電動(dòng)機(jī)Y-△的PLC控制

龔琛

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2020.05.039

電動(dòng)機(jī)Y-△的PLC控制①

龔琛

（江蘇省常熟中等專業(yè)學(xué)校電氣工程系? 江蘇常熟? 215500）

摘? 要：該文介紹了怎樣利用PLC實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的Y-△降壓啟動(dòng)，詳細(xì)給出了PLC控制系統(tǒng)的接線圖和梯形圖程序設(shè)計(jì);與傳統(tǒng)繼電器控制相比具有顯著的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)具有可編程性、線路簡單、可靠性高等特點(diǎn)。該文還著重分析了兩種可能出現(xiàn)的安全隱患，并給出了解決問題的方法。

關(guān)鍵詞：PLC? Y-?可靠性

在生產(chǎn)實(shí)際中，輕載或空載啟動(dòng)的三相異步電動(dòng)機(jī)，常采用Y-△降壓啟動(dòng)，即電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)定子繞組接成Y形接法降壓啟動(dòng)，而在啟動(dòng)后期則按照預(yù)先整定的時(shí)間換接成△形全壓運(yùn)行。這樣做一方面可以降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，另一方面可以減少對電網(wǎng)及其他用電設(shè)備的沖擊。

電動(dòng)機(jī)Y-△轉(zhuǎn)換的傳統(tǒng)方法是采用繼電接觸器控制，這種控制方法有明顯的缺點(diǎn)：體積大、可靠性低、故障查找困難，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性較差。近年來，隨著PLC的廣泛使用，電動(dòng)機(jī)的Y-△轉(zhuǎn)換越來越多地采用PLC來實(shí)現(xiàn)。

同繼電接觸器控制相比，PLC控制電動(dòng)機(jī)Y-△降壓起動(dòng)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、外部線路大大簡化;可有效提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性;維修方便、同觸摸屏相結(jié)合，還可實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)檢測。

在職業(yè)學(xué)校的日常教學(xué)中，電動(dòng)機(jī)Y-△的PLC控制，僅僅滿足于線路的連接和運(yùn)行程序的編寫，而對于系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性方面涉及的很少。該文將在這個(gè)方面進(jìn)行著重的闡述。

1? 電動(dòng)機(jī)Y-△降壓啟動(dòng)的控制要求

（1）合上電源開關(guān)QF，按下啟動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM1、KM3同時(shí)吸合，將電動(dòng)機(jī)定子繞組接成Y形，并接通電源降壓啟動(dòng);10s延時(shí)時(shí)間到后，接觸器KM3斷電釋放，電動(dòng)機(jī)解除Y形接法;與此同時(shí)，接觸器KM2吸合，電動(dòng)機(jī)定子繞組改接成△形全壓運(yùn)行。

（2）按下停止按鈕SB2，接觸器KM1、KM2斷電釋放，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，熱繼電器FR常閉輔助觸點(diǎn)斷開，接觸器斷電釋放，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

主電路原理圖如圖1所示。

2? 電動(dòng)機(jī)Y-△的PLC控制

2.1 PLC的選型

考慮到三菱FX系列PLC的性價(jià)比比較高，應(yīng)用十分廣泛，因此選用FX3U系列PLC。FX3U系列PLC是三菱公司最新推出的第三代小型PLC系列產(chǎn)品，采用單元式結(jié)構(gòu)，由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊適配器等產(chǎn)品組成，僅用基本單元或由基本單元與上述其他單元組合起來使用均可。

FX3U的性能主要表現(xiàn)為：運(yùn)算速度更快;程序容量擴(kuò)大;軟元件數(shù)量及功能指令數(shù)量均大幅增加;通信能力大大加強(qiáng)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種通信（包括RS-232C、RS-485、RS-422及USB通信）。

用PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的Y-△控制時(shí)，由于輸入/輸出點(diǎn)數(shù)量較少，本著要求電氣控制部分體積小、成本低，并能夠用觸摸屏對PLC進(jìn)行監(jiān)控和管理這樣一個(gè)原則，決定選用FX系列的FX3u-16MR多功能小型機(jī)。FX3u-16MR輸入點(diǎn)為8個(gè)，輸出點(diǎn)為8個(gè)，通過RS-232C或RS-485通信模塊可實(shí)現(xiàn)同通觸摸屏的通訊。

2.2 I/O點(diǎn)的分配

由Y-△降壓啟動(dòng)的控制要求可知，PLC的輸入點(diǎn)有啟動(dòng)按鈕SB1（常開按鈕）、停止按鈕SB2（常閉按鈕）和熱繼電器FR的常閉輔助觸點(diǎn)，分別用來發(fā)出電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和過載信號(hào);PLC的輸出點(diǎn)有接觸器KM1、KM2、KM3線圈，用來執(zhí)行電動(dòng)機(jī)Y/△降壓啟動(dòng)的任務(wù)。PLC控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)分配，如表1所示。

2.3 PLC控制電路圖的設(shè)計(jì)

應(yīng)該注意的是，雖然在梯形圖中可以利用軟元件Y1與Y2對Y-△切換進(jìn)行軟件互鎖，但在外部硬件輸出電路中還必須使用KM2、KM3的常閉觸點(diǎn)進(jìn)行硬件互鎖。

這是由PLC的工作原理決定的：當(dāng)所有指令（程序）執(zhí)行完畢后，輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，將依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。也就是說，由于PLC的輸出刷新是集中進(jìn)行的，故Y1、Y2口是同時(shí)輸出、狀態(tài)變換是同時(shí)完成的（程序中進(jìn)行了Y1和Y2的互鎖也一樣）。

在沒有外部硬件互鎖的情況下，會(huì)出現(xiàn)KM3（Y）的斷電釋放與KM2（△）的得電吸合同時(shí)動(dòng)作，在KM3（Y）觸點(diǎn)電弧尚未熄滅時(shí)KM2（△）的觸點(diǎn)已閉合，會(huì)造成電源瞬時(shí)短路。

進(jìn)行硬件互鎖后，可以大大降低KM2、KM3接觸器同時(shí)吸合的機(jī)會(huì)，從而有效避免了主電路的短路故障。所以，接觸器的硬件互鎖是非常必要的。

PLC控制電路圖如圖2所示。

2.4 編程及程序運(yùn)行

編寫程序時(shí)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)Y-△降壓啟動(dòng)的控制要求，按照動(dòng)作的先后順序，從上到下逐行繪制梯形圖即可。程序如圖3所示。

3? 提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及措施

現(xiàn)象1：Y-△切換時(shí)出現(xiàn)電源短路。

利用KM2、KM3的常閉觸點(diǎn)進(jìn)行硬件互鎖后，理論上KM2（△）、KM3（Y）接觸器不可能同時(shí)吸合，也即不會(huì)出現(xiàn)電源短路。但在實(shí)際運(yùn)行中，有時(shí)Y-△切換時(shí)仍然會(huì)出現(xiàn)電源短路的現(xiàn)象，分析其原因，在于KM2、KM3接觸器的產(chǎn)品質(zhì)量和長期使用后性能下降所引起的。

充分利用PLC的優(yōu)勢，在不改變PLC外圍線路的情況下，通過改變程序結(jié)構(gòu)就能輕松地解決這個(gè)問題。具體做法：當(dāng)Y形啟動(dòng)結(jié)束后，電動(dòng)機(jī)斷開Y接法，此時(shí)再延時(shí)0.1s后電動(dòng)機(jī)才接成△接法全壓運(yùn)行，這樣可有效地保證KM2（△）和KM3（Y）接觸器不會(huì)同時(shí)吸合。程序如圖3所示。

現(xiàn)象2：電動(dòng)機(jī)沒有Y形啟動(dòng)，直接△形啟動(dòng)運(yùn)行。

當(dāng)PLC驅(qū)動(dòng)KM3（Y）后，若KM3接觸器因故沒有動(dòng)作（如線圈燒毀損壞），則電動(dòng)機(jī)沒有Y形降壓啟動(dòng)，那么延時(shí)10s后電動(dòng)機(jī)將會(huì)直接△形全壓啟動(dòng)運(yùn)行，這樣一方面達(dá)不到降壓啟動(dòng)的目的，另一方面也是設(shè)備運(yùn)行所不允許的。

要解決電動(dòng)機(jī)可能直接全壓啟動(dòng)問題，可在PLC的輸入端增加一個(gè)輸入點(diǎn)，即增加KM3（Y形）動(dòng)作確認(rèn)信號(hào)，該信號(hào)取自KM3的常開輔助觸點(diǎn)具體如圖2所示。

在程序中利用該確認(rèn)信號(hào)，保證沒有電動(dòng)機(jī)的Y形降壓啟動(dòng)就不可能有電動(dòng)機(jī)的△形全壓運(yùn)行。程序如圖3所示。

4? 電動(dòng)機(jī)Y-△的PLC控制程序解讀

按下啟動(dòng)按鈕SB1（X0），KM1（Y0）、KM3（Y2）得電吸合，電動(dòng)機(jī)Y形降壓啟動(dòng);10s后，KM1、KM3失電釋放，解除Y接法;延時(shí)0.1s后，電動(dòng)機(jī)△形全壓運(yùn)行。

電動(dòng)機(jī)Y形降壓啟動(dòng)時(shí)，KM3（X3）得電吸合，M0被置位（M0成為Y形接觸器動(dòng)作標(biāo)志位），將M0串聯(lián)在Y1（KM1）回路中，就能保證Y形降壓啟動(dòng)后才能有電動(dòng)機(jī)的△形全壓運(yùn)行。

按下停止按鈕SB2（X1），電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，標(biāo)志位M0被清除。

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