基于PLC的三相异步电动机正反转互锁电路设计.docx

摘要
具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点，本设计以0.75KW电动机为例，设计三相异步电动机正反转互锁的电路。主电路采用了两个CJX2-0901型交流接触器KM1,KM2换接电动机三相电源的相序，来实现电动机的正转与反转。在控制电路中，主要利用了PLC定时器控制三相异步电动机正反转，并利用其程序控制相应实体，使得电动机能够实现正转20S，停止6S，然后再反转20S,最后停止6S,如此循环进行。从而很好的实现了三相异步电动机的正转、反转和停止的控制。该电路具有控制灵活、可靠性高、成本低、安装和使用方便等的优点。

关键词：可编程控制器，三相异步电动机，正反转，

ABSTRACT
This design take the 0.75KW electric motor as an example, designs PLC to control the three-phase asynchronous motor to reverse the electric circuit. The electric circuit used two CJX2-0901 exchange contact device KM1, KM2 to trade receives a telegram the motive three-phase power source the foreword, realized electric motor's clockwise and the reverse, to prevent at the same time two contact devices the movement to cause the power source to short-circuit, the interlock is used to reverse the control circuit. When the control circuit, has mainly used Beijing and the advantage the PLC timer control three-phase asynchronous motor the procedure which reverses, and using its programmed control corresponding entity, enables the electric motor to be able to realize clockwise 20S, stops 6S, then reverses again 20S, finally stops 6S, so circulates carries on. Thus very good has realized the three-phase asynchronous motor's clockwise, the reverse and the stop control. This PLC control circuit control is flexible, the reliability is high, the cost is low, installment and easy to operate. key word: PLC, the three-phase asynchronous motor, is reversing.

目录
摘要 I
ABSTRACT II
目录 III
1 引言 1
2 本设计的目的、意义与要求 2
2.1 设计的目的及意义 2
2.2 设计的要求 2
2.3设计的内容 2
3 PLC控制三相异步电动机正反转互锁的电路设计 4
3.1接触器互锁的三相异步电动机正反转电路 4
3.1.1接触器互锁的三相异步电动机正反转电路的主接线图 4
3.1.2接触器互锁的三相异步电动机正反转电路的工作原理 4
3.1.3 设计的结果 5
3.2 PLC定时器控制电动机正反转互锁的设计 5
3.2.1定时器控制电动机正反转电路的主接线图 5
3.2.2 PLC的I/O分配 6
3.2.3绘制外围接线图 6
3.2.4 PLC定时器控制三相异步电动机正反转的梯形图 7
3.2.5定时器控制电动机正反转的指令表程序 8
4 PLC控制三相异步电动机正反转互锁电路的验证 9
4.1验证实验中元器件的选择 9
4.2 连接实体的步骤 10
4.3 实体框形图 11
4.4程序的调试 12
4.5 结果 14
5 结论 15
参考文献 16
致谢 17

1 引言
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC在工业控制领域内得到了十分广泛的应用，从单片机自动化到整条生产线的自动化，乃至整个工厂的自动化，从柔性制造系统、工业机器人到分散式网络化控制系统，PLC都承担着极其重要的角色，从而被称之为“先进国家工业三大支柱”之一。
三相异步电动机的正反转控制线路作为一个基本控制环节在电气控制线路中用的非常广泛。在电动机正反转换接时，有可能因同一元件的常开、常闭触点的切换没有时间的延迟，有可能因为电动机容量较大或操作不当等原因，使接触器主触头产生较严重的燃弧现象，如果电弧还没有完全熄灭时，反转的接触器就闭合，则会造成电源相间短路。为了防止电源短路，可以采用电气互锁保护，但在实际使用中，有时候单有电气互锁保护还不够，接触器的线圈断电后，其触头可能由于熔焊而仍然闭合，如果有人用手推另一个接触器的衔铁就会使两个接触器都处于吸合状态，所以除电气互锁外还应加装机械连锁。机械连锁更可靠的保证两个接触器不会同时吸合，但是只能在空间位置比较靠近的两个接触器间安装。电气互锁可以不受空间位置的限制，但在接触器触头焊住时不能起到保护作用。在线路中不允许单独采用机械连锁，因为当一个接触器吸合时，按另一接触器的按钮，虽然由于机械连锁的作用，另一接触器不会吸合，但它的线圈却通过所谓的“起动”电流 （铁心未闭合时，交流接触器线圈的感抗小、电流大） ，时间过长就会烧毁线圈。为了克服以上困难，本文采用两个定时器分别作为正转、反转切换的保护手段。由于加入了定时器操作者可以根据不同的需要设定正反转切换的时间，可以有效的克服正反转换向时可能因电弧没有完全断开而引起电源的短路。

2 本设计的目的、意义与要求
2.1 设计的目的及意义
可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。目前PLC已基本替代了传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，PLC已跃居工业自动化三大支柱的首位。
可编程控制器以其通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作少、现场接口安装方便等一系列优点，被广泛应用于工业自动控制中。
在实际生产中许多机械设备往往要求运动部件能向正反两个方向运动,如机床工作台的前进与后退;起重机的上升与下降等,这些生产机械要求电动机能实现正反转控制。改变通入电动机定子绕组的三相电源相序,即把接入电动机的三相电源进线中的任意两根对调,电动机即可反转。

2.2 设计的要求
PLC控制0.75KW三相异步电动机正反转互锁电路的设计主要有以下几方面的要求：
8、完成 PLC 电动机正反转控制系统的设计、制作、调试报告。

2.3设计的内容
3 PLC控制三相异步电动机正反转互锁的电路设计
3.1接触器互锁的三相异步电动机正反转电路
3.1.1接触器互锁的三相异步电动机正反转电路的主接线图
三相异步电动机的正反转控制线路作为一个基本控制环节，在电气控制线路中应用的非常广泛。接触器互锁的三相异步电动机正反转的控制线路更是取代了传统的继电器控制线路，使电动机的控制有了进一步的提高。
接触器互锁的三相异步电动机正反转控制线路如图3-1所示。线路中采用了两个接触器，即正转用的接触器KM1和反转用的接触器KM2，它们分别由控制按钮SB2 、SB3控制。这两个接触器的主触头所接通的电源相序不同，KM1按L1—L2—L3相序接线，KM2则对调了两相的相序。控制电路有两条，一条由按钮SB2和KM1线圈等组成正转控制电路；另一条由按钮SB3和KM2线圈等组成的反转控制电路。

图3-1 接触器互锁的三相异步电动机正反转控制线路

3.1.2接触器互锁的三相异步电动机正反转电路的工作原理
该线路的工作原理如下所述。
（1）正转启动控制
→KM1的自锁触点闭合并自锁 →电动机M启动连续正转
按下SB2→KM1线圈得电→KM1的主触点闭合→自锁Y1
→KM1的连锁触点分断，对KM2互锁
（2）反转启动控制
→KM1的自锁触点分断,解除自锁→电动机失电停转
先按下SB1→KM1线圈失电 →KM1的主触点分断
→KM1的连锁触点恢复闭合，解除对KM2互锁
→KM2自锁触点闭合并自锁→电动机M启动连续正转
再按下SB3→KM2线圈得电 →KM2的主触点闭合
→KM2的连锁触点分断，对KM1互锁
（3）停止控制
按下SB1→控制电路失电→KM1（或KM2）的主触点分断→电动机M失电停转

3.1.3 设计的结果
接触器互锁的三相异步电动机正反转电路的设计，得到了以下的结果。
正转控制：按下按钮SB2 电动机正转
反转控制：先按下按钮SB1 电动机停止
再按下按钮SB3 电动机反转
总结：接触器互锁的电动机正反转电路的设计，虽然具有线路操作安全，实际应用中成本低的优点，但是其电路也存在缺点，即操作不便，要使电动机反转必需按下停止按钮SB1，等电动机停止后才能在按下反转启动按钮SB3。操作程序比较麻烦，且需要专门的操作人员去操作。

3.2 PLC定时器控制电动机正反转互锁的设计
3.2.1定时器控制电动机正反转电路的主接线图
为了在控制的过程中体现科技化和智能化，同时为了在控制过程中克服接触器互锁的三相异步电动机正反转电路的缺点，本文也可采用定时器控制三相异步电动机正反转。利用定时器控制三相异步电动机正反转在工业控制中得到广泛利用，这种方法使得控制更加简单、方便，而且可以根据不同的需要设定正反转的时间且易于实现。用PLC定时器控制的三相异步电动机正反转互锁的主接线图如图3-2所示。其工作原理如下所示。
定时器控制三相异步电动机正反转原理和接触器控制三相异步电动机正反转的原理基本相同，不同的是当电动机开始正转时，定时器T1开始运行且计时开始，20S后电动机停止正转，此时定时器T2开始运行并且计时，6S后电动机开始反转，同时定时器T3开始运行并计时开始，20S后电动机停止反转，定时器T4开始计时，6S后电动机又开始正转。如此循环进行，本文也可根据控制的需要设定不同的正转、反转和停止的时间。

图3-2 定时器控制电动机正反转互锁的主接线图
3.2.2 PLC的I/O分配
由图3-1可以看出，该电路的输入设备有正转启动按钮SB2、反转启动按钮SB3、停止按钮SB1、热继电器辅助动断触点FR，其输出设备有两个，一个是正转接触器线圈KM1，另一个是反转接触器线圈KM2。现将PLC的输入/输出继电器分配给上述输入/输出设备，即可列出其用PLC控制的I/O分配表，如表3-1所示。

表3-1 PLC控制接触器互锁的正反转控制电路I/O分配表
输入分配
输出分配
元件名称 PLC输入点编号
元件名称 PLC输入点编号
正转启动 %IX0.0
正转接触器线圈 %QX0.0
KM1
反转启动 %IX0.1
反转接触器线圈 %QX0.1
KM2

3.2.3绘制外围接线图
根据表3-1所分配的I/O继电器，绘制出用PLC改造接触器互锁正反转控制线路的PLC外围接线图，如图3-3所示。

图3-3 定时器控制电动机正反转的PLC外围接线图

3.2.4 PLC定时器控制三相异步电动机正反转的梯形图
根据互锁的三相异步电动机正反转控制电路及I/O分配表整理后可得到定时器控制的三相异步电动机正反转的梯形图，如图3-4所示。
Network 1

Network 2

图3-4 定时器控制的三相异步电动机正反转
3.2.5定时器控制电动机正反转的指令表程序
PLC定时器控制三相异步电动机正反转互锁的指令表程序如表3-2所示。

表3-2 接触器互锁正反转电路指令表
程序步编号
指 令
操作数
说明
0
LD
%IX0.0
正转启动触点%IX0.0
1
OR
Y0

2
ANDNOT
%IX0.1
反转启动触点%IX0.1
3
OUT
Y0

LD
Y0

5
ANDNOT
T4.Q

6
OR
T1
正转定时器，定时20S
7
LD
T1.Q

8
OR
T2
停止定时器，定时6S
9
LD
T2.Q

10
OR
T3
反转定时器，定时20S
11
LD
T3.Q

12
OR
T4
停止定时器，定时6S
13
LD
Y0

14
ANDNOT
T1.Q

15
OUT
%QX0.0
正转输出线圈%QX0.0
16
LD
Y0

17
AND
T2.Q

18
ANDNOT
T3.Q

19
OUT
%QX0.1
反转输出线圈%QX0.1

4 PLC控制三相异步电动机正反转互锁电路的验证

4.1验证实验中元器件的选择
三相异步电动机:
型号: Y80M2-4 功率：0.75KW
电压：380V 电流：2A
效率：73% 功率因数：0.76
接法：Y 绝缘等级：B级
由于P=0.75KW
U=380V
则 I=P/U=750/380=1.97A ,因此电流采用2A,故上述所选电动机合适。
断路器：
型号:DZ47-63 C10
电压：交流400V 电流：10A
断路器的选择依据电动机的电流，本文选择电流最相近的10A。
交流接触器：
型号:CJX2-0901 额定工作电压 380V
频率：交流50Hz或60Hz
PLC：
型号：北京和利时 LM3105-C01
SAP050025
CPU模块，AC220V供电，
由于所选择的PLC自带14点I/O，其中输入端口的电压为直流24V，DO 6×继电器输出
尺寸：125mm×90mm×70 mm，PLC外观图如图4-1所示。

图4-1
开关按钮：
型号：TB-2504L
电压：220V 电流：25A
导线：
选取连接实体时所需的导线是，根据导线截面积计算公式
一般按如下公式计算：
铜线： S= IL / 54.4*U`
铝线： S= IL / 34*U`
式中：I——导线中通过的最大电流（A）
L——导线的长度（M）
U`——充许的电源降（V）
S——导线的截面积（MM2）
在设计中选取铜线，因为其价格便宜，使设计的成本降低。
由公式 铜线： S= IL / 54.4*U`
=2*0.5/54.4*220
=0.0002 MM2
根据上述公式，本文依次可以选出所需导线。本文选用黄、绿、红三相导线，并用蓝线作为保护线。
另备有： 三相电源一个
接线时用的剥线钳一个、一字小起子一个

4.2 连接实体的步骤
1 在连接实体的过程中，应该按以下步骤来实现。
(1)用MF－30型万用表欧姆档测试交流接触器主触头，常驻开触头及常触头的通断情况。
(2)将各个元器件按照主接线图所示连接起来。
(3)准备好下载PLC程序所需的数据线。
(4)将编好且运行无误的程序下载在PLC中，并把程序中的输入输出端口与PLC的端口相对应。
(5)经老师检查允许，先按下电源按钮，接通电源，用交流电压表接电源侧调至220V。
(6)按照要求进行操作，验证设计电路的正确性。
(7)实验完毕，先将电源电压调回至0V,断开电源。
2 接线时的注意事项:
(1)接线时，注意电源按钮断开，断电接线。
(2)连接线路时必须紧固，不得松动，否则容易掉线发生事故。
(3)实验完毕，注意电源电压调零后，再关电源按钮。

4.3 实体框形图
由于设计中的仪器不容易画出其具体模型，故用方框图来表示其实体的接线图，如图4-2所示。

图4-2

4.4程序的调试
把编好的PLC定时器控制电动机正反转的程序如图3-4下载到PLC控制器后，接通电源，下面以图4-3所示的工作状态转换图,来具体描述定时器控制三相异步电动机正反转的各个过程，并最终调试出正确的PLC控制程序。

定时器控制电动机正转：

图4-3 （a）

定时器控制电动机停止：

图4-3 （b）
定时器控制电动机反转：

图4-3 （c）
定时器控制电动机停止：

图4-3 （d）

4.5 结果
1 PLC定时器控制三相异步电动机正反转互锁电路设计结果流程图如图4-4所示：
电动机反转停止
T4计时6S

电动机反转开始
T3计时20S

电动机停止正转
T2计时6S
电动机正转开始
T1计时20S

—→ ——→

图4-4
2 PLC定时器控制电动机正反转电路设计结果的波形图如图4-5所示：
正转

T/S
20S 26S 46S 52S

反转
图4-5

5 结论
随着科学技术的发展,我国电机控制技术的推力也越来越壮大,这也是全球电机控制技术发展和庞大消费群体存在的必然结果。在实际生产中许多机械设备往往要求运动部件能向正反两个方向运动,如机床工作台的前进与后退;起重机的上升与下降等,这些生产机械要求电动机能实现正反转控制。因此对于PLC定时器控制三相异步电动机正反转电路设计的研究,具有很好的实际应用价值。
本文通过PLC控制三相异步电动机正反转的设计，对PLC梯形图、指令表、外部接线图及PLC设计原理有更好的了解。接触器互锁的电动机正反转电路，由于其有控制不灵活、操作麻烦等的缺点，所以通过改进本文选择了PLC定时器控制三相异步电动机正反转，并在实验室做出了相应的模型，从而有力的验证了PLC控制三相异步电动机正反转互锁的电路设计的特点，为以后电动机正反转的研究提供了有力的参考价值。其PLC控制的电路简单、成本低、安装和使用方便，在工业控制领域内得到了十分广泛的应用。

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