張行松

(鄂東職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北黃州438000)

2012－2013年第一學(xué)期，筆者帶了三個(gè)班的《電氣控制與PLC》課程，每個(gè)班有6節(jié)課，其中有兩節(jié)是在視頻教室上的視頻課，有四節(jié)是在PLC實(shí)驗(yàn)室上的“教學(xué)做一體化”的實(shí)驗(yàn)課。本文所介紹的“電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)Y－△起動(dòng)程序設(shè)計(jì)與仿真”課題，是這學(xué)期第七周的教學(xué)內(nèi)容。

在前幾周的教學(xué)過程中，在理論上學(xué)生已經(jīng)學(xué)完了全部27條基本邏輯指令［1］。那么作為應(yīng)用的實(shí)例，在這個(gè)課題中就著重介紹一下用基本邏輯指令來設(shè)計(jì)一個(gè)正反轉(zhuǎn)Y－△起動(dòng)、繞組斷電換接的實(shí)驗(yàn)程序，讓學(xué)生也體驗(yàn)一下程序設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)際接線、操作調(diào)試的全過程，為今后的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。

1 控制要求

(1)正、反轉(zhuǎn)回路須互鎖，Y、△回路也須互鎖，除內(nèi)部程序的“軟互鎖”，還要進(jìn)行外部接線的“硬互鎖”，以此防止主電路中兩個(gè)接觸器主觸點(diǎn)同時(shí)接通而造成三相電源的相間短路。

(2)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)可以直接切換，中間可以不進(jìn)行停止按鈕的操作，以便縮短操作的輔助時(shí)間來提高設(shè)備的運(yùn)行效率。

(3)先“Y接”起動(dòng)，延時(shí)8秒斷電換接成“△接”，再延時(shí)1秒(預(yù)留1秒熄弧時(shí)間)通電運(yùn)行。

因?yàn)橹苯悠饎?dòng)時(shí)的起動(dòng)電流為額定電流的4～7倍，這樣大的起動(dòng)電流有可能對(duì)供電線路的供電質(zhì)量造成較大影響，而“Y接”起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流(線電流)僅為“△接”起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流的1/3［2］，所以，為了減小電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，要求電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，先“Y接”起動(dòng)，然后再過渡到△接運(yùn)行，不允許出現(xiàn)“△接”直接起動(dòng)現(xiàn)象。而“斷電換接”，則是為了防止Y接主觸點(diǎn)尚未完全斷開(因分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧，而電弧沒有熄滅時(shí)，電路就沒有真正斷開)，而△接主觸點(diǎn)就已經(jīng)閉合而造成的三相電源瞬間短路現(xiàn)象，所以要留熄弧時(shí)間。

(4)當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，過載保護(hù)動(dòng)作，讓電動(dòng)機(jī)斷電停止，以保護(hù)電動(dòng)機(jī)。

2 I/O分配接線圖

如圖1所示，輸入用了四個(gè)輸入繼電器X0～X3，它們分別和輸入的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)相連接。SB0為正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕，和X0相連接，SB1為反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕，和X1相連接，它們接入電路的都是常開觸點(diǎn)。SB2為停止按鈕，和X2相連接，接入電路的是常閉觸點(diǎn)。FR為熱繼電器，它是用來對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)的，接入的是FR的常閉觸點(diǎn)，和X3相連接。

輸出用了四個(gè)輸出繼電器Y0～Y3，它們分別和四個(gè)交流接觸器的線圈相連接。但是，為了防止三相交流異步電動(dòng)機(jī)主電路中三相電源的相間短路，圖1中采用了正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)“硬互鎖”，Y接和△接“硬互鎖”的接線。因?yàn)檫@樣接線既保證了被互鎖的兩個(gè)交流接觸器的線圈不能同時(shí)通電，也保證了在其中有一個(gè)交流接觸器出現(xiàn)觸點(diǎn)熔焊粘住等故障時(shí)，另一個(gè)交流接觸器的線圈也不能通電。這樣就從源頭上防止了三相電源的相間短路。

圖1 I/O分配接線圖

必須指出的是:輸出回路的電源是外接電源，實(shí)際中通常用220V交流電源，四個(gè)交流接觸器也常選額定電壓為220V的。但是在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了安全起見，實(shí)驗(yàn)臺(tái)所配備的是24V直流電源，這樣，“四個(gè)交流接觸器”用的也只能是“模擬負(fù)載”。這一點(diǎn)也希望大家能區(qū)分清楚。

3 電動(dòng)機(jī)主電路圖

如圖2所示，L1、L2、L3接線電壓為380V的三相交流電源。QF為三相電源開關(guān)，起接通和斷開三相電源作用。KM1為正轉(zhuǎn)交流接觸器的主觸點(diǎn)，當(dāng)KM1接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)通入順相序(U－V－W)三相電流，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn);KM2為反轉(zhuǎn)交流接觸器的主觸點(diǎn)，當(dāng)KM2接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)通入逆相序(W－V－U)三相電流，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。

KMY為Y接交流接觸器的主觸點(diǎn)，當(dāng)KMY接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組作Y形連接;KM△為△接交流接觸器的主觸點(diǎn)，當(dāng)KM△接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組作△形連接。

圖2 三相交流異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)Y－△起動(dòng)主電路

FR為熱繼電器的熱元件，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)是作△形接法，所以應(yīng)采用有斷相保護(hù)裝置的三個(gè)熱元件的熱繼電器［2］作過載保護(hù)和斷相保護(hù)，并且應(yīng)將熱元件串接在每相繞組的回路中。

4 PLC程序設(shè)計(jì)原理

電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)Y－△起動(dòng)PLC程序可按以下幾步進(jìn)行設(shè)計(jì):

第一步 先設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)單向(正轉(zhuǎn))Y－△起動(dòng)控制程序，并考慮滿足控制要求(1)和(3)所提要求:Y接和△接的“軟互鎖”和 先“Y接”起動(dòng)，延時(shí)8秒換接成“△接”運(yùn)行等問題。

第二步 在第一步的基礎(chǔ)上，再考慮滿足控制要求(3)“斷電換接和預(yù)留熄弧時(shí)間”等問題。

第三步 在第二步所設(shè)計(jì)的程序的基礎(chǔ)上，再加上反轉(zhuǎn)的控制并考慮滿足控制要求(1)和(2)所提要求:正、反轉(zhuǎn)的“軟互鎖”及“直接切換”等問題，即可得到電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)Y－△起動(dòng)斷電換接控制程序。

第四步 在第三步所設(shè)計(jì)的程序的基礎(chǔ)上，再考慮過載保護(hù)問題。即可得到具有過載保護(hù)功能、繞組斷電換接的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)Y－△起動(dòng)的PLC控制程序。其指令表程序如表1所示。

表1 具有過載保護(hù)、斷電換接的正反轉(zhuǎn)Y－△起動(dòng)程序

5 梯形圖邏輯測(cè)試(仿真)

(1)程序的錄入

打開電腦編程軟件GX Developer，創(chuàng)建新工程。選擇“PLC系列”、“PLC類型”、“程序類型”，并設(shè)置工程名，進(jìn)入指令表(寫入)界面，依次錄入表1中所列的指令表程序。錄入完畢后，按一下工具欄“梯形圖/指令表顯示切換”圖標(biāo)，這時(shí)就能看到剛錄入的指令表程序所對(duì)應(yīng)的梯形圖程序了。

(2)梯形圖邏輯測(cè)試(仿真)

安裝時(shí)，將GX Simulator和GX Developer安裝在同一個(gè)路徑中。這樣，在打開電腦編程軟件GX Developer時(shí)，在工具欄就能見到一個(gè)“梯形圖邏輯測(cè)試啟動(dòng)/結(jié)束”圖標(biāo)。

下面就介紹一下電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)Y－△起動(dòng)程序的梯形圖邏輯測(cè)試方法:

按下“梯形圖邏輯測(cè)試啟動(dòng)/結(jié)束”圖標(biāo)，將顯示GX Simulator的初始畫面:“LADDER LOGIC TEST TOOL”，其中RUN指示燈為黃色，表明梯形圖邏輯測(cè)試已正常運(yùn)行。

點(diǎn)擊菜單欄“在線”—“監(jiān)視”—“軟元件批量”，在軟元件輸入框中輸入Y0并回車，于是顯示出軟元件(輸出繼電器)的列表，在該列表中，Y3Y2Y1Y0就是我們要監(jiān)視的對(duì)象。由圖1可知，Y0為正轉(zhuǎn)，Y1為反轉(zhuǎn)，Y2為“Y接”，Y3為“△接”。接下來點(diǎn)擊“軟元件測(cè)試”按鈕，來仿真輸入按鈕的操作和過載保護(hù)觸點(diǎn)動(dòng)作的情況。比如:在圖1的I/O分配接線圖中，停止按鈕(X2)接入的是常閉觸點(diǎn)，過載保護(hù)FR(X3)接入的也是常閉觸點(diǎn)，所以，在“軟元件測(cè)試”時(shí)，要分別將X2和X3的初始狀態(tài)都設(shè)置為ON。要仿真“操作人員手動(dòng)按下起動(dòng)按鈕(X0)，然后松開”這個(gè)動(dòng)作，可以在軟元件的輸入框中輸入X0，再用鼠標(biāo)先按下“強(qiáng)制ON”，緊接著按下“強(qiáng)制OFF”按鈕來模擬。同時(shí)注意觀察列表中Y3Y2Y1Y0狀態(tài)的變化情況，如果是0101(正序電源接通，繞組Y接起動(dòng))，延時(shí)8秒變?yōu)?000(繞組△接，電源斷開)，再延時(shí)1秒變?yōu)?001(正序電源接通，繞組△接運(yùn)行)，則說明正轉(zhuǎn)起動(dòng)程序是正確的，能滿足控制要求(3)。要仿真“手動(dòng)按下停止按鈕(X2)，然后松開”這一操作，可以在軟元件的輸入框中輸入X2，再用鼠標(biāo)先按下“強(qiáng)制OFF”，緊接著按下“強(qiáng)制ON”按鈕來模擬。如果Y3Y2Y1Y0的狀態(tài)變?yōu)?000，則說明停止程序是正確的。其它操作的仿真，依此類推，不再贅述。

梯形圖邏輯測(cè)試是一個(gè)很有用的仿真工具，對(duì)于PLC程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試也是一個(gè)很好的助手。熟練地掌握梯形圖邏輯測(cè)試的方法和技巧，能夠有效地減小設(shè)計(jì)和調(diào)試的成本和時(shí)間。可以說程序中有很多問題都是在梯形圖邏輯測(cè)試中被發(fā)現(xiàn)從而得到圓滿解決的。所以，我們?cè)谟谜鎸?shí)的PLC進(jìn)行實(shí)際的接線和調(diào)試之前，最好先用梯形圖邏輯測(cè)試工具測(cè)試一下，看一看測(cè)試結(jié)果能否滿足控制要求，這樣就能盡早地發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，從而減少不必要的損失。

［1］ 廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［2］ 何煥山.工廠電氣控制設(shè)備［M］.北京:高等教育出版社，1999.