PLC案例-三相电机减压启动和正反转-(二）

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

2、控制电路元件及作用

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（ S B 1 、 S B 2 、 S B 3 、 F R 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（ I 0.0 、 I 0.1 、 I 0.2 、 I 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（ K M 1 、 K M 2 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（ Q 0.0 、 Q 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 K M 1 KM1 KM1的常闭辅助触点串入 K M 2 KM2 KM2 线圈回路， K M 2 KM2 KM2 的常闭辅助触点串入 K M 1 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。