PLC控制繼電器電機保護啟動方法

鄧永東

（國網(wǎng)烏魯木齊供電公司，新疆烏魯木齊，830011）

0 引言

交流異步電機經(jīng)濟實惠，被廣泛地應用在電力拖動中。電機的直接啟動電流大，啟動瞬間的機械沖擊會對拖動設備以及電機本身[1-3]造成很大的損害，通常采用軟啟動的方法實現(xiàn)電機的緩慢啟動。常用的軟啟動發(fā)法有晶閘管啟動、串聯(lián)電阻啟動、變頻啟動、星形三角形啟動[4]等。西門子S7-300型PLC采用模塊化的結構，實現(xiàn)了分布式的配置，并具有電磁兼容性強、抗干擾能力強等特點，在工業(yè)控制領域中應用廣泛。

1 西門子S7-300型PLC及其開發(fā)環(huán)境

1.1 西門子S7-300型PLC

西門子S7-300型PLC是一種組合式PLC，為總線結構，其總線做成總線板，上面有若干個總線槽，每個總線槽上可安裝一個PLC模塊，不同的模塊實現(xiàn)不同的功能。PLC的CPU、存儲器和電源等做成一個模塊，該模塊的位置一般是固定的，是構成組合式PLC所必需的。其它模塊可根據(jù)PLC的控制規(guī)模、功能等進行配置。

PLC具有很多優(yōu)點，其中可靠性高，抗干擾能力強是最突出的特點，PLC用大量的軟元件代替了中間繼電器和時間繼電器等，因此由于觸點的接觸不良而造成的故障就大為減少了。PLC的I/O接口采用了光電隔離裝置，并且內部電路均采用了先進的抗干擾技術，能夠在工業(yè)現(xiàn)場的復雜環(huán)境中高效可靠地運行。

1.2 STEP 7開發(fā)環(huán)境

STEP 7編程軟件用于西門子S7-300和S7-400的PLC進行編程和參數(shù)設置等，是SIMATIC系列工業(yè)軟件的一種。運用STEP進行編程的主要步驟包括：設計自動化任務解決方案、創(chuàng)建STEP 7項目、硬件組態(tài)與創(chuàng)建程序或創(chuàng)建程序與硬件組態(tài)、下載程序到PLC的CPU進行調試。STEP 7軟件本身不集成西門子公司的仿真軟件，需要安裝相配套的PLCSIM才能完成程序的仿真。

2 繼電器

繼電器由控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)組成，通常應用于自動控制領域中，能夠實現(xiàn)弱電控制到強電執(zhí)行的任務，其種類主要有電磁繼電器、固態(tài)繼電器、彈簧繼電器、時間繼電器、中間繼電器等。電磁繼電器依靠線圈兩端加載電壓產(chǎn)生電磁力帶動銜鐵的動觸點與靜觸點吸合。當斷電時，銜鐵則在彈簧力的作用下復位，達到導通與斷路的作用。

固態(tài)繼電器本身是一種無觸點的開關，對小的輸入信號具有放大作用，通過光電隔離裝置，保證了電路的安全，且開關速度快，噪聲低，抗干擾能力強。

3 電機啟動電路設計

3.1 三相異步電機星形-三角形降壓啟動電路

三相異步電動機的繞組有星形聯(lián)結和三角形聯(lián)結兩種[4]。由于星形-三角形（Y-△）降壓起動非常簡單方便易用，所以工業(yè)現(xiàn)場常用這種方法來完成對三相異步電機的啟動，其啟動電路圖如圖1所示。

在生產(chǎn)運行中會有很多干擾和故障出現(xiàn)，為了減少生產(chǎn)事故，使工業(yè)生產(chǎn)順利地進行，必需在工作電路中設置一定的保護環(huán)節(jié)。如圖1中使用的保護裝置有：短路保護熔斷器FU；過載保護熱繼電器FR，在長時間過載運行時，F(xiàn)R的動斷觸點會斷開，從而切斷控制電路，KM觸點復位，切斷了三相電機的電源供電，電機停止運行；在欠壓或者失壓的情況下，則依靠接觸繼電器KM本身的電磁執(zhí)行機構來實現(xiàn)開合，從而控制電源的通斷。

3.2 PLC控制程序的編制

在STEP的硬件組態(tài)中選擇：PLC類型為S7-300；PLC的電源模塊：PS 307 5A；CPU為CPU 314；輸入輸出模塊為DI16/DO16x24V/0.5A，進行硬件組態(tài)和保存并編譯。在S7程序的塊中進行軟件的編制，選擇LAD梯形圖程序編制方法[5]。根據(jù)圖1所示的電路圖，設置需要的符號變量與地址，如SB2表示啟動按鈕，對應PLC的地址為I0.0，KM、KM1、KM2等繼電器可用PLC內部繼電器實現(xiàn)，設置一個Q0.0表示三相異步電機，用于模擬仿真使用，便于觀察程序是否按照給定的任務運行。

圖1 三相異步電機星形-三角形降壓啟動電路

3.3 PLCSIM仿真

圖1中，SB2用于電機的星形啟動，定時器KT用于有星形啟動到三角形啟動所用的時間，仿真時設置KT的等待時間為4秒，Q0.0用于模擬三相異步電機，當Q0.0置位時表明電機啟動。將編制好的LAD程序下載到仿真器中，可進行程序的仿真分析。

4 結束語

電機的直接啟動電流大，機械沖擊大，會對拖動設備以及電機本身造成嚴重的損害。西門子S7-300型PLC采用模塊化的結構，實現(xiàn)了分布式的配置，PLC的可靠性高，抗干擾能力強，在工業(yè)控制領域中應用廣泛。星形-三角形降壓起動是工業(yè)現(xiàn)場常用的三相異步電機啟動方法，STEP 7編程軟件是SIMATIC系列工業(yè)軟件的一種，本文通多STEP 7編程軟件實現(xiàn)了S7-300PLC的硬件組態(tài)、星形-三角形降壓啟動的LAD程序的編制，并借助PLCSIM軟件完成了對程序的仿真，仿真結果表明所編制的程序運行穩(wěn)定，能夠完成三相異步電機的星形-三角形降壓啟動。

[1] 翟紅云.基于PLC的交流伺服電機驅動及位移控制技術研究[J].現(xiàn)代制造技術與裝備, 2017(09)：80-81.

[2] 祁玉蘭.基于臺達PLC的電機軟啟動器的設計[J].變頻器世界 ,2017(03)：84-86.

[3] 曹勝敏.S7-200PLC在直流電動機啟動過程中的應用[J].唐山學院學報,2017(03)：78-80.

[4] 黃美紅,熊斌.基于PLC在三相異步電動機Y-△降壓啟動中的應用[J].電子世界,2016(16)：197.

[5] 楊勝利.利用PLC控制步進電動機的啟動與停止[J].中小企業(yè)管理與科技(中旬刊), 2014(10)：190-191.