CN208174583U - 电动机集中启动方式控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电动机集中启动方式控制系统。该系统包括：控制柜，发送指令和接收反馈信息。启停单元连接控制柜，接收指令，采集信号并反馈给控制柜。输出单元连接控制柜，接收指令和输出指令。反馈单元连接输出单元，采集信息并反馈给控制柜。控制柜根据反馈信息判断是否发出指令；根据反馈单元的反馈信息判断是否发出指令。单点控制回路连接保持输出组，接收保持输出组的保持指令；双点控制回路，连接脉冲输出组，接收脉冲输出组的脉冲指令。该系统通用性好，兼顾了电动机多种启动回路，程序简单，可重复调用，只需要端子处修改输入地址即可；脉冲输出和保持输出并存，兼顾了不同电气设计回路，检查调试方便。

Description

电动机集中启动方式控制系统

技术领域

本实用新型属于电动机控制系统技术领域，主要应用于电动机电气回路接入PLC或DCS系统实现弱电控制传动主回路，实现自动运行和智能控制；具体来说涉及一种电动机集中启动方式控制系统。

背景技术

电气主回路和控制回路，是工业领域风机、水泵类设备最常见的电气设备。主要包括塑壳断路器、交流接触器、热继电器、软启动器等功率器件和继电器构成的控制回路。在实际的电气专业设计中，针对不同的功率、不同的工艺要求，各种电机的启动方式多种多样。最常见的主要由三种，见附图1所示。

(a)全压直接启动

其特点是控制回路简单，成本低；但是不适合功率大的电机，通常 30kW及以下的电机选用这种启动方式。

(b)星-三角降压启动

其特点是利用接触器进行切换，改变施加在电机绕组上的电压实现星-三角，这种启动方式线路复杂成本低，行业内大量使用；缺点是对电机和电网有二次冲击，机械冲击较大。

(c)软启动器降压启动

这种启动方式的特点是利用单片机调整可控硅的导通角度实现电压调节，改变施加在电机绕组的电压，实现爬坡和电流限幅。此种方式价格较高但启动性能优良，对电机和电网均无冲击。

在工业控制领域，大量的风机、水泵、皮带机、破碎机、液压油泵、螺旋输送机等使用电机的设备，普遍采用上述的电气控制方式，驱动电机的接触器、软启动器等功率器件采用电气成套柜的形式集中供电和控制，构成MCC(Motor Control Center)——马达控制中心。每一台用电设备的电气回路状态监控和远程操作均接入PLC(Programmbale LogicController)系统或DCS(Distributed Control System)系统，通过PLC或DCS系统的程序实现远程操作和人机接口显示。目前相当多的工程应用中，对这些电机空置状态监控，普遍需要调试人员现场编程、组态，效率低并且容易出错，主要存在的问题如下：

(1)PLC系统：通常对每一台电机编写一段控制程序，对于相同逻辑的设备，需要重复编写大量程序，代码量大且容易出错。

(2)DCS系统：通常厂家提供系统内现成的封装块，但该块只针对水泵或阀门的正反转控制，别切分为一位式和二位式控制以区别控制回路的中间继电器是一个还是两个。缺点是通用性差，启动命令(或停止命令)发出后等待反馈信息的时间不可调整，无法实现自动判断启动故障和停止故障。工程现场由于调试人员技能水平不同，编程粗心大意等，在输出点的保持自锁和解除上，容易发生安全事故。

通过工程实践证明，无论PLC系统还是DCS系统，依赖系统自带的程序块和编程手段，均需要编程人员大量复制程序段，针对不同设备再调整逻辑功能和时间参数，程序量大，检查和调试繁琐且容易出错，这些方案都不太兼容MCC中心大多数马达电机的监控。

因此,业界十分迫切需要一种能够集成启动方式的控制系统，以简化流程，提升工作效率。

实用新型内容

本实用新型提供一种解决电动机控制的通用控制系统，是根据工业控制领域众多电动机的运行特点以及普遍接入PLC或DCS系统的方式完成的，兼容了多种电气控制模式下的接口条件和输出动作，通用性好，输入端子和条件判断上兼顾了接触器直接启动、星-三角降压启动和软启动三种回路。

合闸信号、热继信号(电动机过热信号)、软启动器信号和运行反馈信号等，信号地址连接到输入端子即可，不同设备科重复调用该系统，程序简单，结构清晰，可移植性好。

本实用新型提供的电动机集中启动方式控制系统，包括：

控制柜，用于发送第一启停指令、第二启停指令、输出指令和接收反馈信息，

启停单元，电性连接所述控制柜，接收所述第一启停命令，采集合闸信号、热继信号和软启信号，并反馈给所述控制柜；

输出单元，电性连接所述控制柜，接收所述第二启停指令和输出指令，包括保持输出组和脉冲输出组；

反馈单元，电性连接所述输出单元，采集所述电动机的运行信息，并反馈给所述控制柜；

所述控制柜根据所述合闸信号、所述热继信号和所述软启信号判断是否发出所述第二启停指令；根据所述反馈单元的反馈信息判断是否发出输出指令；

单点控制回路，电性连接所述保持输出单元，用于接收所述保持输出组的保持指令；

双点控制回路，电性连接所述脉冲输出组，用于接收所述脉冲输出组的脉冲指令。

两种输出模式并存，兼顾了不同电气设计回路；单点控制回路和双点控制回路使用同样的程序块，检查、调试非常方便。

在一些实施例中，所述启停单元包括：

塑壳断路器，用于提供合闸信号；当断路器合闸后，触点闭合，信号反馈为正向，表示电动机主回路已准备好，可准备启动；当断路器分闸时，触点分开，信号反馈为反向，表示电动机主回路不具备启动条件；

热继电器，用于提供热继信号，判断电动机是否过热，电动机主回路是否具备启动条件；

软启动器，用于提供软启故障信号，无故障，说明电动机主回路已准备好，可启动；若有故障则故障返回信号为负向，表示电动机主回路暂不具备启动条件，需进行故障排除。

在一些实施例中，所述反馈单元包括：

故障组，采集电动机运行时长信息，并将信息发送给所述控制柜，判定电动机是否具有启停故障。在输出单元接收到第二启停指令后，根据电动机收到启动/停止信号，到运行信号反馈到达的时间进行判定，若超时判定电动机具有启动/停止故障，电动机自锁，屏蔽再一次的启动/停止命令，防止设备误动作；

复位按钮，用于电动机的控制系统复位；根据所述电动机启停故障决定是否需要复位，当故障组判定电动机具有启动/停止故障时，按下复位按钮，可解除电动机的启动/停止故障。

在一些实施例中，所述反馈单元包括：

交流接触器，用于电动机直接启动时提供运行反馈信号；通常情况下，电动机直接启动方式下，接触器的反馈迅速，时间非常短，通常设置为1秒或2秒；

三角运行接触器，用于电动机星-三角降压启动时提供运行反馈信号；通常情形下，根据电气回路中时间继电器的时间，三角运行接触器的设置比其多1秒即可；

旁路运行接触器，用于电动机软启动时提供运行反馈信号。

在一些实施例中，所述脉冲输出组包括启动脉冲输出端子和停止脉冲输出端子，连接双点控制回路的输出点。

在一些实施例中，所述脉冲输出组由两个中间继电器控制；启动回路为一个继电器，得电后自锁，电动机运行；停止回路为一个继电器，得电后断开回路，电动机停止，整个程序内脉冲周期为2秒。

在一些实施例中，所述电动机集中启动方式控制系统还包括监控界面，用于对电动机回路状态和故障信息，进行监控和显示。

在一些实施例中，所述控制柜采用PLC控制柜或DCS控制柜。

本实用新型的电动机集中启动方式控制系统，一方面通用性好，在输入端子和条件判断上兼顾了接触器直接启动、星-三角降压启动和软启动器启动三种回路，程序简单，可重复调用，只需要端子处修改输入地址即可；另一方面脉冲输出和保持输出并存，兼顾了不同电气设计回路，单点控制回路和双点控制回路使用同样的程序，检查调试方便；而且电动机回路发生故障后，系统自锁并保持，直至排除故障或人为确认复位后，故障才可接触，再次启动命令才有效。

附图说明

图1所示为本实用新型背景技术中的三种不同启动方式；

图2所示为本实用新型系统的结构示意图；

图3所示为本实用新型反馈单元流程示意图；

图4所示为本实用新型系统的端子图。

附图标记说明：

10-控制柜；

20-启停单元；

201-塑壳断路器；202-热继电器；203-软启动器；

30-输出单元；

301-保持输出组；302-脉冲输出组；

40-反馈单元；

301-运行信息；302-运行时长；303-启停故障；304-复位；

501-单点控制回路；502-双点控制回路。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

本实用新型的电动机集中启动方式控制系统主要应用在工业PLC 和DCS领域，用于电动机电气回路接入PLC或DCS系统实现弱电控制传动主回路，实现自动运行和智能控制。特别是涉及风机、水泵等常规电气回路，按不同的启动方式，智能判断电气主回路的状态和命令源，提供两种输出动作形式以适应不同的电气回路。该系统通用性好，信息面全，尤其是在复杂项目中多台设备重复调用本系统的程序，可节约程序量和存储空间，且具有故障自锁，人为解除，安全可靠。

本实用新型提供的电动机集中启动方式控制系统，如图2的结构示意图所示，由控制柜10、启停单元20、输出单元30、反馈单元40、单点控制回路501和双点控制回路502组成。

控制柜10用于发送第一启停指令、第二启停指令、输出指令和接收反馈信息。启停单元20包括塑壳断路器201、热继电器202和软启动器203。启停单元20电性连接控制柜10，接收第一启停指令，采集合闸信号、热继信号和软启信号。其中合闸信号由塑壳断路器201提供，热继信号由热继电器202提供，软启信号由软启动器203提供。

启停单元20将采集到的合闸信号、热继信号和软启信号反馈给控制柜10。控制柜10根据启停单元反馈的合闸信息、热继信号和软启信号判定是否发出第二启停指令。

输出单元30电性连接控制柜10，接收控制柜10发出的第二启停指令。反馈单元40电性连接输出单元30，并采集电动机的运行信息反馈给控制柜10。控制柜10根据反馈单元40反馈的信息判断是否发出输出指令。

输出单元30包括保持输出组301和脉冲输出组302，保持输出组 301电性连接单点控制回路501，脉冲输出组302电性连接双点控制回路502。控制柜10发出的输出指令由输出单元30接收，在输出单元30 接收到输出指令后，将相对应的指令发送给保持输出组301或脉冲输出组302，然后由保持输出组301向单点控制回路501发送保持指令，或由脉冲输出组302向双点控制回路502发送脉冲指令。

在本实用新型的集成启动方式控制系统中，同时具有脉冲输出和保持输出两种输出形式，单点控制回路501电性连接保持输出组301，双点控制回路电性连接脉冲输出组302。在实际逻辑执行过程中，两种输出模式并存，兼顾了不同电气设计回路，单点控制回路501和双点控制回路502使用同样的程序块，检查调试非常方便。

启停单元20中包含了三种启动方式——全压直接启动、星-三角降压启动和软启动器降压启动；输出单元30中保持输出组301和脉冲输出组302均与这三种启动方式对应，同时单点控制回路501或双点控制回路502也均与这三种启动方式对应，接收对应的保持输出指令或脉冲输出指令。即全压直接启动、星三角降压启动和软启动器降压启动均可选择单点控制回路501或双点控制回路502。

调试人员只需要根据实际控制回路，将物理输出点的地址连接不同的输出端子即可。单点控制回路501的物理输出点连接保持输出组301 的端子201，脉冲输出组302的端子202为空，不进行连接。双点控制回路502的物理输出点连接脉冲输出组302的端子，保持输出组301的端子为空，不连接点。

在本实用新型中，启停单元20通过采集合闸信号、热继信号和软启信号将信号反馈给控制柜10。当塑壳断路器201合闸后，触点闭合，合闸信号反馈为正向，表示电动机主回路已准备好，可准备启动；当塑壳断路器201分闸时，触点分开，合闸信号反馈为反向，表示电动机主回路不具备启动条件。热继电器202，主要用于提供热继信号，判断电动机是否过热，是否具备启动条件。软启动器203，用于提供软启信号，无故障，说明电动机主回路已准备好，可启动；若有故障则故障返回信号为负向，表示电动机主回路暂不具备启动条件，需进行故障排除。

控制柜10对这三个信号进行逻辑“与”运算，若“与”运算结果为正向，则向输出单元30发出第二启停指令，若“与”运算结果为负向，则说明塑壳断路器201或热继电器202或软启动203有问题，需要对回路进行检查，直至逻辑“与”运算结果为正向，控制柜10向输出单元30发出第二启停指令。

如图3所示，当电动机主回路具备启停条件时，控制柜10向输出单元30发出第二启停指令，输出单元30中保持输出组301和脉冲输出组302准备启停。与此同时，反馈单元40启动，反馈单元40中故障组和复位按钮启动，开始工作。

其中，故障组采集电动机回路运行反馈信号，主要包括运行信息 401和运行时长402。

若故障组采集到电动机回路运行信息401，则将相对应的信息反馈给控制柜10，控制柜10接收到此反馈后，向输出单元30发出输出指令。输出单元30接收到输出指令后，若输出指令对应于保持输出组301，则保持输出组301向单点控制回路501发出保持指令；若输出质量对应于脉冲输出组302，则脉冲输出组302向双点控制葫芦502发出脉冲指令。

若故障组没有采集到电动机回路的运行信息401，则对电动机葫芦的运行时长402进行判定，若运行时长402没有到达反馈单元30设定的相对应的时长，则等待时长到再进行判定。若运行时长402达到设定的相对应的时长，电动机回路仍无运行信息401，则判定电动机回路具有启停故障403。

通常情况下，在直接启动方式下，启动时长设置为1秒，停止时长设置为1秒；在星-三角降压启动方式下，启动时长设置为10秒，停止时长设置为1秒；而在软启动方式下，启动时长设置为11秒，停止时长设置为1秒。

需要说明的是，运行时长402为输出单元30收到第二启停指令到反馈单元40采集到的时长信息为止。

若判定电动机回路具有启停故障403，则则按下复位按钮，设备锁定，屏蔽进一步的启停指令，防止误动作。进行故障排查，直到人为按下复位按钮，电动机主回路重新工作，若回路没有故障，则控制柜10 向输出单元30发出输出指令。

对电动机运行回路中运行运行反馈信号采集，不同的启动方式一般采用不同的接触器。通常电动机全压直接启动时，采用交流接触器，这种接触器的反馈迅速，时间段，运行时长402设置为1秒或2秒即可。在星-三角降压启动时，采用三角运行接触器提供运行反馈信号，根据电气回路中时间继电器的时间(通常5秒-10秒)，将其运行时长402 设置为比时间继电器多1秒即可。电动机软启动时运行反馈信号由旁路运行接触器提供，在程序中将其运行时长402设置比软启时间(软启动器内部设置，默认为10秒)多1秒即可。

在本实用新型的电动机集中启动方式控制系统中，连接双点控制回路502输出点的脉冲输出组包括启动脉冲输出端子和停止脉冲输出端子，一般情形下，由两个中间继电器进行控制。启动回路为一个继电器，得电后自锁，电动机运行；停止回路为一个继电器，得电后断开回路，电动机停止，在整个程序内，脉冲周期为2秒。

为便于电动机回路状态和故障信息的交互，本实用新型的电动机多启动方式的控制系统设置了监控界面，可以对电动机的实时状态和各中信息进行显示和监控。在控制柜10的选择上，工业领域大多采用的是 PLC控制柜或DCS控制柜，当然不排除采用其它控制柜的可能。

本实用新型的电动机多启动方式的控制系统，可以由操作人员执行本地命令进行控制，也可以采用远程控制的方式，完成电气回路的控制。

具体实施例

在某企业运用本实用新型的电动机多启动方式的控制系统中，根据工业控制领域众多电机运行特点以及普遍接入PLC或DCS系统的方式，编写了控制程序，将输入和输出端子列出，预留调整参数入口，独立封装做成了标准函数快，形成的封装程序块如图4所示。程序封装命令组如下表所示：

输入侧：

输出侧：

名称	符号	数据类型	数据范围及含义
				启动脉冲输出	EN_Start_PLS	Bool	0：无动作；1：启动动作
停止脉冲输出	EN_Stop_PLS	Bool	0：无动作；1：停止动作
				启动保持输出	EN_Start	Bool	0：无动作；1：启动动作
启动故障	OUT_StrError	Bool	0：正常；1：启动故障
				停止故障	OUT_StpError	Bool	0：正常；1：停止故障

在本实施例中，输入输出端子功能说明如下：

合闸信号：通常取自与电动机主回路的塑壳断路器201辅助触点，当塑壳断路器201合闸后，该触点闭合，接入到DI板(数字量输入板)，信号为1，表示此时主回路已准备好；当塑壳断路器201分闸时，该信号为0，表示不具备条件。

手动控制和自动控制：通常取自控制柜10上的选择开关，可人为切换档位到本地控制或远程控制。这个选择开关的位置信号接入DI板(数字量输入板)，信号为1表示档位状态，防止本地按钮命令和远程命令冲突。

启动脉冲输出和停止脉冲输出：正对两个中间继电器控制启动、停止回路。启动回路为一个继电器，得电后自锁，电机运行。停止回路为一个继电器，得电后断开回路，电机停止，整个程序内脉冲周期为2秒。

启动保持输出：针对一个中间继电器控制启动、停止回路。输出为 1，电机运行；输出为0，电机停止。

启动时长：启动输出动作后，等待运行信号反馈到达的时间，超时后判定为启动故障，并自锁，屏蔽再一次的启动命令，放置设备误动作。复位命令，可有效接触该故障。直接启动方式下，接触器反馈迅速，时间非常短，通常设置为1秒或2秒。星-三角降压启动方式下，根据电气回路中时间继电器(TM)的时间(通常5秒-10秒)，程序设置中比此数值大1秒即可。软启动器方式下，程序中设置比软启时间(软启动器内部可设，默认10秒)大1秒即可。

停止时长：停止输出动作后，等待运行信号消失的时间，超时后判定为停止故障，并自锁。通常用于识别接触器粘连，软启故障灯现象。

启动时长和停止时长均以时间为参数，以秒为单位，可进行调整设置。当启动故障或停止故障出现后，系统自锁并保持，直到故障排出，人为确认复位后，再次启动命令才有效。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种电动机集中启动方式控制系统，其特征在于，包括：

控制柜，用于发送第一启停指令、第二启停指令、输出指令和接收反馈信息；

启停单元，电性连接所述控制柜，接收所述第一启停指令，采集合闸信号、热继信号和软启信号，并反馈给所述控制柜；

输出单元，包括保持输出组和脉冲输出组；所述输出单元电性连接所述控制柜，接收所述第二启停指令和输出指令；

反馈单元，电性连接所述输出单元，采集所述电动机的运行信息，并反馈给所述控制柜；

其中，所述控制柜根据所述合闸信号、所述热继信号和所述软启信号判断是否发出所述第二启停指令；根据所述反馈单元的反馈信息判断是否发出输出指令；

单点控制回路，电性连接所述保持输出组，用于接收所述保持输出组的保持指令；

双点控制回路，电性连接所述脉冲输出组，用于接收所述脉冲输出组的脉冲指令。

2.根据权利要求1所述的电动机集中启动方式控制系统，其特征在于，所述启停单元包括：

塑壳断路器，用于提供合闸信号；

热继电器，用于提供热继信号；

软启动器，用于提供软起故障信号。

3.根据权利要求1所述的电动机集中启动方式控制系统，其特征在于，所述反馈单元包括：

故障组，采集所述电动机运行时长信息，并将信息发送给所述控制柜；

复位按钮，用于电动机的控制系统复位。

4.根据权利要求1所述的电动机集中启动方式控制系统，其特征在于，所述反馈单元包括：

交流接触器，用于电动机直接启动时提供运行反馈信号；

三角运行接触器，用于电动机星-三角降压启动时提供运行反馈信号；

旁路运行接触器，用于电动机软启动时提供运行反馈信号。

5.根据权利要求1所述的电动机集中启动方式控制系统，其特征在于，所述脉冲输出组包括启动脉冲输出端子和停止脉冲输出端子。

6.根据权利要求5所述的电动机集中启动方式控制系统，其特征在于，所述脉冲输出组由两个中间继电器控制，脉冲周期为2秒。

7.根据权利要求1所述的电动机集中启动方式控制系统，其特征在于，还包括：

监控界面，用于监控显示电动机回路状态和故障信息。

8.根据权利要求1所述的电动机集中启动方式控制系统，其特征在于，所述控制柜为PLC控制柜或DCS控制柜。