮为SB7。其各按钮与PLC的输入端子及PLC输出端子与变频器的输入端子的接法对应示意图如下：

图3 PLC端子与变频器接线示意图

三、电气设计

1、设计目标：调节变频器是其输出频率受PLC输出的数字量控制。

2．1、电气图

图4 主电路图 图5 正反转控制电路图

其中：图4中主电路部分可知，若KM1和KM2分别闭合，则电动机的定子绕组所接两相电源对调，结果电动机转向不同。关键要看控制电路部分如何工作。

图5把接触器的动断辅助触点相互串联在对方的控制回路中，就使两者之间产生了制约关系。一方工作时切断另一方的控制回路，使另一方的起动按钮失去作用。接触器通过动断辅助触点形成的这种互相制约关系称为“联锁”或“互锁”。正转、反转接触器通过互锁避免了同时接通造成主电路短路的可能性。

2．2、电气总控制图

总控制电路图6

其中图6为主控制电路图，当SB1或SB2按下，同时SB7没有按下时，此时系统处于自动模式，先是继电器KT3得电开始计时，计时10s到常开延时闭合开关KT3闭合，电动机高速运转。同时时间继电器KT4开始计时，计时5s到后常开延时闭合开关KT4闭合，电动机高速断开开始中速运转。同时KT5开始计时，计时15s后常开延时闭合开关KT5闭合，电动机低速运转。当SB1或SB2按下，同时SB7按下时，此时系统处于点动模式，若SB4按下时，电动机处于高速运转状态；若SB5按下时，电动机处于中速运转状态，若SB6按下时，电动机处于低速运转状态。

四、PLC设计

1、根据电动机和变频器规格及所需实现的功能和上面的低压电器的简单设计所选的各种低压元器件如下：

低压电器目录 表2

序号 文字符号 名称 数量 规格型号 备注

1 FR 断路器 1 NS1000N 短路电流22A

2 FU 熔断器 2 RL1-60 熔体33-55A

3 FR 热继电器 3 JR16B-20/3 参照电动机整定电流

4 KT3-KT6 时间继电器 4 JJSB1系列

5 KM1-KM7 接触器 7 CJX2-25N9

6 SB1-SB7 按钮 7 LAY37 红色、黄色、绿色

1、 梯形图

根据所设计的要求，本设计中实现PLC中所规定的各种控制按钮与程序中的输入与输出对应关系如下表：

按钮与程序对应 表3

输入信号 输出信号

说明 代号 输入点编号 说明 代号 输出点编号

M1正启动按钮 SB1 X001 M1正转接触器 KM1 Y001

M2反启动按扭 SB2′ X002 M1反转接触器 KM2 Y002

停止按扭 SB3 X003 M0停止接触器 KM0 Y000

M4点动高速启动按扭 SB4 X004 M3点动高速接触器 KM3 Y003

M5点动中速启动按扭 SB5 X005 M4点动中速接触器 KM4 Y004

M6点动低速启动按扭 SB6 X006 M5点动高速接触器 KM5 Y005

M7启动按扭 SB7 X007 M7点动点动模式接触器 KM7 Y007

梯形图如下：

3、根据梯形图所得指令表如下：

0 LD X003

1 MC N0

SP M00

2 LD X001

3 ANI X002

4 ANI T6

5 OUT Y001 //正转启动；

6 LDI X001

7 AND X002

8 ANI T6

9 OUT Y002 //反转启动；

10 LD Y001

11 OR Y002

12 OR M006

13 ANI T6

14 OUT M006

15 LD X007

16 OR Y007

17 AND M006

18 ANI T6

19 OUT Y007 //点动模式启动；

20 LDI Y007

21 AND M006

22 ANI T6

23 OUT T3

24 SP K200 //高速启动的加速阶段；

25 LD T3

26 OUT T4

27 SP K50

28 LD T3

29 ANI T4

30 ANI Y004

31 LD X004

32 AND Y007

33 ORB

34 AND M006

35 ANI T6

36 OUT Y003 //高速输出；

37 LD T4

38 OUT T5

SP K50

39 LD T4

40 ANI T5

41 ANI Y003

42 LD X005

43 AND Y007

44 ORB

45 ANI M006

46 ANI T6

47 OUT Y004 //中速输出；

48 LD T5

49 OUT T6

SP K300

50 LD T5

51 LD X006

52 AND Y007

53 ORB

54 ANI M006

55 ANI T6

56 OUT Y005 //低速输出；

SP K200

57 END

五、调试过程及结果

调试过程：

1、先将PLC程序传入程序控制器中，只连接启动与停止开关，先不与变频器相连接，以免输出电压不正确导致变频器出错。

2、按下启动按钮，看是否按照规定曲线运行，如果运行正确则证明PLC部分调试成功。

3、连接PLC的输出点与变频器的输入点，并且调试好变频器的参数设置，最后把变频器的输出与电机接好。

4、最后打开启动按钮，电机正常运行，并且按照给定的时间函数循环运行。显示的最大频率是100HZ。

调试结果：

系统按照给定的时间函数连续循环运行，由此说明系统设计合理可靠，此设计完全符合设计要求。

六、心得理会

在这次PLC课程设计中，体会到不少，感触颇深。一开始我们不知道从何开始，在我们向老师多次请教后，大概弄清楚具体的设计思路。随后我们查阅了大量资料,利用 系列PLC特点，对按钮、开关等输入/输出进行控制，实现了变频器在控制作用下的自动化及点动模式下的手动化。

在所做PLC的设计，让我进一步对PLC的应用及功能做了了解，对GX软件梯形图的应用也变的熟练。自动门的设计主要考虑到当开门和关门时有人突然来到，从而实现自动检测自动开门关门的控制。在设计的过程中，遇到了很多问题，T0时间范围内有人来，T0不重新计时，关门的过程中有人来却不开门，这些在经过一次次测试、认真思考和讨论的过程中得到了解答。

总之一周的课设，让我觉得很累，但从中收获了很多，最终的成功让我觉得累也是值得的。在此，感谢同学们的帮助以及老师在此次实验中的指导。

参考书目：

［1］ 柴诚敬，刘国维，李阿娜.《化工原理课程设计》.天津：天津科学技术出版社，1994年

［2］ 杨玉琥等.蜗杆凸轮机构精确度分析.天津：天津大学学报，1995，（1）：62~67

［3］ 姜孝定等《三相异步电机绕组图册》北京：机械工业出版社2000-05-01