西門子plc 6ES7 214-2AD23-0XB8在電機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用

　　1、概述

　　電機(jī)的應(yīng)用幾乎涵蓋了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活的每一個(gè)領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域，電機(jī)經(jīng)常在惡劣的環(huán)境下運(yùn)行，導(dǎo)致過流、短路、斷相、絕緣老化等事故，對(duì)于大型工業(yè)設(shè)備重要場(chǎng)合使用的高壓電機(jī)和大功率電機(jī)，故障造成的損失無法估計(jì)。

　　電動(dòng)機(jī)(Motor)常見的故障分析可分為對(duì)稱故障和不對(duì)稱故障(Asymmetric fault)兩大類。

　　對(duì)稱故障(Symmetrical fault)主要包括：過載、堵轉(zhuǎn)和三相短路等，這類設(shè)備故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害主要是通過熱效應(yīng)，使繞組發(fā)熱甚至沒有損壞，其主要發(fā)展特征是電流幅值發(fā)生具有顯著影響變化。

　　不對(duì)稱故障原因包括:斷相、逆相、相間短路、匝間短路等，這類網(wǎng)絡(luò)故障是電動(dòng)機(jī)工作運(yùn)行管理中常見的一類故障，不對(duì)稱故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害企業(yè)不僅可以僅是一個(gè)引發(fā)發(fā)熱，更重要的是不對(duì)稱引起的負(fù)序效應(yīng)能造成電動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。因而，對(duì)大型電動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)行研究綜合環(huán)境保護(hù)自己非常十分重要。

　　2、西門子PLC的電機(jī)綜合保護(hù)

　　電機(jī)的保護(hù)可分為以下幾類：

　　在電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)，降低損壞程度，繼電保護(hù)裝置的快速性和可靠性是非常重要的，隨著單機(jī)容量的不斷增大，電動(dòng)機(jī)的額定電流可以達(dá)到幾千甚至上萬安培，這對(duì)電動(dòng)機(jī)的繼電保護(hù)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置已不能滿足要求，微機(jī)保護(hù)應(yīng)運(yùn)而生。

　　采用 plc 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制，在性能上比 plc 控制邏輯優(yōu)越，特別是可靠性高，設(shè)計(jì)和施工周期短，調(diào)試和修改方便，體積小，功耗低，使用和維護(hù)方便。為此，本文研究了基于 plc 的電動(dòng)機(jī)綜合監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。

　　3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　西門plc可編程控制器的電機(jī)集成監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

　　3.2 PLC機(jī)型進(jìn)行選擇及擴(kuò)展

　　選擇PLC型號(hào)時(shí)需要考慮兩個(gè)問題：

　　PLC的容量是多少?

　　選擇自己什么影響公司的PLC及外設(shè)，在本系統(tǒng)中，包含具有以下數(shù)據(jù)輸入輸出點(diǎn)本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)包括12路開關(guān)量，7路模擬量。

　　西門子 s7-200系列 plc 是西門子生產(chǎn)的小型 plc。其特點(diǎn)是: 西門子 s7-200系列 plc 適用于各行各業(yè)和各種場(chǎng)合的檢測(cè)、監(jiān)控自動(dòng)化，s7-200系列功能強(qiáng)大，具有較高的性價(jià)比，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行或接入網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜控制功能。

　　西門子plc S7-200 CPU 224集成了24個(gè)14輸入10輸出的數(shù)字I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，可擴(kuò)展到168個(gè)數(shù)字I/O點(diǎn)或35個(gè)模擬I/O點(diǎn);13k字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30KHz高速計(jì)數(shù)器，2個(gè)獨(dú)立的20KHz高速脈沖輸出和PID控制器;1個(gè)RS485通信編程端口，具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由模式通信能力，I/O端子板整體可輕松拆卸，是一款控制能力很強(qiáng)的控制器，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，結(jié)合以上特點(diǎn)，可以采用SIMATIC S7-200 CPU 224作為系統(tǒng)的主機(jī)。

　　CPU224可擴(kuò)展7個(gè)模塊，而其發(fā)展本身就是具有14輸(shū)入/10輸出共24點(diǎn)數(shù)字量，因此已無須數(shù)字量進(jìn)行擴(kuò)展功能模塊，但由于有7路模擬量控制輸入，故需選擇一個(gè)模擬量信號(hào)輸入信息模塊，西門子plc S7-200系列問題提供了EM231，EM232，EM235等模擬量擴(kuò)展管理模塊，根據(jù)分析以上企業(yè)技術(shù)研究數(shù)據(jù)，選擇使用兩個(gè)EM231作為實(shí)現(xiàn)模擬量輸入系統(tǒng)模塊，這樣共可以不斷擴(kuò)展4×2=8路模擬量輸入。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　4.1 主程序

　　在程序開始時(shí)，檢測(cè)來自輸入單元的輸入，第一判斷是KM是否閉合。

　　如果未按下停止按鈕，也就是說電機(jī)仍在運(yùn)行，則在運(yùn)行過程中進(jìn)行故障判斷，首先檢測(cè)是否有短路故障，方法是：檢測(cè)三相電流，然后確定Imax是否大于整數(shù)值，如果這樣跳轉(zhuǎn)到保護(hù)動(dòng)作子程序段，電機(jī)啟動(dòng)短路保護(hù)，報(bào)警聲和短路故障指示燈亮起。如果沒有，請(qǐng)繼續(xù)執(zhí)行以下過程。然后確定是否有相斷故障，方法是：檢測(cè)三相電流，確定有相位電流是否為零，或檢測(cè)嗯，確定是否為零，如果其中一個(gè)滿足，然后跳轉(zhuǎn)到保護(hù)操作子程序段，電機(jī)啟動(dòng)階段保護(hù)，報(bào)警聲，和相位故障指示燈上。如果沒有，請(qǐng)繼續(xù)執(zhí)行以下過程。然后，為了確定是否有壓壓不足故障，該方法可以在壓力不足的保護(hù)子程序說明中看到。然后確定是否發(fā)生了接地故障，方法是：檢測(cè) I0，如果大于整數(shù)值，則跳轉(zhuǎn)到保護(hù)動(dòng)作子程序段，電機(jī)啟動(dòng)接地保護(hù)、報(bào)警聲音和接地故障指示燈亮起。然后確定是否發(fā)生過負(fù)載故障，方法是：檢測(cè)三相電流，如果達(dá)到固定時(shí)間限制，電流仍大于固定值，然后跳轉(zhuǎn)到保護(hù)動(dòng)作子程序段，電機(jī)啟動(dòng)過載保護(hù)、報(bào)警聲音和過載故障指示燈亮起。如果確定沒有負(fù)載故障，則程序?qū)⑼瓿蓲呙瑁瑥牡谝淮螔呙栝_始，然后執(zhí)行第二次掃描，因此結(jié)束是指循環(huán)的結(jié)束，而不是整個(gè)程序的末尾。

　　4.2 欠壓保護(hù)子程序

　　在該程序段中，采集A、C相電壓，計(jì)算平均值，并與整定值進(jìn)行比較。如果小于整定值，跳至保護(hù)動(dòng)作子程序段，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)欠壓保護(hù)，報(bào)警鳴響，欠壓故障指示燈亮。如果沒有欠壓故障，循環(huán)將直接結(jié)束。

　　4.3保護(hù)子程序啟動(dòng)時(shí)間過長

　　在本程序部分，收集三相電流。如果在啟動(dòng)過程中發(fā)現(xiàn)電流大于設(shè)定值，或者達(dá)到設(shè)定時(shí)間后電流仍大于另一個(gè)設(shè)定值，則跳至保護(hù)動(dòng)作子程序段，啟動(dòng)時(shí)間過長后會(huì)發(fā)生保護(hù)動(dòng)作，報(bào)警聲響起，啟動(dòng)故障指示燈亮。西門子PLC在國內(nèi)也有廣泛的應(yīng)用，如冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等，西門子PLC產(chǎn)品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。西門子S7系列可編程控制器體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化、可網(wǎng)絡(luò)通信、功能強(qiáng)、可靠性高。

　　總結(jié)：

　　通過本plc控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、試驗(yàn)與運(yùn)行總結(jié)如下：

　　采用PLC實(shí)現(xiàn)電機(jī)綜合保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)簡單可靠，它可以用梯形語言編程，并且易于使用，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，西門子PLC可編程控制器是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字操作電子系統(tǒng)，它采用一種可編程存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等指令，通過數(shù)字或模擬量的輸入輸出控制各類機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程，整體設(shè)計(jì)，體積小，功耗低，操作方便。

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