西门子SCL语言编写两台电机正反转控制程序,并涵盖从选型、安装到调试全过程的详细步骤指南(上)

使用西门子SCL语言编写两台电机正反转控制程序,并涵盖从选型、安装到调试全过程的详细步骤指南。

项目目标: 实现两台独立的三相异步电动机(M1和M2)的正向启动/停止、反向启动/停止控制,确保两台电机操作互不干扰且具备必要的安全互锁。

阶段一:选型

  1. 电机 (Motor 1 & Motor 2):

类型: 三相异步电动机。

功率 (kW):根据负载需求(扭矩、转速)计算确定。考虑启动转矩和运行转矩。

电压 (V): 匹配现场供电系统(如 380VAC 3~ 50Hz)。

防护等级 (IP):根据安装环境选择(如 IP55 用于防尘防喷水)。

安装方式 (IM B3, B5, B14 等):根据机械安装需求选择。

冷却方式 (IC 411 等): 通常为自扇冷 (IC 411)。

效率等级 (IE1, IE2, IE3, IE4): 根据节能要求选择。

其他:考虑是否需要制动器、编码器等附件。

  1. 断路器 (MCCB - QF1, QF2):

类型塑壳断路器。

额定电流 (In):大于电机的额定电流 (`I_motor`),考虑启动电流 (通常选 `In >= 1.25 * I_motor`)。

分断能力 (kA):大于或等于安装点的预期短路电流。

极数:3P (三相)。

脱扣特性: 通常选择 D 型(用于电机启动电流冲击)。

  1. 接触器 (KM1_Fwd, KM1_Rev, KM2_Fwd, KM2_Rev):

主触点额定电流 (Ie):大于或等于电机的额定电流 (`I_motor`)。

线圈电压 (Uc): 匹配 PLC 输出模块电压和控制回路电压(常用 24VDC 或 230VAC)。

数量: 每台电机需要 2 个接触器(正转、反转)。共需 4 个。

辅助触点:至少需要 1 个常开 (NO) 和 1 个常闭 (NC) 辅助触点用于 PLC 输入和互锁。

  1. 热过载继电器 (FR1, FR2):

类型: 与接触器配套或独立安装。

整定电流范围 (Ir): 必须覆盖电机的额定电流 (`I_motor`)。通常将 `Ir` 设定为1.15-1.25倍 `I_motor`。

复位方式: 手动或自动复位(根据安全要求选择,推荐手动复位)。

辅助触点: 至少需要 1 个常闭 (NC) 触点用于切断控制回路和反馈故障给 PLC。

  1. PLC 系统:

CPU:选择满足 I/O 点数和程序复杂度的型号(如西门子 S7-1200, S7-1500)。

数字量输入模块 (DI):

点数:至少需要 (2 电机 * (1 正启 + 1 反启 + 1 停) + 2 热继 + 2 正限位 + 2 反限位 + 急停) = 至少 2*(3)+2+2+2+1= 13 点 (考虑余量选 16DI)。

电压:匹配按钮/开关信号(通常 24VDC)。

数字量输出模块 (DO):

点数:至少需要 (2 电机 * 2 接触器线圈) = 4 点 (考虑余量选 8DO)。

类型:继电器输出(隔离好,驱动能力强)或 晶体管输出(开关频率高)。需匹配接触器线圈电流和电压。

电源模块 (PS): CPU 和 I/O 模块供电(如 24VDC)。

编程电缆:如以太网电缆或 USB-PPI 电缆。

HMI (可选): 用于操作和监控。

  1. 操作元件:

按钮:常开 (NO) 按钮。每台电机需要:绿色 - 正转启动 (SB1_Fwd, SB2_Fwd),绿色 - 反转启动 (SB1_Rev, SB2_Rev),红色 - 停止 (SB1_Stop, SB2_Stop)。红色蘑菇头按钮 - 急停 (E-Stop)。

选择开关 (可选): 用于本地/远程操作切换。

指示灯 (可选):指示电机运行状态(正转、反转、停止、故障)。

  1. 保护与反馈元件:

限位开关 (SQ1_Fwd, SQ1_Rev, SQ2_Fwd, SQ2_Rev) (可选但推荐): 防止机械超程。常闭 (NC) 触点串联在控制回路中(硬接线安全)或接入 PLC。

端子排: 用于安全、整洁地连接所有导线。

控制变压器 (可选): 如果控制回路电压与主回路不同(如主回路 380VAC -> 控制回路 24VDC 或 110VAC)。

  1. 线缆与辅材:

* 主电源电缆 (按电机电流选型)。

* 控制电缆 (多芯屏蔽电缆,用于 PLC I/O 信号)。

* 接地线。

* 线槽、扎带、号码管、冷压端子等。

阶段二:安装与接线

  1. 机械安装:

根据规范牢固安装电机、断路器、接触器、热继、PLC 柜等设备。确保散热良好。

正确安装联轴器、皮带轮等传动部件,对中良好。

  1. 主回路接线 (动力线 - 大电流):

`L1, L2, L3` -> `QF1` -> `KM1_Fwd (主触点 L1, L2, L3)` -> `KM1_Rev (主触点输入侧)` -> `FR1` -> `Motor 1 (U1, V1, W1)`

`L1, L2, L3` -> `QF2` -> `KM2_Fwd (主触点 L1, L2, L3)` -> `KM2_Rev (主触点输入侧)` -> `FR2` -> `Motor 2 (U1, V1, W1)`

关键点:

确保 `KM1_Fwd` 和 `KM1_Rev` 输出到 `FR1` 的相序不同以实现换相(正反转)。`KM1_Fwd` 输出 `L1->U1, L2->V1, L3->W1`;`KM1_Rev` 输出 `L1->W1, L2->V1, L3->U1` (交换 `L1` 和 `L3` 相)。`KM2_Fwd`/`KM2_Rev` 同理。

`KM1_Fwd` 和 `KM1_Rev` 的主触点输出端必须 **物理上互锁** (通过机械联锁装置或电气辅助触点互锁) 防止同时接通导致相间短路!`KM2_Fwd`/`KM2_Rev` 同理。

热继 (`FR1`, `FR2`) 主端子接线必须正确,95-96 NC 辅助触点接入控制回路。

所有动力线使用合适线径,压接牢固,做好标记。

电机外壳、柜体可靠接地 (PE)。

  1. 控制回路接线 (PLC I/O & 接触器线圈 - 小电流):

PLC 输入 (DI) 接线

* `24VDC (+)` -> `SB1_Fwd (NO)` -> `DI0` (M1 正启)

* `24VDC (+)` -> `SB1_Rev (NO)` -> `DI1` (M1 反启)

* `24VDC (+)` -> `SB1_Stop (NC)` -> `DI2` (M1 停止) *// 通常停止按钮用 NC 触点,安全*

* `24VDC (+)` -> `SB2_Fwd (NO)` -> `DI3` (M2 正启)

* `24VDC (+)` -> `SB2_Rev (NO)` -> `DI4` (M2 反启)

* `24VDC (+)` -> `SB2_Stop (NC)` -> `DI5` (M2 停止)

* `24VDC (+)` -> `E-Stop (NC)` -> `DI6` (急停)

* `24VDC (+)` -> `FR1 (NC 95-96)` -> `DI7` (M1 热继故障)

* `24VDC (+)` -> `FR2 (NC 95-96)` -> `DI8` (M2 热继故障)

* `24VDC (+)` -> `SQ1_Fwd (NC)` -> `DI9` (M1 正限位) *// 如果使用*

* `24VDC (+)` -> `SQ1_Rev (NC)` -> `DI10` (M1 反限位)

* `24VDC (+)` -> `SQ2_Fwd (NC)` -> `DI11` (M2 正限位)

* `24VDC (+)` -> `SQ2_Rev (NC)` -> `DI12` (M2 反限位)

* 所有 DI 通道的 `M` 端子连接到 `24VDC (0V)` 或 `PLC 的 M`。

PLC 输出 (DO) 接线 (以继电器输出为例):

* `DO0` -> `KM1_Fwd (线圈 A1)`

* `DO1` -> `KM1_Rev (线圈 A1)`

* `DO2` -> `KM2_Fwd (线圈 A1)`

* `DO3` -> `KM2_Rev (线圈 A1)`

* 所有接触器线圈的 `A2` 端子连接到控制电源的 `N` (AC) 或 `0V` (DC)。

* **重要:** 必须在 PLC 输出和接触器线圈之间加入接触器的辅助触点进行 **电气互锁** (见下面 PLC 程序逻辑部分),这是继机械互锁之后的第二重保护。在 `DO0` 回路中串入 `KM1_Rev` 的 NC 辅助触点。在 `DO1` 回路中串入 `KM1_Fwd` 的 NC 辅助触点。M2 同理。*// 这是物理接线互锁,程序里还要做逻辑互锁。

急停回路 (硬接线安全回路 - 强烈推荐):

将急停按钮 (`E-Stop`) 的 NC 触点、热继 (`FR1`, `FR2`) 的 NC 触点 (95-96)、限位开关 (`SQx_Fwd`, `SQx_Rev`) 的 NC 触点(如果用于硬安全)**串联** 在控制电源 (`L`/`+`) 通往 **所有接触器线圈 (`A1` 公共端) 和 PLC 输出模块电源** 的路径上。这样,任何一个安全元件动作,都会立即切断所有接触器线圈电源和 PLC 输出电源,强制停机。这是独立于 PLC 程序的最高优先级安全保护。

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