【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路如圖 ，工作原理：斷路器 QF 作為電源引入開(kāi)關(guān)，它具有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)和失電保護(hù)的功能。由于兩個(gè)接觸器 KM KM2的主觸點(diǎn)所接電源的相序不同，所以可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。由于 KM1和 KM2基于 PLC 的電動(dòng)機(jī)故障保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 的觸點(diǎn)不可以同時(shí)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(duì)方的常閉觸點(diǎn)，構(gòu)成互鎖。按下正向啟動(dòng)按鈕 SB2， KM1的線圈得電并自鎖， KM1的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，這時(shí)即使按下反向啟動(dòng)按鈕 SB3，KM2也無(wú)法通電。當(dāng)需要反轉(zhuǎn)時(shí)，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(diǎn)復(fù)位閉合，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，再按下反向啟動(dòng)按鈕 SB3，接觸器 KM2的線圈才能得電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) [5]。 圖 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 三相異步電動(dòng)機(jī)星 三角減壓?jiǎn)?dòng)控制電路 電動(dòng)機(jī)星 三角減壓?jiǎn)?dòng)控制電路如圖 ，工作原理：該主電路由三只接觸器進(jìn)行控制，其中， KM3的主觸點(diǎn)閉合則將電動(dòng)機(jī)繞組連 接成星形； KM2主觸點(diǎn)閉合，則將電動(dòng)機(jī)繞組連接成三角形； KM1的主觸點(diǎn)用來(lái)控制電源的通斷?？刂齐娐分?，采用時(shí)間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)繞組由星形聯(lián)結(jié)到三角形聯(lián)結(jié)的轉(zhuǎn)換。按下啟動(dòng)按鈕 SB2，時(shí)間繼電器 KT、接觸器 KM3的線圈得電， KM3的主觸點(diǎn)閉合，將電動(dòng)機(jī)繞組接成星形。隨著 KM3得電吸合， KM1的線圈得電并自鎖，電動(dòng)機(jī)繞組在星形聯(lián)結(jié)下啟動(dòng)，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)， KT 延時(shí)完畢，其常閉延時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作，接觸器 KM3失電，其常閉觸點(diǎn)復(fù)位， KM2得電吸合，將電動(dòng)機(jī)繞組接成三角形，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入全壓運(yùn)行狀態(tài)。 時(shí)間繼電器：在 敏感元件獲得信號(hào)后，執(zhí)行元件要延遲一段時(shí)間后才動(dòng)作的繼電器叫做時(shí)間繼電器。時(shí)間繼電器常用于按時(shí)間原則進(jìn)行控制的場(chǎng)合。時(shí)間繼電器可分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型，通電延時(shí)型當(dāng)有輸入信號(hào)后延遲一定時(shí)基于 PLC 的電動(dòng)機(jī)故障保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 間，輸出信號(hào)才發(fā)生變化，當(dāng)輸入信號(hào)消失后，輸出信號(hào)瞬時(shí)復(fù)原；斷電延時(shí)型當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，瞬時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)消失后，延遲一定時(shí)間輸出信號(hào)才復(fù)原。 圖 三相異步電動(dòng)機(jī)星 三角減壓?jiǎn)?dòng)控制電路 基于 PLC 的電動(dòng)機(jī)故障保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 可編程控制器 從廣義上講， PLC 是一種特殊的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 只不過(guò)比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的接口和更直接的適用于控制要求的編程語(yǔ)言 [6]。PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類可編程序的存儲(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)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各類型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 的基本組成為：中央處理單元（ CPU）、存儲(chǔ)器（ RAM、 ROM）、輸入 /輸出單元（ I/O 接口）、電源（開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源）。 PLC 的工作原理：普通微機(jī)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(hào)）太多，采用這種等待查詢的方式已經(jīng)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(hào)，隨后轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行，最后把程序執(zhí)行結(jié)果輸出（即信號(hào)輸出）去控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。 初始化處理： PLC 上電后，首先進(jìn)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(nèi)容是：首先，對(duì) I/O 單元和內(nèi)部繼電器清零，所有定時(shí)器復(fù)位（含 T0），以消除各元件狀態(tài)的隨機(jī)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(dòng)監(jiān)控定時(shí)器 T0，用檢查程序（ 即一個(gè)涉及到各種指令和內(nèi)存單元的專用檢查程序）進(jìn)行檢查。 系統(tǒng)自診斷：每次掃描前，在進(jìn)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(chǔ)器、 I/O 口、通信口、后備鋰電池電壓等）和用戶程序存儲(chǔ)器等，以確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。若發(fā)現(xiàn)故障，將有關(guān)錯(cuò)誤標(biāo)志位，再判斷一下故障性質(zhì)，若是一般性故障，只報(bào)警而不停機(jī)，等待處理；若是嚴(yán)重故障，則停止運(yùn)行用戶程序， PLC 切斷一切輸出聯(lián)系。 通信與外設(shè)服務(wù)（含中斷服務(wù)）：通信與外設(shè)服務(wù)指的是與編程器、其他設(shè)備（如終端設(shè)備，彩色圖形顯示器，打印機(jī)等）進(jìn)行信息交換，與網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行通信以及設(shè)備中斷服務(wù)等 [8]。如果沒(méi)有外設(shè)請(qǐng)求，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向下循環(huán)掃描。 采樣輸入信號(hào)：采樣輸入信號(hào)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(hào)的狀態(tài)讀入（存入）到映像存儲(chǔ)器 I 中。 基于 PLC 的電動(dòng)機(jī)故障保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 執(zhí)行用戶程序：在執(zhí)行用戶程序前，先復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器 T1，當(dāng) CPU 對(duì)用戶程序掃描時(shí)， T1就開(kāi)始計(jì)時(shí)，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)指令的情況下， CPU 就從程序的首地址開(kāi)始，按自左向右、自上而下的順序，對(duì)每條指令逐句進(jìn)行掃描，掃描一條，執(zhí)行一條，并把執(zhí)行結(jié)果立即存入輸入映像存儲(chǔ)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(chǔ)器 Q 的內(nèi)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(hào)模塊和功能模塊種類繁多能滿足各種領(lǐng)域的自動(dòng)控制任務(wù)，用戶可根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇適合的模塊，維修時(shí)更換模塊也很方便。 S7300的每個(gè) CPU 都有一個(gè)編程用的 RS485接口，使用西門子的 MPI（多點(diǎn)接口）通信協(xié)議 [10]。有的 CPU 還帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線 PROFIBUSDP 接口或 PtP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）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(gè) MPI 網(wǎng)絡(luò)、通過(guò)PROFIBUSDP 接口可以建立一個(gè) DP 網(wǎng)絡(luò)。功能最強(qiáng)的 CPU 的 RAM 存儲(chǔ)容量為 512KB，有 8192個(gè)存儲(chǔ)器位， 512個(gè)定時(shí)器和 512個(gè)計(jì)數(shù)器，數(shù)字量通道最大為65536點(diǎn)，模擬量通道最大的為 4096個(gè)。 S7300采用緊湊的、無(wú)槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)。如圖 S7300可有以下幾部分組成：導(dǎo)軌、電源模塊（ PS）、CPU 模塊、信號(hào)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(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信模塊都安裝在導(dǎo)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(kāi)關(guān)為： SF（系統(tǒng)出錯(cuò) /故障顯示，紅色）： CPU 硬件故障或軟件錯(cuò)誤時(shí)亮。 BATF（電池故障，紅色）：電池電壓低或沒(méi)有電池時(shí)亮。 DC5V（＋ 5V 電源指示，綠色）： 5V 電源正常時(shí)亮。 FRCE（強(qiáng)制，黃色）：至少有一個(gè) I/O 被強(qiáng)制時(shí)亮。 RUN（運(yùn)行方式，綠色 ）： CPU 處于 RUN 狀態(tài)時(shí)亮。 HOLD（單步、斷點(diǎn)）狀態(tài)時(shí)以 的頻率閃亮。 基于 PLC 的電動(dòng)機(jī)故障保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 STOP（停止方式，黃色）： CPU 處于 STOP， HOLD 狀態(tài)或重新啟動(dòng)時(shí)常亮。 BUSF（ 總線錯(cuò)誤，紅色）。 RUNP(運(yùn)行 編程 )位置：運(yùn)行時(shí)還可以讀出和修改用戶程序，改變運(yùn)行方式。 RUN (運(yùn)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(jì)數(shù)、頻率測(cè)量和脈沖寬度調(diào)制功能。有的有定位功能，有的帶有 I/O。 標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)機(jī)故障保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 S7300 的輸入 \輸出模塊 PLC 與電氣回路的接口是通過(guò)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(yīng)輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反應(yīng)輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊則相反。 I/O 分為開(kāi)關(guān)量輸入（ DI），開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)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(hào)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(diǎn)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(jī)架槽數(shù)限制。 S7300 的功能模塊 計(jì)數(shù)器模塊：模塊的計(jì)數(shù)器均為 0~32位或 177。31位加減計(jì)數(shù)器，可以判斷脈沖的方向，模塊給編碼器供電。達(dá)到比較值時(shí)發(fā)出中斷?？梢?2倍頻 4倍頻計(jì)數(shù)。有集成的 DI/DO。 FM3501是單通道計(jì)數(shù)器模塊，可以檢測(cè)最高達(dá) 500kHz 的脈沖有連續(xù)計(jì)數(shù)、單向計(jì)數(shù)、循環(huán)計(jì)數(shù) 3種工作模式。 FM3502和 CM35都是 8通道智能型計(jì)數(shù)器模塊。 位置控制與位置檢測(cè)模塊： FM351雙通道定位模塊用于控制變級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)或變頻器。 FM353是步進(jìn)電機(jī)定位模塊。 FM354伺服電機(jī)定位模塊。 FM357可以用于最多 4個(gè)插補(bǔ)軸的協(xié)同定位。 FM352高速電子凸輪控制器，它有 32個(gè)凸輪軌跡， 13個(gè)集成的 DO，采用增量式編碼器或絕對(duì)式編碼器。 SM338超聲波傳感器檢測(cè)位置，無(wú)磨損、保護(hù)等級(jí)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(gè)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(cè)定料倉(cāng)和貯斗的料位，對(duì)吊車載荷進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)傳送帶載荷進(jìn)行測(cè)量或?qū)I(yè)提升機(jī)、軋機(jī)超載進(jìn)行安全防護(hù)等。 SIWAREX M 稱重模塊是有校驗(yàn)?zāi)芰Φ碾娮臃Q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(zhuǎn)換為 24V 直流電壓，為基于 PLC 的電動(dòng)機(jī)故障保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(hù)電器 接觸器是一種用于頻繁地接通或斷開(kāi)交直流主電路及大容量控制電路的自動(dòng)切換電器。在功能上，接觸器既能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，而且還具有手動(dòng)開(kāi)關(guān)所不能實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)距離操作功能和是電壓（或欠電壓）保護(hù)功能。接觸器具有一定的過(guò)載能力，但卻不能切斷短路電流，也不具備過(guò)載保護(hù)的功能。由于接觸器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、工作可靠、維護(hù)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(dòng)機(jī)、電熱設(shè)備、電容器組等負(fù)載。工作原理：當(dāng)電磁線圈通電后，線圈電流在鐵心中產(chǎn)生磁通，該磁通對(duì)銜鐵產(chǎn)生克服復(fù)位彈簧反力的電磁吸力，使 銜鐵帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，常閉觸點(diǎn)先斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)后閉合。當(dāng)線圈中的電壓降到某一數(shù)值（包括正常控制、欠電壓、失電壓故障）時(shí)，磁通下降，電磁吸力減小，當(dāng)減小到不足以克服復(fù)位彈簧的反力時(shí)，銜