三菱PLC的三相繞線式異步電機(jī)啟動(dòng)控制

ID:107593 · 發(fā)表于 2016-3-11 15:51

本文介紹三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)繼電接觸器控制電路。以三菱FX2N系列PLC為控制器件，根據(jù)繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)控制的要求，改造繼電接觸器控制電路，設(shè)計(jì)了PLC輸入輸出接線圖和梯形圖程序，編寫(xiě)了控制程序語(yǔ)句指令表，分析了啟動(dòng)控制工作過(guò)程。
   三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)存在啟動(dòng)電流大、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大的缺點(diǎn)，只能用于空載或輕載啟動(dòng)。三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)滑環(huán)在轉(zhuǎn)子繞組回路串入適當(dāng)?shù)碾娮鑱?lái)限制啟動(dòng)電流，增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，重載啟動(dòng)要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的設(shè)備如橋式起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、龍門(mén)吊車(chē)等生產(chǎn)機(jī)械常使用三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)。對(duì)啟動(dòng)控制頻繁，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求大的場(chǎng)所，一般采用三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串電阻啟動(dòng)控制系統(tǒng)。

   傳統(tǒng)的三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串電阻啟動(dòng)繼電接觸器控制系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：繼電接觸器屬硬器件，控制電路接線繁雜，元器件和接點(diǎn)多，觸點(diǎn)易磨損，故障率高，控制功能改變不方便，通用性差，可靠性低。PLC控制系統(tǒng)能在一般高溫、振動(dòng)、沖擊和粉塵惡劣環(huán)境中穩(wěn)定有效地工作。采用PLC控制技術(shù)，系統(tǒng)體積小，故障率低，硬接線少維修方便，控制精準(zhǔn)，可靠性高，抗干擾性強(qiáng)，可以有效提高設(shè)備生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)設(shè)備使用周期。

1 繼電接觸器控制電路分析

   圖1為三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)控制電路圖。為了限制啟動(dòng)電流，該電路用3個(gè)時(shí)間繼電器KT1、KT2、KT3分別控制3個(gè)接觸器KM1、KM2、KM3按順序依次吸合，自動(dòng)切除轉(zhuǎn)子繞組中的三級(jí)電阻。啟動(dòng)時(shí)，合上電源開(kāi)關(guān)QS，按下按鈕SB1，接觸器KM吸合，串入全部電阻（R1+R2+R3）啟動(dòng)；在啟動(dòng)3s后，接觸器KM1主觸頭閉合，切除第一組電阻R1，剩下電阻（R2+R3）；經(jīng)過(guò)1s后，接觸器KM2主觸頭閉合，切除第二組電阻R2，剩下電阻R3；再過(guò)1s后，接觸器KM3主觸頭閉合，切除第三組電阻R3，轉(zhuǎn)子串接電阻全部切除，電動(dòng)機(jī)M啟動(dòng)完畢，正常工作。

KM1、KM2和KM3 3個(gè)常閉輔助觸頭與啟動(dòng)按鈕SB1串接的作用是保證電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子繞組中接入全部啟動(dòng)電阻的條件下才能啟動(dòng)，如果接觸器KM1、KM2、KM3中任何一個(gè)觸頭因熔焊或機(jī)械故障沒(méi)有釋放恢復(fù)閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)M就不能接通電源直接啟動(dòng)。

2 PLC的選型、I/O地址分配和輸入輸出接線圖

2．1 PLC的I/O地址分配

采用PLC改造三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)繼電接觸器控制系統(tǒng)，PLC的輸入信號(hào)主要有2個(gè)：?jiǎn)?dòng)按鈕SB1和停止按鈕SB2。輸出信號(hào)主要有4個(gè)：主接觸器KM控制三相繞線式電動(dòng)機(jī)M接通三相電源運(yùn)行，接觸器KM1用于控制第一組電阻R1的切除，接觸器KM2用于控制第二組電阻R2的切除，接觸器KM3用于控制第三組電阻R3的切除。3個(gè)時(shí)間繼電器功能可以用PLC內(nèi)部定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。根據(jù)控制要求，對(duì)PLC的輸入量、輸出量進(jìn)行分配，PLC的I/O地址分配情況如表1所示。

表1 I/O地址分配表

2．2 PLC的選型

對(duì)三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)繼電接觸器控制進(jìn)行PLC控制改造，輸入元件為2個(gè)，輸出元件4個(gè)，可選擇采用日本三菱公司FX系列FX2N-16MR型號(hào)的PLC，I/O總數(shù)為16，每條指令的執(zhí)行時(shí)間為12μs。輸入點(diǎn)數(shù)為8個(gè)，對(duì)應(yīng)的輸入繼電器地址編號(hào)為X000~X007；輸出點(diǎn)數(shù)為8個(gè)，對(duì)應(yīng)的地址編號(hào)為Y000~Y007；定時(shí)器200點(diǎn)100ms，T0-T199。

2．3 PLC的輸入輸出接線圖

圖2所示為三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)PLC控制輸入輸出接線圖。

3 設(shè)計(jì)PLC控制程序

3．1 PLC梯形圖

用PLC改造三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)繼電接觸器控制系統(tǒng)，根據(jù)原有的繼電接觸器電路圖來(lái)設(shè)計(jì)梯形圖是一條簡(jiǎn)便實(shí)用的辦法。原有的繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)繼電接觸器控制電路經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用和考驗(yàn)，已經(jīng)證明能完成系統(tǒng)要求的各種功能。繼電接觸器控制電路圖和PLC程序控制梯形圖有許多相似的地方，按照梯形圖語(yǔ)言設(shè)計(jì)規(guī)定和對(duì)應(yīng)關(guān)系可以將繼電接觸器電路圖方便地“翻譯”成梯形圖控制程序，用PLC的外部硬接線和梯形圖軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電接觸器電路圖的控制功能。

圖3所示三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)控制PLC梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器、定時(shí)器等，都是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使用方便，修改靈活，是原繼電接觸器控制線路硬接線無(wú)法比擬的。

3.3 工作過(guò)程分析

（1）啟動(dòng)：按啟動(dòng)按鈕SB1，輸入繼電器X001接通動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器Y000接通，接觸器KM線圈得電，主觸頭閉合接通三相電源，繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻（R1+R2+R3）啟動(dòng)，同時(shí)定時(shí)器T1線圈得電,開(kāi)始延時(shí),時(shí)間設(shè)定為3s。

（2）3s后，定時(shí)器T1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,輸出繼電器Y001接通，接觸器KM1吸合，主觸頭閉合，切除第一組電阻R1，電動(dòng)機(jī)串接（R2+R3）電阻繼承啟動(dòng)，同時(shí)定時(shí)器線圈T2得電,時(shí)間設(shè)定為1s。

（3）1s后，定時(shí)器T2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,輸出繼電器Y002接通，接觸器KM2吸合，主觸頭閉合，切除第二組電阻R2，電動(dòng)機(jī)串接R3電阻繼承啟動(dòng)，同時(shí)定時(shí)器線圈T3得電,時(shí)間設(shè)定為1s。

（4）1s后，定時(shí)器T3常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,輸出繼電器Y003接通，接觸器KM3吸合，主觸頭閉合，切除第三組電阻R3，同時(shí)Y003常閉觸頭斷開(kāi)，定時(shí)器線圈T1、T2、T3和輸出繼電器Y1、Y2失電。累計(jì)啟動(dòng)5s，三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子所串3組電阻全部切除，電動(dòng)機(jī)M結(jié)束啟動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

（5）停車(chē)：按停止按鈕SB2，輸出繼電器Y000失電，接觸器KM失電，主觸頭斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)作自由停車(chē)運(yùn)行。輸出繼電器線圈Y000失電，常開(kāi)觸點(diǎn)Y000復(fù)位，輸出繼電器Y003失電，常開(kāi)觸點(diǎn)Y003復(fù)位，3組電阻（R1+R2+R3）恢復(fù)與三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接，為下次啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。

（6）過(guò)載保護(hù)：當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)，熱過(guò)載保護(hù)繼電器FR的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，接觸器KM、KM1、KM2、KM3均斷電，電動(dòng)機(jī)M也停車(chē)。

（7）把輸出繼電器Y001、Y002和Y003 3個(gè)常閉觸點(diǎn)與輸入繼電器X001常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)，如果輸出繼電器Y001、Y002和Y003線圈得電，接觸器KM1、KM2、KM3中任何一個(gè)觸頭沒(méi)有釋放恢復(fù)閉合時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SB1，輸出繼電器Y000和接觸器KM線圈不能得電，KM主觸頭不能閉合，電動(dòng)機(jī)M就不能接通電源直接啟動(dòng)，保證了三相繞線式電動(dòng)機(jī)只有在轉(zhuǎn)子繞組中接入全部啟動(dòng)電阻（R1+R2+R3）的條件下才能啟動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

采用三菱FX2N-16MR型PLC改造三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)繼電接觸器控制系統(tǒng)，用通用指令編寫(xiě)控制程序，程序清晰，直觀易懂，調(diào)試簡(jiǎn)捷方便。實(shí)踐證明，改造后的PLC控制系統(tǒng)完全達(dá)到實(shí)際啟動(dòng)控制要求，抗干擾性強(qiáng)，設(shè)備運(yùn)行可靠，穩(wěn)定性高，降低了控制系統(tǒng)故障率，提高了設(shè)備使用運(yùn)行效率。

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