本文介紹三相繞線式異步電動機轉子串電阻啟動繼電接觸器控制電路。以三菱FX2N系列PLC為控制器件，根據繞線式異步電動機轉子串電阻啟動控制的要求，改造繼電接觸器控制電路，設計了PLC輸入輸出接線圖和梯形圖程序，編寫了控制程序語句指令表，分析了啟動控制工作過程。
三相鼠籠式異步電動機存在啟動電流大、啟動轉矩不大的缺點，只能用于空載或輕載啟動。三相繞線式異步電動機可以通過滑環在轉子繞組回路串入適當的電阻來限制啟動電流，增大啟動轉矩。因此，重載啟動要求啟動轉矩大的設備如橋式起重機、卷揚機、龍門吊車等生產機械常使用三相繞線式異步電動機。對啟動控制頻繁，啟動轉矩要求大的場所，一般采用三相繞線式異步電動機轉子繞組串電阻啟動控制系統。
傳統的三相繞線式異步電動機轉子繞組串電阻啟動繼電接觸器控制系統存在以下缺點：繼電接觸器屬硬器件，控制電路接線繁雜，元器件和接點多，觸點易磨損，故障率高，控制功能改變不方便，通用性差，可靠性低。PLC控制系統能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵惡劣環境中穩定有效地工作。采用PLC控制技術，系統體積小，故障率低，硬接線少維修方便，控制精準，可靠性高，抗干擾性強，可以有效提高設備生產效率，延長設備使用周期。
1 繼電接觸器控制電路分析
圖1為三相繞線式異步電動機轉子串電阻啟動控制電路圖。為了限制啟動電流，該電路用3個時間繼電器KT1、KT2、KT3分別控制3個接觸器KM1、KM2、KM3按順序依次吸合，自動切除轉子繞組中的三級電阻。啟動時，合上電源開關QS，按下按鈕SB1，接觸器KM吸合，串入全部電阻（R1+R2+R3）啟動；在啟動3s后，接觸器KM1主觸頭閉合，切除第一組電阻R1，剩下電阻（R2+R3）；經過1s后，接觸器KM2主觸頭閉合，切除第二組電阻R2，剩下電阻R3；再過1s后，接觸器KM3主觸頭閉合，切除第三組電阻R3，轉子串接電阻全部切除，電動機M啟動完畢，正常工作。
KM1、KM2和KM3 3個常閉輔助觸頭與啟動按鈕SB1串接的作用是保證電動機在轉子繞組中接入全部啟動電阻的條件下才能啟動，如果接觸器KM1、KM2、KM3中任何一個觸頭因熔焊或機械故障沒有釋放恢復閉合時，電動機M就不能接通電源直接啟動。
2 PLC的選型、I/O地址分配和輸入輸出接線圖
2．1 PLC的I/O地址分配
采用PLC改造三相繞線式異步電動機轉子串電阻啟動繼電接觸器控制系統，PLC的輸入信號主要有2個：啟動按鈕SB1和停止按鈕SB2。輸出信號主要有4個：主接觸器KM控制三相繞線式電動機M接通三相電源運行，接觸器KM1用于控制第一組電阻R1的切除，接觸器KM2用于控制第二組電阻R2的切除，接觸器KM3用于控制第三組電阻R3的切除。3個時間繼電器功能可以用PLC內部定時器實現。根據控制要求，對PLC的輸入量、輸出量進行分配，PLC的I/O地址分配情況如表1所示。
表1 I/O地址分配表
2．2 PLC的選型
對三相繞線式異步電動機轉子串電阻啟動繼電接觸器控制進行PLC控制改造，輸入元件為2個，輸出元件4個，可選擇采用日本三菱公司FX系列FX2N-16MR型號的PLC，I/O總數為16，每條指令的執行時間為12μs。輸入點數為8個，對應的輸入繼電器地址編號為X000~X007；輸出點數為8個，對應的地址編號為Y000~Y007；定時器200點100ms，T0-T199。
2．3 PLC的輸入輸出接線圖
圖2所示為三相繞線式異步電動機轉子串電阻啟動PLC控制輸入輸出接線圖。
3 設計PLC控制程序
3．1 PLC梯形圖
用PLC改造三相繞線式異步電動機轉子串電阻啟動繼電接觸器控制系統，根據原有的繼電接觸器電路圖來設計梯形圖是一條簡便實用的辦法。原有的繞線式異步電動機轉子串電阻啟動繼電接觸器控制電路經過長期使用和考驗，已經證明能完成系統要求的各種功能。繼電接觸器控制電路圖和PLC程序控制梯形圖有許多相似的地方，按照梯形圖語言設計規定和對應關系可以將繼電接觸器電路圖方便地“翻譯”成梯形圖控制程序，用PLC的外部硬接線和梯形圖軟件來實現繼電接觸器電路圖的控制功能。
圖3所示三相繞線式異步電動機轉子串電阻啟動控制PLC梯形圖使用的是內部繼電器、定時器等，都是由軟件來實現的，使用方便，修改靈活，是原繼電接觸器控制線路硬接線無法比擬的。
3.3 工作過程分析
（1）啟動：按啟動按鈕SB1，輸入繼電器X001接通動合觸點閉合，輸出繼電器Y000接通，接觸器KM線圈得電，主觸頭閉合接通三相電源，繞線式異步電動機轉子串電阻（R1+R2+R3）啟動，同時定時器T1線圈得電,開始延時,時間設定為3s。
（2）3s后，定時器T1常開觸點閉合,輸出繼電器Y001接通，接觸器KM1吸合，主觸頭閉合，切除第一組電阻R1，電動機串接（R2+R3）電阻繼承啟動，同時定時器線圈T2得電,時間設定為1s。
（3）1s后，定時器T2常開觸點閉合,輸出繼電器Y002接通，接觸器KM2吸合，主觸頭閉合，切除第二組電阻R2，電動機串接R3電阻繼承啟動，同時定時器線圈T3得電,時間設定為1s。
（4）1s后，定時器T3常開觸點閉合,輸出繼電器Y003接通，接觸器KM3吸合，主觸頭閉合，切除第三組電阻R3，同時Y003常閉觸頭斷開，定時器線圈T1、T2、T3和輸出繼電器Y1、Y2失電。累計啟動5s，三相繞線式異步電動機轉子所串3組電阻全部切除，電動機M結束啟動狀態，進入正常運行狀態。
（5）停車：按停止按鈕SB2，輸出繼電器Y000失電，接觸器KM失電，主觸頭斷開，電動機作自由停車運行。輸出繼電器線圈Y000失電，常開觸點Y000復位，輸出繼電器Y003失電，常開觸點Y003復位，3組電阻（R1+R2+R3）恢復與三相繞線式異步電動機轉子串接，為下次啟動做好準備。
（6）過載保護：當電動機過載時，熱過載保護繼電器FR的動斷觸點斷開，接觸器KM、KM1、KM2、KM3均斷電，電動機M也停車。
（7）把輸出繼電器Y001、Y002和Y003 3個常閉觸點與輸入繼電器X001常開觸點串聯，如果輸出繼電器Y001、Y002和Y003線圈得電，接觸器KM1、KM2、KM3中任何一個觸頭沒有釋放恢復閉合時，按下啟動按鈕SB1，輸出繼電器Y000和接觸器KM線圈不能得電，KM主觸頭不能閉合，電動機M就不能接通電源直接啟動，保證了三相繞線式電動機只有在轉子繞組中接入全部啟動電阻（R1+R2+R3）的條件下才能啟動。
4 結語
采用三菱FX2N-16MR型PLC改造三相繞線式異步電動機轉子串電阻啟動繼電接觸器控制系統，用通用指令編寫控制程序，程序清晰，直觀易懂，調試簡捷方便。實踐證明，改造后的PLC控制系統完全達到實際啟動控制要求，抗干擾性強，設備運行可靠，穩定性高，降低了控制系統故障率，提高了設備使用運行效率。
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