1、PLC在电动机中的应用电动机知识PLC在电动机中的应用1引言电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域， 在这些应用领域中，电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产 生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业 设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故 障所造成的损失无法估量。电动机常见的故障可分为对称故障和不对称故障两大类。对称 故障包括：过载、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损害 主要是热效应，使绕组发热甚至损坏，其主要特征是电流幅值 发生显著变化；不对称故障包括：断相、逆相、相间短路、匝间短 路等，这类故障是电动机运行中最常见的一类故障。不对称故 障对电
2、动机的损害不仅仅是引发发热，更重要的是不对称引起 的负序效应能造成电动机的严重损坏。因而，对大型电动机进 行综合保护非常重要。2基于PLC的电动机综合保护对电动机的保护可以分为以下几类 ：在电动机发生故障时，为了保护电动机，减轻故障的损坏程度， 继电保护装置的快速性和可靠性十分重要。在单机容量日益增 大的情况下，电机的额定电流可达数千甚至几万安，这就给电 动机的继电保护提出了更高的要求。传统的继电保护装置已经 无法满足要求，因此微机保护应运而生。PLC是用来取代传统的继电器控制的，与之相比， PLC在性能上比继电器控制逻辑优异， 特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便、而且体积小、功耗低
3、、使用维护方便。因此， 本文研究了基于可编程控制器（ PLC ）的电动机综合监控和保护系统的方法。3系统硬件设计3.1系统的总体结构基于可编程控制器（PLC）的电动机综合监控和保护系统的总 体结构如图1所示。3.2 PLC机型选择及扩展选择PLC机型应考虑两个问题：（1） PLC的容量应为多大？（2） 选择什么公司的PLC及外设。在本系统中，包含以下输 入输出点，见附表，本系统共包括12路开关量，7路模拟量。SIMATIC S7-200系列PLC是由西门子公司生产的小型 PLC，其特点是:SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合 中的检测，监测及控制的自动化， S7-20
4、0系列的强大功能使得其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能， 因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200 CPU 224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点,可 连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模 拟量I/O点;13K字节程序和数据存储空间;6个独立的30KHZ 高速计数器，2路独立的20KHZ高速脉冲输出，具有PID控制 器;1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议 和自由方式通讯能力；1/0端子排可以很容易地整体拆卸，是具 有较强控制能力的控制器。根据系统的实际情况，结合以上特 点，SIMATIC S7-2
5、00 CPU 224完全可以作为本系统的主机。CPU224可扩展7个模块，而其本身具有 14输入/10输出共24 点数字量，因此已无须数字量扩展模块。但由于有 7路模拟量输入，故需选择模拟量输入模块。 S7-200系列提供了 EM231，EM232，EM235等模拟量扩展模块。根据以上技术数据，选择两个EM231作为模拟量输入模块，这样共可以扩展 4X 2=8路模拟量输入。4系统软件设计4.1主程序程序开始，从输入单元检测输入量，首先判断 KM是否闭合，如果闭合，说明电动机已经处于运行状态，此时应无法按下启 动按钮，若KM未曾闭合，则说明电动机处于停机状态，可以 按启动按钮。接着判断启动按钮是
6、否按下，若是，则继续下面 的程序，若否，则重新检测。如果按钮已经按下，则检测电动 机是否启动，若是，则继续下面的程序，若否，则转入欠压保 护子程序，若是电动机已经启动， 则判断起动是否成功， 若是， 则继续下面的程序，若否，则转入起动保护。如果电动机已经 正常起动，则绿灯亮。接着判断停止按钮是否按下，若否，则 继续下面的程序，若是，则程序直接结束，开始下一次扫描。如果停止按钮并未按下，即电动机仍然在运行中，则进行运行 过程中的故障判断，首先检测是否发生短路故障，方法是 ：检测三相电流，再判断Imax是否大于整定值，若是则跳转至保护动 作子程序段，电动机起动短路保护，警报响，并且短路故障指 示灯
7、亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生断相故 障，方法是：检测三相电流，判断是否有某相电流为零，或者检 测Umn，判断是否不为零，如果其中之一满足，则跳转至保护 动作子程序段，电动机起动断相保护，警报响，并且断相故障 指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生欠压 故障，方法参见欠压保护子程序说明。接着判断是否发生接地 故障，方法是:检测I0，若大于整定值则跳转至保护动作子程序 段，电动机起动接地保护，警报响，并且接地故障指示灯亮。 接着判断是否发生过负荷故障，方法是 ：检测三相电流，若到达 整定时限后，电流仍大于整定值，则跳转至保护动作子程序段， 电动机起动过负荷保护，警报响，
8、并且过负荷故障指示灯亮。若判断未发生过负荷故障，则程序完成一次扫描，再次从第一 条开始，进行第二次扫描，所以结束是指一个循环的结束，并 不是整个程序的结束。4.2欠压保护子程序在该程序段中，采集 A相和C相的电压量，求出其平均值，再 与整定值相比较，若小于整定值，则跳转至保护动作子程序段， 电动机起动欠压保护，警报响，并且欠压故障指示灯亮。若未 发生欠压故障，则直接结束本次循环。4.3起动时间过长保护子程序在该程序段中，采集三相电流量，若发现在起动过程中，电流 大于整定值，或在整定时间到达后，电流仍大于另一整定值， 则跳转至保护动作子程序段， 起动时间过长保护动作， 警报响，并且起动故障指示灯
9、亮。5结束语| Domain:直流减速电机 More:2saffa通过本系统设计、试验与运行，得到如下结论 ：（1） 利用PLC进行电动机综合保护硬件简单可靠。（2） 可以采用梯形图语言进行编程，简单易行。（3） 系统运行可靠，便于检修维护。（4） 由于采用集成综合设计，系统体积小、功耗低、使用操 作方便。三相异步电动机电动机多功能节电保护原理利用继电器实现备自投及低电压保护改造螺杆泵的常见故障及处理方法一览表三相异步电机的几种调速方式比较变频调速应用技术第二讲 了解功能电机用途应用普通车床电气控制线路识读排查用于磁悬浮列车的长定子同步直线电动机软起动器对电机过载保护的控制方法三相异步电动机的
10、七种调速方式实际转速相对于给定转速有偏差时怎么办解析电动机振动的原因与危害高频电机简介工业机器人用电机驱动系统变频器的故障排除 第2讲 变频器过流交直交变频器在助燃风机控制系统中的应电机结构简介减速电机的相关知识单相交流电动机Y-IP44系列交流电机安阳发电厂300 MW新机组试运行初期锅炉电动机再起动技术直线电动机驱动冲压机的研究与应用水泵恒压供水变频节能改造TBP在中性点小电阻接地系统中的应用及深圳妈湾发电总厂#3锅炉B侧一次风机的电动机起重机液压推杆制动器的故障分析及排除避雷器和阻容吸收器保护操作过电压的异随着起重机的不断发展，传统控制技术难以满足起重机越 来越高的调速和控制要求。在电子
11、技术飞速发展的今天，起重机与电子技术的结合越来越紧密， 如采用PLC取代继电器进行逻辑控制，交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的 调速方式等。在选型对比基础上，本项目电动机调速装置采用 了先进的变频调速方案，变频器最终选型为 ABB变频器ACS800,电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调 速装置中，ABB变频器以其性能的稳定性，选件扩展功能的丰 富性，编程环境的灵活性，力矩特性的优良性和在不同场合使 用的适应性，使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。 ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一 员，它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动
12、向导，自定义编程，DTC控制等，非常适合作为起重机主起升 变频器使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司 所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂 27台桥式起重机变频调速控制系统，详细介绍 ACC800变频器在起重机主起升中的 应用。1DTC控制技术DTC （直接转矩控制，DirectTorqueControl）技术是 ACS800 变频器的核心技术，是交流传动系统的高性能控制方法之一， 它具有控制算法简单，易于数字化实现和鲁棒性强的特点。其 实质是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下建立异步电 动机空间矢量数学模型，通过测量三相定子电压和电流（或中 间直流电压）直接计算电动机转矩和磁链
13、的实际值，并与给定 转矩和磁链进行比较，开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比 较器的输出选择合适的逆变器电压矢量 （开关状态）。定子给定磁链和对应的电磁转矩的实际值，可以用定子电压和电流测量 值直接计算得到。在计算中，只需要一个电动机参数 定 子电阻，这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定 向控制（矢量控制）形成了鲜明对比，极大地减轻了微处理器 的计算负担，提高了运算速度。直接转矩控制结构较为简单，可以实现快速的转矩响应 （不大于5ms）。2防止溜钩控制作为起重用变频系统，其控制重点之一是在电动机处于回 馈制动状态下系统的可靠性（回馈是指电动机处于发电状态 时通过逆变桥向变频器中间直流回
14、路注入电能） ，尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器 抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态出现下 滑的现象。电磁制动器从通电到断电（或从断电到通电）需要的时间大约为 016s （视起重机型号和起重量大小而定），变频器如过早停止输出，将容易出现溜钩，因此变频器必 须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生 过流而跳闸的误动作。防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流 制动励磁功能。零速全转矩功能，即变频器可以在速度为零的 状态下，保持电动机有足够大的转矩，从而保证起重设备在速 度为零时，电动机能够使重物在空中停止，直到电磁制动器将 轴
15、抱住为止，以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能，即变频 器在起动之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的起动 转矩，维持重物在空中的停止状态，以保证电磁制动器在释放 过程中不会发生溜钩。3系统硬件配置梅钢冷轧桥式起重机上应用的 ACS800变频器调速系统由 电控柜，大小车变频控制柜，起升变频控制柜，联动控制台等 组成。主起升采用1台ACC800变频器驱动1台起升专用电动 机，并在电动机轴尾安装 1台速度编码器，做速度反馈用。该速度编码器用来提高低速状态下电动机模型的速度和转 矩计算精度，保证转矩验证，开闭闸等功能。主起升采用斩波 器加制动电阻实现制动功能，斩波器与制动电阻串联后接入变 频器整桥与逆变桥之间的直流回路中，并由变频器根据中间直 流回路电压高低控制斩波器接通与否（即控制制动电阻的投 切）。变频器配有 RPBA201接口卡件，提供标准的 Profibus2DP 现场总线接口，用于与 PLC通信控制，并接收 PLC发来的开， 停车命令和速度设定值等控制参数。4起升变频器功能参数设置ABB变频器在出厂时，所有功能码都已设置。但是，起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同， 所以，ACC800中一些重要的功能参数需要重新设定。（1） 起动数据（参数组 99）参数99102 （用于提升类传动，但不包括
