三相異步電動(dòng)機(jī)的PLC控制

1、技能訓(xùn)練 三相異步電動(dòng)機(jī)的PLC控制工程實(shí)際中的PLC控制系統(tǒng)總是比較復(fù)雜的，作為其中的基本環(huán)節(jié)，三相異步電動(dòng)機(jī)的幾種典型控制回路常見于PLC控制系統(tǒng)中。本模塊詳細(xì)講述了幾種三相異步電動(dòng)機(jī)的PLC控制電路硬件結(jié)構(gòu)及實(shí)用程序，并通過三相異步電動(dòng)機(jī)星形三角形啟動(dòng)實(shí)訓(xùn)，讓讀者進(jìn)一步掌握簡(jiǎn)單PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)運(yùn)用。第一部分 教學(xué)要求一、目的要求學(xué)習(xí)PLC在三相異步電動(dòng)機(jī)控制電路中的運(yùn)用情況通過示例，掌握PLC控制程序編制技巧了解常用PLC編程軟件的基本運(yùn)用，培養(yǎng)簡(jiǎn)單PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)能力二、工具器材器材名稱規(guī)格/型號(hào)數(shù)量器材名稱規(guī)格/型號(hào)數(shù)量可編程控制器FX2N-48MR-00110臺(tái)熱過載繼電器

2、JRS1-09-25-1A/380V10臺(tái)編程計(jì)算機(jī)及軟件可選用SW3D5-GPPW-E編程軟件10臺(tái)組合按鈕LA19-3H10臺(tái)編程適配電纜SC-0910根熔斷器FU/RT18/5A/3P、1P各10臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)180W/380V/10臺(tái)接觸器CJX2-1210/220V30臺(tái)電源開關(guān)DZ47-C10/3P、1P各10臺(tái)其他工具及導(dǎo)線若干三、教學(xué)節(jié)奏與方式項(xiàng)目時(shí)間安排教學(xué)方式課前準(zhǔn)備課余復(fù)習(xí)電動(dòng)機(jī)Y/接法的有關(guān)內(nèi)容教師講授4課時(shí)教師講授、操作示范相結(jié)合。重點(diǎn)：PLC控制程序中的典型環(huán)節(jié)2課時(shí)學(xué)習(xí)三菱FX系列 PLC的編程軟件學(xué)生實(shí)作4課時(shí)分組進(jìn)行（6人一組或酌情分組）重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)編程及程

3、序?qū)懭胨摹⒊煽?jī)?cè)u(píng)定技能訓(xùn)練成績(jī)教師簽名第二部分 教學(xué)內(nèi)容三相異步電動(dòng)機(jī)各種控制電路，是工業(yè)控制系統(tǒng)中使用最為普遍的基本環(huán)節(jié)。本模塊對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)-長(zhǎng)動(dòng)、正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)、順序啟動(dòng)等幾種常見PLC控制電路進(jìn)行討論，每一種電路均給出了與之對(duì)應(yīng)的繼電-接觸器控制電路，兩種電路中的所有按鈕及輸出接觸器均采用相同的代號(hào)，以方便讀者對(duì)照理解。一、三相異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)-長(zhǎng)動(dòng)控制回路1.點(diǎn)動(dòng)-長(zhǎng)動(dòng)控制電路接線圖圖9-1（a）是三相異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)-長(zhǎng)動(dòng)PLC控制I/O接線圖，圖9-1（b）是與之對(duì)應(yīng)的繼電器接觸器控制電路。（a）PLC控制I/O接線圖 （b）繼電器接觸器控制電路圖9-1 點(diǎn)動(dòng)-長(zhǎng)動(dòng)控制電路接線圖2

4、.梯形圖及指令表程序圖9-2（a）是三相異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)-長(zhǎng)動(dòng)PLC控制梯形圖程序，圖9-2（b）是與之對(duì)應(yīng)的指令表程序 （a）梯形圖程序 （b）指令表程序圖9-2 三相異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)-長(zhǎng)動(dòng)PLC控制程序3.編程元件的地址分配輸入輸出繼電器地址分配，如表9-1所示。表9-1 輸入輸出繼電器的地址分配表編程元件I/O端子電路器件作 用輸入繼電器X000SB1停止按鈕X001SB2點(diǎn)動(dòng)按鈕X002SB3長(zhǎng)動(dòng)按鈕輸出繼電器Y000KM接觸器線圈輔助繼電器M0-長(zhǎng)動(dòng)自鎖控制其他電器-FR過載保護(hù)4.操作要求在停止?fàn)顟B(tài)，按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB2，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，松開SB2，電機(jī)停止；在停止?fàn)顟B(tài)，按下長(zhǎng)動(dòng)按鈕SB3，電

5、機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，松開SB3，電機(jī)仍保持運(yùn)轉(zhuǎn)；按停止按鈕SB1，電機(jī)停轉(zhuǎn)。5.簡(jiǎn)要說明程序中用到了通用輔助繼電器M0，其作用與繼電-接觸器控制電路中的中間繼電器極為相似。它沒有輸入與輸出端子，但能在程序執(zhí)行過程中完成中間邏輯變量的運(yùn)算轉(zhuǎn)換。本例中，M0將長(zhǎng)動(dòng)控制的狀態(tài)與點(diǎn)動(dòng)控制信號(hào)X001相或后再控制Y000的輸出狀態(tài)。停止按鈕SB1采用了常開觸點(diǎn)的形式。一般PLC輸入信號(hào)接點(diǎn)，通常優(yōu)先采用常開（動(dòng)合）接點(diǎn)，以利于梯形圖編程。比較圖9-1b及9-2a可以發(fā)現(xiàn)：PLC梯形圖程序與繼電-接觸器控制電路相似，但無需雷同，充分利用PLC中的軟元件，可使程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易讀。FR的動(dòng)斷觸點(diǎn)串接于接觸器線圈回路中，它能

6、可靠的對(duì)電機(jī)實(shí)施保護(hù)，其缺點(diǎn)是，即使電機(jī)處于保護(hù)狀態(tài)，PLC仍視系統(tǒng)為正常狀態(tài)，不予報(bào)警。二、三相異步電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)控制回路1.正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)控制電路接線圖圖9-3（a）是三相異步電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)PLC控制I/O接線圖，圖9-3（b）是與之對(duì)應(yīng)的繼電器接觸器控制電路。（a）PLC控制I/O接線圖 （b）繼電器接觸器控制電路圖9-3 正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)控制電路接線圖2. 梯形圖及指令表程序圖9-4（a）是三相異步電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)PLC控制梯形圖程序，圖9-4（b）是與之對(duì)應(yīng)的指令表程序。（a）梯形圖程序 （b）指令表程序圖9-4 三相異步電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)PLC控制程序3.編程元件的地址分配輸入輸出繼電器地

7、址分配，如表9-2所示。表9-2 輸入輸出繼電器的地址分配表編程元件I/O端子電路器件作 用輸入繼電器X000SB1停止按鈕X001SB2正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕X002SB3反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕X003KM1正轉(zhuǎn)軟互鎖輸入X004KM2反轉(zhuǎn)軟互鎖輸入輸出繼電器Y000KM1正轉(zhuǎn)接觸器線圈Y001KM2反轉(zhuǎn)接觸器線圈其他電器-FR過載保護(hù)4.操作要求在停止或反轉(zhuǎn)狀態(tài)，按SB2，電機(jī)正轉(zhuǎn)；在停止或正轉(zhuǎn)狀態(tài)，按SB3，電機(jī)反轉(zhuǎn)；按SB1，電機(jī)停轉(zhuǎn)；KM1、KM2動(dòng)斷觸點(diǎn)為電氣互鎖；KM1、KM2動(dòng)合觸點(diǎn)為軟件互鎖控制輸入。5.簡(jiǎn)要說明 使用PLC進(jìn)行多個(gè)用電器具的互鎖控制時(shí)，必須同時(shí)使用軟互鎖和硬互鎖，以確保安全。電

8、路中電動(dòng)機(jī)由正轉(zhuǎn)過渡到反轉(zhuǎn)必須先按SBl，使其停車后，才能進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制，這樣可防止兩個(gè)接觸器同時(shí)動(dòng)作短路。因此，將接觸器的動(dòng)作狀態(tài)作為負(fù)載信號(hào)引入PLC輸入端，在PLC輸入端接有KMl和KM2動(dòng)合觸點(diǎn)。為了可靠地對(duì)正、反轉(zhuǎn)接觸器進(jìn)行互鎖，在PLC輸出端兩個(gè)接觸器之間仍然采用動(dòng)斷觸點(diǎn)構(gòu)成互鎖，這種互鎖稱為外部硬互鎖。在梯形圖程序中，兩個(gè)輸出繼電器Y000、Y001之間，還相互構(gòu)成互鎖，這種互鎖稱為內(nèi)部軟互鎖。此外，與負(fù)載狀態(tài)輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的X003和X004，在梯形圖中除了作為互鎖條件外，對(duì)輸出繼電器也構(gòu)成一種軟互鎖。軟互鎖作用：防止因觸點(diǎn)灼傷粘連等外部故障時(shí)，本應(yīng)斷開的接觸器因故障而未斷開，PL

9、C又對(duì)其他接觸器發(fā)出了動(dòng)作信號(hào)，使兩只接觸器同時(shí)處于通電動(dòng)作狀態(tài)。設(shè)置軟互鎖后，利用軟互鎖不接通另一輸出繼電器，從而防止主電路短路。硬互鎖作用：防止因噪聲在PLC內(nèi)部引起運(yùn)算處理錯(cuò)誤，導(dǎo)致出現(xiàn)兩個(gè)輸出繼電器同時(shí)有輸出，使正、反轉(zhuǎn)接觸器同時(shí)通電動(dòng)作，造成主電路短路。三、三相異步電動(dòng)機(jī)順序啟動(dòng)控制回路1.順序啟動(dòng)控制電路接線圖圖9-5（a）是三相異步電動(dòng)機(jī)順序啟動(dòng)PLC控制I/O接線圖，圖9-5（b）是與之對(duì)應(yīng)的繼電器接觸器控制電路。（a）PLC控制I/O接線圖 （b）繼電器接觸器控制電路圖9-5 順序啟動(dòng)控制電路接線圖2.梯形圖及指令表程序圖9-6（a）是三相異步電動(dòng)機(jī)順序啟動(dòng)PLC控制梯形圖程

10、序，圖9-6（b）是與之對(duì)應(yīng)的指令表程序。（a）梯形圖程序 （b）指令表程序圖9-6 三相異步電動(dòng)機(jī)順序啟動(dòng)PLC控制程序3.編程元件的地址分配輸入輸出繼電器地址分配，如表9-3所示。表9-3 輸入輸出繼電器的地址分配表編程元件I/O端子電路器件作 用輸入繼電器X000SB1停止按鈕X001SB2啟動(dòng)按鈕X002FR1熱繼電器動(dòng)斷觸點(diǎn)X003FR2熱繼電器動(dòng)斷觸點(diǎn)輸出繼電器Y000KM1接觸器線圈Y001KM2接觸器線圈其他編程元件地址分配，如表9-4所示。表9-4 其它編程元件的地址分配編程元件編程地址K值作 用輔助繼電器M0-啟動(dòng)自鎖M100-Y000的啟動(dòng)控制M200-Y001的啟動(dòng)控制

11、定時(shí)器 (100ms通用型)T0100順序時(shí)間設(shè)定（10s）4.操作要求在停止?fàn)顟B(tài)，按SB2，電機(jī)M1啟動(dòng)并保持運(yùn)轉(zhuǎn)，T0開始計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)時(shí)間到，啟動(dòng)電機(jī)M2。按SB1，兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)停轉(zhuǎn)。5.簡(jiǎn)要說明熱過載繼電器多采用動(dòng)斷觸點(diǎn)。 FR1、FR2對(duì)應(yīng)的兩個(gè)輸入常開觸點(diǎn)X002及X003，串聯(lián)于Y000及Y001的輸出回路中，類似于“啟-保-?！彪娐分械耐Ｖ拱粹o，所以當(dāng)FR1或FR2動(dòng)作時(shí)，將使對(duì)應(yīng)的輸出回路停止工作。采用動(dòng)斷觸點(diǎn)作為PLC輸入回路接點(diǎn)時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)作則相應(yīng)輸入繼電器置“0”，反之為“1”。用于PLC “啟-保-停”控制程序中的梯形圖樣式，與繼電-接觸器控制電路樣式正好相反，編程時(shí)應(yīng)特別

12、注意。Y000及Y001的啟動(dòng)，由M100及M200的脈沖輸出信號(hào)進(jìn)行控制。顯然，當(dāng)該電路中只有一臺(tái)電機(jī)因過載停止工作時(shí)，另外一臺(tái)電機(jī)的工作狀態(tài)將不會(huì)受到影響。但排除故障后，需按下SB1使系統(tǒng)完全復(fù)位后，再次啟動(dòng)。需要說明的是：在圖9-5（b）所示繼電器接觸器順序啟動(dòng)控制電路中，F(xiàn)R1、FR2的兩個(gè)常開觸點(diǎn)串聯(lián)在整個(gè)控制回路中，所以當(dāng)FR1或FR2其中一個(gè)動(dòng)作時(shí)，將使二臺(tái)電機(jī)全部停止工作。這與圖9-5（a）所示PLC順序啟動(dòng)控制邏輯是有所區(qū)別的。如果需要，當(dāng)然可以對(duì)PLC順序啟動(dòng)的控制程序進(jìn)行修改。順序控制電路通常用于并聯(lián)運(yùn)行的兩臺(tái)大功率電機(jī)，采用順序啟動(dòng)控制回路，可減緩過大的啟動(dòng)沖擊電流。不

13、同的應(yīng)用場(chǎng)合下，應(yīng)根據(jù)具體情況采用合理的應(yīng)用程序。第三部分 技能訓(xùn)練 本模塊技能訓(xùn)練內(nèi)容為三相異步電動(dòng)機(jī)星形-三角形啟動(dòng)PLC控制電路。一、實(shí)訓(xùn)目的（1）學(xué)習(xí)PLC編程軟件的一般運(yùn)用及程序?qū)懭敕椒?；?）了解在計(jì)算機(jī)上監(jiān)控、運(yùn)行及調(diào)試PLC控制程序的基本方法；（3）進(jìn)一步提高PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及硬件安裝的綜合能力。二、實(shí)訓(xùn)原理及實(shí)訓(xùn)電路1.實(shí)訓(xùn)原理及實(shí)訓(xùn)電路實(shí)訓(xùn)電路采用FX2N-48MR-001型PLC，圖9-7（a）是三相異步電動(dòng)機(jī)PLC星形-三角形啟動(dòng)控制I/O接線圖，圖9-7（b）是與之對(duì)應(yīng)的繼電-接觸器控制電路。 （a）PLC控制I/O接線圖 （b）繼電器接觸器控制電路圖9-7 星

14、形-三角形啟動(dòng)控制電路接線圖 在IO配線圖中，電路主接觸器KM1和三角形全壓運(yùn)行接觸器KM3的動(dòng)合觸點(diǎn)，作為負(fù)載信號(hào)接于PLC的輸入端。輸出端外部保留星形和三角形接觸器線圈的硬互鎖環(huán)節(jié)，程序中另設(shè)軟互鎖。熱保護(hù)繼電器常閉觸點(diǎn)串接在三個(gè)接觸器電磁線圈供電回路中。2.編程元件的地址分配輸入輸出繼電器地址分配，如表9-5所示。表9-5 輸入輸出繼電器的地址分配表編程元件I/O端子電路器件代號(hào)/規(guī)格作 用輸入繼電器X000SB1/LA19紅（常開）停止按鈕X001SB2/LA19綠（常開）啟動(dòng)按鈕X002KM1（常開觸點(diǎn)）KM1吸合自保X003KM3（常開觸點(diǎn)）防止電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)三角形直接全壓起動(dòng)輸出繼電

15、器Y000KM1 CJX2-1210/220V）主控接觸器線圈Y001KM2 CJX2-1210/220V）“Y”形連接用接觸器線圈Y002KM3 CJX2-1210/220V）“”形連接用接觸器線圈其他編程元件地址分配，如表9-6所示。表9-6 其他編程元件的地址分配編程元件編程地址K值作 用定時(shí)器 (100ms通用型)T050“Y”形連接時(shí)間設(shè)定（5s）T15消除電弧短路時(shí)間設(shè)定（0.5s）三、參考梯形圖及指令表程序1.梯形圖程序圖9-8是三相異步電動(dòng)機(jī)星形-三角形啟動(dòng)PLC控制梯形圖程序。圖9-8 Y/啟動(dòng)PLC控制梯形圖程序梯形圖中，與輸入信號(hào)KM3觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)斷觸點(diǎn)X003，串接于與

16、起動(dòng)按鈕SB2對(duì)應(yīng)的動(dòng)合觸點(diǎn)X001之后，構(gòu)成起動(dòng)條件，也稱起動(dòng)自鎖。當(dāng)接觸器KM3發(fā)生故障，例如主觸點(diǎn)灼傷粘連或銜鐵卡死斷不開時(shí)，輸入端KM3觸點(diǎn)就處于閉合狀態(tài)，相應(yīng)的X003常閉觸點(diǎn)則為斷開狀態(tài)。這時(shí)即使按下起動(dòng)按鈕SB2(X001閉合)，Y000也不會(huì)有輸出，作為負(fù)載的KM1就無法通電動(dòng)作，從而有效防止了電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)三角形直接全壓起動(dòng)。在正常工作情況下，通過星形三角形起動(dòng)程序在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束后，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，梯形圖中X002和Y000觸點(diǎn)構(gòu)成自鎖環(huán)節(jié)保證輸出繼電器Y000有輸出，此時(shí)輸入端KM3觸點(diǎn)為閉合狀態(tài)，動(dòng)斷觸點(diǎn)X003處于斷開狀態(tài)。在上述程序執(zhí)行過程中，定時(shí)器T0延時(shí)5 s，為星

17、形起動(dòng)所需的時(shí)間；定時(shí)器T1延時(shí)05 s，用以消除電弧短路。在梯形圖中還設(shè)置了Y001和Y002之間的軟互鎖，電動(dòng)機(jī)在全壓正常運(yùn)行時(shí)，T0、T1和Y001都停止工作，只有Y000和Y002有輸出，保證外電路只有KM1和KM3通電工作。2.指令表程序LD X001ANI X003LD X002AND Y000ORBANI X000OUT Y000ANI Y002OUT T0 K50LD Y000ANI T0ANI Y002OUT Y001LD T0OUT T1 K5LD T1OR Y002AND Y000ANI Y001OUT Y002END四、實(shí)訓(xùn)步驟（1）按圖9-7a所示三相異步電動(dòng)機(jī)Y/控

18、制電路，將所有低壓電器元件安裝在一塊絕緣板上。接線時(shí)應(yīng)注意： 先接主回路導(dǎo)線；再接控制回路導(dǎo)線；與PLC相連的導(dǎo)線應(yīng)加裝接線端子。完成硬件接線后的實(shí)訓(xùn)電路板，如圖9-9所示。圖9-9 三相異步電動(dòng)機(jī)Y/起動(dòng)控制電路板（2）在教師指導(dǎo)下，打開計(jì)算機(jī)編程電腦軟件SW3D5-GPPW-E（以下簡(jiǎn)稱GPP），編輯圖9-8所示Y/啟動(dòng)PLC控制梯形圖程序。梯形圖編輯界面如圖9-10所示。（GPP編程軟件的安裝由指導(dǎo)教師預(yù)先完成）圖9-10 GPP梯形圖編輯畫面（3）在斷電狀態(tài)下，將SC-09通信電纜一端與計(jì)算機(jī)相連，另一端與-48MR-001型PLC連接，SC-09外形,見圖9-11。圖9-11 SC-09編程用通信電纜外形注意：SC-09編程用通信電纜，與電腦連接的端口為RS232，適用于臺(tái)式計(jì)算機(jī)與PLC