李想
一、緒論
PLC是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置,它采用可編程序的存儲器,用以在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術運算等操作指令,并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口,控制各種類型的機械或生產過程。PLC克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的復雜、可靠性低、耗功高、通用性和靈活性差的缺點,充分利用了微處理器的優(yōu)點,采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式。
三相異步電動機的應用幾乎涵蓋了工農業(yè)生產和人類生活的各個領域,在這些應用領域中,三相異步電動機常常運行在惡劣的環(huán)境下,導致產生過流,短路,斷相,絕故,對緣老化等事故,應用于大型工業(yè)設備重要場合的高壓電動機,大功率電動機來說,一旦發(fā)生故障所造成的損失無法估量。
二、三相異步電動機基礎
1.三相異步電動機的基本結構。(1) 定子。定子由定子鐵心、定子繞組、機座和端蓋等組成。機座的主要作用是用來支撐電機各部件,因此應有足夠的機械強度和剛度,通常用鑄鐵制成。(2)轉子。轉子由轉子鐵心、轉子繞組、轉軸和風扇等組成。轉子鐵心成圓柱形,壓裝在轉軸上。其外圍表面沖有凹槽,用以安放轉子繞組。
2.三相異步電動機的工作原理
三相定子繞組中通入交流電后,便在空間產生旋轉磁場,在旋轉磁場的作用下,轉子將作切割磁力線的運動而在其兩端產生感應電動勢。由于轉子本身為一閉合電路,所以在轉子繞組中將產生感應電流,稱為轉子電流。轉子電流在旋轉磁場中受到電磁力的作用,上面的轉子導條受到向右的力的作用,下面的轉子導條受到向左的力的作用。電磁力對轉子的作用稱為電磁轉矩。在電磁轉矩的作用下,轉子就沿著順時針方向轉動起來,顯然轉子的轉動方向與旋轉磁場的轉動方向一致。
三、PLC基礎
1.PLC的定義
可編程邏輯控制器,一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器,用于其內部存儲程序,執(zhí)行邏輯運算,順序控制,定時,計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。
2.PLC的工作原理
當PLC投入運行后,其工作過程一般分為三個階段,即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間,PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 (1) 輸入采樣階段。在輸入采樣階段,PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后,轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。如果輸入是脈沖信號,則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。 (2) 用戶程序執(zhí)行階段。在用戶程序執(zhí)行階段,PLC總是按先左后右,由上而下的順序依次地掃描用戶程序。根據(jù)邏輯運算的結果,刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài);或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài);或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。(3) 輸出刷新階段。當掃描用戶程序結束后,PLC就進入輸出刷新階段。在此期間,CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路,再經輸出電路驅動相應的外設。
四、三相異步電動機的PLC控制
1.三相異步電動機的正反轉控制
在生產過程中,往往要求電動機能夠實現(xiàn)正反兩個方向的轉動。由電動機原理可知,只要把電動機的三相電源進線中的任意兩相對調,就可改變電動機的轉向。因此正反轉控制電路實質上是兩個方向相反的單相運行電路,為了避免誤動作引起電源相間短路,在這兩個相反方向的單向運行電路中加設必要的互鎖。按照電動機可逆運行操作順序的不同,就有了“正-停-反”和“正-反-停”兩種控制電路。
PLC控制的工作過程的分析:按下SB2,輸入繼電器0001動合觸點閉合,輸出繼電器0500線圈接通并自鎖,接觸器KM1主觸點,動合輔助觸點閉合,電動機M通電正轉。按下SB1,輸入繼電器0000動斷觸點斷開,輸出繼電器0500線圈失電,KM1主觸點,動合輔助觸點斷開,電動機M斷電停止正轉按下SB3,0002動合觸點閉合,0501線圈接通并自鎖,KM2主觸點,動合輔助觸點閉合,電動機M通電反轉。
2.兩臺電動機順序起動聯(lián)鎖控制
在裝有多臺電動機的生產機械上,有時必須按一定的順序起動電動機,才能滿足工作的需要。例如某個設備要求:“必需首先起動甲電動機,然后才能起動乙電動機,當甲電動機停止后,乙電動機自動停止”。這種要求可采用下面的控制線路來實現(xiàn)。
PLC控制的工作過程的分析:按下M1的起動按鈕SB1,輸入繼電器0000動合觸點閉合,輸出繼電器0500線圈接通并自鎖,接觸器KM1得電吸合,電動機M1起動運轉;同時連接在0501線圈驅動電路的0500動合觸點閉合,為起動電動機M2作準備??梢姡挥须妱訖CM1先起動,電動機M2才能起動。這時如果按下M2的起動按鈕SB3,0002動合觸點閉合,0501線圈接通并自鎖,接觸器KM2得電吸合,電動機M2起動運轉。按下M1的停止按鈕SB2,0001動斷觸點斷開,使0500線圈失電,并且由于連接在0501線圈驅動電路的0500動合觸點的斷開,使得0501線圈同時失電,兩臺電動機都停止運行。若只按下M2停止,按鈕SB4時,0003動斷觸點斷開;使得0501線圈失電,M2停止運行,而M1仍運行。
五、結語
通過此設計,實現(xiàn)了三相異步電動機的正反轉控制,順序起動等功能。三相異步電動機要旋轉起來的先決條件是具有一個旋轉磁場,三相異步電動機的定子繞組就是要來產生旋轉磁場的。
三相異步電動機定子中的三個繞組在空間方位上相差120度,當在定子繞組中通入三相電源時,定子繞組就會產生一個旋轉磁場。電流每變化一個周期,旋轉磁場在空間旋轉一周。旋轉磁場的轉速為n=60t/p 式中f為電源效率,P是磁場的磁極對數(shù),n的單位是:每分鐘轉數(shù),由此可知,電動機的轉速與磁極數(shù)和使用的電源頻率有關。
參考文獻:
[1] 孫余凱,吳鳴山.電器控制與PLC應用.北京:電子工業(yè)出版社,2006.6.
[2] 許順隆,徐朝陽.輕松學電機.北京:中國電力出版社,2008.
[3] 曹祥.機床電氣控制技術.北京:國防工業(yè)出版社,2009.1.