PLC在異步電機控制中的應用

李想

一、緒論

PLC是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。PLC克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的復雜、可靠性低、耗功高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式。

三相異步電動機的應用幾乎涵蓋了工農業生產和人類生活的各個領域，在這些應用領域中，三相異步電動機常常運行在惡劣的環境下，導致產生過流，短路，斷相，絕故，對緣老化等事故，應用于大型工業設備重要場合的高壓電動機，大功率電動機來說，一旦發生故障所造成的損失無法估量。

二、三相異步電動機基礎

1.三相異步電動機的基本結構。（1） 定子。定子由定子鐵心、定子繞組、機座和端蓋等組成。機座的主要作用是用來支撐電機各部件，因此應有足夠的機械強度和剛度，通常用鑄鐵制成。（2）轉子。轉子由轉子鐵心、轉子繞組、轉軸和風扇等組成。轉子鐵心成圓柱形，壓裝在轉軸上。其外圍表面沖有凹槽，用以安放轉子繞組。

2.三相異步電動機的工作原理

三相定子繞組中通入交流電后，便在空間產生旋轉磁場，在旋轉磁場的作用下，轉子將作切割磁力線的運動而在其兩端產生感應電動勢。由于轉子本身為一閉合電路，所以在轉子繞組中將產生感應電流，稱為轉子電流。轉子電流在旋轉磁場中受到電磁力的作用，上面的轉子導條受到向右的力的作用，下面的轉子導條受到向左的力的作用。電磁力對轉子的作用稱為電磁轉矩。在電磁轉矩的作用下，轉子就沿著順時針方向轉動起來，顯然轉子的轉動方向與旋轉磁場的轉動方向一致。

三、PLC基礎

1.PLC的定義

可編程邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。

2.PLC的工作原理

當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。 （1） 輸入采樣階段。在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （2） 用戶程序執行階段。在用戶程序執行階段，PLC總是按先左后右，由上而下的順序依次地掃描用戶程序。根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。（3） 輸出刷新階段。當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。

四、三相異步電動機的PLC控制

1.三相異步電動機的正反轉控制

在生產過程中，往往要求電動機能夠實現正反兩個方向的轉動。由電動機原理可知，只要把電動機的三相電源進線中的任意兩相對調，就可改變電動機的轉向。因此正反轉控制電路實質上是兩個方向相反的單相運行電路，為了避免誤動作引起電源相間短路，在這兩個相反方向的單向運行電路中加設必要的互鎖。按照電動機可逆運行操作順序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”兩種控制電路。

PLC控制的工作過程的分析：按下SB2，輸入繼電器0001動合觸點閉合，輸出繼電器0500線圈接通并自鎖，接觸器KM1主觸點，動合輔助觸點閉合，電動機M通電正轉。按下SB1，輸入繼電器0000動斷觸點斷開，輸出繼電器0500線圈失電，KM1主觸點，動合輔助觸點斷開，電動機M斷電停止正轉按下SB3，0002動合觸點閉合，0501線圈接通并自鎖，KM2主觸點，動合輔助觸點閉合，電動機M通電反轉。

2.兩臺電動機順序起動聯鎖控制

在裝有多臺電動機的生產機械上，有時必須按一定的順序起動電動機，才能滿足工作的需要。例如某個設備要求：“必需首先起動甲電動機，然后才能起動乙電動機，當甲電動機停止后，乙電動機自動停止”。這種要求可采用下面的控制線路來實現。

PLC控制的工作過程的分析：按下M1的起動按鈕SB1，輸入繼電器0000動合觸點閉合，輸出繼電器0500線圈接通并自鎖，接觸器KM1得電吸合，電動機M1起動運轉；同時連接在0501線圈驅動電路的0500動合觸點閉合，為起動電動機M2作準備。可見，只有電動機M1先起動，電動機M2才能起動。這時如果按下M2的起動按鈕SB3，0002動合觸點閉合，0501線圈接通并自鎖，接觸器KM2得電吸合，電動機M2起動運轉。按下M1的停止按鈕SB2，0001動斷觸點斷開，使0500線圈失電，并且由于連接在0501線圈驅動電路的0500動合觸點的斷開，使得0501線圈同時失電，兩臺電動機都停止運行。若只按下M2停止，按鈕SB4時，0003動斷觸點斷開；使得0501線圈失電，M2停止運行，而M1仍運行。

五、結語

通過此設計，實現了三相異步電動機的正反轉控制，順序起動等功能。三相異步電動機要旋轉起來的先決條件是具有一個旋轉磁場，三相異步電動機的定子繞組就是要來產生旋轉磁場的。

三相異步電動機定子中的三個繞組在空間方位上相差120度，當在定子繞組中通入三相電源時，定子繞組就會產生一個旋轉磁場。電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉一周。旋轉磁場的轉速為n=60t/p 式中f為電源效率，P是磁場的磁極對數，n的單位是：每分鐘轉數，由此可知，電動機的轉速與磁極數和使用的電源頻率有關。

參考文獻：

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