【文章內容簡介】 電動機正反轉控制電路如圖 ，工作原理：斷路器 QF 作為電源引入開關，它具有短路保護、過載保護和失電保護的功能。由于兩個接觸器 KM KM2的主觸點所接電源的相序不同，所以可以改變電動機的轉向。由于 KM1和 KM2基于 PLC 的電動機故障保護系統(tǒng)設計 5 的觸點不可以同時閉合，以免發(fā)生相間短路故障，為此就需要在各自的控制電路中串接對方的常閉觸點，構成互鎖。按下正向啟動按鈕 SB2， KM1的線圈得電并自鎖， KM1的常閉觸點斷開，電動機正轉，這時即使按下反向啟動按鈕 SB3，KM2也無法通電。當需要反轉時，先按下停止按鈕 SB1，令接觸器 KM1的線圈斷電釋放， KM1的常閉觸點復位閉合，電動機停轉，再按下反向啟動按鈕 SB3，接觸器 KM2的線圈才能得電，電動機反轉 [5]。 圖 三相異步電動機正反轉控制電路 三相異步電動機星 三角減壓啟動控制電路 電動機星 三角減壓啟動控制電路如圖 ，工作原理：該主電路由三只接觸器進行控制，其中， KM3的主觸點閉合則將電動機繞組連 接成星形； KM2主觸點閉合，則將電動機繞組連接成三角形； KM1的主觸點用來控制電源的通斷?？刂齐娐分?，采用時間繼電器來實現(xiàn)電動機繞組由星形聯(lián)結到三角形聯(lián)結的轉換。按下啟動按鈕 SB2，時間繼電器 KT、接觸器 KM3的線圈得電， KM3的主觸點閉合，將電動機繞組接成星形。隨著 KM3得電吸合， KM1的線圈得電并自鎖，電動機繞組在星形聯(lián)結下啟動，待電動機轉速接近額定轉速時， KT 延時完畢，其常閉延時觸點動作，接觸器 KM3失電，其常閉觸點復位， KM2得電吸合，將電動機繞組接成三角形，電動機進入全壓運行狀態(tài)。 時間繼電器：在 敏感元件獲得信號后，執(zhí)行元件要延遲一段時間后才動作的繼電器叫做時間繼電器。時間繼電器常用于按時間原則進行控制的場合。時間繼電器可分為通電延時型和斷電延時型，通電延時型當有輸入信號后延遲一定時基于 PLC 的電動機故障保護系統(tǒng)設計 6 間，輸出信號才發(fā)生變化，當輸入信號消失后，輸出信號瞬時復原；斷電延時型當有輸入信號時，瞬時產生相應的輸出信號，當輸入信號消失后，延遲一定時間輸出信號才復原。 圖 三相異步電動機星 三角減壓啟動控制電路 基于 PLC 的電動機故障保護系統(tǒng)設計 7 3 系統(tǒng)硬件設計 可編程控制器 從廣義上講， PLC 是一種特殊的工業(yè)控制計算機， 只不過比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適用于控制要求的編程語言 [6]。PLC 是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各類型的機械和生產過程。 PLC 的基本組成為：中央處理單元（ CPU）、存儲器（ RAM、 ROM）、輸入 /輸出單元（ I/O 接口）、電源（開關式穩(wěn)壓電源）。 PLC 的工作原理：普通微機一般采用等待命令的工作方式， 但 PLC 要查看的變量（輸入信號）太多，采用這種等待查詢的方式已經不能滿足要求，因此PLC 采用了“循環(huán)掃描”的工作方式，即在每一次循環(huán)掃描中采樣所有的輸入信號，隨后轉入程序執(zhí)行，最后把程序執(zhí)行結果輸出（即信號輸出）去控制現(xiàn)場的設備。 初始化處理： PLC 上電后，首先進行系統(tǒng)初始化，其中檢查自身完好性是起始操作的主要工作。初始化的內容是：首先，對 I/O 單元和內部繼電器清零，所有定時器復位（含 T0），以消除各元件狀態(tài)的隨機性。其次，檢查 I/O 單元連接是否正確。最后，檢查自身完好性：即啟動監(jiān)控定時器 T0，用檢查程序（ 即一個涉及到各種指令和內存單元的專用檢查程序）進行檢查。 系統(tǒng)自診斷：每次掃描前，在進行一次自診斷，檢查系統(tǒng)的完好性，即檢查硬件（如 CPU、系統(tǒng)程序存儲器、 I/O 口、通信口、后備鋰電池電壓等）和用戶程序存儲器等，以確保系統(tǒng)可靠運行。若發(fā)現(xiàn)故障，將有關錯誤標志位，再判斷一下故障性質，若是一般性故障，只報警而不停機，等待處理；若是嚴重故障，則停止運行用戶程序， PLC 切斷一切輸出聯(lián)系。 通信與外設服務（含中斷服務）：通信與外設服務指的是與編程器、其他設備（如終端設備，彩色圖形顯示器，打印機等）進行信息交換，與網絡 進行通信以及設備中斷服務等 [8]。如果沒有外設請求，系統(tǒng)會自動向下循環(huán)掃描。 采樣輸入信號：采樣輸入信號是指 PLC 在程序執(zhí)行前，首先掃描各輸入模塊，將所有的外部輸入信號的狀態(tài)讀入（存入）到映像存儲器 I 中。 基于 PLC 的電動機故障保護系統(tǒng)設計 8 執(zhí)行用戶程序：在執(zhí)行用戶程序前，先復位監(jiān)控定時器 T1，當 CPU 對用戶程序掃描時， T1就開始計時，在無中斷或跳轉指令的情況下， CPU 就從程序的首地址開始，按自左向右、自上而下的順序，對每條指令逐句進行掃描，掃描一條，執(zhí)行一條，并把執(zhí)行結果立即存入輸入映像存儲器 Q 中。 輸出刷新：輸出刷新就是指 CPU 在執(zhí)行完所 有用戶程序后（或下次掃描用戶程序前）將輸出映像存儲器 Q 的內容送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器送到輸出端子上去 [9]。刷新后的狀態(tài)要保持到下次刷新。 S7300PLC 概況 S7300是模塊化的中小型 PLC，適用于中等性能的控制要求， CPU 模塊、信號模塊和功能模塊種類繁多能滿足各種領域的自動控制任務，用戶可根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇適合的模塊，維修時更換模塊也很方便。 S7300的每個 CPU 都有一個編程用的 RS485接口，使用西門子的 MPI（多點接口）通信協(xié)議 [10]。有的 CPU 還帶有集成的現(xiàn)場總線 PROFIBUSDP 接口或 PtP（點對點）串行通信口。S7300不需要附加任何硬件、軟件和編程就可以建立一個 MPI 網絡、通過PROFIBUSDP 接口可以建立一個 DP 網絡。功能最強的 CPU 的 RAM 存儲容量為 512KB，有 8192個存儲器位， 512個定時器和 512個計數(shù)器，數(shù)字量通道最大為65536點，模擬量通道最大的為 4096個。 S7300采用緊湊的、無槽位限制的模塊結構。如圖 S7300可有以下幾部分組成：導軌、電源模塊（ PS）、CPU 模塊、信號模塊（ SM）、功能模塊（ FM）、接口模塊（ IM）、通信處理器（即通信模塊 CP）。其中電源模塊、 CPU 模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信模塊都安裝在導軌上 [11]。 S7300PLC 還有一些輔助模塊，如占位模塊（ DM370）、仿真模塊（ SM374）等。 狀態(tài)與故障顯示及模式選擇開關為： SF（系統(tǒng)出錯 /故障顯示，紅色）： CPU 硬件故障或軟件錯誤時亮。 BATF（電池故障，紅色）：電池電壓低或沒有電池時亮。 DC5V（＋ 5V 電源指示，綠色）： 5V 電源正常時亮。 FRCE（強制，黃色）：至少有一個 I/O 被強制時亮。 RUN（運行方式，綠色 ）： CPU 處于 RUN 狀態(tài)時亮。 HOLD（單步、斷點）狀態(tài)時以 的頻率閃亮。 基于 PLC 的電動機故障保護系統(tǒng)設計 9 STOP（停止方式，黃色）： CPU 處于 STOP， HOLD 狀態(tài)或重新啟動時常亮。 BUSF（ 總線錯誤，紅色）。 RUNP(運行 編程 )位置：運行時還可以讀出和修改用戶程序，改變運行方式。 RUN (運行 )位置： CPU 執(zhí)行、讀出用戶程序，但是不能修改用戶程序。 STOP（停止）位置：不執(zhí)行用戶程序，可以讀出和修改用戶程序。 S7300CPU 的分類： 緊湊型 CPU： CPU312C， CPU313C， CPU313CPtP， CPU313C2DP，CPU314CPtP 和 CPU314C2DP。各 CPU 均有計數(shù)、頻率測量和脈沖寬度調制功能。有的有定位功能，有的帶有 I/O。 標準型 CPU： CPU312， CPU313， CPU314， CPU315， CPU3152DP 和CPU3162DP。 戶外型 CPU： CPU312IFM， CPU314IFM， CPU314戶外型和 CPU3152DP在惡劣的環(huán)境下使用。 高端 CPU： 3172DP 和 CPU3182DP。 故障安全型 CPU： CPU315F。 電池 (CPU313以上 ) 圖 S7300PLC 基于 PLC 的電動機故障保護系統(tǒng)設計 10 S7300 的輸入 \輸出模塊 PLC 與電氣回路的接口是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。 I/O 模塊集成了PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反應輸入信號狀態(tài)，輸出點反應輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號轉換成數(shù)字信號進入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊則相反。 I/O 分為開關量輸入（ DI），開關量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。常用的 I/O 分類如下：開關量，按電壓水平分，有 220VAC、 110VAV、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶閘管隔離。模擬量，按信號類型分，有電流型（ 420mA， 020mA）、電壓型（ 010V， 05V， 1010V）。除了上述通用 I/O 之外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊 [12]。按 I/O 點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 S7300 的功能模塊 計數(shù)器模塊：模塊的計數(shù)器均為 0~32位或 177。31位加減計數(shù)器，可以判斷脈沖的方向，模塊給編碼器供電。達到比較值時發(fā)出中斷。可以 2倍頻 4倍頻計數(shù)。有集成的 DI/DO。 FM3501是單通道計數(shù)器模塊，可以檢測最高達 500kHz 的脈沖有連續(xù)計數(shù)、單向計數(shù)、循環(huán)計數(shù) 3種工作模式。 FM3502和 CM35都是 8通道智能型計數(shù)器模塊。 位置控制與位置檢測模塊： FM351雙通道定位模塊用于控制變級調速電動機或變頻器。 FM353是步進電機定位模塊。 FM354伺服電機定位模塊。 FM357可以用于最多 4個插補軸的協(xié)同定位。 FM352高速電子凸輪控制器，它有 32個凸輪軌跡， 13個集成的 DO，采用增量式編碼器或絕對式編碼器。 SM338超聲波傳感器檢測位置，無磨損、保護等級高、精度穩(wěn)定不變。 閉環(huán)控制模塊： FM355閉環(huán)控制模塊有 4個閉環(huán)控制通道，有自優(yōu)化溫度控制算法和 PID 算法。 稱重模塊： SIWAREX U 稱重模塊是緊湊型電子稱，測定料倉和貯斗的料位，對吊車載荷進行監(jiān)控，對傳送帶載荷進行測量或對工業(yè)提升機、軋機超載進行安全防護等。 SIWAREX M 稱重模塊是有校驗能力的電子稱重和配料單元，可以組成多料稱系統(tǒng)，安裝在易爆區(qū)域。 電 源模塊： PS307電源模塊將 120/230伏交流電壓轉換為 24V 直流電壓，為基于 PLC 的電動機故障保護系統(tǒng)設計 11 S7300/400、傳感器和執(zhí)行器供電。輸出電流有 2A、 5A 或 10A3種。 電路中的低壓保護電器 接觸器是一種用于頻繁地接通或斷開交直流主電路及大容量控制電路的自動切換電器。在功能上，接觸器既能實現(xiàn)自動切換，而且還具有手動開關所不能實現(xiàn)的遠距離操作功能和是電壓（或欠電壓）保護功能。接觸器具有一定的過載能力，但卻不能切斷短路電流，也不具備過載保護的功能。由于接觸器結構緊湊、價格低廉、工作可靠、維護方便，因而用途十分廣泛。在 PLC 控制系統(tǒng)中，接觸器常作為輸出執(zhí)行元件，用于控制電動機、電熱設備、電容器組等負載。工作原理：當電磁線圈通電后，線圈電流在鐵心中產生磁通，該磁通對銜鐵產生克服復位彈簧反力的電磁吸力，使 銜鐵帶動觸點動作，觸點動作時，常閉觸點先斷開，常開觸點后閉合。當線圈中的電壓降到某一數(shù)值（包括正?？刂?、欠電壓、失電壓故障）時，磁通下降，電磁吸力減小，當減小到不足以克服復位彈簧的反力時，銜