如何利用PLC控制三相异步电动机正反转？

如何利用PLC控制三相异步电动机？
编程控制器的基本原理是什么？
怎么实现三相异步电动机控制的设计？

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张帆

2021-10-14 10:07:42

在现代化生产过程中三相异步电动机的应用几乎涵盖了工业农业和人类生活的各个领域。在生产过程中三相异步电动机往往工作在恶劣的环境下，容易产生短路、断相等事故，工作在大型设备的高压电动机与大功率电动机一旦发生故障损失无法估计。在生产过程中，往往要求电动机能够实现正反转来满足人们的需求，如直梯的上升与下降，起重机大车与小车的左右移动以及吊钩的上升与下降等等。传统的继电器控制电路简单实用，但是继电器的频繁动作导致触点不能良好接触而影响工作。在工业生产中，电机调速存在很多不确定的因素，难以做到精确控制。
利用 PLC 控制三相异步电动机，以其结构简单，接线少，体积小等特点处于优势地位。PLC 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.
PLC 的系统构成与工作原理
1、编程控制器的基本组成
可编程控制器的基本组成可以划分为两部分，即硬件系统和软件系统。世界各国生产的可编程控制器外观各异，但作为工业控制计算机，其硬件系统都大体相同，主要由中央处理模块、存储模块、输入/输出模块、编程器和电源等几部分构成。

PLC 软件系统分为系统程序和用户程序两大类。系统程序包含系统的管理程序、用户指令的解释程序，另外还包括一些供系统调用的专用标准程序模块。系统程序在用户使用之前就已经装入机内，并永久保存，在各种控制工作中并不需要做什么调整。用户程序是用户为达到某种控制目的，采用 PLC 厂家提供的编程语言编写的程序，是以定控制功能的表述。
2、编程控制器基本工作原理
可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态，其运行状态是执行应用程序的状态，停止状态一般用于程序的编制与修改。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程控制器得输出及时的响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断的重复执行，直至可编程控制器停机或切换到停止工作状态。
除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程控制器还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为 5 各阶段如图

三相异步电动机的介绍
1、异步电动机的发展现状
异步电动机作为当前电力拖动的主流。具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低廉，效率较高等优点而得到广泛应用。近年来，随着电力电子技术、自动控制技术的日益成熟，使得异步电动机调速性能获得改善。目前，异步电动机的电力拖动已被广泛的应用在各个工业电气自动化领域中并逐步成为电力拖动的主流。
2、三相异步电动机的结构
三相异步电动机种类繁多，但基本结构均有定子和转子两大部分组成，转子装在定子腔内，定子与转子之间有一缝隙，称为气隙。异步电动机按转子结构不同，分笼型和绕线转子异步电动机两种，他们的定子结构相同，而转子结构不同。笼型转子铁芯槽中的导条与槽外的端环自成闭合回路；绕线转子铁芯中放置对称三相绕组，连接成 Y 形后，可经集电环和电刷引至外电路的变阻器上，有助于启动和调速。
定子部分主要有定子铁心、定子绕组、机座等部分组成。转子部分主要由铁芯、转子绕组和转轴三部分组成。整个转子靠端盖和轴承支撑着。转子的主要作用是产生感应电流，形成电磁转矩，以实现机电能量的转换。

3、三相异步电动机的原理
在三相异步电动机的对称三相定子绕组中通以对称三相交流电流时产生圆形的旋转磁动势及旋转磁场，旋转磁场的同步转速 n1=60f1／p，其转向决定于三相绕组的空间排序和三相电流的相序。这种旋转磁场以同步转速 n1，切割转子绕组，则在转子绕组中感应出电动势及电流，转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使转子旋转。
异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，因此，三相异步电动机的转向与电流的相序一致。要改变转向，只要改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。
一般情况下，异步电动机的转速恒小于旋转磁场转速 n1 因为只有这样，转子绕组才能产生电磁转矩，使电动机旋转，可见 n < n1是异步电动机工作的必要条件。由于电动机转速 n 与旋转磁场转速 n1 不同步，故称为异步电动机。通常用转差率 s 来表示转差与同步转速之比。转差率是异步电动机的重要物理量，它的大小反映了电动机负载的大小。它的存在是异步电动机旋转的必要条件。用转差率的大小可区分异步电机的运行状态。
三相异步电动机控制设计
1、三相异步电动机正反转控制电路设计在生产过程中，往往要求电动机能够实现正反转来满足人们的需求，如直梯的上升与下降，起重机大车与小车的左右移动以及吊钩的上升与下降等等。

在该控制线路中，KM1 为正转交流接触器，KM2 为反转交流接触器，SB1 为停止按钮、SB2 为正转控制按钮，SB3 为反转控制按钮，FR 是热继电器。KM1、KM2 常闭触点相互闭锁，当按下 SB2 正转按钮时，KM1 得电，电机正转；KM1 的常闭触点断开反转控制回路，电机正转；当按下 SB3 正转按钮时，KM2 得电，电机反转；KM2 的常闭触点断开正转控制回路，电机反转。使用按钮联锁和接触器的联锁控制线路的好处在于避免误操作等引起的电源短路故障。
2、用继电器电路移植法改造电动机的正反转电路为 PLC 控制在梯形图中，用两个启保停电路分别控制电动机的正传和反转。按下正传启动按钮 SB1，X0 变为 NO，其常开触点接通“得电”并自保持使 KM1 线圈得电，电动机开始正转。按下正传启动按钮 SB2，X1 变为 NO，其常开触点接通“得电”并自保持使 KM2 线圈得电，电动机开始反转。SB3 为停止按钮。PLC 的 I/O 点的确定与分配。
电机正反转控制 PLC 的 I/O 点分配表