三相绕线型异步电动机起动与制动的PLC控制系统设

1、内容摘要三相异步电动机一般采用降压起动、能耗制动。针对传统的继电器一接触器控制的降压起动、能耗制动方法存在的不足，将OMRON公司的CPM2*型可编程序控制器(PLC)与接触器相结合，用于三相异步电动机的Y一降压起动、能耗制动控制，改进后的方法克服了传统方法手工操作复杂且不够可靠的缺点，控制简单易行。关键词：三相异步电动机；PLC控制系统；设计目 录内容摘要I引 言31继电器一接触器控制方式42 PLC控制方式521 PLC控制的输入输出接线图52.2 IO地址分配表62.4 助记符指令程序72.5工作原理83、比较与分析84、结束语8参考文献10引 言三相交流异步电动机是应用最为广泛的电气设

2、备，但它直接起动时产生的电流击和转矩冲击会对电网、电动机本身及其负载机械设备带来不利影响，因此常常采用降压起动。一般有四种方式。即定子回路串电阻起动、Y一降压起动、自耦变压器起动和延边三角形起动，其中Y一降压起动简单经济，使用比较普遍。传统的Y一降压起动采用继电器一接触器控制，但由于其操作复杂、可靠性低等缺点，必将被PLC控制所取代，下面通过对两种控制方式的比较说明取代的必要性。三相异步电动机一般采用降压起动、能耗制动。针对传统的继电器一接触器控制的降压起动、能耗制动方法存在的不足，将OMRON公司的CPM2*型可编程序控制器(PLC)与接触器相结合，用于三相异步电动机的Y一降压起动、能耗制动

3、控制，改进后的方法克服了传统方法手工操作复杂且不够可靠的缺点，控制简单易行。三相交流异步电动机是应用最为广泛的电气设备，但它直接起动时产生的电流击和转矩冲击会对电网、电动机本身及其负载机械设备带来不利影响，因此常常采用降压起动。一般有四种方式。即定子回路串电阻起动、Y一降压起动、自耦变压器起动和延边三角形起动，其中Y一降压起动简单经济，使用比较普遍。传统的Y一降压起动采用继电器一接触器控制，但由于其操作复杂、可靠性低等缺点，必将被PLC控制所取代。三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转，称为旋转磁场，转速的大小由电动机极数和电源频率而定。转子在磁场中相对定子有相对运动，切割磁杨，形成感应电动

4、势。转子铜条是短路的，有感应电流产生。转子铜条有电流，在磁场中受到力的作用。转子就会旋转起来。第一：要有旋转磁场，第二：转子转动方向与旋转磁场方向相同，第三：转子转速必须小于同步转速，否则导体不会切割磁场，无感应电流产生，无转矩，电机就要停下来，停下后，速度减慢，由于有转速差，转子又开始转动，所以只要旋转磁场存在，转子总是落后同步转速在转动。下面通过对两种控制方式的比较说明取代的必要性。1继电器一接触器控制方式如图1所示，工作原理如下：合上电源开关QS，(1)启动运转：按下起动按钮SB2，KM1线圈得电，KM1常开触头闭合自锁，KM1常闭触头分断对KM4联锁；KM3线圈得电；KM1、KM3线圈

5、均得电，电动机M成Y联接，开始起动，同时KM3联锁触头分断对KM2联锁；KT线圈得电，当M转速上升到一定值时，KT延时结束，KT常闭触头分断，KM3线圈失电，解除Y联接，同时KM3联锁触头闭合，KT常开触头闭合，KM2线圈得电并自锁，电动机M接成全压运行。(2)能耗制动停转：按下停止按钮SB1，SB1常闭触头先分断，KMl线圈失电,KM1自锁触头分断解除自锁，KM1主触头分断M暂失电，KM1联锁触头闭合解除对KM4联锁；KM2,KM3,KT线圈均失电，电动机M暂失电；SB1常开触头后闭合，KM4线圈得电，电动机M接人直流电能耗制动，迅速停机。这种传统的继电器 接触器控制方式控制逻辑清晰，采用机

6、电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的可靠性较低。 2 PLC控制方式采用PLC实现三相异步电动机起动控制可编程序控制器是在继器控制和计算机控制的基础上开发的产品，自60年代末，美国首先研制和使用可编程控制器以后，世界各国特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC，因此，与传统的继电器一接触器控制系统相比较，采用PLC实现三相异步电动机起、制动控制是最明智的选择。通过对鼠笼式异步电动机起制动的传统控制方法和PLC控制方法的比较，从某种意义上看，PLC控制是从继电器接触器控制发展而来的。两者既有相似性又有很多不同处。下面就是采

7、用OMRON公司生产的CPM2型PLC实现的三相异步电动机Y一起、能耗制动控制电路的接线图(图2)、地址分配表(表1)、梯形图(图3)、指令程序及工作过程原理。在PLC中一般都在输入输出接口处设置形滤波器，它不仅可滤除来自外界的高频干扰，而且还可减少内部模块之间信号的相互干扰。在PLC系统中CPU和各I/O回路（主要指数字口）几乎都设有光耦合器作隔离，以防止干扰或可能损坏CPU等, PLC通常采用积木式结构，这便于用户检修和更换模板，同时在各模板上都设有故障检测电路，并用相应的指示器标志它的状态，使用户能迅速确定故障的位置。21 PLC控制的输入输出接线图将起动按钮SB2、停止按钮SB1和热继

8、电器FIR的辅助触点一端分别接到PLC的输入模块上的输入端子0.00、0.01、0.02，另一端经24V直流电源接人公共端COM。在输出模块中，相线L经熔断器接输出公共端COM，接触器KM1、KM2、KM3,KM4一端分别接到PlLC的输出模块上的输出端子10.00、10.01、10.02、10.03，另一端接中性线N，如图2所示2.2 IO地址分配表因PLC的类型不同，为方便接线和编程，上述符号地址必须转换为实际地址，建立IO地址分配表，图2的I0地址分配表见表1，表中实际地址按CPM2*型PLC填写。2.3 PLC控制的梯形图PLC是以扫描方式进行工作的，即PLC对信号的输入、数据的处理和

9、控制信号的输出，分别在一个扫描周期内的不同时间间隔里，以批处理方式进行，这不仅使用户编程简单、不易出错，而且也使PLC的工作不易受到外界干扰的影响；同时PLC所处理的数据比较稳定，从而减少了处理中的错误；另外，PLC的输入、输出的控制较简单，不容易产生由于时序不合适而造成的问题。PLC的用户程序常采用梯形图进行编程，这种编程方式大多数用户所接受。根据IO地址分配表(表1)，符合起动、停止控制要求的梯形图如图3所示。图3中0.00、0.0l、0.02为输人继电器，10.00、10.01、10.02、10.03为输出继电器，TIM000、TIM001为时间继电器，-|-表示动合触点,-N-表示动断

10、触点,-O-表示线圈.2.4 助记符指令程序助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。图3的助记符指令程序见表2，其中LD是指常开触点与母线相连接的指令，OR是并联常开触点的指令，AND NOT是串联常闭触点的指令，OUT是指驱动线圈的指令，TIM是指实现导通延时操作的定时指令。2.5工作原理PLC控制逻辑与传统的继电器接一触器控制工作原理基本一致：(1)起动时，按下起动按钮SB2，接点000闭合，输出继电器1000得电并自锁，动合触点10.00闭合，导致输出继电

11、器10.02也得电，此时，KM1、KM3线圈得电，电动机成Y起动；与此同时，定时器KT开始计时，4S时间到，动断接点 TIM000断开，输出继电器1002失电，解除Y联结，动合接点 TIM000闭合，输出继电器1001得电并自锁，此时，KM1、KM2线圈得电成投入稳定运行：在输出线圈1001和1002各自的回路相互串联了1002和1001的动断触点使输出线圈1001和1002不能同时得电，达到软互锁的目的。(2)制动时，按下停止按钮SB1，动断接点001断开，KM1、KM2线圈失电，动合接点001闭合，KM4线圈得电，KM3线圈得电，电动机M进入接入直流电能耗制动，迅速停机。(3)过载时，热继

12、电器FR动断接点002断开，从而使KM1线圈失电，起到过载保护作用。可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，自60年代末，美国首先研制和使用可编程控制器以后，世界各国特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC（programmable logic controller），因此，与传统的继电器接触器控制系统相比较，笔者认为采用PLC实现鼠笼式异步电动机起制动控制是最明智的选择。3、比较与分析通过比较，图3所示梯形图和图1控制回路分十分相似，它们都表示了输入和输出之间的逻辑关系，但是它们之间的最大区别在于：在继电器一接触器控制中，输入、输出信号问的逻辑关系是由实际的布线来实现

13、的，要想改变控制顺序，必须改变其实际布线：而在PLc控制方案中，输入、输出信号问的逻辑关系则是由梯形图(程序的编制)来实现的，要想改变其控制顺序，仅需修改程序，通过软件加以改接，无需改变实际布线，其改变的灵活性及速度是继电器一接触器控制电路无法比拟的。这种传统的继电器接触器控制方式控制逻辑清晰，采用机电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的可靠性较低。随着PLC技术的发展，使用PLC进行电机的运行控制已成为必然趋势。4、结束语OMRON系列PLC工作可靠，使用简单，用它控制三相异步电动机，可以完成起动、制动、正反转控制等功能. 由于PLC在设计制造时充分考虑到工业控制的现场环境问题，并采取了多层次、多种有效措施来提高工作可靠性，因此，采用PLC实现电机控制，特别是对工作环境条件较恶劣的工矿企业应该是一项明智之