伺服及ＰＬＣ控制系统 ０ ≯≯◇｜０≯ 参一 ｉ 嚣｜ 基于ＰＬＣ的三相绕线式异步电机启动控制 朱望德 ，吴闻ｚ （１．江铜集团公司教育培训中心，江西贵溪３３５４２ｌ；２．江西铜业集团公司德兴铜矿，江西贵溪３３５４２１） 摘要：介绍三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制电路。以三菱ＦＸ 系Ｐ＇］ＰＬＣ为控制器件，根据绕 线式异步电动机转子串电阻启动控制的要求，改造继电接触器控制电路，设计了ＰＬＣ输入输出接线图和梯形图程序，编写 了控制程序语句指令表，分析了启动控制工作过程。 关键词：绕线式异步电动机；ＰＬＣ；启动控制 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ｂ Ｓｔａｒｔｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ Ｗｏｕｎｄ－ｒｏｔｏｒ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ ＺＨＵＷａｎｇ－Ｄｅ ，ＷＵＷｅｎ２ （１．ＥｄｕｃａｔｉｏｎａｎｄＴｒａｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒｏｆＪＣＣ，Ｇｕｉｘｉ ３３５４２１，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｘｉｎｇＣｏｐｐｅｒＭｉｎｅｏｆＪｉｎａｇｘｉＣｏｐｐｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｇｕｉｘｉ３３５４２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｗｏｕｎｄ－ｒｏｔｏｒａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒａｎｄ ｒｅｌａｙｃｏｎｔａｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｏｆｒｏｔｏｒ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｔａｒｔｉｎｇａｒｅｂｏｔｈｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． ＦＸ２Ｎ ｓｅｒｉｅｓｏｆＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉＰＬＣｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ ｒｏｔｏｒ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｔａｒｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ ｒｅｑｕｅｓｔｏｆｗｏｕｎｄ－ｒｏｔｏｒａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ，ｒｅｌａｙ ｃｏｎｔａｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｉｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ，ＩｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｗｉｒｉｎｇａｎｄｌａｄｄｅｒｄｉａｇｒａｍｓｏｆＰＬＣ ａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ， ｃｅ ｒｅ１）ｅｒ Ｉｅ０ｆｃ０曲 ｐＩｏｃ ｉｓｃｏｍｐｉｌｅｄ，ｔｈｅｗｏｒｋｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｓｔａｒｔｉｎｇｃｏｎｌｒｏｌｉｓａｎａｌｙｚｅｄａＳｗｅｌ１． ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｏｕｎｄ－ｒｏｔｏｒａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ；ＰＩＥ；ｓｔａｒｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ Ｏ引言 １继电接触器控制电路分析 三相鼠笼式异步电动机存在启动电流大、启动 图ｌ为三相绕线式异步电动机转子串电阻启动控制 转矩不大的缺点，只能用于空载或轻载启动。三相绕 电路图。为了启动电流，该电路用３个时间继电器 线式异步电动机可以通过滑环在转子绕组回路串入 ＫＴ１、ＫＴ２、ＫＴ３分别控制３个接触器ＫＭ１、ＫＭ２、ＫＭ３按顺序 适当的电阻来启动电流，增大启动转矩。因此， 依次吸合，自动切除转子绕组中的三级电阻。启动时，合 重载启动要求启动转矩大的设备如桥式起重机、卷 上电源开关ＱＳ，按下按钮ＳＢ １，接触器ＫＭ吸合，串入全部 扬机、龙门吊车等生产机械常使用三相绕线式异步 电阻（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）启动；在启动３ｓ后，接触器ＫＭＩ￣（头闭 电动机。对启动控制频繁，启动转矩要求大的场所， 合，切除第一组电阻Ｒ１，剩下电阻（Ｒ２＋Ｒ３）；经过１ｓ后，接 一般采用三相绕线式异步电动机转子绕组串电阻启 触器ＫＭ２主触头闭合，切除第二组电阻Ｒ２，剩下电阻Ｒ３ 动控制系统。 再过１ ｓ后，接触器ＫＭ３主触头闭合，切除第三组电阻Ｒ３， 传统的三相绕线式异步电动机转子绕组串电阻 启动继电接触器控制系统存在以下缺点：继电接触器 属硬器件，控制电路接线繁杂，元器件和接点多，触点 易磨损，故障率高，控制功能改变不方便，通用性差，可 靠性低。ＰＬＣ控制系统能在一般高温、振动、冲击和粉尘 恶劣环境中稳定有效地工作。采用ＰＬＣ控制技术，系统 体积小，故障率低，硬接线少维修方便，控制精准，可靠 性高，抗干扰性强，可以有效提高设备生产效率，延长 设备使用周期。 作者简介：朱￣－（１９７３一），一级注册建造师，电气工程师，主要 从事管理和电气研究工作。 图ｌ绕线式异步电动机转子串电阻 收稿日期：２０１０－０１．０６ 启动控制电路图 ３０ ｗｗｗ．ａｕｔｏ—ａｐｐｌｙ．ｃｏｍ ｌ自动化应用 转子串接电阻全部切除，电动机Ｍ启动完毕，正常工作。 ＫＭ ｌ、ＫＭ２和ＫＭ３ ３／ｉ＇－常闭辅助触头与启动按钮 ＳＢ ｌ串接的作用是保证电动机在转子绕组中接入全部 启动电阻的条件下才能启动，如果接触器ＫＭ １、ＫＭ２、 ＫＭ３中任何一个触头因熔焊或机械故障没有释放恢复 闭合时，电动机Ｍ就不能接通电源直接启动。 ２ Ｐ 的选型、 Ｏ地址分配乖口｛俞入输出接线图 ２．１ ＰＬＣ的Ｉ／０地址分配 采Ｊ￣ＰＬＣ改造三相绕线式异步电动机转子串电阻 启动继电接触器控制系统，ＰＬＣ的输入信号主要有２个： 启动按钮ＳＢ１和停止按钮ＳＢ２。输出信号主要有４个：主 接触器ＫＭ控制三相绕线式电动机Ｍ接通三相电源运 行，接触器ＫＭ１用于控制第一组电阻Ｒ１的切除，接触器 ＫＭ２用于控制第二组电阻Ｒ２的切除，接触器ＫＭ３用于 控制第三组电阻Ｒ３的切除。３个时间继电器功能可以用 ＰＬＣ内部定时器实现。根据控制要求，对ＰＬＣ的输入量、 输出量进行分配，ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ地址分配情况如表１所示。 表１ Ｉ／Ｏ地址分配表 ２．２ ＰＬＣ的选型 对三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电 接触器控制进行ＰＬＣ控制改造，输入元件为２个，输出元 ｔ＂￣－４个，可选择采用日本三菱公司ＦＸ系列ＦＸ２Ｎ・１ ６ＭＲ型 号的ＰＬＣ，Ｉ／Ｏ总数为ｌ６，每条指令的执行时间为ｌ２ Ｓ。 输入点数为８个，对应的输入继电器地址编号为 Ｘ０００～Ｘ００７；输出点数为８个，对应的地址编号为 Ｙ０（￣－，Ｙ００７；定Ｈ￣２ｏｏ ￣１０Ｏｍｓ，Ｔ０－Ｔ１９９。 ２．３ ＰＬＣ的输入输出接线图 图２所示为三相绕线式异步电动机转子串电阻启 动ＰＬＣ控制输入输出接线图。 ＦＸ２Ｎ－１６ＭＲ Ｉ，Ｏ ＣＯＭ ＣＯＭｌ ｒ——］ｚｚｕ 、： ！ Ｌ——啊＿ｊ ～ Ｙ０００ 厂＿］ＫＭ ＳＢ１ Ｕ 一 ■ Ｘ００１ Ｙ００ｌ 广］ＫＭ１ Ｌｊ ＳＢ２ Ｘ００２ ＹＯ０２ 厂］ＫＭ２ — ＿ｌ ＩＩＫＭ３ Ｙ００３ Ｕ 图２ ＰＬＣ输入输出接线图 伺服及ＰＬＯ控制系统 人一●２善ｉ ３设计ＰＬＣ控制程序 Ｌ 输名一动止 ３．１ ＰＬＣ梯形图 人称一一按按 钮钮 用ＰＬＣ改造三相绕线式异步电动机转子串电阻启 动继电接触器控制系统，根据原有的继电接触器电路 图来设计梯形图是一条简便实用的办法。原有的绕线 一 式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制电路 经过长期使用和考验，已经证明能完成系统要求的各 种功能。继电接触器控制电路图和ＰＬＣ程序控制梯形 一兀一 Ｍ～一一小 图有许多相似的地方，按照梯形图语言设计规定和对 应关系可以将继电接触器电路图方便地“翻译”成梯形 图控制程序，用ＰＬＣ的外部硬接线和梯形图软件来实 现继电接触器电路图的控制功能。出一输一 图３所示三相绕线式异步电动机转子串电阻启动 地一∞叭 控制ＰＬＣ梯形图使用的是内部继电器、定时器等，都是 由软件来实现的，使用方便，修改灵活，是原继电接触 器控制线路硬接线无法比拟的。 ］ｒ］ 广 广 ］Ｉ Ｘ０００ Ｙ００３ ｌ ｉ ｌ／ｒ ｒ 一］ｌ ４ Ｉ Ｔ１ Ｙ０００ ｉ ｆ Ｉ ｌ ｌｆ ｌ ｒ １ Ｔ２ Ｙ０００ Ｉ｛ ｒ ｌ ＿］。 Ｉ（１ Ｔ３ Ｙ０００ Ｉ Ｉ Ｉ １ ｒ １ ¨ ～脚图３ ＰＬＣ梯形图 一 ～ Ｊ＝＿－ ＿＿＿ ］二＿ ］＝＿Ｊ一 ３．２ ＰＬＣ指令语句表 三相绕线式异步电动机转子串电阻启动控制ＰＬＣ 梯形图对应的指令语句如表２所示。 ３．３工作过程分析 （１）启动：按启动按钮ＳＢ１，输入继电器Ｘ００１接通动 合触点闭合，输出继电器Ｙ０００接通，接触器ＫＭ线圈得 电，主触头闭合接通三相电源，绕线式异步电动机转子 串电阻（ＲＩ＋Ｒ２＋Ｒ３）启动，同时定时器Ｔ１线圈得电，开始 延时，时问设定为３ｓ。 （２）３ｓ后，定时器Ｔｌ常开触点闭合，输出继电器Ｙ００１ 接通，接触器ＫＭ ｌ吸合，主触头闭合，切除第一组电阻 Ｒｌ，电动机串接（Ｒ２＋Ｒ３）电阻继承启动，同时定时器线 圈Ｔ２得电，时间设定为１Ｓ。 （３）１ｓ后，定时器Ｔ２常开触点闭合，输出继电器Ｙ００２ 接通，接触器ＫＭ２吸合，主触头闭合，切除第二组电阻 自动化应用 ２０１０ ｉ ５期 ３１ 伺服及ＰＬＣ控制系统 表２ ＰＬＣ指令语名 （６）过载保护：当电动机过载时，热过载保护继电 器ＦＲ的动断触点断开，接触器ＫＭ、ＫＭ１、ＫＭ２、ＫＭ３均 跚 ∞ 如 断电，电动机Ｍ也停车。 （７）把输出继电￣ｖｏｏｌ、Ｙ００２和Ｙ００３ ３个常闭触点与 输入继电器Ｘ００１常开触点串联，如果输出继电器Ｙ００１、 Ｙ００２和Ｙ００３线圈得电，接触器ＫＭ１、ＫＭ２、ＫＭ３中任何一 个触头没有释放恢复闭合时，按下启动按钮ｓ Ｂ １，输出 继电器Ｙ０００和接触器ＫＭ线圈不能得电，ＫＭ主触头不 能闭合，电动机Ｍ就不能接通电源直接启动，保证了三 相绕线式电动机只有在转子绕组中接入全部启动电 Ｒ２，电动机串接Ｒ３电阻继承启动，同时定时器线圈Ｔ３得 阻（ＲＩ＋Ｒ２＋Ｒ３）的条件下才能启动。 电，时间设定为１ Ｓ。 （４）ｌｓ后，定时器Ｔ３常开触点闭合，输出继电器Ｙ００３ ４结语 接通，接触器ＫＭ３吸合，主触头闭合，切除第三组电阻 采用三菱ＦＸ： 一１６ＭＲ型ＰＬＣ改造三相绕线式异步电 Ｒ３，同时Ｙ００３常闭触头断开，定时器线圈Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３和输 动机转子串电阻启动继电接触器控制系统，用通用指 出继电器Ｙ１、Ｙ２失电。累计启动５ｓ，三相绕线式异步电 令编写控制程序，程序清晰，直观易懂，调试简捷方便。 动机转子所串３组电阻全部切除，电动机Ｍ结束启动状 实践证明，改造后的ＰＬＣ控制系统完全达到实际启动 态，进入正常运行状态。 控制要求，抗干扰性强，设备运行可靠，稳定性高，降低 ㈣ 如 加 ∞ 如 如 加（５）停车：按停止按钮ＳＢ２，输出继电器Ｙ０００失电， 了控制系统故障率，提高了设备使用运行效率。 接触器ＫＭ失电，主触头断开，电动机作自由停车运行。 参考文献 输出继电器线圈Ｙ０００失电，常开触 ０，ＹＯＯＯ复位，输出继 【１】李树雄．可编程控制器技术及应用教程ｆＭ】．北京：北京 电器Ｙ００３失电，常开触点Ｙ００３复位，３组电阻（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３） 航空航天大学出版社出版，２００３ 恢复与三相绕线式异步电动机转子串接，为下次启动 【２】廖常初．可编程控制器应用技术【Ｍ］．重庆：重庆大学出 做好准备。 版社出版，２０００ （上接第２９页） ｌ３：２９：４２ １３：３０：１５ １３：３０：４９ １３：３１：２３ １３：３１：５７ ｌＯ：Ｏ￣：，Ｕ ｌ６：Ｕ６：３￣ ｌｂ：Ｕ，：２０ １０：０８：０３ 图５微分作用过强的阶跃响应曲线 图４ ＰＩＤ控制器的阶跃响应曲线 参考文献 ９．３微分时间过大的影响 【１】廖常初．ｓ７—３００／４００ＰＬＣ应用技术（２版）【Ｍ】．北京：机 微分时间不是越大越好，图５的积分时问为３ Ｓ，微 械工业出版社，２００８ 分时间为４ Ｓ。因为微分作用过强，误差剧烈变化，对误 【２］廖常初，陈晓东．西门子人机界面（触摸屏）纽态与应用 技术（２版）【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００８ 差变化的抑制作用太剧烈，曲线上出现了“毛刺”，变得 【３】廖常初．ＰＬＣ编程及应用（３版）［Ｍ］．北京：机械工业出 很怪异。这种现象提示应减弱微分部分。 版社，２００８ ３２：ＶＶＷＷ．ａｕｔｏ—ａｐｐｌｙ．ｃｏｒｎ 自动化应用
