【正文】 ATs—I6軟起動器控制回路圖 ： 圖 ATs—I6軟起動器控制回路圖 PLC外部接線圖 ： 序號 代號 名稱 型號 數(shù)量 1 M1M5 電動機 Y250M2 5 2 QS 斷路器 NSX630。對于本 題 ，我們選用 西門子 S7200型可編程控制器。 因此，輸出點數(shù)也為 10個 而控制軟起動器的接觸器 KM0則完全由 KM1～ KM 5來控制 。 因此， PLC的總輸入為 10個。壓力變送器和液位變送器的反饋信號各占用一個模擬輸 入通道，反饋回的 0—20 mA 電流信號經(jīng) A／ D轉換 成 0—320xx 范圍內的數(shù)字量 ； PLC 的 PID輸出經(jīng) D／ A轉換成 0—20 mA 電流信號接變頻器模擬輸 入，控制變頻器的輸出頻率 。 為實現(xiàn)管網(wǎng)壓力和蓄水池水位等被測模擬信 號輸入和變頻控制信號的模擬量輸出，系統(tǒng)選用一個 EM235 模擬擴展模塊。 西門子S7200 系列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的具有高性能價格比的微型 PLC，具有體積小、功能強、多用途的特點。 本次設計選用 S7200 CPU224 實現(xiàn)控制 。 (4)存儲器容量的選擇 在初步估算時，對于僅需開關量控制的系統(tǒng)，將 I/O 點數(shù)乘以 8，就是所需存儲器的字數(shù)，這一要求一般都能滿足。 (3)可編程序 控制器 I/O 點數(shù)的確定 確定 I/O 點數(shù)時，應準確地統(tǒng)計出被控設備對可編程序控制器輸入 /輸出點數(shù)的總需求，在此基礎上，應留有 10%～ 20%的裕量，以 備今后對系統(tǒng)改進和擴充時使用。 基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設計 23 (2)可編程序控制器指令功能的選擇 現(xiàn)代的可編程序控制器的指令功能越來越強，內部編程元件（如輔助繼電器、定時器和計數(shù)器）的個數(shù)越來越多，任何一種可編程序控制器都可以滿足開關量控制系統(tǒng)的要求。 可編程序控制器 (PLC)的選擇 PLC 是應用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動化和計算機集成制造系統(tǒng) 中 占重要地位。 選擇中間繼電器時，主要考慮兩點：一是線圈的電流類型和電壓等級應于控制電路一致；二是觸電的種類、數(shù)量及容量應滿足控制電路的要求 [24]。 本設計中的繼電器 1K～ 5K 均屬于中間繼電器。 由于繼電器是組成各種控制系統(tǒng)的基礎元件，因此選用時須綜合考慮繼電器的適用性、功能特點、使用環(huán)境、工作制、額定工作電壓及額定工作電流諸因素，做到選用恰當、使用合理，才能保證系統(tǒng)正常 而可靠地工作。 繼電器的選擇 繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號而動作的自動控制電器。當動作時間大于20ms 時，取 K=；當動作時間小于 20ms 時，取 K=； [24] a 選擇斷路器 QS： 選用 630A 斷路器， NSX 630 型， 100～ 630A 過電流脫扣器。也可由下列公式計算確定： IZ≥KIS （ ） 式中： IZ———過流脫扣器的瞬時脫扣整定電流， A； IS———線路中的尖峰電流。按滅弧介質分，可分為真空式和空氣式。它在電路中主要起短路和過載保護作用，還具有欠電壓保護和遠距離分斷電源等功能，也可直接操作不頻繁啟動電動機和電路轉換等。 一般接觸器主觸點的額定電流不小于被控回路的額定電流，對于電動機負 載可按經(jīng)驗公式計算： ??COSUPI NNN 3 10*3? () 式中： IN———電動機額定電流， A； UN———電動機額定電壓， V； PN———電動機額定功率， kW； COSΦ ———功率因數(shù)； η———電動機效率； [24] KM0、 1KM、 2KM、 3KM、 4KM、 5KM 選用 CJ10150 型，額定電流 150A； KM KM KM3 、 KM KM5 選用 CJ1020 型，額定電流 20A； KM1?、 KM2?、 KM3? 、 KM4?、 KM5?選用 CJ105 型，額定電流 5A。選用接觸器時只要使被選用接觸器的額定電壓和額定電流等于或稍大于電動機的額定電壓和額定電流即可，通常選用 CJ10 系列。用于特殊環(huán)境條型號 額定功率 KW 額定電流 A 額定轉速 r/min 效率 % Y250M2 55 103 2970 型號 功率因數(shù) 堵轉轉矩 堵轉電流 最大轉矩 額定轉矩 額定電流 額定電流 COSΦ 倍 倍 倍 Y250M2 基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設計 21 件的接觸器應選用派生型產(chǎn)品 . 交流接觸器的負載主要可分為電動機負載與非電動機負載兩大類。然后，根據(jù)接觸器控制對象的工作參量（如工作電壓、工作電流、控制功率、操作頻率、工作制等）確定接觸器的容量等級。接觸器具有操作頻率高、使用壽命長、工作可靠、性能穩(wěn)定、維修簡便等優(yōu)點，是用途廣泛的控制電路之一。 一 般 科 設置 一 臺備用軟起動器。當 ATS46用于重負載恒力矩時，應按重載的額定值調整電流限幅值，以滿足電動機力矩的要求。為了優(yōu)化性能，實際的負載要求可以從數(shù)字鍵盤上讀入，整定的初始力矩及力矩限幅應高于負載力矩。 ② 機械工作性質 在選擇起動裝置時應全面考慮 生產(chǎn)機械是否要調速 ； 調速要求的精度如何 ； 起動時間有沒有限制 ； 起動的頻繁程度等等。在選擇軟起動裝置時 ，其起動轉矩應大于此數(shù)值。此類機械在軟起動時的起動轉矩只要大于機械的起始阻力轉矩 ， 就能順利起動。起動轉矩小的軟起動裝置不能滿足要求。精加工吃刀量小 ， 用高速。 b 恒功率負載 ： 在各種速度下 ， 負載功率恒定 ， 因此負載轉矩與轉速成反比。也有位能性的 ， 阻力不隨運動 方向改變而改變 ， 如提升機、起動機等。 (2) 被傳動機械方面 ① 機械特性 a 恒轉矩負載 ： 在任何轉速時 ， 負載轉矩是恒定的或大致恒定的 ， 這類負載多數(shù)呈反阻性 ， 就是阻力與運動方向相反。 ③ 運行階段電動機是否要調速 ， 如果必須調速 ， 則利用調速裝置就可以得到軟起動。 (1) 電動機方面 ① 電動機的功率和電網(wǎng)容量 ： 如果電網(wǎng)容量較大 ， 能承受電動機起動電流的沖擊 ，不致造成對其他電氣設 備的損壞 ， 則應選擇全電壓直接起動 ， 以節(jié)省投資 。 基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設計 19 軟起動裝置 的選擇 由于新技術的快速發(fā)展 ， 軟起動裝置的品種不斷增加。在中、低速度時 ， 損失偏大 ， 效率稍低。此種方式無論是對 “電 ”或 “機 ”， 設備都比較簡單。例如可控的 CST 系統(tǒng) 、 電磁離合器等就屬此類。這種方式可以做到電動機起動時間短 ， 電氣設備簡單 。 為了改變電動機的速度 ， 對于交流感應電動機而言 (以下均指交流電機 )其轉速公式為 ： n=60f(1s)/p () 式中 n—電動機轉速 ， r/min f—電源頻率 ， Hz p—電動機的極對數(shù) s—電動機的轉差率 由上式可知 ， 交流異步電動機 要實現(xiàn)軟起動 ， 基本有三種途徑 ： (1) 改變電源頻率 (2) 改變電動機的極對數(shù) (3) 改變電動機的轉差率 電動機的軟起動 ， 就是改變其自然加速曲線 ， 在起動階段對其進行調速 ， 僅服務于起動階段。 基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設計 18 圖 軟起動主電路 從傳動電動機方面來看 ， 希望電動機的起動轉矩較小 ， 使被驅動機械產(chǎn)生的加速度較小。起動時 ，由電子電路控制晶閘管的導通角 ， 使電機的端電壓逐漸增大 ， 直至全電壓 ， 使電機實現(xiàn)無沖擊軟起動。 軟啟動器的工作原理 軟起動器的主要電路如圖 。習慣上是指電動機在起動時對電網(wǎng)電壓的波動影響較小 ， 或是對傳動機械產(chǎn)生的加速度較 小 ， 使之較平穩(wěn)地過渡到正常的運行狀態(tài) 。但其缺點是 ： 從電動機的能量輸入端看 ， 全電壓直接起動的起動電流較大 ， 可能對電網(wǎng)電壓形成較大的波動 ； 從電動機的能量輸出端看 ， 直接起動的加速度較大 ， 可能對傳動機械造成較大的沖擊。軟起動的對立面應是硬起動 ， 也就是生產(chǎn)機械與傳動電動機之間作 “硬 ”性連接 (即聯(lián)軸器連接 )； 電動機采用額定電壓直接起動。 近年來在電氣傳動 方面 ， 經(jīng)常遇到 “軟起動 ”這一名詞。近年來 ， 隨著各種新興產(chǎn)業(yè)的涌現(xiàn)與發(fā)展 ， 對異步電機的起、停與運行提出了更高的要求。 軟啟動 器 軟啟動器是用來控制籠型異步電動機的新設備 ， 可實現(xiàn)軟啟動 ， 軟停機 ， 低速制動 ， 輕載節(jié)能以及多種保護功能 ， 是傳統(tǒng)減壓啟動設備的有力競爭者 ， 具有廣泛的運用前景 。 如圖所示 ： 圖 電機群控電路 示意 圖 基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設計 16 該圖為電機群控示意圖： M1～ M5共用同一臺啟動器，啟動任意一臺電機時， KM接通，同時設置了 M1～ M5的常閉觸電進互鎖 ，保證啟動器和該電機不同時運行，防止誤動作。在本圖中，熱繼電器直接串接在主電路中。 (4) 對電動機有必要的保護措施 ， 如過載、過流保護等。 (2) 當某一臺電動機起動時，應當使這臺電動機首先與軟起動器連接，降壓起動，而不能有直接起動的可能性。 基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設計 15 第 3 章 控制系統(tǒng)總體設計 電氣控制要求 一 般情況下，用一臺軟起動器起動多臺電機應滿足下列要求 ： (1) 當某一臺電動機在起動過程中，其它電動機均不能起動 。 ④ 軟啟動器起動時可限制起動電流 。 。 ① 軟 啟動器起動力矩可調 。 ⑵ 有軟停車功能，即平滑減速，逐漸停機，它可以克服瞬間斷電停機的弊病，減輕對重載機械的沖擊，減少設備損壞。軟啟動器在起動電機時，通過逐漸增大晶閘管導通角，使電基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設計 14 機起動電流從零線性上升至設定值。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車 與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。上述方式在停機時均為瞬間動作，如無機械緩沖裝置會對相關設備造成損壞。 啟動方法比較 電動機傳統(tǒng)啟動方式有自耦 降 壓 、 Y/△ 減壓 、 延邊 三角形 降 壓及串電抗器減壓（磁控式），其共同特點是控制線路簡單，啟動轉矩不可調并有二次沖擊電流，對負載有沖擊轉矩。 軟啟動 的方法 軟起動器的起動電壓及起動至全壓時間是可以設定，通常起動峰值設定為60~75%Ue，起動時間設為 5~20 秒 ； 軟起動器還帶電流限制功能 ； 瞬時起動電流在 2~倍 Ie（起動時可限流在 1~3 倍的 Ie） ； 電動機在起動過程中可根據(jù)電機的實際情況設定不同的起動電壓 (改變起動力矩 )，使電機平穩(wěn)快速達到額定運行電壓 ； 軟啟動器具有軟停功能，在停機時電機上的電壓平滑（時間可設 0~20S）下降到 0，適用于需要軟停 車 的設備 。這種降壓啟動的方法由于電阻上有熱能損耗，如用電抗器則體積、成本又較大，因此該方法很少用。缺點 ： 設備體積大 ， 投資較貴。 自耦變壓器 的 副邊有 2～ 3 組抽頭，如二次電壓分別為原邊電壓的 80%、 60%、 40%。又因為變壓器原副邊的電流關系 I1=I2/K，可見原邊電流（即電源供給電動機的啟動電流）比直接流過電動機定子繞組的要小，即 當采用自耦變壓器調壓時， 電 網(wǎng) 供給啟動電流 比 直接啟動時 減少到 1/ 2k倍。缺點是只用于正常運行時為Δ接法的電動機，降壓比固定，有時不能滿足啟動要求 自耦變壓器降壓啟動的方法 自耦變壓器的高壓邊投入電網(wǎng)，低壓邊接至電動機，有幾個不同電壓比的分接頭供選擇。所以這種降壓啟動方法，只適用于輕載或空載下啟動。只有正常運行時定子繞組作三角形 (△ )聯(lián)接的異步電動機才可采用這種降壓啟動方法。 控制電 路如圖所示。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。 軟啟動 軟啟動器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。 圖 異步電機串電抗主電路圖及控制回路 電路工作分析 ： 通上電源之后，按下啟動按鈕 SB2 按鈕，線圈 KM1 得電，其對應的常開觸點 KM1閉合，常閉觸點 KM1 斷開，從而電機串電抗啟動；等電機正常啟動完之后，按下按鈕 SB3，線圈 KM2 得電，其對應的常開觸點 KM2 閉合，常閉