电动机顺序控制方案实现

1.任务描述

完成两台电动机的顺序起动、逆序停止的控制。

以锅炉鼓风机和引风机的电气控制为例，锅炉的鼓、引风机的作用是用来保障燃料充分燃烧，并维持锅炉房卫生环境，因此鼓、引风机需配合以确保锅炉炉膛为微负压。

对锅炉鼓、引风机的电气控制提出如下要求：两台电动机起动时，必须先起动引风机再起动鼓风机；停止时，必须在鼓风机停止后，方可手动停止引风机。

2.任务目标

原控制系统已经采用继电器-接触器控制方式实现，现要求采用PLC进行技术改造。

采用继电器-接触器控制设计的主电路、控制电路如图4-1所示。

图4-1 电动机顺序控制电路原理图

a）主电路 b）控制电路

在图4-1a中，M1为引风机拖动电动机，由接触器KM1控制；M2为鼓风机拖动电动机，由接触器KM2控制；热继电器FR1、FR2为两台电动机提供过载保护。

在图4-1b中，SB1、SB2是引风机电动机的停止、起动按钮；SB3、SB4是鼓风机电动机的停止、起动按钮；两条控制支路都是简单的起保停控制电路，不同之处在于鼓风机控制支路中，串入了引风机控制接触器KM1的动合（NO）触点，确保只有引风机电动机启动后，鼓风机才能起动；而引风机控制支路中，在停止按钮两端并联了KM2的动断（NC）触点，保证鼓风机停止后，引风机才可手动停止；满足了实际控制要求。

3.知识储备

该任务可采用PLC移植法完成。采用移植法进行设计时，原系统主电路保持不变，只需将控制电路替换为具有相应功能的PLC外部接线图和梯形图即可。基本步骤如下：

1）熟悉被控设备生产工艺和动作顺序，掌握电气控制系统工作原理。

2）统计系统输入/输出点数，完成PLC选型和I/O点的分配。

3）绘制PLC外部接线图，并将原有控制电路转化为梯形图。

4）程序录入、调试、验证并确保系统正常工作。

4.任务实施

（1）PLC选型和I/O点的分配(www.xing528.com)

随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式及价格也各有不同，适用的场合各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术和经济指标有着重要的意义。

PLC的选择主要从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块以及通信联网能力等方面加以综合考虑。

1）机型的选择：PLC按结构分为整体式和模块式两类。整体型PLC体积小、价格便宜，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；模块型PLC配置灵活，可根据需要选配不同模块组成一个系统，在I/O点数等方面选择余地大，而且装配方便，便于扩展和维修，一般用于较复杂的中大型控制系统。

2）输入/输出点数（I/O）的估算：I/O点数越多，PLC价格也越高，因此在满足控制要求的前提下应尽量减少I/O点数，但I/O点数估算时还必须考虑适当的余量，以备今后系统改进或扩展时使用。通常根据统计的输入/输出点数，再增加10%～20%的裕量。

3）存储器容量的估算：存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元的大小，程序容量是存储器中用户应用程序使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

存储器容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，如果控制系统只有开关量控制时，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍来计算开关量控制时所需的存储器字数，然后再考虑20%～30%的裕量。

4）控制功能的选择：该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

根据以上PLC选型原则及对控制系统的分析，这个控制系统的输入信号有热继电器FR1、FR2触点，引风机电动机的停止、起动按钮SB1、SB2，鼓风机电动机的停止、起动按钮SB3、SB4，共6个开关量信号；为节省输入点数，实际接线时，在满足控制要求前提下，将热继电器FR1、FR2的两个动断触点串联后接入PLC，可节省一个输入点，共计5点输入；输出有驱动鼓、引风机电动机工作的交流接触器线圈，共2个输出信号。根据统计的I/O点数及预完成的系统功能，可选择S7-200整体式PLC CPU221，该PLC有6个输入点、4个输出点，类型AC/DC/Relay，能满足系统控制要求。

PLC的I/O点的地址分配见表4-1。

表4-1 PLC的I/O地址分配表

注：按照控制要求，两台电动机中任何一台过载时，系统都会停止运行，所以设计外部接线时，可将FR1、FR2两个动断输入信号串接后接入PLC，这种接法可节省输入点。

还需注意的是，在I/O地址分配时，从安全角度考虑，停止按钮、热继电器控制触点等应该使用动断触点接入。这是因为这些安全系数要求较高的触点，如果选择动合触点连接，会影响到系统的安全运行，比如停止按钮若选择动合触点接入，当连接线因意外断开时，系统将无法正常停止。

（2）PLC I/O外部接线图

根据表4-1，将PLC与外部设备连接起来，接线图如图4-2所示。

图4-2 电动机顺序控制PLC I/O外部接线图

（3）程序的实现

采用移植法设计程序时，只需根据I/O分配情况将控制电路替换为梯形图即可。替换后的梯形图程序如图4-3a所示；为了优化程序，减少程序步数，可将图4-3a调整为图4-3b的形式。