PLC技術在交流三速錨機電氣控制中的應用

孫心豐

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PLC技術在交流三速錨機電氣控制中的應用

孫心豐

（海軍大連艦艇學院，遼寧大連 116018）

船用交流三速錨機在使用的過程中，經常發生接觸器觸點燒融不動作，頻繁過載跳閘，無法正常加速等故障，對船舶在緊急情況下使用錨機是極為不利的。本文在傳統繼電器控制電路的基礎上，在交流三速錨機的控制電路中運用PLC技術。運行結果表明，該控制電路不僅取代船用主令控制器，并且具有控制速度快、可靠性高、靈活性強等優點。

PLC電路設計交流三速錨機主令控制器繼電器

0 引言

船舶在遇到風、霧或機器發生故障等需要暫時停泊或者抵達港口尾靠碼頭等情況時，為平衡水力、風力和慣性力的作用均需要用到錨設備。錨設備由錨機、錨和錨鏈等組成。目前我國船舶大多采用交流錨機，以雙速和三速異步電動機拖動為主。錨機的電氣控制主要由繼電器、接觸器、保護電路組成，與船用主令控制器相配合控制交流起重三相異步電動機的啟動、正反轉和制動。

由于交流三速錨機采取變級調速，電動機最大工作電流為100 A以上，在接觸器動作時，觸點上承受的沖擊電流很高，因此常發生接觸器觸點燒融，或者無法正常加至高速運轉便造成過載保護等故障，這對船舶在緊急情況下使用錨機是極為不利的。

PLC技術具有很多優點，如操作高效、反應速度較快、更加的簡便和安全可靠相較于傳統繼電器技術來說，這種技術的控制系統有著較強的抗干擾能力[1]。PLC控制器采用的模塊一般體積小且重量輕可即插即用，而且連接方便簡單，因而建立一個PLC控制系統的時間相對很短。另外，PLC的用戶界面簡單明了，用戶容易掌握，而且用戶可以通過PLC的運行和故障的指示裝置檢查系統故障。一旦發生故障用戶即時采取措施恢復，如更換模塊等，因此PLC控制器具有易安裝、維修，操作簡單等優點[2]。在過去幾年，控制系統主要使用的是電磁性繼電器，容易發生觸點故障，這極大的影響到控制系統的可靠性和安全性。而且在傳統控制系統中，存在著接線較復雜等多種問題。在應用PLC技術后，借助對實物元件的軟繼電器就能實現對系統的操作，既提高了系統運行的可靠性，又能使系統功能更加完善，同時維護更加便捷。此外，PLC控制系統既可以降低系統輔助開關量，又能夠同時顯示多臺斷路器信號．并且對其進行集中式的控制。除此之外，在應用PLC技術后，可以將應用范圍予以擴大化，使系統的可靠性與安全性都得到提高[3]。

本文嘗試用PLC技術代替控制系統中主電路部分，并用按鈕開關取代調速手柄，不僅避免因操作手柄過快而影響正常加速，而且提高錨機控制的靈敏度，減少硬件設備的故障發生率，達到預期的目的。

1 交流三速錨機的電氣控制

1.1 交流三速錨機的傳統繼電器控制

交流三速錨機的電動機為三相鼠籠式異步電動機，具有兩套繞組三種轉速，高速轉速繞組為單獨一套繞組，四級星形連接，低速與中速共用一套繞組，低速繞組十六級三角形連接，中速繞組八級星形連接，以確保三種轉速的實現，其電氣控制原理圖如圖1所示。

圖1 交流三速錨機電氣控制原理圖

圖1中S為船用主令控制器，用于控制錨機電動機，實現起拋錨過程中電動機的加速和減速，共有S-1~S-6六付觸頭。SA為安裝在主令控制器上的電源開關，SB為安裝在主令控制器上的紅色強迫運行按鈕，KV為零壓繼電器，KI為過流繼電器，KA為中間繼電器。KM1和KM2為方向接觸器，KM1為起錨控制接觸器，KM2為拋錨控制接觸器。KM3、KM4、KM5和KM6為速度控制器，KM3為低速控制接觸器，動作以后電動機三角形連接，低速運轉；KM4和KM5為中速控制接觸器，動作以后電動機雙星型連接，中速運轉；KM6為告訴控制接觸器，動作以后電動機星形連接，高速運轉。KM7為制動接觸器，YB為電磁制動器線圈。KT1、KT2、KT3為時間繼電器，KT1加速延時，控制高速接觸器，防止操作手柄過快而影響正常加速，延時時間為1-1.5 s，KT2為高速起動延時繼電器，是控制過流繼電器不因高速繞組在起動時電流過大而誤動作，延時時間為1 s；KT3為斷電延時時間繼電器，通過控制經濟電阻的串入來使制動器吸合線圈以后線圈電流減少，延時時間不大于1 s。

1.2 交流三速錨機的PLC控制

利用PLC技術對除剎車制動部分之外的主控制電路進行改造。用按鈕開關SB2~SB6代替主令控制器觸頭S-2~S-6，用按鈕開關SB7、SB8代替觸頭S-1，從而控制交流三速錨機啟動、停止和加減速。此外，加入時間繼電器KT0，來防止電動機低速到中速加速過快，增強原控制電路的安全性和可靠性。但由于采用時間繼電器KT0的瞬時觸電做自鎖用，而在PLC中的定時器是沒有瞬時觸點的，因此借用一個中間繼電器并聯在時間繼電器兩端，用該中間繼電器的常開觸點來代替時間繼電器的瞬時觸點來完成自鎖[4]。

1.2.1系統的元件I/O分配

根據上述電路的輸入輸出設備，可得到PLC的I/O地址分配表，如表1所示。

1.2.2系統的元件I/O接線圖

根據上述I/O分配表及電氣控制要求，繪制出用PLC改造按鈕和時間繼電器控制的交流三速錨機電路的接線圖，如圖2所示。

圖2 PLC控制交流三速錨機電路的外圍接線圖

1.2.3 PLC控制梯形圖

根據電氣原理圖中的控制電路部分和I/O分配表，對交流三速錨機主控制電路部分進行編程，并按照編程規則整理變換，得到梯形圖如圖3所示。

圖3 PLC控制交流三速錨機電路的梯形圖

1.2.4指令程序表

根據上述梯形控制圖，可以得到程序指令表，如表2所示。

表1 PLC控制交流三速錨機電路I/O分配表

表2 PLC控制交流三速錨機電路的程序指令表

2 結論

本文利用PLC工作可靠，操作高效、反應速度較快、安全可靠等特點，嘗試性地將其運用在船用交流三速錨機的控制上，不僅用按鈕開關代替船用主令控制器，解決了機械調速的硬件卡滯，誤操作，以及調速過快等機械和人為操作所導致的故障問題，而且用PLC代替傳統繼電器控制，消除由于沖擊電流過大導致接觸器觸點燒融無法動作等故障隱患，達到了預期的目的。此外，該電路具有控制速度快、可靠性高、靈活性強等優點，適應船舶離靠碼頭、起拋錨等緊急使用錨機的情況，達到了預期的目的。

[1] 劉秉琦. PLC在三相異步電動機Y-△起動及能耗制動中的應用[J]. 價值工程, 2013（19）: 47-48.

[2] 程潔. PLC在電氣控制系統中的應用探討[J].硅谷, 2013（11）: 60, 118.

[3] 彭日寬. PLC技術在電氣自動化中的應用及發展分析[J].城市建設理論研究, 2012, 2(35): 87-89.

[4] 陸運華, 胡翠華. PLC控制系統梯形圖及指令表[M]. 北京: 中國電力出版社, 2012:168-185.

Application of PLC to Electric Control for AC Three-speed Windlass

Sun Xinfeng

(Dalian Naval Academy, Dalian 116018, Liaoning, China)

TP273

A

1003-4862（2014）08-0024-04

2014-02-24

孫心豐（1986-），男，工程師。專業方向：電氣工程。