PLC控制Y-△降压启动能耗制动电路设计

PLC控制 Y-△降压启动能耗制动电路设计

熊明

普洱市职业教育中心，云南普洱 665000

摘要:三相异步电动机Y-△降压启动能耗制电路是一种笼型电机的启动及制动控制方式,这种控制方式主要适用于大容量三角形接法电机。本文将应用PLC与继电控制线路相结合,来实现三相异步电机的降压和制动控制,以此来和传统继电控制线路做比较,突出PLC控制优越性!

关键词:PLC;梯形图;I/O地址表;Y-△降压起动;能耗制动

1 引言

三相异步电动机因其价格低廉,结构简单,维修方便等优点得到广泛使用,但对于容量较大的电机来说由于直接启动时启动电流大,会拉低电网电压影响其他设备正常工作,同时大的启动电流会缩减电机使用寿命,所以必须对其采取降压启动来满足实际控制需要。传统继电控制方式线路复杂,维修难,故障率高,而采用PLC控制可以有效把复杂的控制线路转化成简单的程序语句,来达到减少接线,增强线路稳定性,故障率低,并减少维修的目的^[3]。

2 继电控制方式

2.1 主电路

图 1 Y-△降压启动能耗制动主电路

Y-△降压启动能耗制动主电路如图1所示。现分析主电路的工作原理： 合上电源开关QS，电流会流经变压器T和KM1主触头，当KM1、KM3主触头闭合时，电机M接成Y形降压启动；当KM3主触头先断开，KM2主触头后闭合时，电机M接成△形全压运行；当KM1、KM2主触头先断开，KM3、KM4主触头后闭合时，电机M接入直流电源进行能耗制动^[1]。

2.2 控制电路

图 2 Y-△降压启动能耗制动控制电路

Y-△降压启动能耗制动控制电路如图2所示。现分析控制电路工作原理：按下启动按钮SB2，KM1线圈得电，KM1常开自锁触头闭合，使KM3、KT线圈得电，电机M接成Y形降压启动并开始计时，当KT时间继电器计时时间结束，KT延时断开常闭触头断开，KM3线圈失电，KM3常闭触头恢复闭合，解除互锁，而KT延时闭合常开触头闭合，KM2线圈得电，KM2常开自锁触头闭合，使电机M接成△形全压运行。当按下制动按钮SB1时，首先SB1常闭触头先断开，KM1、KM2线圈失电，电机M主电源断开，然后SB1常开触头后闭合，KM1常闭触头恢复闭合，解除互锁，KM4线圈得电，KM4常开触头闭合，KM3线圈得电，使电机M接入直流电源进行能耗制动，当电机M迅速停转后，再松开制动按钮SB1，SB1常开触头恢复断开，KM4、KM3线圈失电，直流电源断开。

传统继电器控制的电气线路逻辑性较强，电路原理便于理解，但涉及的电器元件较多、线路复杂、故障率高、维修困难，不能满足现代大规模生产设备自动化控制的要求，所以我们需要引入PLC控制技术。

3 PLC控制方式

PLC可编程控制器是通过引入计算机技术并结合继电控制技术而形成工业控制产品,目的是用来改变传统继电控制模式^[2]。目前PLC品牌主要有西门子、三菱、欧姆龙、ABB等,下面就以三菱FX系列PLC为例,说明三相异步电动机Y-△降压启动能耗制动PLC控制电路设计思路及工作原理。

3.1 PLC控制电路

PLC控制电路中的主电路与继电控制方式主电路相同(见图1),这里重点对二次控制回路加以说明。PLC二次控制回路如图3所示,PLC的工作电源220V由L,N两接线端子接入。PLC输入端子X0、X1和X2分别连接热继电器KH、制动按钮SB1和起动按钮SB2的常开触点,PLC公共端COM端与输入开关的另一端相连。PLC输出端子Y0、Y1、Y2和Y3分别控制接触器KM4、KM1、KM2和KM3线圈 。其中KM4与KM1线圈由KM1和KM4常闭触头进行互锁,KM2与KM3线圈由KM3和KM2常闭触头进行互锁，接触器线圈电源经PLC公共端COM1和接触器线圈共点处引入 。

图 3 PLC二次控制回路图

3.2 I/0地址分配表

PLC I/0 地址分配表的建立是为了对输入输出设备的类型和数量做一个详细的统计，同时为每一个执行控制任务的输入输出设备分配一个唯一的PLC输入输出地址，当把所有的输入输出设备分配好PLC地址后才能为后续的编程工作做好铺垫。

表1 I/O地址分配表

3.3 PLC梯形图

PLC的程序通常采用梯形图进行编写，因为梯形图编写简单、逻辑关系清楚、修改方便。在梯形图中可以实时反映输入触点以及各输出线圈的动作情况，对验证程序编写正确与否提供了极大的便利，同时也提高了工作效率。而PLC程序的编写我们通常会使用GX Developer或FXGP-WIN-C软件来完成，根据I/O地址分配表，来设计符合起动、停止及制动控制要求的第一种梯形图如图4所示

图4 PLC控制梯形图(一)

其中X0-X2为输入继电器 ,Y0-Y3为输出继电器,TO 、T1和T2为时间继电器。原理分析过程：1.启动:按下起动按钮SB2,接点X2闭合,输出继电器Y1得电并自锁,其常开接点闭合,输出继电器Y3也得电,此时,KM1、KM3线圈得电,KM1和KM3主触头闭合,电机接成Y形起动运行;与此同时,定时器TO开始计时,5S时间到,其常闭触点断开,输出继电器Y3失电,KM3线圈失电,KM3主触头断开,电机解除Y形连接,同时TO常开触头闭合,在Y3常闭触头恢复闭合后,驱动输出继电器Y2得电,KM2线圈得电,KM2主触头闭合,电机接成△运行。2.制动:按下制动按钮SB1,常闭接点X1断开,Y1、Y2继电器失电复位,KM1、KM2线圈失电,电机脱离工作电源并解除△形连接,同时,常开接点X1闭合,输出继电器Y0得电并自锁,KM4、KM3线圈得电,KM4、KM3主触头闭合,电动机M接入直流电能耗制动,迅速停机。与此同时,定时器T1开始计时,2S时间到,其常闭接点T1断开,输出继电器Y0失电,KM4、KM3线圈失电,KM4、KM3主触头断开,整个电路复位,工作结束。3.过载保护:过载时,热继电器FR动断接点X0断开,从而使KM1线圈失电,起到过载保护作用^[4]。

根据I/O地址分配表 ,符合起动、停止及制动控制要求的第二种梯形图如图5所示。

图5 PLC控制梯形图(二)

其中X0,X1和X2为输入继电器,Y0、Y1、Y2和Y3为输出继电器,T0和T1为时间继电器。原理分析过程：1.启动:按下SB2启动按钮,X2继电器触点接通,驱动Y1线圈得电并自锁,其常开触头闭合,驱动输出继电器Y3得电,此时KM1和KM3线圈得电,KM1和KM3主触头闭合,电机接成Y形起动运行;当Y3线圈得电时, T0开始计时,计时满5S后,TO常闭触点断开,使Y3线圈失电,KM3线圈失电,KM3主触头断开,电机解除Y形连接,而Y3常闭触头恢复闭合解除对Y2线圈的联锁,同时T0常开触点闭合,驱动输出继电器Y2得电并自锁,其常闭触头断开对Y3线圈联锁,此时KM2线圈得电,KM2主触头闭合,电机接成△形运行。2.制动:按下制动按钮SB1,常闭触头X1断开,输出继电器Y1、Y2失电,Y1常闭触头恢复闭合解除对Y0线圈的互锁,Y2常闭触头恢复闭合解除对Y3线圈的互锁,KM1、KM2线圈失电,KM1、KM2主触头断开,电机脱离工作电源并解除△形连接,同时常开触头X1闭合,驱动Y0线圈得电并自锁,Y0常开触头闭合,驱动输出继电器Y3得电,KM3、KM4线圈得电,KM3、KM4主触头闭合,此时M电动机接入直流电源进行能耗制动,迅速停车。当输出继电器Y0得电的同时,T1开始计时,计时满2S后,T1常闭触头断开,使输出继电器Y0,Y3失电,KM3、KM4,线圈失电,KM3、KM4主触头断开,整个电路复位,工作结束。

综合PLC的两个梯形图来分析,都能实现对电机Y-△降压启动制动控制的目的,而从两个梯形图的结构和细节来看,虽然图4和图5在电机启动顺序,制动控制,延时时间和相互联锁保护上都是基本一致的,但是图5中的T0计时器是并在输出继电器Y3下来进行计时的,当T0计时时间到,T0常闭触头断开,使Y3线圈失电,同时T0常开触头闭合,驱动Y2线圈得电,如果TO常闭触头位置放置不当,就有可能使Y3线圈失电,但Y2线圈有可能不能得电的情况发生,而使整个控制不能实现。相对而言图4的设计就更加合理,不会因为T0常闭触头的位置而影响Y3线圈失电与Y2线圈得电的切换过程。

4 控制分析

图2继电控制回路和图4、5所示PLC梯形图很相似,它们表达了相类似的逻辑关系,最终都能实现对电机的降压启动和制动控制，但是它们之间的主要区别在于:前者对电机的控制是使用按钮、继电器与接触器，通过复杂的电气连线来实现；而后者对电机的控制是使用按钮、接触器和PLC，通过较少的二次控制回路接线，由PLC内部程序来实现^[5]。通过对继电控制方式和PLC控制方式的比较我们可以发现，PLC控制方式对接线要求不高、程序容易设计、修改方便、可以反复调试而无需修改电气线路等优点。

5 结论

由于PLC控制系统便于设计、运行安全稳定、故障率低、维修方便快捷等优点，使得PLC可编程控制器已经是现代工业控制领域中不可或缺的一个核心产品，它的使用可以满足大规模自动化生产设备运行与控制，为企业实现电气设备系统管理、自动化控制、远程控制提供巨大帮助。

参考文献:

[1] 李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练[M].中国劳动社会保障出版社.2014(05).

[2]施俊杰,陈曙.电力拖动与PLC:项目式教学[M].北京:高等教育出版社.2010(01).

[3]王国海.可编程控制器及其应用[M].北京:中国劳动社会保障出版社.2007(02).

[4]杨忠杰.可编程控制器应用[M].北京：中国劳动社会保障出版社.2015（04）

[5]韩顺杰，吕树清.电气控制技术[M].2版北京：北京大学出版社.2014（08）