1、1电动机顺序启动/停止控制 设计概述三相异步电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中，三项异步电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。在生产过程，科学研究和其他产业领域中，电气控制技术应用十分广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。本系统的控制是采用 PLC 的编程语言梯形语言，梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性
2、强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制，定时、计数和算术等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。长期以来，PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。 进入 20 世纪 80 年代，由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大的推动了 PLC 的发展，使的 PLC 的功能日益增
3、强。如 PLC 可进行模拟量控制、位置控制和 PID 控制等，易于实现柔性制造系统。远程通信功能的实现更使 PLC 如虎添翼。目前，在先进国家中，PLC 已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业。PLC 是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。PLC 通过输入/ 输出（I/O）装置发出控制信号和接受输入信号。由于 PLC 综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控
4、制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩展了 PLC 的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而2更广泛地应用于众多行业。设计要求利用可编程逻辑控制器，完成一个电动机顺序启动/停止控制的设计。具体要求如下：1NFB：ON，停车指示灯 PL4 亮，按 PB4 无作用，PBl、PB2 操作顺序不受限制。2按 PBl 时，M1 电动机正转MCl、PLl 动作， PL4 熄灭。此时按 PB2 无作用，按PB3 时则 Ml 电动机停止运转， PL4 亮。3按 PB2 时，M1 电动机逆转 MC2、PL2 动作，PL4 熄灭。此时按 PB 1 无作用，按PB3 时则 M1 电动机停止
5、运转， PL4 亮。4M1 电动机正转或逆转时，再按 PB4 后，M2 电动机才会运转MC3 、PL3 动作， 此时按 PB3 无作用。5此时按 PB5，M2 电动机停止运转。6M2 电动机停止运转时按 PB3，M1 电动机才会停止运转，PL4 亮。7Ml 电动机正转或逆转时，THRY l 动作，M1 电动机停止，响，PL4 亮。此时按PB4， M2 电动机无法启动。8M1、M2 电动机均运转时。若 THRY2 动作， M2 停止运转 Bz 响。按 PB3 则 M1电动机停止运转，PL4 亮。若 THRYl 动作，则 M1、M2 全部停止运转，BZ r1 向，PL4 亮。9热继电器全部复位后，
6、BZ 停响，恢复正常操作状态。10PL1 、PL2、PL3、PL4 作为运转及停止指示，不能以 PLc 输出点直接控制。11MCl 与 MC2 在 PLC 外部接线时，要做连锁控制。1 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理图本设计是采用 PLC 作为控制器来实现的，采用 PLC 而不用继电器的理由有以下三点：1.控制方式。继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC 采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程3序即可。2.控制速度。继电器控制逻辑是依靠触点的
7、机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC 是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。 3.延时控制。继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。PLC 用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。显然用 PLC 来实现电动机的顺序启动/停止控制比用继电器要好上很多。根据设计要求,系统的方框图设计如图 1 所示：计算机可编程控制器电动机三相异步电动机驱动器电动机图 1 系统结构原理图2.2 系统变量定义及分配一、系统所用到的主要元件有：(
8、I).熔断器熔断器是一种过电流保护电器。熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外加填料等组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，起到保护的作用。1.熔断器分类(1) 螺旋式熔断器 RL：在熔断管装有石英砂，熔体埋于其中，熔体熔断时，电弧喷向石英砂及其缝隙，可迅速降温而熄灭。为了便于监视，熔断器一端装有色点，不同的颜色表示不同的熔体电4流，熔体熔断时，色点跳出，示意熔体已熔断。螺旋式熔断器额定电流为 5200A，主要用于短路电流大的分支电路或有易燃气体的场所。(2) 有填料管式熔断器 RT：有填料管式熔断器是一
9、种有限流作用的熔断器。由填有石英砂的瓷熔管、触点和镀银铜栅状熔体组成。填料管式熔断器均装在特别的底座上，如带隔离刀闸的底座或以熔断器为隔离刀的底座上，通过手动机构操作。填料管式熔断器额定电流为 501000A，主要用于短路电流大的电路或有易燃气体的场所。(3) 无填料管式熔断器 RM：无填料管式熔断器的熔丝管是由纤维物制成。使用的熔体为变截面的锌合金片。熔体熔断时，纤维熔管的部分纤维物因受热而分解，产生高压气体，使电弧很快熄灭。无填料管式熔断器具有结构简单、保护性能好、使用方便等特点，一般均与刀开关组成熔断器刀开关组合使用。 (4) 有填料封闭管式快速熔断器 RS：有填料封闭管式快速熔断器是一
10、种快速动作型的熔断器，由熔断管、触点底座、动作指示器和熔体组成。熔体为银质窄截面或网状形式，熔体为一次性使用，不能自行更换。由于其具有快速动作性，一般作为半导体整流元件保护用。 2.熔断器在电动机中的应用 单台直接起动电动机 熔体额定电流(1.52.5)电动机额定电流。多台直接起动电动机 总保护熔体额定电流(1.52.5)各台电动机电流之和。降压起动电动机 熔体额定电流(1.52)电动机额定电流。绕线式电动机 熔体额定电流(1.21.5)电动机额定电流。（II） 、热继电器：热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电
11、路断开，从而使接触器失 电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。1、热继电器的作用是： 主要用来对异步电动机进行过载保护，他的工作原理是过载电流通过热元件后， 使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而将电动机控制电路断开实现电动机断电停车，起到过载保护的作用。鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量 的传递需5要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护2、热继电器的选择方法热继电器主要用于保护电动机的过载，因此选用时必须了解电动机的情况，如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许
12、过载能力等。1、原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和启动的瞬间，热继电器应不受影响(不动作)。 2、当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。例如，热继电器的整定值可等于 0.951.05 倍的电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。 3、当热继电器用于保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。如果短时间内操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。 4、对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继
13、电器作为过载保护装置，而应使用埋人电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。(III)、交流接触器(1).交流接触器主要的组成a.电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；b.触头系统,包括三副主触头和两个常开、两个常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；c.灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；d.绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。(2).交流接触器的工作原理当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将动铁芯吸合，由于触头系统是与动铁芯联动的, 因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失,动铁芯
14、联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。(3).交流接触器的分类交流接触器的种类很多，其分类方法也不尽相同。按照一般的分类方法，大致有以下几种。a.按主触点极数分 可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。单极接触器主要用于单相负荷，如照明负荷、焊机等，在电动机能耗制动中也可采用；双极接触器用于6绕线式异步电机的转子回路中，起动时用于短接起动绕组；三极接触器用于三相负荷，例如在电动机的控制及其它场合，使用最为广泛；四极接触器主要用于三相四线制的照明线路，也可用来控制双回路电动机负载；五极交流接触器用来组成自耦补偿起动器或控制双笼型电动机，以变换绕组接法。b.按灭弧介质分 可分
15、为空气式接触器、真空式接触器等。依靠空气绝缘的接触器用于一般负载，而采用真空绝缘的接触器常用在煤矿、石油、化工企业及电压在 660V 和1140V 等一些特殊的场合。c.按有无触点分 可分为有触点接触器和无触点接触器。常见的接触器多为有触点接触器，而无触点接触器属于电子技术应用的产物，一般采用晶闸管作为回路的通断元件。由于可控硅导通时所需的触发电压很小，而且回路通断时无火花产生，因而可用于高操作频率的设备和易燃、易爆、无噪声的场合。(IV)、时间继电器时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。1.时间继电器原理在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器 ,它是利用空气通过小孔节
16、流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。凡是继电器感测元件得到动作信号后，其执行元件（触头）要延迟一段时间才动作的继电器称为时间继电器2.时间继电器类型及特点(1).空气阻尼式时间继电器又称为气囊式时间继电器，它是根据空气压缩产生的阻力来进行延时的，其结构简单，价格便宜，延时范围大（0.4180s） ，但延时精确度低。(2).电磁式时间继电器延时时间短（0.31.6s） ，但它结构比较简单，通常用在断电延时场合和直流电路中。(3).电动式时间继电器的原理与钟表类似，它是由内部电动机带动减速齿轮转动而获得延时的。这种继电器延时精度高，延时范围宽（0.472h） ，但结构
17、比较复杂，价格很贵。(4).晶体管式时间继电器又称为电子式时间继电器，它是利用延时电路来进行延时的。这种继电器精度高，体积小。二、I/O 点的分配7X000:M1 正转按钮 SB1X001:M1 反转按钮 SB2X002:M1 停止按钮 SB3X003:M2 启动按钮 SB4X004:M2 停止按钮 SB5X005:M1 过载保护 FR1 X006:M2 过载保护 FR2Y001:M1 正转交流接触器 KM1 Y002:M1 反转交流接触器 KM2 Y003:M2 交流接触器 KM32.3 系统接线图设计顺序启动、停止控制电路是在一个设备启动之后另一个设备才能启动运行的一种控制方法，常用于主、
18、辅设备之间的控制，如上图当辅助设备的接触器 KM1 启动之后，主要设备的接触器 KM2 才能启动，主设备KM2 不停止，辅助设备 KM1 也不能停止。但辅助设备在运行中应某原因停止运行（如 FR1 动作） ，主要设备也随之停止运行。工作过程：1、合上开关 QF 使线路的电源引入。2、按辅助设备控制按钮 SB2，接触器KM1 线圈得电吸合，主触点闭合辅助设备运行，并且 KM1 辅助常开触点闭合实现自保。3、按主设备控制按钮 SB4，接触器 KM2线圈得电吸合，主触点闭合主电机开始运行，并且 KM2 的辅助常开触点闭合实现自保。4、KM2 的另一个辅助常开触点将 SB1 短接，使 SB1 失去控制
19、作用，无法先停止辅助设备 KM1。5、停止时只有先按 SB3 按钮，使 KM2 线圈失电辅助触点复位（触点断开） ，SB1 按钮才起作用。6、主电机的过流保护由 FR2 热继电器来完成。7、辅助设备的过流保护由 FR1 热继电器来完成，但 FR1 动作后控制电路全断电，主、辅设备全停止运行。系统总电路如图 2 示：8图 2 系统接线图控制系统设计3.1 控制电路设计控制电路采用如下设计，如图 3。按辅助设备控制按钮 SB2，接触器 KM1 线圈得电吸合，主触点闭合辅助设备运行，并且KM1 辅助常开触点闭合实现自保。按主设备控制按钮 SB4，接触器 KM2 线圈得电吸合，主触点闭合主电机开始运行
20、，并且KM2 的辅助常开触点闭合实现自保。KM2的另一个辅助常开触点将 SB1 短接，使SB1 失去控制作用，无法先停止辅助设备KM1。停止时只有先按 SB3 按钮，使 KM2线圈失电辅助触点复位（触点断开），SB1按钮才起作用。主电机的过流保护由 FR2热继电器来完成。辅助设备的过流保护由FR1 热继电器来完成，但 FR1 动作后控制电路全断电，主、辅设备全停止运行。9图 3 控制电路图3.2 控制程序设计程序设计如下，如图 4.4 上位监控系统设计将 PLC 联上编程器并接通电源后，PLC 电源指示灯亮，将编程器开关打到“PROGRAM”位置，这时 PLC 处于编程状态。编程器显示 PAS
21、SWORD！这时依次按Clr 键和 Montr 键，直至屏幕显示地址号 0000，这时即可输入程序。在输入程序前，需清除存储器中内容，依次按 Clr、Play/Set， Not，Rec/Reset 和Montr 键，即将全部程序清除。按照设计要求的梯形图或程序指令将控制程序写入 PLC，当程序输入到 PLC 机中后，用上下方向键读出所写程序，如程序有错，可用插入指令和删除指令修改程序。程序输入正确后，连接 PLC 外部接线及主回路线路实现电机的顺序启动/停止控制。5 系统调试及结果分析系统调试分几种情况：硬件调试：接通电源，检查可编程序控制器能否正常工作，接头是否接触良好。软件调试：按要求输入梯形图，检查后编译通过，在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区。
