关于PLC控制三项异步电机正反转的设计与研究

孙黎明1尹动2

2.新汶矿业集团有限责任公司翟镇煤矿机电安装队271200

工业发展的初期，动力装置仅仅只能够借助传统的手闸扳斥，通过改变电场力的方向与大小，才能够实现电机的反转运动，传统和常规的控制方式存在可靠性差，动作灵活度不够等缺陷。可编程控制器是一种基于继电器控制并整合了其他一些先进的设备以及相关软件系统所构建的一种新型控制器。例如常用到的设备以及软件有：微型电动机、传输电路、信号接收器以及相关控制软件等。相比于传统的控制器系统来说，新型控制器主要存在以下特点：反应灵敏、安全性能高、稳定性较强、适用范围广以及维护性较容易等。

本文以三相异步电动机为控制对象，引入PLC控制技术，分析并设计出了凭借PLC为核心的电机正反转控制系统。文章从不同的角度详细阐述了此系统的开发历程以及所用的技术、设备等，并且借助相关理论知识评估了系统的各方面性能。

关键词：可编程控制器；工控设备；正反转控制

（一）PLC有以下六大特点。

(1)抗干扰强，可靠性高

(2)功能多，扩展容易，使用方便

(3)编程简单

(4)维护方便

(5)设计、施工周期短

(6)容易实现机电一体化

（二）三相异步电动机的运行机理

将电动机接入三相动力电源后，会使电动机里的定子产生一个方向固定的旋转磁场，转子绕组在转子轴带动下做切割旋转磁场运动，这一过程的结果就是在转子绕组中产生了感应电流，定子旋转磁场作用于转子的载流导体从而再产生一个电磁力，这将会在电动机转轴上产生电磁转矩，电动机由此获得动力老是旋转。而且电动机在之后的转动过程中其转动的方向固定不变和旋转磁场的方向保持一致。

（三）三相异步电动机正反转控制的电路设计

改变电动机的转动方向的原理是：通过改变接入的电动机内的定子绕组的三相动力电源的方法来实现的，但是并不是改变所有相，只需改变三相中的两相的相序即可。具体来说就是对调电源进线中的其中两相的相序，但是最方便的方法就是采用交流接触器来改变电动机的三相电源中的相序，由此来实现了电动机的正反转控制的。

（四）为确保电机的正常使用，采取以下措施来保护电机。

1、通过硬件联锁的设计即接触器联锁，可以避免误操作等使KM1和KM2同时得电，造成两相电源短路事故而损坏电机。在正向运行电路中加入一个对应的反转接触器的常闭触头这就构成了一个接触器联锁了：采用同样的原理在反向的运行电路中接入一个对应的正转接触器来实现的。这时通过启动按钮SB2，使它闭合，这时电路接通，KM1线圈通电，这就实现了电动机的正转，与此同时，这时候反向运行的电路中，因为KM1的常闭触头的原因使得反转接触器KM2的线圈电路处于断路的状态，线圈中没有电路的通过，因此无法转动，纵使反转接触器因SB3闭合，也不会使电动机由正转转变成反转，这是因为反转接触器线圈仍处于断电状态。当电动机处于反转的状态时，接触器KM2接通，那么线圈就接通了，而在正向运行电路中的接触器KM2触头断开，这样做可以合理高效的避免了两相之间的短路的发生。

2、人们通过在输入端加入一个电路的方法，利用电流的热效应来避免电动机因过热而烧坏电机，当电机一旦出现电机无法承受的过热状态就会自动切断电动机的主回路，由此来保护电机。电动机过热产生的原因是当机械处于不正常的工作状态时候，比如电路出现故障使得电机超负荷工作时候，这就会导致电动机转速不断下降，绕组中流动的电子势必增大，即电流增大，电机发热。

对于过载有时可以分为如下几种：第一种，由于电机过载时间比较长，电动机温度不断升高，并且过载电流较大，最终可以使得电动机的绕组随着时间的不断推移，其开始出现老化，从而影响电动机的寿命，另外还会使得电动机出现自燃的情况；第二种，工作时间较短而出现过载的情况，由于过载电流比较小，因此电动机内部的温度不会超过设定的数值，因此不会对电动机构成较大的影响。

3、加入熔断器在短路时通过熔体熔断切断电路从而保护电路。

4、当出现特殊情况时，一旦导致电动机的电源电压小于设定值的4/5，这时接触器就会处于断电状态，从而电动机的电源就可以被切断，电动机停止工作。

（五）本次系统设计的直观的梯形图，PLC控制的三相异步电动机正反转控制，无非就是正转启动、反转启动和制动，所以可以将程序分为如下两个程序段：(1)启动；(2)制动。系统的详细梯形图如下：

系统整体方案的可行性分析

3.4.1正转启动

当按下正转启动按钮也就是SB2时，正转接触器KM1的线圈得电，KM1的常开触头闭合，保持KM1线圈一直得电也就是自锁。同时，一次回路的KM1主触头会闭合，电机的正转启动电路形成回路，电机也就能够正转起来，与此同时，由于联锁的存在断开了KM2、KM3的控制回路。按下SB2KM1线圈得电→KM1辅助常开触头闭合→KM1自锁，电机正转。KM1可以实现辅助常闭触头断开→对KM2实现联锁

3.4.2反转启动

当按下反转启动按钮也就是SB3时，反转接触器KM2的线圈得电，KM2的常开触头闭合，保持KM2线圈一直得电也就是自锁。同时，一次回路的KM2主触头会闭合，电机的反转启动电路形成回路，电机也就能够反转起来，与此同时，由于联锁的存在断开了KM1、KM3的控制回路。KM2主触头闭合，按下SB3，KM2线圈得电→KM2辅助常开触头闭合→KM2自锁，电机反转，KM2可以实现辅助常闭触头断开→对KM1实现联锁

3.4.3停机制动

当按下停止按钮也就是SB1时，制动接触器KM3的线圈得电，KM3的常开触头闭合，保持KM3线圈一直得电也就是自锁。同时，一次回路的KM3主触头会闭合，电机的制动电路形成回路，电机也就开始制动，与此同时，由于联锁的存在断开了KM1、KM2的控制回路。KM3主触头闭合，按下SB1KM3线圈得电→KM3辅助常开触头闭合→KM3自锁，电机制动。KM3辅助常闭触头断开→对启动联锁，KT吸合并计时→KT辅助常开触点闭合→KM3自锁

当达到预定的数值时，时间继电器内部的延时触点就会处于断开状态，这时辅助常开触点处于断开工作模式。当KM3线圈处于失电状态时，其主触点处于断开状态，辅助常开触点能够实现常开，从而电动机完成制动。

结语：信息化技术与计算机技术的相互作用产生了PLC技术,PLC中融合了控制操作,这项技术是比较新的研究成果.PLC属于信息技术、科学技术相互作用下的产物,信息技术、科学技术的快速发展,促使PLC得到了普及应用.现如今,PLC控制应用在电气工种上,用于高效的控制电气开关的有序使用,避免开关操作混乱,进而体现PLC的能力.PLC技术在电气工程内提高了自动化控制的水平,实现电气工程在工业生产中的安全性,而且能够在很大程度上保障工业作业的水平,减轻人力投入。

参考文献：

[1]陈剑.基于PLC工业控制系统关键技术分析[J].山东工业技术,2019,(20):8.

[2]彭芳.基于PLC的步进电动机控制系统设计[J].电子世界,2019,(4):163.