PLC在三相异步电动机控制中的应用

    1．应用背景与需求    电动机是广泛使用的电器设备，根据生产工艺的要求，经常要对电动机进行启动和停止控制、正反转控制、多台电动机的顺序启动与停止控制、降压启动控制等。此外，为了确保生产的正常进行，防止发生事故，还需要采用一些自动信号连锁保护控制。    在现代电气控制系统中，电动机的控制逻辑越来越复杂，对控制电路的可靠性要求越来越高，采用PLC控制系统替代传统的继电器控制方式成为一个重要发展方向。本例以三相异步电动机的控制为例，集中讨论PLC实现电动机启动与停止、正反转、顺序启动、降压启动及互锁保护等控制功能的外部接线与编程方法。    2．电动机的顺序启动控制    PLC可以方便地实现对电动机启动、保持和停止的控制。工业生产中，根据生产工艺的要求，常常需要使两台或多台电动机按一定的时间顺序先后启动工作。例如压缩机或某些机床进行工作时，必须先启动油泵电动机使润滑系统有足够的润滑油，10s后启动主电动机工作，再过4s后启动辅电动机工作。    图6.1是电动机顺序启动的继电器控制电路，SB1、SB2分别为停止、启动按钮，KM1、KM2、KM3三个继电器分别控制油泵电动机、主电动机和辅助电动机，使用两个时间继电器KT1、KT2获得10s和4s的延时。
    图6.1    继电器控制的电动机顺序启动电路    采用PLC来取代继电器控制，其外部接线图如图6.2所示，实现相应控制功能的梯形图如图6.3所示。
    图6.2    PLC的外部接线图
    图6.3    实现电动机顺序启动的梯形图    可以看出，在PLC控制系统中，继电器控制线路中的自锁触点和互锁触点KM1、KM2、KM3，以及时间继电器KT1、KT2触点均变成“软”触点，不占用I/O，因此硬件接线简化了许多。    3．电动机的正转、反转和停止控制    各种生产机械常常要求具有上下、左右、前后等相反方向的运动，这就要求电动机能正反向转动。三相异步电动机的正反转可借助正反向接触器改变定子绕组的相序来实现，控制方法有多种，其中重要的一个问题就是要保证正、反转接触器不会同时接通，以免造成电源相间短路事故。在继电器控制系统中，用正、反转接触器的常闭触点组成互锁电路可以解决这个问题；在PLC控制系统中，则可以通过软件手段获得更可靠的互锁控制。    图6.4是电动机正反转控制电路梯形图，其中X400、X401和X402分别为正转、反转和停止按钮，Y430、Y431分别为正转、反转输出继电器。为保证正、反转接触器不会同时接通，图6.4(a)所示梯形图中采用按钮互锁（正转X400常闭触点串入反转接触器控制回路，反转X401常闭触点串入正转接触器控制回路）和两个输出继电器的常闭触点互锁，这样可以保证Y430和Y431不会同时接通。
    图6.4    三相异步电动机正反转控制梯形图    但是，图6.4(a)的控制梯形图仍然存在安全隐患。实际上，接触器通断变化的时间是极短的。设原为正转，Y430及与其相连的正转接触器接通；现按反转按钮，X401常闭触点使Y430断开，X401常开触点使Y431接通。PLC的输出继电器向外发出通断命令，正转接触器断开其主触点，电弧尚未熄灭时，反转接触器主触点已接通，这将造成电源相间瞬时短路。为避免这种情况，图6.4(b)的梯形图中增加了两个定时器T450和T451，使进行正、反转切换时，被切断的接触器是瞬时动作的，而被接通的接触器却要延时一段时间才动作，以免造成相问瞬时短路。    4．电动机的星-三角降压启动控制    星-三角降压启动是异步电动机常用的启动控制线路之一，图6.5是其主电路。
    图6.5    降压启动主电路    电动机启动过程是：合上开关S后，先合上接触器KM、KMY，电动机接成星形降压启动。经10s延时后，将KMY断开，再经1s延时后，将接触器KMX接通，电动机主电路换成三角形接法，投入正常运行。采用了两级延时，可确保接触器KMY完全断开后，接触器KMX才接通。    图6.6是PLC的外部接线图，其中SB1是启动按钮，SB2是停止按钮。    图6.7是控制梯形图，由梯形图可知其控制过程。    (1)按下启动按钮，X400接通，Y430接通并自保（接触器KM接通），定时器T450开始计时；辅助继电器M100接通使Y431接通（接触器KMY接通，电动机接成星形启动）。
    图6.6    PLC外部接线图
    图6.7    降压启动控制梯形图   (2)当T450经10s延时时间到，其常闭触点断开使Y431断开（相应的KMY也断开），Y431的常闭触点闭合使T451接通并开始计时。    (3)当T451经1s延时时间到，其常开触点闭合使Y432接通并自保（相应的KMX接通，电动机接成三角形正常运行）；同时，Y432的常闭触点断开使定时器T450、T451复位。    (4)按下停止按钮，X401接通，其常闭触点断开，Y430断开（接触器KM断开）；辅助继电器M100断开使Y432断开（接触器KMX断开），电动机停转。    5．总结与评价    采用传统的继电器控制系统来实现电动机的控制与保护功能时，由于机械接触点很多，接线复杂，因此传统的控制方式已越来越满足不了生产过程复杂多变的控制要求。    应用PLC实现电动机的启动与停止、正反转、顺序启动、降压启动及互锁保护等功能，可以充分发挥PLC“软控制”的优点，通过编程实现复杂的逻辑控制功能；另一方面，应用PLC“软触点”来取代继电器控制线路中的自锁触点、互锁触点及时间继电器触点等，使得PLC控制系统的硬件接线得到了很大程度上的简化，提高了系统的可靠性。因此，在电动机控制中，应用PLC取代继电器控制系统成为技术发展的必然。