用PLC改進(jìn)鼠籠式異步電動機(jī)的控制方案

傳統(tǒng)的鼠籠式異步電動機(jī)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(shí)現(xiàn)通常由繼電器-接觸器控制系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)的鼠籠式異步電動機(jī)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(diǎn)。起動時，KM2、KM3線圈均處于斷開狀態(tài)，按下起動按鈕SB1，KM1線圈通電并自鎖，電動機(jī)串電阻減壓起動。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到某一定值時（此值為速度繼電器KS1的整定值，可調(diào)節(jié)，如調(diào)至100r/min時動作），速度繼電器KS1的常開觸點(diǎn)閉和，中間繼電器KA通電并自鎖，KA的常開觸點(diǎn)接通接觸器線圈KM3，KM3的主觸點(diǎn)在主電路中短接定子電阻R，電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升至給定值時投入穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 繼電器接觸器控制系統(tǒng)

制動時，按下停機(jī)按鈕SB2，KM1線圈斷電，其主觸點(diǎn)斷開三相電源；控制電路中常開觸點(diǎn)斷開，KM3失電，限流電阻串入；常閉觸點(diǎn)閉合，接通反接制動接觸器KM2，對調(diào)兩相電源相序，電動機(jī)處于反接制動狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降至某一定值時（比如100r/min），KS1常開觸點(diǎn)斷開KA，繼而斷開KM2，電動機(jī)失電，迅速停機(jī)。

這種傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制方式控制邏輯清晰，采用機(jī)電合一的組合方式便于普通機(jī)類或電類技術(shù)人員維修，但由于使用的電氣元件體積大、觸點(diǎn)多、故障率大，因此，運(yùn)行的可靠性較低。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，使用PLC進(jìn)行電機(jī)的運(yùn)行控制已成為必然趨勢。

2、采用PLC實(shí)現(xiàn)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(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)的產(chǎn)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(lián)邦德國也相繼開發(fā)了各自的PLC（programmable logic controller），因此，與傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)相比較，筆者認(rèn)為采用PLC實(shí)現(xiàn)鼠籠式異步電動機(jī)起制動控制是最明智的選擇。下面就是筆者設(shè)計(jì)的采用PLC實(shí)現(xiàn)的鼠籠式異步電動機(jī)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。

PLC控制邏輯與傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)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(diǎn)閉合，Y430線圈接通并自鎖，KM1線圈接通，主觸頭吸合，電動機(jī)串入限流電阻R開始起動，同時Y430的兩對常開觸點(diǎn)閉合，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到某一定值時，KS1的常開觸點(diǎn)閉合，X402常開觸點(diǎn)閉合，M100線圈接通并自鎖，M100的一對常開觸點(diǎn)接通Y432的線圈，KM3線圈有電主觸頭吸合，短接起動電阻，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升至給定值時投入穩(wěn)定運(yùn)行。

制動時，按下停機(jī)按鈕SB2，X401常開觸點(diǎn)斷開Y430線圈，使KM1失電釋放，而Y430的常閉觸點(diǎn)接通Y431線圈，制動用的接觸器KM2線圈通電，對調(diào)兩相電源的相序，電動機(jī)處于反接制動狀態(tài)。與此同時，Y430的常開觸點(diǎn)斷開Y432的線圈，KM3失電釋放，串入電阻R限制制動電流。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降至某一定值時，KS1常開觸點(diǎn)斷開，X402常開觸點(diǎn)斷開M100的線圈，M100的常開觸點(diǎn)斷開Y431線圈，KM2失電釋放，電動機(jī)很快停下來。過載時，熱繼電器FR常開觸點(diǎn)閉合，X403的兩對常閉觸點(diǎn)斷開Y430和M110的線圈，從而使KM1或KM2失電釋放，起到過載保護(hù)作用。

上述控制過程指令程序如下：

3、PLC與繼電器接觸器控制系統(tǒng)的比較

通過對鼠籠式異步電動機(jī)起制動的傳統(tǒng)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(fā)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(diǎn)

（1） PLC內(nèi)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(diǎn)和“硬”線連接，為全硬件控制；PLC內(nèi)部大部分采用“軟”電器、“軟”接點(diǎn)和“軟”線連接，為軟件控制。

（2） PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊

繼電器接觸器控制系統(tǒng)使用電器多，體積大且故障率大；PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，使用電器少，體積小。

（3） PLC內(nèi)部全為“軟接點(diǎn)”動作快

電器接觸器控制全為機(jī)械式觸點(diǎn)，動作慢，弧光放電嚴(yán)重；PLC內(nèi)部全為“軟接點(diǎn)”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(tǒng)制造周期短

PLC控制系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡單緊湊，基本為軟件控制，因此設(shè)計(jì)、施工與調(diào)試比繼電器接觸器控制系統(tǒng)周期短。

此外，由于PLC技術(shù)是計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，因此，它的軟硬件設(shè)置上有著傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制無法比擬的優(yōu)勢，工作可靠性極高。

3.2 PLC方案的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1） 設(shè)置濾波

在PLC中一般都在輸入輸出接口處設(shè)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(nèi)部模塊之間信號的相互干擾。

（2） 設(shè)有隔離

在PLC系統(tǒng)中CPU和各I/O回路（主要指數(shù)字口）幾乎都設(shè)有光耦合器作隔離，以防止干擾或可能損壞CPU等。

（3） 設(shè)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(dǎo)磁又導(dǎo)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(dǎo)電的金屬材料作屏蔽層。

（4） 采用模塊式結(jié)構(gòu)

PLC通常采用積木式結(jié)構(gòu)，這便于用戶檢修和更換模板，同時在各模板上都設(shè)有故障檢測電路，并用相應(yīng)的指示器標(biāo)志它的狀態(tài)，使用戶能迅速確定故障的位置。

（5） 設(shè)有聯(lián)鎖功能

PLC中個各輸出通道之間設(shè)有聯(lián)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(shè)置環(huán)境檢測和診斷電路

這部分電路負(fù)責(zé)對PLC的運(yùn)行環(huán)境（例如電網(wǎng)電壓、工作溫度、環(huán)境的濕度等）進(jìn)行檢測，同時也完成對PLC中各模塊工作狀態(tài)的監(jiān)測。這部分電路往往是與軟件相配合工作的，以實(shí)現(xiàn)故障自動診斷和預(yù)報。

（7）設(shè)置Watchdog電路

PLC中的這種電路是專門監(jiān)視PLC運(yùn)行進(jìn)程是否按預(yù)定的順序進(jìn)行，如果PLC中發(fā)生故障或用戶程序區(qū)受損，則因CPU不能按預(yù)定順序（預(yù)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(jìn)行工作的，即PLC對信號的輸入、數(shù)據(jù)的處理和控制信號的輸出，分別在一個掃描周期內(nèi)的不同時間間隔里，以批處理方式進(jìn)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(shù)據(jù)比較穩(wěn)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(chǎn)生由于時序不合適而造成的問題。

4、結(jié)束語

由于PLC在設(shè)計(jì)制造時充分考慮到工業(yè)控制的現(xiàn)場環(huán)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(shí)現(xiàn)電機(jī)控制，特別是對工作環(huán)境條件較惡劣的工礦企業(yè)應(yīng)該是一項(xiàng)明智之舉