基于PLC控制的過載保護電氣控制設計

王志華 郭英芳

【摘 要】設計了一種由PLC控制的電動機過載保護電路。采用熱繼電器作為保護的主要設備，電動機過載運行時，電流達到設定的整定值，即熱繼電器常閉觸點斷開，電動機控制回路斷開，接觸器線圈失電，主觸點斷開，電動機停止運行，驅動軟件程序控制的報警指示燈閃亮，報警鈴聲響起。通過組態測試，該電路準確實現了電動機過載時的電氣控制保護電路設計，保護了設備。

【關鍵詞】熱繼電器；過載保護；PLC

中圖分類號： TM773 文獻標識碼： A 文章編號： 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

工業生產中電動機是將電能轉化為機械動能的主要設備，由于因供電電源電壓高于或低于額定值、負荷過載、轉矩過大等電氣和機械原因都會導致的電動機過載。

低壓斷路器具備一定的長延時過載保護功能，因此斷路器檢測到過載后延時一定的時間才會跳閘。但是在電動機發生缺相或者斷相故障時，定子電流增加不大，而轉子溫度快速上升，電機因溫度升高超過額定溫度發生斷相。在電動機運行中，由熱繼電器負責過載保護，檢測溫度上升迅速跳閘，可以快速、有效保護電動機不因繞組過熱發生絕緣層損壞事故[1]，出現電機燒毀現象。

在電氣控制中，采用熱繼電器FR對電動機的運行進行過載保護。而在PLC電路中，在外電路用熱繼電器的同時，也將其常開觸點接在PLC的輸入端，同時將軟元件的常閉觸點放在程序編寫中，進一步起到了電動機過載保護。設計中加入熱繼電氣的常閉觸點，外部電路中也用閉點。因此，設計了一種由PLC為主要元件控制電路，結合低壓斷路器、接觸器、熱繼電器組成的電機運行主回路和控制回路，對電機進行切實有效的過載保護。

1 主電路設計

在PLC控制的電動機運行中，允許電動機過載運行較短時間，如果在長時間在負載狀態下運行，電動機繞組的溫升超過允許值，將會出現電動機嚴重燒損現象。因此，需要熱繼電器對電動機嚴格監控，防止長時間超負荷運行，損壞絕緣和繞組[3-5]。電路采用低壓斷路器QF作為短路、過電流保護，接觸器KM作為欠壓保護，熱繼電器作為過載保護的設計方案。根據電動機運行的要求，設定熱繼電器的整定值為電動機額定電流的1～1.05倍，當流過繞組的電流超過該值時，在規定時間內熱繼電器常閉觸點打開，保證電動機不被損壞。

2 PLC控制回路設計

PLC控制的電動機運行回路，由熱繼電器FR對電動機起過載保護，FR的常開觸點與PLC的輸入端連接，常閉觸點與KM線圈的出線側串聯。

PLC控制回路采用三菱FX2N-16MR型PLC，PLC輸入端X0接FR的常開觸點，用于在電動機發熱超過額定溫度時斷開控制回路的主線路，X1接動合按鈕SB1，用于外接硬開關啟動電動機運行，X2接動開按鈕SB2，用于外接硬開關停止電動機運行。PLC輸出端Y0接報警指示燈，用于顯示故障報警。Y1接接觸器KM的接線，用于控制KM線圈得電與失電，以及控制KM的主觸點閉合或斷開，Y2接報警鈴，用于響鈴故障報警。

3 軟件程序設計

軟件設計在三菱PLC編程GX geveloper環境中進行程序的編寫，軟件程序設計如下：

電動機工作時，按下動合按鈕SB1，PLC輸入繼電器X001動合觸點動作，輸出繼電器Y001線圈得電，其內部硬觸點閉合，接觸器KM線圈得電，KM主觸點閉合，電動機起動運行。按下動開按鈕SB2，PLC輸入繼電器X002動合觸點動作，輸出繼電器Y001線圈失電，其內部硬觸點斷開，接觸器KM線圈失電，KM主觸點斷開，電動機停止運行。

電動機過載運行時，熱繼電器FR發熱元件工作，FR動合觸點動作，Y001線圈失電，其內硬觸點斷開，KM線圈失電；同時，FR動開觸點動作，KM線圈失電，KM主觸點斷開，電動機失電停轉，起到雙重保護作用。同時，X000動合觸點動作時，定時器T0開始10s計時，報警燈亮并且報警鈴通電發聲，10s后，定時器T0動作，T0常開觸點閉合，Y000和Y002線圈失電，報警鈴、報警燈失電，停止報警；同時，T0動開觸點斷開，定時器T0復位。

4 組態監控設計

過載保護監控人機界面設計采用北京昆侖通泰MCGS7.2嵌入版工控組態軟件開發系統，配合TPC7062K觸摸屏完成PLC系統設計。該開發系統的人機界面，在工業控制中常用于工業生產人機交互系統的過程控制、在線監控、實時數據讀取等，并且可用于驗證系統開發的可行性[6-8]。觸摸屏中設置啟動和停止開關控制，以指示燈閃亮動畫、蜂鳴器報警表示過載。

人機組態界面設計中由系統要求，在MCGS中設計出按鈕SB1、SB2工作狀態，設置運行指示燈、報警指示燈，蜂鳴器在硬件設計中接入，通過界面設備控制電動機的起動與停止。對應控制系統變量分配表如下。

設備連接采用TPC7062K觸摸屏和三菱FX2N-16MR型PLC通過RS232通訊線連接，波特率設置為9600bps。經過測試運行，在電機負載電流達到額定電流的1.05倍是，過載保護動作，接觸器線圈失電，主電路接觸器主觸點斷開，電動機停止運行，保護了電動機。

5 結束語

采用FX2N-16MR和北京昆侖通泰MCGS組態軟件及TPC7062K型觸摸屏設計的電路控制熱繼電器過載保護，實現了電動機在過載運行時，額定電流達到整定值1～1.05倍時，主電路斷電，保護電動機，系統同時報警。經測試運行，該系統運行穩定，易于實現，并可以應用于電機的各種防過載運行保護系統中，有效的保護了電機的過載發熱引起的損壞。

【參考文獻】

[1]朱永迪，葉旺盛.過載保護在PLC輸入和輸出控制中的處理方法與原理[J].機電產品開發與創新，2011，24（2）：153-154.

[2]喬計，張永勝.基于PLC控制的過載保護的接法[J].山東工業技術，2015（2）：201.

[3]袁懷清.熱繼電器對電動機的保護及選用[J].科技傳播，2012（12）：163.

[4]魏勃濤.熱繼電器定值設置不當引起的生產事故[J].電工技術，2018（7）：52-53.

[5]熊瑞峰.熱繼電器常見故障及處理辦法[J].礦山機械，2006（6）：134.

[6]郭東平，趙媛.基于MCGS組態技術的溫室環境監控系統設計[J].自動控制系統與裝置，2016，38（4）：97-100.

[7]劉星平，劉涵，劉帆等.PLC及HMI在變頻調速控制系統中的應用[J].湖南工程學院學報，2018，28（2）：11-16.

[8]聶佩.基于PLC和組態王的火災自動報警系統[J].科技創新與應用，2018（16）：87-88.