PLC控制继电器电机保护启动方法

邓永东

（国网乌鲁木齐供电公司，新疆乌鲁木齐，830011）

0 引言

交流异步电机经济实惠，被广泛地应用在电力拖动中。电机的直接启动电流大，启动瞬间的机械冲击会对拖动设备以及电机本身[1-3]造成很大的损害，通常采用软启动的方法实现电机的缓慢启动。常用的软启动发法有晶闸管启动、串联电阻启动、变频启动、星形三角形启动[4]等。西门子S7-300型PLC采用模块化的结构，实现了分布式的配置，并具有电磁兼容性强、抗干扰能力强等特点，在工业控制领域中应用广泛。

1 西门子S7-300型PLC及其开发环境

1.1 西门子S7-300型PLC

西门子S7-300型PLC是一种组合式PLC，为总线结构，其总线做成总线板，上面有若干个总线槽，每个总线槽上可安装一个PLC模块，不同的模块实现不同的功能。PLC的CPU、存储器和电源等做成一个模块，该模块的位置一般是固定的，是构成组合式PLC所必需的。其它模块可根据PLC的控制规模、功能等进行配置。

PLC具有很多优点，其中可靠性高，抗干扰能力强是最突出的特点，PLC用大量的软元件代替了中间继电器和时间继电器等，因此由于触点的接触不良而造成的故障就大为减少了。PLC的I/O接口采用了光电隔离装置，并且内部电路均采用了先进的抗干扰技术，能够在工业现场的复杂环境中高效可靠地运行。

1.2 STEP 7开发环境

STEP 7编程软件用于西门子S7-300和S7-400的PLC进行编程和参数设置等，是SIMATIC系列工业软件的一种。运用STEP进行编程的主要步骤包括：设计自动化任务解决方案、创建STEP 7项目、硬件组态与创建程序或创建程序与硬件组态、下载程序到PLC的CPU进行调试。STEP 7软件本身不集成西门子公司的仿真软件，需要安装相配套的PLCSIM才能完成程序的仿真。

2 继电器

继电器由控制系统和被控制系统组成，通常应用于自动控制领域中，能够实现弱电控制到强电执行的任务，其种类主要有电磁继电器、固态继电器、弹簧继电器、时间继电器、中间继电器等。电磁继电器依靠线圈两端加载电压产生电磁力带动衔铁的动触点与静触点吸合。当断电时，衔铁则在弹簧力的作用下复位，达到导通与断路的作用。

固态继电器本身是一种无触点的开关，对小的输入信号具有放大作用，通过光电隔离装置，保证了电路的安全，且开关速度快，噪声低，抗干扰能力强。

3 电机启动电路设计

3.1 三相异步电机星形-三角形降压启动电路

三相异步电动机的绕组有星形联结和三角形联结两种[4]。由于星形-三角形（Y-△）降压起动非常简单方便易用，所以工业现场常用这种方法来完成对三相异步电机的启动，其启动电路图如图1所示。

在生产运行中会有很多干扰和故障出现，为了减少生产事故，使工业生产顺利地进行，必需在工作电路中设置一定的保护环节。如图1中使用的保护装置有：短路保护熔断器FU；过载保护热继电器FR，在长时间过载运行时，FR的动断触点会断开，从而切断控制电路，KM触点复位，切断了三相电机的电源供电，电机停止运行；在欠压或者失压的情况下，则依靠接触继电器KM本身的电磁执行机构来实现开合，从而控制电源的通断。

3.2 PLC控制程序的编制

在STEP的硬件组态中选择：PLC类型为S7-300；PLC的电源模块：PS 307 5A；CPU为CPU 314；输入输出模块为DI16/DO16x24V/0.5A，进行硬件组态和保存并编译。在S7程序的块中进行软件的编制，选择LAD梯形图程序编制方法[5]。根据图1所示的电路图，设置需要的符号变量与地址，如SB2表示启动按钮，对应PLC的地址为I0.0，KM、KM1、KM2等继电器可用PLC内部继电器实现，设置一个Q0.0表示三相异步电机，用于模拟仿真使用，便于观察程序是否按照给定的任务运行。

图1 三相异步电机星形-三角形降压启动电路

3.3 PLCSIM仿真

图1中，SB2用于电机的星形启动，定时器KT用于有星形启动到三角形启动所用的时间，仿真时设置KT的等待时间为4秒，Q0.0用于模拟三相异步电机，当Q0.0置位时表明电机启动。将编制好的LAD程序下载到仿真器中，可进行程序的仿真分析。

4 结束语

电机的直接启动电流大，机械冲击大，会对拖动设备以及电机本身造成严重的损害。西门子S7-300型PLC采用模块化的结构，实现了分布式的配置，PLC的可靠性高，抗干扰能力强，在工业控制领域中应用广泛。星形-三角形降压起动是工业现场常用的三相异步电机启动方法，STEP 7编程软件是SIMATIC系列工业软件的一种，本文通多STEP 7编程软件实现了S7-300PLC的硬件组态、星形-三角形降压启动的LAD程序的编制，并借助PLCSIM软件完成了对程序的仿真，仿真结果表明所编制的程序运行稳定，能够完成三相异步电机的星形-三角形降压启动。

[1] 翟红云.基于PLC的交流伺服电机驱动及位移控制技术研究[J].现代制造技术与装备, 2017(09)：80-81.

[2] 祁玉兰.基于台达PLC的电机软启动器的设计[J].变频器世界 ,2017(03)：84-86.

[3] 曹胜敏.S7-200PLC在直流电动机启动过程中的应用[J].唐山学院学报,2017(03)：78-80.

[4] 黄美红,熊斌.基于PLC在三相异步电动机Y-△降压启动中的应用[J].电子世界,2016(16)：197.

[5] 杨胜利.利用PLC控制步进电动机的启动与停止[J].中小企业管理与科技(中旬刊), 2014(10)：190-191.