三相异步电动机的PLC控制.docx
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三相异步电动机的PLC控制
技能训练三相异步电动机的PLC控制
工程实际中的PLC控制系统总是比较复杂的，作为其中的基本环节，三相异步电动机的几种典型控制回路常见于PLC控制系统中。
本模块详细讲述了几种三相异步电动机的PLC控制电路硬件结构及实用程序，并通过三相异步电动机星形－三角形启动实训，让读者进一步掌握简单PLC控制系统的开发运用。
第一部分教学要求
一、目的要求
①学习PLC在三相异步电动机控制电路中的运用情况
②通过示例，掌握PLC控制程序编制技巧
③了解常用PLC编程软件的基本运用，培养简单PLC控制系统的开发能力
二、工具器材
器材名称
规格/型号
数量
器材名称
规格/型号
数量
可编程控制器
FX2N-48MR-001
10台
热过载继电器
JRS1-09-25-1A/380V
10台
编程计算机及软件
可选用SW3D5-GPPW-E编程软件
10台
组合按钮
LA19-3H
10台
编程适配电缆
SC-09
10根
熔断器
FU/RT185A
动-长动控制电路接线图
图9-1（a）是三相异步电动机点动-长动PLC控制I/O接线图，图9-1（b）是与之对应的继电器接触器控制电路。
（a）PLC控制I/O接线图（b）继电器接触器控制电路
图9-1点动-长动控制电路接线图
2.梯形图及指令表程序
图9-2（a）是三相异步电动机点动-长动PLC控制梯形图程序，图9-2（b）是与之对应的指令表程序
（a）梯形图程序（b）指令表程序
图9-2三相异步电动机点动-长动PLC控制程序
3.编程元件的地址分配
输入输出继电器地址分配，如表9-1所示。
表9-1输入输出继电器的地址分配表
编程元件
I/O端子
电路器件
作用
输入继电器
X000
SB1
停止按钮
X001
SB2
点动按钮
X002
SB3
长动按钮
输出继电器
Y000
KM
接触器线圈
辅助继电器
M0
-
长动自锁控制
其他电器
-
FR
过载保护
4.操作要求
①在停止状态，按下点动按钮SB2，电机运转，松开SB2，电机停止；
②在停止状态，按下长动按钮SB3，电机运转，松开SB3，电机仍保持运转；
③按停止按钮SB1，电机停转。
5.简要说明
程序中用到了通用辅助继电器M0，其作用与继电-接触器控制电路中的中间继电器极为相似。
它没有输入与输出端子，但能在程序执行过程中完成中间逻辑变量的运算转换。
本例中，M0将长动控制的状态与点动控制信号X001相或后再控制Y000的输出状态。
停止按钮SB1采用了常开触点的形式。
一般PLC输入信号接点，通常优先采用常开（动合）接点，以利于梯形图编程。
比较图9-1b及9-2a可以发现：
PLC梯形图程序与继电-接触器控制电路相似，但无需雷同，充分利用PLC中的软元件，可使程序结构简单易读。
FR的动断触点串接于接触器线圈回路中，它能可靠的对电机实施保护，其缺点是，即使电机处于保护状态，PLC仍视系统为正常状态，不予报警。
二、三相异步电动机正转-反转控制回路
1.正转-反转控制电路接线图
图9-3（a）是三相异步电动机正转-反转PLC控制I/O接线图，图9-3（b）是与之对应的继电器接触器控制电路。
（a）PLC控制I/O接线图（b）继电器接触器控制电路
图9-3正转-反转控制电路接线图
2.梯形图及指令表程序
图9-4（a）是三相异步电动机正转-反转PLC控制梯形图程序，图9-4（b）是与之对应的指令表程序。
（a）梯形图程序（b）指令表程序
图9-4三相异步电动机正转-反转PLC控制程序
3.编程元件的地址分配
输入输出继电器地址分配，如表9-2所示。
表9-2输入输出继电器的地址分配表
编程元件
I/O端子
电路器件
作用
输入继电器
X000
SB1
停止按钮
X001
SB2
正转启动按钮
X002
SB3
反转启动按钮
X003
KM1
正转软互锁输入
X004
KM2
反转软互锁输入
输出继电器
Y000
KM1
正转接触器线圈
Y001
KM2
反转接触器线圈
其他电器
-
FR
过载保护
4.操作要求
①在停止或反转状态，按SB2，电机正转；
②在停止或正转状态，按SB3，电机反转；
③按SB1，电机停转；
④KM1、KM2动断触点为电气互锁；
⑤KM1、KM2动合触点为软件互锁控制输入。
5.简要说明
使用PLC进行多个用电器具的互锁控制时，必须同时使用软互锁和硬互锁，以确保安全。
电路中电动机由正转过渡到反转必须先按SBl，使其停车后，才能进行反转控制，这样可防止两个接触器同时动作短路。
因此，将接触器的动作状态作为负载信号引入PLC输入端，在PLC输入端接有KMl和KM2动合触点。
为了可靠地对正、反转接触器进行互锁，在PLC输出端两个接触器之间仍然采用动断触点构成互锁，这种互锁称为外部硬互锁。
在梯形图程序中，两个输出继电器Y000、Y001之间，还相互构成互锁，这种互锁称为内部软互锁。
此外，与负载状态输入信号对应的X003和X004，在梯形图中除了作为互锁条件外，对输出继电器也构成一种软互锁。
软互锁作用：
防止因触点灼伤粘连等外部故障时，本应断开的接触器因故障而未断开，PLC又对其他接触器发出了动作信号，使两只接触器同时处于通电动作状态。
设置软互锁后，利用软互锁不接通另一输出继电器，从而防止主电路短路。
硬互锁作用：
防止因噪声在PLC内部引起运算处理错误，导致出现两个输出继电器同时有输出，使正、反转接触器同时通电动作，造成主电路短路。
三、三相异步电动机顺序启动控制回路
1.顺序启动控制电路接线图
图9-5（a）是三相异步电动机顺序启动PLC控制I/O接线图，图9-5（b）是与之对应的继电器接触器控制电路。
（a）PLC控制I/O接线图（b）继电器接触器控制电路
图9-5顺序启动控制电路接线图
2.梯形图及指令表程序
图9-6（a）是三相异步电动机顺序启动PLC控制梯形图程序，图9-6（b）是与之对应的指令表程序。
（a）梯形图程序（b）指令表程序
图9-6三相异步电动机顺序启动PLC控制程序
3.编程元件的地址分配
①输入输出继电器地址分配，如表9-3所示。
表9-3输入输出继电器的地址分配表
编程元件
I/O端子
电路器件
作用
输入继电器
X000
SB1
停止按钮
X001
SB2
启动按钮
X002
FR1
热继电器动断触点
X003
FR2
热继电器动断触点
输出继电器
Y000
KM1
接触器线圈
Y001
KM2
接触器线圈
②其他编程元件地址分配，如表9-4所示。
表9-4其它编程元件的地址分配
编程元件
编程地址
K值
作用
辅助继电器
M0
-
启动自锁
M100
-
Y000的启动控制
M200
-
Y001的启动控制
定时器（100ms通用型）
T0
100
顺序时间设定（10s）
4.操作要求
①在停止状态，按SB2，电机M1启动并保持运转，T0开始计时。
②计时时间到，启动电机M2。
③按SB1，两台电机同时停转。
5.简要说明
热过载继电器多采用动断触点。
FR1、FR2对应的两个输入常开触点X002及X003，串联于Y000及Y001的输出回路中，类似于“启-保-停”电路中的停止按钮，所以当FR1或FR2动作时，将使对应的输出回路停止工作。
采用动断触点作为PLC输入回路接点时，触点动作则相应输入继电器置“0”，反之为“1”。
用于PLC“启-保-停”控制程序中的梯形图样式，与继电-接触器控制电路样式正好相反，编程时应特别注意。
Y000及Y001的启动，由M100及M200的脉冲输出信号进行控制。
显然，当该电路中只有一台电机因过载停止工作时，另外一台电机的工作状态将不会受到影响。
但排除故障后，需按下SB1使系统完全复位后，再次启动。
需要说明的是：
在图9-5（b）所示继电器接触器顺序启动控制电路中，FR1、FR2的两个常开触点串联在整个控制回路中，所以当FR1或FR2其中一个动作时，将使二台电机全部停止工作。
这与图9-5（a）所示PLC顺序启动控制逻辑是有所区别的。
如果需要，当然可以对PLC顺序启动的控制程序进行修改。
顺序控制电路通常用于并联运行的两台大功率电机，采用顺序启动控制回路，可减缓过大的启动冲击电流。
不同的应用场合下，应根据具体情况采用合理的应用程序。
第三部分技能训练
本模块技能训练内容为三相异步电动机星形-三角形启动PLC控制电路。
一、实训目的
（1）学习PLC编程软件的一般运用及程序写入方法；
（2）了解在计算机上监控、运行及调试PLC控制程序的基本方法；
（3）进一步提高PLC控制系统软件设计及硬件安装的综合能力。
二、实训原理及实训电路
1.实训原理及实训电路
实训电路采用FX2N-48MR-001型PLC，图9-7（a）是三相异步电动机PLC星形-三角形启动控制I/O接线图，图9-7（b）是与之对应的继电-接触器控制电路。
（a）PLC控制I/O接线图（b）继电器接触器控制电路
图9-7星形-三角形启动控制电路接线图
在I／O配线图中，电路主接触器KM1和三角形全压运行接触器KM3的动合触点，作为负载信号接于PLC的输入端。
输出端外部保留星形和三角形接触器线圈的硬互锁环节，程序中另设软互锁。
热保护继电器常闭触点串接在三个接触器电磁线圈供电回路中。
2.编程元件的地址分配
①输入输出继电器地址分配，如表9-5所示。
表9-5输入输出继电器的地址分配表
编程元件
I/O端子
电路器件代号/规格
作用
输入继电器
X000
SB1/LA19红（常开）
停止按钮
X001
SB2/LA19绿（常开）
启动按钮
X002
KM1（常开触点）
KM1吸合自保
X003
KM3（常开触点）
防止电动机出现三角形直接全压起动
输出继电器
Y000
KM1CJX2-1210/220V）
主控接触器线圈
Y001
KM2CJX2-1210/220V）
“Y”形连接用接触器线圈
Y002
KM3CJX2-1210/220V）
“△”形连接用接触器线圈
②其他编程元件地址分配，如表9-6所示。
表9-6其他编程元件的地址分配
编程元件
编程地址
K值
作用
定时器（100ms通用型）
T0
50
“Y”形连接时间设定（5s）
T1
5
消除电弧短路时间设定（）
三、参考梯形图及指令表程序
1.梯形图程序
图9-8是三相异步电动机星形-三角形启动PLC控制梯形图程序。
图9-8Y/△启动PLC控制梯形图程序
梯形图中，与输入信号KM3触点对应的动断触点X003，串接于与起动按钮SB2对应的动合触点X001之后，构成起动条件，也称起动自锁。
当接触器KM3发生故障，例如主触点灼伤粘连或衔铁卡死断不开时，输入端KM3触点就处于闭合状态，相应的X003常闭触点则为断开状态。
这时即使按下起动按钮SB2（X001闭合），Y000也不会有输出，作为负载的KM1就无法通电动作，从而有效防止了电动机出现三角形直接全压起动。
在正常工作情况下，通过星形—三角形起动程序在电动机起动结束后，转入正常运转时，梯形图中X002和Y000触点构成自锁环节保证输出继电器Y000有输出，此时输入端KM3触点为闭合状态，动断触点X003处于断开状态。
在上述程序执行过程中，定时器T0延时5s，为星形起动所需的时间；定时器T1延时0．5s，用以消除电弧短路。
在梯形图中还设置了Y001和Y002之间的软互锁，电动机在全压正常运行时，T0、T1和Y001都停止工作，只有Y000和Y002有输出，保证外电路只有KM1和KM3通电工作。
2.指令表程序
LDX001
ANIX003
LDX002
ANDY000
ORB
ANIX000
OUTY000
ANIY002
OUTT0
K50
LDY000
ANIT0
ANIY002
OUTY001
LDT0
OUTT1
K5
LDT1
ORY002
ANDY000
ANIY001
OUTY002
END
四、实训步骤
（1）按图9-7a所示三相异步电动机Y/△控制电路，将所有低压电器元件安装在一块绝缘板上。
接线时应注意：
①先接主回路导线；
②再接控制回路导线；
③与PLC相连的导线应加装接线端子。
完成硬件接线后的实训电路板，如图9-9所示。
图9-9三相异步电动机Y/△起动控制电路板
（2）在教师指导下，打开计算机编程电脑软件SW3D5-GPPW-E（以下简称GPP），编辑图9-8所示Y/△启动PLC控制梯形图程序。
梯形图编辑界面如图9-10所示。
（GPP编程软件的安装由指导教师预先完成）
图9-10GPP梯形图编辑画面
（3）在断电状态下，将SC-09通信电缆一端与计算机相连，另一端与
-48MR-001型PLC连接，SC-09外形,见图9-11。
图9-11SC-09编程用通信电缆外形
注意：
SC-09编程用通信电缆，与电脑连接的端口为RS232，适用于台式计算机与PLC的的通信连接。
笔记本电脑通常没有RS232串口，而只有USB串口，编程时，可以选用USB-SC09-FX型编程电缆，外形如图9-12所示。
图9-12USB-SC09-FX型编程电缆
（4）将三相四线电源接入实训板电源开关QS，在指导教师检查认可后，合上电源开关QS，把PLC运行模式选择开关拨到STOP位置，使PLC处在编程状态下，通过GPP软件向PLC下载控制程序。
（5）把PLC运行模式选择开关拨到RUN位置,运行程序。
此时可通过软件监视程序运行状态。
分别按下SB2及SB1，观察三个接触器是否能按要求动作。
（6）在确认程序运行正确无误后，断开QS，拆除编程电缆，用六根导线将三相实验电机接入控制电路板相应位置。
三相实验电机外形，见图9-13所示，其三相绕组的六个接线端均有明确的标识。
图9-13三相实验电机
说明：
三相异步电动机的Y/△启动，通常只用于电机功率在13KW或以上场合，所以将上述程序用于工程实际时，应根据电机功率大小而定。
（7）再次接通开关QS，运行程序，电机应能按下列要求动作：
①在停止状态，按下启动按钮SB2，KM1、KM2即刻吸合。
电机以星形方式接于电源，低速运转并开始计时；
②5秒计时时间到，KM2线圈断电，KM1保持吸合。
电机与电源断开，进入灭弧时间间隔；
③再秒后，KM3吸合，KM1仍保持吸合。
电机以三角形方式接于电源高速运转；
④按下停止按钮SB1，所有接触器线圈均断电，电机停转。
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