工业工程毕业设计论文基于PLC控制的低压启动柜的控制研究

1、湖 北 文 理 学 院毕业设计(论文)正文题 目基于plc控制的低压启动柜的控制研究专 业工业工程 班 级 工业工程0613姓 名学 号指导教师职 称2012年 5 月 20 日基于plc控制的低压启动柜的控制研究摘要：软启动器于20世纪70年代末和80年代初投入市场，填补了星-三角启动器和变频器在功能实用性和价格之间的鸿沟。采用软启动器，可以控制电动机电压，使其在启动过程中逐渐升高，很自然地控制启动电流，这就意味着电动机可以平稳启动，机械和电应力降至最小。因此软启动器在市场上得到广泛应用，并且软启动器所附带的软停车功能有效地避免水泵停止时所产生的“水锤效应”。 可编程逻辑控制器（plc）是以

2、计算机技术为核心的通用自动化控制装置，它的功能性强，可靠性高，编程简单，使用方便，体积小巧，今年来在工业生产中得到广泛运用，被誉为当代工业自动化主要支柱之一。本文主要研究plc在低压启动柜中的控制，采用三菱plc进行控制研究，分配i/o端子，编写程序，通过plc的控制实现软启动、软停车以及一些指示动作。关键词：软启动器，plc ，软启动，软停车soft starterabstract：soft starter in the nineteen seventies end and at the beginning of the 80's into the market, fill the

3、star three angle of starter and frequency converter in the functional utility and price gap. the soft starter, can control the motor voltage, so that in the start-up process of gradually increased, naturally control starting current, which means that the motor can be started smoothly, mechanical and

4、 electrical stress to a minimum. so soft starter in the market are widely used, and the soft starter with soft stop function effectively avoid water pump stop when the resulting" water hammer effect". programmable logic controller (plc) is a general-purpose automation and control devices w

5、ith computer technology as a core with high functionality and reliability, simple programming, easy to use and compact. in recent years it has been widely used in industrial production, which is well-know as one of the main pillars of modern industrial automation.key words：soft starter, plc , soft-s

6、tart, soft-stop基于plc控制的低压启动柜的控制研究21绪论52. 可编程逻辑控制器plc62.1 plc的概述62.2 plc的工作原理62.3 plc的主要特点72.4plc的性能指标82.5 plc的选型92.6 plc与继电器控制系统的区别103.软启动器123.1 三相异步电动机的启动123.2 三相异步电动机启动方式133.3 电机全压启动的危害133.4三相异步电动机传统软启动方式153.5软启动器163.6软启动器的工作原理163.7 软启动与传统减压启动方式的不同163.8软起器的常用起动方式173.9软启动器的选用183.10软起动运行特点183.11软启动器

7、的保护功能184. 系统原理和方案设计194.1软启动软停车原理分析194.2主回路图204.3软启动分析234.4软停车分析244.5硬件设计244.6软件编制255. 一台软启动器控制启动两台电动机285.1主回路图285.2系统原理分析306. 总结317. 致谢328. 参考文献331绪论研究本课题的目的及意义 异步电动机以其优良的性能及无需维护的特点，在各行各业中得到广泛的应用。然而由于其起动时要产生较大冲击电流(一般为额定电流的5-8倍)，同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低。而传统的减压启动设备虽然可以起到一定的限流作用，但是没有从根本上解决问题。随着传动控制对自动化要

8、求不断提高，采用可控硅为主要器件、plc为控制核心的智能型电动机起动设备软起动器，已在各行各业得到越来越多的应用，由于软起动器性能优良、体积小、重量轻，并且具有智能控制及多种保护功能，而且各项起动参数可根据不同负载进行调整，其负载适应性很强。因此电子式软起动器将逐步取代落后的y/、自耦减压和磁控式等传统的减压起动设备成为必然。现如今软启动广泛应用于各种大型电机的启动，研究plc在软启动中的控制，可以让我们更好的熟悉这类设备以及了解其工作原理。设计过程中使用三菱plc编程，促进了我的plc方面知识的学习，让我的电气知识更加丰富，同时也增强了我的实践动手能力。学习研究plc在软启动器中的控制为我今

9、后更好地学习电气知识打下良好的基础，让我得到一个很好的锻炼机会。2. 可编程逻辑控制器plc2.1 plc的概述可编程逻辑控制器plc（programmable logic c1ontroller），是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心、用作数字控制的专用计算机。自1969年针对工业自动控制的特点需要而开发的第一台plc面试以来，迄今已经30多年了，他的发展包含的前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电

10、气操作人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式独具风格地形成了一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，是用户程序的编制清晰之直观，方便易学，调试和查错都很容易。2.2 plc的工作原理在继电器控制电路中，当某些梯级同时满足导通条件时，这些梯级中的继电器线圈会同时通电，这是一种并行的工作方式。plc是采用循环扫描的工作方式，在plc执行用户程序时，cpu对梯形图自上而下、自左向右地逐次进行扫描，程序的执行是按语句排列的先后顺序进行的，是一种串行的工作方式，不会出现多个线圈同时改变状态的情况，这样有利于避免触点竞争和时序失配的问题。plc上电后首先进行初始化:i

11、/0、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零;定时器预置;识别扩展单元。然后进入循环扫描工作过程，扫描过程如图3-1所示。这个工作过程分为内部处理、外设端口服务、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。内部处理阶段:cpu都要进行复位监视定时器、硬件检查、用户内存检查等操作。通信操作服务阶段:plc与一些智能模块通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。当plc处于停止(stop)状态时只进行内部处理和外设端口服务操作等内容。在plc处于运行(run)状态时从内部处理、外设端口服务、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。2.3 p

12、lc的主要特点1、可靠性高plc的mtbf(mean time between failures)平均故障间隔时间一般在40000-50000h以上，三菱、西门子、abb、松下等微小型plc可达10万h以上，而且均有完善的自诊断功能，判断故障迅速，便于维护。2、模块化组合灵活可编程控制器是系列化产品，通常采用模块结构来完成不同的任务组合。i/0点数从88192点，有多种机型、多种功能模板可灵活组合，结构形式也是多样的。3、功能强,性能价格比高plc应用微电子技术和微计算机，简单型式都具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能。基本型式再加上模拟i/0、基本算术运算、通信能力等。复杂型式除了具有基本型式

13、的功能外，还具有扩展的计算能力、多级终端机制、智能i/o、pid调节、过程监视、网络通信能力、远程i/0、多处理器和高速数据处理能力。一台可编程序控制器可以同时控制几台设备，也可以通过联网通信，实现分散控制，集中管理。4、编程方便plc适用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图(sfc)编程，不需要太多的计算机编程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包，并可在任何兼容的个人计算机上编程。5、适应工业环境，可靠性高，抗干扰能力强plc的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。6、安装、维修简单与计算机系统相比，plc安装不需要特殊机房

14、和严格的屏蔽。使用时只要各种器件连接无误，系统便可正常工作。各个模件上带有运行和故障指示装置，便于查找故障，大多数模件可以带电插拔，模件可更换，使用户可以在最短的时间内查出故障并排除，最大限度地压缩故障停机时间，使生产迅速恢复。一些plc外壳由可在不良工作环境下工作的合金组成，结构简单，上面带有散热槽，在高温下，该外壳不像塑料制品那样变形，还可抗无线电频率(rf高频)电磁干扰、防火等。7、运行速度快随着微处理器的应用，plc的运行速度增快，使它更符合处理高速度复杂的控制任务。8、总价格低plc的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了

15、价格。另外，采用plc还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。2.4plc的性能指标1、存储容量这里专指用户存储器的存储容量，它决定了用户所编程序的长短。大、中、小型plc的存储容量变化范围一般为2kb2mb。2、i/o点数 i/o点数，即plc面板上的i/o端子的个数。i/o点数越多，外部可以连接的i/o器件就越多，控制规模就越大。它是衡量plc性能的重要指标之一。3、扫描速度扫面速度是指plc执行程序的

16、快慢，是一个重要的性能指标，体现了计算机控制取代继电器控制的吻合程度。从自动控制的观点来看，决定了系统的实时性和稳定性。4、指令的多少这是衡量plc能力强弱的标志，决定了plc的处理能力、控制能力的强弱。限定了计算机发挥运算功能、完成复杂控制的能力。5、内部寄存器的配置和容量它直接对用户编制程序提供支持，对plc指令的执行速度及可完成的功能提供直接的支持。6、扩展能力扩展能力包括i/o点数的扩展和plc功能的扩展两方面的内容。7、特殊功能单元特殊功能单元种类多，也可以说plc的功能多。典型的特殊功能单元有模拟量、模糊控制连网等功能。2.5 plc的选型 plc产品的种类、型号很多，他们的功能、

17、价格、使用条件各不相同。选用时，除输入、输出点数外，一般应考虑一下几个方面的问题。1、plc的功能plc的功能要玉所完成的控制任务想适应，这是最近本的。如果选用的plc功能不恰当或者功能太强，很多功能用不上，那就会造成不必要的浪费。如果所选用的功能不强，满足不了控制任务的要求，也无法顺利地组成合适的控制系统。一般机械设备的单机自动控制多属于简单的顺序控制，只要选用具有逻辑运算、定时器、计数器等基本功能的小型plc就可以了。如果控制任务比较复杂，包含了数值计算、模拟信号处理等内容，就必须选用具有数值计算功能、模数和数模转换功能的中型plc。对过程控制来说，还必须考虑plc的速度。plc采用顺序扫

18、描方式工作，它不可能可靠地接收持续时间小于扫描周期的信号。2、入接口模块。plc的输入直接与被控设备的一些输出量相连。因此，除按前述估算结果考虑输入点数外，还要选好传感器等。考虑输入点的参数，主要是他们的工作电压和工作电流。输入点的工作电压和工作电流的范围应与被控设备的输出值（包括传感器等的输出）相适应，最好不经过转换就能直接相连。3、 出接口模块。输出接口模块的任务，是将plc的内部输出信号变换成可以驱动执行机构的控制信号。除考虑输出点数外，在选择是通常还要注意下面两个问题：出接口模块运入的工作电压、电流应大于负载的额定工作电压、电流。对于灯丝负载、电容性负载、电动机负载等，要注意启动冲击电

19、流的影响，留有较大的余量。于感性负载，则应注意在断开瞬间，可能产生很高的反向感应电动势。为避免这种感应电动势击穿元器件或者干扰plc主机的正常工作，应采取必要的抑制措施。另外，还要考虑可靠性、价格、可扩充性、软件开发难度打的难以、是否便于维修等问题。2.6 plc与继电器控制系统的区别plc梯形图与继电器控制电路图非常相似，主要原因是 plc梯形图大致上沿用了继电器控制的元件符号和术语，仅个别之处有不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能也基本上是相同的，但是plc的控制与继电器的控制又有根本的不同之处，主要表现在以下几个方面。1、逻辑控制继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串

20、联或并联，及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每个只有48个对触点。因此，灵活性和扩展性很差。而plc采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，故称为“软接线”。因此灵活性和扩展性都很好。2、工作方式电源接通时，继电器控制电路中各个继电器都同时处于受控状态，即该吸合的都应该吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合，它属于并行工作方式。而的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，属于串行工作方式。3、可靠性和可维护性继电器控制逻辑

21、使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而plc采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。plc还配有自监和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态的监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。4、控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率底，触点的开闭动作一般在几十ms数量级。另外，机械触点还会出现抖动问题。而plc是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令执行时间在数量级，且不会出现抖动。5、定时控制继

22、电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。一般来说，时间继电器存在定时精度不高，定时范围窄，且易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。plc使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体震荡器发生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响定时范围一般从0.001s到若干天或更长。用户和根据需要在程序中设定定时值，然后用软件来控制定时时间。6、设计和施工使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长而且修改困难。工程越大着一点就越突出。而用plc完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计（包括梯形图的设计）可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便

23、。从以上几个方面的比较可知，plc在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便。但是在很小的系统中使用时，价格要高于继电器系统。3.软启动器3.1 三相异步电动机的启动异步电动机以其优良的性能及无需维护的特点，在各行各业中得到广泛的应用。然而由于其起动时要产生较大冲击电流(一般为额定电流的5-8倍)，同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低。为此，人们往往需要配备限制电机起动电流的起动设备，过去人们多采用y/转换，自耦降压，磁控降压等方式来实现。这些方法虽然可以起到一定的限流作用，但没有从根本上解决问题电动机带动生

24、产机械的启动过程中，不同的生产机械有着不同的启动情况。有些机械在启动时负载转矩很小，负载转矩随着转速增加而与速度平方似成正比增加；有些机械在启动过程中接近空载，待速度上升至接近稳定时，再加负载；有些机械在启动时的负载转矩与正常运行是一样大，此外，还有频繁启动的机械设备等。以上这些因素都将对电动机的启动性能之一的启动转矩提出不同的要求。与直流电动机一样，衡量三相异步电动机启动性能好坏的最主要的是启动电流和启动转矩，我们总希望在启动电流较小的情况下获得较大的启动转矩。但是一台普通的三相异步电动机不采措施而直接投入电网启动，即全压启动时，其启动电流较大，而启动转矩却不是很大，这对电网或电动机自身均是

25、不利的。启动电流大的原因是,当电动机接入电网的启动瞬时由于n=0，转子处于静止状态，则旋转磁场以n1切割转子导体，故转子电动势及电流到达最大值，因而定子电流即启动电流也到达最大值，约是额定电流的57倍，这样大的启动电流会使电源和供电线路上的压降增大，引起电网电压波动，影响并联在同一电网上其他负载正常工作。对于电动机本身来说，虽然启动电流大，但持续时间不长，损耗引起的温度增加来不及升到过热程度，因而不致起破坏左右。启动转矩不大的原因是：第一，由于启动电流很大，定子绕组中的阻抗压降增大，而电源电压不变，根据定子电路的电势平衡方程式，感应电动势减小，则主磁通1将与感应电动势成比例的减小；第二，启动时

26、s=1，转子漏抗比转子电阻大的多，转子功率因数很低，虽然启动电流很大，但转子电流的有功分量并不大。起动转矩并不大，一般为额定转矩的1.82倍。根据以上分析可知三相异步电动机启动时的起动电流大主要对电网不利；启动转矩不是很大对负载不利，这是因为若电源电压因种种原因下降较多，则会引起起动转矩按电压平方下降，可能会是电动机带不动负载启动。一般情况下启动是要求尽可能降低起动电流，有足够大的启动转矩，同时启动设备尽可能经济简单，操作方便，且启动时间要短。3.2 三相异步电动机启动方式1、全压启动全压启动就是用刀开关或接触器将电动机定子绕组直接接到额定电压的电网中。虽然前面分析了全压启动存在的缺点，但是这

27、种方法最简单，操作最方便。所以，对于一般小容量的电动机，如果电网容量足够大，应尽量用这种方法。2、减压启动减压启动时并不能降低电源电压，只是采取某种方法把加在定子绕组上的电压降低。减压启动的目的是减小启动电流，但是同时也减小了电机的启动转矩，所以这种启动方式对电网是有利的，对负载不利。3.3 电机全压启动的危害从三相异步电动机固有机械特性的分析中知道，如果在额定电压直接起动三相异步电动机，由于最初起动瞬间主磁通约减少到额定值的一半，功率因数又很低，造成了起动电流相当大而起动转矩并不大的结果。以普通鼠笼式三相异步电动机为例，起动电流：is=kiin=（4-7）in，起动转矩：ts=kttn=（0

28、.9-1.3）tn。再看对供电变压器的影响，整个交流电网的容量相对于单个的三相异步电动机来讲是非常大的。但是具体到直接供电的变压器来讲，容量却是有限的。配电变压器的容量是按其供电的负载总容量设置的，正常运行条件下，变压器由于电流不超过额定电流，其输出电压比较稳定，电压变化率在允许的范围之内。三相异步电动机起动时，变压器提供较大的起动电流，会使变压器输出电压下降。若变压器额定容量相对很大、电动机额定功率相对很小时，短时起动电流不会使变压器输出电压下降多少，因此也没有什么关系。若变压器额定容量相对不够大、电动机额定功率相对不算小时，电动机短时较大的起动电流，会使变压器输出电压短时下降幅度较大，超过

29、了正常值，这样一来，影响了几个方面：起动电动机本身，由于电压太低起动转矩下降很多，当负载较重时，可能起动不了。电动机较大的起动电流引起电压下降，对电动机本身有着不良影响，因电压太低会使电动机起动转矩下降很多，当负载较重时，电动机可能不能起动。通常电动机起动过程时间很短，短时间过大的电流，从发热角度来看，电动机本身是可以承受的。但是，对于起动频繁的电动机，过大的起动电流会使电动机内部过热，导致电机温升过高，使电机绕组绝缘过热而老化。大中异步电动机直接起动的再一个危害就是影响由同一台配电变压器供电的其他负载。显然，即使是偶尔出现一次，也是不允许的。从上边分析看出，变压器额定容量相对电动机讲不足够大

30、时，三相异步电动机不允许直接起动。直接全压起动的危害性主要有如下几点：电动机在空载全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的57倍。当电动机容量相对较大时，该起动电流将引起电网电压急剧下降，电压频率也发生变化，这会破坏同电网其它设备的正常运行，甚至会引起电网失去稳定，造成更大的事故。电动机直接全压起动时的大电流在电机定子线圈和转子上产生很大的冲击力，会破坏绕组绝缘和造成鼠笼条断裂，引起电机故障，大电流还会产生大量的焦耳热，损伤绕组绝缘， 减少电机寿命。电动机直接全压起动时的起动转矩约为额定转矩的2倍，对于齿轮传动设备来说，很大的冲击力会使齿轮磨损加快甚至破碎；对于皮带传动设备来说，加大了皮带磨损

31、甚至拉断皮带。对于水泵类负荷来说，电动机全压起动时，水流会在很短的时间内达到全速，在遇到管路拐弯时，高速的水流冲击到管壁上，产生很大的冲击力，形成水锤效应，会破坏管道。如果水泵前面的管路比较长，当水泵电机突然停止时，高速的水流会冲击到水泵的叶轮上，产生很大的冲击力，会使叶轮变形或损坏。直接起动时电机速度上升很快，润滑油往往不能及时到位，会引起轴承干磨，降低其使用寿命。电动机在起动时，会产生短时间的谐波电流，使电网的谐波大量增加。电网谐波含量的增加，将导致电气设备寿命缩短，网损加大，系统发生谐波谐振的可能性增加。同时，还可能引起继电保护和自动装置误动，仪表指示和电度计量不准以及通信受干扰等一系列

32、问题。直接全压起动还会在高压开关关合时产生陡度很大的操作过电压，使定子绕组上电压分布不均匀，对其绝缘造成极大的伤害。许多电机的自身故障都是由于绝缘受到伤害而引起的。以上各点都会使设备增加停工台时，影响生产的正常进行，增加维修费用。综合考虑，在经济条件允许的情况下应尽量避免采用电动机的直接起动方式，以保证电网的供电质量。在这种情况下，大中型异步电动机的软起动作为一个重要的课题被提出来。3.4三相异步电动机传统软启动方式1、y/减压启动这种方法只适用于定子绕组在正常工作时是联结的三相异步电动机。电动机电子绕组的六个端头都引出来接到转换开关上。在启动时，电子绕组先是y形联结，这时电机的相电压为（un

33、/）的低压下启动，待电机转速升高以后，再改为联结，使电机在额定电压下运行。这种方法的优点是设备比较简单联结，成本低，运行较为可靠，y系列容量等级在4kw以上的小型三相鼠笼电机都是联结，以便采取y/减压启动。其缺点是只适用与正常运行时定子绕组是联结的电机，并且只有一种固定的降压比，只适合空载或轻载启动。2、自耦变压器减压启动自耦变压器用作点击减压启动，称为启动补偿器。启动时，自耦变压器的高压侧接入电网，低压侧接电动机定子绕组。启动完毕，切除自耦变压器，电动机直接接入额定电压的电网运行。这种启动方式的优点是电网限制的启动电流相同时，用启动补偿器减压启动将比其他减压启动方式获得较大的启动转矩，用户可

34、以根据电网准许的启动电流和机械负载所需的启动转矩进行选配。缺点是电路较复杂，设备价格高，不容许频繁启动。3、定子串电阻或电抗减压启动电动机启动时，在定子回路中串入电阻或电抗，待启动后再将它切除。显然，串入的电阻或电抗起分压的作用，使加在电动机定子绕组上的相电压低于电源的相电压，使启动电流小于全压启动时的启动电流。这种启动方式的启动优点是启动比较平稳，运行可靠，设备简单。缺点是启动转矩随电压的二次方降低，只适合轻载启动，同时启动时电能损耗较大。3.5软启动器伴随传动控制对自动化要求的不断提高，采用可控硅硅为主要器件、plc为控制核心的智能型电动机起动设备软起动器，已在各行各业得到越来越多的应用，

35、由于软起动器性能优良、体积小、重量轻，并且具有智能控制及多种保护功能，而且各项起动参数可根据不同负载进行调整，其负载适应性很强。因此电子式器将逐步取代落后的y/、自耦减压和磁控式等传统的减压起动设备成为必然。3.6软启动器的工作原理启动器（又称软起动器，电机软起动器） 软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为soft starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。电动机软起动器是运用串接于电源与被控

36、电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。3.7 软启动与传统减压启动方式的不同1.无冲击电流软启动器在启动时，通过逐渐增大晶闸管导通角，电压无级上升，使电动机启动电流从零开始线性上升至设定值，使电动机平滑的加速，通过减小转矩波动减轻对齿轮、联轴器及带的危害。2.恒流起动软起动器可以引入电流闭环控制，使电动机在起动过程中保持恒流，确保电动机平稳起动。3.根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。3.8软起器的常用起动方式运用串

37、接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式。斜坡升压软起动。这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。斜坡恒流软起动。这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1至t2阶段），直至起动完毕。起动过程中，电流上升

38、变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。阶跃起动。开机，即以最短时间，使起动电流迅速达到设定值，即为阶跃起动。通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。脉冲冲击起动。在起动开始阶段，让晶闸管在级短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流起动。该起动方法，在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合。3.9软启动器的选用（1）选型：目前市场上常见的软启动器有旁路型、无旁路型、节能型等。根据负载性质选择不同型号的软启动器。旁路型：在电动机达到额定

39、转数时，用旁路接触器取代已完成任务的软启动器，降低晶闸管的热损耗，提高其工作效率。也可以用一台软启动器去启动多台电动机。无旁路型：晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，忽略电压谐波分量，经常用于短时重复工作的电动机。节能型：当电动机负荷较轻时，软启动器自动降低施加于电动机定子上的电压，减少电动机电流励磁分量，提高电动机功率因数。（2）选规格：根据电动机的标称功率，电流负载性质选择启动器，一般软启动器容量稍大于电动机工作电流，还应考虑保护功能是否完备，例如：缺相保护、短路保护、过载保护、逆序保护、过压保护、欠压保护等。3.10软起动运行特点1、能使电机起动电压以恒定的斜率平稳上升，起动电流

40、小，对电网无冲击电流，减小负载的机械冲击。2、起动电压上升斜率可调，保证了起动电压的平滑性，起动电压可依据不同的负载在30%70%ue(ue为额定电压)范围内连续可调。3、可以根据不同的负载设定起动时间。4、起动器还具有可控硅短路保护、缺相保护、过热保护、欠压保护。3.11软启动器的保护功能(1)过载保护功能：软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。 (2)缺相保护功能：工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可做出缺相保护反应。 (3)过热保护功能：通过

41、软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。 (4)其它功能：通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。4. 系统原理和方案设计软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。4.1软启动软停车原理分析磁控式可调电抗原理图如图，电抗原始值为lo，可调电源的电流值改变时，由于互感的作用，电抗的输出值也随之变化，合

42、理选择电感参数，可使电源电压由小到大变化时电抗输出值在l0o之间变化磁控式可调电抗原理在实际装置中电抗有三组，分别串联在电机的三相绕组中。可调电源为可控硅，通过改变可控硅的触发角来改变输出电压，从而改变电抗的输出电抗值。m为笼型电机，电抗控制部分由plc主控模块、a/d模块、电流互感器、可控硅及其触发单元、可调电抗等构成。磁控式可调电抗的输出端串联在笼型电机的转子回路中，控制端口接可控硅的输出端。plc控制系统中给定值为电机额定电流值，反馈电流值是用电流互感器取电机的一相转子电流，经a/d转换后送入plc。电机起动前旁路开关km2断开，可调电抗开关km1闭合，使可调电抗串联在电机的转子回路中，

43、电机断路器qf在断开位置。此时可调电抗的值为其最大值lo。起动时plc发出信号先合上断路器qf，电机开始起动，电流迅速增大。a/d模块将电流互感器送来的电流量模拟值转换为反馈数字信号送入plc。plc得到反馈信号后开始进行pid运算。运算的结果是数字量，经过d/a转换后输出电流模拟量，控制可控硅触发角，使可控硅输出电压逐渐增大，从使而可调电抗值l0逐渐减小。随着电机的起动，反馈值i0不断减小，因此plc的输出电流模拟量值不断增大，使可控硅输出电压值不断增大，可调电抗值不断减小。当可调电抗值减小到零时，电流反馈值与给定值相等，电机的转子电流由最大值减小到额定值。此时plc发出信号，合上km2，可

44、调电抗被旁路，电机正常运行，这时断开km1，使可调电抗平稳退出，起动过程结束。4.2主回路图主回路图如图4.2所示，l1,l2,l3为三相电源的三根接线，qf为断路器，km为旁路接触器触点，m为电动机。图4.2软启动器主电路图先合上断路器qf，电动机开始启动。软启动器调节可控硅的导通角，使电动机逐渐加速。经延时，电动机转速达到额定转速，软启动完成，旁路回路接触器km动作,接通旁路回路，将软启动器短接，让电源直接经km触点，电动机正常工作，软启动结束。启动完成后，让电源经由旁路，这样延长了软启动器的寿命，同时也使电网避免了谐波污染。二次控制电路图如图4.3图4.3二次控制电路图元器件代号说明sb

45、1软启动器启动按钮sb2软启动器停止按钮sb3软停车按钮ka1软启动器内部主电路继电器ka2中间继电器m1可用plc内部中间继电器km1旁路接触器t1可用plc内部时间继电器x002软启动完成输出x003故障输出l1故障指示灯l2停止指示灯l3运行指示灯断路器合上后，按下启动按钮sb1，软启动器内部主电路继电器ka1闭合，接通软启动器，电动机开始软启动。经延时一段时间，电动机转速达到额定转速，软启动完成，旁路接触器km1闭合，接通旁路回路，电源经旁路接触器，将软启动器短接，电动机正常工作。此时，运行指示灯l3亮，指示：电动机正常运行。电动机正常运行时，按下软停按钮sb3，旁路接触器km1触点断

46、开，旁路回路断开，电源经软启动器。电动机转速逐渐降，经延时4s（系统设定软停时间）减速至停止，时间继电器常闭触头断开（可用plc内部时间继电器），软启动器内部主电路继电器ka1断开，软启动器停止，软停车结束。此时，km1和ka1的动断触头闭合，停止指示灯l2亮，指示：电动机停止。4.3软启动分析 电机软启动时，按下启动按钮软启动器接通，继电器ka1吸合自锁，停止指示灯灭，开始软启动工作。经延时，电机转速接近（或者达到）额定转速后，软启动结束。plc接受信号控制旁路接触器的控制触点动作，km闭合，接通旁路，使软启动内部的主电路短接，让电源直接经km主触点，电动机正常工作。4.4软停车分析电机正常

47、运转，旁路接触器的控制触点动作，km断开，此时接通软启动器，电机缓慢减速，经过延时x s（软启动器设置的软停时间）ka1断开，km和ka1都断开，则停止指示灯亮，电机停止通电。软停车可以有效地避免水泵停止时所产生的“水锤效应” 。实际应用中，软启动器和电动机有可能不在同一地方，就需要异地控制，所以应添加异地启动的功能。可在二次控制电路添加虚线中的元器件，如图4.4：图4.4sby1为外控启动按钮，sby2为异地停止按钮4.5硬件设计根据装置工作需要，选用合适的plc是关键所在。在本设计中选择性价比较高的日本三菱公司的fx2n系列fx2n-16mr-001可编程控制器来构建控制系统。采用交流22

48、0v电源供电，主模块本身带有8路开关量输入，用于检测控制命令和开关状态；6路继电器型开关量输出，用于各操作开关的控制。fx2n系列是三菱plcfx家族中最先进的系列。有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块，灵活性和控制能力强。其具有以下功能特点：1.系统配置即固定又灵活；2.编程简单；3.备有可自由选择，丰富的品种；4.令人放心的高性能；5.高速运算；6.使用于多种特殊用途；7.外部机器通讯简单化；8.共同的外部设备。i/o点数分配表输入端子功能指示x000软启动器启动x001软启动器停止x002软启动器启动完成输出x003故障输出x004电机软停车输出点数功能指示y000软启动器内

49、部电路继电器ka1闭合y001旁路接触器km闭合y002运行指示灯亮y003停止指示灯亮y004故障指示灯亮4.6软件编制软启动，plc接收启动信号后，对电机的故障进行检测，若发生过电流、断相、堵转等故障，则软启动器停止工作，旁路继电器失电，电机结束启动。无故障则开始启动，控制ka闭合，软启动工作，经延时电机转速接近额定转速，软启动完成，给出信号，接通旁路接触器km，将软启动器内部主电路短接，软启动结束。软启动plc控制程序流程图如图4.5：图4.5 软启动plc控制程序流程图软停车，电机正常运行，若电动机存在故障，则关闭软启动器，旁路断开，电动机直接停止。无故障则开始软停车，旁路接触器断开，

50、电源经软启动器，电动机逐渐减速。经延时，电动机停止转动，则软停车完成，软启动器主电路继电器断开，软启动器停止工作，软停车启动结束。软停车plc控制程序流程图如图4.6：图4.6软停车plc控制程序流程图5. 一台软启动器控制启动两台电动机在实际的生产应用当中，往往需要实现一台软启动器对多台电动机的起动，所以，用plc实现“一拖多”就具备了极其实用的意义。软起动器可设置为软起动、软停止，限流起动和智能制动等工作方式，软起动器特别适用于大容量电动机的起动、停止控制，它实际上是一种智能的产品。本设计研究具有代表意义的一台软启动器启动两台电动机。5.1主回路图主回路图如图5.1：图5.1主回路图1m1

51、和m2为1号电动机和2号电动机，qf为断路器，fr为热继电器，km11和km21分别为接通两电动机与软启动器之间电路的接触器触头，km12和km22为两台电动机的旁路接触器触头。图5.2主回路图2run为软启动器的启动端子 ，stop为软启动器的停止端子，sb为按钮二次控制电路sb1，sb2，sp1，sp2为按钮，x000为软启动完成输出，kt1，kt2为时间继电器5.2系统原理分析 “一起二”时，先操作二次电路，让km11闭合，为启动m1做好准备，然后按下启动按钮sb。因为只有km11闭合后sb才有效。在km11闭合后，开始软启动，电动机转速逐渐增加，当电动机转速达到额定转速时，软启动完成，

52、旁路接触器km12闭合，时间继电器kt1开始延时，延时结束后sb1常闭触点断开，使kt1断开。旁路接触器为m1供电，而软启动器退出运行。 可以用上述同样的方法启动m2。控制电路中设置了互锁，即不能同时启动两台电动机，先启动一台，电动机正常工作后，软启动器退出运行后，才能够启动另一台电动机。6. 总结本文针对基于plc控制的三相异步电动机的软启动、软停车等控制问题，设计了以plc为核心的智能控制系统，实现了电动机的软启动、软停车，还兼有各种具有时间共用的小设计，以及电路的保护功能。利用软启动器启动电动机，能够是电动机平滑启动，避免了电动机直接启动时产生的巨大电流对电网的冲击以及硬停车时产生的“水锤效应” 。利用高可靠性的plc对系统中各种逻辑切换控制和保护控制，极大地提高了整个系统的可靠性。在整个系统的设计中，尽量体现“巧”与“全”的特点。“全”的特点在于在做一个设计的时候结合实际情况，尽可能多的地做出最方便，功能最全