随着工业技术的不断进步，现代生产对机械设备的操作精度与控制能力提出了更高要求。在众多工业场景中，设备往往需要实现双向运动控制，例如传送带的往返输送、电梯的升降运行以及车辆的前进后退等，这些动作均依赖于电机正反转功能来完成。为了实现这种方向切换，通常需配备能够调控动力输出方向的控制系统。

早期工业阶段，电机转向的调整主要依靠手动操作如扳动闸刀开关或转换手柄，通过改变电源相序来调整电场方向，从而实现电机反转。然而，这类传统控制方式存在诸多不足，如响应迟缓、可靠性低、操作复杂且易发生误动作，难以满足现代化生产的稳定性与安全性需求。

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可编程逻辑控制器（PLC）作为一种融合继电器控制、计算机技术、自动化控制及通信技术于一体的新型工业控制装置，逐渐取代了传统的控制模式。它以微型处理器为核心，结合输入输出模块、信号接收单元、驱动电路及相关控制软件，构成一个高效、灵活的控制系统。相较于传统方案，PLC具备反应速度快、运行稳定、抗干扰能力强、编程便捷以及维护简单等显著优势，广泛应用于各类工控场景。

本研究以三相异步电动机为被控对象，引入PLC控制技术，构建了一套基于PLC的电机正反转控制系统。系统设计涵盖了PLC型号选型、硬件电路搭建、控制逻辑规划以及软件程序编写等多个环节。通过对控制流程的深入分析与仿真验证，充分论证了该设计方案在实际应用中的可行性与有效性。

从系统开发的整体过程来看，不仅实现了对电机启停与转向的精准控制，还提升了整个控制过程的安全性与自动化水平。同时，借助PLC强大的逻辑处理能力，系统可轻松扩展至更复杂的联动控制场景，具有良好的适应性和推广价值。

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关键词：可编程控制器；工控设备；正反转控制

第1章 PLC控制技术概述

1.1 PLC特性分析

可编程逻辑控制器（PLC）作为一种新型的工业自动化控制装置，其设计初衷是为了解决复杂操作需求与严苛运行环境下的设备控制问题。通过多样化的输入/输出接口，PLC能够接收外部信号并执行相应的控制指令，实现对工业设备的精准操控。相较于传统控制方式，PLC展现出显著的技术优势。

1.1.1 PLC与继电器逻辑控制系统的比较

在PLC尚未普及之前，工业领域普遍采用继电器进行电气控制。虽然继电器成本较低，但存在诸多局限性。相比之下，PLC凭借存储逻辑和高度集成化的设计，在多个方面实现了突破。具体对比见表1.1：

比较项目	继电器逻辑控制系统	PLC
控制逻辑	接线逻辑，体积大，接线复杂，修改困难	存储逻辑，体积小、连线少，控制灵活，易于扩展
控制速度	依赖触点开闭动作，响应时间约为几十毫秒，易产生抖动现象	基于半导体电路处理，每条指令执行时间达微秒级，无触点抖动
限时控制	使用时间继电器，精度低，受温度和环境影响明显	由电子定时器实现，定时精确，稳定性高
触点数量	通常仅有4-8对，存在机械磨损问题	软件模拟触点，数量可任意设定，永不磨损
工作方式	并行运行	串行循环扫描
设计与施工	需依次完成设计、安装与调试，周期长且难以更改	可在系统设计完成后同步开展现场布线与程序编写，周期短，修改便捷
可靠性与可维护性	机械部件寿命短，故障率高，维护困难	电子元件寿命长，具备自诊断功能，便于维护
价格	使用机械开关、接触器等，初期投入低	采用大规模集成电路，前期投资较高

1.1.2 PLC与微型计算机控制系统的比较

尽管PLC与微型计算机在硬件结构上具有相似之处——均包含中央处理器、ROM、RAM及I/O模块——但在实际应用中两者定位不同。PLC专为工业控制场景优化，采用了多种抗干扰措施，并配备丰富的扩展模块，使其更适应恶劣工况。两者的详细对比参见表1.2：

比较项目	微型计算机	PLC
应用范围	主要用于科学计算、数据处理和通信等领域	专注于工业过程控制
使用环境	要求恒温恒湿的室内环境	适用于高温、粉尘、电磁干扰强的工业现场
输入/输出	直接连接主机，缺乏光电隔离，无专用I/O接口	具备光电隔离保护，支持多种强电I/O模块
程序设计	语言丰富（如汇编、BASIC），语法复杂，需专业知识	常用梯形图编程，直观易学，适合工程人员掌握
系统功能	拥有强大的操作系统支持	内置监控、自诊断等功能，保障系统稳定运行
工作方式	主要采用中断机制	结合循环扫描与中断响应两种模式
可靠性	抗干扰能力弱，不适合长期连续运行	抗干扰能力强，可长时间稳定运行
体积与结构	结构松散，体积较大，密封性差	结构紧凑，外壳坚固，防尘防水性能好

1.1.3 PLC特点

综合上述分析，PLC具备以下六大核心优势：

1. 抗干扰能力强，运行可靠：在信号传输过程中，系统广泛采用光电耦合技术，并结合多种滤波手段抑制外部干扰；软件层面则设置了“看门狗”机制、故障检测与诊断程序，能实时监测系统状态，一旦出现异常即刻报警并采取应对措施，确保即使在极端环境下也能安全运行。
2. 功能丰富，扩展性强，操作简便：PLC不仅集成了定时、计数、逻辑运算等多种功能，还可通过添加扩展模块灵活增加I/O点数或通信能力。用户可通过图形化编程语言（如梯形图）快速完成程序开发，极大提升了工程实施效率。

1.2 PLC控制技术的应用现状

1.2.1 可编程控制器的市场状况

近年来，随着智能制造和工业4.0的发展，PLC市场需求持续增长。国内外厂商纷纷推出高性能、网络化、智能化的产品系列，推动了PLC在各行业的渗透率不断提升。目前，中高端PLC仍以国外品牌为主导，但国产PLC在中低端市场已具备较强竞争力，并逐步向高端领域拓展。

1.2.2 可编程控制器的应用范围

PLC已被广泛应用于冶金、化工、机械制造、交通运输、能源管理等多个工业领域。无论是单机设备控制还是大型生产线的集中监控，PLC都能提供稳定可靠的解决方案。此外，在楼宇自动化、水处理系统以及智能电网中也发挥着重要作用。

1.3 PLC的工作原理

PLC的整体工作流程可分为三个主要部分：输入采集、程序执行和输出控制。

1.3.1 输入部分

输入单元负责采集来自传感器、按钮、限位开关等外部设备的状态信号，并将其转换为PLC内部可识别的数字量。这些信号经过滤波和光电隔离后送入CPU进行处理，有效防止外部干扰影响系统正常运行。

1.3.2 控制部分

CPU根据预设的用户程序对输入信息进行逻辑运算、数据处理和条件判断，决定输出端口的动作指令。整个过程按照“输入采样—程序执行—输出刷新”的循环方式进行，称为扫描周期。

1.3.3 输出部分

输出模块将CPU生成的控制信号转化为适合驱动执行机构（如电机、电磁阀、指示灯等）的电压或电流信号。常见的输出类型包括继电器型、晶体管型和晶闸管型，分别适用于不同负载需求。

第2章 三相异步电动机结构与电路设计

2.1 三相异步电动机的基本结构

2.1.1 定子基本结构

定子是电动机的静止部分，主要由定子铁芯、三相绕组和机座构成。铁芯采用硅钢片叠压而成，以减少涡流损耗；绕组按一定规律嵌入铁芯槽内，通入三相对称交流电后可产生旋转磁场。

2.1.2 转子基本结构

转子是电动机的旋转部分，常见类型为鼠笼式和绕线式。其中鼠笼式转子结构简单、运行可靠，广泛应用在一般工业场合。其导条两端由端环短接，形成闭合回路，在旋转磁场作用下感应出电动势和电流，从而产生转矩驱动转子转动。

2.2 三相异步电动机的工作原理

当定子三相绕组接入对称三相电源时，会在气隙中产生一个旋转磁场。该磁场切割转子导体，在其中感应出电动势和电流。载流导体在磁场中受到电磁力作用，形成驱动转矩，使转子沿磁场方向旋转。由于转子转速始终低于旋转磁场的同步转速，故称为“异步”电动机。

2.3 三相异步电动机正反转控制的电路设计

实现电动机正反转的关键在于改变定子绕组的相序。通过两个接触器分别接入不同的相序组合，即可实现电机的正向和反向启动。为防止短路事故，必须设置互锁保护机制，确保两个接触器不能同时吸合。

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第3章 三相异步电动机正反转的PLC控制设计

3.1 系统的硬件设计

3.1.1 系统的I/O分配

根据控制要求，确定PLC的输入输出点数。输入信号包括启动、停止、正转/反转选择按钮；输出信号用于驱动接触器线圈和运行指示灯。合理规划I/O地址有助于后续编程与调试。

3.1.2 系统的流程图

控制系统流程包括初始化、输入检测、逻辑判断、输出执行和循环等待等环节。绘制清晰的流程图有利于理解整体控制逻辑，指导软件编程工作。

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3.1.3 系统的PLC选型

依据控制规模和功能需求，选择合适的PLC型号。考虑到本系统仅涉及少量开关量控制，选用小型PLC即可满足要求。同时应关注其抗干扰能力、通信接口和编程支持情况。

3.2 基于PLC的正反转控制系统的整体方案设计

系统采用PLC作为核心控制器，取代传统的继电器逻辑电路。通过编写梯形图程序实现正转、反转及停止功能，并加入互锁与延时保护，提升系统安全性与稳定性。

3.3 系统的软件设计

软件部分主要包括主控程序、互锁逻辑、状态保持及故障处理模块。利用PLC的定时器和辅助继电器实现按钮自锁与延时切换功能，确保操作顺序正确，避免误动作。

3.4 系统整体方案的可行性分析

3.4.1 正转启动

按下正转启动按钮后，PLC检测输入信号，激活正转输出点，驱动对应接触器吸合并自锁。此时电机按设定方向运转，正转指示灯亮起，系统进入运行状态。

3.4.2 反转启动

在停机状态下按下反转按钮，PLC输出反转控制信号，使另一组接触器动作，改变电源相序，电机开始反向旋转。程序中设有互锁逻辑，防止正反转接触器同时得电。

3.4.3 停机制动

无论处于正转或反转状态，按下停止按钮后，PLC立即切断所有输出信号，接触器释放，电机断电停转。同时清除状态标志，准备下次启动。

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第4章 总结与展望

4.1 总结

本文围绕三相异步电动机的正反转控制问题，系统阐述了PLC的工作原理及其相对于传统控制方式的优势。通过构建基于PLC的控制系统，实现了电机正反转的自动化操作。该方案具有接线简洁、控制灵活、可靠性高等优点，充分体现了现代工业控制的发展趋势。

4.2 展望

未来，随着工业物联网和边缘计算技术的发展，PLC将进一步融合通信、数据分析与远程监控功能。下一代PLC将不仅局限于逻辑控制，还将承担更多智能决策任务。同时，国产PLC在核心技术上的突破也将推动其在全球市场的竞争力不断增强。

参考文献

附录A 磁力解析模型子函数

在校期间发表的学术论文与研究成果

毕业论文相似性检测报告

PLC系列化产品结合配套软件，可根据不同控制系统需求进行灵活组合，并通过增加扩展单元实现功能拓展。当生产过程中出现设备升级、控制精度提升或新增功能需求时，仅需调整存储器中的程序即可完成适配，操作简便且响应迅速。

(3) 编程简易性

该控制系统的编程语言具有高度的直观性和具体性，相较于传统抽象的编程方式，更易于理解与掌握，学习门槛低，用户能够快速上手并投入实际应用。

[此处为图片1]

(4) 维护便捷性

经过大量实验验证，PLC具备出色的自诊断能力。系统不仅能将故障信息实时显示在操作界面上，帮助技术人员迅速定位问题所在，还可在某些情况下自动修复简单故障，显著提升了维护效率和系统可用性。

(5) 设计与施工周期短

得益于良好的兼容性，PLC可运行于多种操作平台，支持多任务并行处理，从而有效缩短了工程设计时间，降低了整体开发成本，加快项目落地进度。

(6) 易于实现机电一体化集成

PLC结构紧凑、体积小巧、重量轻便，同时具备高可靠性，非常适合用于制造集机械、电子与控制于一体的智能化设备，推动机电一体化产品的快速发展。

1.2 PLC控制技术的应用现状

1.2.1 可编程控制器的市场状况

国际市场情况：

由于可编程控制系统具备安全高效、适应性强、性能稳定以及成本较低等优势，已在工业领域广泛应用，并取得显著成效。

目前全球有多家PLC制造商，其中最具代表性的企业包括美国AB公司、日本OMRON公司、德国SIEMENS公司以及法国SCHNEIDER公司等。

根据权威机构发布的数据显示，在全球PLC生产企业中，德国SIEMENS公司实力最强，市场占有率接近30%；位居第二的是美国AB公司，市场份额约为18%；第三名为SCHNEIDER公司，占比约12%；其余市场由包括OMRON在内的近200家厂商共同占据[4]。

国内市场现状：

受限于起步较晚，我国对PLC技术的研究始于上世纪八十年代，整体发展水平落后于西方发达国家，尤其在远程通信I/O、智能模块及大规模生产等关键技术方面存在明显差距。

在国内中大型PLC市场中，产品几乎全部依赖进口，主要供应商包括美国AB公司、GE-FANUC公司，德国SIEMENS公司，法国SCHNEIDER MODICON公司以及日本OMRON公司[5]。

1.2.2 可编程控制器的应用范围

新型可编程控制器已广泛应用于工业生产的各个领域，涵盖电力、电信、采矿、建材、食品加工、造纸、军工、家用电器等行业，不仅实现了更复杂、智能和稳定的控制功能，也大幅提升了经济效益[6]。

以下是部分典型应用场景实例：

• 汽车行业：喷漆车间空调温湿度自动调控、机械臂焊接自动化控制、传送带物料移送控制等。
• 钢铁制造：铁水倾倒控制、设备升降操作、闸门关闭机制、成品切割流程等。
• 食品行业：包装机自动封装、搅拌机智能混料、原料配比精准控制、发酵过程监控等[7]。
• 化学工业：化工流程管理、煤气燃烧调节、化学水净化处理、反应槽运行控制等。
• 轻工业：塑料注塑成型机自动运行、贴标机作业控制等。
• 电力工业：水塔水位远程监测与调控、变频器与软启动器的联动控制等。
• 混凝土生产：设备旋转控制、原材料投放与设备下降动作的协调控制等。
• 机械工业：工业机器人动作指令控制、物流输送带智能分配、电解电镀生产线自动化管理等。
• 公用事业：商场及住宅电梯智能调度、消防系统反馈联锁、电视台信号转播控制、演唱会灯光系统编排等。
• 交通运输业：十字路口交通信号灯控制、汽车发电机转速校准等。

综上所述，可编程控制系统应用极为广泛，几乎渗透到现代工业和日常生活的各个层面，展现出极其广阔的发展前景。

1.3 PLC的工作原理

从内部结构来看，PLC主要由以下三个核心部分构成：

1. 输入电路；
2. 内部控制电路；
3. 输出电路。

[此处为图片1.1]

1.3.1 输入部分

深入分析PLC的输入电路可知，其包含以下几个子模块：接线端子、输入继电器以及连接电路等。操作人员通过输入面板下达指令，信号经由上述组件传递至内部控制单元进行后续处理。

1.3.2 控制部分

该部分是整个系统的核心，负责接收、解析和处理所有输入指令。指令首先经过解码器进行代码转换，随后被送入处理中心进行逻辑运算与决策，最终将结果传送给输出电路执行。

1.3.3 输出部分

输出部分的作用是将控制中心处理完成的指令信号发送至外部执行装置。只要程序正确无误，相关设备即可按照指令正常运行，满足实际工作需求。

[此处为图片1.2]

PLC之所以表现出卓越的性能，与其独特的运行模式密切相关——它采用周期性循环扫描的工作机制，如图1.2所示。

依据图示，PLC的工作流程主要包括以下几个阶段：

1. 输入刷新阶段

在PLC运行过程中，首先会进入输入信号采集阶段。在此期间，系统将依次读取所有输入端口的状态信息，并按照预设顺序进行整理与处理。当全部输入数据被完整采集后，这些信号会被统一写入输入映像寄存器中，以便后续程序执行时调用。

（2）程序执行阶段

在该阶段，PLC的中央处理器开始运行用户所编写的控制程序，并对程序内容进行逐条扫描与解析。若用户的程序采用梯形图形式表示，则CPU将遵循从左至右、从上到下的顺序进行扫描：即先扫描第一行最左侧的逻辑元件，再逐步向右推进；完成一行后转入下一行的起始位置，依此类推。

在扫描的同时，系统会对每一条指令进行逻辑运算处理，根据运算结果判断是否需要激活相应的功能模块或驱动指定线圈。每次扫描所产生的中间运算状态，都会被迅速保存至对应的映像寄存器中。这种机制的优势在于，在后续的指令处理过程中可以快速读取已存储的状态值，从而提升整体处理效率[8]。

[此处为图片1]

（3）输出刷新阶段

当上述步骤全部完成后，PLC进入输出更新环节。此时，中央处理器会将最终计算得出的输出状态信息传输至输出锁存器，再由锁存器通过与其连接的输出电路，实现对外部设备如电机、继电器等工业机械的精准控制。

第2章 三相异步电动机结构与电路设计

在日常生活和工业应用中，常见的电动机类型多为交流电动机，其中使用最为广泛的便是三相异步电动机。这主要得益于其结构简单、运行稳定、成本较低以及维护周期长等特点。因此，它被广泛应用于多种场景，例如机床工作台驱动、传送带传动系统、工业空调风机以及小功率通风装置等[9]。

2.1 三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机的核心组成部分如图2.1所示。

[此处为图片2]

从图2.1可以看出，该类电动机主要由两个关键部分构成：固定不动的定子和可旋转的转子。

2.1.1 定子基本结构

定子是电动机中的静止部件，通常由三个核心组件组成：定子铁心、定子绕组以及支撑固定的机座。

（1）定子铁心：作为电机磁路的重要组成部分，定子铁心内部设有槽道，用于安放绕组线圈。为了减少涡流与磁滞损耗，一般选用涂覆绝缘层的硅钢片叠压而成，并通过特定工艺组装成整体结构，随后将绕组嵌入铁心槽内。

（2）定子绕组：由导线按一定规律绕制并嵌入定子铁心槽中，当通入三相对称交流电时，会在空间中形成一个理想的旋转磁场，这是电动机正常工作的基础。

（3）机座：主要用于固定定子铁心和绕组结构，同时为内部转子提供支撑空间，并具备一定的防护功能，保障电机安全运行。

2.1.2 转子基本结构

转子是电动机中唯一的运动部件，其结构与定子类似，也由三个主要部分构成：转子铁心、转子绕组以及用于散热的风扇。

（1）转子铁心：同样是构成电机磁路的一部分，采用涂有绝缘材料的硅钢片叠装而成，内部开槽以嵌入导体形成绕组，其制造工艺与定子铁心基本一致。

（2）转子绕组：在旋转磁场的作用下，转子不断切割磁力线，从而产生感应电动势和相应的感应电流。该电流与磁场相互作用，生成电磁转矩，推动转子持续转动，实现能量转换。

（3）风扇：安装于转子轴上，用于加强电机内部空气流动，起到冷却降温的作用，确保长时间运行下的热稳定性。

2.2 三相异步电动机的工作原理

当三相交流电源接入定子绕组后，会在电机内部产生一个以同步转速n沿定子与转子间气隙作顺时针方向旋转的磁场。初始状态下转子处于静止，因而在旋转磁场的切割作用下，转子绕组中会产生感应电动势。由于转子导条两端通过短路环相连，形成闭合回路，在电动势作用下产生感应电流，其方向与感应电动势保持一致[10]。

该感应电流使转子成为载流导体，在定子磁场中受到电磁力的作用，进而在转轴上形成驱动转矩，促使转子开始旋转。转子的旋转方向始终与旋转磁场的方向相同，但其实际转速n略低于同步转速n，这也是“异步”名称的由来。

以下是对三相异步电动机工作过程的总结：当电动机接通三相电源后，定子绕组产生一个方向恒定的旋转磁场；转子在该磁场中做相对运动，切割磁感线从而在绕组中产生感应电流；此电流在磁场中受力，产生电磁转矩，驱动转子旋转。在整个运行过程中，转子的转向始终保持与旋转磁场一致。

三相异步电动机的机械特性曲线如图2.2所示。

[此处为图片3]

从图中可见，曲线存在四个关键特征点，它们决定了电动机的整体运行特性，反映了不同工况下的工作状态。下面对这四个点逐一分析：

（1）T=0，n=n，S=0

电动机运行在理想空载状态下时，其转速达到理论上的最大值，即理想的空载转速。

(2) 当 T = TN，n = nN，S = SN 时，电动机处于额定工作状态，此时输出转矩与转速均等于各自的额定值，即 T = TN。[此处为图片1]

(3) 在 T = Tst，n = 0，S = 1 的情况下，电动机处于启动瞬间的工作点，此时的转矩为起动转矩，即 T = Tst。

(4) 当 T = Tmax，n = nm，S = Sm 时，电动机运行至临界工作点，输出转矩达到最大值，即 T = Tmax。

式（2-1）中，Km 是与电机结构相关的常数，Φ 表示旋转磁场每极的磁通量，I2 为转子绕组电流的有效值，为转子电流滞后于转子感应电势的相位角。

在公式（2-2）中，K 为常数，S 代表转差率，R2 指转子每相绕组的电阻，U1 为定子绕组的相电压，X20 为转子静止时每相绕组的感抗。将不同运行状态代入上述表达式，可得：

（2-3）

（2-4）

（2-5）

其中 PN 表示电动机在额定工况下输出的机械功率，在实际应用中通常以千瓦（kW）表示，此处统一换算为瓦特（W）进行计算。

2.3 三相异步电动机正反转控制电路设计

在工业生产过程中，机床工作台的前进与后退、传送带的启停方向切换、电梯的上升与下降等操作，本质上都依赖于对电动机正反转的精确控制。实现这一功能的关键在于调整接入电动机定子绕组的三相电源相序。具体方法是：不改变全部三相接线，仅交换其中任意两相的电源输入顺序即可完成转向切换。最常用且高效的实现方式是采用交流接触器来动态切换三相电源的相序，从而实现电动机的正反转控制。

为了保障电动机的安全稳定运行，需采取以下保护措施：

（1）接触器联锁保护
通过硬件层面的联锁设计——即接触器互锁机制，防止 KM1 与 KM2 同时得电，避免因误操作造成两相短路事故。具体实现方式为：在正向运行回路中串联反向接触器 KM2 的常闭触点；同理，在反向运行回路中接入正向接触器 KM1 的常闭触点，构成互锁结构。当按下正转启动按钮 SB2，KM1 线圈通电吸合，电动机开始正转；与此同时，KM1 的常闭触点断开，使 KM2 所在回路处于断开状态，即使此时按下反转按钮 SB3，也无法导通 KM2 回路，确保不会发生正反转同时接通的情况。反之亦然，当 KM2 接通实现反转时，KM1 回路被切断，有效防止了相间短路的发生。

（2）过载保护机制
通过在主电路中接入热继电器，利用电流热效应原理实现对电动机的过载保护。当电动机因负载异常或故障导致长时间超负荷运行时，绕组电流增大，温度持续升高，热继电器检测到过热信号后自动切断主回路，停止电机运转。过载情况可分为两类：
第一类为长期过载，表现为较大的过载电流和持续时间较长，导致绕组温升显著，加速绝缘老化，严重时可能引发自燃；
第二类为短期轻度过载，虽然出现过载现象，但电流增幅较小，温升未超过允许范围，对电机整体性能影响较小。

（3）短路保护措施
在电路输入端安装熔断器，当发生短路故障时，熔体迅速熔断，切断主电路，起到快速保护作用。

（4）欠压保护功能
当供电电压下降至额定值的 4/5 以下时，接触器因电磁力不足而自动释放，切断电动机电源，使其停止运行，防止低电压条件下电机堵转或烧毁。

此外，能耗制动是一种广泛应用的电动机制动技术。其原理为：在切断电动机交流电源后，向定子两相绕组通入直流电流，建立一个静止的磁场。由于转子具有惯性，仍保持原有转动状态，在穿越该静止磁场的过程中切割磁力线，产生感应电流，进而形成与原转动方向相反的电磁转矩，迫使电动机迅速减速并停止。该过程可通过时间继电器 KT 进行延时控制，以适应不同类型电机的制动需求。电动机正反转及制动控制线路如图2.3所示。

图2.3 正反转控制线路图[此处为图片2]

第3章 三相异步电动机正反转的PLC控制设计

3.1 系统的硬件设计

3.1.1 系统的I/O分配

本控制系统涉及的主要输入元件包括：热继电器触点 FR，用于实现过载保护；停止按钮 SB1；正转启动按钮 SB2 和反转启动按钮 SB3。输出部分则由三个接触器构成：KM1 控制正转，KM2 控制反转，KM3 负责制动执行。

系统的输入/输出端口分配如下表所示：

端口	I/O端子	电路器件	作用
输入	I0.0	FR	过载保护
输入	I0.1	SB1	电机停止按钮
输入	I0.2	SB2	电机正转启动按钮
输入	I0.3	SB3	电机反转启动按钮
输出	Q0.0	KM1	正转接触器
输出	Q0.1	KM2	反转接触器

Q0.2 KM3 制动接触器

3.1.3 系统的PLC选型

在选择PLC型号时，通常需要综合考虑其功能特性、内部结构设计、后期维护便利性以及扩展能力等因素。首先，输入/输出点数应略多于当前实际需求，预留一定的I/O接口以支持未来可能的功能拓展；其次，存储容量也需具备前瞻性，特别是在系统中涉及模拟量数据处理时，宜选用存储空间较大的PLC型号。此外，控制功能的选择还需结合程序复杂度和运算速度等指标进行评估[14]。

S7-200系列属于可编程控制器产品线，适用于多种类型的控制系统。该系列设备具备较强的适应能力，既可独立运行，也可与其他控制器协同工作。其主要特点包括：

1. 高可靠性；
2. 高度集成化设计；
3. 操作简便；
4. 良好的通用性；
5. 广泛的应用范围；
6. 支持模块化扩展。

这些特性使其能够胜任较为复杂的控制任务，并满足多样化的性能需求。

CPU224作为S7-200系列中的核心单元，其基本构成为14个数字输入点、10个数字输出点，共计24个I/O点。在实际应用中，最多可扩展连接7个附加模块，使系统总I/O点数达到168个数字量通道。同时配备六个最高频率为30kHz的高速计数器，内置一个PID调节模块，支持RS485通信与编程接口，具备PPI、MPI及自由口三种通信模式。I/O端子排设计便于拆装，提升了现场维护效率。基于以上优势，并结合本项目整体需求分析，最终选定S7-200系列中的CPU 224作为主控单元。其外部结构示意图如图3.2所示[15]。

[此处为图片1]

3.1.2 系统流程图

整个系统的运行流程主要包括四个关键阶段：系统自检、正转启动、反转启动以及停机时的制动过程。各环节依次衔接，确保电机运行的安全性与控制逻辑的完整性。系统整体控制流程如图3.1所示。

[此处为图片2]

3.2 基于PLC的正反转控制系统整体方案设计

传统继电器控制系统由多个继电器组合而成，通过物理触点实现电路通断控制。这类系统虽然结构简单，但在灵活性、响应速度和故障排查方面存在局限。相比之下，采用PLC构建的正反转控制系统具有更高的稳定性、更强的逻辑处理能力和更优的可维护性，能够有效替代传统的硬接线控制方式，提升自动化水平。