电动机Y-△的PLC控制
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作者:龚琛
DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2020.05.039
电动机Y-△的PLC控制①
龚琛
（江苏省常熟中等专业学校电气工程系 江苏常熟 215500）
摘 要：该文介绍了怎样利用PLC实现三相异步电动机的Y-△降压启动，详细给出了PLC控制系统的接线图和梯形图程序设计;与传统继电器控制相比具有显著的优势，设计具有可编程性、线路简单、可靠性高等特点。该文还着重分析了两种可能出现的安全隐患，并给出了解决问题的方法。
关键词：PLC Y- 可靠性
在生產实际中，轻载或空载启动的三相异步电动机，常采用Y-△降压启动，即电动机启动时定子绕组接成Y形接法降压启动，而在启动后期则按照预先整定的时间换接成△形全压运行。这样做一方面可以降低电动机的启动电流，另一方面可以减少对电网及其他用电设备的冲击。
电动机Y-△转换的传统方法是采用继电接触器控制，这种控制方法有明显的缺点：体积大、可靠性低、故障查找困难，对生产工艺变化的适应性较差。近年来，随着PLC的广泛使用，电动机的Y-△转换越来越多地采用PLC来实现。
同继电接触器控制相比，PLC控制电动机Y-△降压起动具有明显的优点：控制系统结构简单、外部线路大大简化;可有效提高系统运行的可靠性;维修方便、同触摸屏相结合，还可实现故障的自动检测。
在职业学校的日常教学中，电动机Y-△的PLC控制，仅仅满足于线路的连接和运行程序的编写，而对于系统运行的可靠性方面涉及的很少。该文将在这个方面进行着重的阐述。
1 电动机Y-△降压启动的控制要求
（1）合上电源开关QF，按下启动按钮SB1，接触器KM1、KM3同时吸合，将电动机定子绕组接成Y形，并接通电源降压启动;10s延时时间到后，接触器KM3断电释放，电动机解除Y形接法;与此同时，接触器KM2吸合，电动机定子绕组改接成△形全压运行。
（2）按下停止按钮SB2，接触器KM1、KM2断电释放，电动机停止运行。
（3）当电动机过载时，热继电器FR常闭辅助触点断开，接触器断电释放，电动机停止运行。
主电路原理图如图1所示。
2 电动机Y-△的PLC控制
2.1 PLC的选型
考虑到三菱FX系列PLC的性价比比较高，应用十分广泛，因此选用FX3U系列PLC。FX3U系列PLC是三菱公司最新推出的第三代小型PLC系列产品，采用单元式结构，由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊适配器等产品组成，仅用基本单元或由基本单元与上述其他单元组合起来使用均可。
FX3U的性能主要表现为：运算速度更快;程序容量扩大;软元件数量及功能指令数量均大幅增加;通信能力大大加强，可同时实现多种通信（包括RS-232C、RS-485、RS-422及USB通信）。
用PLC实现电动机的Y-△控制时，由于输入/输出点数量较少，本着要求电气控制部分体积小、成本低，并能够用触摸屏对PLC进行监控和管理这样一个原则，决定选用FX系列的FX3u-16MR多功能小型机。FX3u-16MR输入点为8个，输出点为8个，通过RS-232C或RS-485通信模块可实现同通触摸屏的通讯。
2.2 I/O点的分配
由Y-△降压启动的控制要求可知，PLC的输入点有启动按钮SB1（常开按钮）、停止按钮SB2（常闭按钮）和热继电器FR的常闭辅助触点，分别用来发出电动机的启动、停止和过载信号;PLC的输出点有接触器KM1、KM2、KM3线圈，用来执行电动机Y/△降压启动的任务。PLC控制系统的I/O点分配，如表1所示。
2.3 PLC控制电路图的设计
应该注意的是，虽然在梯形图中可以利用软元件Y1与Y2对Y-△切换进行软件互锁，但在外部硬件输出电路中还必须使用KM2、KM3的常闭触点进行硬件互锁。
这是由PLC的工作原理决定的：当所有指令（程序）执行完毕后，输出状态寄存器中的内容，将依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。也就是说，由于PLC的输出刷新是集中进行的，故Y1、Y2口是同时输出、状态变换是同时完成的（程序中进行了Y1和Y2的互锁也一样）。
在没有外部硬件互锁的情况下，会出现KM3（Y）的断电释放与KM2（△）的得电吸合同时动作，在KM3（Y）触点电弧尚未熄灭时KM2（△）的触点已闭合，会造成电源瞬时短路。
进行硬件互锁后，可以大大降低KM2、KM3接触器同时吸合的机会，从而有效避免了主电路的短路故障。所以，接触器的硬件互锁是非常必要的。
PLC控制电路图如图2所示。
2.4 编程及程序运行
编写程序时，根据电动机Y-△降压启动的控制要求，按照动作的先后顺序，从上到下逐行绘制梯形图即可。程序如图3所示。
3 提高系统运行的可靠性及措施
现象1：Y-△切换时出现电源短路。
利用KM2、KM3的常闭触点进行硬件互锁后，理论上KM2（△）、KM3（Y）接触器不可能同时吸合，也即不会出现电源短路。但在实际运行中，有时Y-△切换时仍然会出现电源短路的现象，分析其原因，在于KM2、KM3接触器的产品质量和长期使用后性能下降所引起的。
充分利用PLC的优势，在不改变PLC外围线路的情况下，通过改变程序结构就能轻松地解决这个问题。具体做法：当Y形启动结束后，电动机断开Y接法，此时再延时0.1s后电动机才接成△接法全压运行，这样可有效地保证KM2（△）和KM3（Y）接触器不会同时吸合。程序如图3所示。
现象2：电动机没有Y形启动，直接△形启动运行。
当PLC驱动KM3（Y）后，若KM3接触器因故没有动作（如线圈烧毁损坏），则电动机没有Y形降压启动，那么延时10s后电动机将会直接△形全压启动运行，这样一方面达不到降压启动的目的，另一方面也是设备运行所不允许的。
要解决电动机可能直接全压启动问题，可在PLC的输入端增加一个输入点，即增加KM3（Y形）动作确认信号，该信号取自KM3的常开辅助触点具体如图2所示。
在程序中利用该确认信号，保证没有电动机的Y形降压启动就不可能有电动机的△形全压运行。程序如图3所示。
4 电动机Y-△的PLC控制程序解读
按下启动按钮SB1（X0），KM1（Y0）、KM3（Y2）得电吸合，电动机Y形降压启动;10s后，KM1、KM3失电释放，解除Y接法;延时0.1s后，电动机△形全压运行。
电动机Y形降压启动时，KM3（X3）得电吸合，M0被置位（M0成为Y形接触器动作标志位），将M0串联在Y1（KM1）回路中，就能保证Y形降压启动后才能有电动机的△形全压运行。
按下停止按钮SB2（X1），电动机停止运行，标志位M0被清除。
参考文献
[1] 高勤.电器及PLC控制技术[M].北京：高等教育出版社，2002.
[2] FX3u系列PLC编程手册[Z].
[3] 张有良，刘杰.枕式包装机的电器控制技术[J].包装与食品机械，1998（1）：33-36.
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