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电动机Y-△的PLC控制

来源:用户上传      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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