河南机电高等专科学校电气工程系
微控制器技术课程
设计报告
设计题目：电机正反转控制
专业： 电力系统自动化 班级： 电力 学号： 姓名： 指导教师：
设计时间： 2013.10.21---2013.10.27
微控制器技术课程设计任务书
设计题目： 电机正反转控制 设计时间： 2013.10.21---2013.10.27 设计任务：
在Proteus 中画出原理图或使用实物，编制程序，实现以下功能： 1、理解电机正反转驱动电路工作原理。
2、编制驱动程序，使用LED 数码管显示电机状态：1：正转；2：反转。
3、有按键，可改变电机转动方向。 显示全0。
背景资料：1、单片机原理与应用 2、检测技术
3、计算机原理与接口技术进度安排：
1、第一天，领取题目，熟悉设计内容，分解设计步骤和任务； 2、第2天，规划设计软硬件，编制程序流程、绘制硬件电路。 3、第3天，动手制作硬件电路，或编写软件，并调试。 4、第4天，中期检查，书写设计报告。
5、第5天，提交设计报告，整理设计实物，等待答辩。 6、第6天，设计答辩。
题目：电机正反转控制
一、设计目的
通过电机正反转控制的电路设计，使学生掌握三极管用作开关管时的工作原理，直流电机的驱动方法、H 桥电路的构成和特点，训练学生的动手能力，培养独立解决问题的能力，为今后电路设计和电类后续课程的学习奠定基础。 二、设计要求
对于较大容量的交流电动机，启动是可采用Y-△降压启动。电动机开始启动
是△形连接，延时一定时间后，自动切换到Y 形连接运行。Y-△转换用两个接触器切换完成，由PLC 输出点控制。正转时按下反转开关无反应，按下停止按钮，电动机停止转动，按下反转按钮，启动Y 形连接。此时按下正转按钮系统无反应。
三、方案设计与论证
方案设计： 使用三段拨码开关控制H 桥控制电路的上电。如果电源接在2端，则电流流通的路径是Vcc →Q2→电机→Q4，电机正转。如果电源接在3端，则则电流流通的路径是Vcc →Q2→电机→Q4，则电机反转。
二极管D1-D4此处用作续流二级管。
单相电机的启动绕组串接有一个合适的电容，借助于移相电容使其定子的两绕组获得相差90度的两个旋转磁场而能自动旋转起来。
要改变电机的转向，需要在电机绕组引出线的接点上、找出启动绕组，将原来串接电容的一端、与原来接公用点的另一端线对调、连接，就能达到改变转向的目的。
如果该电机主、副绕组一样，需要随意控制转向的；只需将原来接电容器的电源线通过一个双控开关，与电机电容的两端线连接，操作开关改变电源接入电容的方向、就能控制电机的转向了。
方案论证：设计一电动机正反转控制电路，当按下正转按钮时，小型直流电动机正转，正转指示灯亮；当按下反转按钮时，小型直流电动机反转，反转指示灯亮； 无按键时，电动机不转。
电动机可逆运行控制电路
电动机可逆运行控制电路 线路分析如下：
（1） 正向启动：
1、合上空气开关QF 接通三相电源
2、按下正向启动按钮SB3，KM1通电吸合并自锁，主触头闭合接通电动机，电动机这时的相序是L1、L2、L3，即正向运行。
（2） 反向启动：
1、合上空气开关QF 接通三相电源
2、按下反向启动按钮SB2，KM2通电吸合并通过辅助触点自锁，常开主触头闭合换接了电动机三相的电源相序，这时电动机的相序是L3、L2、L1，即反向运行。
（3）互锁环节：具有禁止功能在线路中起安全保护作用。
1、接触器互锁：KM1线圈回路串入KM2的常闭辅助触点，KM2线圈回路串入KM1的常闭触点。当正转接触器KM1线圈通电动作后，KM1的辅助常闭触点断开了KM2线圈回路，若使KM1得电吸合，必须先使KM2断电释放，其辅助常闭触头复位，这就防止了KM1、KM2同时吸合造成相间短路，这一线路环节称为互锁环节。
2、按钮互锁：在电路中采用了控制按钮操作的正反传控制电路，按钮SB2、SB3都具有一对常开触点，一对常闭触点，这两个触点分别与KM1、KM2线圈回路
连接。例如按钮SB2的常开触点与接触器KM2线圈串联，而常闭触点与接触器KM1线圈回路串联。按钮SB3的常开触点与接触器KM1线圈串联，而常闭触点压KM2线圈回路串联。这样当按下SB2时只能有接触器KM2的线圈可以通电而KM1断电，按下SB3时只能有接触器KM1的线圈可以通电而KM2断电，如果同时按下SB2和
SB3则两只接触器线圈都不能通电。这样就起到了互锁的作用。
（4）电动机的过载保护由热继电器FR 完成。
四、设计原理和电路图如下
I/O接线图
SB1 SB2
FR
时序图/顺序功能图/电气原理图
用PLC 实现电动机反接制动控制电路。如图六所示，其工作原理如下： （1）按下正向起动按钮SB2，运行过程如下：中间继电器KA1线圈得电，KA1常开触点闭合并自锁，同时正向接触器KM1得电，主触点闭合，电动机正向起动；在刚起动时未达到速度继电器KV 的动作转速，常开触点KS-Z 未闭合，中间继电器KA3断电，KM3也处于断电状态，因而电阻R 串在电路中限制起动电流；当转速升高后，速度继电器动作，常开触点KS-Z 未闭合，KM3线圈得电，其主触点短接电阻R ，电动机起动结束。
（2）按下停止按钮SB1，运行过程如下：中间继电器KA1线圈失电，KA1常开触点断开接触器KM3线圈电路，电阻R 再次串在电动机定子电路限制电流；同时，KM1线圈失电，切断电动机三相电源；此时电动机转速仍然较高，常开触点KS-Z 仍闭合，中间继电器KA3线圈也还处于得电状态，在KM1线圈失电的同时又使得KM2线圈得电，主触点将电动机电源反接，电动机反接制动，定子电路一直串联有电阻R 以限制制动电流；当转速接近零时，速度继电器常开触点KS-Z 断开，KA3和KM2线圈失电，制动过程结束，电动机停转。
（3）按下反向起动按钮SB3，运行过程如下：如果正处于正向运行状态，反向按钮SB3同时切断KA1和KM1线圈；然后中间继电器KA2线圈得电，KA2常开触点闭合并实现自锁，同时正向接触器KM2得电，主触点闭合，电动机反向起动；由于原来电动机处于正向运行，所以首先制动。制动结束后，反向速度在未达到速度继电器KV 的动作转速时，常开触点KS-F 未闭合，中间继电器KA4断电，KM3也处于断电状态，因而电阻R 仍串在电路中限制起动电流；当反向转速升高后，速度继电器动作，常开触点KS-F 闭合，KM3线圈得电，其主触点短接电阻R ，电动机反向起动结束。反向制动过程与正向制动过程类似。
(4)．用PLC 实现图七所示的三相绕线感应电动机串电阻继电器接触器控制电路。试列出I/O分配表、编写梯形图并上机运行调试。
五、软件设计
梯形图
六、调试
首先进行编写程序，下载，然后再接线，然后在打开开关，进行调试，看是否能达到要求，如果出现问题，在检查接线问题，如果没有问题在看程序，是否正确，如果没有达到要求在进行调试，当按下按钮SB1，△形接通，5S 后△接通，Y 形断开，再按下SB1无反应。按下按钮SB3，Y 形△形断开。按下SB2， Y型接通；再按下SB1无反应。
系统调试分几种情况：
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。
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。
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。例如原来我用PO1、PO2、PO3来控制电机运行的快速、中速、慢速，发现按钮不能自锁，后来通过20.00、20.01、20.02三个中间继电器，并补充了一些程序实现了自锁功能。
电动机可逆运行控制电路的调试
1、检查主回路路的接线是否正确，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。
2、检查接线无误后，通电试验，通电试验时为防止意外，应先将电动机的接线断开。
（5）故障现象预处理；
1、不启动；原因之一，检查控制保险FU 是否断路，热继电器FR 接点是否用错或接触不良，SB1按钮的常闭接点是否不良。原因之二按纽互锁的接线有误。
2、起动时接触器“叭哒”就不吸了；这是因为接触器的常闭接点互锁接线有错，将互锁接点接成了自己锁自己了，起动时常闭接点是通的接触器线圈的电吸合，接触器吸合后常闭接点又断开，接触器线圈又断电释放，释放常闭接点又接通接触器又吸合，接点又断开，所以会出现“叭哒”接触器不吸合的现象。
3、不能够自锁一抬手接触器就断开，这是因为自锁接点接线有误。
七、设计总结
图中，SB 为停机按钮，SB1为正转启动按钮，SB2为反转启动按钮，KM1为正转控制接触器，KM2为反转控制接触器。继电控制电路的工作分析不再赘述，PLC 控制的工作过程，参照其I/O接线图和梯形图，分析如下：
(1)正转启动过程
点动SB1→X2吸合→A 区X2闭合→Y1吸合－→Y1输出触点闭合→KM1吸合→电动机正转→B 区Y1闭合→自锁Y1→C 区Y1分断→互锁Y2
(2)停机过程
点动SB →X1吸合→A 区X1分断→Y1释放→各器件复位→电动机停止
反转启动与停机过程，请读者自行分析。
图中的指令语句表，是用英文助记符描述梯形图中各部件的连接关系和编程指令。
参考文献
[1]凌云.PS7219显示驱动器及其在PLC 中的应用. 湖南冶金职业技术学院报，2003
[2]张桂香. 电气控制与PLC 应用. 化学工业出版社，2003
[3]王成福.PLC 在多路温度采集显示系统中的应用. 电子技术，2003
[3]张桂苓. 浅谈现代PLC 的优势特点. 电子技术，2003
[5]李丹，杨素英. 可编程序控制器通用数据采集方法的研究. 大连理工学报，2001
[6]齐晓慧, 董海瑞. 自动控制原理虚拟实验研究[J]．中国教育教学杂志，2006
[7]刘晓燕. 自动控制原理课程教改探索[J]．重庆职业技术学院学报，2006
[8]罗建军.MATLAB 教程［M ］．北京:电子工业出版社，2005
[9]龚其春，叶骞. 新型气体泄漏超声检测系统的研究与设计[J].电子技术应2005
[10]邱水红, 甘仲民自适应数字波束形成的抗干扰新技术［J ］. 电信快报,1999
[11]朱近康. 面向新一代移动通信的智能移动通信技术［J ］. 电子学报,1999
[12]谢显中. 第三代移动通信系统技术与实现［M ］. 北京：电子工业出版社，2004
[13]肖杰, 荆雷. 智能天线在移动通信中的应用［J ］. 邮电设计技术，2004
[14]李钊, 韦玮. 第四代移动通信中的多天线技术［J ］. 移动通信，2005
河南机电高等专科学校电气工程系
微控制器技术课程
设计报告
设计题目：电机正反转控制
专业： 电力系统自动化 班级： 电力 学号： 姓名： 指导教师：
设计时间： 2013.10.21---2013.10.27
微控制器技术课程设计任务书
设计题目： 电机正反转控制 设计时间： 2013.10.21---2013.10.27 设计任务：
在Proteus 中画出原理图或使用实物，编制程序，实现以下功能： 1、理解电机正反转驱动电路工作原理。
2、编制驱动程序，使用LED 数码管显示电机状态：1：正转；2：反转。
3、有按键，可改变电机转动方向。 显示全0。
背景资料：1、单片机原理与应用 2、检测技术
3、计算机原理与接口技术进度安排：
1、第一天，领取题目，熟悉设计内容，分解设计步骤和任务； 2、第2天，规划设计软硬件，编制程序流程、绘制硬件电路。 3、第3天，动手制作硬件电路，或编写软件，并调试。 4、第4天，中期检查，书写设计报告。
5、第5天，提交设计报告，整理设计实物，等待答辩。 6、第6天，设计答辩。
题目：电机正反转控制
一、设计目的
通过电机正反转控制的电路设计，使学生掌握三极管用作开关管时的工作原理，直流电机的驱动方法、H 桥电路的构成和特点，训练学生的动手能力，培养独立解决问题的能力，为今后电路设计和电类后续课程的学习奠定基础。 二、设计要求
对于较大容量的交流电动机，启动是可采用Y-△降压启动。电动机开始启动
是△形连接，延时一定时间后，自动切换到Y 形连接运行。Y-△转换用两个接触器切换完成，由PLC 输出点控制。正转时按下反转开关无反应，按下停止按钮，电动机停止转动，按下反转按钮，启动Y 形连接。此时按下正转按钮系统无反应。
三、方案设计与论证
方案设计： 使用三段拨码开关控制H 桥控制电路的上电。如果电源接在2端，则电流流通的路径是Vcc →Q2→电机→Q4，电机正转。如果电源接在3端，则则电流流通的路径是Vcc →Q2→电机→Q4，则电机反转。
二极管D1-D4此处用作续流二级管。
单相电机的启动绕组串接有一个合适的电容，借助于移相电容使其定子的两绕组获得相差90度的两个旋转磁场而能自动旋转起来。
要改变电机的转向，需要在电机绕组引出线的接点上、找出启动绕组，将原来串接电容的一端、与原来接公用点的另一端线对调、连接，就能达到改变转向的目的。
如果该电机主、副绕组一样，需要随意控制转向的；只需将原来接电容器的电源线通过一个双控开关，与电机电容的两端线连接，操作开关改变电源接入电容的方向、就能控制电机的转向了。
方案论证：设计一电动机正反转控制电路，当按下正转按钮时，小型直流电动机正转，正转指示灯亮；当按下反转按钮时，小型直流电动机反转，反转指示灯亮； 无按键时，电动机不转。
电动机可逆运行控制电路
电动机可逆运行控制电路 线路分析如下：
（1） 正向启动：
1、合上空气开关QF 接通三相电源
2、按下正向启动按钮SB3，KM1通电吸合并自锁，主触头闭合接通电动机，电动机这时的相序是L1、L2、L3，即正向运行。
（2） 反向启动：
1、合上空气开关QF 接通三相电源
2、按下反向启动按钮SB2，KM2通电吸合并通过辅助触点自锁，常开主触头闭合换接了电动机三相的电源相序，这时电动机的相序是L3、L2、L1，即反向运行。
（3）互锁环节：具有禁止功能在线路中起安全保护作用。
1、接触器互锁：KM1线圈回路串入KM2的常闭辅助触点，KM2线圈回路串入KM1的常闭触点。当正转接触器KM1线圈通电动作后，KM1的辅助常闭触点断开了KM2线圈回路，若使KM1得电吸合，必须先使KM2断电释放，其辅助常闭触头复位，这就防止了KM1、KM2同时吸合造成相间短路，这一线路环节称为互锁环节。
2、按钮互锁：在电路中采用了控制按钮操作的正反传控制电路，按钮SB2、SB3都具有一对常开触点，一对常闭触点，这两个触点分别与KM1、KM2线圈回路
连接。例如按钮SB2的常开触点与接触器KM2线圈串联，而常闭触点与接触器KM1线圈回路串联。按钮SB3的常开触点与接触器KM1线圈串联，而常闭触点压KM2线圈回路串联。这样当按下SB2时只能有接触器KM2的线圈可以通电而KM1断电，按下SB3时只能有接触器KM1的线圈可以通电而KM2断电，如果同时按下SB2和
SB3则两只接触器线圈都不能通电。这样就起到了互锁的作用。
（4）电动机的过载保护由热继电器FR 完成。
四、设计原理和电路图如下
I/O接线图
SB1 SB2
FR
时序图/顺序功能图/电气原理图
用PLC 实现电动机反接制动控制电路。如图六所示，其工作原理如下： （1）按下正向起动按钮SB2，运行过程如下：中间继电器KA1线圈得电，KA1常开触点闭合并自锁，同时正向接触器KM1得电，主触点闭合，电动机正向起动；在刚起动时未达到速度继电器KV 的动作转速，常开触点KS-Z 未闭合，中间继电器KA3断电，KM3也处于断电状态，因而电阻R 串在电路中限制起动电流；当转速升高后，速度继电器动作，常开触点KS-Z 未闭合，KM3线圈得电，其主触点短接电阻R ，电动机起动结束。
（2）按下停止按钮SB1，运行过程如下：中间继电器KA1线圈失电，KA1常开触点断开接触器KM3线圈电路，电阻R 再次串在电动机定子电路限制电流；同时，KM1线圈失电，切断电动机三相电源；此时电动机转速仍然较高，常开触点KS-Z 仍闭合，中间继电器KA3线圈也还处于得电状态，在KM1线圈失电的同时又使得KM2线圈得电，主触点将电动机电源反接，电动机反接制动，定子电路一直串联有电阻R 以限制制动电流；当转速接近零时，速度继电器常开触点KS-Z 断开，KA3和KM2线圈失电，制动过程结束，电动机停转。
（3）按下反向起动按钮SB3，运行过程如下：如果正处于正向运行状态，反向按钮SB3同时切断KA1和KM1线圈；然后中间继电器KA2线圈得电，KA2常开触点闭合并实现自锁，同时正向接触器KM2得电，主触点闭合，电动机反向起动；由于原来电动机处于正向运行，所以首先制动。制动结束后，反向速度在未达到速度继电器KV 的动作转速时，常开触点KS-F 未闭合，中间继电器KA4断电，KM3也处于断电状态，因而电阻R 仍串在电路中限制起动电流；当反向转速升高后，速度继电器动作，常开触点KS-F 闭合，KM3线圈得电，其主触点短接电阻R ，电动机反向起动结束。反向制动过程与正向制动过程类似。
(4)．用PLC 实现图七所示的三相绕线感应电动机串电阻继电器接触器控制电路。试列出I/O分配表、编写梯形图并上机运行调试。
五、软件设计
梯形图
六、调试
首先进行编写程序，下载，然后再接线，然后在打开开关，进行调试，看是否能达到要求，如果出现问题，在检查接线问题，如果没有问题在看程序，是否正确，如果没有达到要求在进行调试，当按下按钮SB1，△形接通，5S 后△接通，Y 形断开，再按下SB1无反应。按下按钮SB3，Y 形△形断开。按下SB2， Y型接通；再按下SB1无反应。
系统调试分几种情况：
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。
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。
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。例如原来我用PO1、PO2、PO3来控制电机运行的快速、中速、慢速，发现按钮不能自锁，后来通过20.00、20.01、20.02三个中间继电器，并补充了一些程序实现了自锁功能。
电动机可逆运行控制电路的调试
1、检查主回路路的接线是否正确，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。
2、检查接线无误后，通电试验，通电试验时为防止意外，应先将电动机的接线断开。
（5）故障现象预处理；
1、不启动；原因之一，检查控制保险FU 是否断路，热继电器FR 接点是否用错或接触不良，SB1按钮的常闭接点是否不良。原因之二按纽互锁的接线有误。
2、起动时接触器“叭哒”就不吸了；这是因为接触器的常闭接点互锁接线有错，将互锁接点接成了自己锁自己了，起动时常闭接点是通的接触器线圈的电吸合，接触器吸合后常闭接点又断开，接触器线圈又断电释放，释放常闭接点又接通接触器又吸合，接点又断开，所以会出现“叭哒”接触器不吸合的现象。
3、不能够自锁一抬手接触器就断开，这是因为自锁接点接线有误。
七、设计总结
图中，SB 为停机按钮，SB1为正转启动按钮，SB2为反转启动按钮，KM1为正转控制接触器，KM2为反转控制接触器。继电控制电路的工作分析不再赘述，PLC 控制的工作过程，参照其I/O接线图和梯形图，分析如下：
(1)正转启动过程
点动SB1→X2吸合→A 区X2闭合→Y1吸合－→Y1输出触点闭合→KM1吸合→电动机正转→B 区Y1闭合→自锁Y1→C 区Y1分断→互锁Y2
(2)停机过程
点动SB →X1吸合→A 区X1分断→Y1释放→各器件复位→电动机停止
反转启动与停机过程，请读者自行分析。
图中的指令语句表，是用英文助记符描述梯形图中各部件的连接关系和编程指令。
参考文献
[1]凌云.PS7219显示驱动器及其在PLC 中的应用. 湖南冶金职业技术学院报，2003
[2]张桂香. 电气控制与PLC 应用. 化学工业出版社，2003
[3]王成福.PLC 在多路温度采集显示系统中的应用. 电子技术，2003
[3]张桂苓. 浅谈现代PLC 的优势特点. 电子技术，2003
[5]李丹，杨素英. 可编程序控制器通用数据采集方法的研究. 大连理工学报，2001
[6]齐晓慧, 董海瑞. 自动控制原理虚拟实验研究[J]．中国教育教学杂志，2006
[7]刘晓燕. 自动控制原理课程教改探索[J]．重庆职业技术学院学报，2006
[8]罗建军.MATLAB 教程［M ］．北京:电子工业出版社，2005
[9]龚其春，叶骞. 新型气体泄漏超声检测系统的研究与设计[J].电子技术应2005
[10]邱水红, 甘仲民自适应数字波束形成的抗干扰新技术［J ］. 电信快报,1999
[11]朱近康. 面向新一代移动通信的智能移动通信技术［J ］. 电子学报,1999
[12]谢显中. 第三代移动通信系统技术与实现［M ］. 北京：电子工业出版社，2004
[13]肖杰, 荆雷. 智能天线在移动通信中的应用［J ］. 邮电设计技术，2004
[14]李钊, 韦玮. 第四代移动通信中的多天线技术［J ］. 移动通信，2005