PLC控制繼電器電機保護啟動方法

鄧永東

（國網烏魯木齊供電公司，新疆烏魯木齊，830011）

0 引言

交流異步電機經濟實惠，被廣泛地應用在電力拖動中。電機的直接啟動電流大，啟動瞬間的機械沖擊會對拖動設備以及電機本身[1-3]造成很大的損害，通常采用軟啟動的方法實現電機的緩慢啟動。常用的軟啟動發法有晶閘管啟動、串聯電阻啟動、變頻啟動、星形三角形啟動[4]等。西門子S7-300型PLC采用模塊化的結構，實現了分布式的配置，并具有電磁兼容性強、抗干擾能力強等特點，在工業控制領域中應用廣泛。

1 西門子S7-300型PLC及其開發環境

1.1 西門子S7-300型PLC

西門子S7-300型PLC是一種組合式PLC，為總線結構，其總線做成總線板，上面有若干個總線槽，每個總線槽上可安裝一個PLC模塊，不同的模塊實現不同的功能。PLC的CPU、存儲器和電源等做成一個模塊，該模塊的位置一般是固定的，是構成組合式PLC所必需的。其它模塊可根據PLC的控制規模、功能等進行配置。

PLC具有很多優點，其中可靠性高，抗干擾能力強是最突出的特點，PLC用大量的軟元件代替了中間繼電器和時間繼電器等，因此由于觸點的接觸不良而造成的故障就大為減少了。PLC的I/O接口采用了光電隔離裝置，并且內部電路均采用了先進的抗干擾技術，能夠在工業現場的復雜環境中高效可靠地運行。

1.2 STEP 7開發環境

STEP 7編程軟件用于西門子S7-300和S7-400的PLC進行編程和參數設置等，是SIMATIC系列工業軟件的一種。運用STEP進行編程的主要步驟包括：設計自動化任務解決方案、創建STEP 7項目、硬件組態與創建程序或創建程序與硬件組態、下載程序到PLC的CPU進行調試。STEP 7軟件本身不集成西門子公司的仿真軟件，需要安裝相配套的PLCSIM才能完成程序的仿真。

2 繼電器

繼電器由控制系統和被控制系統組成，通常應用于自動控制領域中，能夠實現弱電控制到強電執行的任務，其種類主要有電磁繼電器、固態繼電器、彈簧繼電器、時間繼電器、中間繼電器等。電磁繼電器依靠線圈兩端加載電壓產生電磁力帶動銜鐵的動觸點與靜觸點吸合。當斷電時，銜鐵則在彈簧力的作用下復位，達到導通與斷路的作用。

固態繼電器本身是一種無觸點的開關，對小的輸入信號具有放大作用，通過光電隔離裝置，保證了電路的安全，且開關速度快，噪聲低，抗干擾能力強。

3 電機啟動電路設計

3.1 三相異步電機星形-三角形降壓啟動電路

三相異步電動機的繞組有星形聯結和三角形聯結兩種[4]。由于星形-三角形（Y-△）降壓起動非常簡單方便易用，所以工業現場常用這種方法來完成對三相異步電機的啟動，其啟動電路圖如圖1所示。

在生產運行中會有很多干擾和故障出現，為了減少生產事故，使工業生產順利地進行，必需在工作電路中設置一定的保護環節。如圖1中使用的保護裝置有：短路保護熔斷器FU；過載保護熱繼電器FR，在長時間過載運行時，FR的動斷觸點會斷開，從而切斷控制電路，KM觸點復位，切斷了三相電機的電源供電，電機停止運行；在欠壓或者失壓的情況下，則依靠接觸繼電器KM本身的電磁執行機構來實現開合，從而控制電源的通斷。

3.2 PLC控制程序的編制

在STEP的硬件組態中選擇：PLC類型為S7-300；PLC的電源模塊：PS 307 5A；CPU為CPU 314；輸入輸出模塊為DI16/DO16x24V/0.5A，進行硬件組態和保存并編譯。在S7程序的塊中進行軟件的編制，選擇LAD梯形圖程序編制方法[5]。根據圖1所示的電路圖，設置需要的符號變量與地址，如SB2表示啟動按鈕，對應PLC的地址為I0.0，KM、KM1、KM2等繼電器可用PLC內部繼電器實現，設置一個Q0.0表示三相異步電機，用于模擬仿真使用，便于觀察程序是否按照給定的任務運行。

圖1 三相異步電機星形-三角形降壓啟動電路

3.3 PLCSIM仿真

圖1中，SB2用于電機的星形啟動，定時器KT用于有星形啟動到三角形啟動所用的時間，仿真時設置KT的等待時間為4秒，Q0.0用于模擬三相異步電機，當Q0.0置位時表明電機啟動。將編制好的LAD程序下載到仿真器中，可進行程序的仿真分析。

4 結束語

電機的直接啟動電流大，機械沖擊大，會對拖動設備以及電機本身造成嚴重的損害。西門子S7-300型PLC采用模塊化的結構，實現了分布式的配置，PLC的可靠性高，抗干擾能力強，在工業控制領域中應用廣泛。星形-三角形降壓起動是工業現場常用的三相異步電機啟動方法，STEP 7編程軟件是SIMATIC系列工業軟件的一種，本文通多STEP 7編程軟件實現了S7-300PLC的硬件組態、星形-三角形降壓啟動的LAD程序的編制，并借助PLCSIM軟件完成了對程序的仿真，仿真結果表明所編制的程序運行穩定，能夠完成三相異步電機的星形-三角形降壓啟動。

[1] 翟紅云.基于PLC的交流伺服電機驅動及位移控制技術研究[J].現代制造技術與裝備, 2017(09)：80-81.

[2] 祁玉蘭.基于臺達PLC的電機軟啟動器的設計[J].變頻器世界 ,2017(03)：84-86.

[3] 曹勝敏.S7-200PLC在直流電動機啟動過程中的應用[J].唐山學院學報,2017(03)：78-80.

[4] 黃美紅,熊斌.基于PLC在三相異步電動機Y-△降壓啟動中的應用[J].電子世界,2016(16)：197.

[5] 楊勝利.利用PLC控制步進電動機的啟動與停止[J].中小企業管理與科技(中旬刊), 2014(10)：190-191.