【正文】 ................................................................................................................. 12 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) ....................................................................................................... 12 第 4 章 軟件編程 目前 PLC 已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，尤其在控制電動(dòng)機(jī)方面應(yīng)用更為廣泛， PLC 已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱的首位。 生產(chǎn)機(jī)械往往要求運(yùn)動(dòng)部件可以實(shí)現(xiàn)正反兩個(gè)方向的啟動(dòng)，這就要求拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)能作正、反向旋轉(zhuǎn)。由于電機(jī)正反轉(zhuǎn)換接時(shí)，有可能因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)容量較大或者操作不當(dāng)?shù)仍?，使接觸器主觸頭產(chǎn)生較為嚴(yán)重的起弧現(xiàn)象，如果電弧還未完全熄滅時(shí)候，反轉(zhuǎn)的接觸器就閉合，則會(huì)造成電源相間短路，用 PLC來控制電機(jī) 則可避免這一問題。 三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 第 2 章 總體方案確定 啟動(dòng)方式選擇 將異步電動(dòng)機(jī)機(jī)定子繞組接入交流電網(wǎng)，如果點(diǎn)動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服齊軸上的阻力轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)就將從靜止加速到某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，這個(gè)過程稱為啟動(dòng)。 1. 全壓啟動(dòng) 把異步電動(dòng)機(jī)定子繞組通過開關(guān)或接觸器直接接到額定電壓的交流電源上進(jìn)行起動(dòng)，稱為全壓起動(dòng)。電動(dòng)機(jī) 全壓 啟動(dòng)的電流是正常運(yùn)行的5 倍左右，理論上來說，只要向電動(dòng)機(jī)提供電源的線路和變壓器容量大于電動(dòng)機(jī)容量的 5倍 以上的，都可以 全壓 啟動(dòng)。對于大容量的電動(dòng)機(jī)來說，一方面是提供電源的線路和變壓器容量很難滿足電動(dòng)機(jī) 全壓 啟動(dòng)的條件，另一方面強(qiáng)大的啟動(dòng)電流沖擊電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命，對電網(wǎng)不利，所以大容量的電動(dòng)機(jī)和不能 全壓 啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)都要采用降壓啟動(dòng)。 2. 降壓啟動(dòng) 在三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，為了減少啟動(dòng)電流，需降低定子電壓，這就是降壓啟動(dòng)。下面介紹三種常用的降壓啟動(dòng)方法。如啟動(dòng)電壓降至額定電壓的 65％，其啟動(dòng)電流為全壓啟動(dòng)電流的 42％，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為全壓 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的 42%。缺點(diǎn)是人工操作要配置比較貴的自偶變壓器箱（自偶補(bǔ)償器箱），自動(dòng)控制要配置自偶變壓器、交流接觸器等啟動(dòng)設(shè)備和元件。外部串接電阻相當(dāng)于轉(zhuǎn)子繞組的內(nèi)阻增加了，減小了轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性，轉(zhuǎn)子串接電阻會(huì)降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，有更好的啟動(dòng)性能。 吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計(jì)說明書 3 (3) 星 － 角 降壓啟動(dòng) 定子繞組為 三角形 連接的電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)接成 星型 ，速度接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)為 三角形 運(yùn)行，采用這種方式啟動(dòng)時(shí)，每相定子繞組降低到電源電壓的 58％，啟動(dòng)電流為直接啟動(dòng)時(shí)的 33％，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為直接啟動(dòng)時(shí)的 33％。 星 － 角 降壓啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是不需要添置啟動(dòng)設(shè)備，有啟動(dòng)開關(guān)或交流 接觸器等控制設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是只能用于 三角形 連接的電動(dòng)機(jī)，大型異步電機(jī)不能重載啟動(dòng)。 控制方式選擇 對于鼠籠異步電動(dòng)機(jī)的控制方式有多種，現(xiàn)分析兩種比較常見的控制方式（ PLC 控制與傳統(tǒng)繼電器控制）。 PLC 種類繁多，但其結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 CPU 通過輸入接口讀取數(shù)據(jù)，然后按照編制的控制程 序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送到輸出接口，驅(qū)動(dòng)設(shè)備或部件的執(zhí)行元件，這就是 PLC的工作過程。 PLC采用的是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。 CPU從第一條指令執(zhí)行開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令，開始新一輪的掃描， PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描。 PLC 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 22所示 。其工作原理就是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組成控制邏輯，從而實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)或其他機(jī)械設(shè)備的起動(dòng)、停止，反向、調(diào)速及多臺(tái)設(shè)備的順序控制和自動(dòng)保護(hù)功能。由于該系統(tǒng)操作簡單直觀、維護(hù)、調(diào)整方 便，現(xiàn)場人員容易掌握使用等優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛用于工礦企業(yè)的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)框圖如圖 23 所示。而傳統(tǒng)繼電器控制必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動(dòng)，也 需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。 輸入部分（開關(guān)、按鈕、傳感器等） 控制部分 （由用硬接線連接繼電器、觸點(diǎn)等組成的繼電器控制電路實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能） 輸出部分 （接觸器、電磁閥、指示燈等） 被控對象 輸入部分（開關(guān)、按鈕、傳感器 等） 控制部分 （由存放在存儲(chǔ)器中的用戶程序?qū)崿F(xiàn)多種控制功能） 輸出部分 （接觸器、電磁閥、指示燈等） 被控對象 吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計(jì)說明書 5 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 主電路設(shè)計(jì) 生產(chǎn)機(jī)械往往要求運(yùn)動(dòng)部件可以實(shí)現(xiàn)正反兩個(gè)方向的起動(dòng)，這就要求拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)能作正、反向旋轉(zhuǎn)。 因此正反轉(zhuǎn)控制電路實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)方向相反的單相運(yùn)行電路，為了避免誤動(dòng)作引起電源相間短路，必須在這兩個(gè)相反方向的單向運(yùn)行電路中加設(shè)必要的互鎖。 圖 31 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的主電路 三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 線路分析如下： 1. 正向啟動(dòng)： (1)合上三相單刀開關(guān) KS 與空氣開關(guān) QF 接通三相電源。 5s后 KM1與 KM3得電，電機(jī)切換到角型啟動(dòng)，持續(xù)正向運(yùn)行。 (2)由控制電路按鈕使 KM2與 KM4通電，電機(jī)由星型啟動(dòng)進(jìn)行反向運(yùn)行。 3. 電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)由熱繼電器 FR 完成，在選擇熱繼電器 時(shí)應(yīng)充分考慮電動(dòng)機(jī)的額定功率，選擇合適的熱繼電器。 (2)檢查接線無誤后，通電試驗(yàn)，通電試驗(yàn)時(shí)為防止意外，應(yīng)先將電動(dòng)機(jī)的接線斷開。原因之二按紐互鎖的接線有誤。 (3)不能夠自鎖一抬手接觸器就斷開，這是因?yàn)樽枣i接點(diǎn)接線有誤。 這四個(gè)接觸器的主觸頭所接通的相序不同， KM1 按 L1— L2— L3 相序接線、 KM2 則對調(diào)了兩相的相序、 KM3 與電動(dòng)機(jī)角型接線、 KM4 與電動(dòng)機(jī)星型接線。 8. 輔助接點(diǎn)（輔助開關(guān)）：它們是與主接點(diǎn)電隔離的接點(diǎn)，適用于報(bào)警和程序開關(guān)。 吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計(jì)說明書 7 控制電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 PLC 設(shè)計(jì)異步電動(dòng)機(jī)的控制線路（如圖 32）， PLC 選擇西門子公司的 S7200系列的 CPU224。 PLC 使用 AC 220V 電源或 DC 24V 電源。 圖 32 三相異步電動(dòng)機(jī)的 PLC 控制 接線 三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 器件選擇 斷路器 圖 33 斷路器 斷路器一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、脫扣器、外殼等構(gòu)成。當(dāng)過載時(shí)，電流變大，發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作（電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短）。 斷路器的作用是切斷和接通負(fù)荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴(kuò)大，