《电气控制与PLC应用技术》-项目五

任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路应知点：1、了解机械抱闸制动的原理及控制2、了解反接制动的原理3、了解三相异步电动机反接制动的继电器--接触器控制线路工作原理应会点：1、掌握速度继电器的使用2、掌握三相异步电动机反接制动的继电器--接触器控制线路设计、安装、检修

任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路一、任务简述在实际运用中，有些生产机械，如万能铣床、卧式镗床、组合机床等往往要求电动机快速、准确地停车，而电动机在脱离电源后由于机械惯性的存在，完全停止需要一段时间，这样就使得非生产时间拖长，影响了劳动生产率，不能适应某些生产机械的工艺要求。在实际生产中，为了保证工作设备的可靠性和人身安全，为了实现快速，准确停车，缩短辅助时间，提高生产机械效率，对要求停转的电动机采取措施，强迫其迅速停车，这就叫“制动”。三相异步电动机的制动方法有两类，机械制动和电气制动。机械制动是利用机械装置使电动机从电源切断后能迅速停转。它的结构有好几种形式，应用较普遍的是电磁抱闸，它主要用于起重机械上吊重物时，使重物迅速而又准确地停留在某一位置上。电气制动是使异步电动机所产生的电磁转矩和电动机的旋转方向相反。电气制动通常可分为能耗制动和反接制动。

二、相关知识（一）机械抱闸制动机械制动是在电动机断电后利用机械装置对其转轴施加相反的作用力矩（制动力矩）来进行制动。1、电磁抱闸制动器的结构如图5-1所示，电磁抱闸制动器主要由电磁铁和闸瓦制动器组成。而用电磁铁又由线圈、铁芯、衔铁组成；闸瓦制动器则由轴、闸轮、闸瓦、杠杆弹簧组成。任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路图5-1电磁抱闸制动器2、电磁抱闸制动的控制电路电磁抱闸制动的控制电路如图5-2所示，工作过程如下：在没通电的情况下，闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机处于制动状态。启动时，按下SB1启动按钮，KM线圈得电，KM主触头、自锁触头闭合，电磁抱闸YA线圈得电，线圈的电磁吸力大于弹簧的拉力，闸瓦与闸轮分开，电动机启动运转。制动时，按下SB2停止按钮，KM线圈断电释放，YA线圈断电释放，闸瓦在弹簧力的作用下，紧紧抱住闸轮，电动机迅速制动。任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路图5-2电磁抱闸制动控制电路（二）反接制动电源反接制动是依赖改变电动机定子绕组的电源相序，而迫使电动机迅速停转的一种方法。反接制动通常采用速度继电器来控制其制动过程。1、电源反接制动电源反接制动的方法是改变电动机定子绕组与电源的联接相序，如图5-3所示，先断开QS1开关，后接通QS2开关即可。任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路电源的相序改变，旋转磁场立即反转，而使转子绕组中感应电势、电流和电磁转矩都改变方向，因机械惯性，转子转向未变，电磁转矩与转子的转向相反，电动机进行制动，此称电源反接制动。

图5-3电源反接制动图2、速度继电器速度继电器主要用作笼型异步电动机的反接制动控制，亦称反接制动继电器。（1）外形结构及符号速度继电器的外形结构及符号如图5-4所示，其文字符号为KS。它主要由转子、定子和触点三部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路（a）外形（b）符号图5-4速度继电器的外形结构及符号（2）动作原理

速度继电器的动作原理如图5-5所示,其转轴与电动机的轴相连接，而定子空套在转子上。当电动机转动时，速度继电器的转子（永久磁铁）随之转动，在空间产生旋转磁场，切割定子绕组，而在其中感应出电流。此电流又在旋转的转子磁场作用下产生转矩，使定子随转子转动方向而旋转，和定子装在一起的摆锤推动动触头动作，使常闭触点断开，常开触点闭合。当电动机转速低于某一值时，定子产生的转矩减小，动触头复位。一般速度继电器的动作转速为120r/min，触头的复位转速在100r/min以下，转速在3000—3600r/min以下能可靠工作。任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路1-转轴2-转子3-定子4-绕子5-摆锤6、7-静触点8、9-动触点图5-5速度继电器原理示意图（3）型号含义常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型，其型号及含义如下。任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路三、应用实施（一）反接制动反接制动是在电动机三相电源被切断后，立即通上与原相序相反的三相电源，以形成与原转向相反的电磁力矩，利用这个制动力矩使电动机迅速停止转动。这种制动方式必须在电动机转速降到接近零时切除电源，否则电动机仍有反向力矩可能会反向旋转，造成事故。三相异步电动机单向运转反接制动控制线路如图5-6所示。

任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路图中主回路中所串电阻R为制动限流电阻，防止反接制动瞬间过大的电流可能会损坏电动机。速度继电器KS与电动机同轴，当电动机转速上升到一定数值时，速度继电器的动合触点闭合，为制动做好准备。制动时转速迅速下降，当其转速下降到接近零时，速度继电器动合触点恢复断开，使接触器KM2线圈断电，防止电动机反转。线路动作原理为：反接制动的优点是制动迅速，但制动冲击大，能量消耗也大。故常用于不经常起动和制动的大容量电动机。任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路（二）双向反接制动有些设备正转和反转停止都需要制动控制，可以采用三相异步电动机的双向反接制动电路如图5-7所示1、电路分析主电路中主要器件的作用为：KM1主触头用于正转运行及反转时的反接制动；KM2主触头用于反转运行及正转时的反接制动；KM3运转时闭合，制动时断开，保证电动机串接限流电阻制动；KA5速度继电器的两个常开触头，一个用于正转时的反接制动，另一个用于反转时的反接制动。控制电路中的主要器件作用为：SB1复合按钮、KA1、KA3中间继电器、KM1、KM3接触器用于电动机的正转控制；SB2复合按钮、KA2、KA4中间继电器、KM2、KM3接触器用于电动机的反转控制；正转的反接制动主要用到SB3停止按钮，速度继电器KA5-1常开触头、中间继电器KA3、接触器KM2、KM3等；反转的反接制动主要用到SB3停止按钮、速度继电器KA5-2常开触头、中间继电器KA4、接触器KM1、KM3等。任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路图5-7三相异步电动机的双向反接制动控制电路图中，KM1、KM2为正、反转接触器，KM3为短接电阻接触器，KA1、KA2、KA3为中间继电器，KS为速度继电器，其中，KS-1为正转闭合触点，KS-2为反转闭合触点，R为起动与制动电阻。2、电路的工作原理正转串电阻降压启动：额定运行：

任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路停机制动分断电源：按下SB3停止按钮，中间继电器KA1线圈失电，其控制过程如下：任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路串接电阻制动：由于KA3-2已闭合，KM1常闭触头又重新闭合所以KM2线圈得电KM2主触头闭合电动机串电阻R反接制动。制动结束：当电动机的转速100转/分时，常驻机构开触头重新分断，使三相异步电动机的反向启动需按下复合按钮SB2，制动时仍按SB3，其控制原理与正转电路相同，请读者自己分析。任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路四、操作技能考评通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如下表5-1进行。表5-1任务操作技能考核要求和考核标准任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路任务一三相异步电动机反接制动的继电器

—接触器控制线路应知点：了解PLC程序设计的方法—移植法应会点：掌握应用PLC实现电动机反接制动控制系统的设计、安装、调试

任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计一、任务简述电动机反接制动控制系统也可以用PLC实现对其控制，而且效果好，线路简单，运行稳定。二、相关知识PLC程序设计方法—移植法是根据继电器电路图设计PLC梯形图的方法。PLC使用与继电器电路图极为相似的梯形图语言。如果用PLC改造继电器控制系统，根据继电器电路图来设计梯形图是一条捷径。这是因为原有的继电器控制系统经过长时间的使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处，因此可以将继电器电路图"翻译"成梯形图，即用PLC的外部硬件接线图和梯形图代替继电器系统，这种设计方法一般不需要改动控制面板，保持了系统原有的外部特性，操作人员不用改变长期形成的操作习惯。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计1、基本方法继电器电路图是一个纯粹的硬件电路图。将它改为PLC控制时，需要用PLC的外部接线图和梯形图来等效继电器电路图。可以将PLC想象成是一个控制箱，其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部“线路图”，梯形图中的输入位和输出位是这个控制箱与外部世界联系的“接口继电器”，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统，在分析梯形图时可以将输入位的触点想象成对应的外部输入器件的触点，将输出位的线圈想象成对应的外部负载的线圈。外部负载的线圈除了受梯形图的控制外，还右能受外部触点的控制。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计将继电器电路图转换成为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图的步骤如下：（1）了解和熟悉被控设备的工作原理，工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。（2）确定PLC的输入信号和输出负载。继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构如果用PLC的输出位来控制，它们的线圈在PLC的输出端。按钮操作开关和行程开关，接近开关等提供PLC的数字量输入信号，继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的存储器位和定时器来完成,它们与PLC的输入位，输出位无关任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计（3）选择PLC的型号，根据系统所需要的功能和规模选择CPU模块，电源模块和数字量输入和输出模块，对硬件进行组态，确定输入，输出模块在机架中的安装位置和它们的起始地址。（4）确定PLC各数字量输入信号与输出负载对应的输入位和输出位的地址，画出PLC的外部接线图。各输入和输出在梯形图中的地址取决于它们的模块的起始地址和模块中的接线端子号。（5）确定与继电器电路图中的中间，时间继电器对应的梯形图中的存储器和定时器,计数器的地址。（6）根据上述的对应关系画出梯形图。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计2、注意事项根据继电器电路图设计PLC的外部接线图和梯形图时应注意以下问题：（1）应遵守梯形图语言中的语法规定。由于工作原理不同，梯形图不能照搬继电器电路中的某些处理方法。例如在继电器电路中，触点可以放在线圈的两侧，但是在梯形图中，线圈必须放在电路的最右边。（2）适当的分离继电器电路图中的某些电路。设计继电器电路图时的一个基本原则是尽量减少图中使用的触点的个数，因为这意味着成本的节约，但是这往往会使某些线圈的控制电路交织在一起。在设计梯形图时首要的问题是设计的思路要清楚。设计出的梯形图容易阅读和理解，并不在意是否多用几个触点，因为这不会增加硬件的成本，只是在输入程序时需要多花一点时间。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计（3）尽量减少PLC的输入和输出点。PLC的价格与I/O点数有关，因此输入、输出信号的点数是降低硬件费用的主要措施。在PLC的外部输入电路中，各输入端可以接常开点或是常闭点，也可以接触点组成的串并联电路。PLC不能识别外部电路的结构和触点类型，只能识别外部电路的通断。（4）时间继电器的处理时间继电器除了有延时动作的触点外，还有在线圈通电瞬间接通的瞬动触点。在梯形图中，可以在定时器的线圈两端并联储器位的线圈，它的触点相当于定时器的瞬动触点。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计（5）设置中间单元在梯形图中，若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制。为了简化电路，在梯形图中可以设置中间单元，即用该电路来控制某存储位，在各线圈的控制电路中使用其常开触点。这种中间元件类似于继电器电路中的中间继电器。（6）设立外部互锁电路控制异步电动机正以转的交流接触器如果同时动作，将会造成三相电源短路。为了防止出现这样的事故，应在PLC外部设置硬件互锁电路。（7）外部负载的额定电压PLC双向晶闸管输出模块一般只能驱动额定电压AC220V的负载，如果系统原来的交流接触器的线圈电压为380V，应换成220V的线圈，或是设置外部中间继电器。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计三、应用实施（一）反接制动的PLC程序编制1、控制要求：图5-6为任务一的反接制动主电路和控制电路，请将反接制动的控制过程改用PLC控制。2、PLC的选型从继电器控制系统图可知，该系统有启动按钮、停止按钮、速度继电器、热继电器4个输入，均为开关量。该系统中有输出信号2个，其中KM1为电源接触器，KM2为反接制动接触器，所以控制系统可选用CPU222AC/DC/RLY，I/O点数均为14点，满足控制要求，而且还有一定的余量。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计3、反接制动控制电路PLC控制的I/O分配反接制动控制电路的输入有启动按钮、停止按钮、速度继电器和热继电器，输出有电源接触器和反接制动接触器，PLC的输入／输出点分配表，见表5-2所示。表5-2

反接制动控制电路PLC的输入／输出点分配表任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计4、硬件接线图应用PLC实现电动机反接制动控制系统硬件接线图如图5-9所示。为了防止短路，在KM1、KM2接了电气互锁任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计图5-9PLC实现电动机反接制动控制系统硬件接线图5、程序设计采用移植法编写程序，由图5-6，根据I/O对应关系，FR的动断用I0.3的动断代替，SB2用I0.0代替，SB1用I0.1代替，KS用I0.2代替，KM1用Q0.0代替,KM2用Q0.1代替，再将块电路放前面，获得图5-10所示的梯形图。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计按下SB2，I0.0接通，Q0.0得电自锁，KM1吸合，电动机正转，当速度达到120r/min值时，KS闭合，I0.2接通，为反接制动做准备，当按下停止按钮时，I0.1接通，Q0.0断开，KM1失电，正转停止，KM2接通，处于反接制动状态，当速度降到低于100r/min时，I0.2断开，Q0.1失电，KM2断开，反接制动停止。图5-10

反接制动梯形图6、线路安装线路安装按照先主后辅，而且一定要套线号。线路安装完后用电阻法检查是否有短路性故障。7、通电试车 检查完后将程序下载到PLC，运行试车，如有问题，检查排除故障。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计（二）可逆运行反接制动的PLC程序编制将图5-7所示的继电器控制可逆运行反接制动控制线路改为PLC控制。1、PLC的选型从继电器控制系统图可知，该系统有正转按钮、反转按钮、停止按钮、正转速度继电器、反转速度继电器、热继电器六个输入，均为开关量。该系统中有输出信号3个，其中KM1为正转接触器，KM2为反转接触器，KM3为制动电阻短接继电器，所以控制系统可选用CPU222AC/DC/RLY，I/O点数均为14点，满足控制要求，而且还有一定的余量。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计2、反接制动控制电路PLC控制的I/O分配反接制动控制电路的输入有启动按钮、停止按钮、速度继电器和热继电器，输出有电源接触器和反接制动接触器，PLC的输入／输出点分配表，见表5-3所示。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计3、硬件接线图PLC控制可逆运行反接制动硬件接线图如图5-11所示。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计图5-11PLC控制可逆运行反接制动硬件接线图4、程序设计采用移植法编写程序，由图5-6，根据I/O对应关系和编程规则，获得图5-12所示的梯形图。任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计四、操作技能考评通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如下表5-4进行。表5-4

任务操作技能考核要求和考核标准任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计任务二应用PLC实现电动机反接制动控制

系统的设计应知点：1、了解能耗制动的原理2、了解三相异步电动机能耗制动的继电器--接触器控制线路工作原理应会点：掌握三相异步电动机能耗制动的继电器--接触器控制线路的设计、安装、检修任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路一、任务简述反接制动虽然具有设备简单、制动力矩较大、制动迅速的特点，但机械冲击强烈、制动不平稳、准确度不高。在要求平稳制动，停位准确的场合，通常采用能耗制动（如铣床、龙门刨床及组合机床的主轴定位等）。二、相关知识三相鼠笼式异电动机的能耗制动，就是把转子储存的机械能转变成电能，又消耗在转子上，使之转化为制动力矩的一种方法。任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路1、能耗制动的原理三相异步电动机正常运转分断电源后，仍会做一段时间的惯性运动。此时，若在定子绕组中通入一恒定直流电，在定子气隙中就会产生一个恒定磁场，转子电路中就会产生感应电流，该感应电流与恒定磁场的相互作用就会产生一个制动力矩，使转子转速迅速下降，当n=0时，T=0，制动过程结束，停机后需切断直流电源。这种方法是将转子的动能转变为电能，消耗在转子回路的电阻上，所以称能耗制动。其制动原理如图5-13所示，当QF1断开电源停机时，QF2接通，使Ｖ、Ｗ相绕组通入直流电源V、W相绕组，电动机就进入了能耗制动状态。这种制动所消耗的能量较小，制动准确率较高，制动转距平滑，但制动力较弱，制动力矩与转速成正比地减小。还需另设直流电源，费用较高。任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路图5-13

能耗制动的原理2、能耗制动主电路为了节约器材，实际的能耗制动是对原电源半波或桥式整流得到直流电，而不需另配直流电源。如图5-14所示，三相异步电动机半波整流能耗制动主电路如下：任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路（a）半波整流直流电源（b）桥式整流直流电源图5-14

能耗制动的主电路图如图5-14（a）所示，当KM2接通时，电流从L3经QS、FU、触点KM2、电动机的绕组V、电动机的绕组W、触点KM2、二极管VD、电阻R流回到零线，这样在电动机的绕组中就通过了一直流电，从而产生磁场，电动机处于发电状态，将电动机的动能，转变为电能，消耗在电阻R上，使电动机迅速停机。图5-14（b）的原理一样，唯一的不同是直流采用桥式整流获得。任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路三、应用实施1、用速度继电器控制的能耗制动控制线路用速度继电器控制的能耗制动控制线路如图5-15所示。图中KM1为交流电源接触器、KM2为直流电源接触器、KS为速度继电器，VD为整流二极管，R为限流电阻。任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路图5-15

三相异步电动机半波整流能耗制动控制电路线路动作原理为：起动：能耗制动：任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路2、时间原则控制的能耗制动控制线路按时间原则控制的能耗制动控制线路如图5-16所示。图中主电路在进行能耗制动时所需的直流电源由四个二极管组任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路成单相桥式整流电路通过接触器KM2引入，交流电源与直流电源的切换是由KM1、KM2来完成，制动时间由时间继电器KT决定。线路动作原理为：起动：

能耗制动：

任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路图5-17

为电动机按时间原则控制可逆运行的能耗制动控制线路。在其正常的正向运转过程中，需要停止时，可按下停止按钮，KM1断电，KM3和KT线圈通电并自锁，KM3常闭触头断开起着锁住电动机启动电路的作用；KM3常开主触头闭合，电动机定子接入直流电源进行能耗制动，转速迅速下降，当其接近零时，时间继电器延时断开的常闭触头KT断开，KM3线圈断电，KM3常开辅助触头复位，时间继电器KT线圈也随之失电，电动机正向能耗制动结束，电动机自然停车。电动机反向能耗制动分析类似，请读者自行分析。任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路

能耗制动的优点是制动准确、平稳、能量消耗小，但需要整流设备。故常用于要求制动平稳、准确和起动频繁的容量较大的电动机。任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路图5-17

按时间原则控制可逆运行的能耗制动控制线路图四、操作技能考评通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如下表5-5进行。表5-5

任务操作技能考核要求和考核标准任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路任务三三相异步电动机能耗制动的继电器

—接触器控制线路应知点：1、了解梯形图经验设计法2、了解常用基本环节梯形图程序应会点：1、掌握梯形图经验设计法设计程序2、掌握PLC实现电动机能耗制动控制系统的设计、安装、调试。任务四应用PLC实现电动机能耗制动控制

系统的设计一、任务简述能耗制动具有平稳制动，停位准确的特点，应用PLC实现电动机能耗制动控制系统更具有控制精确、稳定、抗干扰能力强，已被广泛应用于各生产机械中。二、相关知识1、梯形图经验设计法经验设计法也叫试凑法，经验设计法需要设计者掌握大量的典型电路，在掌握这些典型电路的基础上，充分理解实际的控制问题，将实际控制问题分解成典型控制电路，然后用典型电路或修改的典型电路进行拼凑梯形图。2、梯形图经验设计法的步骤（1）分析控制要求，确定输入、输出设备，绘制I/O接线图；（2）典型单元梯形图程序的引入；（3）修改、完善以满足控制要求。任务四应用PLC实现电动机能耗制动控制

系统的设计三、应用实施（一）采用断电延时定时器完成制动时间控制1、控制要求：能耗制动的主电路和时序图如图5-18，从时序图可知，按照前图5-16，按下启动按钮，电动机运行，按下停止按钮SB1，停止运行，接通KM2能耗制动，经过时间T1，能耗制动结束，电动机停止。任务四应用PLC实现电动机能耗制动控制

系统的设计图5-18

能耗制动的主电路和时序图2、PLC的选型从上面的分析可知系统有启动按钮、停止按钮、热继电器3个输入，均为开关量。该系统中有输出信号2个，其中KM1为正常运行接触器，KM2为能耗制动接触器。所以控制系统可选用CPU222AC/DC/RLY，I/O点数均为14点，满足控制要求，而且还有一定的余量。任务四应用PLC实现电动机能耗制动控制

系统的设计3、I/O分配PLC控制能耗制动I/O分配表见5-6。表5-6PLC控制能耗制动I/O分配表任务四应用PLC实现电动机能耗制动控制

系统的设计4、硬件接线图PLC控制能耗制动硬件接线图如图5-19所示。任务四应用PLC实现电动机能耗制动控制

系统的设计图5-19PLC控制能耗制动硬件接线图5、程序设计由时序图可知，其控制要求比较简单，可以采用启动、保持和停止电路作为基本框架编程，经改进完成PLC控制能耗制梯形图如图5-20所示。当I0.0接通时，Q0.0得电自锁，电动机运行，当按下停止按钮时，I0.1接通，Q0.0失电，Q0.1得电自锁，开始能耗制动，并开始计时，经过8s，定时器T37动作，Q0.1失电能耗制动完成。任务四应用PLC实现电动机能耗制动控制

系统的设计6、线路安装线路安装按照先主后辅，而且一定要套线号。线路安装完后用电阻法检查是否有短路性故障。7、通电试车 检查完后将程序下载到PLC，运行试车，如有问题，检查排除故障。任务四应用PLC实现电动机能耗制动控制

系统的设计图5-20PLC控制能耗制梯形图（二）采用断电延时定时器完成制动时间控制本任务在上例中采用了通电延时定时器完成制动时间控制，下面采用断电延时定时器同样可以完成此任务，I/O分配、硬件接线图都和原来一样，只要将程序改为图5-21的梯形图即可。当按下启动按钮时，I0.0接通，Q0.0得电自锁，断电延时定时器T37得电，其动合触点T37闭合，电动机运行，当按下停止按钮时，I0.1接通，Q0.0断开，Q0.1得电自锁，能耗制动，T37开始计时，8s后动合触点T37复位，Q0.1失电。任务四应用PLC实现电动机能耗制动控制

系统的设计图5-21

断电延时定时器完成的能耗制动梯形图四、操作技能考评通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如下表5-7进行。表5-7

任务操作技能考核要求和考核标准任务四应用PLC实现电动机能耗制动控制

系统的设计任务四应用PLC实现电动机能耗制动控制

系统的设计应知点：1、了解变频器的基本工作原理2、了解三相异步电动机变频调速的继电器--接触器控制系统的工作原理应会点：1、掌握变频器的简单应用2、掌握继电器、接触器、变频器等控制电动机的转速。任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统一、任务简述异步电动机调速方法主要有：变极调速、变阻调速和变频调速等几种。其中，变极调速是通过改变定子绕组的磁极对数以实现调速；变阻调速是通过改变转子电阻以实现调速；变频调速是使用专用变频器实现异步电动机的调速控制。变频器的功能是将电网电压提供的恒压恒频交流电变换为变压变频的交流电，它是通过平滑改变异步电动机的供电频率f来调节异步电动机的同步转速n0，从而实现异步电动机的无级调速。这种调速方法由于调节同步转速n0，故可以由高速到低速保持有限的转差率，效率高、调速范围大，精度高，是交流电动机一种比较理想的调速方法。任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统二、相关知识1、变极调速控制线路在恒定频率情况下，电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速就下降一半，从而引起异步电动机转子转速的下降。显然，变极调速方法只能一级一级地改变转速，是不平滑地调速。双速电动机定子绕组的结构及接线方式如图5-22所示。任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统（a）结构示意（b）三角形接法（c）双星形接法图5-22

双速电动机定子绕组的结构及接线方式2、变频调速控制线路由于变频调速技术日趋成熟，故把实现交流电动机调速装置做成产品即变频器。按变频器的变频原理可分为：交-交变频器和交-直-交变频器。随着现代通信载波技术及电力电子技术的发展，PMW（输出电压调宽不调幅）变频器已成为当今变频器的主流。交-交变频器也称直接变频器，它没有明显的中间滤波环节，电网交流电被直接变成可调频调压的交流电。交-直-交变频器也称间接变频器，它先将电网交流电转换为直流电，经过中间滤波环节之后，再进行逆变才能转换为变频变压的交流电。任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统交-直-交变频器的基本结构如图5-23所示，主要由整流、逆变、控制、直流环节、电源和负载六部分组成。任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统图5-23

交－直－交变频器的基本结构3、变频器使用介绍

以西门子MM420变频器为例，来说明变频器的使用。1)基本操作面板（BOP）

基本操作面板（BOP）如图5-24所示。BOP具有五位数字的七段显示，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及设定值和实际值，但不能存储参数的信息。基本操作面板（BOP）上的按键及其功能说明如表5-8所示。任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统图5-24基本操作面板（BOP）任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统表5-8基本操作面板（BOP）的按键及其功能显示/按钮功能功能说明

状态显示LCD显示变频器当前的设定值

启动电动机按此键启动变频器。缺省值运行时此键是被封锁的。为了使此键的操作有效，应设定P0700=1

停止电动机OFF1：按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车；缺省值运行时此键被封锁；为了允许此键操作，应设定P0700=1OFF2：按此键两次（或一次，但时间较长），电动机将在惯性作用下自由停车。此功能总是“使能”的任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统改变电动机的转动方向按此键可以改变电动机的转动方向。电动机的反向用负号（-）表示或用闪烁的小数点。缺省值运行时此键是被封锁的，为了使此键的操作有效，应设定P0700=1

电动机点动在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机启动，并按预设定的点动频率运行。释放此键时，变频器停车。如果电动机正在运行，按此键将不起作用任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统功能

此键用于浏览辅助信息变频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2s，将显示以下参数值（在变频器运行中，从任何一个参数开始）：直流回路电压（用d表示，单位：V）；输出电流（A）；输出频率（Hz）；输出电压（用O表示，单位：V）；由P0005选定的数值。连续多次按下此键，将轮流显示以上参数在显示任何一个参数（rXXXX或PXXXX）时短时间按下此键，将立即跳转到r0000，如果需要的话，可以接着修改其他的参数。跳转到r0000后，按此键将返回原来的显示点在出现故障或报警的情况下，按此键可以将操作面板上显示的故障或报警信息复位任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统访问参数按此键即可访问参数

增加数值按此键即可增加面板上显示的参数数值

减少数值按此键即可减少面板上显示的参数数值任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统用基本操作面板（BOP）可以修改任何一个参数。表5-9为修改参数P0004数值的步骤。表5-10为修改下标参数P0719数值的步骤。修改参数的数值时，BOP有时会显示：，表明变频器正忙于处理优先级更高的任务。任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统表5-9修改参数P0004数值的步骤操作步骤显示的结果1按访问参数

2按直到显示出P0004

3按进入参数数值访问级

4按或达到所需要的数值

5按确认并存储参数的数值

6按直到显示出r0000

7按返回标准的变频器显示（由用户定义）任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统表5-10修改下标参数P0719数值的步骤操作步骤显示的结果1按访问参数

2按直到显示出P0719

3按进入参数数值访问级

4按显示当前的设定值

4按或选择运行所需要的最大频率

5按确认并存储P0719的设定值

6按直到显示出r0000

7按返回标准的变频器显示（由用户定义）任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统

为了快速修改参数的数值，可以一个个地单独修改显示出的每个数字，操作步骤如下：确认已处于某一参数数值的访问级。（1）按（功能键），最右边的一个数字闪烁。（2）按/，修改这位数字的数值。（3）再按（功能键），相邻的下一个数字闪烁。（4）重复执行（2）至（3）步，直到显示出所要求的数值。（5）按退出参数数值的访问级。任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统

2）变频器复位为工厂的缺省设定值为了把变频器的全部参数复位为工厂的缺省设定值，应该按照下面的数值设定参数：（1）设定P0010=30（2）设定P0970=1完成复位过程需3分钟。三、应用实施1.控制要求

设计一个电动机的三段速运行的控制系统，要求按下启动按钮，电动机以20Hz速度运行，25s后转为35Hz速度运行，再过25s转为50Hz速度运行，按停止按钮，电动机即停止。2.电动机多速运行的继电器控制图MM420变频器设置3个频段，由变频器数字输入端DIN1、DIN2、DIN3通过P0701、P0702、P0703以二进制编码带ON命令方式选择控制，每一频段的频率可分别由P1001、P1002、P1003参数设置。3段固定频率控制状态如表5-11所示。任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统表5-113段固定频率控制状态表固定频率DIN3DIN2DIN1对应频率所设置的参数频率/HzOFF000

01001P1001202010P1002353011P100350注：“0”表示断开，“1”表示接通。

根据控制要求，使用继电器、变频器控制电动机多速运行的电路控制系统如图5-25所示。任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统图5-25继电器、变频器控制电动机多速运行控制系统

按下启动按钮SB1，KA1、KT1得电，接通启动信号和低速挡，经过时间5s，KT1的延时触点闭合，接通KA2、KT2，断开KA1，换成中速挡，再经过5s，KT2的延时触点闭合，接通KA1，此时保持KA2为接通状态，即为高速挡。按下停止按钮SB2时，所有继电器失电，电动机停止运行。

任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统3.变频器参数设置1）参数复位。在变频器停车状态下，将其全部参数复位为工厂的缺省设定值。2）设置电动机参数。为了使电动机与变频器相匹配，需设置电动机参数。根据选用的电动机型号，电动机参数设置如表5-12所示。任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统表5-12设置电动机参数表任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统参数号出厂值设置值说明P001001快速调试P0304400380电动机额定电压（V）P03051.900.40电动机额定电流（A）P03070.750.18电动机额定功率（kW）P03105050电动机额定频率（Hz）P031113951400电动机额定转速（r/min）

电动机参数设置完成后，设置P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。3）设置3段固定频率控制参数，如表5-13所示。表5-13设置3段固定频率控制参数表任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统参数号出厂值设置值说明P000312用户访问级为扩展级P100023选择固定频率设定值P070022选择命令源（由端子排输入）P0701117端子DIN1按二进制编码选择频率+ON命令P07021217端子DIN2按二进制编码选择频率+ON命令P0703917端子DIN3按二进制编码选择频率+ON命令P10010.0020.00设置固定频率1（Hz）P10025.0035.00设置固定频率2（Hz）P100310.0050.00设置固定频率3（Hz）P101613固定频率方式_位0按二进制编码选择频率+ON命令P101713固定频率方式_位1按二进制编码选择频率+ON命令P101813固定频率方式_位2按二进制编码选择频率+ON命令四、操作技能考评通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如下表5-14进行。表5-14任务操作技能考核要求和考核标准任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统序号主要内容考核要求评分标准配分扣分得分1变频器的基础知识掌握变频调速的基本原理和使用概念模糊不清或错误不给分；操作错误不给分20

2电机控制(1)掌握电动机变频调速的继电器控制线路安装接线(2)掌握电动机变频调速的继电器控制线路故障排除(3)掌握电动机变频调速的继电器控制线路工作原理概念模糊不清或错误不给分；控制线路理解错误不给分30

任务五三相异步电动机变频调速的继电器

—接触器控制系统3元件安装布线(1)能够按照电路图的要求，正确使用工具和仪表，熟练地安装电气元件(2)布线要求美观、紧固、实用、无毛刺、端子标识明确一处安装出错或不牢固，扣1分；损坏元件扣5分；布线不规范扣5分20

4变频器参数设置能够正确设置变频器的相关参数参数设置错误不给分15

5通电运行要求无任何设备故障且保证人身安全的前提下通电运行一次成功一次试运行不成功扣5分，两次试运行不成功扣10分，三次试运行不成功不给分15

备注

指导老师签字年月日应知点：了解电动机多速运行PLC控制程序的编制方法。应会点：1、掌握PLC与变频器的连接。