基于PLC的三相异步电机控制系统研究

王本超

摘要：三相异步电动机的制造工艺简单，维修方便，功耗低，电能转换能力强，调节简单，适用范围广泛。本文针对三相异步电动機的控制系统，重点介绍了PLC在三相异步电动机的控制系统中的设计需求和设计内容，从而达到调节电动机的作用。

关键词：PLC;三相异步电动机;控制系统

前言

三相异步电动机因其众多的优势而受到各大厂商的青睐。但是实际应用中，三相异步电机一但出现了问题，就会使其无法充分发挥其实际应用的优点，为此，研究者们把PLC技术和三相异步电动机结合起来，形成了一个变频调速系统。

1、三相异步电动机的控制原理

1.1可编程控制器的应用原则

PLC是一种专用于工业应用中的可编程逻辑控制器，它的内置内存使得硬件装置能够按照程序的语言进行相应的逻辑操作、算术操作、定时控制和其它的操作。在指令的执行过程中，按顺序扫描、连续周期来完成。与传统的继电器控制相比，PLC具有更大的灵活性、可靠性、工作速度和更多的功能，并与三相异步电机的控制系统配合使用，使其具有更好的适应性。

1.2三相异步电动机的控制原理

在采用PLC作为三相异步电机的主控制器之前，要充分认识其旋转方式、特性等内容，以便更好的利用PLC技术。三相异步电机的转动方向与磁场的转动方向有关，三相电流的相序是影响其转动方向的关键因素，因此，三相电机的转动方向可以通过开关三相电机的任意两相来实现。在实际操作中，三相异步电动机需要连续工作，因为惯性的作用，功能更强，一旦停电，电动机还会进行缓冲，然后才能停车，这在实际操作中是不允许的，所以必须要用PLC对三相异步电动机进行制动，当三相异步电动机的运行方向相反时，三相异步电动机就会自动停车，达到"即停"的目的。

2、三相异步电动机PLC控制系统的设计

2.1三相异步电动机的控制系统的设计要点

为了决定三相异步电机的负载类型，必须要考虑到PLC的输出电压、交流电压和直流电压，从而判断是否采用了可控硅、晶体管和继电器。在输入端的设计上，我们将PLC的电源设置在AC85-240的范围之内，这样可以提高电源的使用范围和宽度;在输出环路的设计中，也要考虑设备的抗干扰能力，它与PLC的输出带进行了互锁，在负载断电时，PLC会受到浪涌的影响，因此需要增加二极管，以吸收电路中的感性负载和浪涌，从而实现对PLC的保护。在设计三相异步电机的过程中，必须要考虑到PLC的选型和控制要求，这是设计人员最关心的问题，第二个问题就是以后的维护，一般都是选择自己熟悉的型号，这样可以让用户更快的了解操作系统。同时，还要考虑到传输速度、通信协议和接口等因素，使控制系统的网络设计达到最佳化。

2.2系统规划

三相鼠笼电动机因其结构简单、运行稳定、价格低廉而被广泛采用。目前变频调速系统的应用程序设计分为闭环和开环两种，不同的是，在闭环运行时，如果电机在闭环运行时速度反馈、PLC转速设定值以及转速编码等，经过PID数据的比较，将一个给定的数字频率输出到变频器。在开环方式下，变频调速系统需要由PLC将特定的命令发送到输入或主机，PLC内的程序会根据指令进行运算，并判定是否将数据传送到输出端，从而控制变频设备的工作状况。开环方式与闭环方式不同，其特点是只有一条控制路径，具有单向性、结构简单、清晰、使用单元数少、成本低等特点。在这种方式下，抗干扰性更好，精度更高，能够满足实际需要。开环控制系统被用于本论文的设计，其目标是在确保运行效果的同时具有较高的操纵性。

2.3软体的选取及程式的编制

（1）选择频率转换器。在这一设计中，电机的启动、停止、转速等都要通过变频控制来调节，这里就是西门子的MicroMaster420。NM4型变频器是西门子公司研制的一种用于异步电机控制系统的变频器，它的频率范围比常规变频器大，它采用了一个物理接口，它是一个主要的输入和输出接口，包含了一个主电路、一个控制电路两个部分。

（2）选用PLC的机型。在控制系统的设计中，要按实际情况选用PLC，并综合考虑实际情况，最后决定采用S7-200PLC，取代传统的电机继电器控制设备，进行应用升级。

（3）实际开环控制。开环控制是一种简单有效的控制三相电动机转速和方向的方法，本文以西门子MM420和西门子CPU224XPPLC为例，给出了一系列的仿真、多级速控方案。模拟多段速度控制是利用变频调速系统的模拟频率，它可以接收外设的正、负两个模拟输入端的电压和电流，在"4～20mA"范围的全部点和频率范围，"0～50Hz"范围内的所有点和频率范围，并在"0～50Hz"范围内寻找相应的位置，从而达到无极控制。①调速装置。MM420从模拟输入端接受电压信号，进行无级变速控制。通过调整变频调制解调器的参数，DIN1、DIN2、DIN3三个数值，完成开关、停止、正、反转等操作。②可编程控制器。在三相异步电动机的控制软件中，利用CPU224XP的单极电压模拟器，它的输出为1-10V，总共10个点，通过开环调速，它可以被设定为10档，从而达到三相异步电动机的精确调节。当电动机起动时，应把中间保护转速设置为25赫兹。在这个设计中，每个按钮都有相应的复位系统，每个按键的作用都不一样，比如"启动、停止、加速"，这些都是根据用户的要求来完成的，为了保证设备的安全，它还会在低速时发出警告，提醒操作者调整电机的转速。

3、结论

目前，随着机械行业的自动化水平的提高，PLC已成为各种设备的优化升级的核心，采用PLC技术进行三相异步电动机的控制系统，可以解决原有电机的速度问题，从而使三相异步电动机的其它功能得到进一步的完善和提高。在未来的工作中，我们必须加强对PLC技术和三相异步电动机的控制技术的研究，以满足不同行业对三相异步电动机的要求，进一步改进三相异步电动机的节能降耗，并将PLC技术运用到三相异步电动机的控制上。

参考文献

[1]沈诚.基于PLC的三相异步电机控制系统研究[J].南方农机，2020，51（12）：157.