基于PLC控制的过载保护电气控制设计

王志华 郭英芳

【摘 要】设计了一种由PLC控制的电动机过载保护电路。采用热继电器作为保护的主要设备，电动机过载运行时，电流达到设定的整定值，即热继电器常闭触点断开，电动机控制回路断开，接触器线圈失电，主触点断开，电动机停止运行，驱动软件程序控制的报警指示灯闪亮，报警铃声响起。通过组态测试，该电路准确实现了电动机过载时的电气控制保护电路设计，保护了设备。

【关键词】热继电器；过载保护；PLC

中图分类号： TM773 文献标识码： A 文章编号： 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

工业生产中电动机是将电能转化为机械动能的主要设备，由于因供电电源电压高于或低于额定值、负荷过载、转矩过大等电气和机械原因都会导致的电动机过载。

低压断路器具备一定的长延时过载保护功能，因此断路器检测到过载后延时一定的时间才会跳闸。但是在电动机发生缺相或者断相故障时，定子电流增加不大，而转子温度快速上升，电机因温度升高超过额定温度发生断相。在电动机运行中，由热继电器负责过载保护，检测温度上升迅速跳闸，可以快速、有效保护电动机不因绕组过热发生绝缘层损坏事故[1]，出现电机烧毁现象。

在电气控制中，采用热继电器FR对电动机的运行进行过载保护。而在PLC电路中，在外电路用热继电器的同时，也将其常开触点接在PLC的输入端，同时将软元件的常闭触点放在程序编写中，进一步起到了电动机过载保护。设计中加入热继电气的常闭触点，外部电路中也用闭点。因此，设计了一种由PLC为主要元件控制电路，结合低压断路器、接触器、热继电器组成的电机运行主回路和控制回路，对电机进行切实有效的过载保护。

1 主电路设计

在PLC控制的电动机运行中，允许电动机过载运行较短时间，如果在长时间在负载状态下运行，电动机绕组的温升超过允许值，将会出现电动机严重烧损现象。因此，需要热继电器对电动机严格监控，防止长时间超负荷运行，损坏绝缘和绕组[3-5]。电路采用低压断路器QF作为短路、过电流保护，接触器KM作为欠压保护，热继电器作为过载保护的设计方案。根据电动机运行的要求，设定热继电器的整定值为电动机额定电流的1～1.05倍，当流过绕组的电流超过该值时，在规定时间内热继电器常闭触点打开，保证电动机不被损坏。

2 PLC控制回路设计

PLC控制的电动机运行回路，由热继电器FR对电动机起过载保护，FR的常开触点与PLC的输入端连接，常闭触点与KM线圈的出线侧串联。

PLC控制回路采用三菱FX2N-16MR型PLC，PLC输入端X0接FR的常开触点，用于在电动机发热超过额定温度时断开控制回路的主线路，X1接动合按钮SB1，用于外接硬开关启动电动机运行，X2接动开按钮SB2，用于外接硬开关停止电动机运行。PLC输出端Y0接报警指示灯，用于显示故障报警。Y1接接触器KM的接线，用于控制KM线圈得电与失电，以及控制KM的主触点闭合或断开，Y2接报警铃，用于响铃故障报警。

3 软件程序设计

软件设计在三菱PLC编程GX geveloper环境中进行程序的编写，软件程序设计如下：

電动机工作时，按下动合按钮SB1，PLC输入继电器X001动合触点动作，输出继电器Y001线圈得电，其内部硬触点闭合，接触器KM线圈得电，KM主触点闭合，电动机起动运行。按下动开按钮SB2，PLC输入继电器X002动合触点动作，输出继电器Y001线圈失电，其内部硬触点断开，接触器KM线圈失电，KM主触点断开，电动机停止运行。

电动机过载运行时，热继电器FR发热元件工作，FR动合触点动作，Y001线圈失电，其内硬触点断开，KM线圈失电；同时，FR动开触点动作，KM线圈失电，KM主触点断开，电动机失电停转，起到双重保护作用。同时，X000动合触点动作时，定时器T0开始10s计时，报警灯亮并且报警铃通电发声，10s后，定时器T0动作，T0常开触点闭合，Y000和Y002线圈失电，报警铃、报警灯失电，停止报警；同时，T0动开触点断开，定时器T0复位。

4 组态监控设计

过载保护监控人机界面设计采用北京昆仑通泰MCGS7.2嵌入版工控组态软件开发系统，配合TPC7062K触摸屏完成PLC系统设计。该开发系统的人机界面，在工业控制中常用于工业生产人机交互系统的过程控制、在线监控、实时数据读取等，并且可用于验证系统开发的可行性[6-8]。触摸屏中设置启动和停止开关控制，以指示灯闪亮动画、蜂鸣器报警表示过载。

人机组态界面设计中由系统要求，在MCGS中设计出按钮SB1、SB2工作狀态，设置运行指示灯、报警指示灯，蜂鸣器在硬件设计中接入，通过界面设备控制电动机的起动与停止。对应控制系统变量分配表如下。

设备连接采用TPC7062K触摸屏和三菱FX2N-16MR型PLC通过RS232通讯线连接，波特率设置为9600bps。经过测试运行，在电机负载电流达到额定电流的1.05倍是，过载保护动作，接触器线圈失电，主电路接触器主触点断开，电动机停止运行，保护了电动机。

5 结束语

采用FX2N-16MR和北京昆仑通泰MCGS组态软件及TPC7062K型触摸屏设计的电路控制热继电器过载保护，实现了电动机在过载运行时，额定电流达到整定值1～1.05倍时，主电路断电，保护电动机，系统同时报警。经测试运行，该系统运行稳定，易于实现，并可以应用于电机的各种防过载运行保护系统中，有效的保护了电机的过载发热引起的损坏。

【参考文献】

[1]朱永迪，叶旺盛.过载保护在PLC输入和输出控制中的处理方法与原理[J].机电产品开发与创新，2011，24（2）：153-154.

[2]乔计，张永胜.基于PLC控制的过载保护的接法[J].山东工业技术，2015（2）：201.

[3]袁怀清.热继电器对电动机的保护及选用[J].科技传播，2012（12）：163.

[4]魏勃涛.热继电器定值设置不当引起的生产事故[J].电工技术，2018（7）：52-53.

[5]熊瑞峰.热继电器常见故障及处理办法[J].矿山机械，2006（6）：134.

[6]郭东平，赵媛.基于MCGS组态技术的温室环境监控系统设计[J].自动控制系统与装置，2016，38（4）：97-100.

[7]刘星平，刘涵，刘帆等.PLC及HMI在变频调速控制系统中的应用[J].湖南工程学院学报，2018，28（2）：11-16.

[8]聂佩.基于PLC和组态王的火灾自动报警系统[J].科技创新与应用，2018（16）：87-88.