PLC在異步電機(jī)控制中的應(yīng)用

李想

一、緒論

PLC是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的復(fù)雜、可靠性低、耗功高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式。

三相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用幾乎涵蓋了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，三相異步電動(dòng)機(jī)常常運(yùn)行在惡劣的環(huán)境下，導(dǎo)致產(chǎn)生過(guò)流，短路，斷相，絕故，對(duì)緣老化等事故，應(yīng)用于大型工業(yè)設(shè)備重要場(chǎng)合的高壓電動(dòng)機(jī)，大功率電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，一旦發(fā)生故障所造成的損失無(wú)法估量。

二、三相異步電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)

1.三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。（1） 定子。定子由定子鐵心、定子繞組、機(jī)座和端蓋等組成。機(jī)座的主要作用是用來(lái)支撐電機(jī)各部件，因此應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，通常用鑄鐵制成。（2）轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。轉(zhuǎn)子鐵心成圓柱形，壓裝在轉(zhuǎn)軸上。其外圍表面沖有凹槽，用以安放轉(zhuǎn)子繞組。

2.三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

三相定子繞組中通入交流電后，便在空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子將作切割磁力線的運(yùn)動(dòng)而在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于轉(zhuǎn)子本身為一閉合電路，所以在轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，稱為轉(zhuǎn)子電流。轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，上面的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到向右的力的作用，下面的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到向左的力的作用。電磁力對(duì)轉(zhuǎn)子的作用稱為電磁轉(zhuǎn)矩。在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子就沿著順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，顯然轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。

三、PLC基礎(chǔ)

1.PLC的定義

可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。

2.PLC的工作原理

當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 （1） 輸入采樣階段。在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （2） 用戶程序執(zhí)行階段。在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按先左后右，由上而下的順序依次地掃描用戶程序。根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。（3） 輸出刷新階段。當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。

四、三相異步電動(dòng)機(jī)的PLC控制

1.三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制

在生產(chǎn)過(guò)程中，往往要求電動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)正反兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。由電動(dòng)機(jī)原理可知，只要把電動(dòng)機(jī)的三相電源進(jìn)線中的任意兩相對(duì)調(diào)，就可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。因此正反轉(zhuǎn)控制電路實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)方向相反的單相運(yùn)行電路，為了避免誤動(dòng)作引起電源相間短路，在這兩個(gè)相反方向的單向運(yùn)行電路中加設(shè)必要的互鎖。按照電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行操作順序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-?！眱煞N控制電路。

PLC控制的工作過(guò)程的分析：按下SB2，輸入繼電器0001動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器0500線圈接通并自鎖，接觸器KM1主觸點(diǎn)，動(dòng)合輔助觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)M通電正轉(zhuǎn)。按下SB1，輸入繼電器0000動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，輸出繼電器0500線圈失電，KM1主觸點(diǎn)，動(dòng)合輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)M斷電停止正轉(zhuǎn)按下SB3，0002動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，0501線圈接通并自鎖，KM2主觸點(diǎn)，動(dòng)合輔助觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)M通電反轉(zhuǎn)。

2.兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)聯(lián)鎖控制

在裝有多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)機(jī)械上，有時(shí)必須按一定的順序起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，才能滿足工作的需要。例如某個(gè)設(shè)備要求：“必需首先起動(dòng)甲電動(dòng)機(jī)，然后才能起動(dòng)乙電動(dòng)機(jī)，當(dāng)甲電動(dòng)機(jī)停止后，乙電動(dòng)機(jī)自動(dòng)停止”。這種要求可采用下面的控制線路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

PLC控制的工作過(guò)程的分析：按下M1的起動(dòng)按鈕SB1，輸入繼電器0000動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器0500線圈接通并自鎖，接觸器KM1得電吸合，電動(dòng)機(jī)M1起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)連接在0501線圈驅(qū)動(dòng)電路的0500動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，為起動(dòng)電動(dòng)機(jī)M2作準(zhǔn)備?？梢?jiàn)，只有電動(dòng)機(jī)M1先起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)M2才能起動(dòng)。這時(shí)如果按下M2的起動(dòng)按鈕SB3，0002動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，0501線圈接通并自鎖，接觸器KM2得電吸合，電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。按下M1的停止按鈕SB2，0001動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，使0500線圈失電，并且由于連接在0501線圈驅(qū)動(dòng)電路的0500動(dòng)合觸點(diǎn)的斷開(kāi)，使得0501線圈同時(shí)失電，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)都停止運(yùn)行。若只按下M2停止，按鈕SB4時(shí)，0003動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)；使得0501線圈失電，M2停止運(yùn)行，而M1仍運(yùn)行。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，順序起動(dòng)等功能。三相異步電動(dòng)機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來(lái)的先決條件是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組就是要來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。

三相異步電動(dòng)機(jī)定子中的三個(gè)繞組在空間方位上相差120度，當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時(shí)，定子繞組就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。電流每變化一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一周。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為n=60t/p 式中f為電源效率，P是磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)，n的單位是：每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，由此可知，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用的電源頻率有關(guān)。

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