三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路設計(繼電器、PLC)

1、生產(chǎn)機械往往要求運動部件可以實現(xiàn)正反兩個方向的起動.這就要求拖動電動機 能作正、反向旋轉(zhuǎn)。由電機原理可知，改變電動機三相電源的相序，就能改變電動機的 轉(zhuǎn)向。本文設計系統(tǒng)的控制是采用PLC的編程語言一一梯形圖，梯形語言是在可編程控 制器中的應用最廣的語言，因為它在繼電器的基礎(chǔ)上加進了許多功能使用靈活的指令. 使邏輯關(guān)系清晰直觀.編程容易，可讀性強.所實現(xiàn)的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控 制電路.可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng).它是專為在惡劣工業(yè)環(huán)境下應 用而設計.它采用可編程序的存儲器.用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算順序控制，定時. 計數(shù)和算術(shù)等操作的指令.并采用數(shù)字式.模擬式的輸入和輸岀.

2、控制各種的機械或生 產(chǎn)過程.關(guān)鍵詞：三相異步電動機；PLC；可編程控制；梯形圖摘要I引言11 PLC基礎(chǔ)的知識21.1關(guān)于PLC的定義21.2 PLC的工作原理21.3 PLC的應用領(lǐng)域31.4 PLC的發(fā)展趨勢42三相異步電動機的PLC控制52.1三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路的特點52.1.1三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路的主控制電路52.1.2按鈕接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路特點及應用分析 52.2交流接觸器的正反轉(zhuǎn)自動控制線路工作過程623 PLC的選擇72.4三相異步電動機使用PLC控制優(yōu)點72.5輸入輸出定義72.6輸入輸出接線圖8參考文獻10引 言電動機的正反轉(zhuǎn)控制大量應用于工業(yè)生產(chǎn)當

3、中.而快速準確安全的控制更能夠保證 生產(chǎn)的安全可靠和產(chǎn)品的品質(zhì)。PLC控制三相異步電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，其運行性能更 好.且在滿足上述需要的前提下還可節(jié)省各種材料。生產(chǎn)中許多機械設備往往要求運動 部件能向正反兩個方向運動。如機床工作臺的前進與后退起重機的上升與下降等，這些 生產(chǎn)機械要求電動機能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。改變通入電動機定子繞組的三相電源相序，即 把接入電動機的三相電源進線中的任意兩根對調(diào)，電動機即可反轉(zhuǎn)。1可編程序控制器PLC的概況1.1 PLC的定義早期的可編程控制器是為了取代繼電器控制線路.采用存儲器程序指令完成順序控 制而設計的。它僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能.采用開關(guān)量控制.實際只能

4、進行邏 輯運算，所以稱為可編程邏輯控制器.簡稱PLC (Prograiinnable Logic Controller)<, 進入20世紀80年代后.采用了 16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成PLC使得可編程 邏輯控制器在概念、設計、性能上都有了新的突破。采用微處理器之后，這種控制器的 功能不再局限于當初的邏輯運算.增加了數(shù)值運算、模擬量的處理、通信等功能.成為 真正意義上的可編程控制器(Programmable CoiitTollei)簡稱為PC。但是為了與 個人計算機PC (Personal Computer)相區(qū)別.長將可編程控制器仍成為PLC。隨著可編程控制器的不斷發(fā)展.其定義也在不

5、斷變化。國際電工委員會(IEC)曾 于1982年11月頒布了可編程控制器標準草案第一稿，1985年1月發(fā)表了第二稿， 1987年2月又頒布了第三稿。1987年頒布的可編程控制器的定義如下：“可編程邏 輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置.是帶有存儲 器、可以編制程序的控制器.它能夠存儲和執(zhí)行命令.進行邏輯運算、順序控制、定時、 計數(shù)和算術(shù)運算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入、輸出.控制各種類型的機械或 生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P(guān)的外圍設備都應按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、 易于擴展其功能的原則設計。1.2 PLC的工作原理PLC實質(zhì)上是一種專用與工業(yè)控制的計

6、算機.其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相 近.在結(jié)構(gòu)上分為固定式和組合式(模塊式)兩種.固定式PLC包括CPU板.I/O板. 顯示面板.內(nèi)存塊.電源等.這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括 CPU模塊，I/O模塊，內(nèi)存模塊，電源模塊，底板或機架。這些模塊可以按照一定的 規(guī)則組合配置。按照可編程控制器系統(tǒng)的構(gòu)成原理，可編程控制器系統(tǒng)由傳感器.可編程控制器和 執(zhí)行器組成.可編程控制器通過循壞掃描輸入端口的狀態(tài).執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任 務.其操作過程如上圖1所示。PLC輸入模塊的輸入信號狀態(tài)與傳感器信號相對應，為傳感器信號經(jīng)過隔離和濾 波后的有效信號。開關(guān)量輸入電路通過識別傳感器0、1電

7、平識別開關(guān)的通斷。輸中央處理器單兀接入4口驅(qū)動受控兀件CPU板部接接收現(xiàn)場信號件口輸部電源部件出件W圖1.1 PLC操作過程CPU在每個掃描周期的開始掃描輸入模塊的信號狀態(tài).并將其狀態(tài)送入到輸入映 像寄存器區(qū)域；CPU根據(jù)用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號.并將其處理的結(jié) 果送到輸岀映像寄存器?，F(xiàn)代的PLC己經(jīng)具備了處理模擬量的功能.但是相對于開關(guān) 量的處理較復雜一些。PLC輸出模塊具有一定的負載驅(qū)動能力.在額定負載以內(nèi).直 接和負載相連.可以驅(qū)動相應的執(zhí)行器。在PLC處于運行狀態(tài)時.從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸 出，一直循環(huán)掃描工作。1.3 PLC的應用領(lǐng)域目前.PLC

8、在國內(nèi)外己廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、 汽車、輕紡、交通運輸、保及文化娛樂等各個行業(yè).使用情況大致可歸納為以下幾類：(1) 開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應用領(lǐng)域.可用它取代傳統(tǒng)的 繼電器控制電路.實現(xiàn)邏輯控制、順序控制.既可用于單臺設備的控制.又可用于多機 群控制及自動化流水線。如電梯控制、高爐上料、注塑機、印刷機、組合機床、磨床、 包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中.有許多連續(xù)變化的童.如溫度、壓力、流量、 液位和速度等都是模擬量。為了使PLC能處理模擬信號,PLC廠家生產(chǎn)有配套的A/D、 D/A轉(zhuǎn)換模塊.使PLC可用于模擬量控制。3

9、(2) 運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說， 早期直接用開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)現(xiàn)在可使用專門的運動控制模 塊。廣泛的運用于各種機床、機械、機器人、電器等場合。(3) 過程控制 這是對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。PLC能編制各種控 制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID控制時一般閉壞控制系統(tǒng)中常用的控制方法。PID處 理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合 有非常廣泛的應用。(4) 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、査表、位 操作等功能.可以完成數(shù)據(jù)采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以

10、與存儲在存儲器中的參考 值比較.一般用于大型系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造業(yè)。(5) 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信包含PLC之間的通信以及PLC與其他智能設備間的 通信。在工業(yè)自動化網(wǎng)絡發(fā)展加快前提下.廠家都十分重視PLC的通訊功能，紛紛推 出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)，通訊十分方便。1.4 PLC的發(fā)展趨勢1969年.美國數(shù)字設備公司(DEC)首先研制出第一臺符合要求的控制器.即 可編程邏輯控制器，并在美國GE公司的汽車自動裝配上試用獲得成功。此后，這項技 術(shù)迅速發(fā)展，從美國、日本、歐洲普及到全世界?？偟膩碚f發(fā)展趨勢如下(1) 向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高PLC的處理能力，耍求PLC具有更好的 響應速度和更大

11、的儲存容量(2) 向超大型、超小型兩個方向發(fā)展。以適應不同類型的自動控制系統(tǒng)的需要。(3) PLC大力開發(fā)智能模塊.加強聯(lián)網(wǎng)通信功能.為了擴大適用范圍.廠家還制定 了通用的通信彼岸準.已構(gòu)成更大的網(wǎng)絡系統(tǒng)。增強外部故障的檢測與處理能力。外部故障的幾率很大.因此.PLC廠家致力 于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊.進一步提高系統(tǒng)的可靠性。2三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路的特點與應用2.1三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路的特點2.1.1三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路的主、控制電路(1) 主電路 如圖1主電路接觸器KM1、KM2分別閉合，完成換相實現(xiàn)電動機正 反轉(zhuǎn)。KM1、KM2不能同時閉合，否則，

12、會造成主電路兩相短路。電路用FR實現(xiàn)過 載保護.(2) 控制電路控制電路實質(zhì)是由兩條并聯(lián)的啟動支路組成，但為了生產(chǎn)、安全的需 要又在各支路中輔加了制約觸頭。FU2異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路-380V AI 5#圖21三相異步電動機繼電器接觸器控制電路#2.1.2按鈕、接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路特點及應用分析(1) 接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路如圖21,右部分是其控制電路，它由兩條啟動支路構(gòu)成，且在對方支路中相互串 聯(lián)上彼此的常閉輔助觸頭，使一接觸器線圈得電吸合后另一個接觸器因所串聯(lián)的常閉 輔助觸頭斷開而受到制約無法得電，保證了KM1,KM2不能同時得電，從而可靠地避 免了兩相電源短路事故的發(fā)生，電路

13、安全、可靠。這種在一個接觸器得電動作時通過其 常閉輔助觸頭使另一個接觸器不能得電動作的作用稱為聯(lián)鎖或互鎖。該電路要改變電動 機的轉(zhuǎn)向必須先按下停止按鈕使接觸器失電，各觸頭斷開恢復原狀解除聯(lián)鎖，再按下 反轉(zhuǎn)啟動按鈕，電動機才能反轉(zhuǎn)。(2) 按鈕聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路如圖21,右圖中的正、反轉(zhuǎn)控制按鈕SB2、SB3為復合按鈕，用對應的常閉觸 頭代替接觸器相應的常閉輔助觸頭構(gòu)成聯(lián)鎖完成正反轉(zhuǎn)控制。這樣電動機改變轉(zhuǎn)向時, 可直接按下反轉(zhuǎn)相對于另一轉(zhuǎn)向按鈕即可，而不必先按停止按鈕，同時保證了兩個接 觸器KM1、KM2線圈不會同時得電閉合。例如，KM1吸合電動機正轉(zhuǎn)時，按下反轉(zhuǎn) 按鈕SB3,串聯(lián)在KM1線圈支

14、路中SB3的常閉觸頭先斷開，使KM1線圈失電，其 主觸頭、自鎖輔助觸頭斷開，電動機斷電但仍慣性運轉(zhuǎn)。SB3按下后經(jīng)過一定的行程, 其常開觸頭閉合，接通反轉(zhuǎn)控制電路，電動機反轉(zhuǎn)。(3) 按鈕與接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路的應用分析接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路適用于重載拖動的機床等不能或不需要由一個轉(zhuǎn)向立 即換為另一個轉(zhuǎn)向的機械設備，以減小換相對設備的機械沖擊力和電機繞組受到的反 接電流沖擊，起到保護設備，延長其使用壽命的作用。而按鈕聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路雖操作方便，但安全欠佳，不可靠。例如，當正轉(zhuǎn)接觸 器KM1吸合后主觸頭發(fā)生熔焊或動鐵芯被雜物卡住等故障時，即使線圈失電，主觸頭 也無法分開，這時若按下反轉(zhuǎn)

15、按鈕SB3, KM2得電動作，主觸頭閉合造成電源兩相短 路。2.2交流接觸器的正反轉(zhuǎn)自動控制線路工作過程及分析當通電以后.按下SB2, KM1接通電動機開始正轉(zhuǎn).同時KM1常開開關(guān)閉合. 實現(xiàn)自鎖.常閉開關(guān)斷開，KMT也閉合，所以KT1開始計時，30秒后，KT1的常 開開關(guān)閉合.同時KM2吸合.KM2常閉開關(guān)斷開.KM1停止工作.KM1常開開關(guān) 斷開，KM2常開開關(guān)閉合.實現(xiàn)自鎖，電動機開始反轉(zhuǎn)，KT2開始計時.當計時到 30秒之后.KT2的常開閉合.KM2接通吸合.如此反復.實現(xiàn)三相異步電動機延 時正反轉(zhuǎn)的控制.從而帶動機器的正反轉(zhuǎn)。達到延時停車的控制。其操作簡便、安全易 于控制.2.3 P

16、LC的選擇PLC高性能小型可編程控制器.具有較高的性價比.應用廣泛。它不僅具備了以 往的小型PLC所具有的功能.而且還可連接可編程控制終端，盡可能使安裝空間最小 化，并實現(xiàn)了具有2點7點輸入輸出點數(shù)的彈性構(gòu)成，為了節(jié)省節(jié)點的個數(shù).它們采 用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。只有選擇了符合要求的產(chǎn)品才能達到既可靠又 經(jīng)濟的要求，西門子公司s7200系列的PLC適合本次實驗的要求，因此我們選擇西 門子系列型號的可控制編程器。2.4三相異步電動機使用PLC控制優(yōu)點本文設計就對三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制，順序起動等系統(tǒng)進行了設計， 還有其它的像制動和調(diào)速控制在這里我就沒有設計.其實主電路都是一樣的.就

17、 控制電路有一點小差異使用PLC控制三相異步電動機有很多好處的：不易老化. 設備簡單，結(jié)構(gòu)合理.便于控制價格便宜等。PLC的通用性、可靠性、檢修快速性、安全性是非常強大的.所以用其控 制是非常方便的，值得一提的是他的價格可能會髙一些.但是絕對是物超所值。2.5輸入輸出定義根據(jù)對控制任務的分析，我們將輸入輸出定義如下表2.1所示正轉(zhuǎn)按鈕SB2接于輸入繼電器10.0端.反轉(zhuǎn)啟動按鈕SB3,接于輸入繼電器10.1 端.停止按鈕SB11接于輸入繼電器10.2端正轉(zhuǎn)按觸器按于輸出繼電器Q0.0端；反轉(zhuǎn)接觸器接于輸岀繼電器Q0.1端農(nóng)2.1輸入輸出對應衣使件名稱正傳按鈕反轉(zhuǎn)按鈕停止按鈕正轉(zhuǎn)接觸器反轉(zhuǎn)接觸器

18、硬件符號名稱SB2SB3SB11KM1KM2對應地址10.010.110.2Q0.0Q0.1梯形圖程序注意：1、過載的熱繼電器沒有寫入編程中.詳看PLC的接線圖。2、輸入繼屯器線圈（軟繼電器）不被寫入程序，提供常開常閉觸點。3、輸出繼電器線圈被寫入程序.不僅提供常開常閉觸點.還為外部輸出電路提供了一個實際的常開觸點與輸出接線端子相連。82.6輸入輸出接線圖三相異步電動機正反轉(zhuǎn)的控制要求.本模塊所用的器件有：PLC控制單元.正轉(zhuǎn) 起動按鈕SB2反轉(zhuǎn)起動按鈕SB3,停止按鈕SB1.交流接觸器KM1、KM2、。此 外為了防止主電路短路KM1、KM2在硬件上互鎖。輸入/輸出端口接線如下圖所示(1)PLC的外部接線圖SB2X1 , 10. 0QO.OSB3X10.1g Q0.11 SB11 I11 J10,2雖