三相交流电机实验.doc

1 可编程控制器（PLC）及其应用 继电接触器控制系统长期在生产上得到广泛应用，但由于它的机械触点多、接线复杂、可靠性低、功耗高，并当生产工艺流程改变时需重新设计和改装控制线路，通用性和灵活性也就较差，因此日益满足不了现代化生产过程复杂多变的控制要求。而可编程控制器将继电接触器控制的优点与计算机技术相结合，用“软件编程”代替继电接触器控制的“硬件接线”。当系统功能需要改变时，只需变更少量外部接线，主要通过修改相应的控制程序即可。 利用PLC代替普通继电器电路来实现Y/Δ启动装置将更为方便和可靠，解决上述问题也更为容易。PLC（可编程序控制器）是一种以微电脑技术为核心的自动控制装置，具有优于其他控制器件的许多功能，如:①可靠性高，抗干扰能力强；②控制程序可变,能实现柔性控制；③控制和运算处理功能完善（模拟量输入P输出、PID 控制、算术运算等）；④网络和通信功能（配置网络适配器或通信卡能与网络或其他控制器通信）等。当交流异步电动机使用了PLC 控制，就能更好地实现逻辑控制、过程控制和数据通信，达到自动控制的新水平。 2 系统设计的总体构架 通过对系统的总体分析，该系统的设计实现过程分为两个步骤： （1）基层PLC实现对三相异步电动机起动换接的控制。 （2）基于组态王软件实现PLC与上位PC机之间的通信连接，实现上位机监控。上位监控层中的PC机运行组态软件，一方面可作为PLC下位机的监控和组态平台，另一方面由于组态软件可完成整个系统的信息收集，对现场的运行状态进行浏览或控制。本系统的控制平台分为两层：PLC控制层、上位机监控层。 3 基于PLC实现电机Y/Δ换接起动 本设计采用西门子S7-200 PLC实现对三相异步电动机电动机的起动换接控制。三相交流异步电动机Y/Δ换接起动的控制原理如图1所示。可以看到，基于时间继电器的控制线路中用到了繁琐的控制器、接触器等元件，使系统复杂而不稳定。 图1电动机Y/Δ换接起动的控制线路 PLC就是为了替代繁琐的继电器、接触器控制系统而产生的。替代后，控制原理如图2所示，线路得到了简化，稳定性得到提高，在工业自动化领域得到越来越多的应用。 图2 基于PLC的电动机Y/Δ换接起动的控制线路 按照图2控制原理接线。图中KM1、KM3主触点闭合时，电动机星形连接；KM1、KM2主触点闭合时，电动机三角形连接。 如图3所示，要求启动按钮SS，I0.0的动合触点闭合，M0.3线圈得电，M0.3的动合触点闭合，Q0.1线圈得电，即接触器KM1的线圈得电，1秒后Q0.3线圈得电，即接触器KM3的线圈得电，电动机作星形连接启动；同时定时器T37得电，当启动时间累计达6秒时，T37 的动断触点断开，Q0.3失电，接触器KM3断电，触头释放，于此同时T37的动合触点闭合，T38得电，经0.5秒后，T38动合触点闭合，Q0.2线圈得电，电动机接成三角形，启动完毕。定时器T1的作用使KM3断开0.5秒后KM2才得电，避免电源短路。 按停止按钮ST，I0.1的动断触点断开，M0.3、T37失电；M0.3、T37的动合触点断开，Q0.1、Q0.3失电。KM1、KM3断电，电动机作自由停车运行。 当电动机过载时，I0.2的动断触点断开，Q0.1、Q0.3失电，电动机也停车。按一下按钮FR，可模拟过载。 图3 PLC接线图 PLC线路连接的输入和输出点地址的分配如表1所示。接PLC连接图时应当按照对应关系完成连接，以使控制和监控按预定进行。 编号 地址 说明 功能 输入地址表 1 I0.0 SS按钮输入 启动电动机 2 I0.1 ST按钮输入 停止电动机 3 I0.2 FR按钮输入 过载保护 输出地址表 1 Q0.1 接入KM1接触器 供电动机电源 2 Q0.2 接入KM2接触器 三角形启动 3 Q0.3 接入KM3接触器 星形启动 表1 输入和输出点分配表 根据以上控制要求，编写梯形图如下。梯形图共分为7个部分，通过逻辑运算和自动计时，对启动过程进行控制。 第一步，如图4所示，启动按钮SS（即动合开关I0.0闭合），M0.3、Q0.1线圈得电，则动合开关M0.3闭合，进入计时启动环节。 图4 启动运行的梯形图 第二步，如图5所示，动合开关M0.3闭合，T37、T33启动计时，分别计时6秒和1秒，使动合开关T33首先动作。 图5 启动计时的梯形图 第三步，如图6所示，计时1秒后，动合开关T33闭合，Q0.3线圈得电，即此时KM1、KM3都处于闭合状态，此时接线方式为星形，进入星形启动阶段。星形接线状态运行5秒后，T37计时完成，动断开关T37断开，Q0.3线圈失电，即KM3断开，星形连接解除。 图6 启动运行的梯形图 第四步，如图7所示，星形连接解除同时，动合开关T37闭合，延时0.5秒进入