基于模块化的PLC电气控制主线路设计

谭敬晃，王厚英，张清辰

（北海职业学院，广西 北海 536000）

0 引言

在运用PLC控制技术控制电机运行任务中，主要涉及交流异步电动机控制的主线路安装、外围硬件连接及PLC控制编程等模块。其中，独立功能的控制线路主线路安装原理在前导课程《电气控制技术》中已学习相关内容并掌握安装技能[1]，但出现在PLC控制技术课程中，运用到多种功能控制线路的情况下，需要一一对主线路进行拆装与重新组装设计，需耗费较大量的教学，且往往出现各种思考不周及操作失误，导致电源错接、元器件导通运行不当等问题或故障，从而出现轻则损坏实训设备，重则发生人身安全事故。本设计应用模块化设计理念，把PLC控制实训常用的交流异步电动机多种控制主线路进行综合设计，促使能在相对固定的元器件框架模块上，通过较少的改变线路连接方式、稍微改动PLC程序控制方式，电气控制就能实现多种功能的控制效果。同时本设计也应用带有漏电、欠压、过压、相序等保护功能，大大提高实训的安全保障。模块化设计PLC电气控制线路主线路能在教学中提高教学效率，促进学生设计学习能力的提升[2]，使教学效果事半功倍[3]。

1 主线路模块设计

本设计的主线路模块综合了三相交流异步电动机点动及连续控制、正反转控制、顺序控制、星三角降压启动控制、双速电动机控制5种控制线路的主线路，运用PLC控制技术来控制主线路的功能实现[4]。在此设计克服了独立模块重复设置、占用资源的存储、使用经常需更换的缺点，具有结构简单、使用简易和线路安全的特点。同时达到深化学生在使用过程中对相应主线路的理解，既节省了资源，又能达到更好的教学效果。

电气控制线路中，主要由主线路及控制线路组成。在此，只针对主线路进行功能模块化设计，也具有优化目的[5]。主线路是从线路电源及负载电动机相连接的电气元件连接部分，主要是由受力的动力模块、漏电保护模块、控制电动机电器模块等构成，提供负载电源。熔断器、热继电器、接触器主触头及负载电动机等构成的主线路[6]，且负载电路的电流大部分经过，即主线路承载比较大的电流，比较大的发热量，从而电气控制线路设计至关重要。本设计的模块化设计电气控制主线路框架结构如图1所示。

图1 模块化设计的主线路框架结构图图

本设计中，包含了相序保护接线、电源接入端口、电动机连接口、1个保护继电器、5个继电器及2个热继电器及机械连锁块等元器件连接设计，同时KM1与KM4之间、KM2与KM3之间装置有机械连锁块。在此框架设计基础上，通过PLC程序控制，改变线路元器件的启动顺序及启动组合，相应构建了实现不同功能的控制线路所需要的主线路。

2 主线路模块各功能实现

整个主线路模块设计中（如图2所示模块化设计的主线路原理图），都具备由保护继电器KA和KM组合构成，具有相序保护、过压保护、失压保护、三相不平衡保护以及断相保护的电源开关等作用。该设计主要是针对PLC设备输入电源的保护以及主线路模块工作时的保护。特别是一旦发生错接电源线时，由于KA的保护功能的作用，作为电源开关使用的KM将不能吸合，则此时单相电源插座XP就不能通电，PLC装置也就不会因为错接电源线而被损坏。除此之外，对PLC装置所使用的电源插头以及面板上的单相电源插座XP还人为选用了特殊制式，本例选用英式插头及插座，避免学生误用其他电源，出现电流、电压等参数不匹配，而损坏PLC装置的可能。

图2 模块化设计的主线路原理图

（1）在本模块设计中，需要构建电动机的点动运行及连续运行控制线路时，PLC程序在主线路控制中需要驱动KM1和KH1工作，从而带动整个电气控制线路实现电动机的点动及连续运行功能。

（2）在本模块设计中，需要构建电动机正反转运行控制线路时，PLC程序在主线路控制中需要驱动KM1、KM4和KH1工作，从而带动整个电气控制线路实现电动机的双重连锁正反转控制、自动往返控制等线路运行功能。在此线路设计中，KM1、KM4之间装置有机械连锁块，具备防止因软件编程错误控制而造成同时动作造成的相间短路故障的功效。

（3）在本模块设计中，需要构建多台电动机顺序控制线路时，PLC程序在主线路控制中需要驱动KM1和KH1、KM2和KH2工作，进而促使整个电气控制线路实现多台电动机的顺序运作运行功能。

（4）在本模块设计中，PLC程序驱动由KM1、KM2、KM3及KH1构成的主线路，实现交流电动机星三角降压启动运作的主线路功能。在此，KM2、KM3之间装置有机械连锁块，可以防止因软件编程错误而同时动作造成三相短路故障的发生。还有，只主线路也使用KH2作为过渡线连接的桥梁。

（5）实现电动机双速运行功能，电气控制线路中在此主线路中，需要PLC程序控制KM1、KM2、KM3、KH1、KH2工作。驱动KM2和KH2运作即促使整个系统实现电机低速运转功能；驱动KM1、KM3和KH1运作即促使整个系统实现电机高速运转功能。

3 结论

在本设计的PLC电气控制线路中的主线路模块中，只需要通过PLC程序控制不同的硬件元器件的运作，就能够快速、安全地实现切换三相交流异步电动机点动及连续控制、正反转控制、顺序控制、星三角降压启动控制、双速电动机控制5种控制功能的主线路，即实现PLC控制线路中主线路功能的多功能化，同时设计中具备了带有漏电、欠压、过压、相序等保护功能。本设计减少因线路功能的改变从而重新设计搭建主线路的繁琐工作，及避免因电源引入过失或软件编程错误导致损坏PLC装置的现象，从而促使主线路达到简单、方便、安全及多功能化，形成模块化设计，有利于PLC控制技术的掌握。本设计在电气类专业群的PLC控制技术课程的实训中得以应用实践，成效显著。