基于模塊化的PLC電氣控制主線路設計

譚敬晃，王厚英，張清辰

（北海職業學院，廣西 北海 536000）

0 引言

在運用PLC控制技術控制電機運行任務中，主要涉及交流異步電動機控制的主線路安裝、外圍硬件連接及PLC控制編程等模塊。其中，獨立功能的控制線路主線路安裝原理在前導課程《電氣控制技術》中已學習相關內容并掌握安裝技能[1]，但出現在PLC控制技術課程中，運用到多種功能控制線路的情況下，需要一一對主線路進行拆裝與重新組裝設計，需耗費較大量的教學，且往往出現各種思考不周及操作失誤，導致電源錯接、元器件導通運行不當等問題或故障，從而出現輕則損壞實訓設備，重則發生人身安全事故。本設計應用模塊化設計理念，把PLC控制實訓常用的交流異步電動機多種控制主線路進行綜合設計，促使能在相對固定的元器件框架模塊上，通過較少的改變線路連接方式、稍微改動PLC程序控制方式，電氣控制就能實現多種功能的控制效果。同時本設計也應用帶有漏電、欠壓、過壓、相序等保護功能，大大提高實訓的安全保障。模塊化設計PLC電氣控制線路主線路能在教學中提高教學效率，促進學生設計學習能力的提升[2]，使教學效果事半功倍[3]。

1 主線路模塊設計

本設計的主線路模塊綜合了三相交流異步電動機點動及連續控制、正反轉控制、順序控制、星三角降壓啟動控制、雙速電動機控制5種控制線路的主線路，運用PLC控制技術來控制主線路的功能實現[4]。在此設計克服了獨立模塊重復設置、占用資源的存儲、使用經常需更換的缺點，具有結構簡單、使用簡易和線路安全的特點。同時達到深化學生在使用過程中對相應主線路的理解，既節省了資源，又能達到更好的教學效果。

電氣控制線路中，主要由主線路及控制線路組成。在此，只針對主線路進行功能模塊化設計，也具有優化目的[5]。主線路是從線路電源及負載電動機相連接的電氣元件連接部分，主要是由受力的動力模塊、漏電保護模塊、控制電動機電器模塊等構成，提供負載電源。熔斷器、熱繼電器、接觸器主觸頭及負載電動機等構成的主線路[6]，且負載電路的電流大部分經過，即主線路承載比較大的電流，比較大的發熱量，從而電氣控制線路設計至關重要。本設計的模塊化設計電氣控制主線路框架結構如圖1所示。

圖1 模塊化設計的主線路框架結構圖圖

本設計中，包含了相序保護接線、電源接入端口、電動機連接口、1個保護繼電器、5個繼電器及2個熱繼電器及機械連鎖塊等元器件連接設計，同時KM1與KM4之間、KM2與KM3之間裝置有機械連鎖塊。在此框架設計基礎上，通過PLC程序控制，改變線路元器件的啟動順序及啟動組合，相應構建了實現不同功能的控制線路所需要的主線路。

2 主線路模塊各功能實現

整個主線路模塊設計中（如圖2所示模塊化設計的主線路原理圖），都具備由保護繼電器KA和KM組合構成，具有相序保護、過壓保護、失壓保護、三相不平衡保護以及斷相保護的電源開關等作用。該設計主要是針對PLC設備輸入電源的保護以及主線路模塊工作時的保護。特別是一旦發生錯接電源線時，由于KA的保護功能的作用，作為電源開關使用的KM將不能吸合，則此時單相電源插座XP就不能通電，PLC裝置也就不會因為錯接電源線而被損壞。除此之外，對PLC裝置所使用的電源插頭以及面板上的單相電源插座XP還人為選用了特殊制式，本例選用英式插頭及插座，避免學生誤用其他電源，出現電流、電壓等參數不匹配，而損壞PLC裝置的可能。

圖2 模塊化設計的主線路原理圖

（1）在本模塊設計中，需要構建電動機的點動運行及連續運行控制線路時，PLC程序在主線路控制中需要驅動KM1和KH1工作，從而帶動整個電氣控制線路實現電動機的點動及連續運行功能。

（2）在本模塊設計中，需要構建電動機正反轉運行控制線路時，PLC程序在主線路控制中需要驅動KM1、KM4和KH1工作，從而帶動整個電氣控制線路實現電動機的雙重連鎖正反轉控制、自動往返控制等線路運行功能。在此線路設計中，KM1、KM4之間裝置有機械連鎖塊，具備防止因軟件編程錯誤控制而造成同時動作造成的相間短路故障的功效。

（3）在本模塊設計中，需要構建多臺電動機順序控制線路時，PLC程序在主線路控制中需要驅動KM1和KH1、KM2和KH2工作，進而促使整個電氣控制線路實現多臺電動機的順序運作運行功能。

（4）在本模塊設計中，PLC程序驅動由KM1、KM2、KM3及KH1構成的主線路，實現交流電動機星三角降壓啟動運作的主線路功能。在此，KM2、KM3之間裝置有機械連鎖塊，可以防止因軟件編程錯誤而同時動作造成三相短路故障的發生。還有，只主線路也使用KH2作為過渡線連接的橋梁。

（5）實現電動機雙速運行功能，電氣控制線路中在此主線路中，需要PLC程序控制KM1、KM2、KM3、KH1、KH2工作。驅動KM2和KH2運作即促使整個系統實現電機低速運轉功能；驅動KM1、KM3和KH1運作即促使整個系統實現電機高速運轉功能。

3 結論

在本設計的PLC電氣控制線路中的主線路模塊中，只需要通過PLC程序控制不同的硬件元器件的運作，就能夠快速、安全地實現切換三相交流異步電動機點動及連續控制、正反轉控制、順序控制、星三角降壓啟動控制、雙速電動機控制5種控制功能的主線路，即實現PLC控制線路中主線路功能的多功能化，同時設計中具備了帶有漏電、欠壓、過壓、相序等保護功能。本設計減少因線路功能的改變從而重新設計搭建主線路的繁瑣工作，及避免因電源引入過失或軟件編程錯誤導致損壞PLC裝置的現象，從而促使主線路達到簡單、方便、安全及多功能化，形成模塊化設計，有利于PLC控制技術的掌握。本設計在電氣類專業群的PLC控制技術課程的實訓中得以應用實踐，成效顯著。