基于PLC控制的過(guò)載保護(hù)電氣控制設(shè)計(jì)

王志華 郭英芳

【摘 要】設(shè)計(jì)了一種由PLC控制的電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)電路。采用熱繼電器作為保護(hù)的主要設(shè)備，電動(dòng)機(jī)過(guò)載運(yùn)行時(shí)，電流達(dá)到設(shè)定的整定值，即熱繼電器常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)控制回路斷開(kāi)，接觸器線(xiàn)圈失電，主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)軟件程序控制的報(bào)警指示燈閃亮，報(bào)警鈴聲響起。通過(guò)組態(tài)測(cè)試，該電路準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)的電氣控制保護(hù)電路設(shè)計(jì)，保護(hù)了設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】熱繼電器；過(guò)載保護(hù)；PLC

中圖分類(lèi)號(hào)： TM773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）16-0076-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.033

【Abstract】An overload protection circuit of motor controlled by PLC is designed. Using thermal relay as the protection of the main equipment， motor overload running， the current reach the setting value of setting， namely thermal relay normally closed contacts disconnect， disconnect the motor control circuit， the contactor coil electricity， main contact disconnect， stop running motor， drive software program control of alarm light is bright， the alarm rings. Through configuration test， this circuit realizes the electrical control protection circuit design when the motor is overloaded and protects the equipment.

【Key words】Thermal relay；Overload protection；PLC

0 序言

工業(yè)生產(chǎn)中電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能的主要設(shè)備，由于因供電電源電壓高于或低于額定值、負(fù)荷過(guò)載、轉(zhuǎn)矩過(guò)大等電氣和機(jī)械原因都會(huì)導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)過(guò)載。

低壓斷路器具備一定的長(zhǎng)延時(shí)過(guò)載保護(hù)功能，因此斷路器檢測(cè)到過(guò)載后延時(shí)一定的時(shí)間才會(huì)跳閘。但是在電動(dòng)機(jī)發(fā)生缺相或者斷相故障時(shí)，定子電流增加不大，而轉(zhuǎn)子溫度快速上升，電機(jī)因溫度升高超過(guò)額定溫度發(fā)生斷相。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，由熱繼電器負(fù)責(zé)過(guò)載保護(hù)，檢測(cè)溫度上升迅速跳閘，可以快速、有效保護(hù)電動(dòng)機(jī)不因繞組過(guò)熱發(fā)生絕緣層損壞事故[1]，出現(xiàn)電機(jī)燒毀現(xiàn)象。

在電氣控制中，采用熱繼電器FR對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。而在PLC電路中，在外電路用熱繼電器的同時(shí)，也將其常開(kāi)觸點(diǎn)接在PLC的輸入端，同時(shí)將軟元件的常閉觸點(diǎn)放在程序編寫(xiě)中，進(jìn)一步起到了電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)。設(shè)計(jì)中加入熱繼電氣的常閉觸點(diǎn)，外部電路中也用閉點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)了一種由PLC為主要元件控制電路，結(jié)合低壓斷路器、接觸器、熱繼電器組成的電機(jī)運(yùn)行主回路和控制回路，對(duì)電機(jī)進(jìn)行切實(shí)有效的過(guò)載保護(hù)。

1 主電路設(shè)計(jì)

在PLC控制的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，允許電動(dòng)機(jī)過(guò)載運(yùn)行較短時(shí)間，如果在長(zhǎng)時(shí)間在負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)繞組的溫升超過(guò)允許值，將會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重?zé)龘p現(xiàn)象。因此，需要熱繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)嚴(yán)格監(jiān)控，防止長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行，損壞絕緣和繞組[3-5]。電路采用低壓斷路器QF作為短路、過(guò)電流保護(hù)，接觸器KM作為欠壓保護(hù)，熱繼電器作為過(guò)載保護(hù)的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的要求，設(shè)定熱繼電器的整定值為電動(dòng)機(jī)額定電流的1～1.05倍，當(dāng)流過(guò)繞組的電流超過(guò)該值時(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)熱繼電器常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，保證電動(dòng)機(jī)不被損壞。

2 PLC控制回路設(shè)計(jì)

PLC控制的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行回路，由熱繼電器FR對(duì)電動(dòng)機(jī)起過(guò)載保護(hù)，F(xiàn)R的常開(kāi)觸點(diǎn)與PLC的輸入端連接，常閉觸點(diǎn)與KM線(xiàn)圈的出線(xiàn)側(cè)串聯(lián)。

PLC控制回路采用三菱FX2N-16MR型PLC，PLC輸入端X0接FR的常開(kāi)觸點(diǎn)，用于在電動(dòng)機(jī)發(fā)熱超過(guò)額定溫度時(shí)斷開(kāi)控制回路的主線(xiàn)路，X1接動(dòng)合按鈕SB1，用于外接硬開(kāi)關(guān)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，X2接動(dòng)開(kāi)按鈕SB2，用于外接硬開(kāi)關(guān)停止電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。PLC輸出端Y0接報(bào)警指示燈，用于顯示故障報(bào)警。Y1接接觸器KM的接線(xiàn)，用于控制KM線(xiàn)圈得電與失電，以及控制KM的主觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)，Y2接報(bào)警鈴，用于響鈴故障報(bào)警。

3 軟件程序設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)在三菱PLC編程GX geveloper環(huán)境中進(jìn)行程序的編寫(xiě)，軟件程序設(shè)計(jì)如下：

電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，按下動(dòng)合按鈕SB1，PLC輸入繼電器X001動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)作，輸出繼電器Y001線(xiàn)圈得電，其內(nèi)部硬觸點(diǎn)閉合，接觸器KM線(xiàn)圈得電，KM主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行。按下動(dòng)開(kāi)按鈕SB2，PLC輸入繼電器X002動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)作，輸出繼電器Y001線(xiàn)圈失電，其內(nèi)部硬觸點(diǎn)斷開(kāi)，接觸器KM線(xiàn)圈失電，KM主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

電動(dòng)機(jī)過(guò)載運(yùn)行時(shí)，熱繼電器FR發(fā)熱元件工作，F(xiàn)R動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)作，Y001線(xiàn)圈失電，其內(nèi)硬觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM線(xiàn)圈失電；同時(shí)，F(xiàn)R動(dòng)開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)作，KM線(xiàn)圈失電，KM主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)失電停轉(zhuǎn)，起到雙重保護(hù)作用。同時(shí)，X000動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，定時(shí)器T0開(kāi)始10s計(jì)時(shí)，報(bào)警燈亮并且報(bào)警鈴?fù)姲l(fā)聲，10s后，定時(shí)器T0動(dòng)作，T0常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Y000和Y002線(xiàn)圈失電，報(bào)警鈴、報(bào)警燈失電，停止報(bào)警；同時(shí)，T0動(dòng)開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，定時(shí)器T0復(fù)位。

4 組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)

過(guò)載保護(hù)監(jiān)控人機(jī)界面設(shè)計(jì)采用北京昆侖通泰MCGS7.2嵌入版工控組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，配合TPC7062K觸摸屏完成PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的人機(jī)界面，在工業(yè)控制中常用于工業(yè)生產(chǎn)人機(jī)交互系統(tǒng)的過(guò)程控制、在線(xiàn)監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取等，并且可用于驗(yàn)證系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的可行性[6-8]。觸摸屏中設(shè)置啟動(dòng)和停止開(kāi)關(guān)控制，以指示燈閃亮動(dòng)畫(huà)、蜂鳴器報(bào)警表示過(guò)載。

人機(jī)組態(tài)界面設(shè)計(jì)中由系統(tǒng)要求，在MCGS中設(shè)計(jì)出按鈕SB1、SB2工作狀態(tài)，設(shè)置運(yùn)行指示燈、報(bào)警指示燈，蜂鳴器在硬件設(shè)計(jì)中接入，通過(guò)界面設(shè)備控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與停止。對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)變量分配表如下。

設(shè)備連接采用TPC7062K觸摸屏和三菱FX2N-16MR型PLC通過(guò)RS232通訊線(xiàn)連接，波特率設(shè)置為9600bps。經(jīng)過(guò)測(cè)試運(yùn)行，在電機(jī)負(fù)載電流達(dá)到額定電流的1.05倍是，過(guò)載保護(hù)動(dòng)作，接觸器線(xiàn)圈失電，主電路接觸器主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，保護(hù)了電動(dòng)機(jī)。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用FX2N-16MR和北京昆侖通泰MCGS組態(tài)軟件及TPC7062K型觸摸屏設(shè)計(jì)的電路控制熱繼電器過(guò)載保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)在過(guò)載運(yùn)行時(shí)，額定電流達(dá)到整定值1～1.05倍時(shí)，主電路斷電，保護(hù)電動(dòng)機(jī)，系統(tǒng)同時(shí)報(bào)警。經(jīng)測(cè)試運(yùn)行，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)，并可以應(yīng)用于電機(jī)的各種防過(guò)載運(yùn)行保護(hù)系統(tǒng)中，有效的保護(hù)了電機(jī)的過(guò)載發(fā)熱引起的損壞。

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