PLC控制器运用于星三角电机启动控制上的几个问题浅析

PLC控制器运用于星三角电机启动控制上的几个问题浅析

杨伟

（华能澜沧江水电股份有限公司漫湾水电厂675805）

摘要：本文主要介绍可编程控制器PLC运用在Y-△降压启动设备上几个不常见问题的分析探讨。自20世纪六十年代美国推出第一代可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController）以来，经过半个世纪的发展，PLC在工业控制领域得到了极为广泛的应用，技术越来越先进成熟，功能不断完善，可以说如今的工业控制领域，已经离不开PLC。

在水力发电厂，PLC控制器主要用于一些辅助设备的自动启停及轮换控制，但往往由于控制回路设计上存在的细微问题没有及时发现，或者相关控制元器件本身性能差异的问题，导致PLC控制器运行异常。

关键词：PLC控制器；Y-△降压启动；故障分析

引言

在水力发电厂，PLC控制器主要用于完成油、气、水三大系统辅助设备的自动控制。

对于由电动机拖动的油泵、水泵等，特别是深井泵这类需要带载启动的设备，要使用PLC控制器实现自动控制，通常的做法是配合电机软启动器或者变频器使用。

如果是在启动时可以空载启动、启动完成后重负载运行的设备，设备制造厂家通常从经济实用性和设备运行维护方面综合考虑，多使用Y-△降压启动电路来实现设备启动，如水电厂使用的低压空压机。水电厂辅助设备在设计时，都会考虑备用设备的配置，例如即使一台空压机就可以满足运行要求，但为了保证主设备运行的安全性、可靠性，也会多配置一台备用空压机。一方面提高了设备的可靠性，另一方面两台空压机可以轮换运行，延长设备的使用寿命。

实现两台空压机的自动启、停和轮换控制，最简单可靠的做法就是使用PLC控制器来实现。但往往控制回路上一个细微的问题，就能导致PLC控制器出现一些不易察觉的运行异常现象。例如我厂低压空压机控制系统就因为一根二次回路接线错误，导致了一些时有时无的异常，本文将就此问题进行简要分析。

一、设备概况及异常症状

二期厂房装设有一套低压气系统，配置一个额定压力0.8MPa的储气罐、两台英格索兰柜式空压机，一套PLC控制器。两台空压机轮换运行，由PLC控制器实现自动启、停及轮换控制。

自2017年以来，值班人员发现当1号空压机在主用时，有时会出现同时启动两台空压机的情况。而2号空压机主用时，只会单独启动2号空压机工作。维护人员多次现场检查、手动排气使空压机自动启动。发现当1号空压机在主用时，有时单独启动1号空压机工作，有时1号空压机启动几秒后，2号空压机也跟着启动，两台空压机同时工作，存在不确定性。于是怀疑问题可能出在控制程序或继电器动作不可靠，但详细分析了程序、更换了相关的继电器，均未查出问题症结所在。

二、症状表象提示问题所在

2018年03月初，该空压机控制系统再次出现了两台空压机同时运行的情况。

将调试计算机与PLC控制器联机后，切除正常的一台空压机，只保留异常的空压机自动运行。3次操作排气降低气罐压力，使空压机自动启动，有2次出现了当1号低压空压机启动时，该空压机运行计数加1次，停止时计数再加1的现象，而另外1次却没有出现上述异常现象。于是怀疑问题出在1号空压机运行反馈信号上，经仔细检查，确定故障原因为“运行反馈”继电器线圈接线错误，如下图1所示。

三、故障原因分析

1.运行计数器在启动时+1，停止时再+1问题分析

图1空压机Y-△启动电路

图1所示，空压机为Y-△降压启动，启动过程如下：

1）空压机收到来自控制柜的启动信号，接触器KM1得电，并自保持，同时KM1的自保持接点使时间继电器KT得电，开始计时。此时，电动机绕组的尾端U2得电，U2对地电压为220V，运行监视继电器K2得电动作。理论上KM2在启动信号发出的同时也是得电闭合的（由于KM1和KM2机械部件动作特性有差异，假设KM2的吸合稍微晚于KM1几十毫秒）。KM2闭合后，U2成为中性点，对地电压为0V，K2继电器失电，程序的计数器模块必然增加计数1次，与程序联机监视情况一致。

2）KT计时时间到，延时断开接点分开（上图右边第3行），KM2失电，KM3得电，转为三角形运行，完成启动过程。此时，U2点对地电压又变成220V，K2继电器再次得电动作。（注：由于KM2和KM3用彼此的辅助触点实现相互闭锁，因此，只有在KM2断开后，KM3才能吸合）；

3）空压机启动运行完成后，控制柜发来停止信号，KM1和KM3失电，空压机停止运行。U2点的对地电压再次变为0V，继电器K2失电，因此程序又收到一个由1变0的下降沿，计数又增加1次。这就解释了为何启动时+1，停止时+1的问题。

2.两台空压机同时运行原因分析

当1号空压机主用时，主启压力到，启动1号低压空压机，在启动过程中，星形启动时，如果KM1先于KM2吸合几十毫秒（虽然在理论上KM1和KM2线圈时同时得电的，但机械部件的动作特性不可能完全一致），就会出现U2点在这几十毫秒内得电又失电，运行反馈继电器K2动作又返回的情况，如上述分析过程。PLC收到了1号空压机运行信号，但在KM2吸合后，K2继电器失电，程序里1号空压机运行计数已经加1，此时由于1号、2号空压机均没有运行信号，程序会判断为2号空压机轮为主用，且此时启动信号并没有消失（气罐压力没有升高），从而发出信号启动2号空压机。实际上是1号空压机此时正在由星型切换到三角形的过程中，电机是在运行的。就造成了2台空压机同时启动的情况。也就解释了为何“1号空压机主用时”会出现两台空压机同时运行的情况。

3.有时1台运行、有时2台运行原因分析

同理，由于KM1和KM2的机械部件动作做特性不可能完全一致，控制柜启动信号继电器触点闭合时，KM1和KM2线圈同时得电，会有如下两种情况：

1）如果KM2先于KM1吸合几十毫秒，运行监视继电器K2在整个启动停止过程中就只有在KM2断开的时候得电，直到空压机运行停止后失电，整个过程K2继电器只会有一次得电和失电的过程。这种情况下，就只有1号空压机会运行，

2）另一种情况，如果KM1先于KM2吸合几十毫秒，就会出现如上述分析的情况：K2继电器在KM1吸合时得电，KM2吸合时失电，KM2断开时又得电，直到空压机停机后才又失电。整个启动运行过程会出现两次得电又失电（见图4）。在第一次失电时，1号空压机运行计数已经加1，此时由于1号、2号空压机均没有运行信号，程序会判断为2号空压机轮为主用，且此时启动信号并没有消失（气罐压力没有升高），2号空压机就会启动。因此，就会出现2台空压机运行得情况。

四、故障处理方法

基于上述原因分析，要解决此问题只需要将K2继电器线圈接线改接至KM1接触器的下端头B相即可。由于接触器KM1在空压机启动时就吸合，直到空压机打压结束停机才会返回，整个工作过程中不会出现切换动作，因此可以成功解决该故障。

参考文献：

［1］王民权、应立恒、梅小妍.电工基础［m］.清华大学出版社，2013年