基于可編程控制器的異步電動機的起、制動控制方式改進
2019-06-11  來源:網絡或本站原創

  1. 引言

   傳統的鼠籠式異步電動機起、制動控制方式一般有四種,即定子回路串電阻起動,Y/△起動,自耦變壓器起動和延邊三角形起動;制動方式有三種,反接制動,能耗制動和電容制動,其中任何一種起,、制動控制方式的實現通常由繼電器-接觸器控制系統來完成。下面就以定子回路串電阻降壓起動和反接制動為例,分析由繼電器-接觸器實現的鼠籠式異步電動機的起、制動控制。如圖1所示,此控制電路含三個接觸器和一個中間繼電器線圈,12個觸點。起動時,KM2KM3線圈均處于斷開狀態,按下起動按鈕SB1KM1線圈通電并自鎖,電動機串電阻減壓起動。當電動機轉速上升到某一定值時(此值為速度繼電器KS1的整定值,可調節,如調至100r/min時動作),速度繼電器KS1的常開觸點閉和,中間繼電器KA通電并自鎖,KA的常開觸點接通接觸器線圈KM3KM3的主觸點在主電路中短接定子電阻R,電動機轉速上升至給定值時投入穩定運行。制動時,按下停機按鈕SB2KM1線圈斷電,其主觸點斷開三相電源;控制電路中常開觸點斷開,KM3失電,限流電阻串入;常閉觸點閉合,接通反接制動接觸器KM2,對調兩相電源相序,電動機處于反接制動狀態。當轉速下降至某一定值時(比如100r/min),KS1常開觸點斷開KA,繼而斷開KM2,電動機失電,迅速停機。

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1 繼電器接觸器控制系統

這種傳統的繼電器接觸器控制方式控制邏輯清晰,采用機電合一的組合方式便于普通機類或電類技術人員維修,但由于使用的電氣元件體積大、觸點多、故障率大,因此,運行的可靠性較低。隨著PLC技術的發展,使用PLC進行電機的運行控制已成為必然趨勢。
  2. 采用PLC實現鼠籠式異步電動器起、制動控制可編程序控制器是在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發的產品,自60年代末,美國首先研制和使用可編程控制器以后,世界各國特別是日本和聯邦德國也相繼開發了各自的PLC(programmable logic controller),因此,與傳統的繼電器接觸器控制系統相比較,筆者認為采用PLC實現鼠籠式異步電動機起制動控制是最明智的選擇。下面就是筆者設計的采用PLC實現的鼠籠式異步電動機起制動控制電路的接線圖、梯形圖和指令程序,如圖2和圖3所示。

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2 PLC控制的輸入輸出接線圖

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3 PLC控制的梯形圖

PLC控制邏輯與傳統的繼電器接觸器控制系統基本一致,其工作過程如下:
  :起動時,按下起動按鈕SB1,X400常開觸點閉合,Y430線圈接通并自鎖,KM1線圈接通,主觸頭吸合,電動機串入限流電阻R開始起動,同時Y430的兩對常開觸點閉合,當電動機轉速上升到某一定值時,KS1的常開觸點閉合,X402常開觸點閉合,M100線圈接通并自鎖,M100的一對常開觸點接通Y432的線圈,KM3線圈有電主觸頭吸合,短接起動電阻,電機轉速上升至給定值時投入穩定運行。制動時,按下停機按鈕SB2X401常開觸點斷開Y430線圈,使KM1失電釋放,而Y430的常閉觸點接通Y431線圈,制動用的接觸器KM2線圈通電,對調兩相電源的相序,電動機處于反接制動狀態。與此同時,Y430的常開觸點斷開Y432的線圈,KM3失電釋放,串入電阻R限制制動電流。當電動機轉速迅速下降至某一定值時,KS1常開觸點斷開,X402常開觸點斷開M100的線圈,M100的常開觸點斷開Y431線圈,KM2失電釋放,電動機很快停下來。過載時,熱繼電器FR常開觸點閉合,X403的兩對常閉觸點斷開Y430M110的線圈,從而使KM1KM2失電釋放,起到過載保護作用。上述控制過程指令程序如下:

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  3. PLC與繼電器接觸器控制系統的比較通過對鼠籠式異步電動機起制動的傳統控制方法和PLC控制方法的比較,從某種意義上看,PLC控制是從繼電器接觸器控制發展而來的。兩者既有相似性又有很多不同處。
  3.1 二種方案的不同點
  (1)PLC內部大部分采用“軟”邏輯
  繼電器接觸器控制全部用硬器件、硬觸點和“硬”線連接,為全硬件控制;PLC內部大部分采用“軟”電器、“軟”接點和“軟”線連接,為軟件控制;
  (2) PLC控制系統結構緊湊
  繼電器接觸器控制系統使用電器多,體積大且故障率大;PLC控制系統結構緊湊,使用電器少,體積小;
  (3) PLC內部全為“軟接點”動作快
  電器接觸器控制全為機械式觸點,動作慢,弧光放電嚴重;PLC內部全為“軟接點”動作快;
  (4) PLC控制功能改變極其方便
  繼電器接觸器控制功能改變,需拆線接線乃至更換元器件,比較麻煩;PLC控制功能改變,一般只需修改程序便可,極其方便;
  (5) PLC控制系統制造周期短
  PLC控制系統由于結構簡單緊湊,基本為軟件控制,因此設計、施工與調試比繼電器接觸器控制系統周期短。
  此外,由于PLC技術是計算機控制的基礎上發展而來,因此,它的軟硬件設置上有著傳統的繼電器接觸器控制無法比擬的優勢,工作可靠性極高。
  3.2 PLC方案的設計要點
  (1) 設置濾波
  在PLC中一般都在輸入輸出接口處設置π形濾波器,它不僅可濾除來自外界的高頻干擾,而且還可減少內部模塊之間信號的相互干擾;
  (2) 設有隔離
  在PLC系統中CPU和各I/O回路(主要指數字口)幾乎都設有光耦合器作隔離,以防止干擾或可能損壞CPU等;
  (3) 設置屏蔽
  屏蔽有兩類:一類是對變壓器采取磁場和電場的雙重屏蔽,這時要用既導磁又導電的材料作為屏蔽層;另一類是對CPU和編程器等模塊僅作電磁場的屏蔽,此時可用導電的金屬材料作屏蔽層;
  (4) 采用模塊式結構
  PLC通常采用積木式結構,這便于用戶檢修和更換模板,同時在各模板上都設有故障檢測電路,并用相應的指示器標志它的狀態,使用戶能迅速確定故障的位置;
  (5) 設有聯鎖功能
  PLC中個各輸出通道之間設有聯鎖功能。以防止各被控對象之間誤動作可能造成的事故;
  (6) 設置環境檢測和診斷電路
  這部分電路負責對PLC的運行環境(例如電網電壓、工作溫度、環境的濕度等)進行檢測,同時也完成對PLC中各模塊工作狀態的監測。這部分電路往往是與軟件相配合工作的,以實現故障自動診斷和預報;
  (7) 設置Watchdog電路
  PLC中的這種電路是專門監視PLC運行進程是否按預定的順序進行,如果PLC中發生故障或用戶程序區受損,則因CPU不能按預定順序(預定時間間隔)工作而報警;
  (8) PLC的輸入、輸出控制簡單
  PLC是以掃描方式進行工作的,即PLC對信號的輸入、數據的處理和控制信號的輸出,分別在一個掃描周期內的不同時間間隔里,以批處理方式進行,這不僅使用戶編程簡單、不易出錯,而且也使PLC的工作不易受到外界干擾的影響;同時PLC所處理的數據比較穩定,從而減少了處理中的錯誤;另外,PLC的輸入、輸出的控制較簡單,不容易產生由于時序不合適而造成的問題。
  4. 結束語
   由于PLC在設計制造時充分考慮到工業控制的現場環境問題,并采取了多層次、多種有效措施來提高工作可靠性,因此,采用PLC實現電機控制,特別是對工作環境條件較惡劣的工礦企業應該是一項明智之舉。 (完)

 

  

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