应用PLC实现电动机自耦变压器降压启动控制系统设计优化

■应知点:

1.了解梯形图编程基本规则。

2.了解置位/复位触发器指令作用。

■应会点:

1.掌握置位/复位触发器指令的使用。

2.掌握应用PLC实现电动机自耦变压器降压启动控制系统的设计、安装、调试。

一、任务简述

电动机自耦变压器降压启动控制系统也可以用PLC实现对其控制，而且效果好，线路简单，运行稳定。

二、相关知识

(一)梯形图编程的基本规则

(1)输入输出继电器、内部辅助继电器、定时器等元件的触点可多次重复使用，无须用复杂的程序结构来减少触点的使用次数。

(2)梯形图的每一行都是从左母线开始，线圈接在最后边。触点不能放在线圈的右边，如图4－34所示。

图4－34　是否符合编程规则的程序

(a)不正确；(b)正确

(3)线圈不能直接与左母线相连。如果需要，可以通过专用内部辅助继电器SM0.0的常开触点连接，如图4－35所示。SM0.0为S7－200 PLC中常接通辅助继电器。

(4)同一编号的线圈在一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误操作，应避免线圈重复使用，如图4－36所示。

图4－35　是否符合编程规则的程序

(a)不正确；(b)正确

图4－36　是否符合编程规则的程序

(a)不正确；(b)正确

(5)梯形图必须符合顺序执行，即从左到右、从上到下地执行。不符合顺序执行的电路不能直接编程，如图4－37所示。

图4－37　是否符合编程规则的程序

(a)不正确梯形图；(b)正确梯形图

(6)在梯形图中，串联触点和并联触点使用的次数没有限制，可无限次使用。串联触点数目多的应放在程序的上面，并联触点多的应放在程序的左面，以减少指令条数，缩短扫描周期，合理优化的梯形图程序如图4－38所示。

图4－38　合理优化程序

(a)串联触点位置不正确；(b)串联触点位置正确；(c)并联触点位置不正确；(d)并联触点位置正确

(7)两个或两个以上的线圈可以并联输出，如图4－39所示。

图4－39　多线圈并联输出程序

(a)复杂的梯形图；(b)简化的梯形图

(二)常闭触点输入信号的处理

前面在介绍梯形图的编程规则时，有一个前提，就是假设输入的数字量信号均由外部常开触点提供，但是有些输入信号只能由常闭触点提供。例如，热继电器的常闭触点与接触点KM的线圈串联。电动机长期过载时，热继电器的常闭触点断开，使KM线圈断电。假设图4－38(d)中热继电器的常闭触点接在PLC的输入端I0.1处，热继电器的常闭触点断开时，I0.1在梯形图中的常开触点也断开。显然，为了在过载时断开Q0.0的线圈，应将I0.1的常开触点而不是常闭触点与Q0.0的线圈串联。这样继电器线路图中热继电器的触点类型常闭和梯形图中对应的I0.1的触点类型常开刚好相反。

为了使梯形图和继电器电路中触点的类型相同，建议尽可能地用常开触点作为PLC的输入信号。但对于某些保护信号只能用常闭触点输入，可以按输入全部为常开触点来设计，随后将梯形图中相应的输入位的触点改为相反的触点，即常开触点改为常闭触点，常闭触点改为常开触点。

三、应用实施

1.控制要求

自耦变压器降压启动控制电路的主电路和时序图如图4－40所示，图4－40(a)所示为主电路图，图4－40(b)所示为自耦变压器降压启动控制电路的时序图，从时序图可知，按照前面介绍的图4－32，按下启动按钮SB2，KM1得电，电动机自耦变压器降压启动，时间继电器开始计时，经过时间T1，KM1失电，KM2得电，电动机处于全压运行，按下停止按钮SB1，KM2失电，电动机停止运行。

图4－40　自耦变压器降压启动控制电路的主电路和时序图

2.PLC的选型

从上面的分析可知系统有启动、停止、热继电器3个输入，均为开关量。该系统中有输出信号2个，其中KM2为电源接触器，KM1为自耦变压器降压启动接触器。所以控制系统可选用CPU221－10AC/DC/RLY，I/O点数均为10点，满足控制要求，而且还有一定的余量。(www.xing528.com)

3.自耦变压器降压启动控制电路PLC控制的I/O分配

自耦变压器降压启动控制电路的输入有启动按钮、停止按钮和热继电器，PLC的输入/输出点分配表，如表4－9所示。

表4－9　自耦变压器降压启动控制电路PLC的输入/输出点分配表

图4－41　自耦变压器降压启动控制电路PLC控制的接线

4.PLC控制自耦变压器降压启动硬件接线图

用PLC进行控制自耦变压器降压启动电路的接线如图4－41所示。

5.程序设计

电动机自耦变压器降压启动控制电路PLC控制梯形图及指令表如图4－42所示。

6.线路安装

线路安装按照先主后辅的顺序，而且一定要套线号。线路安装完后用电阻法检查是否有短路性故障。

图4－42　自耦变压器降压启动控制电路PLC控制梯形图及指令表

7.通电试车

检查完后将程序下载到PLC，运行试车，如有问题，检查排除故障。

8.采用置位/复位触发器实现自耦变压器降压启动程序

要完成图4－40所示的时序，除了可以使用“启保停”电路来完成外，还可以采用置位/复位触发器指令来完成，图4－43所示为置位/复位触发器指令编写的自耦变压器降压启动程序。

图4－43　置位/复位指令编写的自耦变压器降压启动程序

当I0.0接通时Q0.0被置位，T37开始计时，经过5 s，T37动作，Q0.1被置位，Q0.0被复位，I0.1接通时，Q0.1被复位。

四、操作技能考评

通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如表4－10所示。

表4－10　任务操作技能考核要求和考核标准

续表

教学小结

用PLC控制电动机自耦变压器降压启动具有效果好，线路简单，运行稳定等优点；但不能频繁启动。编程时要注意编程规则。

思考与练习

现有一台三相异步电动机准备采用自耦变压器降压启动方案，请用PLC的置位和复位指令编写程序实现其功能。