基于PLC的三相異步電機控制系統研究

王本超

摘要：三相異步電動機的制造工藝簡單，維修方便，功耗低，電能轉換能力強，調節簡單，適用范圍廣泛。本文針對三相異步電動機的控制系統，重點介紹了PLC在三相異步電動機的控制系統中的設計需求和設計內容，從而達到調節電動機的作用。

關鍵詞：PLC;三相異步電動機;控制系統

前言

三相異步電動機因其眾多的優勢而受到各大廠商的青睞。但是實際應用中，三相異步電機一但出現了問題，就會使其無法充分發揮其實際應用的優點，為此，研究者們把PLC技術和三相異步電動機結合起來，形成了一個變頻調速系統。

1、三相異步電動機的控制原理

1.1可編程控制器的應用原則

PLC是一種專用于工業應用中的可編程邏輯控制器，它的內置內存使得硬件裝置能夠按照程序的語言進行相應的邏輯操作、算術操作、定時控制和其它的操作。在指令的執行過程中，按順序掃描、連續周期來完成。與傳統的繼電器控制相比，PLC具有更大的靈活性、可靠性、工作速度和更多的功能，并與三相異步電機的控制系統配合使用，使其具有更好的適應性。

1.2三相異步電動機的控制原理

在采用PLC作為三相異步電機的主控制器之前，要充分認識其旋轉方式、特性等內容，以便更好的利用PLC技術。三相異步電機的轉動方向與磁場的轉動方向有關，三相電流的相序是影響其轉動方向的關鍵因素，因此，三相電機的轉動方向可以通過開關三相電機的任意兩相來實現。在實際操作中，三相異步電動機需要連續工作，因為慣性的作用，功能更強，一旦停電，電動機還會進行緩沖，然后才能停車，這在實際操作中是不允許的，所以必須要用PLC對三相異步電動機進行制動，當三相異步電動機的運行方向相反時，三相異步電動機就會自動停車，達到"即停"的目的。

2、三相異步電動機PLC控制系統的設計

2.1三相異步電動機的控制系統的設計要點

為了決定三相異步電機的負載類型，必須要考慮到PLC的輸出電壓、交流電壓和直流電壓，從而判斷是否采用了可控硅、晶體管和繼電器。在輸入端的設計上，我們將PLC的電源設置在AC85-240的范圍之內，這樣可以提高電源的使用范圍和寬度;在輸出環路的設計中，也要考慮設備的抗干擾能力，它與PLC的輸出帶進行了互鎖，在負載斷電時，PLC會受到浪涌的影響，因此需要增加二極管，以吸收電路中的感性負載和浪涌，從而實現對PLC的保護。在設計三相異步電機的過程中，必須要考慮到PLC的選型和控制要求，這是設計人員最關心的問題，第二個問題就是以后的維護，一般都是選擇自己熟悉的型號，這樣可以讓用戶更快的了解操作系統。同時，還要考慮到傳輸速度、通信協議和接口等因素，使控制系統的網絡設計達到最佳化。

2.2系統規劃

三相鼠籠電動機因其結構簡單、運行穩定、價格低廉而被廣泛采用。目前變頻調速系統的應用程序設計分為閉環和開環兩種，不同的是，在閉環運行時，如果電機在閉環運行時速度反饋、PLC轉速設定值以及轉速編碼等，經過PID數據的比較，將一個給定的數字頻率輸出到變頻器。在開環方式下，變頻調速系統需要由PLC將特定的命令發送到輸入或主機，PLC內的程序會根據指令進行運算，并判定是否將數據傳送到輸出端，從而控制變頻設備的工作狀況。開環方式與閉環方式不同，其特點是只有一條控制路徑，具有單向性、結構簡單、清晰、使用單元數少、成本低等特點。在這種方式下，抗干擾性更好，精度更高，能夠滿足實際需要。開環控制系統被用于本論文的設計，其目標是在確保運行效果的同時具有較高的操縱性。

2.3軟體的選取及程式的編制

（1）選擇頻率轉換器。在這一設計中，電機的啟動、停止、轉速等都要通過變頻控制來調節，這里就是西門子的MicroMaster420。NM4型變頻器是西門子公司研制的一種用于異步電機控制系統的變頻器，它的頻率范圍比常規變頻器大，它采用了一個物理接口，它是一個主要的輸入和輸出接口，包含了一個主電路、一個控制電路兩個部分。

（2）選用PLC的機型。在控制系統的設計中，要按實際情況選用PLC，并綜合考慮實際情況，最后決定采用S7-200PLC，取代傳統的電機繼電器控制設備，進行應用升級。

（3）實際開環控制。開環控制是一種簡單有效的控制三相電動機轉速和方向的方法，本文以西門子MM420和西門子CPU224XPPLC為例，給出了一系列的仿真、多級速控方案。模擬多段速度控制是利用變頻調速系統的模擬頻率，它可以接收外設的正、負兩個模擬輸入端的電壓和電流，在"4～20mA"范圍的全部點和頻率范圍，"0～50Hz"范圍內的所有點和頻率范圍，并在"0～50Hz"范圍內尋找相應的位置，從而達到無極控制。①調速裝置。MM420從模擬輸入端接受電壓信號，進行無級變速控制。通過調整變頻調制解調器的參數，DIN1、DIN2、DIN3三個數值，完成開關、停止、正、反轉等操作。②可編程控制器。在三相異步電動機的控制軟件中，利用CPU224XP的單極電壓模擬器，它的輸出為1-10V，總共10個點，通過開環調速，它可以被設定為10檔，從而達到三相異步電動機的精確調節。當電動機起動時，應把中間保護轉速設置為25赫茲。在這個設計中，每個按鈕都有相應的復位系統，每個按鍵的作用都不一樣，比如"啟動、停止、加速"，這些都是根據用戶的要求來完成的，為了保證設備的安全，它還會在低速時發出警告，提醒操作者調整電機的轉速。

3、結論

目前，隨著機械行業的自動化水平的提高，PLC已成為各種設備的優化升級的核心，采用PLC技術進行三相異步電動機的控制系統，可以解決原有電機的速度問題，從而使三相異步電動機的其它功能得到進一步的完善和提高。在未來的工作中，我們必須加強對PLC技術和三相異步電動機的控制技術的研究，以滿足不同行業對三相異步電動機的要求，進一步改進三相異步電動機的節能降耗，并將PLC技術運用到三相異步電動機的控制上。

參考文獻

[1]沈誠.基于PLC的三相異步電機控制系統研究[J].南方農機，2020，51（12）：157.