電動機Y-△的PLC控制

龔琛

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2020.05.039

電動機Y-△的PLC控制①

龔琛

（江蘇省常熟中等專業學校電氣工程系? 江蘇常熟? 215500）

摘? 要：該文介紹了怎樣利用PLC實現三相異步電動機的Y-△降壓啟動，詳細給出了PLC控制系統的接線圖和梯形圖程序設計;與傳統繼電器控制相比具有顯著的優勢，設計具有可編程性、線路簡單、可靠性高等特點。該文還著重分析了兩種可能出現的安全隱患，并給出了解決問題的方法。

關鍵詞：PLC? Y-?可靠性

在生產實際中，輕載或空載啟動的三相異步電動機，常采用Y-△降壓啟動，即電動機啟動時定子繞組接成Y形接法降壓啟動，而在啟動后期則按照預先整定的時間換接成△形全壓運行。這樣做一方面可以降低電動機的啟動電流，另一方面可以減少對電網及其他用電設備的沖擊。

電動機Y-△轉換的傳統方法是采用繼電接觸器控制，這種控制方法有明顯的缺點：體積大、可靠性低、故障查找困難，對生產工藝變化的適應性較差。近年來，隨著PLC的廣泛使用，電動機的Y-△轉換越來越多地采用PLC來實現。

同繼電接觸器控制相比，PLC控制電動機Y-△降壓起動具有明顯的優點：控制系統結構簡單、外部線路大大簡化;可有效提高系統運行的可靠性;維修方便、同觸摸屏相結合，還可實現故障的自動檢測。

在職業學校的日常教學中，電動機Y-△的PLC控制，僅僅滿足于線路的連接和運行程序的編寫，而對于系統運行的可靠性方面涉及的很少。該文將在這個方面進行著重的闡述。

1? 電動機Y-△降壓啟動的控制要求

（1）合上電源開關QF，按下啟動按鈕SB1，接觸器KM1、KM3同時吸合，將電動機定子繞組接成Y形，并接通電源降壓啟動;10s延時時間到后，接觸器KM3斷電釋放，電動機解除Y形接法;與此同時，接觸器KM2吸合，電動機定子繞組改接成△形全壓運行。

（2）按下停止按鈕SB2，接觸器KM1、KM2斷電釋放，電動機停止運行。

（3）當電動機過載時，熱繼電器FR常閉輔助觸點斷開，接觸器斷電釋放，電動機停止運行。

主電路原理圖如圖1所示。

2? 電動機Y-△的PLC控制

2.1 PLC的選型

考慮到三菱FX系列PLC的性價比比較高，應用十分廣泛，因此選用FX3U系列PLC。FX3U系列PLC是三菱公司最新推出的第三代小型PLC系列產品，采用單元式結構，由基本單元、擴展單元、擴展模塊及特殊適配器等產品組成，僅用基本單元或由基本單元與上述其他單元組合起來使用均可。

FX3U的性能主要表現為：運算速度更快;程序容量擴大;軟元件數量及功能指令數量均大幅增加;通信能力大大加強，可同時實現多種通信（包括RS-232C、RS-485、RS-422及USB通信）。

用PLC實現電動機的Y-△控制時，由于輸入/輸出點數量較少，本著要求電氣控制部分體積小、成本低，并能夠用觸摸屏對PLC進行監控和管理這樣一個原則，決定選用FX系列的FX3u-16MR多功能小型機。FX3u-16MR輸入點為8個，輸出點為8個，通過RS-232C或RS-485通信模塊可實現同通觸摸屏的通訊。

2.2 I/O點的分配

由Y-△降壓啟動的控制要求可知，PLC的輸入點有啟動按鈕SB1（常開按鈕）、停止按鈕SB2（常閉按鈕）和熱繼電器FR的常閉輔助觸點，分別用來發出電動機的啟動、停止和過載信號;PLC的輸出點有接觸器KM1、KM2、KM3線圈，用來執行電動機Y/△降壓啟動的任務。PLC控制系統的I/O點分配，如表1所示。

2.3 PLC控制電路圖的設計

應該注意的是，雖然在梯形圖中可以利用軟元件Y1與Y2對Y-△切換進行軟件互鎖，但在外部硬件輸出電路中還必須使用KM2、KM3的常閉觸點進行硬件互鎖。

這是由PLC的工作原理決定的：當所有指令（程序）執行完畢后，輸出狀態寄存器中的內容，將依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅動外部相應執行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。也就是說，由于PLC的輸出刷新是集中進行的，故Y1、Y2口是同時輸出、狀態變換是同時完成的（程序中進行了Y1和Y2的互鎖也一樣）。

在沒有外部硬件互鎖的情況下，會出現KM3（Y）的斷電釋放與KM2（△）的得電吸合同時動作，在KM3（Y）觸點電弧尚未熄滅時KM2（△）的觸點已閉合，會造成電源瞬時短路。

進行硬件互鎖后，可以大大降低KM2、KM3接觸器同時吸合的機會，從而有效避免了主電路的短路故障。所以，接觸器的硬件互鎖是非常必要的。

PLC控制電路圖如圖2所示。

2.4 編程及程序運行

編寫程序時，根據電動機Y-△降壓啟動的控制要求，按照動作的先后順序，從上到下逐行繪制梯形圖即可。程序如圖3所示。

3? 提高系統運行的可靠性及措施

現象1：Y-△切換時出現電源短路。

利用KM2、KM3的常閉觸點進行硬件互鎖后，理論上KM2（△）、KM3（Y）接觸器不可能同時吸合，也即不會出現電源短路。但在實際運行中，有時Y-△切換時仍然會出現電源短路的現象，分析其原因，在于KM2、KM3接觸器的產品質量和長期使用后性能下降所引起的。

充分利用PLC的優勢，在不改變PLC外圍線路的情況下，通過改變程序結構就能輕松地解決這個問題。具體做法：當Y形啟動結束后，電動機斷開Y接法，此時再延時0.1s后電動機才接成△接法全壓運行，這樣可有效地保證KM2（△）和KM3（Y）接觸器不會同時吸合。程序如圖3所示。

現象2：電動機沒有Y形啟動，直接△形啟動運行。

當PLC驅動KM3（Y）后，若KM3接觸器因故沒有動作（如線圈燒毀損壞），則電動機沒有Y形降壓啟動，那么延時10s后電動機將會直接△形全壓啟動運行，這樣一方面達不到降壓啟動的目的，另一方面也是設備運行所不允許的。

要解決電動機可能直接全壓啟動問題，可在PLC的輸入端增加一個輸入點，即增加KM3（Y形）動作確認信號，該信號取自KM3的常開輔助觸點具體如圖2所示。

在程序中利用該確認信號，保證沒有電動機的Y形降壓啟動就不可能有電動機的△形全壓運行。程序如圖3所示。

4? 電動機Y-△的PLC控制程序解讀

按下啟動按鈕SB1（X0），KM1（Y0）、KM3（Y2）得電吸合，電動機Y形降壓啟動;10s后，KM1、KM3失電釋放，解除Y接法;延時0.1s后，電動機△形全壓運行。

電動機Y形降壓啟動時，KM3（X3）得電吸合，M0被置位（M0成為Y形接觸器動作標志位），將M0串聯在Y1（KM1）回路中，就能保證Y形降壓啟動后才能有電動機的△形全壓運行。

按下停止按鈕SB2（X1），電動機停止運行，標志位M0被清除。

參考文獻

[1] 高勤.電器及PLC控制技術[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] FX3u系列PLC編程手冊[Z].

[3] 張有良，劉杰.枕式包裝機的電器控制技術[J].包裝與食品機械，1998（1）：33-36.