PLC在電動機保護中的應(yīng)用

劉宏濤

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

電動機常見的故障可分為對稱故障和不對稱故障兩大類。對稱故障對電動機的損害主要是熱效應(yīng)，使繞組發(fā)熱甚至損壞，這是電動機運行中最常見的一類故障。不對稱故障對電動機的損害不僅僅是引起發(fā)熱，更重要的是不對稱引起的負序效應(yīng)能造成電動機的嚴重損壞。因而，對大型電動機進行綜合保護非常重要。

1 基于PLC的電動機綜合保護

在電動機發(fā)生故障時，為了保護電動機，減輕故障的損壞程度，繼電保護裝置的快速性和可靠性十分重要。在單機容量日益增大的情況下，電機的額定電流可達數(shù)千甚至幾萬安，這就給電動機的繼電保護提出了更高的要求。傳統(tǒng)的繼電保護裝置已經(jīng)無法滿足要求，因此微機保護應(yīng)運而生。

PLC是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制的，與之相比，PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、設(shè)計施工周期短、調(diào)試修改方便、而且體積小、功耗低、使用維護方便。因此，本文研究了基于可編程控制器(PLC)的電動機綜合監(jiān)控和保護系統(tǒng)的方法。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

（1）系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。基于可編程控制器(PLC)的電動機綜合監(jiān)控和保護系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（2）PLC機型選擇及擴展，選擇PLC機型應(yīng)考慮兩個問題:①PLC的容量應(yīng)為多大？②選擇什么公司的PLC及外設(shè)。在本系統(tǒng)中，包含以下輸入輸出點，見附表,本系統(tǒng)共包括12路開關(guān)量，7路模擬量。

SIMATIC S7-200系列PLC是由西門子公司生產(chǎn)的小型PLC，其特點是:SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測，監(jiān)測及控制的自動化，S7-200系列的強大功能使得其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能，因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。

圖1 系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計

S7-200 CPU 224集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點,可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點;13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間;6個獨立的30KHz高速計數(shù)器，2路獨立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器;1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力;I/O端子可以很容易地整體拆卸，是具有較強控制能力的控制器。根據(jù)系統(tǒng)的實際情況，結(jié)合以上特點，SIMATIC S7-200 CPU 224完全可以作為本系統(tǒng)的主機。

CPU224可擴展7個模塊，而其本身具有14輸入/10輸出共24點數(shù)字量，因此已無須數(shù)字量擴展模塊。但由于有7路模擬量輸入，故需選擇模擬量輸入模塊。S7-200系列提供了EM231，EM232，EM235等模擬量擴展模塊。根據(jù)以上技術(shù)數(shù)據(jù)，選擇兩個EM231作為模擬量輸入模塊，這樣共計可以擴展4×2=8路模擬量輸入（如表1所示）。

表1 輸入輸出點統(tǒng)計

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

（1）主程序。程序開始，從輸入單元檢測輸入量，首先判斷KM是否閉合，如果閉合，說明電動機已經(jīng)處于運行狀態(tài)，此時應(yīng)無法按下啟動按鈕；若KM未曾閉合，則說明電動機處于停機狀態(tài)，可以按啟動按鈕。接著判斷啟動按鈕是否按下，若是，則繼續(xù)下面的程序；若否，則重新檢測。如果按鈕已經(jīng)按下，則檢測電動機是否啟動，若是，則繼續(xù)下面的程序；若否，則轉(zhuǎn)入欠壓保護子程序，若是電動機已經(jīng)啟動，則判斷起動是否成功；若是，則繼續(xù)下面的程序，若否，則轉(zhuǎn)入起動保護。如果電動機已經(jīng)正常起動，則綠燈亮。接著判斷停止按鈕是否按下，若否，則繼續(xù)下面的程序，若是，則程序直接結(jié)束，開始下一次掃描。

如果停止按鈕并未按下，即電動機仍然在運行中，則進行運行過程中的故障判斷，首先檢測是否發(fā)生短路故障，方法是:檢測三相電流，再判斷Imax是否大于整定值，若是則跳轉(zhuǎn)至保護動作子程序段，電動機起動短路保護，警報響，并且短路故障指示燈亮，若否，則繼續(xù)下面的程序。接著判斷是否發(fā)生斷相故障，方法是:檢測三相電流，判斷是否有某相電流為零，或者檢測Umn，判斷是否不為零，如果其中之一滿足，則跳轉(zhuǎn)至保護動作子程序段，電動機起動斷相保護，警報響，并且斷相故障指示燈亮，若否，則繼續(xù)下面的程序。接著判斷是否發(fā)生欠壓故障，方法參見欠壓保護子程序說明。接著判斷是否發(fā)生接地故障，方法是:檢測I0，若大于整定值則跳轉(zhuǎn)至保護動作子程序段，電動機起動接地保護，警報響，并且接地故障指示燈亮。接著判斷是否發(fā)生過負荷故障，方法是:檢測三相電流，若到達整定時限后，電流仍大于整定值，則跳轉(zhuǎn)至保護動作子程序段，電動機起動過負荷保護，警報響，并且過負荷故障指示燈亮。若判斷未發(fā)生過負荷故障，則程序完成一次掃描，再次從第一條開始，進行第二次掃描，所以結(jié)束是指一個循環(huán)的結(jié)束，并不是整個程序的結(jié)束。

（2）欠壓保護子程序。在該程序段中，采集A相和C相的電壓量，求出其平均值，再與整定值相比較，若小于整定值，則跳轉(zhuǎn)至保護動作子程序段，電動機起動欠壓保護，警報響，并且欠壓故障指示燈亮。若未發(fā)生欠壓故障，則直接結(jié)束本次循環(huán)。

（3）起動時間過長保護子程序。在該程序段中，采集三相電流量，若發(fā)現(xiàn)在起動過程中，電流大于整定值，或在整定時間到達后，電流仍大于另一整定值，則跳轉(zhuǎn)至保護動作子程序段，起動時間過長保護動作，警報響，并且起動故障指示燈亮。

4 結(jié)語

利用PLC進行電動機綜合保護硬件簡單可靠，可以采用梯形圖語言進行編程，簡單易行，系統(tǒng)運行可靠，便于檢修維護，而且體積小，功耗低，使用操作方便。

[1]鄧則名，鄺穗芳.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.

[2]王兆義.可編程控制器教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.