PLC技术在交流三速锚机电气控制中的应用

孙心丰



PLC技术在交流三速锚机电气控制中的应用

孙心丰

（海军大连舰艇学院，辽宁大连 116018）

船用交流三速锚机在使用的过程中，经常发生接触器触点烧融不动作，频繁过载跳闸，无法正常加速等故障，对船舶在紧急情况下使用锚机是极为不利的。本文在传统继电器控制电路的基础上，在交流三速锚机的控制电路中运用PLC技术。运行结果表明，该控制电路不仅取代船用主令控制器，并且具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点。

PLC电路设计交流三速锚机主令控制器继电器

0 引言

船舶在遇到风、雾或机器发生故障等需要暂时停泊或者抵达港口尾靠码头等情况时，为平衡水力、风力和惯性力的作用均需要用到锚设备。锚设备由锚机、锚和锚链等组成。目前我国船舶大多采用交流锚机，以双速和三速异步电动机拖动为主。锚机的电气控制主要由继电器、接触器、保护电路组成，与船用主令控制器相配合控制交流起重三相异步电动机的启动、正反转和制动。

由于交流三速锚机采取变级调速，电动机最大工作电流为100 A以上，在接触器动作时，触点上承受的冲击电流很高，因此常发生接触器触点烧融，或者无法正常加至高速运转便造成过载保护等故障，这对船舶在紧急情况下使用锚机是极为不利的。

PLC技术具有很多优点，如操作高效、反应速度较快、更加的简便和安全可靠相较于传统继电器技术来说，这种技术的控制系统有着较强的抗干扰能力[1]。PLC控制器采用的模块一般体积小且重量轻可即插即用，而且连接方便简单，因而建立一个PLC控制系统的时间相对很短。另外，PLC的用户界面简单明了，用户容易掌握，而且用户可以通过PLC的运行和故障的指示装置检查系统故障。一旦发生故障用户即时采取措施恢复，如更换模块等，因此PLC控制器具有易安装、维修，操作简单等优点[2]。在过去几年，控制系统主要使用的是电磁性继电器，容易发生触点故障，这极大的影响到控制系统的可靠性和安全性。而且在传统控制系统中，存在着接线较复杂等多种问题。在应用PLC技术后，借助对实物元件的软继电器就能实现对系统的操作，既提高了系统运行的可靠性，又能使系统功能更加完善，同时维护更加便捷。此外，PLC控制系统既可以降低系统辅助开关量，又能够同时显示多台断路器信号．并且对其进行集中式的控制。除此之外，在应用PLC技术后，可以将应用范围予以扩大化，使系统的可靠性与安全性都得到提高[3]。

本文尝试用PLC技术代替控制系统中主电路部分，并用按钮开关取代调速手柄，不仅避免因操作手柄过快而影响正常加速，而且提高锚机控制的灵敏度，减少硬件设备的故障发生率，达到预期的目的。

1 交流三速锚机的电气控制

1.1 交流三速锚机的传统继电器控制

交流三速锚机的电动机为三相鼠笼式异步电动机，具有两套绕组三种转速，高速转速绕组为单独一套绕组，四级星形连接，低速与中速共用一套绕组，低速绕组十六级三角形连接，中速绕组八级星形连接，以确保三种转速的实现，其电气控制原理图如图1所示。

图1 交流三速锚机电气控制原理图

图1中S为船用主令控制器，用于控制锚机电动机，实现起抛锚过程中电动机的加速和减速，共有S-1~S-6六付触头。SA为安装在主令控制器上的电源开关，SB为安装在主令控制器上的红色强迫运行按钮，KV为零压继电器，KI为过流继电器，KA为中间继电器。KM1和KM2为方向接触器，KM1为起锚控制接触器，KM2为抛锚控制接触器。KM3、KM4、KM5和KM6为速度控制器，KM3为低速控制接触器，动作以后电动机三角形连接，低速运转；KM4和KM5为中速控制接触器，动作以后电动机双星型连接，中速运转；KM6为告诉控制接触器，动作以后电动机星形连接，高速运转。KM7为制动接触器，YB为电磁制动器线圈。KT1、KT2、KT3为时间继电器，KT1加速延时，控制高速接触器，防止操作手柄过快而影响正常加速，延时时间为1-1.5 s，KT2为高速起动延时继电器，是控制过流继电器不因高速绕组在起动时电流过大而误动作，延时时间为1 s；KT3为断电延时时间继电器，通过控制经济电阻的串入来使制动器吸合线圈以后线圈电流减少，延时时间不大于1 s。

1.2 交流三速锚机的PLC控制

利用PLC技术对除刹车制动部分之外的主控制电路进行改造。用按钮开关SB2~SB6代替主令控制器触头S-2~S-6，用按钮开关SB7、SB8代替触头S-1，从而控制交流三速锚机启动、停止和加减速。此外，加入时间继电器KT0，来防止电动机低速到中速加速过快，增强原控制电路的安全性和可靠性。但由于采用时间继电器KT0的瞬时触电做自锁用，而在PLC中的定时器是没有瞬时触点的，因此借用一个中间继电器并联在时间继电器两端，用该中间继电器的常开触点来代替时间继电器的瞬时触点来完成自锁[4]。

1.2.1系统的元件I/O分配

根据上述电路的输入输出设备，可得到PLC的I/O地址分配表，如表1所示。

1.2.2系统的元件I/O接线图

根据上述I/O分配表及电气控制要求，绘制出用PLC改造按钮和时间继电器控制的交流三速锚机电路的接线图，如图2所示。

图2 PLC控制交流三速锚机电路的外围接线图

1.2.3 PLC控制梯形图

根据电气原理图中的控制电路部分和I/O分配表，对交流三速锚机主控制电路部分进行编程，并按照编程规则整理变换，得到梯形图如图3所示。

图3 PLC控制交流三速锚机电路的梯形图

1.2.4指令程序表

根据上述梯形控制图，可以得到程序指令表，如表2所示。

表1 PLC控制交流三速锚机电路I/O分配表

表2 PLC控制交流三速锚机电路的程序指令表

2 结论

本文利用PLC工作可靠，操作高效、反应速度较快、安全可靠等特点，尝试性地将其运用在船用交流三速锚机的控制上，不仅用按钮开关代替船用主令控制器，解决了机械调速的硬件卡滞，误操作，以及调速过快等机械和人为操作所导致的故障问题，而且用PLC代替传统继电器控制，消除由于冲击电流过大导致接触器触点烧融无法动作等故障隐患，达到了预期的目的。此外，该电路具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点，适应船舶离靠码头、起抛锚等紧急使用锚机的情况，达到了预期的目的。

[1] 刘秉琦. PLC在三相异步电动机Y-△起动及能耗制动中的应用[J]. 价值工程, 2013（19）: 47-48.

[2] 程洁. PLC在电气控制系统中的应用探讨[J].硅谷, 2013（11）: 60, 118.

[3] 彭日宽. PLC技术在电气自动化中的应用及发展分析[J].城市建设理论研究, 2012, 2(35): 87-89.

[4] 陆运华, 胡翠华. PLC控制系统梯形图及指令表[M]. 北京: 中国电力出版社, 2012:168-185.

Application of PLC to Electric Control for AC Three-speed Windlass

Sun Xinfeng

(Dalian Naval Academy, Dalian 116018, Liaoning, China)

TP273

A

1003-4862（2014）08-0024-04

2014-02-24

孙心丰（1986-），男，工程师。专业方向：电气工程。