PLC 互鎖電路怎麼寫?馬達正反轉為什麼會燒接觸器
互鎖(Interlock)的定義很簡單:兩個動作不能同時發生。正轉與反轉、進料閥與排料閥、加熱與冷卻——只要同時動作會造成損壞或危險,就必須互鎖。
但很多人只做了「一半的互鎖」,結果現場照樣跳電、照樣燒接觸器。這篇說明為什麼。
一、正反轉同時導通會發生什麼事?
三相馬達正反轉,是靠兩個接觸器交換其中兩相的相序來實現的。
| 接觸器 | 接線 |
|---|---|
| KM1(正轉) | R→U, S→V, T→W |
| KM2(反轉) | R→W, S→V, T→U(R、T 對調) |
R 相同時接到 U 和 W,T 相同時接到 W 和 U —— 於是 R 相與 T 相在接觸器出口直接短路。
這不是「馬達不轉」而已,是三相電源相間短路:瞬間短路電流可達數千安培,結果是接觸器主接點熔焊、無熔絲開關跳脫,嚴重時電弧噴出、盤體燒毀。
這也是為什麼互鎖不是選配,是必須。
二、軟體互鎖(程式互鎖)
做法:在每個輸出的條件裡,串一個對方的常閉接點。
; ── 正轉 ── LD X000 ; 正轉按鈕 OR M1 ; 自保持 AND X002 ; 停止(實體常閉 → 平常 = ON → 程式用常開接點) AND X003 ; 過載(實體常閉 → 同理) ANI M2 ; ★ 互鎖:反轉中不可正轉(內部旗標,用反相接點才對) OUT M1 ; 正轉狀態 ; ── 反轉 ── LD X001 ; 反轉按鈕 OR M2 ; 自保持 AND X002 ; 停止(實體常閉 → 程式常開) AND X003 ; 過載(實體常閉 → 程式常開) ANI M1 ; ★ 互鎖:正轉中不可反轉(內部旗標) OUT M2 ; 反轉狀態 LD M1 OUT Y000 ; KM1 正轉接觸器 LD M2 OUT Y001 ; KM2 反轉接觸器
ANI M1 與 ANI M2 互相卡住對方,任何時刻只有一個能成立。這叫互鎖(Mutual Interlock)。
AND X002 和 ANI M2 —— 這不是筆誤兩者的差別在於「訊號平常是 0 還是 1」:
· X002(停止)、X003(過載):實體是常閉接線 → 正常運轉時訊號 = ON(1) → 條件要在 1 時成立 → 用常開接點
AND。· M1 / M2(正反轉旗標)、T0(計時器):是內部元件 → 平常 = OFF(0) → 要在 0 時才准啟動 → 用反相接點
ANI。如果把停止鈕也寫成
ANI X002:X002 平常就是 1,條件恆為 false,馬達永遠啟動不了。而現場為了讓它動,就會把停止鈕改接成常開——失效安全從此消失。
口訣:實體常閉 → 程式常開;內部旗標 → 程式常閉。
西門子 SCL(同樣的道理:Stop 與 Overload 實體常閉,平常是 TRUE,所以直接 AND,不加 NOT):
"Fwd" := ("Fwd_PB" OR "Fwd") AND "Stop" AND "Overload" AND NOT "Rev";
"Rev" := ("Rev_PB" OR "Rev") AND "Stop" AND "Overload" AND NOT "Fwd";
三、只做軟體互鎖,還是會燒——為什麼?
軟體互鎖能保證程式的輸出訊號不會同時為 ON。但它管不到接觸器的物理世界:
- 接觸器有釋放時間。 線圈斷電到主接點真正分離,約 10~30 ms。PLC 掃描週期可能只有 5 ms——程式已經切到反轉、送電給 KM2 了,但 KM1 的主接點還沒斷開。兩個都導通,短路。
- 接觸器可能機械卡死或接點熔焊。 PLC 輸出已經 OFF,但 KM1 實體黏住沒放開。程式完全不知情。
- PLC 輸出模組本身會故障。 電晶體擊穿、繼電器接點熔焊,輸出就一直 ON,程式再怎麼互鎖都沒用。
- PLC 當機或掃描停止。 輸出保持在最後狀態。
只要「同時動作」的後果是短路、撞機、人員受傷這類不可逆的損害,就必須加上硬體互鎖。
四、硬體互鎖(機械/電氣互鎖)
做法:把 KM1 的輔助常閉接點串進 KM2 的線圈迴路,反之亦然。
控制電源 L │ ├── [PLC Y000] ── [KM2 輔助常閉] ── (KM1 線圈) ── N │ └── [PLC Y001] ── [KM1 輔助常閉] ── (KM2 線圈) ── N
這樣一來:只要 KM1 實際吸合,它的輔助常閉就會斷開,KM2 的線圈在物理上就拿不到電——不管 PLC 輸出了什麼。反之亦然。
這是純電氣迴路,不經過 PLC,所以 PLC 當機、輸出黏死、程式寫錯,它都還在工作。
正反轉專用的接觸器組(如 Mitsubishi S-N 系列、Schneider LC2D)可以加裝機械連鎖配件,兩顆接觸器之間有一根實體連桿——一顆吸合時,另一顆在物理上被卡住,壓根吸不下去。這是最可靠的一層。
正反轉迴路的標準做法是三層都做:軟體互鎖 + 輔助接點電氣互鎖 + 機械連鎖。成本增加不到幾百元,但省下的是整個電盤。
五、還有一個常被忽略的:切換延遲
就算互鎖做好了,正轉直接切反轉還是有問題:馬達還在慣性正轉(可能好幾百 rpm),你立刻給它反相電源,等於強制煞車——瞬間電流可達額定的 5~8 倍,變頻器會過流跳脫,直接啟動的馬達則會有巨大的機械衝擊,長期下來軸承、聯軸器、皮帶都會提早壞。
所以正反轉之間要插一段停機延遲:
; 停機後計時,時間到才允許反向啟動 LDI M1 ANI M2 OUT T0 K20 ; 兩者皆停 → 計時 2.0 秒(FX: 100ms 基準) ; 正轉條件加上「T0 已到」 LD X000 OR M1 AND X002 ; 停止(實體常閉 → 程式常開) AND X003 ; 過載(實體常閉 → 程式常開) ANI M2 ; 互鎖(內部旗標) AND T0 ; ★ 必須停滿 2 秒才能啟動 OUT M1 ; 反轉同理 LD X001 OR M2 AND X002 ; 停止(實體常閉 → 程式常開) AND X003 ; 過載(實體常閉 → 程式常開) ANI M1 ; 互鎖(內部旗標) AND T0 ; ★ OUT M2
取決於負載慣量,沒有標準答案。小型泵浦、風扇 1~2 秒通常夠;大慣量的攪拌機、離心機可能要 10 秒以上,甚至要等轉速回授確認接近零轉速才准反向。
用變頻器的話,更好的做法是讓變頻器自己減速停止,再由 PLC 讀取「零速到達」訊號後才下反向命令——比盲目等固定秒數精準得多。
六、互鎖不只用在正反轉
閥門連鎖
進料閥與排料閥不能同時開;加壓中不可開洩壓閥。原理完全相同,把對方的狀態 ANI 進來即可。
泵浦交替運轉(環控常用)
兩台泵浦一用一備,不可同時啟動(管路設計不允許),且要平均磨損:
; 液位到達 → 啟動當班泵浦 ; M100 = 交替旗標(每次啟動時反轉) LD X010 ; 高液位 AND M100 ANI M21 ; 互鎖:2號泵運轉中則不啟動1號 OUT M20 ; 1號泵 LD X010 ANI M100 ANI M20 ; 互鎖:1號泵運轉中則不啟動2號 OUT M21 ; 2號泵 ; 停機瞬間切換當班泵(下次換另一台) LDF X010 ; 高液位下降緣 ALTP M100 ; 交替旗標反轉
這樣兩台泵浦運轉時數自然平均,不會有一台操到報廢、另一台生鏽卡死。
加熱與冷卻
絕不能同時開,否則能源浪費且溫控震盪。除了互鎖,通常還要加溫度死區(dead band)避免頻繁切換。
小結
- 正反轉同時導通 = 三相電源相間短路,不是小問題
- 軟體互鎖(程式
ANI對方)是基本,但管不到接觸器釋放時間與接點熔焊 - 硬體互鎖(輔助常閉接點串線圈)是必須,PLC 當機時它還在工作
- 機械連鎖是最可靠的一層,正反轉迴路建議三層都做
- 別忘了切換延遲——互鎖防短路,延遲防過流與機械衝擊
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