基于PLC的電機智能保護器

1、編號 畢畢業(yè)業(yè)論論文文 題 目基于 PLC 的電動機智能保護器設計 學生姓名 學 號 系 部電氣工程系 專 業(yè)電氣自動化 班 級 指導教師 顧問教師 二一年七月 摘摘 要要 電動機作為拖動系統(tǒng)中的重要組成部分在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位， 它的使用幾乎滲透到了各行各業(yè)，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防建設及人民生活正常進 行的重要保證，因而確保電動機的正常運行就顯得十分重要，而在使用中造成 電機燒毀甚至引發(fā)重大安全事故的事件屢見不鮮，據(jù)不完全統(tǒng)計全國每年僅因 電動機燒毀所消耗的電量就達數(shù)千萬度，電動機燒毀的數(shù)量達 20 萬臺次以上， 容量約 0.4 億千瓦，因維修所耗的電磁線約 5000 萬公斤，修理費達

2、 20 億元， 而因停工停產(chǎn)所造成的損失更是一個無法估量的巨大數(shù)目。因此做好電動機的 保護具有節(jié)能顯著、提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益及保證安全生產(chǎn)的重要意義。傳 統(tǒng)的電機保護裝置以熔斷器、熱繼電器為主。我們知道，熱繼電器具有結(jié)構(gòu)簡 單，成本低廉，體積小，使用方便的優(yōu)點。但熱繼電器保護功能單一，精度低， 動作不穩(wěn)定，發(fā)熱時間常數(shù)小。簡單地說，熱繼電器樣樣都好，就是保護性能 不可靠，這是其致命弱點，也正因為此，保護性能可靠的電機智能保護器是最 近十多年才發(fā)展起來的一種新型電子式多功能電動機綜合保護裝置，本文實現(xiàn) 基于 PLC 的電動機智能保護系統(tǒng)。 通過 PLC 的控制,采用梯形圖編程，通過實驗實現(xiàn)電動

3、機的運行穩(wěn)定可靠， 可以根據(jù)電機的故障做出相應的保護，從而可以有效的解決缺相，過載，欠流， 相失衡，相序，接地，短路，過欠壓等問題。 關鍵詞關鍵詞：電動機 智能保護 PLC 目目 錄錄 摘摘 要要.I 目目 錄錄.II 第一章第一章 電動機保護概述電動機保護概述.1 1.1 電動機的概述.1 1.2 電動機運行中出現(xiàn)的故障分析及處理方法.2 1.2.1 電動機可能出現(xiàn)的故障.3 1.2.2 電動機故障處理方法.3 1.3 電動機保護器的常見類型.6 1.4 電動機傳統(tǒng)保護方式.7 1.4.1 傳統(tǒng)保護的缺點.7 1.4.2 電動機保護的重要意義.7 第二章第二章 電動機智能保護電動機智能保護.

4、9 2.1 智能保護的概述.9 2.2 智能保護器系列簡介.9 2.2.1 智能保護裝置的工作原理.9 2.2.2 智能保護裝置的外觀.10 2.2.3 智能保護裝置的安裝.10 2.2.4 智能保護裝置的功能與參數(shù).10 2.2.5 智能保護裝置的調(diào)試.11 2.2 智能保護器的優(yōu)點.12 2.3 智能保護的發(fā)展趨勢.12 第三章第三章 PLC 用于保護器的控制設計用于保護器的控制設計.13 3.1 可編程控制器的簡介.13 3.1.1 可編程控制器的概念.13 3.1.2 可編程控制器的發(fā)展歷史.13 3.1.3 可編程控制器的主要特點.14 3.2 可編程控制器的工作原理及基本結(jié)構(gòu).15

5、 3.2.1 可編程控制器的工作原理.15 3.2.2 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu).16 第四章第四章 系統(tǒng)的硬件設計系統(tǒng)的硬件設計.18 4.1 PLC 的選型介紹.18 4.2 三菱 FX2N-48MR 編程器符號的介紹.18 4.3 硬件連接圖.19 4.3.1 PLC 的供電線路.19 4.3.2 系統(tǒng)接線圖.20 4.3.3 模擬調(diào)試.21 第五章第五章 軟件電路的設計軟件電路的設計.23 5.1 設計任務及要求.23 5.1.1 I/O 分配表.23 5.1.2 梯形圖設計.23 第六章第六章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望.27 6.1 結(jié)論.27 6.2 PLC 的國內(nèi)外狀況及未來展望.27

6、 致致 謝謝.29 參考文獻參考文獻.30 附錄附錄 1 FX2N 的技術指標的技術指標.31 附錄附錄 2 三相異步電動機常見故障及處理方法三相異步電動機常見故障及處理方法.33 第一章第一章 電動機保護概述電動機保護概述 1.11.1 電動機的概述電動機的概述 電動機是一種將電能轉(zhuǎn)化成機械能，并可再使用機械能產(chǎn)生動能，用來 驅(qū)動其他裝置的電氣設備。按運動方式分兩種類型。一種是旋轉(zhuǎn)式器件,它 主要包括一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉(zhuǎn)電樞 或轉(zhuǎn)子,其導線中有電流通過并受磁場的作用而使轉(zhuǎn)動,這些機器中有些類型 可作電動機用,也可作發(fā)電機用。 電動機按使用電源不同分為直流電動

7、機和交流電動機，電力系統(tǒng)中的電 動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者是異步電機（電機定子磁場轉(zhuǎn) 速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速） 。電動機主要由定子與轉(zhuǎn)子組成。通電導 線在磁場中受力運動的方向跟電流方向和磁感線（磁場方向）方向有關。 電動機工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機轉(zhuǎn)動。 它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的一種機器。通常電動機的做功部分作旋轉(zhuǎn)運 動，這種電動機稱為轉(zhuǎn)子電動機；也有作直線運動的，稱為直線電動機。電 動機能提供的功率范圍很大，從毫瓦級到兆瓦級。電動機的使用和控制非常 方便，具有自起動 、加速、制動、反轉(zhuǎn)、機械抱閘等能力，能滿足各種運 行要求；電動機的工作效率較高，又沒有煙塵、

8、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也 較小。由于它的一系列優(yōu)點，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、商業(yè)及 家用電器、醫(yī)療電器設備等各方面廣泛應用。 各種電動機中應用最廣的是交流異步電動機（又稱感應電動機 ） 。它 使用方便 、運行可靠 、價格低廉 、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也 較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動力機常用同步電動機（見同步電機） 。同步電動 機不但功率因數(shù)高，而且其轉(zhuǎn)速與負載大小無關，只決定于電網(wǎng)頻率。工作 較穩(wěn)定。在要求寬范圍調(diào)速的場合多用直流電動機。但它有換向器，結(jié)構(gòu)復 雜，價格昂貴，維護困難，不適于惡劣環(huán)境。20 世紀 70 年代以后，隨著電 力電子技術的發(fā)展，交流電動機的調(diào)速技術漸趨成熟

9、，設備價格日益降低， 已開始得到應用 。電動機在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時運行制、斷續(xù)周 期運行制）下所能承擔而不至引起電機過熱的最大輸出機械功率稱為它的額 定功率，使用時需注意銘牌上的規(guī)定。電動機運行時需注意使其負載的特性 與電機的特性相匹配，避免出現(xiàn)飛車或停轉(zhuǎn)。電動機的調(diào)速方法很多，能適 應不同生產(chǎn)機械速度變化的要求。一般電動機調(diào)速時其輸出功率會隨轉(zhuǎn)速而 變化。從能量消耗的角度看，調(diào)速大致可分兩種 ： 保持輸入功率不變 。通過改變調(diào)速裝置的能量消耗，調(diào)節(jié)輸出功率以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。控 制電動機輸入功率以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 三相異步電機工作原理 異步電機的工作原理如下:當導體在磁場內(nèi)切割磁力

10、線時，在導體內(nèi)產(chǎn) 生感應電流， “感應電機”的名稱由此而來。 感應電流和磁場的聯(lián)合作用向電機轉(zhuǎn)子施加驅(qū)動力。 三組繞組問彼此 相差 120 度，每一組繞組都由三相交流電源中的單相供電。 電動機使用了電流的磁效應原理，發(fā)現(xiàn)這一原理的是丹麥物理學家奧斯 特。 電動機的發(fā)展 1831 年，美國物理學家亨利設計出最初的電子式電動機。 受到亨利的啟發(fā)，一位名叫威廉里奇的人設計并造出了一臺可以轉(zhuǎn)動的電 動機。里奇的這架電動機類似于我們今天在實驗室里組裝的直流電動機模型。 到了 19 世紀 40 年代，俄國科學家雅科比使電動機變得更為實用了。 他用電磁鐵替代永久磁鐵進行工作。這種新型電動機當時被裝在一艘游艇

11、上， 載著幾名乘客駛過了涅瓦河。此事引起了極大的轟動。此后，出生于克羅地 亞的美國人特斯拉于 1888 年，制造出了第一臺感應電動機，他在各種電動 機中，算是被應用最廣的一種。感應電動機會將交流電快速輸入一組稱為 “定子”的外線圈，繼而產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)軸內(nèi)的一組線圈則稱為“轉(zhuǎn) 子” ，它會被定子的旋轉(zhuǎn)磁場感應出電流，然后轉(zhuǎn)子會因電流變化而轉(zhuǎn)變成 電磁鐵。 英國物理學家亨利于法拉第同時作出電磁感應的偉大發(fā)現(xiàn)，1830 年 8 月，亨利在實驗中已經(jīng)觀察到了電磁感應現(xiàn)象，這比法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn) 象早一年。但是當時亨利正在集中精力制作更大的電磁鐵，沒有及時發(fā)表這 一實驗成果，也沒有及時的去申請專

12、利，失去了發(fā)明權(quán)。可是亨利從不計較 個人名利，他認為知識應該為全世界人類所共享，從未與法拉第爭過發(fā)現(xiàn)權(quán)， 仍然專心致志地獻身于科學事業(yè)。亨利的高尚品德受到世人的稱贊。所以最 后，人們還是將電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)歸于法拉第。特別值得一提的是，亨利 實驗裝置法拉第感應線圈更接近于現(xiàn)代通用的變壓器。 單相交流電動機的旋轉(zhuǎn)原理單相交流電動機只有一個繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠 式的。 單相電不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場.要使單相電動機能自動旋轉(zhuǎn)起來，我們可在 定子中加上一個起動繞組，起動繞組與主繞組在空間上相差 90 度，起動繞 組要串接一個合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差 90 度， 即所謂的分相原理。這樣兩個在

13、時間上相差 90 度的電流通入兩個在空間上 相差 90 度的繞組，將會在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉(zhuǎn)磁場，在這個旋轉(zhuǎn)磁場 作用下，轉(zhuǎn)子就能自動起動. 1.21.2 電動機運行中出現(xiàn)的故障分析及處理方法電動機運行中出現(xiàn)的故障分析及處理方法 繞組是電動機的組成部分,老化,受潮、受熱、受侵蝕、異物侵入、外力的沖 擊都會造成對繞組的傷害,電機過載、欠電壓、過電壓,缺相運行也能引起繞組故 障。繞組故障一般分為繞組接地、短路、開路、接線錯誤?，F(xiàn)在分別說明故障 的檢查方法及處理方法。 1.2.11.2.1 電動機可能出現(xiàn)的故障電動機可能出現(xiàn)的故障 （1）繞組接地 （2）繞組短路 （3）繞組斷路 （4）繞組接錯 （

14、5）電動機過熱甚至冒煙 1.2.21.2.2 電動機故障處理方法電動機故障處理方法 （1）繞組接地 1檢查方法： a通過目測繞組端部及線槽內(nèi)絕緣物觀察有無損傷和焦黑的痕跡,如 有就是接地點。 b萬用表檢查法。用萬用表低阻檔檢查 ,讀數(shù)很小,則為接地。 c兆歐表法。根據(jù)不同的等級選用不同的兆歐表測量每組電阻的絕緣電 阻,若讀數(shù)為零,則表示該項繞組接地 ,但對電機絕緣受潮或因事故而擊穿 , 需依據(jù)經(jīng)驗判定 ,一般說來指針在 “0”處搖擺不定時 ,可認為其具有一定的 電阻值。 d試燈法。如果試燈亮 ,說明繞組接地 ,若發(fā)現(xiàn)某處伴有火花或冒煙 , 則該處為繞組接地故障點。若燈微亮則絕緣有接地擊穿。若燈

15、不亮,但測試 棒接地時也出現(xiàn)火花 ,說明繞組尚未擊穿 ,只是嚴重受潮。也可用硬木在外殼 的止口邊緣輕敲 ,敲到某一處等一滅一亮時 ,說明電流時通時斷 ,則該處就是 接地點。 e電流穿燒法。用一臺調(diào)壓變壓器 ,接上電源后,接地點很快發(fā)熱 ,絕 緣物冒煙處即為接地點。應特別注意小型電機不得超過額定電流的兩倍,時 間不超過半分鐘；大電機為額定電流的20%-50%或逐步增大電流 ,到接地點 剛冒煙時立即斷電。 f分組淘汰法。對于接地點在鐵芯心里面且燒灼比較厲害,燒損的銅線 與鐵芯熔在一起。采用的方法是把接地的 單相繞組分成兩半 ,依此類推,最 后找出接地點。 此外,還有高壓試驗法、磁針探索法、工頻振動

16、法等 ,此處不一一介紹。 2.繞組接地處理方法： a繞組受潮引起接地的應先進行烘干 ,當冷卻到 6070左右時,澆 上絕緣漆后再烘干 。 b繞組端部絕緣損壞時 ,在接地處重新進行絕緣處理 ,涂漆,再烘干。 c繞組接地點在槽內(nèi)時,應重繞繞組或更換部分繞組元件。最后應用不同 的兆歐表進行測量,滿足技術要求即可。 （2） 繞組短路 1.檢查方法： a外部觀察法。觀察接線盒、繞組端部有無燒焦 ,繞組過熱后留下深褐 色,并有臭味。 b探溫檢查法。空載運行 20 分鐘(發(fā)現(xiàn)異常時應馬上停止 ),用手背摸 繞組各部分是否超過正常溫度。 c通電實驗法。用電流表測量 ,若某相電流過大 ,說明該相有短路處。 d電

17、橋檢查。測量個繞組直流電阻 ,一 般相差不應超過 5%以上,如超過,則電阻小的一相有短路故障。 e短路偵察器法。被測繞組有短路 ,則鋼片就會產(chǎn)生振動。 f萬用表或兆歐表法。測任意兩相繞組相間的絕緣電阻,若讀數(shù)極小或 為零,說明該兩相繞組相間有短路。 g電壓降法。把三繞組串聯(lián)后通入低壓安全交流電 ,測得讀數(shù)小的一組 有短路故障。 h電流法。電機空載運行 ,先測量三相電流 ,在調(diào)換兩相測量并對比 , 若不隨電源調(diào)換而改變 ,較大電流的一相繞組有短路。 2.短路處理方法 : a短路點在端部。可用絕緣材料將短路點隔開 ,也可重包絕緣線 ,再上 漆重烘干。 b短路在線槽內(nèi)。將其軟化后 ,找出短路點修復

18、,重新放入線槽后 ,再 上漆烘干。 c對短路線匝數(shù)少于 1/12 的每相繞組 ,串聯(lián)匝數(shù)時切斷全部短路線 , 將導通部分連接 ,形成閉合回路 ,供應急使用。 d繞組短路點匝數(shù)超過 1/12 時,要全部拆除重繞。 （3） 繞組斷路 1.檢查方法： a觀察法。斷點大多數(shù)發(fā)生在繞組端部 ,看有無碰折 。 b萬用表法。利用電阻檔 ,對“Y”型接法的將一根表棒接在 “Y”形的 中心點上,另一根依次接在三相繞組的首端 ,無窮大的一相為斷點； “” 型接法的斷開連接后,分別測每組繞組 ,無窮大的則為斷路點。 c試燈法。方法同前 ,燈不亮的一相為斷路。 d兆歐表法。阻值趨向無窮大 (即不為零值 )的一相為斷路

19、點。 e電流表法。電機在運行時 ,用電流表測三相電流 ,若三相電流不平衡、 又無短路現(xiàn)象 ,則電流較小的一相繞組有部分斷路故障。 f電橋法。當電機某一相電阻比其他兩相電阻大時 ,說明該相繞組有部 分斷路故障； g電流平衡法。對于 “Y”型接法的,可將三相繞組并聯(lián)后 ,通入低電壓 大電流的交流電 ,如果三相繞組中的電流相差大于 10%時,電流小的一端為斷 路；對于“”型接法的,先將定子繞組的一個接點拆開 ,再逐相通入低壓大 電流,其中電流小的一相為斷路。 h斷籠偵察器檢查法。檢查時 ,如果轉(zhuǎn)子斷籠 ,則毫伏表的讀數(shù)應減小。 2.斷路處理方法 : a斷路在端部時 ,連接好后焊牢 ,包上絕緣材料 ,

20、套上絕緣管 ,綁扎好, 再烘干。 b繞組由于匝間、相間短路和接地等原因而造成繞組嚴重燒焦的一般應 更換新繞組。 c對斷路點在槽內(nèi)的 ,屬少量斷點的做應急處理 ,采用分組淘汰法找出 斷點,并在繞組斷部將其連接好并絕緣合格后使用。 d對籠形轉(zhuǎn)子斷籠的可采用焊接法、冷接法或換條法修復。 （4）繞組接錯 1.檢查方法： a滾珠法。如滾珠沿定子內(nèi)圓周表面旋轉(zhuǎn)滾動 ,說明正確,否則繞組有 接錯現(xiàn)象。 b指南針法。如果繞組沒有接錯 ,則在一相繞組中,指南針經(jīng)過相鄰的 極(相)組時,所指的極性應相反 ,在三相繞組中相鄰的不同相的極 (相)組也 相反；如極性方向不變時 ,說明有一極 (相)組反接；若指向不定 ,

21、則相組內(nèi) 有反接的線圈。 c萬用表電壓法。按接線圖 ,如果兩次測量電壓表均無指示 ,或一次有 讀數(shù)、一次沒有讀數(shù) ,說明繞組有接反處。 d常見的還有干電池法、毫安表剩磁法、電動機轉(zhuǎn)向法等。 2.處理方法： a一個線圈或線圈組接反 ,則空載電流有較大的不平衡 ,應進廠返修。 b引出錯誤的線應正確判斷首尾后重新連接。 c減壓啟動接錯的應對照接線圖或原理圖 ,認真校對重新接線。 d新電機下線或重接新繞組后接線錯誤的 ,應送廠返修。 （5）電動機過熱甚至冒煙 1.過熱故障原因： a電源電壓過高，使鐵心發(fā)熱大大增加。 b電源電壓過低，電動機又帶額定負載運行，電流過大使繞組發(fā)熱。 c定子、轉(zhuǎn)子鐵心相擦，電

22、動機過載或頻繁起動。 d籠形轉(zhuǎn)子斷條。 e電動機缺相，兩相運行。 f.環(huán)境溫度高，電動機表面污垢多，或通風道堵塞。 g電動機風扇故障，通風不良。 h定子繞組故障（相間、匝間短路；定子繞組內(nèi)部連接錯誤） 。 2.電機過熱處理方法： a降低電源電壓（如調(diào)整供電變壓器分接頭） ，若是電機 Y、接法錯誤引 起，則應改正接法。 b提高電源電壓或換相供電導線。 c消除擦點（調(diào)整氣隙或銼、車轉(zhuǎn)子） ，減載，按規(guī)定次數(shù)控制起動。 d檢查并消除轉(zhuǎn)子繞組故障。 e恢復三相運行。 f清洗電動機，改善環(huán)境溫度，采用降溫措施。 g檢查并修復風扇，必要時更換。 h檢查定子繞組，消除故障。 1.31.3 電動機保護器的常見

23、類型電動機保護器的常見類型 熱繼電器：普通小容量交流電機，工作條件良好，不存在頻繁啟動等惡劣 工況的場合；由于精度較差，可靠性不能保證，不推薦使用。 電子型：檢測三相電流值，整定電流值采用電位器或拔碼開關，電路一般 采用模擬式，采用反時限或定時限工作特性。保護功能包括過載、缺相、堵轉(zhuǎn) 等，故障類型采用指示燈顯示，運行電量采用數(shù)碼管顯示。 智能型：檢測三相電流值，保護器使用單片機，實現(xiàn)電機智能化綜合保護， 集保護、測量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設定，通過操作面板按 鈕來操作，用戶可以根據(jù)電機具體情況在現(xiàn)場對各種參數(shù)修正設定；采用數(shù)碼 管作為顯示窗口，或采用大屏幕液晶顯示，能支持多種通訊

24、協(xié)議，如 Mudbug、Provirus 等，價格相對較高，用于較重要場合；目前高壓電機保護均 采用智能型保護裝置。 熱保護型：在電機中埋入熱元件，根據(jù)電動機繞組的溫度進行保護，保護 效果好；但電機容量較大時，需與電流監(jiān)測型配合使用，避免電機堵轉(zhuǎn)時溫度 急劇上升時，由于測溫元件的滯后性，導致電機繞組受損。 磁場溫度檢測型：在電機中埋入磁場檢測線圈和測溫元件，根據(jù)電機內(nèi)部 旋轉(zhuǎn)磁場的變化和溫度的變化進行保護，主要功能包括過載、堵轉(zhuǎn)、缺相、過 熱保護和磨損監(jiān)測，保護功能完善，缺點是需在電機內(nèi)部安裝磁場檢測線圈和 溫度傳感器。 1.41.4 電動機傳統(tǒng)保護方式電動機傳統(tǒng)保護方式 1.4.11.4.1

25、 傳統(tǒng)保護的缺點傳統(tǒng)保護的缺點 熱繼電器是五十年代初引進蘇聯(lián)技術開發(fā)的金屬片機械式電動機過載保護 器。它在保護電動機過載方面具有反時限性能和結(jié)構(gòu)簡單的特點。但存在功能 少，無斷相保護，對電機發(fā)生通風不暢，掃膛、堵轉(zhuǎn)、長期過載；頻繁啟動等 故障不起保護作用。這主要是因為熱繼電器動作曲線和電動機實際保護曲線不 一致，失去了保護作用。且重復性能差，大電流過載或短路故障后不能再次使 用，調(diào)整誤差大、易受環(huán)境溫度的影響誤動或拒動，功耗大、耗材多、性能指 標落后等缺陷。 溫度繼電器是采用雙金屬片制成的盤式或其他形式的繼電器，具有結(jié)構(gòu)簡 單、動作可靠，保護范圍廣泛等優(yōu)點，但動作緩慢，返回時間長，3KW 以上

26、的三 角形接法電動機不宜使用。目前在電風扇、電冰箱、空調(diào)壓縮機等方面大量使 用。 如圖 1.1 所示為以往的電動機保護系統(tǒng)圖 圖 1.1 以往的電動機保護系統(tǒng)圖 1.4.21.4.2 電動機保護的重要意義電動機保護的重要意義 電機保護在國民經(jīng)濟和節(jié)能事業(yè)中的重要意義 電動機保護器（電機保護器）是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件。是跨 行業(yè)、量大面廣、節(jié)能效果顯著的節(jié)能機電產(chǎn)品。幾乎滲透到所有用電領域； 是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防建設及人民生活正常生產(chǎn)和安全工作的重要保證，在國民 經(jīng)濟和節(jié)能事業(yè)中有著不可替代的重要地位和作用。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國運行 的 1KW-320KW 低壓電動機數(shù)量為 6000 萬臺

27、，占電網(wǎng)用電量的 70%以上，是工農(nóng) 業(yè)及商業(yè)系統(tǒng)中應用最為廣泛的動力設備。全國每年燒毀電動機數(shù)量約 300 萬 臺，容量為 10 億千瓦，每年僅電動機在燒毀過程中就耗電為數(shù)億萬度，修理費 高達數(shù) 100 億元左右，造成停工停產(chǎn)損失竟達數(shù) 100 億元。僅上述費用不算， 還會造成電機修理后功率下降，耗電量大，性能變差直接影響企業(yè)正常生產(chǎn)。 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電動機械設備中，經(jīng)常存在電動機長期“大馬拉小車”和 變載運行中的長期空載，造成了電能的有功和無功的嚴重損耗。 電動機保護器（電機保護器）根據(jù)電動機在輕（空）載時，降低其端電壓， 能提高其功率因數(shù)和工作效率的原理。通過自動跟蹤檢測電機運行電壓和電

28、流 的相位，根據(jù)相位分析電機負載狀態(tài)，自動調(diào)整電機運行電壓，使電機磁通量 有效配合電機負載轉(zhuǎn)矩，有效降低電機無功損耗，有功損耗、勵磁損耗，提高 電機工作效率，達到節(jié)能降耗目的。利用 Y轉(zhuǎn)換將電機輕（空）載時端電壓 降低為原來的 3/3 倍，電機鐵損也降為原理的 1/3（因電機的鐵損與端電壓的 平方成正比）同時電機的電流也隨之下降，因銅損與電流的平方成正比，所以 銅損也隨之下降，達到了節(jié)能的目的。 因此，電動機保護器（電機保護器）不僅能保證工農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)，提高生 產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，而且在節(jié)能事業(yè)中也有著重要意義。 第二章第二章 電動機智能保護電動機智能保護 2.12.1 智能保護的概述智能保護的

29、概述 目前電動機保護已由過去的機械式發(fā)展為電子式和智能型，靈敏度高，可靠性 高，功能多，調(diào)試方便?？芍苯语@示電動機的電流、電壓、溫度等參數(shù)，保護動作 后故障種類一目了然，極大方便了故障的判斷，有利于生產(chǎn)現(xiàn)場的故障處理和縮短 恢復生產(chǎn)時間。另外，根據(jù)電動機氣隙磁場進行電動機偏心檢測技術使電動機磨損 狀態(tài)在線監(jiān)測成為可能，通過曲線顯示反映電動機偏心程度的值的變化趨勢，記錄 兩年時間該值的變化情況，可早期發(fā)現(xiàn)軸承故障，做到早發(fā)現(xiàn)，早處理，避免掃膛 事故發(fā)生。 理想的電動機保護器不是功能最多，也不是所謂最先進的，而是應該最實用的。 那么何為實用呢？實用應滿足可靠、經(jīng)濟、方便等要素，具有較高的性能價格比

30、。 那么何為可靠呢？可靠首先應滿足功能的可靠，如過電流、斷相功能必須對各種場 合、各種過程、各種方式發(fā)生的過電流、斷相均能可靠的動作。其次自身的可靠 （既然保護器是保護別人的，尤其應具有很高的可靠性）必須具有對各種惡劣環(huán)境 的適應性穩(wěn)定性、耐久性。經(jīng)濟性：采用先進的設計、合理的結(jié)構(gòu)，專業(yè)化、規(guī)模 化的生產(chǎn)，降低產(chǎn)品成本，給用戶帶來極高的經(jīng)濟效益。方便性：必須在安裝、使 用、調(diào)整、接線等方面，盡可能的簡易方便。 2.22.2 智能保護器系列簡介智能保護器系列簡介 2.2.12.2.1 智能保護裝置的工作原理智能保護裝置的工作原理 該保護裝置由電流傳感器、起動電流延時電路、過載保護、斷相保護、堵轉(zhuǎn)

31、速 斷保護、三相電流不平衡保護、故障顯示記憶七個部分組成。由電流傳感器取出信 號，經(jīng)過整流、濾波、檢測、識別等環(huán)節(jié)，送到相應部分進行比較處理，推動功率 電路，使繼電器工作。當電動機由于驅(qū)動部分過載導致電流增大時，從電流傳感器 取得電壓信號將增大，此電流值大于保護器的整定值時，過載電路工作，RC 延時 電路經(jīng)過一定的延時，驅(qū)動繼電器工作，使接觸器切斷主電源，并故障顯示記憶。 智能保護裝置組成原理如圖 2-1 所示。 圖 2-1 智能保護裝置組成原理 2.2.22.2.2 智能保護裝置的外觀智能保護裝置的外觀 智能保護裝置的外觀如下圖 2-2 所示。 圖 2-2 ZNB 系列智能保護裝置的外觀 2

32、.2.32.2.3 智能保護裝置的安裝智能保護裝置的安裝 ZNB 系列保護裝置有多種安裝方式:可用螺絲釘安裝或直接安裝在 35mm 規(guī)格標 準導軌上，也可以采用卡口式安裝，可解決線鼻子穿孔難的問題，其安裝尺寸和熱 繼電器一致，可與熱繼電器直接互換。 2.2.42.2.4 智能保護裝置的功能與參數(shù)智能保護裝置的功能與參數(shù) （1）功能 1.具有過載、斷相、堵轉(zhuǎn)、三相不平衡等保護功能 2.具有過電流反時限延時功能，因此能根據(jù)電動機過電流倍數(shù)推算出最佳的動 作時間。 3.具有起動延時功能，它和過電流工作等延時分開。 4.具有故障記憶顯示功能。 5.安裝方便，可與 JR-16、JR-36 等熱繼電器互換

33、，并可在 35mm 導軌上安裝。 （2）技術參數(shù) 1.反時限過載保護特性見表 2-1。 表 2-1 反時限過載保護特性 序號電流倍數(shù)動作時間序號電流倍數(shù)動作時間 11.0長期不動作31.5 小于 1min 21.2 小于 5min45 小于 10s 2.斷相保護。電動機電源斷相時（三相電流不平衡大于 60%） ，保護器動作。 3.堵轉(zhuǎn)保護。運行狀態(tài)，當電機電流大于設定值 6 倍時，保護器動作。 4.工作電源電壓，220、380(115%)V，50(12%)HZ。 5.電力消耗，不大于 2VA。 6.輸出繼電器觸點容量，250V，7A。 7.復位時間小于 2s。 8.電壽命大于 3000 次。

34、9.功率參數(shù)，見表 2-2。 表 2-2 功率參數(shù) 保護器型號規(guī)格(A)接線方式 ZNB05-P 0.55 ZNB30-P 530 壓線式 2.2.52.2.5 智能保護裝置的調(diào)試智能保護裝置的調(diào)試 （1）調(diào)試(參見圖 2-3) 圖 2-3 智能保護器的調(diào)試面板及接線端子排 1.用螺釘或?qū)к墝⒈Ｗo器固定在交流接觸器下方。 2.按接線圖接好線并檢查無誤后，送電調(diào)試。 3.過電流保護整定方法。把面板上的電流電位器（0.5-A-5）調(diào)整到該電動機 的額定電流位置，此時，即可電動機試運行。 4.復位方法。當電動機發(fā)生故障跳閘后，故障指示燈發(fā)亮保護器處于記憶狀態(tài)， 按下面板上的復位按鈕方可復位，復位時間

35、小于 2s。 （2）注意事項 1.保護器工作電源應接在控制電路，且注意標稱電壓與實際電壓相符。 2.保護器應工作在額定電流范圍內(nèi)。 3.保護器各接線端子接線應正確無誤，接觸良好。 4.應定期除塵檢查，并進行人為試驗，確?？煽窟\行。 2.22.2 智能保護器的優(yōu)點智能保護器的優(yōu)點 電機智能保護器是最近十多年才發(fā)展起來一種新型電子式多功能電動機綜合保 護裝置。它集過（輕）載保護、缺相、過（欠）壓、堵轉(zhuǎn)、漏電、接地三相不平衡 保護等低壓保護于一身，具有設定精度高、節(jié)電、動作靈敏、工作可靠等優(yōu)點，是 傳統(tǒng)熱繼電器理想替代產(chǎn)品。 2.32.3 智能保護的發(fā)展趨勢智能保護的發(fā)展趨勢 電子式電動機保護器已由

36、晶體管發(fā)展到集成電路至今已發(fā)展到微處理芯片厚 模電路，從功能上一般分為斷相保護、綜合保護（多功能保護） 、溫度保護和智能 保護。此類保護器具有節(jié)能、動作靈敏、精確度高、耐沖擊振動，重復性好、保護 功能齊全、功耗小等特點。聯(lián)接后，cos 由0.2996提高到0.634，效率 由66.7%提 高到79.7%。定子輸入功率由1514W 降到1255W。 如每天輕載20小時，每年按300個工作日，則每年節(jié)約電能： A=（1.514-1.255）20300=1554度 該裝置節(jié)電效果顯著，空載時，可將空載起動電流下降70%以上，使輸入功率 降低70%左右，空載運行功率降低47.6%，空載節(jié)電50%以上最

37、高可達68%，特別是對 那些經(jīng)常處于低負載以及負載變化頻繁的電動機，平均節(jié)電率在（1640）%，提 高了功率因數(shù)，降低了電網(wǎng)線損及變壓器的銅損，不失為一種較理想的電機節(jié)電起 動綜合裝置。 第三章第三章 PLCPLC 用于保護器的控制設計用于保護器的控制設計 電動機保護控制系統(tǒng)的設計是整個設計的關鍵和核心。它在結(jié)構(gòu)和功能上 的合理劃分與巧妙實現(xiàn)，對提高保護器整體可靠性、實用性具有重要的意義， 同時也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當前保 護器采用的控制器結(jié)構(gòu)及 PLC 的發(fā)展之后，提出了采用 PLC 的控制方法。 3.13.1 可編程控制器的簡介可編程控制器的簡介 3.1

38、.13.1.1 可編程控制器的概念可編程控制器的概念 可編程控制器，簡稱 PLC（Programmable logic Controller）,是指以計算 機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會 （International Electrical Committee）頒布的 PLC 標準草案中對 PLC 做了 如下定義： “PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。 它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、 計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出， 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC

39、及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè) 控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。 ” 3.1.23.1.2 可編程控制器的發(fā)展歷史可編程控制器的發(fā)展歷史 1968 年美國通用汽車公司液壓自動傳到部門的工程師構(gòu)想出了現(xiàn)代化時代 的一個奇跡，因為厭倦了那些大而不靈活的控制系統(tǒng)，他們提出建立新一代控 制設備的標準，這個標準成為現(xiàn)代可編程控制器（PLC）的藍本。 工程師們的要求： （1）編程方便，可在現(xiàn)場修改程序； （2）維護方便，最好是插件式； （3）可靠性高于繼電器控制柜； （4）體積小于繼電器控制柜； （5）可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機； （6）在成本上可與繼電器控制柜競爭； （7）輸入為

40、交流 115V； （8）輸出為交流 115V2A 以上，能直接驅(qū)動電磁閥、接觸器等； （9）在擴展時原有系統(tǒng)改變最少； （10）用戶程序存儲器至少可擴展到 4KB。 第二年，美國數(shù)字設備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術的控 制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制 器，稱 Programmable ,是世界上公認的第一臺 PLC。 3.1.33.1.3 可編程控制器的主要特點可編程控制器的主要特點 可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技 術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，具

41、有很高 的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無故障時間高達 30 萬小時。一 些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。從 PLC 的機外電路來說， 使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關 接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 帶有硬件故 障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還 可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設備也獲 得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)

42、形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜?各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的 數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)， 使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能 力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易， 編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電 器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關量邏輯控制指令就可以

43、方便地實現(xiàn)繼 電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計 算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制 系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同 一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn) 場合。 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理 想控制設備。 3.23.2 可編程控制器的工作

44、原理及基本結(jié)構(gòu)可編程控制器的工作原理及基本結(jié)構(gòu) 3.2.13.2.1 可編程控制器的工作原理可編程控制器的工作原理 基于掃描技術 ：當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸 入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描 周期。在整個運行期間，PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將 它們存入 I/O 映像區(qū)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行 和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O 映像區(qū) 中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)

45、據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈 沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被 讀入。 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯 形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控 制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運 算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的 狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映像區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí) 行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點 在 I/O 映像區(qū)內(nèi)

46、的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映 像區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯 形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作 用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一 個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點。即使 用 I/O 指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從 I/O 模塊 取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后，PLC 就進入輸出刷新

47、階段。在此期間，CPU 按照 I/O 映像區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相 應的外設。這時，才是 PLC 的真正輸出。 如下圖 3-1 為 PLC 的工作原理圖 輸 入 端 子 輸 入 映 像 區(qū) 各 軟 元 件 映 像 區(qū) 輸 出 鎖 存 區(qū) 輸 出 端 子 4.讀入 輸入處理 程序處理 輸出處理 X0 X1 X2 1.讀入 2.讀入 3.寫入 5.寫入 反 復 執(zhí) 行 6.輸出 X0 Y0 Y0 mo 輸入處理 可編程控制器在執(zhí)行程序之前，將 可編程控制器的所有輸入端子 ON/OFF 狀態(tài)，讀入輸入映像區(qū)。 在執(zhí)行程序的過程中，即使輸入變 化，輸入映像區(qū)的內(nèi)容

48、也不變，而 在下一周期的輸入處理時讀入該變 化。 程序處理 可編程控制器根據(jù)程序存儲 的指令內(nèi)容，從輸入映像區(qū) 或其他元件的映像區(qū)中讀出 各種元件的 ON/OFF 狀態(tài)， 從 0 步開始依次運算，然后 將結(jié)果寫入映像區(qū)，因此， 各軟元件映像區(qū)隨著程序的 執(zhí)行逐步改變內(nèi)容。而且， 輸出繼電器的內(nèi)部觸電根據(jù) 輸出映像存儲區(qū)的內(nèi)容執(zhí)行 動作。 輸出處理 一旦所有指令執(zhí)行結(jié)束， 將輸出 Y 的映像存儲區(qū)的 ON/OFF 狀態(tài)傳輸至輸出 鎖存存儲區(qū)，可編程控制 器的實際輸出。 可編程控制器內(nèi)的外部輸 出用觸點按照輸出用軟元 件的響應滯后時間動作。 Y0 Y1 Y2 圖 3-1 PLC 的工作原理圖 3.

49、2.23.2.2 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) PLC 的構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分，PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的 整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這 些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 CPU 的構(gòu)成 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn) 場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源

50、和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存 貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去 指揮有關的控制電路。 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀 態(tài)總線構(gòu)成，CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內(nèi)存主要用于存 儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要 參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度，IO 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī) 模。 I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O 模塊集 成了 PLC

51、 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存 器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O 分為開關量輸入（DI） ，開關量輸出（DO） ，模擬量輸入（AI） ，模擬量輸出 （AO）等模塊。 常用的 I/O 分類如下： 開關量：按電壓水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼 電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA） 、有電壓型（0- 10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO

52、 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊 按 I/O 點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管 理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入 電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC 或 110VAC） ， 直流電源（常用的為 24VDC） 。 底板或機架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的 聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各 模塊構(gòu)成一個整體。 第四章第四章 系統(tǒng)的硬

53、件設計系統(tǒng)的硬件設計 4.14.1 PLCPLC 的選型介紹的選型介紹 在 PLC 系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設計 選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據(jù)。PLC 及有關設備應是 集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的 原則選型所選用 PLC 應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC 的 系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。熟悉可編程序控 制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型 和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定 所需的操作和

54、動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、 確定 PLC 的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設計 相應的控制系統(tǒng)。 4.24.2 三菱三菱 FX2N-48MRFX2N-48MR 編程器符號的介紹編程器符號的介紹 FX2 符號及意義 其中系列名稱：如 O、2、Os、1s、ON、1N、2N、2NC 等 單元類型：M基本單元 E輸入輸出混合擴展單元 Ex擴展輸入模塊 EY擴展輸出模塊 輸出方式：R繼電器輸出 S晶閘管輸出 T晶體管輸出 特殊品種的區(qū)別見表 4-1 表 4-1 FX2N 型號特殊品種位標注含義 特殊品種位 標注符號 含義 特殊品種位 標注符號

55、 含義 D DC 電源，DC 輸出 A1 AC 電源，AC 輸入 （AC100120V）或 AC 輸 出 H 大電流輸出擴展模塊 （1A/1 點） V 立式端子排的擴展模塊 C 接插口輸入輸出方式 F 輸入濾波時間常數(shù)為 1ms 的擴展模塊 L TTL 輸入擴展模塊 S 獨立端子（無公共端）擴 展模塊 無符號 AC 電源、DC 輸入、橫式端子排、標準輸出（繼電器輸出為 2A/1 點、晶體管輸出型為 0.5A/1 點、雙向晶閘管輸出為 0.3A/1 點） 例如型號為 FX2N- 48MR- D 的 PLC 屬于 FX2N 系列，有 48 個 I/O 點的基本 單元，繼電器輸出型，使用 DC24V

56、 電源。 4.34.3 硬件連接圖硬件連接圖 4.3.14.3.1 PLCPLC 的供電線路的供電線路 感器 TA4 輸出的二次電流經(jīng)整流后推動 KA4，使 X2 為 ON，接地漏電故障指 示燈 Y3 閃爍，同時使 KM 線圈失電，并發(fā)出相應的報警信號。供電線路如圖 4-1 所示，二相電源經(jīng)由一個總進線空氣開關(Q)后供給系統(tǒng)的控制回路。 AC220V DC24V PLC 輸出電源 TC Q PLC 輸入電源 圖 4-1 PLC 的供電線路圖 4.3.24.3.2 系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)接線圖 電動機保護裝置電氣原理圖 電動機保護裝置如下圖 4-2 所示，電壓繼電器 KA5、KA6 采集電源電壓信號，

57、 電流互感器 KI1、KI2 檢測過電流信號，三相電動機電流互感器 TA1、TA2、TA3 采集，并經(jīng)過整流后驅(qū)動電流繼電器 KA1、KA2、KA3，電動機的漏電和接地信號 由 TA4 采集并整流后驅(qū)動 KA4 線圈，當電動機正常運行時 KA1、KA2、KA3、KA5、KA6 的線圈電流應略大于它的最小吸合電流以保證繼電器 可靠動作，而 KA4 的線圈電流為零，繼電器 KA4 不動作；當發(fā)生接地漏電故障 時 KA4 線圈電流應略大于它的最小吸合電流以保證繼電器可靠動作，并根據(jù)繼 電器的動作電流選擇不同數(shù)據(jù)的電流互感器，整流橋選用 35A/700V 的整流橋。 圖 4-2 保護裝置電氣原理圖 如

58、圖 4-3 所示為 PLC 的硬件接線圖 圖 4-3 PLC 的硬件接線圖 4.3.34.3.3 模擬調(diào)試模擬調(diào)試 綜合以上圖 4-2、圖 4-3 電路圖及接線圖，有以下保護功能: 欠電壓保護 當閉合 QS 后，欠電壓繼電器采集電源電壓信號 KA5、KA6，如果它們不能吸 合，則 X0 為 OFF 表明電源缺相或欠電壓，這時按下起動按鈕電動機不能起動， KM 不會閉合，并發(fā)出相應的報警信號。如果電源正常，閉合 QS，欠電壓繼電器 KA5、KA6 能吸合，則 X0 為 ON 表明電源電壓正常，電源指示燈 Y5 亮，按下起動 按鈕 SB1 后 KM 線圈得電，電動機起動運行； 相間短路保護 電動機

59、正常運行時，電流互感器 TA1TA3 輸出的二次電流經(jīng)整流后，分別 推動 KA1KA3，使 X1 為 ON；若電動機出現(xiàn)某相失壓（或者由于相間短路燒斷 熔斷器造成的失壓） 、斷相的不對稱運行狀態(tài)，則對應相的電流為零，繼電器 KA 釋放，產(chǎn)生相應的故障信號 X1 為 OFF，斷相故障指示燈 Y1 閃爍，同時使 KM 線 圈失電，并發(fā)出相應的報警信號。 接地、漏電保護 如果電動機發(fā)生接地、漏電故障，電流互感器 TA4 輸出的二次電流經(jīng)整流 后推動 KA4，使 X2 為 ON，接地漏電故障指示燈 Y3 閃爍，同時使 KM 線圈失電， 并發(fā)出相應的報警信號。 過載保護 如果電動機電流超過正常電流一定時

60、間后，熱繼電器動作產(chǎn)生過載信號 X3 為 ON，過載故障指示燈 Y2 閃爍，同時使 KM 線圈失電，并發(fā)出相應的報警信號。 過電流保護 當電動機過流達到電流繼電器的動作值時，一般過電流動作值為起動電流 的 1.2 倍，此時，繼電器得電，使串接在控制電路中的常閉觸點 KI1、KI2 斷開， 過電流指示燈 Y4 閃爍，同時使 KM 線圈失電，并發(fā)出相應的報警信號。 過熱保護 將三只熱敏電阻 RT1RT3 埋置于 M 的三相繞組之中，并由三只二極管，電 阻組成觸發(fā)器的“或”門輸入電路。當有任何一相繞組的溫度超過整定值時， 均使線圈得電，串接在電路中的常閉觸點 K 動作，同時使 KM 線圈失電，過熱指