孫心豐

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PLC技術(shù)在交流三速錨機(jī)電氣控制中的應(yīng)用

孫心豐

（海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧大連 116018）

船用交流三速錨機(jī)在使用的過程中，經(jīng)常發(fā)生接觸器觸點(diǎn)燒融不動作，頻繁過載跳閘，無法正常加速等故障，對船舶在緊急情況下使用錨機(jī)是極為不利的。本文在傳統(tǒng)繼電器控制電路的基礎(chǔ)上，在交流三速錨機(jī)的控制電路中運(yùn)用PLC技術(shù)。運(yùn)行結(jié)果表明，該控制電路不僅取代船用主令控制器，并且具有控制速度快、可靠性高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

PLC電路設(shè)計(jì)交流三速錨機(jī)主令控制器繼電器

0 引言

船舶在遇到風(fēng)、霧或機(jī)器發(fā)生故障等需要暫時停泊或者抵達(dá)港口尾靠碼頭等情況時，為平衡水力、風(fēng)力和慣性力的作用均需要用到錨設(shè)備。錨設(shè)備由錨機(jī)、錨和錨鏈等組成。目前我國船舶大多采用交流錨機(jī)，以雙速和三速異步電動機(jī)拖動為主。錨機(jī)的電氣控制主要由繼電器、接觸器、保護(hù)電路組成，與船用主令控制器相配合控制交流起重三相異步電動機(jī)的啟動、正反轉(zhuǎn)和制動。

由于交流三速錨機(jī)采取變級調(diào)速，電動機(jī)最大工作電流為100 A以上，在接觸器動作時，觸點(diǎn)上承受的沖擊電流很高，因此常發(fā)生接觸器觸點(diǎn)燒融，或者無法正常加至高速運(yùn)轉(zhuǎn)便造成過載保護(hù)等故障，這對船舶在緊急情況下使用錨機(jī)是極為不利的。

PLC技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如操作高效、反應(yīng)速度較快、更加的簡便和安全可靠相較于傳統(tǒng)繼電器技術(shù)來說，這種技術(shù)的控制系統(tǒng)有著較強(qiáng)的抗干擾能力[1]。PLC控制器采用的模塊一般體積小且重量輕可即插即用，而且連接方便簡單，因而建立一個PLC控制系統(tǒng)的時間相對很短。另外，PLC的用戶界面簡單明了，用戶容易掌握，而且用戶可以通過PLC的運(yùn)行和故障的指示裝置檢查系統(tǒng)故障。一旦發(fā)生故障用戶即時采取措施恢復(fù)，如更換模塊等，因此PLC控制器具有易安裝、維修，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)[2]。在過去幾年，控制系統(tǒng)主要使用的是電磁性繼電器，容易發(fā)生觸點(diǎn)故障，這極大的影響到控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。而且在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中，存在著接線較復(fù)雜等多種問題。在應(yīng)用PLC技術(shù)后，借助對實(shí)物元件的軟繼電器就能實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的操作，既提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，又能使系統(tǒng)功能更加完善，同時維護(hù)更加便捷。此外，PLC控制系統(tǒng)既可以降低系統(tǒng)輔助開關(guān)量，又能夠同時顯示多臺斷路器信號．并且對其進(jìn)行集中式的控制。除此之外，在應(yīng)用PLC技術(shù)后，可以將應(yīng)用范圍予以擴(kuò)大化，使系統(tǒng)的可靠性與安全性都得到提高[3]。

本文嘗試用PLC技術(shù)代替控制系統(tǒng)中主電路部分，并用按鈕開關(guān)取代調(diào)速手柄，不僅避免因操作手柄過快而影響正常加速，而且提高錨機(jī)控制的靈敏度，減少硬件設(shè)備的故障發(fā)生率，達(dá)到預(yù)期的目的。

1 交流三速錨機(jī)的電氣控制

1.1 交流三速錨機(jī)的傳統(tǒng)繼電器控制

交流三速錨機(jī)的電動機(jī)為三相鼠籠式異步電動機(jī)，具有兩套繞組三種轉(zhuǎn)速，高速轉(zhuǎn)速繞組為單獨(dú)一套繞組，四級星形連接，低速與中速共用一套繞組，低速繞組十六級三角形連接，中速繞組八級星形連接，以確保三種轉(zhuǎn)速的實(shí)現(xiàn)，其電氣控制原理圖如圖1所示。

圖1 交流三速錨機(jī)電氣控制原理圖

圖1中S為船用主令控制器，用于控制錨機(jī)電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)起拋錨過程中電動機(jī)的加速和減速，共有S-1~S-6六付觸頭。SA為安裝在主令控制器上的電源開關(guān)，SB為安裝在主令控制器上的紅色強(qiáng)迫運(yùn)行按鈕，KV為零壓繼電器，KI為過流繼電器，KA為中間繼電器。KM1和KM2為方向接觸器，KM1為起錨控制接觸器，KM2為拋錨控制接觸器。KM3、KM4、KM5和KM6為速度控制器，KM3為低速控制接觸器，動作以后電動機(jī)三角形連接，低速運(yùn)轉(zhuǎn)；KM4和KM5為中速控制接觸器，動作以后電動機(jī)雙星型連接，中速運(yùn)轉(zhuǎn)；KM6為告訴控制接觸器，動作以后電動機(jī)星形連接，高速運(yùn)轉(zhuǎn)。KM7為制動接觸器，YB為電磁制動器線圈。KT1、KT2、KT3為時間繼電器，KT1加速延時，控制高速接觸器，防止操作手柄過快而影響正常加速，延時時間為1-1.5 s，KT2為高速起動延時繼電器，是控制過流繼電器不因高速繞組在起動時電流過大而誤動作，延時時間為1 s；KT3為斷電延時時間繼電器，通過控制經(jīng)濟(jì)電阻的串入來使制動器吸合線圈以后線圈電流減少，延時時間不大于1 s。

1.2 交流三速錨機(jī)的PLC控制

利用PLC技術(shù)對除剎車制動部分之外的主控制電路進(jìn)行改造。用按鈕開關(guān)SB2~SB6代替主令控制器觸頭S-2~S-6，用按鈕開關(guān)SB7、SB8代替觸頭S-1，從而控制交流三速錨機(jī)啟動、停止和加減速。此外，加入時間繼電器KT0，來防止電動機(jī)低速到中速加速過快，增強(qiáng)原控制電路的安全性和可靠性。但由于采用時間繼電器KT0的瞬時觸電做自鎖用，而在PLC中的定時器是沒有瞬時觸點(diǎn)的，因此借用一個中間繼電器并聯(lián)在時間繼電器兩端，用該中間繼電器的常開觸點(diǎn)來代替時間繼電器的瞬時觸點(diǎn)來完成自鎖[4]。

1.2.1系統(tǒng)的元件I/O分配

根據(jù)上述電路的輸入輸出設(shè)備，可得到PLC的I/O地址分配表，如表1所示。

1.2.2系統(tǒng)的元件I/O接線圖

根據(jù)上述I/O分配表及電氣控制要求，繪制出用PLC改造按鈕和時間繼電器控制的交流三速錨機(jī)電路的接線圖，如圖2所示。

圖2 PLC控制交流三速錨機(jī)電路的外圍接線圖

1.2.3 PLC控制梯形圖

根據(jù)電氣原理圖中的控制電路部分和I/O分配表，對交流三速錨機(jī)主控制電路部分進(jìn)行編程，并按照編程規(guī)則整理變換，得到梯形圖如圖3所示。

圖3 PLC控制交流三速錨機(jī)電路的梯形圖

1.2.4指令程序表

根據(jù)上述梯形控制圖，可以得到程序指令表，如表2所示。

表1 PLC控制交流三速錨機(jī)電路I/O分配表

表2 PLC控制交流三速錨機(jī)電路的程序指令表

2 結(jié)論

本文利用PLC工作可靠，操作高效、反應(yīng)速度較快、安全可靠等特點(diǎn)，嘗試性地將其運(yùn)用在船用交流三速錨機(jī)的控制上，不僅用按鈕開關(guān)代替船用主令控制器，解決了機(jī)械調(diào)速的硬件卡滯，誤操作，以及調(diào)速過快等機(jī)械和人為操作所導(dǎo)致的故障問題，而且用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制，消除由于沖擊電流過大導(dǎo)致接觸器觸點(diǎn)燒融無法動作等故障隱患，達(dá)到了預(yù)期的目的。此外，該電路具有控制速度快、可靠性高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)船舶離靠碼頭、起拋錨等緊急使用錨機(jī)的情況，達(dá)到了預(yù)期的目的。

[1] 劉秉琦. PLC在三相異步電動機(jī)Y-△起動及能耗制動中的應(yīng)用[J]. 價值工程, 2013（19）: 47-48.

[2] 程潔. PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].硅谷, 2013（11）: 60, 118.

[3] 彭日寬. PLC技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用及發(fā)展分析[J].城市建設(shè)理論研究, 2012, 2(35): 87-89.

[4] 陸運(yùn)華, 胡翠華. PLC控制系統(tǒng)梯形圖及指令表[M]. 北京: 中國電力出版社, 2012:168-185.

Application of PLC to Electric Control for AC Three-speed Windlass

Sun Xinfeng

(Dalian Naval Academy, Dalian 116018, Liaoning, China)

TP273

A

1003-4862（2014）08-0024-04

2014-02-24

孫心豐（1986-），男，工程師。專業(yè)方向：電氣工程。