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基于PLC的三相绕线式异步电机启动控制 |
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作者：朱望德 吴闻 |
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摘 要：介绍三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制电路。以三菱FX2N系列PLC为控制器件，根据绕线式异步电动机转子串电阻启动控制的要求，改造继电接触器控制电路，设计了PLC输入输出接线图和梯形图程序，编写了控制程序语句指令表，分析了启动控制工作过程。
关键词：绕线式异步电动机；PLC；启动控制
中图分类号：TP273 文献标识码：B
0 引言
三相鼠笼式异步电动机存在启动电流大、启动转矩不大的缺点，只能用于空载或轻载启动。三相绕线式异步电动机可以通过滑环在转子绕组回路串入适当的电阻来限制启动电流，增大启动转矩。因此，重载启动要求启动转矩大的设备如桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等生产机械常使用三相绕线式异步电动机。对启动控制频繁，启动转矩要求大的场所，一般采用三相绕线式异步电动机转子绕组串电阻启动控制系统。
传统的三相绕线式异步电动机转子绕组串电阻启动继电接触器控制系统存在以下缺点：继电接触器属硬器件，控制电路接线繁杂，元器件和接点多，触点易磨损，故障率高，控制功能改变不方便，通用性差，可靠性低。PLC控制系统能在一般高温、振动、冲击和粉尘恶劣环境中稳定有效地工作。采用PLC控制技术，系统体积小，故障率低，硬接线少维修方便，控制精准，可靠性高，抗干扰性强，可以有效提高设备生产效率，延长设备使用周期。
1 继电接触器控制电路分析
图1为三相绕线式异步电动机转子串电阻启动控制电路图。为了限制启动电流，该电路用3个时间继电器KT1、KT2、KT3分别控制3个接触器KM1、KM2、KM3按顺序依次吸合，自动切除转子绕组中的三级电阻。启动时，合上电源开关QS，按下按钮SB1，接触器KM吸合，串入全部电阻（R1+R2+R3）启动；在启动3s后，接触器KM1主触头闭合，切除第一组电阻R1，剩下电阻（R2+R3）；经过1s后，接触器KM2主触头闭合，切除第二组电阻R2，剩下电阻R3；再过1s后，接触器KM3主触头闭合，切除第三组电阻R3，转子串接电阻全部切除，电动机M启动完毕，正常工作。
KM1、KM2和KM3 3个常闭辅助触头与启动按钮SB1串接的作用是保证电动机在转子绕组中接入全部启动电阻的条件下才能启动，如果接触器KM1、KM2、KM3中任何一个触头因熔焊或机械故障没有释放恢复闭合时，电动机M就不能接通电源直接启动。
2 PLC的选型、I/O地址分配和输入输出接线图
2．1 PLC的I/O地址分配
采用PLC改造三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制系统，PLC的输入信号主要有2个：启动按钮SB1和停止按钮SB2。输出信号主要有4个：主接触器KM控制三相绕线式电动机M接通三相电源运行，接触器KM1用于控制第一组电阻R1的切除，接触器KM2用于控制第二组电阻R2的切除，接触器KM3用于控制第三组电阻R3的切除。3个时间继电器功能可以用PLC内部定时器实现。根据控制要求，对PLC的输入量、输出量进行分配，PLC的I/O地址分配情况如表1所示。
表1 I/O地址分配表
 2．2 PLC的选型
对三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制进行PLC控制改造，输入元件为2个，输出元件4个，可选择采用日本三菱公司FX系列FX2N-16MR型号的PLC，I/O总数为16，每条指令的执行时间为12μs。输入点数为8个，对应的输入继电器地址编号为X000~X007；输出点数为8个，对应的地址编号为Y000~Y007；定时器200点100ms，T0-T199。
2．3 PLC的输入输出接线图
图2所示为三相绕线式异步电动机转子串电阻启动PLC控制输入输出接线图。
3 设计PLC控制程序
3．1 PLC梯形图
用PLC改造三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制系统，根据原有的继电接触器电路图来设计梯形图是一条简便实用的办法。原有的绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制电路经过长期使用和考验，已经证明能完成系统要求的各种功能。继电接触器控制电路图和PLC程序控制梯形图有许多相似的地方，按照梯形图语言设计规定和对应关系可以将继电接触器电路图方便地“翻译”成梯形图控制程序，用PLC的外部硬接线和梯形图软件来实现继电接触器电路图的控制功能。
图3所示三相绕线式异步电动机转子串电阻启动控制PLC梯形图使用的是内部继电器、定时器等，都是由软件来实现的，使用方便，修改灵活，是原继电接触器控制线路硬接线无法比拟的。
3.3 工作过程分析
（1）启动：按启动按钮SB1，输入继电器X001接通动合触点闭合，输出继电器Y000接通，接触器KM线圈得电，主触头闭合接通三相电源，绕线式异步电动机转子串电阻（R1+R2+R3）启动，同时定时器T1线圈得电,开始延时,时间设定为3s。
（2）3s后，定时器T1常开触点闭合,输出继电器Y001接通，接触器KM1吸合，主触头闭合，切除第一组电阻R1，电动机串接（R2+R3）电阻继承启动，同时定时器线圈T2得电,时间设定为1s。
（3）1s后，定时器T2常开触点闭合,输出继电器Y002接通，接触器KM2吸合，主触头闭合，切除第二组电阻R2，电动机串接R3电阻继承启动，同时定时器线圈T3得电,时间设定为1s。
（4）1s后，定时器T3常开触点闭合,输出继电器Y003接通，接触器KM3吸合，主触头闭合，切除第三组电阻R3，同时Y003常闭触头断开，定时器线圈T1、T2、T3和输出继电器Y1、Y2失电。累计启动5s，三相绕线式异步电动机转子所串3组电阻全部切除，电动机M结束启动状态，进入正常运行状态。
（5）停车：按停止按钮SB2，输出继电器Y000失电，接触器KM失电，主触头断开，电动机作自由停车运行。输出继电器线圈Y000失电，常开触点Y000复位，输出继电器Y003失电，常开触点Y003复位，3组电阻（R1+R2+R3）恢复与三相绕线式异步电动机转子串接，为下次启动做好准备。
（6）过载保护：当电动机过载时，热过载保护继电器FR的动断触点断开，接触器KM、KM1、KM2、KM3均断电，电动机M也停车。
（7）把输出继电器Y001、Y002和Y003 3个常闭触点与输入继电器X001常开触点串联，如果输出继电器Y001、Y002和Y003线圈得电，接触器KM1、KM2、KM3中任何一个触头没有释放恢复闭合时，按下启动按钮SB1，输出继电器Y000和接触器KM线圈不能得电，KM主触头不能闭合，电动机M就不能接通电源直接启动，保证了三相绕线式电动机只有在转子绕组中接入全部启动电阻（R1+R2+R3）的条件下才能启动。
4 结语
采用三菱FX2N-16MR型PLC改造三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制系统，用通用指令编写控制程序，程序清晰，直观易懂，调试简捷方便。实践证明，改造后的PLC控制系统完全达到实际启动控制要求，抗干扰性强，设备运行可靠，稳定性高，降低了控制系统故障率，提高了设备使用运行效率。
参考文献
[1] 李树雄.可编程控制器技术及应用教程[M].北京：北京航空航天大学出版社出版，2003
[2] 廖常初.可编程控制器应用技术[M].重庆：重庆大学出版社出版，2000(end)
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(9/19/2011) |
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