S7-200 PLC在双向变极调速感应电动机控制系统中的

    传统的变极调速，虽然具有成本低、能耗低、控制简单和可靠性高等优点，但由于采用有级调速，且级差很大，使其应用领域受到很大的限制。矢量控制、直接转矩控制等方式的变频调速，具有很好的调速平滑性，能很好地克服变极调速的困难，但又存在成本高和可靠性差等缺点。    本节采用S7-200 PLC来控制一台三相感应电动机，该电动机具有两个单独的绕组，对应不同的转速和旋转方向。本实例采用的方法适用于旋转方向可选的三相感应电动机的变极调速。    一、感应电动机的动态变极调速    1．调速原理    感应电动机动态变极调速的原理是：把电动机绕组设计成具有两种工作极数2P1和2P2，让电动机交替地在这两种工作状态下迅速切换（例如，每秒切换10次），此时电动机的转速将不只是由电动机的工作极数2P1和2P2决定，而是由2P1和2P2，以及工作于这两种工作极数的时间t1和t2等4个因素共同决定。于是，在工作极数2P1和2P2确定之后，调节t1和t2即可改变电动机的转速。    2．控制目标    该实例用来控制一台具有两个单独绕组的三相感应电动机，该电动机可以按不同的方向以不同的转速旋转。当与各输入点相连的点动开关被按下时，电动机启动。不论电动机绕什么方向旋转，任何时候都可以改变电动机的转速，转速分为高低两挡。电动机需要5s时间来刹车停机之后，才可以朝相反方向启动。    3．功能实现    用下列4只与输入点相连的电动开关来启动电动机：I0.0-低速顺时针方向旋转开关；I0.1-高速顺时针方向旋转开关；I0.2-低速逆时针方向旋转开关；I0.3-高速逆时针方向旋转开关。    与输入点I0.4相连的开关(OFF)用来关闭电动机，电动机电路断路器与输入点I0.5相连。当电动机过载时，电动机电路断路器触点断开，也会导致电动机停机。当电动机停机时，点亮与输出点Q0.4相连的信号灯。    在程序扫描循环的起始处调用子程序SBR_0，该子程序的任务是检查输入信号。为了防止操作错误，首先要检查是否有两个或两个以上开关同时动作，然后再检查在换向时是否已超过了限制等待时间。当禁止电动机启动器工作时，互锁存储器位M1.0被置为1。互锁电路的作用是防止电动机误启动或朝错误方向启动。只有当所有的点动开关都没有动作，且限时定时器溢出后，才解除互锁，即M1.0被置为逻辑“0”。    同时满足下列条件时，电动机才能以某种操作方式启动：    (1)停机开关没有动作；    (2)防止电动机过载的电动机断路器没有打开；    (3)电动机不是正在绕相反的方向旋转。    若改变转速也必须满足上述要求，否则命令无效。这就保证了两个电动机启动器不会同时启动。也就是说，每个方向的高速运转启动器和低速运转启动器不同时工作。例如，当与输入点I0.3相连的点动开关被按下，发出逆时针方向高速旋转命令时，负责锁着逆时针方向低速旋转的输出点I0.2被复位。只有当选择所期望的操作模式命令已发出，且互锁未生效时，才能锁定操作模式，即将相关的状态位Q0.0、Q0.1、Q0.2和Q0.3复位。    该子程序输出的边沿信号检测用来在电动机关机时刻启动限时等待定时器，以便使电动机有足够的刹车时间。    退出子程序后，这些状态位的值被复制到输出点Q0.0～Q0.3，这些输出点控制电动机启动器。输出点Q0.4和Q0.5分别用来表示“停机”状态和“限时等待”状态。    二、双向变极调速感应电动机控制系统硬件设计    1．输入/输出信号分析    根据上述的双向变极调速感应电动机的调速原理和要实现的功能，可知该控制系统的输入信号有：启动电动机的4个旋转开关，即低速/高速顺时针方向旋转开关各1个，低速/高速逆时针方向旋转开关各1个；瞬时接触开关1个，电动机过载开关1个，共6路数字输入信号，需6个输入端子。    输出信号：控制电动机低速（高速）顺时针方向旋转和低速（高速）逆时针方向旋转的4路输出信号，电动机停止运行指示灯以及反方向启动指示灯各1个，共6路数字输出信号，需6个输出端子。    2．PLC输入/输出分配表和资源分配表    根据前述对双向变极调速感应电动机的控制目标以及功能实现，可设计如表7-10所示的PLC的输入/输出分配表，以及表7 11所示的资源分配表。    表7-10    PLC输入/输出分配表
 序号  地址     符号     功能说明     6路数字输入信号     1     I0.0 ClockwiseSlow     开启电动机，使其在顺时针方向下低速旋转     2     I0.1 ClockwiseFast     开启电动机，使其在顺时针方向下高速旋转     3     I0.2 CntrClockwSlow     开启电动机，使其在逆时针方向下低速旋转     4     I0.3 CntrClockwFast     开启电动机，使其在逆时针方向下高速旋转     5     I0.4     Motor _ Off     瞬时接触开关关闭电动机     6     I0.5 Circuit _ Break     当电动机过载时，电动机断路器打开，关闭电动机     6路数字输出信号     1  Q0.0 StartClockwSlow     电动机启动器按顺时针方向低速旋转     2  Q0.1 StartClockwFast     电动机启动器按顺时针方向高速旋转     3  Q0.2 StartCntrClockwSlow     电动机启动器按逆时针方向低速旋转     4  Q0.3 StartCntrClockwFast     电动机启动器按逆时针方向高速旋转     5  Q0.4     Off _ Lamp     电动机停止运行灯亮     6  Q0.5     Wait _ Lamp     灯闪烁表明电动机停止运行并按相反方向重新启动     表7-11    资源分配表
序号  地址     符号     功能说明     1  SM0.0     Always _ On     该位一直开启     2     SM0.5     Clock_1s     时钟脉冲启动0. 5s，关闭0.5s，整个周期为1s     3     M1.0     Interlock     防止电动机误启动或按按照错误方向启动     4     M1.1     Wait _ Time     如果该位发生置位，限制启动机再次启动的定时器开始     计时，该定时器的预置时间为5s     5     M2.0 Enable _ ClockwSlow     使能该位能使电动机按顺时针方向低速旋转     6     M2.1 Enable _ ClockwFast     使能该位能使电动机按顺时针方向高速旋转     7     M2.2 Enable _ CntrClockwSlow     使能该位能使电动机按逆时针方向低速旋转     8     M2.3 Enable _ CntrClockwFast     使能该位能使电动机按逆时针方向高速旋转     3．PLC选型    根据表7-10所示的PLC的输入输出分配表，参考第2章表2-1，本实例可选择西门子S7-200系列PLC中的CPU 222作为控制主机。    4．PLC硬件接线图    根据表7-10所示的PLC输入/输出分配表，可画出如图7-45所示的硬件接线图。
   图7-45    PLC控制系统硬件接线图    三、程序代码    双向变极调速三相感应电动机的PLC控制程序及对应的语句表如图7-46所示。
    图7-46    双向变极调速三相感应电动机的PLC控制程序及语句表