三相交流电机实验.doc

1、1 可编程控制器（PLC）及其应用继电接触器控制系统长期在生产上得到广泛应用，但由于它的机械触点多、接线复杂、可靠性低、功耗高，并当生产工艺流程改变时需重新设计和改装控制线路，通用性和灵活性也就较差，因此日益满足不了现代化生产过程复杂多变的控制要求。而可编程控制器将继电接触器控制的优点与计算机技术相结合，用“软件编程”代替继电接触器控制的“硬件接线”。当系统功能需要改变时，只需变更少量外部接线，主要通过修改相应的控制程序即可。利用PLC代替普通继电器电路来实现Y/启动装置将更为方便和可靠，解决上述问题也更为容易。PLC（可编程序控制器）是一种以微电脑技术为核心的自动控制装置，具有优于其他控制器

2、件的许多功能，如:可靠性高，抗干扰能力强；控制程序可变,能实现柔性控制；控制和运算处理功能完善（模拟量输入P输出、PID 控制、算术运算等）；网络和通信功能（配置网络适配器或通信卡能与网络或其他控制器通信）等。当交流异步电动机使用了PLC 控制，就能更好地实现逻辑控制、过程控制和数据通信，达到自动控制的新水平。2 系统设计的总体构架通过对系统的总体分析，该系统的设计实现过程分为两个步骤： （1）基层PLC实现对三相异步电动机起动换接的控制。 （2）基于组态王软件实现PLC与上位PC机之间的通信连接，实现上位机监控。上位监控层中的PC机运行组态软件，一方面可作为PLC下位机的监控和组态平台，另一

3、方面由于组态软件可完成整个系统的信息收集，对现场的运行状态进行浏览或控制。本系统的控制平台分为两层：PLC控制层、上位机监控层。3 基于PLC实现电机Y/换接起动本设计采用西门子S7-200 PLC实现对三相异步电动机电动机的起动换接控制。三相交流异步电动机Y/换接起动的控制原理如图1所示。可以看到，基于时间继电器的控制线路中用到了繁琐的控制器、接触器等元件，使系统复杂而不稳定。图1电动机Y/换接起动的控制线路PLC就是为了替代繁琐的继电器、接触器控制系统而产生的。替代后，控制原理如图2所示，线路得到了简化，稳定性得到提高，在工业自动化领域得到越来越多的应用。图2 基于PLC的电动机Y/换接起

4、动的控制线路按照图2控制原理接线。图中KM1、KM3主触点闭合时，电动机星形连接；KM1、KM2主触点闭合时，电动机三角形连接。如图3所示，要求启动按钮SS，I0.0的动合触点闭合，M0.3线圈得电，M0.3的动合触点闭合，Q0.1线圈得电，即接触器KM1的线圈得电，1秒后Q0.3线圈得电，即接触器KM3的线圈得电，电动机作星形连接启动；同时定时器T37得电，当启动时间累计达6秒时，T37 的动断触点断开，Q0.3失电，接触器KM3断电，触头释放，于此同时T37的动合触点闭合，T38得电，经0.5秒后，T38动合触点闭合，Q0.2线圈得电，电动机接成三角形，启动完毕。定时器T1的作用使KM3断

5、开0.5秒后KM2才得电，避免电源短路。按停止按钮ST，I0.1的动断触点断开，M0.3、T37失电；M0.3、T37的动合触点断开，Q0.1、Q0.3失电。KM1、KM3断电，电动机作自由停车运行。当电动机过载时，I0.2的动断触点断开，Q0.1、Q0.3失电，电动机也停车。按一下按钮FR，可模拟过载。图3 PLC接线图PLC线路连接的输入和输出点地址的分配如表1所示。接PLC连接图时应当按照对应关系完成连接，以使控制和监控按预定进行。编号地址说明功能输入地址表1I0.0SS按钮输入启动电动机2I0.1ST按钮输入停止电动机3I0.2FR按钮输入过载保护输出地址表1Q0.1接入KM1接触器供

6、电动机电源2Q0.2接入KM2接触器三角形启动3Q0.3接入KM3接触器星形启动表1 输入和输出点分配表根据以上控制要求，编写梯形图如下。梯形图共分为7个部分，通过逻辑运算和自动计时，对启动过程进行控制。第一步，如图4所示，启动按钮SS（即动合开关I0.0闭合），M0.3、Q0.1线圈得电，则动合开关M0.3闭合，进入计时启动环节。图4 启动运行的梯形图 第二步，如图5所示，动合开关M0.3闭合，T37、T33启动计时，分别计时6秒和1秒，使动合开关T33首先动作。图5 启动计时的梯形图第三步，如图6所示，计时1秒后，动合开关T33闭合，Q0.3线圈得电，即此时KM1、KM3都处于闭合状态，此

7、时接线方式为星形，进入星形启动阶段。星形接线状态运行5秒后，T37计时完成，动断开关T37断开，Q0.3线圈失电，即KM3断开，星形连接解除。图6 启动运行的梯形图第四步，如图7所示，星形连接解除同时，动合开关T37闭合，延时0.5秒进入三角形接线状态。延时0.5秒后平稳换接，防止电路电流变化剧烈产生电火花。图7 延时500ms的梯形图第五步，如图8所示，延时0.5秒后动合开关T34闭合，线圈Q0.2得电，即此时KM1、KM2都处于闭合状态，开始换接三角形连接。图8 启动运行的梯形图第六步，如图9所示，动合开关M0.1闭合后，线圈M0.3失电，KM1断开，电路失电，完成停机过程。图9 启动运行

8、的梯形图第七步，如图10所示，动合开关M0.2闭合后，线圈M0.3失电，KM1断开，电路失电，实现过载保护。图10 启动运行的梯形图 可以看到，以前基于继电器、接触器的顺序控制系统的复杂、庞大。在采用了PLC控制后，其柔性控制的能力、控制系统运行的可靠性和可维护性有了历史性的改变。4 监控系统设计北京亚控科技发展有限公司推出的组态王6.53软件是一款优秀的组态监控软件，是继组态王6.0系列产品成功应用，经过增强软件的易用性、稳定性，改善和新增近百项功能，整合成功的一款功能强大的软件，很适合进行工业监控。组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个

9、企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。它基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控理系统的开发。组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。组态王6.53软件系统是基于PC硬件、运行在windows 平台上的一种组态软件，它由开发环境和运行环境构成，其中

10、前者是应用程序的集成开发环境，在这个环境中完成界面的设计、变量的定义等工作，它具有先进完善的图形生成功能；变量有多种数据类型，能合理的抽象被控对象的特性，对数据的报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能有简单的操作方法。组态运行环境，用于显示画面开发系统中建立的图形画面，并负责软件与PLC 之间的数据交换，实时更新变量的数值，同时完成报警显示、历史记录查询、趋势曲线监视等功能，并可生成历史数据文件。本系统的设计步骤如下：（1）在装有组态王6.53软件的计算机上打开该软件，新建一个工程项目。利用组态软件提供的绘图工具构建监控系统的在操作界面。（2）在组态软件中建立实时数据库，用以实现组态王6

11、.53与PLC之间进行数据交换。（3）建立组态王6.53与PLC之间通信连接，用西门子编程电缆连接PLC与上位PC 机。在组态软件的设备窗口中加入通用串口父设备及西门子PLC，通信设置如下：设置项参数最小采集周期/ms 200；串口端口号2-COM1；通信波特率6-9600；通信波特率3-8 位；停止位位数0-1 位；数据校验方式1-奇校验；数据采集方式0-同步采集；通信方式0-本地串口通信；通信波特率3-8 位；停止位位数0-1 位；数据校验方式1-奇校验；数据采集方式0-同步采集；通信方式0-本地串口通信。组态完成之后，进入运行环境就能实现对电动机的上位机监控功能。监控画面如图12所示。程

12、序中用到的参数如图11所示。参数列表图11 监控程序建立参数 如图12所示，在监视控制界面中，可以通过按下“启动”、“停止”、“过载”等按钮，分别实现三相电动机Y/启动换接、电动机停机、电动机过载保护等功能；“KM1”、“KM2”、“KM3”三个指示灯通过红绿色分别显示三个开关的开闭状态；电动机上的绿色标志显示电动机是否处于工作状态；三个接触器开关都能根据运行状态相应开闭，实现实时显示。图12 三相电机起动换接监视控制界面此外，网络版组态软件具有Internet远程浏览的功能，可通过IE浏览器对所建立的工程进行远程浏览与操作控制。在作为上位监控的PC机上打开组态软件，进入运行环境即可。远程用户

13、只需打开IE浏览器，在地址栏直接输入运行工程的用户的IP就可以直接访问此计算机，在操作首页输入自己的用户名及密码就能方便的浏览到工程中组态的画面，对具有控制权限的人员还能实现远程控制的功能。这样就实现基于组态王6.53软件网络版平台的远程监控功能，对工厂设备进行集成化管理。5 结论综上所述，通过PLC的运用，基于PLC可靠性高、抗干扰能力强、系统的设计、建造工作量小，维护方便、容易改造的特点，方便简单的完成了对电动机Y/换接起动的控制，减少了硬件电路的设计。另外，本系统结合目前比较流行的组态软件技术，使控制系统自动化程度提高，运行稳定可靠，抗干扰能力强，操作简单、直观，减轻了工人的劳动强度，提

14、高了效率，使其在工业环境中有更大的应用价值。本控制系统可根据不同的控制要求编制不同的控制程序，应用于不同的工业控制环境。交流异步电动机是工业装备中应用最多的终端执行部件，而PLC（可编程序控制器）是一种以微电脑技术为核心的自动控制装置。PLC 具有优于其他控制器件的许多功能，能更好地实现工业装备的逻辑控制、位置控制、过程控制、变频控制、数据处理和数据通信，达到自动控制的新水平。正是由于变频器具有优良的调速性能和较完美的机械特性，目前变频器和PLC相结合控制交流异步电机的变频调速控制系统在工业自动化领域得到越来越多的应用。 随着PLC网络化的发展，交流异步电动机的PLC控制技术也跟着进入网络和现

15、场总线控制的时代。显然，在网络或现场总线的PLC控制系统中，数据处理和数据通信占据重要作用。组态软件是一种数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。这样基于组态软件建立PLC与上位PC机之间的通信连接实现远程操作控制，既可以改善操作人员的工作环境，又可以提高工作的安全性。 所以，在今后的电力电子产业中，PLC和监控软件的应用必然会越来越广泛，在带给社会极大的便利的同时，创造巨大的经济效益。参考文献李世伟，郑萍，邵子惠，杨超，任凤娟，任芳。 基于PLC的现代大综合实验系统的设计与实现J。中国现代教育装备，2007(11)：75-77。常斗南。 可编程序控制器M。北京:机械工业出版社，1998。秦曾煌等。 电工学（电子技术）M。北京:高等教育出版社，2004.