西门子S120控制单元6SL3040-0PA00-0AA1

传统的鼠笼式异步电动机起、制动控制方式一般有四种，即定子回路串电阻起动，Y/△起动，自耦变压器起动和延边三角形起动；制动方式有三种，反接制动，能耗制动和电容制动，其中任何一种起、制动控制方式的实现通常由继电器-接触器控制系统来完成。下面就以定子回路串电阻降压起动和反接制动为例，分析由继电器-接触器实现的鼠笼式异步电动机的起、制动控制。

图1 继电器接触器控制系统

如图1所示，此控制电路含三个接触器和一个中间继电器线圈，12个触点。起动时，KM2、KM3线圈均处于断开状态，按下起动按钮SB1，KM1线圈通电并自锁，电动机串电阻减压起动。当电动机转速上升到某一定值时(此值为速度继电器KS1的整定值，可调节，如调至100r/min时动作)，速度继电器KS1的常开触点闭和，中间继电器KA通电并自锁，KA的常开触点接通接触器线圈KM3，KM3的主触点在主电路中短接定子电阻R，电动机转速上升至给定值时投入稳定运行。

制动时，按下停机按钮SB2，KM1线圈断电，其主触点断开三相电源；控制电路中常开触点断开，KM3失电，限流电阻串入；常闭触点闭合，接通反接制动接触器KM2，对调两相电源相序，电动机处于反接制动状态。当转速下降至某一定值时(比如100r/min)，KS1常开触点断开KA，继而断开KM2，电动机失电，迅速停机。

这种传统的继电器接触器控制方式控制逻辑清晰，采用机电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的可靠性较低。随着PLC技术的发展，使用PLC进行电机的运行控制已成为必然趋势。

2、采用PLC实现鼠笼式异步电动器起、制动控制

可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，自60年代末，美国首先研制和使用可编程控制器以后，****特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC(programmable logic controller)，因此，与传统的继电器接触器控制系统相比较，笔者认为采用PLC实现鼠笼式异步电动机起制动控制是*明智的选择。下面就是笔者设计的采用PLC实现的鼠笼式异步电动机起制动控制电路的接线图、梯形图和指令程序，如图2和图3所示。

图2 PLC控制的输入输出接线图

图3 PLC控制的梯形图

PLC控制逻辑与传统的继电器接触器控制系统基本一致，其工作过程如下：

起动时，按下起动按钮SB1,X400常开触点闭合，Y430线圈接通并自锁，KM1线圈接通，主触头吸合，电动机串入限流电阻R开始起动，同时Y430的两对常开触点闭合，当电动机转速上升到某一定值时，KS1的常开触点闭合，X402常开触点闭合，M100线圈接通并自锁，M100的一对常开触点接通Y432的线圈，KM3线圈有电主触头吸合，短接起动电阻，电机转速上升至给定值时投入稳定运行。

制动时，按下停机按钮SB2，X401常开触点断开Y430线圈，使KM1失电释放，而Y430的常闭触点接通Y431线圈，制动用的接触器KM2线圈通电，对调两相电源的相序，电动机处于反接制动状态。与此同时，Y430的常开触点断开Y432的线圈，KM3失电释放，串入电阻R限制制动电流。当电动机转速迅速下降至某一定值时，KS1常开触点断开，X402常开触点断开M100的线圈，M100的常开触点断开Y431线圈，KM2失电释放，电动机很快停下来。过载时，热继电器FR常开触点闭合，X403的两对常闭触点断开Y430和M110的线圈，从而使KM1或KM2失电释放，起到过载保护作用。

上述控制过程指令程序如下：

3、PLC与继电器接触器控制系统的比较

通过对鼠笼式异步电动机起制动的传统控制方法和PLC控制方法的比较，从某种意义上看，PLC控制是从继电器接触器控制发展而来的。两者既有相似性又有很多不同处。

3.1 二种方案的不同点

(1) PLC内部大部分采用“软”逻辑

继电器接触器控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制；PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制。

(2) PLC控制系统结构紧凑

继电器接触器控制系统使用电器多，体积大且故障率大；PLC控制系统结构紧凑，使用电器少，体积小。

(3) PLC内部全为“软接点”动作快

电器接触器控制全为机械式触点，动作慢，弧光放电严重；PLC内部全为“软接点”动作快。

(4) PLC控制功能改变极其方便

继电器接触器控制功能改变，需拆线接线乃至更换元器件，比较麻烦；PLC控制功能改变，一般只需修改程序便可，极其方便。

(5) PLC控制系统制造周期短

PLC控制系统由于结构简单紧凑，基本为软件控制，因此设计、施工与调试比继电器接触器控制系统周期短。

此外，由于PLC技术是计算机控制的基础上发展而来，因此，它的软硬件设置上有着传统的继电器接触器控制无法比拟的优势，工作可靠性极高。

3.2 PLC方案的设计要点

(1) 设置滤波

在PLC中一般都在输入输出接口处设置π形滤波器，它不仅可滤除来自外界的高频干扰，而且还可减少内部模块之间信号的相互干扰。

(2) 设有隔离

在PLC系统中CPU和各I/O回路(主要指数字口)几乎都设有光耦合器作隔离，以防止干扰或可能损坏CPU等。

(3) 设置屏蔽

屏蔽有两类:一类是对变压器采取磁场和电场的双重屏蔽，这时要用既导磁又导电的材料作为屏蔽层；另一类是对CPU和编程器等模块仅作电磁场的屏蔽，此时可用导电的金属材料作屏蔽层。

(4) 采用模块式结构

PLC通常采用积木式结构，这便于用户检修和更换模板，同时在各模板上都设有故障检测电路，并用相应的指示器标志它的状态，使用户能迅速确定故障的位置。

(5) 设有联锁功能

PLC中个各输出通道之间设有联锁功能。以防止各被控对象之间误动作可能造成的事故。

(6) 设置环境检测和诊断电路

这部分电路负责对PLC的运行环境(例如电网电压、工作温度、环境的湿度等)进行检测，同时也完成对PLC中各模块工作状态的监测。这部分电路往往是与软件相配合工作的，以实现故障自动诊断和预报。

(7) 设置Watchdog电路

PLC中的这种电路是专门监视PLC运行进程是否按预定的顺序进行，如果PLC中发生故障或用户程序区受损，则因CPU不能按预定顺序(预定时间间隔)工作而报警。

(8) PLC的输入、输出控制简单

PLC是以扫描方式进行工作的，即PLC对信号的输入、数据的处理和控制信号的输出，分别在一个扫描周期内的不同时间间隔里，以批处理方式进行，这不仅使用户编程简单、不易出错，而且也使PLC的工作不易受到外界干扰的影响；同时PLC所处理的数据比较稳定，从而减少了处理中的错误；另外，PLC的输入、输出的控制较简单，不容易产生由于时序不合适而造成的问题

一、 伺服技术
伺服系统是机电产品中高精度控制环节，其控制性能反映了机电设备的控制质量。到90年代初期，随着微处理技术、高性能半导体功率器件等制造工艺的发展及性价比的日益提高，交流伺服技术逐渐成为主导产品。
　　随着市场竞争的日趋激烈，用户对所需产品提出了更高的技术和更合理的性能价格比的要求。高士达交流伺服系统以其出色的性能完成了对产品的加工过程、加工工艺和综合性能的改造，在工业领域中得到了日益广泛的应用。
　　
二、技术进步造就效率和节省
　　近年来，宏宇星河有限公司在结合推出了全数字交流异步伺服控制器系列产品，并成功应用到机床、油田机械、电梯、塑料机械、包装机械行业，为客户赢取了显著经济效益。
　　在产品的推广过程中，我们深切体会到，企业效益升级的本源来自于其自身产品技术含量的提升。时光公司产品具有交流化、数字化、集成化和智能化的技术内涵，为用户产品提高了技术含量，并充分提高了客户产品的生产效率、系统传动效率和原材料使用效率，带来了对产品安装、调试、维护的节省，以及*终用户能耗成本支出的节省。
　三、封切机控制系统方案
　　（一）改造要点
　　1、控制核心部分采用本公司高士达0.75KW伺服控制器配0.75KW电机（根据客户需要以及工料的需要，也可以选用1.1 KW伺服控制器配1.1KW电机
塑料封切机是用于加工塑料包装袋的机械设备，其定位精度和稳定性直接影响到所制胶袋的质量和效率。用PLC、变频器以及伺服电机等取代刹车离合器等控制机构 ，实现了以下功能：
（1） 效率提高（2） 良品率提高（3） 封切精度提高（4） 方便调机（5） 运行平稳
具体功能：
序号 动作要求 精度 备注
1 控制精度 0．1MM
2 袋厂范围 10-1000MM
3 送料电机额定转速 1500转-2000转
4 *大切袋计数 999999个 任意设定
5 切袋批量计数 9999个期 任意设定
6 每批量完延时启动 0-99秒码率 任意设定
7 追色范围 0-100MM 任意设定
8 *大送料速度 5000转/分 任意设定
9 误差计数 0-99个 任意设定
10 追色速度 3-12转/分
11 开机选择 手动/自动 可选
12 袋长修正 根据测量自动休正
13 批量报警 0-99个艺期 任意设定
14 白色/追色 可选


3． 工作过程
（1）上电后，温控器控制封刀处加热器进行加热。
（2）自动起动后，送料变频器驱动送料电机以设定的速度输送塑料薄膜，送料感应器检测到送料端放卷的塑料薄膜足够时，送料电机停止送料。
（3）温度到达，温度信号导通，主变频器驱动主电机通过机械传动装置控制切刀和封刀的上下往复运动。
（4）切刀每向上运动一次，伺服信号导通一次，伺服电机驱动出料辊夹着塑料薄膜带转动一次，切刀和封刀下切，胶袋形成 。
（5）设定个数到达或按停止键时，当前胶袋形成后停机，切刀和封刀停在高位停车处。
4． 工艺要求
（1）300-900mm长胶袋，生产约120-60个/分钟。
（2）长度误差在0.5mm内。
（3）胶袋封口处温度线，需结实耐拉。
（4）既可定长封切，又可追色封切。
（5）追色封切时，连续三次检测不到色标信号，要自动停机报警
（6）要有预警功能（即生产快到设定批量时，要提示警报）
（7）主电机调速，送料电机调速，伺服电机调速功能
（8）自动运行/手动调试功能
5． 处理措施与调试方法
（1）机械设计时，主电机传动比要满足主变频器频率工作在60Hz时，切刀与封刀来回往复运动达120次/分钟。在满足伺服电机的实际连续运行转速要小于或等于其额定转速及其它特性的要求下，伺服机构的传动比及出料辊的外径的合理设计是满足工艺要求（1）的关键。
（2）伺服传动机构采用同步带传动，伺服编码器脉冲数为2500P/R，故其本身误差远远小于0.5mm，引起定位误差较大的真正原因是由于伺服电机起停不够平滑，或者由于送料端的送料速度小于出料辊的出料速度，造成出料辊与塑料薄膜之间的相对滑动，故要根据伺服电机的起停速度调整合适的加减速时间，调整送料变频器频率使其送料速度要大于出料辊的出料速度，调整结果要以出料辊与塑料薄膜之间不发生相对滑动为准。
（3）温控器的设定温度一般设定在180℃左右，根据主电机的转速高低适当微调温控器的设定温度，以胶袋封口处结实耐拉为准。因为主电机转速较高时，封刀上下往复运动快，封口时间短，若封刀温度偏低，会导致胶袋封口处不牢。当主电机转速较低时，封口时间长，若封刀温度偏高，会导致胶袋封口处烫穿。
（4）人机界面上可设定定长封切或追色封切、切袋长度、追色长度、预警个数、送袋速度、加速时间、减速时间，当选择为定长封切时，追色感应器无作用，PLC程序根据伺服机构的机械传动比、伺服驱动器的电子齿轮比、伺服电机变码器的线数以及出料辊的周长，计算出伺服驱动器接收一定数量的脉冲，伺服电机就驱动出料辊转动带出一定长度的胶袋`。这样就实现了定长控制。
　（5）PLC程序在追色封切时，对追色信号记数，连续三次检测不到时，PLC停止各电机运转，并驱动报警器报警。同时PLC程序对批量记数，当批量达到预警值时，PLC驱动报警器报警提示。
（6）通过外接旋钮调位器可对主电机和送料电机调速，改变人机界面上PLC的脉冲频率设定值可对伺服调速。
（7）PLC内编写自动运行与手动调试程序，自动运行程序为生产程序，手动调试程序为调机或维修时使用。