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1 引言
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。
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。
图1 继电器接触器控制系统
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
龙门刨床刨台及各个刀架改由变频器来调节，能较好的满足工作台的静，动态特性，刨床的各个动作都是PLC控制，控制功能强，操作方便。改造后达到了预期效果。
关键词：
龙门刨床，富凌变频器，可编程控制器，电位器
龙门刨床的电气控制系统主要包括工作台的主传动和进给机构的逻辑控制两大部分。目前，国内龙门刨床主要采用的主传动系统有三种：一种是50年代的电机扩大机——发电机——电动机组（A——G——M）系统，第二种70年代改型的晶闸管——电动机组（V——M）系统，这两种系统的逻辑控制普遍采用继电器控制，故障率高，低速时损耗大，功率因素低，且对电网和机械的冲击很大，维修麻烦。80年代后随着变频技术的高速发展和可编程控制器(PLC)的不断更新，它们结合为龙门刨床提供了一种更好的控制系统。用这种系统控制的龙门刨床不仅克服了以上其它控制系统的各个缺点，还大大提高了控制精度和加工质量，更主要的是节约了大量的能源。因此，龙门刨床控制系统的变频及PLC改造已成必然的趋势。
一、龙门刨床的控制要求：
1.无级调速---调速范围宽，系统运行的平滑性好，动态品质更好。
2.能根据不同工件自由调节工作速度，而且前进和后退的速度要单独调整。
3.起动和制动性能好----快速、平稳的起动和制动，对电网和机械的冲击小，能很好地实现慢速切入，快速换向等工艺要求。
4.高速切削平稳，静差度小。
5.系统简单，安全可靠，便于维修。
6.噪音低，效率高，可靠性好，节能明显。
二、改造的方法
1.主运动控制主工作台采用一台富凌牌DZB100系列55KW通用型变频器控制一台45KW鼠笼式异步电动机，代替原来的电机扩大机----发电机----电动机组（简称A-G-M系统）系统，实现无级调速。用变频器来实现对工作台的各种不同速度的控制和往返换向。
2.垂直，左右刀架的控制垂直刀架和左右刀架分别由三台富凌DZB100系列3.7KW变频器来驱动2.2KW的刀具电机，实现进刀量的高精度进给。
3.刨床的各个动作都由PLC来控制，PLC根据操作指令和现场信号,按照所编制的程序对变频器、横梁、油泵及风冷电机进行人工或自动循环控制。
三、龙门刨床主运动的工作特点
1.工件和刨刀的相对运动（也就是主工作台的往复运动），为了保证加工质量和加工效率，要求在不同的阶段所运行的速度是不一样的。从理论上讲：在高速加工时为了减少刀具所承受的冲力和防止工件边缘崩裂，切削工作开始（t0-t1）阶段要求慢速切入；（t1-t2）为加速到稳定的工作速度阶段――快速加工；（t2-t3）为了防止工件边缘的崩裂，进入刀具减速退出工件阶段—缓速收尾；（t3-t4）为高速返回阶段；（t4-t5）是为了减小反向时因冲力过大而引起的越位和对传动机构的冲击设定的一个减速过程。
2.在实际的改造的工作中，刨刀返回的过程中由于行程开关从减速到换向阶段的时间很短，所以在变频器参数设定**状态时仍有30公分左右的爬行。根据这种情况我们通过PLC来控制，由于刨刀运动速度较快，即使两种制动同时起作用，刨刀仍有短距离爬行（这个爬行一般只要不超过10cm是允许的），但已能很好的满足设备在重负载的情况下的要求了。由于在日常工作中不可能只加工一种规格的工件，为了在保证加工质量的同时提高工作效率，所以要求加工的速度和返回的速度是可调的。要实现这个指标，我们在设计中对快速加工和高速返回两个阶级，使用两个电位器来调节，这样操作人员就可以根据不同规格的工件，很方便的调节其加工速度。
六、制动问题的处理
主电动机在工作时，由于其负载大速度快，所以在快速换向时因为制动会产生很大的反馈能量。如何吸收掉这些能量对整个加工有很大的影响。我们在改造时充分考虑到这个因素，对刨台的换向制动采用直流制动+减速制动[富凌制动单元两个，制动电阻个两个]来实现。实践证明：这样的组合制动方式，不仅简单可靠，而且造价很低。
七、控制电路和软件流程
1.为了便于操作变频器，采用外部端口连接，实现远程控制。可实现正转、反转、正转点动和反转点动，外部异常，通过RST报警。
2.软件流程龙门刨床的工艺流程由PLC控制主变频器驱动交流电动机来实现。整个工艺过程可以自动也可以人工操作。刨台的运动，刀架的升降，横梁的控制以及互相联锁和显示等功能都由PLC来实现。为方便操作，在控制柜上装有刨台运动速度显示和各种运行指令及报警信号，且操作完全符合原操作习惯。