PLC案例-三相电机减压启动和正反转-(二）

文章目录

一、PLC控制三相异步电动机正反转运行
二、PLC控制三相异步电动机Y-△减压起动

一、PLC控制三相异步电动机正反转运行

1.传统控制器电路

这是三相异步电动机正反转控制电路，分为主电路和控制电路两部分，实现电动机正转、反转的切换，并具备多重保护功能。该电路实现三相异步电动机的正反转切换控制，并具备：

正转、反转、停止的手动控制；
自锁：启动后松开按钮，电动机持续运转；
互锁：正/反转接触器不能同时动作，避免电源短路；
多重保护：短路保护（熔断器）、过载保护（热继电器）、欠压/失压保护（接触器失电后自动断开）。

2、元件标识与作用

L1、L2、L3：三相交流电源（如380V）。
QF：断路器，作为电源总开关，兼具短路保护和通断控制。
FU1、FU2：熔断器，分别为主电路、控制电路提供短路保护（电流过大时熔断，切断电路）。
KM1、KM2：交流接触器（主触点+辅助触点）。主触点控制电动机三相电源的通断与相序；辅助触点用于控制电路的自锁、互锁。
FR：热继电器，过载保护（电动机过载时，热元件动作，常闭触点断开）。
M（3~）：三相异步电动机，被控对象，通过改变电源相序实现正/反转。
FR（常闭触点）：过载时断开控制电路，停止电动机。
SB1：停止按钮（常闭触点），按下时切断控制电路，停止电动机。
SB2：正转启动按钮（常开触点），控制KM1线圈得电，使电动机正转。
SB3：反转启动按钮（常开触点），控制KM2线圈得电，使电动机反转。
KM1、KM2（辅助触点）：
- 常开辅助触点：自锁（并联在启动按钮两端，松开按钮后仍能保持线圈供电）。
- 常闭辅助触点：互锁（串联在对方线圈回路中，防止正/反转接触器同时吸合，避免电源短路）。

3、控制逻辑与工作过程

电路核心是通过KM1、KM2改变电动机的电源相序，实现正/反转；同时通过“自锁、互锁、保护元件”保障安全与稳定。

(1) 正转控制

按下SB2（正转启动按钮）：
控制电路通路：L1 → FU2 → FR常闭 → SB1常闭 → SB2常开 → KM2常闭互锁触点 → KM1线圈 → 电源。
KM1线圈得电，主触点闭合：电动机接入正相序电源（如L1→U、L2→V、L3→W），开始正转。
同时，KM1的常开辅助触点闭合（自锁）：松开SB2后，电流可通过自锁触点继续为KM1线圈供电，保持正转。
KM1的常闭辅助触点断开（互锁）：切断KM2线圈回路，防止KM2误动作（避免正/反转接触器同时吸合，造成电源短路）。

(2) 反转控制

先按下SB1（停止按钮）：
KM1线圈失电，主触点断开，电动机正转停止；KM1的自锁触点断开、互锁触点恢复闭合。
再按下SB3（反转启动按钮）：
控制电路通路：L1 → FU2 → FR常闭 → SB1常闭 → SB3常开 → KM1常闭互锁触点 → KM2线圈 → 电源。
KM2线圈得电，主触点闭合：电动机接入反相序电源（如L1→W、L2→V、L3→U），开始反转。
同时，KM2的常开辅助触点闭合（自锁），常闭辅助触点断开（互锁，切断KM1回路），原理同正转。

(3) 停止与保护

停止：按下SB1，控制电路断电，KM1/KM2线圈失电，主触点断开，电动机停止。
过载保护：电动机过载时，FR热元件动作，常闭触点断开，控制电路断电，电动机停止。
短路保护：主电路FU1或控制电路FU2熔断，切断对应电路，防止短路事故扩大。

4.PLC控制电路

该图展示了“PLC如何与外部设备（按钮、接触器、热继电器、电动机）连接”，分为电源回路、PLC输入回路、PLC输出回路三部分：

(1). 电源与主电路（电动机供电部分）

三相电源：L1、L2、L3为三相交流电源（如380V），经断路器QF1（总电源开关，短路保护）、熔断器FU1（主电路短路保护）后，连接到接触器KM1（正转）、KM2（反转）的主触点。
电动机与保护：接触器主触点通过热继电器FR（过载保护，检测电动机电流）连接到电动机M的U、V、W端子；PE为电动机的保护接地线，防止漏电。

(2). PLC的电源与输入回路（接收外部指令）

PLC电源：由QF2（断路器）引入220V交流电源（L、N），为PLC的CPU和I/O模块供电。
输入设备与PLC端子连接：
- SB1（正向启动按钮）：一端接PLC输入公共端（如1M），另一端接I0.0。按下SB1时，I0.0与公共端导通，PLC检测到I0.0=ON（输入为“1”）。
- SB2（停止按钮）：一端接公共端，另一端接I0.1。SB2为常闭按钮（正常时导通，输入为“1”；按下时断开，输入为“0”）。
- SB3（反向启动按钮）：一端接公共端，另一端接I0.2。按下时I0.2=ON（输入为“1”）。
- FR（热继电器常闭触点）：一端接公共端，另一端接I0.3。正常时触点闭合（输入为“1”）；电动机过载时触点断开（输入为“0”），触发保护。

(3). PLC的输出回路（控制外部执行器）

输出设备与PLC端子连接：
- KM1（正转接触器线圈）：一端接PLC输出公共端（如1L），另一端接Q0.0。当Q0.0=ON（输出为“1”）时，KM1线圈得电，主触点闭合，电动机接正相序电源（L1→U、L2→V、L3→W），实现正转。
- KM2（反转接触器线圈）：一端接输出公共端，另一端接Q0.1。当Q0.1=ON时，KM2线圈得电，主触点闭合，电动机接反相序电源（如L1→W、L2→V、L3→U），实现反转。

梯形图是PLC的“软件逻辑”，通过模拟继电器的“触点、线圈”逻辑，实现电动机正反转的启动、停止、自锁、互锁、过载保护。以下是对“正转控制”和“反转控制”两个逻辑网络的分析：

(1) 网络1：正转控制（线圈Q0.0）
逻辑目的：按下SB1启动正转，松开后通过自锁保持运转；按下SB2或过载时停止。

输入触点：
- I0.0（SB1正向启动，常开触点）：按下SB1时闭合（I0.0=ON）。
- I0.1（SB2停止，常闭触点）：正常时闭合（I0.1=ON），按下SB2时断开（I0.1=OFF）。
- I0.3（FR过载，常闭触点）：正常时闭合（I0.3=ON），过载时断开（I0.3=OFF）。
- Q0.0（自锁触点，常开）：Q0.0得电后，该触点自动闭合，实现“松开SB1后仍保持运转”。
逻辑过程：
当SB1按下（I0.0=ON）、SB2未按（I0.1=ON，常闭有效）、FR未过载（I0.3=ON，常闭有效）时，回路导通，Q0.0线圈得电。同时，Q0.0的自锁触点闭合，此后即使松开SB1（I0.0=OFF），只要SB2和FR正常，Q0.0仍通过自锁触点保持得电，电动机持续正转。
若按下SB2（I0.1=OFF，常闭断开）或FR过载（I0.3=OFF，常闭断开），回路断开，Q0.0失电，电动机停止。

(2) 网络2：反转控制（线圈Q0.1）
逻辑目的：按下SB3启动反转，通过互锁防止与正转同时运转；按下SB2或过载时停止。

输入触点：
- I0.2（SB3反向启动，常开触点）：按下SB3时闭合（I0.2=ON）。
- I0.1（SB2停止，常闭触点）：作用同网络1（正常闭合，按下断开）。
- I0.3（FR过载，常闭触点）：作用同网络1（正常闭合，过载断开）。
- Q0.0（互锁触点，常闭）：Q0.0得电时，该触点自动断开，防止Q0.1得电（“正转时不能反转”，避免接触器同时吸合短路）；Q0.0失电时，该触点闭合，允许反转。
逻辑过程：
当SB3按下（I0.2=ON）、SB2未按（I0.1=ON）、FR未过载（I0.3=ON），且Q0.0失电（互锁触点Q0.0常闭闭合）时，回路导通，Q0.1线圈得电，电动机反转。
若此时Q0.0得电（正转中），则Q0.0的常闭触点断开，即使按下SB3，Q0.1也无法得电，实现互锁保护（防止正、反转接触器同时吸合，避免电源短路）。
按下SB2或FR过载时，回路断开，Q0.1失电，电动机停止。

二、PLC控制三相异步电动机Y-△减压起动

该电路实现了三相异步电动机的“Y-△减压起动+全压运行”自动控制，核心优势：

减压起动：减小起动电流对电网、设备的冲击（适合＞7.5kW的大容量电动机）。
自动切换：通过时间继电器精准控制“Y形→△形”的切换时机，无需人工干预。
安全保护：具备短路保护（熔断器）、过载保护（热继电器）、失压保护（接触器失电后自动断开），保障系统安全。
典型应用：机床主轴、风机、水泵等大容量三相异步电动机的起动控制。需分电动机正反转PLC控制和星三角（Y-△）减压起动控制两部分分析：

这是三相异步电动机Y-△（星形-三角形）减压起动控制电路，用于解决大容量电动机直接起动时电流过大的问题，通过“先Y形减压起动，延时后自动切换为△形全压运行”的方式，平衡起动电流与运行功率。以下分主电路、控制电路、工作原理、整体功能详细解释：

1、元件标识与作用

元件	符号	作用
三相电源	L 1 、 L 2 、 L 3 L1、L2、L3 L1、L2、L3	提供380V三相交流电能
断路器	Q F QF QF	电源总开关，兼具短路保护（故障时快速分断）和通断控制功能
熔断器	F U 1 、 F U 2 FU1、FU2 FU1、FU2	分别为主电路、控制电路提供短路保护（电流过大时熔丝熔断，切断电路）
主接触器	K M KM KM	控制“三相电源是否接入电动机”，是电源到电动机的“总闸”
星形联结接触器	K M Y KM_Y KMY	控制电动机绕组接成星形（Y形），实现减压起动（起动电压为额定电压的 ( frac{1}{sqrt{3}} )）
三角形联结接触器	K M △ KM_△ KM△	控制电动机绕组接成三角形（△形），实现全压运行（额定电压供电）
热继电器	F R FR FR	电动机过载保护（电流过大时，热元件动作，常闭触点断开，切断控制电路）
三相异步电动机	M （ 3 ） M（3~） M（3 ）	被控负载，通过Y-△切换实现“减压起动→全压运行”
保护地线	P E PE PE	电动机金属外壳接地，防止漏电时触电，保障安全

2、控制电路元件及作用

元件	符号	作用
热继电器常闭触点	F R （常闭 FR（常闭 FR（常闭	过载时断开控制电路，停止电动机
停止按钮	S B 2 （常闭） SB2（常闭） SB2（常闭）	按下时断开控制电路，停止电动机运行
起动按钮	S B 1 （常开） SB1（常开） SB1（常开）	按下时闭合，触发电动机“起动”流程
主接触器辅助常开触点	K M （常开） KM（常开） KM（常开）	自锁：松开起动按钮后，保持控制电路通电
三角形联结接触器辅助常闭触点	K M △ （常闭） KM_△（常闭） KM△（常闭）	互锁：防止 K M Y KM_Y KMY 和 K M △ KM_△ KM△ 同时得电（避免电源短路）
时间继电器	K T KT KT	控制“Y形起动的延时时间”，到时间后自动切换为△形运行
接触器线圈	K M 、 K M Y 、 K M △ KM、KM_Y、KM_△ KM、KMY、KM△	线圈得电时，主触点闭合，控制电动机的接线方式和电源接入

3、工作原理（分阶段讲解）

（1）. 减压起动阶段（Y形联结）

合上总开关
Q

F

QF

QF，主电路、控制电路电源就绪。
按下起动按钮
S

B

1

SB1

SB1（常开触点闭合）：
控制电路电流路径：

F

U

2

→

F

R

（常闭）

→

S

B

2

（常闭）

→

S

B

1

（闭合）

→

K

M

△

（常闭，此时未得电，保持闭合）

→

K

T

线圈

→

K

M

Y

线圈

→

电源

FU2 rightarrow FR（常闭） rightarrow SB2（常闭） rightarrow SB1（闭合） rightarrow KM_△（常闭，此时未得电，保持闭合） rightarrow KT线圈 rightarrow KM_Y线圈 rightarrow 电源

FU2→FR（常闭）→SB2（常闭）→SB1（闭合）→KM△（常闭，此时未得电，保持闭合）→KT线圈→KMY线圈→电源。
- K
  
  T
  
  KT
  
  KT 线圈得电：开始计时（延时时间由KT设定），但延时触点暂不动作（需等待延时结束）。
- K
  
  M
  
  Y
  
  KM_Y
  
  KMY 线圈得电：
  - K
    
    M
    
    Y
    
    KM_Y
    
    KMY 主触点闭合：电动机绕组接成Y形。
  - K
    
    M
    
    Y
    
    KM_Y
    
    KMY 辅助常开触点闭合：实现自锁（松开
    
    S
    
    B
    
    1
    
    SB1
    
    SB1 后，控制电路仍能通过该触点保持通电）。
- K
  
  M
  
  KM
  
  KM 线圈得电（与
  
  K
  
  M
  
  Y
  
  KM_Y
  
  KMY联动）：
  
  K
  
  M
  
  KM
  
  KM 主触点闭合，三相电源通过
  
  K
  
  M
  
  KM
  
  KM、
  
  K
  
  M
  
  Y
  
  KM_Y
  
  KMY接入电动机，电动机以Y形减压起动（起动电流仅为直接起动的
  
  1
  
  3
  
  frac{1}{3}
  
  31）。

（2）. 全压运行阶段（△形联结）

时间继电器 ( KT )延时时间到：
- K
  
  T
  
  KT
  
  KT的延时常闭触点断开：切断
  
  K
  
  M
  
  Y
  
  KM_Y
  
  KMY线圈回路，
  
  K
  
  M
  
  Y
  
  KM_Y
  
  KMY失电，主触点断开，Y形联结解除。
- K
  
  T
  
  KT
  
  KT 的延时常开触点闭合：接通
  
  K
  
  M
  
  △
  
  KM_△
  
  KM△ 线圈回路，
  
  K
  
  M
  
  △
  
  KM_△
  
  KM△线圈得电。
- K
  
  M
  
  △
  
  KM_△
  
  KM△ 主触点闭合：电动机绕组接成△形，此时
  
  K
  
  M
  
  KM
  
  KM主触点仍闭合，三相电源以△形全压接入电动机，电动机正常运行。
- K
  
  M
  
  △
  
  KM_△
  
  KM△ 辅助常闭触点断开：实现互锁，防止
  
  K
  
  M
  
  Y
  
  KM_Y
  
  KMY 误得电（避免
  
  K
  
  M
  
  Y
  
  KM_Y
  
  KMY、
  
  K
  
  M
  
  △
  
  KM_△
  
  KM△ 同时闭合导致电源短路）。

（3）. 停止与保护功能

停止：按下停止按钮
S

B

2

SB2

SB2（常闭触点断开），控制电路失电，

K

M

、

K

M

Y

、

K

M

△

KM、KM_Y、KM_△

KM、KMY、KM△线圈均失电，主触点断开，电动机停止。
过载保护：电动机过载时，热继电器
F

R

FR

FR 热元件发热，其常闭触点断开，控制电路失电，电动机停止，避免过载损坏。

1. 主电路（电动机供电部分）
与传统继电器电路核心一致：

三相电源
L

1

、

L

2

、

L

3

L1、L2、L3

L1、L2、L3 → 断路器

Q

F

1

QF1

QF1（总开关+短路保护）→ 熔断器

F

U

1

FU1

FU1（主电路短路保护）→ 接触器

K

M

1

、

K

M

2

KM1、KM2

KM1、KM2主触点 → 热继电器

F

R

FR

FR → 电动机

M

M

M（

U

1

、

V

1

、

W

1

U1、V1、W1

U1、V1、W1 端子）。
作用：为电动机提供三相电源，通过
K

M

1

、

K

M

2

KM1、KM2

KM1、KM2 主触点“换相”实现正/反转，

F

R

FR

FR 实现过载保护。

2. PLC与输入设备的连接
所有输入设备（

、

SB1、SB2、SB3、FR

SB1、SB2、SB3、FR）的一端接PLC输入公共端

1

M

1M

1M，另一端接对应输入端子（

0.0

、

0.1

、

0.2

、

0.3

I0.0、I0.1、I0.2、I0.3

I0.0、I0.1、I0.2、I0.3）：

例如：
S

B

1

SB1

SB1 一端接

1

M

1M

1M，另一端接

I

0.0

I0.0

I0.0；按下

S

B

1

SB1

SB1 时，

I

0.0

I0.0

I0.0与

1

M

1M

1M导通，PLC检测到“输入1”。
–

S

B

2

SB2

SB2 为常闭按钮，正常时

I

0.1

I0.1

I0.1 与

1

M

1M

1M 导通（输入“1”）；按下时断开（输入“0”）。

3. PLC与输出设备的连接
所有输出设备（

、

KM1、KM2

KM1、KM2 线圈）的一端接PLC输出公共端

1

L

1L

1L，另一端接对应输出端子（

0.0

、

0.1

Q0.0、Q0.1

Q0.0、Q0.1）：

例如：
K

M

1

KM1

KM1 线圈一端接

1

L

1L

1L，另一端接

Q

0.0

Q0.0

Q0.0；当PLC的

Q

0.0

Q0.0

Q0.0输出“1”时，

K

M

1

KM1

KM1线圈得电，主触点闭合，电动机正向运转。

4. 硬件互锁（关键安全设计）
图中

KM1

KM1的常闭辅助触点串入

KM2

KM2 线圈回路，

KM2

KM2 的常闭辅助触点串入

KM1

KM1 线圈回路。

作用：双重互锁（软件互锁+硬件互锁），防止
K

M

1

、

K

M

2

KM1、KM2

KM1、KM2同时得电（否则会造成三相电源短路）。即使PLC程序出错，硬件互锁也能保障安全。

1. 正向控制支路

触点：
I

0.0

I0.0

I0.0（

S

B

1

SB1

SB1 常开）、

I

0.1

I0.1

I0.1（

S

B

2

SB2

SB2 常闭）、

I

0.3

I0.3

I0.3（

F

R

FR

FR 常闭）、

Q

0.1

Q0.1

Q0.1（

K

M

2

KM2

KM2 常闭，互锁）、

Q

0.0

Q0.0

Q0.0（自锁触点）。
逻辑：按下
S

B

1

SB1

SB1（

I

0.0

=

1

I0.0=1

I0.0=1），且

S

B

2

SB2

SB2 未按（

I

0.1

=

1

I0.1=1

I0.1=1）、

F

R

FR

FR 未过载（

I

0.3

=

1

I0.3=1

I0.3=1）、

K

M

2

KM2

KM2 未得电（

Q

0.1

=

0

Q0.1=0

Q0.1=0，其常闭触点闭合）→

Q

0.0

Q0.0

Q0.0 线圈得电（

K

M

1

KM1

KM1 得电，电机正转）。同时，

Q

0.0

Q0.0

Q0.0 常开触点“自锁”（松开

S

B

1

SB1

SB1 后，仍保持

Q

0.0

Q0.0

Q0.0 得电）。

2. 反向控制支路

触点：
I

0.2

I0.2

I0.2（

S

B

3

SB3

SB3 常开）、

I

0.1

I0.1

I0.1（

S

B

2

SB2

SB2 常闭）、

I

0.3

I0.3

I0.3（

F

R

FR

FR 常闭）、

Q

0.0

Q0.0

Q0.0（

K

M

1

KM1

KM1 常闭，互锁）、

Q

0.1

Q0.1

Q0.1（自锁触点）。
逻辑：按下
S

B

3

SB3

SB3（

I

0.2

=

1

I0.2=1

I0.2=1），且

S

B

2

SB2

SB2 未按（

I

0.1

=

1

I0.1=1

I0.1=1）、

F

R

FR

FR 未过载（

I

0.3

=

1

I0.3=1

I0.3=1）、

K

M

1

KM1

KM1 未得电（

Q

0.0

=

0

Q0.0=0

Q0.0=0，其常闭触点闭合）→

Q

0.1

Q0.1

Q0.1 线圈得电（

K

M

2

KM2

KM2 得电，电机反转）。

Q

0.1

Q0.1

Q0.1 常开触点“自锁”。

3. 停止与过载保护

停止：按下
S

B

2

SB2

SB2（

I

0.1

=

0

I0.1=0

I0.1=0），切断

Q

0.0

/

Q

0.1

Q0.0/Q0.1

Q0.0/Q0.1 回路，接触器失电，电机停止。
过载：
F

R

FR

FR 过载时（

I

0.3

=

0

I0.3=0

I0.3=0），同样切断

Q

0.0

/

Q

0.1

Q0.0/Q0.1

Q0.0/Q0.1 回路，电机停止。

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