舟山西门子S7-1200代理商

1 引言
传统的鼠笼式异步电动机起、制动控制方式一般有四种，即定子回路串电阻起动，Y/△起动，自耦变压器起动和延边三角形起动;制动方式有三种，反接制动，能耗制动和电容制动，其中任何一种起，、制动控制方式的实现通常由继电器-接触器控制系统来完成。下面就以定子回路串电阻降压起动和反接制动为例，分析由继电器-接触器实现的鼠笼式异步电动机的起、制动控制。
如图1所示，此控制电路含三个接触器和一个中间继电器线圈，12个触点。起动时，KM2、KM3线圈均处于断开状态，按下起动按钮SB1，KM1线圈通电并自锁，电动机串电阻减压起动。当电动机转速上升到某一定值时(此值为速度继电器KS1的整定值，可调节，如调至100r/min时动作)，速度继电器KS1的常开触点闭和，中间继电器KA通电并自锁，KA的常开触点接通接触器线圈KM3，KM3的主触点在主电路中短接定子电阻R，电动机转速上升至给定值时投入稳定运行。
制动时，按下停机按钮SB2，KM1线圈断电，其主触点断开三相电源;控制电路中常开触点断开，KM3失电，限流电阻串入;常闭触点闭合，接通反接制动接触器KM2，对调两相电源相序，电动机处于反接制动状态。当转速下降至某一定值时(比如100r/min),KS1常开触点断开KA，继而断开KM2，电动机失电，迅速停机。


这种传统的继电器接触器控制方式控制逻辑清晰，采用机电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的可靠性较低。随着PLC技术的发展，使用PLC进行电机的运行控制已成为必然趋势。
2 采用PLC实现鼠笼式异步电动器起、制动控制
可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，自60年代末，美国首先研制和使用可编程控制器以后，特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC(programmable logic controller)，因此，与传统的继电器接触器控制系统相比较，笔者认为采用PLC实现鼠笼式异步电动机起制动控制是明智的选择。下面就是笔者设计的采用PLC实现的鼠笼式异步电动机起制动控制电路的接线图、梯形图和指令程序，如图2和图3所示。

PLC控制逻辑与传统的继电器接触器控制系统基本一致，其工作过程如下:
起动时，按下起动按钮SB1,X400常开触点闭合，Y430线圈接通并自锁，KM1线圈接通，主触头吸合，电动机串入限流电阻R开始起动，同时Y430的两对常开触点闭合，当电动机转速上升到某一定值时，KS1的常开触点闭合，X402常开触点闭合，M100线圈接通并自锁，M100的一对常开触点接通Y432的线圈，KM3线圈有电主触头吸合，短接起动电阻，电机转速上升至给定值时投入稳定运行。
制动时，按下停机按钮SB2，X401常开触点断开Y430线圈，使KM1失电释放，而Y430的常闭触点接通Y431线圈，制动用的接触器KM2线圈通电，对调两相电源的相序，电动机处于反接制动状态。与此同时，Y430的常开触点断开Y432的线圈，KM3失电释放，串入电阻R限制制动电流。当电动机转速迅速下降至某一定值时，KS1常开触点断开，X402常开触点断开M100的线圈，M100的常开触点断开Y431线圈，KM2失电释放，电动机很快停下来。过载时，热继电器FR常开触点闭合，X403的两对常闭触点断开Y430和M110的线圈，从而使KM1或KM2失电释放，起到过载保护作用。
上述控制过程指令程序如下:

3 PLC与继电器接触器控制系统的比较
通过对鼠笼式异步电动机起制动的传统控制方法和PLC控制方法的比较，从某种意义上看，PLC控制是从继电器接触器控制发展而来的。两者既有相似性又有很多不同处。
3.1 二种方案的不同点
(1)PLC内部大部分采用“软”逻辑
继电器接触器控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制;PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制;
(2) PLC控制系统结构紧凑
继电器接触器控制系统使用电器多，体积大且故障率大;PLC控制系统结构紧凑，使用电器少，体积小;
(3) PLC内部全为“软接点”动作快
电器接触器控制全为机械式触点，动作慢，弧光放电严重;PLC内部全为“软接点”动作快;
(4) PLC控制功能改变极其方便
继电器接触器控制功能改变，需拆线接线乃至更换元器件，比较麻烦;PLC控制功能改变，一般只需修改程序便可，极其方便;
(5) PLC控制系统制造周期短
PLC控制系统由于结构简单紧凑，基本为软件控制，因此设计、施工与调试比继电器接触器控制系统周期短。
此外，由于PLC技术是计算机控制的基础上发展而来，因此，它的软硬件设置上有着传统的继电器接触器控制无法比拟的优势，工作可靠性极高。
3.2 PLC方案的设计要点
(1) 设置滤波
在PLC中一般都在输入输出接口处设置π形滤波器，它不仅可滤除来自外界的高频干扰，而且还可减少内部模块之间信号的相互干扰;
(2) 设有隔离
在PLC系统中CPU和各I/O回路(主要指数字口)几乎都设有光耦合器作隔离，以防止干扰或可能损坏CPU等;
(3) 设置屏蔽
屏蔽有两类:一类是对变压器采取磁场和电场的双重屏蔽，这时要用既导磁又导电的材料作为屏蔽层;另一类是对CPU和编程器等模块仅作电磁场的屏蔽，此时可用导电的金属材料作屏蔽层;
(4) 采用模块式结构
PLC通常采用积木式结构，这便于用户检修和更换模板，同时在各模板上都设有故障检测电路，并用相应的指示器标志它的状态，使用户能迅速确定故障的位置;
(5) 设有联锁功能
PLC中个各输出通道之间设有联锁功能。以防止各被控对象之间误动作可能造成的事故;
(6) 设置环境检测和诊断电路
这部分电路负责对PLC的运行环境(例如电网电压、工作温度、环境的湿度等)进行检测，同时也完成对PLC中各模块工作状态的监测。这部分电路往往是与软件相配合工作的，以实现故障自动诊断和预报;
(7) 设置Watchdog电路
PLC中的这种电路是专门监视PLC运行进程是否按预定的顺序进行，如果PLC中发生故障或用户程序区受损，则因CPU不能按预定顺序(预定时间间隔)工作而报警;
(8) PLC的输入、输出控制简单
PLC是以扫描方式进行工作的，即PLC对信号的输入、数据的处理和控制信号的输出，分别在一个扫描周期内的不同时间间隔里，以批处理方式进行，这不仅使用户编程简单、不易出错，而且也使PLC的工作不易受到外界干扰的影响;同时PLC所处理的数据比较稳定，从而减少了处理中的错误;另外，PLC的输入、输出的控制较简单，不容易产生由于时序不合适而造成的问题。
4 结束语
由于PLC在设计制造时充分考虑到工业控制的现场环境问题，并采取了多层次、多种有效措施来提高工作可靠性，因此，采用PLC实现电机控制，特别是对工作环境条件较恶劣的工矿企业应该是一项明智之举。一、机床的工作方式简介

该专用组合铣床有平铣和端铣两个动力头，分别由一台4kW的电动机作传动，并水平或垂直安装在同一个滑台上。滑台由一台2．2kW的电动机通过两个电磁离合器来传动，一个作快速传动用，另一个作铣削时的工作进给(慢速)用。其电气控制采用继电一接触器控制线路。操作面板上有润滑油泵开按钮、连动或点动按钮、快进按钮、快退按钮、两个动力头的开／停按钮，以及急停按钮。

二、继电一接触器控制原理图分析

该专用组合铣床继电一接触器控制线路如图1所示。其中，图1a是主电路，图1b是润滑油泵和滑台的控制线路，图1c是两个铣削刀盘的传动控制线路。cBl是主电源开关；C282是滑台电机电源开关及过载保护，KMl、KM2是滑台电机正／反转控制；C283是油泵电机电源开关及过载保护，KM3是油泵电机控制；cB4、cB5是刀盘电机电源开关及过载保护，KM4、KM5是刀盘电机控制。

刀盘的传动控制就是电机起动和停止控制。滑台的运行方式分连动和点动，连动又分快进、快退、工进三种状态，点动只有快进、快退两种状态。状态的改变由限位开关1sT～3sT控制。相关电气元件的动作过程如下(线路见图置，按住前进按钮SB2，则滑台快进接触器KMl吸合，电机M1得电正转，同时离合器线圈Ycl得电，通过丝杆传动滑台快速前进。松开前进按钮SB2，KMl释放，电机停转。后退与之类似，按住后退按钮SB3，滑台快退接触器KM2吸合，电机M1得电反转，同时离合器线圈Yc2得电，通过丝杆传动滑台快速后退。松开后退按钮SB2，接触器KMl释放，电机停转。滑台工作在点动方式，进给接触器KA不起作用。

前进到位或后退到位时，由于限位开关2sT一2或3sT断开，接触器KMl或KNl2释放，滑台停止移动。

2．连动方式

当SA的触点[318-321]和[328-329]闭合时，滑台工作在连动方式。同样，如果滑台在中间位置，按后退按钮SB3，滑台快退接触器KM2吸合，其辅助触点同时闭合，保持接触器KM2在吸合状态，电机M1得则电反转。同时离合器线圈Yc2得电，通过丝杆传动滑台快速后退，直至后退到位，限位开关3sT断开，滑台停止。

按前进按钮SB2，则滑台快进接触器KMl吸合，其辅助触点闭合，保持接触器KMl在吸合状态。电机M1得电正转，离合器线圈YCl也得电，通过丝杆传动滑台快速前进。当滑台前进到令限位开关1sT断开时，滑台转入慢速工进状态，继续向前移动，直到令限位开关2sT一2断开，滑台停止。由于惯性的作用，滑台使限位开关2sT一1闭合，接触器KM2吸合，其辅助同时触点闭合，保持接触器KM2在吸合状态。电机M1得则电反转。

在滑台前进或后退过程中不管是快速还是慢速，只要转动连动／点动方式按钮sA，接触器KMl／KM2就释放，电机停转。在图1b线路中，接触器线圈KMl／KM2前面的接触器辅助触点KM2[319-320]／KMl[326-327]用于互锁保护，防止两个接触器同时吸合，造成电源短路。

3．存在问题

从控制原理图1b中可以看出，当滑台在工进过程中，遇到停电或其他原因使滑台停止后，如需再次让滑台前进，滑台只能快速移动而不能回到原先的工进状态。稍不注意，很容易损坏刀头或刀盘。

三、PLC控制电路的设计

1．列出输入和输出PLC的I／O点数。确定PLC型号

根据继电一接触器控制线路的原理图及上面的分析，得到应该接入PLc的输入点I有：连动／点动方式按钮SA，油泵开按钮sBl，前进按钮SB2，后退按钮SB3，限位开关1sT～3sT，两个刀盘的开SB5、SB6，停sB7，电机保护及急停按钮SB4，共12个点。应该输出的PLc的O点有：滑台进退接触器KMl、KM2，油泵接触器KM3，两个刀盘接触器KM4、KM5，离合器线圈YCl、YC2，及运行指示灯HL，共8个点。

根据以上要求及性价比，本案例选用三菱FXlN一24MR可编程控制器，其中输入有14个点，输出有10个点。

2．按输入／输出点画出PLC控制原理图

主线路沿用图1a，用PLc控制专用组合铣的电气原理图如图2所示。考虑到PLc输出继电器的容量，每一点都增加了一个中间继电器，并在每个线圈上并接了续流二极管(图2中未画出)。

各输入输出点的分配情况见表1。 运行指示灯HL作工作状态指示，正在工作时HL为亮灭间隔1比1；停止工作时HL的亮灭为间隔4比1；待机状态时HL的亮灭间隔为1比4。

三、应用程序设计

1．梯形图编制

控制程序梯形图编制的有两种方法，一种是按照现成的继电一接触器控制线路演变而成；另一种是根据控制过程的功能要求，按照程序设计惯例，采用模块化、结构化方法设计。 本例节省了限位开关2sT-1的常开触点，而用软接点x7来代替该输入点；另外，还要用软件来消除原线路存在的缺点。前者由于使用了同一个软接点，没有了原机械限位开关常闭和常开点动作时的时间间隔，因此在程序中加入一个辅助接点M101，并在前进停止后到开始后退再加一定时器T1延时(5s)。后者则要求每次系统上电或滑台在中间位置停止移动后，在连动方式下再次移动滑台时，只能使滑台退到位方能前进。

控制线路的PLc梯形图采用模块化、结构化方法设计的梯形图，因篇幅关系，此处不再列出。

2．程序的录入

软件可用SWOPC一FXGP／wIN-c V3．30或以上版本编写。软件安装完成后在"开始"／"程序"／'MELSEC一F FX ApplicationS'中点"FXGP／WIN-c"，在桌面弹出的窗口中点击"新文件"按钮，出现如图3a所示的窗口；选"FXlN"，再点"确认"。接着便可在如图3b所示窗口中将程序逐行录入，完毕后点"转换"按钮，后保存。

五、安装与调试

表2列出了图1a和图2中所有材料的清单。控制柜设计本着美观、合理、易于散热、方便走线为原则。操作箱及柜内各部件的布置参见图5。

导线的选择：除主电路图1a中L1、L2、L3所用6mm2外，其余用用2．5mm2BVR的塑料软铜线。图2中均用1mmZBVR的塑料软铜线。

程序调试安装完毕检查接线正确后方可进入调试阶段。先用一段导线将图2a中的X2与COM短接。除空气开关CB2～CB5断开外，其余按序号从．小到大逐一合上。检查无异常后，将编好的程序用电脑下载到PLc中，界面见图5。在"写出"时，PLc应停止运行，程序必须在R AM或EEPROM内存保护关断的情况下写出，再进行校验。

下载完毕后，将PLc上的RLJN／STOP开关打到"RuN"位置，测试各按钮及接触器的动作是否符合设计要求。同时可用电脑进行监控程序运行状况，出现动作不合要求时检查或更改程序，甚至是接线，直到符合设计要求为止。后拆掉短接导线，合上C282～CB5进行试运行。