PLC 在自耦变压器启动多台电动机中的应用

时间：2024-08-31

殷兴光,尹毅峰,沈博

（1.陕西国防工业职业技术学院，陕西西安,710300；2.郑州轻工业学院，河南郑州,450002）

0 引言

异步电动机在启动时的电流是额定电流的4-7 倍，为保护电机，延长其寿命，必须采取措施。现在采用软启动器等启动异步电动机虽然启动效果好，但对待工业需要启动多台异步电动机时显得投资太大、力不从心。利用PLC 程序代替电路的方法，使用一台自耦变压器启动多台异步电动机，节约了成本和占地面积，减少了维修的工作量。

图1 自耦变压器启动多台电动机的主电路图Fig.1 Since the main circuit transformer start several motors.

1 PLC 控制系统硬件设计

1.1 主电路设计

用一台自耦变压器启动多台电动机的主电路图如图 1 所示。该电路由自动开关QF0、接触器KM0、自耦变压器T 以及接触器KM01～KM0N组成，各台电动机的额定电压运行电路各自独立。以电动机M1 为例，如电动机M1 正常全压运行时，由QF1、KM1 和热继电器FR1 组成的回路供电。

1.2 控制电路设计

在PLC 控制回路的硬件设计中，要求实现硬件的联锁控制，以保证设备的安全。为了说明PLC 控制回路的设计方法，以电动机M1 的启动为例，给出如图2 所示的PLC 控制电路示意图。图2 所示中，SB1 为电动机M1 的启动按钮，SB2 为停止按钮。在KM01 的线圈控制回路中串接KM02 ～KM0N 的常闭触点，从硬件上保证当其它电动机启动时，M1 不能启动。串接KM1 的常闭触点可保证M1 电动机在全压运行时不会因误操作而进入启动状态。启动指示信号灯HL1 和工作指示信号灯HL2 与相应的主接触器线圈并联，同时工作同时停止，可节省输出点数。控制自耦变压器的接触器KM0 则由KM01 ～KM0N 来控制。

图2 PLC 控制电路示意图Fig.2 PLC schematic diagram of control circuit

2 PLC 控制系统软件设计

2.1 PLC 机型选择及地址分配

控制系统总共需要8 个输入点和8 个输出点，具体各点对应输入、输出设备情况见表1。表1 中所列的8 个输入设备、8 个输出设备一定要和PLC 进行接线，输入、输出设备的质量尤为重要。考虑到将来发展或有些输入、输出口会坏，一般选择的可编程控制器的输入、输出点数要大于实际工程所需的输入、输出点数。若一个输入或输出设备出现问题，有可能影响整个数料机的工作。在梯形图编写中必须对输入、输出设备相应的点进行编程。可编程控制器就是靠如此的硬、软件配合达到自动控制数料机的目的。可编程控制器型号选择日本OMRON（欧姆龙）公司的CP1H 系列的PLC，CPU 单元装配了20 ～40 点的输入输出电路。它将模块式的各个单元集为一体。如果I/O 电数不够用可用CPM1A 系列扩展单元进行扩展，但最多不超过7 台。另外，CP1H CPU 单元的侧面连接有CJ 单元适配器CP1W-EXT01，故可以连接CJ 系列特殊I/O 单元或CPU 总线最多两个单元。CP1H 支持标准的DeviceNet 现场总线，也能对应Ethernet、CLK 等网络。CP1H 所具有的可标准搭载4 轴的高速脉冲输出功能在高精度定位方面可发挥优势，特别是用于电子产品制造装置的电解电容的组装，以及包装机的送纸等应用场合。CP1H-X 系列可实现100kHz×2轴和30kHz×2 轴的高速脉冲输出；CP1H-Y 则内置了1MHz 的线性驱动器输入/输出，同时还具有20 点（12 点输入，8 点输出）的通用输入/输出，实现100kHz×2 轴和30kHz×2 轴的脉冲输出功能。

图3 自耦变压器启动控制梯形图Fig.3 Autotransformer start control ladder diagram

以一台自耦变压器控制两台电动机的启动为例，取图2 中N=2 即可。PLC 的输入输出定义如表1 所示。

表1 自耦变压器启动控制PLC 输入输出表Table.1 autotransformer start control PLC input output table

2.2 梯形图设计

根据控制要求和PLC 的I/O 定义，所设计的梯形图如图3 所示。

以M1 电动机的启动、正常运行为例，PLC 的控制过程介绍如下：

（1）当按下SB11,0.00 接通，100.00 通电使KM01 常开触点吸合，从而使KM0 吸合（见图2），1 号电动机进入自耦变压器降压启动阶段。与此同时由于W1.00 的作用，使W1.00 自保持，KM01 进入连续工作状态。并使T50 开始记时,经过二秒时间后，T50 常开触点闭合，100.01 动作使KM1 吸合。与此同时由于W1.01 的作用，使W1.01 自锁，M1 进入正常全压运行状态。

（2） T50 常闭触点动作，使100.00 和W1.00 线圈回路断开，从而使KM01 和KM0 线圈失电。其常开触点恢复到断开状态，自耦变压器停止工作，M1 电动机启动完成，投入全电压运行状态。停机时按下SB12，0.01 常闭触点断开100.01 线圈，使KM1 失电,1号电动机停机。100.00 线圈回路中串入W1.02 常闭触点，以及100.02 线圈回路中串入W1.00 常闭触点，目的使两台电动机不能同时启动，提高控制系统可靠性和容错能力。