【導(dǎo)讀】一部三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)，PaN=45kW，UaN=220V，IaN=497A，nN=1450r/min，采用轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)時(shí)，求起動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)啟動(dòng)電阻大小,并設(shè)計(jì)控制電路。

　　

【正文】 高、壽命長、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于交流 50Hz、電壓 380V 及以下和直流 220V 及以下的控制電路中，按預(yù)定的時(shí)間接通或斷 開。 ： AC50Hz、 36V、 110V、 127V、 220V、 380V； DC24V、 27V、 30V、 36V、110V、 220V(其它電壓可定制 )，動(dòng)作電壓為 85%～ 110%額定控制電源電壓； ：交流 10 萬次，直流 6萬次； ： ≥60 萬次； ： AC15： 100VA； DC13： 20W； ： ≤5VA ； ： 5℃ ～ +40℃ 。 標(biāo)稱延時(shí)值 延時(shí)范囤 1 5 10 110 30 330 60 660 L1 型螺旋式熔斷器 RL1 系列螺旋式熔斷器適用于交流 50Hz、額定電壓至 400V、或直流 440V、額定電流至 200A 電路中，作電氣設(shè)備短路或過載保護(hù)之用。 螺旋式熔斷器由瓷帽、熔斷管、瓷套、上接線座和下接線座及瓷底座等部分組成。熔斷管內(nèi)裝有熔絲和石英砂和帶小紅點(diǎn)的熔斷指示器，指示器指示熔絲是否熔斷。石英用于增強(qiáng)滅弧性能。螺旋式熔斷器的作用與插入式熔斷器相同，用于電氣設(shè)備的過載及短路保護(hù)。分?jǐn)嗄芰^高，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，安裝面積小，更換熔體方便，工作安全可靠。廣泛用于控制箱 、 配電屏 、機(jī)床設(shè)備及振動(dòng)較大的場(chǎng)合，在交流額定電壓 500V、額定電流 200A 及以下的電路中，作為短路保護(hù)器件。 RL1 系列螺旋式熔斷器適用于交流 50Hz、額定電壓至 400V、或直流 440V、額定電流至 200A 電路中，作電氣設(shè)備短路或過載保護(hù)之用。 4 主電路及 PLC硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PLC 實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)， PLC 系統(tǒng)與微型計(jì)算機(jī)結(jié) 構(gòu)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 1. 通用型 PLC 的硬件結(jié)構(gòu) 通用型 PLC 的硬件基本結(jié)構(gòu)如圖 41 所示，它是一種通用的可編程控制器，主要由中央處理單元 CPU、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出（ I/O）模塊及電源組成。 圖 41 通用型 PLC 的硬件基本結(jié)構(gòu) 主機(jī)內(nèi)各部分之間均通過總線連接?？偩€分為電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線。各部件的作用如下： （ 1）中央處理單元 CPU PLC 的 CPU 與通用微機(jī)的 CPU 一樣，是 PLC 的核心部分，它按 PLC 中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描方式查詢現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的各種信號(hào)狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入過程狀態(tài)寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中；診斷電源及 PLC 內(nèi)部電路 工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等；在 PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去啟閉有關(guān)的控制電路；分時(shí)、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換等動(dòng)作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運(yùn)算或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，再由輸出狀態(tài)寄存器的位狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印、數(shù)據(jù)通信等功能。以上這些都是在 CPU 的控制下完成的。 PLC 常用的 CPU主要采用通用微處理器、單片機(jī)或雙極型位片式微處 理器。 （ 2）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器（簡稱內(nèi)存），用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或程序。它包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ ROM）。 PLC 配有系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器，分別用以存儲(chǔ)系統(tǒng)程序和用戶程序。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等，一般使用 EPROM；用戶程序存儲(chǔ)器用作存放用戶編制的梯形圖等程序，一般使用 RAM，若程序不經(jīng)常修改，也可寫入到 EPROM 中；存儲(chǔ)器的容量以字節(jié)為單位。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容不能由用戶直接存取。因此一般在產(chǎn)品樣本中所列 的存儲(chǔ)器型號(hào)和容量，均是指用戶 程序存儲(chǔ)器。 （ 3）輸入 /輸出（ I/O）模塊 I/O 模塊是 CPU 與現(xiàn)場(chǎng) I/O 設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。 PLC 提供了各種操作電平和輸出驅(qū)動(dòng)能力的 I/O 模塊供用戶選用。 I/O 模塊要求具有抗干擾性能，并與外界絕緣因此，多數(shù)都采用光電隔離回路、消抖動(dòng)回路、多級(jí)濾波等措施。 I/O 模塊可以制成各種標(biāo)準(zhǔn)模塊，根據(jù)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)來增減和組合。I/O 模塊還配有各種發(fā)光二極管來指示各種運(yùn)行狀態(tài)。 （ 4）電源 PLC 配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來對(duì) PLC的內(nèi)部電路供電。 （ 5）編程器 編程器用作用戶程序的 編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用和顯示 PLC 的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它經(jīng)過接口與 CPU聯(lián)系，完成人機(jī)對(duì)話。 編程器分簡易型和智能型兩種。簡易型編程器只能在線編程，它通過一個(gè)專用接口與 PLC 連接。智能型編程器即可在線編程又可離線編程，還以遠(yuǎn)離 PLC插到現(xiàn)場(chǎng)控制站的相應(yīng)接口進(jìn)行編程。智能型編程器有許多不同的應(yīng)用程序軟件包，功能齊全，適應(yīng)的編程語言和方法也較多。 2. PLC 軟件系統(tǒng) PLC 的軟件系統(tǒng)是指 PLC 所使用的各種程序的集合。它包括系統(tǒng)程序和用戶程序。 （ 1）系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序包 括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等。監(jiān)控程序又稱為管理程序，主要用于管理全機(jī)。編譯程序用來把程序語言翻譯成機(jī)器語言。診斷程序用來診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)程序由 PLC 生產(chǎn)廠家提供，并固化在 EPROM 中，用戶不能直接存取，故也不需要用戶干預(yù)。 （ 2）用戶程序 用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制的需要，用 PLC 的程序語言編制的應(yīng)用程序，用以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。用戶程序由用戶用編程器鍵入到 PLC 內(nèi)存。小型 PLC的用戶程序比較簡單，不需要分段，而是順序編制的。大中型 PLC 的用戶程序很長，也比較復(fù)雜，為使用戶程序編制簡單清晰，可按功 能結(jié)構(gòu)或使用目的將用戶程序劃分成各個(gè)程序模塊。按模塊結(jié)構(gòu)組成的用戶程序， 每個(gè)模塊用來解決一個(gè)確定的技術(shù)功能，能使很長的程序編制得易于理解，還使得程序的調(diào)試和修改變得很容易。 對(duì)于數(shù)控機(jī)床來說，數(shù)控機(jī)床 PLC 中的用戶程序由機(jī)床制造廠提供，并已固化到用戶 EPROM 中，機(jī)床用戶不需進(jìn)行寫入和修改，只是當(dāng)機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)機(jī)床廠提供的梯形 圖和電氣原理圖，來查找故障點(diǎn)，進(jìn)行維修 。 1 S7— 200PLC簡介 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)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(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)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體， 易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì) ,采用循環(huán)掃描的工作方式。 2 方案設(shè)計(jì) (1)概述 該系統(tǒng)有 2個(gè)輸入點(diǎn)，分別為啟動(dòng)按鈕、停車按鈕， 4個(gè)輸出點(diǎn)。按下開始按鈕，電機(jī)在轉(zhuǎn)子串入所有 3段電阻的情況下接通主電源，開始啟動(dòng)，同時(shí)制動(dòng)閘通電松閘。然后 3段電阻按照一定時(shí)間間隔逐級(jí)切斷，需要 3個(gè)定 時(shí)器來控制。按下停車按鈕，電機(jī)轉(zhuǎn)子串入所有 3段電阻，斷開主電源。消弧 1秒后，接通定子回路直流電源，開始動(dòng)力制動(dòng)。制動(dòng) 2秒后，切除第一段電阻。再過 2秒，切斷動(dòng)力制動(dòng)電源和制動(dòng)閘電源。時(shí)間段通過定時(shí)器來控制。正反向接觸器以及動(dòng)力制動(dòng)接觸器之間有互鎖。 3 PLC選型及 I／ O地址分配 ⑴ PLC選型 在該電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，所用到的輸入點(diǎn)數(shù)有 2個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)有 3個(gè)，由于在選擇 PLC型號(hào)時(shí)須留有一定的裕量，經(jīng)查資料可知 CPU224輸入點(diǎn)數(shù)為 14個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)有 10個(gè)，故選擇型號(hào)為 PLC S7— 200系列中的 CPU224。 (2)I／ O地址分配表 輸入端子號(hào) 輸出端子號(hào) 地址 名稱 說明 SB1 X000 啟動(dòng)按鈕 啟動(dòng)電動(dòng)機(jī) SB2 X001 停止按鈕 停車電動(dòng)機(jī) KM1 Y001 接觸器 第一段電阻 ,與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接 KM2 Y002 接觸器 第二段電阻 , 與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接 KM3 Y003 接觸器 第三段電阻 , 與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接 KM4 Y000 接觸器 控制總電源 FR 熱繼電器 保護(hù)電動(dòng)機(jī)短路 3 原理圖 ⑴電氣控制圖 ⑵ PlC外部接線圖 （ 2）外部接線圖 PLC梯形圖 1 系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì) 本課題是通過 PLC來實(shí)現(xiàn)繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)制動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)有 2個(gè)輸入點(diǎn)，分別為 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按扭、停車按扭。 4個(gè)輸出點(diǎn)，分別為啟動(dòng)、制動(dòng)閘電源、動(dòng)力制動(dòng)電源以及控制轉(zhuǎn)子電阻接通的 4個(gè)控制量。通過PLC軟件編程來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正、反向轉(zhuǎn)子串電阻降級(jí)啟動(dòng)以及停車制動(dòng)控制。 2 系統(tǒng)調(diào)試 當(dāng) PLC軟件程序編制結(jié)束且軟件調(diào)試成功后，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。按照正常的控制步驟分階段將各個(gè)控制步驟逐一進(jìn)行測(cè)試，確保每個(gè)環(huán)節(jié)正常無誤。然后進(jìn)行整個(gè)控制過程的連貫運(yùn)行。當(dāng)一切測(cè)試正常后，再進(jìn)行模擬故障告警情況的調(diào)試。當(dāng)所有測(cè)試均正常后，系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束。 3 系統(tǒng)實(shí)施及程序 ⑴系統(tǒng)流程圖 電機(jī)在轉(zhuǎn)子串入所有 3 段電阻情況下啟動(dòng)，制動(dòng)閘通電松閘 分時(shí)段切除 3 段電阻 延時(shí) 按下停車按鈕 電機(jī)轉(zhuǎn)子串入所有 3 段電阻斷開主電源 消弧一秒 接通定子回路直流電源 延時(shí)兩秒 切除第一段電阻 延時(shí)兩秒 切斷動(dòng)力制動(dòng)電源和制動(dòng)閘電源 電動(dòng)機(jī)停車 ⑵ 梯形圖 結(jié)論語 繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接電阻，一方面可以減小起動(dòng)電流，另一方面可以增加最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)串入某一 合適電阻時(shí)，還能使電動(dòng)機(jī)以它的最大轉(zhuǎn)矩 T起動(dòng)。當(dāng)然，所串聯(lián)的電阻超過一定數(shù)值后，最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩反而會(huì)減小。由于繞線異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻，不但可以減少起動(dòng)電流，而且可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而，要求起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩大或起動(dòng)頻繁的生產(chǎn)機(jī)械常用繞線型異步電動(dòng)機(jī)。 轉(zhuǎn)子回路串三相對(duì)稱可變電阻起動(dòng)，這種方法既可限制起動(dòng)電流，又可增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，串接電阻值取得適當(dāng)，還可使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩接近最大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，適當(dāng)增大串接電阻的功率，使起動(dòng)電阻兼作調(diào)速電阻，一物兩用，適用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，并有調(diào)速要求的負(fù)載。缺點(diǎn)：多級(jí)調(diào)速控制電路較復(fù)雜， 電阻耗能大。 參考文獻(xiàn) ，鄧星鐘《機(jī)電傳動(dòng)控制》華中科技大學(xué)出版社； .《電力拖動(dòng)技術(shù)》北京機(jī)械工業(yè)出版社； .《機(jī)電傳動(dòng)控制 》武漢華中科技大學(xué)出版社； 4. 汪道輝主編 .邏輯與可編程控制系統(tǒng) .北京 : 機(jī)械工業(yè)出版 .2021 5. 易傳祿等編 .可編程序控制器應(yīng)用指南 . .1993