王志華 郭英芳

【摘 要】設(shè)計了一種由PLC控制的電動機(jī)過載保護(hù)電路。采用熱繼電器作為保護(hù)的主要設(shè)備，電動機(jī)過載運(yùn)行時，電流達(dá)到設(shè)定的整定值，即熱繼電器常閉觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)控制回路斷開，接觸器線圈失電，主觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)停止運(yùn)行，驅(qū)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(tài)測試，該電路準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)過載時的電氣控制保護(hù)電路設(shè)計，保護(hù)了設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】熱繼電器；過載保護(hù)；PLC

中圖分類號： TM773 文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)生產(chǎn)中電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動能的主要設(shè)備，由于因供電電源電壓高于或低于額定值、負(fù)荷過載、轉(zhuǎn)矩過大等電氣和機(jī)械原因都會導(dǎo)致的電動機(jī)過載。

低壓斷路器具備一定的長延時過載保護(hù)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(jī)發(fā)生缺相或者斷相故障時，定子電流增加不大，而轉(zhuǎn)子溫度快速上升，電機(jī)因溫度升高超過額定溫度發(fā)生斷相。在電動機(jī)運(yùn)行中，由熱繼電器負(fù)責(zé)過載保護(hù)，檢測溫度上升迅速跳閘，可以快速、有效保護(hù)電動機(jī)不因繞組過熱發(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對電動機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行過載保護(hù)。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(diǎn)接在PLC的輸入端，同時將軟元件的常閉觸點(diǎn)放在程序編寫中，進(jìn)一步起到了電動機(jī)過載保護(hù)。設(shè)計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，對電機(jī)進(jìn)行切實(shí)有效的過載保護(hù)。

1 主電路設(shè)計

在PLC控制的電動機(jī)運(yùn)行中，允許電動機(jī)過載運(yùn)行較短時間，如果在長時間在負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行，電動機(jī)繞組的溫升超過允許值，將會出現(xiàn)電動機(jī)嚴(yán)重?zé)龘p現(xiàn)象。因此，需要熱繼電器對電動機(jī)嚴(yán)格監(jiān)控，防止長時間超負(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、過電流保護(hù)，接觸器KM作為欠壓保護(hù)，熱繼電器作為過載保護(hù)的設(shè)計方案。根據(jù)電動機(jī)運(yùn)行的要求，設(shè)定熱繼電器的整定值為電動機(jī)額定電流的1～1.05倍，當(dāng)流過繞組的電流超過該值時，在規(guī)定時間內(nèi)熱繼電器常閉觸點(diǎn)打開，保證電動機(jī)不被損壞。

2 PLC控制回路設(shè)計

PLC控制的電動機(jī)運(yùn)行回路，由熱繼電器FR對電動機(jī)起過載保護(hù)，F(xiàn)R的常開觸點(diǎn)與PLC的輸入端連接，常閉觸點(diǎn)與KM線圈的出線側(cè)串聯(lián)。

PLC控制回路采用三菱FX2N-16MR型PLC，PLC輸入端X0接FR的常開觸點(diǎn)，用于在電動機(jī)發(fā)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(guān)啟動電動機(jī)運(yùn)行，X2接動開按鈕SB2，用于外接硬開關(guān)停止電動機(jī)運(yùn)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(diǎn)閉合或斷開，Y2接報警鈴，用于響鈴故障報警。

3 軟件程序設(shè)計

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

電動機(jī)工作時，按下動合按鈕SB1，PLC輸入繼電器X001動合觸點(diǎn)動作，輸出繼電器Y001線圈得電，其內(nèi)部硬觸點(diǎn)閉合，接觸器KM線圈得電，KM主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)起動運(yùn)行。按下動開按鈕SB2，PLC輸入繼電器X002動合觸點(diǎn)動作，輸出繼電器Y001線圈失電，其內(nèi)部硬觸點(diǎn)斷開，接觸器KM線圈失電，KM主觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)停止運(yùn)行。

電動機(jī)過載運(yùn)行時，熱繼電器FR發(fā)熱元件工作，F(xiàn)R動合觸點(diǎn)動作，Y001線圈失電，其內(nèi)硬觸點(diǎn)斷開，KM線圈失電；同時，F(xiàn)R動開觸點(diǎn)動作，KM線圈失電，KM主觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)失電停轉(zhuǎn)，起到雙重保護(hù)作用。同時，X000動合觸點(diǎn)動作時，定時器T0開始10s計時，報警燈亮并且報警鈴?fù)姲l(fā)聲，10s后，定時器T0動作，T0常開觸點(diǎn)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(diǎn)斷開，定時器T0復(fù)位。

4 組態(tài)監(jiān)控設(shè)計

過載保護(hù)監(jiān)控人機(jī)界面設(shè)計采用北京昆侖通泰MCGS7.2嵌入版工控組態(tài)軟件開發(fā)系統(tǒng)，配合TPC7062K觸摸屏完成PLC系統(tǒng)設(shè)計。該開發(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)的過程控制、在線監(jiān)控、實(shí)時數(shù)據(jù)讀取等，并且可用于驗(yàn)證系統(tǒng)開發(fā)的可行性[6-8]。觸摸屏中設(shè)置啟動和停止開關(guān)控制，以指示燈閃亮動畫、蜂鳴器報警表示過載。

人機(jī)組態(tài)界面設(shè)計中由系統(tǒng)要求，在MCGS中設(shè)計出按鈕SB1、SB2工作狀態(tài)，設(shè)置運(yùn)行指示燈、報警指示燈，蜂鳴器在硬件設(shè)計中接入，通過界面設(shè)備控制電動機(jī)的起動與停止。對應(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RS232通訊線連接，波特率設(shè)置為9600bps。經(jīng)過測試運(yùn)行，在電機(jī)負(fù)載電流達(dá)到額定電流的1.05倍是，過載保護(hù)動作，接觸器線圈失電，主電路接觸器主觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)停止運(yùn)行，保護(hù)了電動機(jī)。

5 結(jié)束語

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)計的電路控制熱繼電器過載保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)在過載運(yùn)行時，額定電流達(dá)到整定值1～1.05倍時，主電路斷電，保護(hù)電動機(jī)，系統(tǒng)同時報警。經(jīng)測試運(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)的各種防過載運(yùn)行保護(hù)系統(tǒng)中，有效的保護(hù)了電機(jī)的過載發(fā)熱引起的損壞。

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱永迪，葉旺盛.過載保護(hù)在PLC輸入和輸出控制中的處理方法與原理[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011，24（2）：153-154.

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

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

[4]魏勃濤.熱繼電器定值設(shè)置不當(dāng)引起的生產(chǎn)事故[J].電工技術(shù)，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(jī)械，2006（6）：134.

[6]郭東平，趙媛.基于MCGS組態(tài)技術(shù)的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].自動控制系統(tǒng)與裝置，2016，38（4）：97-100.

[7]劉星平，劉涵，劉帆等.PLC及HMI在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報，2018，28（2）：11-16.

[8]聶佩.基于PLC和組態(tài)王的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（16）：87-88.