三相異步電動機具有電氣聯鎖的正反轉PLC控制

摘 要：PLC雖然問世時間不長，但隨著微處理器的出現，大規模、超大規模集成電路技術的迅速發展和數據通信技術的不斷進步，PLC也迅速發展。本文就PLC的起源、發展、定義及特點等進行闡述。

關鍵詞：可編程控制器；PLC；PLC控制系統；

中圖分類號：TM32 文獻標識碼：B 文章編號：1674-3520（2014）-04-00232-01

一、可編程控制器的概述

（一）PLC的起源。PLC雖然問世時間不長，但隨著微處理器的出現，大規模、超大規模集成電路技術的迅速發展和數據通信技術的不斷進步，PLC也迅速發展。

20世紀60年代中期，美國通用汽車公司（GM）為了適應不斷更新的生產工藝，提出一種設想：把計算機的通用靈活、功能完善等優點和繼電器控制系統的簡單易懂、價格低廉、操作方便等優點結合起來。美國數字設備公司（DEC）于1969年研發成功了首臺可編程控制器PDP-14，并在汽車自動裝配流水線上試用成功。第一代PLC，多數用1位機來開發，存儲采用磁芯存儲器，只有邏輯控制、定時、計數功能。

（二）PLC的發展。第二代PLC，使用了8位微處理器及半導體存儲器，它的產品一步一步地系列化，功能也有一定加強，已經能夠實現數字比較、傳送、運算等功能。第三代PLC，采用了高性能微處理器及位片式CPU，工作速度得到了大幅度提高，同時它向多功能和聯網方向的發展也得到提高了，并具有很強自診斷能力。第四代PLC，不僅全面使用16位、32位微處理器作為CPU，內存容量也變得更大。可以直接運用于一些大規模、復雜的控制系統；編程語言除了可使用原有的梯形圖、流程圖等外，還增加了高級語言；外設也更加多樣化。

（三）PLC的定義及特點。1、可編程控制器。可編程序控制器（Programmable Controller），簡稱為PC，但是由于個人計算機（Personal Computer）也簡稱為PC，為了區別，同時由于早期的可編程控制器只是具有邏輯控制功能，因為人們仍習慣稱為可編程序控制器為PLC（Programmable logic Controller）。1982年國際電工委員會在頒布可編程序控制器標準草案中所作的定義為：可編程序邏輯控制器是一種專為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子系統。它采用可編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。2、PLC的特點：可靠性高。PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，有的在10-20萬h，而且都有很完善的自診斷功能。結構形式更加多樣，模塊化組合更加靈活。有固定式的機型適于小型系統或機床，組合式的機型適于集控制系統。最小的PLC只有6點，而AB的ControlLogix系統的容量達128000點。功能強大。PLC發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。編程方便。控制具有極大靈活性。PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。安裝、維修簡單。與DCS相比，價格低。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，減少了控制設備的外部接線，使控制系統設計及建造的周期大大縮短，同時維護也容易起來。更重要的是它使同一設備通過改變程序來改變生產過程成為可能。

二、PLC控制系統的設計任務

選用西門子S7-200 系列PLC，設計出能對一臺三相異步電動機進行正反轉控制的繼電接觸控制電路來（包括主電路和控制電路，并且包括過載、短路、失壓保護）。

本實驗采用PLC對三相異步電動機進行正反轉控制 ，其主電路和控制電路接線圖分別為圖2-1和圖2-2 。圖中：正向按鈕接PLC的輸入口X0，反向按鈕接PLC的輸入口X1，停止按鈕接PLC的輸入口X2，KM5為正向接觸器，KM6反向接觸器。繼電器KA5、KA6分別接于PLC的輸出口Y33、Y34

其基本工作原理為：合上QF1、QS， PLC運行。當按下正向按鈕，控制程序使Y33有效，繼電器KA5線圈得電，其常開觸點閉合，接觸器KM5的線圈得電，主觸頭閉合，電動機正轉；當按下反向按鈕，控制程序使Y34有效，繼電器KA6線圈得電，其常開觸點閉合，接觸器KM6的線圈得電，主觸頭閉合，電動機反轉。 起短路保護作用的是熔斷器FU。電路中一旦發生短路事故，熔斷器立即熔斷，主電路和控制電路都失去電壓，電動機馬上停轉。 起過載保護作用的是熱繼電器FR。當電動機過載時，它的發熱元件發熱促使其常閉觸頭斷開，因而接觸器線圈斷電，主觸頭斷開，電動機停轉。為了可靠地保護電動機，常用兩個發熱元件分別串聯在任意兩相電源線中。因為，當三相電路中任意一相的熔斷器熔斷后（這種情況一般不易覺察，因為此時電動機按單相異步電動機運行，但還在轉動，只是電流增大了） ，仍保證有一個或兩個發熱元件在起作用，電動機還可得到保護。起失壓和欠壓保護作用的是交流接觸器KM。所謂失壓和欠壓保護就是當電源停電或者由于某種原因電源壓降低過多（欠壓）時，保護裝置能使電動機自動從電源上切除。因為當失壓或欠壓時，接觸器線圈電流將消失或減小，失去電磁力或電磁力不足以吸住貼心，因而能斷開主觸頭，切斷電源。失壓保護的好處是，當電源電壓恢復時，如不重新按下啟動按鈕，電動機就不會自行轉動（因自鎖觸頭也是斷開的） ，避免了發生事故。如果不是采用繼電接觸控制，而是直接用閘刀開關進行控制，由于在停電時往往忽視拉開電源開關，電源電壓恢復時，電動機就會自行啟動，會發事故。欠壓保護的好處是，可以保證異步電動機不在電壓過低的情況下運行。

三、設計心得

（一）本實驗中，繼電器KA5、KA6的線圈控制電壓為24V DC，其觸點5A 220V AC（或5A 30V DC）；接觸器KM5、KM6的線圈控制電壓為220V AC，其主觸點25A 380V AC。

（二）三相異步電動機的正、反轉控制是通過正、反向接觸器KM5、KM6改變定子繞組的相序來實現的。其中一個很重要的問題就是必須保證任何時候、任何條件下正反向接觸器KM5、KM6都不能同時接通，否則會造成電源相間瞬時短路。為此，在梯形圖中應采用正反轉互鎖，以保證系統工作安全可靠。

（三）本實驗中，主控電路的電壓為380V DC，注意安全！