PLC在异步电机控制中的应用

李想

一、绪论

PLC是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂、可靠性低、耗功高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式。

三相异步电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中，三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流，短路，断相，绝故，对缘老化等事故，应用于大型工业设备重要场合的高压电动机，大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。

二、三相异步电动机基础

1.三相异步电动机的基本结构。（1） 定子。定子由定子铁心、定子绕组、机座和端盖等组成。机座的主要作用是用来支撑电机各部件，因此应有足够的机械强度和刚度，通常用铸铁制成。（2）转子。转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。转子铁心成圆柱形，压装在转轴上。其外围表面冲有凹槽，用以安放转子绕组。

2.三相异步电动机的工作原理

三相定子绕组中通入交流电后，便在空间产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子将作切割磁力线的运动而在其两端产生感应电动势。由于转子本身为一闭合电路，所以在转子绕组中将产生感应电流，称为转子电流。转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用，上面的转子导条受到向右的力的作用，下面的转子导条受到向左的力的作用。电磁力对转子的作用称为电磁转矩。在电磁转矩的作用下，转子就沿着顺时针方向转动起来，显然转子的转动方向与旋转磁场的转动方向一致。

三、PLC基础

1.PLC的定义

可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

2.PLC的工作原理

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 （1） 输入采样阶段。在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 （2） 用户程序执行阶段。在用户程序执行阶段，PLC总是按先左后右，由上而下的顺序依次地扫描用户程序。根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。（3） 输出刷新阶段。当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

四、三相异步电动机的PLC控制

1.三相异步电动机的正反转控制

在生产过程中，往往要求电动机能够实现正反两个方向的转动。由电动机原理可知，只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调，就可改变电动机的转向。因此正反转控制电路实质上是两个方向相反的单相运行电路，为了避免误动作引起电源相间短路，在这两个相反方向的单向运行电路中加设必要的互锁。按照电动机可逆运行操作顺序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”两种控制电路。

PLC控制的工作过程的分析：按下SB2，输入继电器0001动合触点闭合，输出继电器0500线圈接通并自锁，接触器KM1主触点，动合辅助触点闭合，电动机M通电正转。按下SB1，输入继电器0000动断触点断开，输出继电器0500线圈失电，KM1主触点，动合辅助触点断开，电动机M断电停止正转按下SB3，0002动合触点闭合，0501线圈接通并自锁，KM2主触点，动合辅助触点闭合，电动机M通电反转。

2.两台电动机顺序起动联锁控制

在装有多台电动机的生产机械上，有时必须按一定的顺序起动电动机，才能满足工作的需要。例如某个设备要求：“必需首先起动甲电动机，然后才能起动乙电动机，当甲电动机停止后，乙电动机自动停止”。这种要求可采用下面的控制线路来实现。

PLC控制的工作过程的分析：按下M1的起动按钮SB1，输入继电器0000动合触点闭合，输出继电器0500线圈接通并自锁，接触器KM1得电吸合，电动机M1起动运转；同时连接在0501线圈驱动电路的0500动合触点闭合，为起动电动机M2作准备。可见，只有电动机M1先起动，电动机M2才能起动。这时如果按下M2的起动按钮SB3，0002动合触点闭合，0501线圈接通并自锁，接触器KM2得电吸合，电动机M2起动运转。按下M1的停止按钮SB2，0001动断触点断开，使0500线圈失电，并且由于连接在0501线圈驱动电路的0500动合触点的断开，使得0501线圈同时失电，两台电动机都停止运行。若只按下M2停止，按钮SB4时，0003动断触点断开；使得0501线圈失电，M2停止运行，而M1仍运行。

五、结语

通过此设计，实现了三相异步电动机的正反转控制，顺序起动等功能。三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是要来产生旋转磁场的。

三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上相差120度，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周。旋转磁场的转速为n=60t/p 式中f为电源效率，P是磁场的磁极对数，n的单位是：每分钟转数，由此可知，电动机的转速与磁极数和使用的电源频率有关。

参考文献：

[1] 孙余凯，吴鸣山.电器控制与PLC应用.北京：电子工业出版社，2006.6.

[2] 许顺隆，徐朝阳.轻松学电机.北京：中国电力出版社，2008.

[3] 曹祥.机床电气控制技术.北京：国防工业出版社，2009.1.