三相异步电动机的PLC控制.docx
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三相异步电动机的PLC控制
技能训练三相异步电动机的PLC控制
工程实际中的PLC控制系统总是比较复杂的,作为其中的基本环节,三相异步电动机的几种典型控制回路常见于PLC控制系统中。
本模块详细讲述了几种三相异步电动机的PLC控制电路硬件结构及实用程序,并通过三相异步电动机星形-三角形启动实训,让读者进一步掌握简单PLC控制系统的开发运用。
第一部分教学要求
一、目的要求
①学习PLC在三相异步电动机控制电路中的运用情况
②通过示例,掌握PLC控制程序编制技巧
③了解常用PLC编程软件的基本运用,培养简单PLC控制系统的开发能力
二、工具器材
器材名称
规格/型号
数量
器材名称
规格/型号
数量
可编程控制器
FX2N-48MR-001
10台
热过载继电器
JRS1-09-25-1A/380V
10台
编程计算机及软件
可选用SW3D5-GPPW-E编程软件
10台
组合按钮
LA19-3H
10台
编程适配电缆
SC-09
10根
熔断器
FU/RT18/5A/3P、1P
各10台
三相异步电动机
180W/380V/△
10台
接触器
CJX2-1210/220V
30台
电源开关
DZ47-C10/3P、1P
各10台
其他工具及导线
若干
三、教学节奏与方式
项目
时间安排
教学方式
课前准备
课余
复习电动机Y/△接法的有关内容
教师讲授
4课时
教师讲授、操作示范相结合。
重点:
PLC控制程序中的典型环节
2课时
学习三菱FX系列PLC的编程软件
学生实作
4课时
分组进行(6人一组或酌情分组)重点:
计算机编程及程序写入
四、成绩评定
技能训练成绩
教师签名
第二部分教学内容
三相异步电动机各种控制电路,是工业控制系统中使用最为普遍的基本环节。
本模块对三相异步电动机点动-长动、正转-反转、顺序启动等几种常见PLC控制电路进行讨论,每一种电路均给出了与之对应的继电-接触器控制电路,两种电路中的所有按钮及输出接触器均采用相同的代号,以方便读者对照理解。
一、三相异步电动机点动-长动控制回路
1.点动-长动控制电路接线图
图9-1(a)是三相异步电动机点动-长动PLC控制I/O接线图,图9-1(b)是与之对应的继电器接触器控制电路。
(a)PLC控制I/O接线图(b)继电器接触器控制电路
图9-1点动-长动控制电路接线图
2.梯形图及指令表程序
图9-2(a)是三相异步电动机点动-长动PLC控制梯形图程序,图9-2(b)是与之对应的指令表程序
(a)梯形图程序(b)指令表程序
图9-2三相异步电动机点动-长动PLC控制程序
3.编程元件的地址分配
输入输出继电器地址分配,如表9-1所示。
表9-1输入输出继电器的地址分配表
编程元件
I/O端子
电路器件
作用
输入继电器
X000
SB1
停止按钮
X001
SB2
点动按钮
X002
SB3
长动按钮
输出继电器
Y000
KM
接触器线圈
辅助继电器
M0
-
长动自锁控制
其他电器
-
FR
过载保护
4.操作要求
①在停止状态,按下点动按钮SB2,电机运转,松开SB2,电机停止;
②在停止状态,按下长动按钮SB3,电机运转,松开SB3,电机仍保持运转;
③按停止按钮SB1,电机停转。
5.简要说明
程序中用到了通用辅助继电器M0,其作用与继电-接触器控制电路中的中间继电器极为相似。
它没有输入与输出端子,但能在程序执行过程中完成中间逻辑变量的运算转换。
本例中,M0将长动控制的状态与点动控制信号X001相或后再控制Y000的输出状态。
停止按钮SB1采用了常开触点的形式。
一般PLC输入信号接点,通常优先采用常开(动合)接点,以利于梯形图编程。
比较图9-1b及9-2a可以发现:
PLC梯形图程序与继电-接触器控制电路相似,但无需雷同,充分利用PLC中的软元件,可使程序结构简单易读。
FR的动断触点串接于接触器线圈回路中,它能可靠的对电机实施保护,其缺点是,即使电机处于保护状态,PLC仍视系统为正常状态,不予报警。
二、三相异步电动机正转-反转控制回路
1.正转-反转控制电路接线图
图9-3(a)是三相异步电动机正转-反转PLC控制I/O接线图,图9-3(b)是与之对应的继电器接触器控制电路。
(a)PLC控制I/O接线图(b)继电器接触器控制电路
图9-3正转-反转控制电路接线图
2.梯形图及指令表程序
图9-4(a)是三相异步电动机正转-反转PLC控制梯形图程序,图9-4(b)是与之对应的指令表程序。
(a)梯形图程序(b)指令表程序
图9-4三相异步电动机正转-反转PLC控制程序
3.编程元件的地址分配
输入输出继电器地址分配,如表9-2所示。
表9-2输入输出继电器的地址分配表
编程元件
I/O端子
电路器件
作用
输入继电器
X000
SB1
停止按钮
X001
SB2
正转启动按钮
X002
SB3
反转启动按钮
X003
KM1
正转软互锁输入
X004
KM2
反转软互锁输入
输出继电器
Y000
KM1
正转接触器线圈
Y001
KM2
反转接触器线圈
其他电器
-
FR
过载保护
4.操作要求
①在停止或反转状态,按SB2,电机正转;
②在停止或正转状态,按SB3,电机反转;
③按SB1,电机停转;
④KM1、KM2动断触点为电气互锁;
⑤KM1、KM2动合触点为软件互锁控制输入。
5.简要说明
使用PLC进行多个用电器具的互锁控制时,必须同时使用软互锁和硬互锁,以确保安全。
电路中电动机由正转过渡到反转必须先按SBl,使其停车后,才能进行反转控制,这样可防止两个接触器同时动作短路。
因此,将接触器的动作状态作为负载信号引入PLC输入端,在PLC输入端接有KMl和KM2动合触点。
为了可靠地对正、反转接触器进行互锁,在PLC输出端两个接触器之间仍然采用动断触点构成互锁,这种互锁称为外部硬互锁。
在梯形图程序中,两个输出继电器Y000、Y001之间,还相互构成互锁,这种互锁称为内部软互锁。
此外,与负载状态输入信号对应的X003和X004,在梯形图中除了作为互锁条件外,对输出继电器也构成一种软互锁。
软互锁作用:
防止因触点灼伤粘连等外部故障时,本应断开的接触器因故障而未断开,PLC又对其他接触器发出了动作信号,使两只接触器同时处于通电动作状态。
设置软互锁后,利用软互锁不接通另一输出继电器,从而防止主电路短路。
硬互锁作用:
防止因噪声在PLC内部引起运算处理错误,导致出现两个输出继电器同时有输出,使正、反转接触器同时通电动作,造成主电路短路。
三、三相异步电动机顺序启动控制回路
1.顺序启动控制电路接线图
图9-5(a)是三相异步电动机顺序启动PLC控制I/O接线图,图9-5(b)是与之对应的继电器接触器控制电路。
(a)PLC控制I/O接线图(b)继电器接触器控制电路
图9-5顺序启动控制电路接线图
2.梯形图及指令表程序
图9-6(a)是三相异步电动机顺序启动PLC控制梯形图程序,图9-6(b)是与之对应的指令表程序。
(a)梯形图程序(b)指令表程序
图9-6三相异步电动机顺序启动PLC控制程序
3.编程元件的地址分配
①输入输出继电器地址分配,如表9-3所示。
表9-3输入输出继电器的地址分配表
编程元件
I/O端子
电路器件
作用
输入继电器
X000
SB1
停止按钮
X001
SB2
启动按钮
X002
FR1
热继电器动断触点
X003
FR2
热继电器动断触点
输出继电器
Y000
KM1
接触器线圈
Y001
KM2
接触器线圈
②其他编程元件地址分配,如表9-4所示。
表9-4其它编程元件的地址分配
编程元件
编程地址
K值
作用
辅助继电器
M0
-
启动自锁
M100
-
Y000的启动控制
M200
-
Y001的启动控制
定时器(100ms通用型)
T0
100
顺序时间设定(10s)
4.操作要求
①在停止状态,按SB2,电机M1启动并保持运转,T0开始计时。
②计时时间到,启动电机M2。
③按SB1,两台电机同时停转。
5.简要说明
热过载继电器多采用动断触点。
FR1、FR2对应的两个输入常开触点X002及X003,串联于Y000及Y001的输出回路中,类似于“启-保-停”电路中的停止按钮,所以当FR1或FR2动作时,将使对应的输出回路停止工作。
采用动断触点作为PLC输入回路接点时,触点动作则相应输入继电器置“0”,反之为“1”。
用于PLC“启-保-停”控制程序中的梯形图样式,与继电-接触器控制电路样式正好相反,编程时应特别注意。
Y000及Y001的启动,由M100及M200的脉冲输出信号进行控制。
显然,当该电路中只有一台电机因过载停止工作时,另外一台电机的工作状态将不会受到影响。
但排除故障后,需按下SB1使系统完全复位后,再次启动。
需要说明的是:
在图9-5(b)所示继电器接触器顺序启动控制电路中,FR1、FR2的两个常开触点串联在整个控制回路中,所以当FR1或FR2其中一个动作时,将使二台电机全部停止工作。
这与图9-5(a)所示PLC顺序启动控制逻辑是有所区别的。
如果需要,当然可以对PLC顺序启动的控制程序进行修改。
顺序控制电路通常用于并联运行的两台大功率电机,采用顺序启动控制回路,可减缓过大的启动冲击电流。
不同的应用场合下,应根据具体情况采用合理的应用程序。
第三部分技能训练
本模块技能训练内容为三相异步电动机星形-三角形启动PLC控制电路。
一、实训目的
(1)学习PLC编程软件的一般运用及程序写入方法;
(2)了解在计算机上监控、运行及调试PLC控制程序的基本方法;
(3)进一步提高PLC控制系统软件设计及硬件安装的综合能力。
二、实训原理及实训电路
1.实训原理及实训电路
实训电路采用FX2N-48MR-001型PLC,图9-7(a)是三相异步电动机PLC星形-三角形启动控制I/O接线图,图9-7(b)是与之对应的继电-接触器控制电路。
(a)PLC控制I/O接线图(b)继电器接触器控制电路
图9-7星形-三角形启动控制电路接线图
在I/O配线图中,电路主接触器KM1和三角形全压运行接触器KM3的动合触点,作为负载信号接于PLC的输入端。
输出端外部保留星形和三角形接触器线圈的硬互锁环节,程序中另设软互锁。
热保护继电器常闭触点串接在三个接触器电磁线圈供电回路中。
2.编程元件的地址分配
①输入输出继电器地址分配,如表9-5所示。
表9-5输入输出继电器的地址分配表
编程元件
I/O端子
电路器件代号/规格
作用
输入继电器
X000
SB1/LA19红(常开)
停止按钮
X001
SB2/LA19绿(常开)
启动按钮
X002
KM1(常开触点)
KM1吸合自保
X003
KM3(常开触点)
防止电动机出现三角形直接全压起动
输出继电器
Y000
KM1CJX2-1210/220V)
主控接触器线圈
Y001
KM2CJX2-1210/220V)
“Y”形连接用接触器线圈
Y002
KM3CJX2-1210/220V)
“△”形连接用接触器线圈
②其他编程元件地址分配,如表9-6所示。
表9-6其他编程元件的地址分配
编程元件
编程地址
K值
作用
定时器(100ms通用型)
T0
50
“Y”形连接时间设定(5s)
T1
5
消除电弧短路时间设定(0.5s)
三、参考梯形图及指令表程序
1.梯形图程序
图9-8是三相异步电动机星形-三角形启动PLC控制梯形图程序。
图9-8Y/△启动PLC控制梯形图程序
梯形图中,与输入信号KM3触点对应的动断触点X003,串接于与起动按钮SB2对应的动合触点X001之后,构成起动条件,也称起动自锁。
当接触器KM3发生故障,例如主触点灼伤粘连或衔铁卡死断不开时,输入端KM3触点就处于闭合状态,相应的X003常闭触点则为断开状态。
这时即使按下起动按钮SB2(X001闭合),Y000也不会有输出,作为负载的KM1就无法通电动作,从而有效防止了电动机出现三角形直接全压起动。
在正常工作情况下,通过星形—三角形起动程序在电动机起动结束后,转入正常运转时,梯形图中X002和Y000触点构成自锁环节保证输出继电器Y000有输出,此时输入端KM3触点为闭合状态,动断触点X003处于断开状态。
在上述程序执行过程中,定时器T0延时5s,为星形起动所需的时间;定时器T1延时0.5s,用以消除电弧短路。
在梯形图中还设置了Y001和Y002之间的软互锁,电动机在全压正常运行时,T0、T1和Y001都停止工作,只有Y000和Y002有输出,保证外电路只有KM1和KM3通电工作。
2.指令表程序
LDX001
ANIX003
LDX002
ANDY000
ORB
ANIX000
OUTY000
ANIY002
OUTT0
K50
LDY000
ANIT0
ANIY002
OUTY001
LDT0
OUTT1
K5
LDT1
ORY002
ANDY000
ANIY001
OUTY002
END
四、实训步骤
(1)按图9-7a所示三相异步电动机Y/△控制电路,将所有低压电器元件安装在一块绝缘板上。
接线时应注意:
①先接主回路导线;
②再接控制回路导线;
③与PLC相连的导线应加装接线端子。
完成硬件接线后的实训电路板,如图9-9所示。
图9-9三相异步电动机Y/△起动控制电路板
(2)在教师指导下,打开计算机编程电脑软件SW3D5-GPPW-E(以下简称GPP),编辑图9-8所示Y/△启动PLC控制梯形图程序。
梯形图编辑界面如图9-10所示。
(GPP编程软件的安装由指导教师预先完成)
图9-10GPP梯形图编辑画面
(3)在断电状态下,将SC-09通信电缆一端与计算机相连,另一端与
-48MR-001型PLC连接,SC-09外形,见图9-11。
图9-11SC-09编程用通信电缆外形
注意:
SC-09编程用通信电缆,与电脑连接的端口为RS232,适用于台式计算机与PLC的的通信连接。
笔记本电脑通常没有RS232串口,而只有USB串口,编程时,可以选用USB-SC09-FX型编程电缆,外形如图9-12所示。
图9-12USB-SC09-FX型编程电缆
(4)将三相四线电源接入实训板电源开关QS,在指导教师检查认可后,合上电源开关QS,把PLC运行模式选择开关拨到STOP位置,使PLC处在编程状态下,通过GPP软件向PLC下载控制程序。
(5)把PLC运行模式选择开关拨到RUN位置,运行程序。
此时可通过软件监视程序运行状态。
分别按下SB2及SB1,观察三个接触器是否能按要求动作。
(6)在确认程序运行正确无误后,断开QS,拆除编程电缆,用六根导线将三相实验电机接入控制电路板相应位置。
三相实验电机外形,见图9-13所示,其三相绕组的六个接线端均有明确的标识。
图9-13三相实验电机
说明:
三相异步电动机的Y/△启动,通常只用于电机功率在13KW或以上场合,所以将上述程序用于工程实际时,应根据电机功率大小而定。
(7)再次接通开关QS,运行程序,电机应能按下列要求动作:
①在停止状态,按下启动按钮SB2,KM1、KM2即刻吸合。
电机以星形方式接于电源,低速运转并开始计时;
②5秒计时时间到,KM2线圈断电,KM1保持吸合。
电机与电源断开,进入灭弧时间间隔;
③再0.5秒后,KM3吸合,KM1仍保持吸合。
电机以三角形方式接于电源高速运转;
④按下停止按钮SB1,所有接触器线圈均断电,电机停转。
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