2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p><b>  摘 要</b></p><p>  本文介紹了國內(nèi)電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì),以及存在問題,同時(shí)介紹了可編程控制器的工作原理,選型依據(jù)。設(shè)計(jì)了一種基于PLC電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì),詳細(xì)介紹了所選用的西門子S7-200 PLC以及同類型的S7-300 S7-400PLC,根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)PLC的輸入輸出I/O進(jìn)行了分配,并且編寫系統(tǒng)運(yùn)行的梯形圖。準(zhǔn)備開機(jī)時(shí),按下開機(jī)按鈕后,

2、首先檢測(cè)斷路器狀態(tài),如果斷路器初始狀態(tài)為閉合,電機(jī)無法啟動(dòng),并且聲光報(bào)警。如果斷路器初始狀態(tài)為斷開,斷路器合閘,電機(jī)開始啟動(dòng)。在啟動(dòng)過程中,若發(fā)生一級(jí)故障,PLC進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。啟動(dòng)完成后,“電機(jī)開/關(guān)指示燈”亮,電機(jī)正常運(yùn)行。運(yùn)行過程中,PLC依次循環(huán)檢測(cè)電機(jī)是否發(fā)生相間短路、斷相、低電壓、單相接地、過負(fù)荷、過電流等故障,若有發(fā)生,PLC進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作。關(guān)機(jī)時(shí),PLC接到關(guān)機(jī)命令后,斷路器跳閘,“電機(jī)開/關(guān)機(jī)指示燈”滅。故障聲光

3、報(bào)警后,按“報(bào)警復(fù)位按鈕”復(fù)位。本設(shè)計(jì)的選題就是基于PLC的電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>  關(guān)鍵詞: 故障診斷 PLC 電機(jī) </p><p><b>  Abstract</b></p><p>  This paper introduces the domestic electrical fault diagnosis s

4、ystem design , as well as existing problems and introduces programmable controller at the same time the working principle and selection basis.A PLC-based design of the electrical fault diagnosis system design and detail

5、on the choice of Siemens S7-200 PLC and the same type of S7-300 S7-400 PLC and according to the design requirements of the input and output of the PLC I/O for distribution and preparation of the ladder diagram system <

6、;/p><p>  Key words:Fault Diagnosis; PLC; Motor</p><p><b>  目  錄</b></p><p><b>  摘 要1</b></p><p>  Abstract2</p><p><b>  目  錄

7、3</b></p><p><b>  1 引 言5</b></p><p>  2 電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的各種保護(hù)原理及故障判據(jù)6</p><p>  2.1 電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置常見保護(hù)形式6</p><p>  2.2 礦用隔爆三相異步電動(dòng)機(jī)的故障保護(hù)7</p><p>  2

8、.2.1 過載保護(hù)7</p><p>  2.2.2 短路故障分析及保護(hù)判據(jù)7</p><p>  2.2.3 單相接地故障分析及保護(hù)判據(jù)8</p><p>  2.2.4 欠壓和過壓故障分析及保護(hù)判據(jù)9</p><p>  2.2.5 礦用電動(dòng)機(jī)的其他保護(hù)10</p><p>  3 微機(jī)保護(hù)的數(shù)

9、據(jù)采集11</p><p>  3.1 保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)采集電路11</p><p>  3.1.1 電壓形成回路11</p><p>  3.1.2 采樣電路12</p><p>  4 PLC原理介紹及設(shè)備總體結(jié)構(gòu)介紹12</p><p>  4.1 PLC發(fā)展歷程12</p>&

10、lt;p>  4.2 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展前景13</p><p>  4.3 可編程序控制器PLC的分類14</p><p>  4.4 CPU成 15</p><p>  4.4.1 CPU的構(gòu)成的構(gòu)15</p><p>  4.4.2 I/O模塊16</p><p>  4.4.3 電

11、源模塊16</p><p>  4.4.4 PLC的工作原理17</p><p>  4.4.5 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備18</p><p>  5   PLC的選取與系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)18</p><p>  5.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)18</p><p>  5.2 PLC的硬件配置

12、與選型19</p><p>  圖5-2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案及硬件連接圖26</p><p>  5.3 JL-400缺相繼電器27</p><p>  5.4 熱繼電器30</p><p>  5.4.1 熱繼電器的工作原理30</p><p>  6 保護(hù)裝置的軟件設(shè)計(jì)32</p>&l

13、t;p>  6.1 PLC程序設(shè)計(jì)方法32</p><p>  6.2 梯形圖語言特點(diǎn)34</p><p>  6.3程序設(shè)計(jì)35</p><p>  6.3.1 設(shè)計(jì)思路35</p><p>  6.3.2控制程序流程圖36</p><p>  7 控制電路的抗干擾設(shè)計(jì)39</p>&

14、lt;p>  7.1電源設(shè)計(jì)39</p><p>  7.2 信號(hào)濾波39</p><p>  7.3 開關(guān)量輸出隔離40</p><p>  7.4 地線設(shè)置40</p><p>  7.5元器件的選擇40</p><p><b>  7.6 其他40</b></p>

15、;<p><b>  8 結(jié)束語41</b></p><p><b>  致 謝42</b></p><p><b>  參考文獻(xiàn)43</b></p><p><b>  1引 言</b></p><p>  電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用幾乎涵蓋了

16、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活的各個(gè)領(lǐng)域,在這些應(yīng)用領(lǐng)域中,電動(dòng)機(jī)常常運(yùn)行在惡劣的環(huán)境下,導(dǎo)致產(chǎn)生過流、短路、斷相、絕緣老化等事故。對(duì)于應(yīng)用于大型工業(yè)設(shè)備重要場(chǎng)合的高壓電動(dòng)機(jī)、大功率電動(dòng)機(jī)來說,一旦發(fā)生故障所造成的損失無法估量。</p><p>  PLC(Programmable Logic Controller),是可編程邏輯控制器。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序,執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制,定時(shí),計(jì)數(shù)與算術(shù)

17、操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。目前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè),使用情況大致可歸納為如下幾類:開關(guān)量的邏輯控制、模擬量的控制、運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信及聯(lián)網(wǎng)。</p><p>  我國工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度普遍較低,PLC產(chǎn)品有很大的應(yīng)用空間,如機(jī)械行業(yè)80%以上的設(shè)備仍

18、采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器進(jìn)行控制。因此,PLC在我國的應(yīng)用潛力遠(yuǎn)沒有得到充分發(fā)揮。目前,中國PLC市場(chǎng)的95%以上被國外產(chǎn)品占領(lǐng)。國內(nèi)曾有研究單位開發(fā)PLC產(chǎn)品,后因種種原因沒有發(fā)展起來。值得欣慰的是,國內(nèi)已有具有較強(qiáng)實(shí)力的公司開始拓展PLC業(yè)務(wù),并在中國PLC市場(chǎng)有了一定聲音,如和利時(shí)公司、德維森公司、安控公司。</p><p>  隨著故障診斷技術(shù)的發(fā)展,以檢測(cè)、識(shí)別、預(yù)測(cè)和干預(yù)為核心的先進(jìn)的故障診斷技術(shù)得到

19、了廣泛的應(yīng)用,不但能夠及時(shí)準(zhǔn)確地診斷出故障,而且可以采取相應(yīng)的對(duì)策,保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。電機(jī)故障可能對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和工業(yè)系統(tǒng)其它機(jī)組的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響,因此,電機(jī)的故障診斷顯得非常重要,本設(shè)計(jì)的選題就是基于PLC的電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>  診斷系統(tǒng)建立在基于PLC和上位計(jì)算機(jī)組成的控制系統(tǒng)上。PLC在故障診斷系統(tǒng)中的功能主要是檢測(cè)點(diǎn)擊的電流保護(hù)。計(jì)算機(jī)由于具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算功能,

20、利用專家知識(shí)和專家?guī)?,完成從故障特征到故障原因的識(shí)別工作。并通過人機(jī)界面,給出故障定位,報(bào)告和解釋故障診斷結(jié)果,并為操作員給出相應(yīng)的排除故障的建議。</p><p>  2 電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的各種保護(hù)原理及故障判據(jù)</p><p>  電機(jī)保護(hù)就是給電機(jī)全面的保護(hù),即在電機(jī)出現(xiàn)過載、缺相、堵轉(zhuǎn)、短路、過壓、欠壓、漏電、三相不平衡、過熱、軸承磨損、定轉(zhuǎn)子偏心時(shí),予以報(bào)警或保護(hù);為電動(dòng)機(jī)提供保

21、護(hù)的裝置是電機(jī)保護(hù)器,包括熱繼電器、電子式保護(hù)器和智能型保護(hù)器。</p><p>  電動(dòng)機(jī)常見的故障可分為對(duì)稱故障和不對(duì)稱故障兩大類。對(duì)稱故障包括:過載、堵轉(zhuǎn)和三相短路等,這類故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害主要是熱效應(yīng),使繞組發(fā)熱甚至損壞,其主要特征是電流幅值發(fā)生顯著變化;不對(duì)稱故障包括:斷相、逆相、相間短路、匝間短路等,這類故障是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中最常見的一類故障。不對(duì)稱故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害不僅僅是引發(fā)發(fā)熱,更重要的是不對(duì)稱引起

22、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)進(jìn)行綜合保護(hù)非常重要。</p><p>  2.1 電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置常見保護(hù)形式</p><p>  掘進(jìn)機(jī)的綜合保護(hù)主要是對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù),礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)是掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)的主要組成部分,它與液壓系統(tǒng)配合操作,可自如的實(shí)現(xiàn)整機(jī)的各種生產(chǎn)作業(yè)。作為電氣主設(shè)備,電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行正常與否,直接關(guān)系整機(jī)的性能,所以要高度重視,除了對(duì)電機(jī)的保護(hù)外

23、,掘進(jìn)機(jī)還有很多極其重要的保護(hù)形式?,F(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)常見故障和礦井下的實(shí)際需要投入的主要的保護(hù)形式介紹如下:</p><p>  1. 低壓線路漏電保護(hù):當(dāng)AC220V、AC120V、AC24V低壓線路對(duì)地絕緣降低到規(guī)定值時(shí)保護(hù)動(dòng)作,顯示220V漏電、120V漏電或24V漏電。(參考值A(chǔ)C220V為5KΩ,AC120V為3KΩ,AC24V為2KΩ)</p><p>  2. 電機(jī)溫度保護(hù):由于冷

24、卻系統(tǒng)故障或環(huán)境溫度過高,油泵和截割電機(jī)繞組溫度達(dá)到155℃時(shí),埋在電機(jī)定子繞組中的溫度繼電器動(dòng)作,保護(hù)裝置通過程序控制油泵或截割電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),電機(jī)冷卻后自動(dòng)復(fù)位。對(duì)應(yīng)熱敏電阻阻值為1.8KΩ~2KΩ。 </p><p>  3. 對(duì)稱故障保護(hù):對(duì)稱故障主要有對(duì)稱過載、堵轉(zhuǎn)、對(duì)稱穩(wěn)態(tài)短路等,這類故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害主要是由于電流增大所引起的熱效應(yīng)和機(jī)械應(yīng)力,使繞組發(fā)熱甚至損壞。 </p>&l

25、t;p>  4. 不對(duì)稱故障保護(hù):電動(dòng)機(jī)的不對(duì)稱故障主要有斷相、相間短路、匝間短路、不平衡運(yùn)行、接地短路等。不對(duì)稱故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害不僅僅是電流增加引起的發(fā)熱,更重要的是不對(duì)稱引起負(fù)序效應(yīng)給電動(dòng)機(jī)運(yùn)行帶來的隱患。因此,電動(dòng)機(jī)運(yùn)行缺陷的早期診斷是非常重要。</p><p>  2.2 礦用隔爆三相異步電動(dòng)機(jī)的故障保護(hù)</p><p>  由于礦井下工作環(huán)境比較惡劣,電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障的幾

26、率也比較大,針對(duì)這種情況和用戶的實(shí)際需要投入了以下幾種保護(hù):過載保護(hù)、短路保護(hù)、負(fù)序過流保護(hù)、單相接地保護(hù)、欠電壓和過電壓保護(hù)等保護(hù)形式。下面對(duì)幾種主要保護(hù)的原理和實(shí)現(xiàn)方法分別加以詳細(xì)的闡述。</p><p>  2.2.1 過載保護(hù)</p><p>  由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩過大,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降以提高電磁轉(zhuǎn)矩,電機(jī)定子電流超過額定電流,導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過載,如果持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng),將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱而被燒壞。

27、但是如果是短時(shí)過載,電動(dòng)機(jī)積累的熱量能夠及時(shí)散發(fā),根據(jù)過載程度的不同,電動(dòng)機(jī)過載運(yùn)行是可以保持一段不同的時(shí)間。過載保護(hù)按照反時(shí)限特性動(dòng)作。</p><p>  2.2.2 短路故障分析及保護(hù)判據(jù)</p><p>  由于電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中,起動(dòng)電流很大,可以達(dá)到額定電流的7倍以上。為了保證在起動(dòng)過程中保護(hù)可靠的不動(dòng)作,整定值在起動(dòng)和運(yùn)行過程中采用了不同的算法。</p>&l

28、t;p>  a. 異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中的速斷保護(hù):</p><p>  欲使電動(dòng)機(jī)能滿載地起動(dòng),要求必須大于電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng)電流,即:</p><p>  式中:——保證電動(dòng)機(jī)滿載啟動(dòng)系數(shù),取1.2~1.4。</p><p>  ——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流系數(shù),一般取4~7。</p><p>  ——電動(dòng)機(jī)的額定線電流。</p>&

29、lt;p>  b. 異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的速斷保護(hù)</p><p>  在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中,的整定可不必考慮要躲過電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流,短路保護(hù)可以按電動(dòng)機(jī)的額定電流的倍數(shù)整定,即:</p><p>  式中的值一般取為8-10,這樣可以保證三相異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)結(jié)束后的運(yùn)行過程中不會(huì)頻繁跳閘,保證掘進(jìn)機(jī)的正常工作。</p><p>  2.2.3 單相接地故障分析及

30、保護(hù)判據(jù)</p><p>  在變壓器中性點(diǎn)不接地的礦井下的供電系統(tǒng)中,當(dāng)一相(如A相)發(fā)生直接接地故障,便有單相接地電流在接地點(diǎn)流過,并經(jīng)其它兩相的絕緣電阻和電容流回電源。此時(shí),A相導(dǎo)線對(duì)地電壓為零,B、C兩相對(duì)地變成了線電壓。但電源線電壓仍然平衡,并不影響負(fù)荷繼續(xù)工作。不過,從礦井的安全出發(fā),為了防止瓦斯煤塵爆炸,要求立即切斷供電電源。由于三相電網(wǎng)對(duì)地電壓不再平衡,三相電壓之和不為零,因而出現(xiàn)了零序電壓和零序

31、電流。</p><p>  由于我國礦井下大中型電動(dòng)機(jī)一般采用小電流接地方式,當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí),故障電流很小。在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中的高壓電動(dòng)機(jī),當(dāng)容量小于2MW,而接地電容電流大于10A;或容量等于2MW及以上,而接地電容電流大于5A時(shí),應(yīng)裝設(shè)接地保護(hù)。提高接地保護(hù)的靈敏度,可采用一次零序電流互感器檢測(cè)零序電流,其電流按大于被保護(hù)回路的電容電流整定,即:</p><p>  式中: —

32、—可靠系數(shù),取4~5;</p><p>  ——當(dāng)外部發(fā)生接地故障時(shí),過流被保護(hù)回路的最大接地電容電流。</p><p>  2.2.4 欠壓和過壓故障分析及保護(hù)判據(jù)</p><p>  根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式可知,電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)供電電壓有關(guān)。當(dāng)電網(wǎng)電壓上下波動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)發(fā)生變化,進(jìn)而影響到定子電流的變化,從而影響到電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行,

33、所以必須有欠電壓和過電壓保護(hù)。</p><p><b>  a. 欠壓保護(hù)</b></p><p>  當(dāng)電源電壓由于某種原因降低到額定電壓75%或長(zhǎng)時(shí)間低于額定電壓85%時(shí),稱為系統(tǒng)欠電壓。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和定子電流與電壓密切相關(guān),在電網(wǎng)電壓降低,電磁轉(zhuǎn)矩下降時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也下降,因此轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流都將增大。轉(zhuǎn)子電流增大,定子電流必然相應(yīng)增大,

34、溫升增高,致使電動(dòng)機(jī)過熱甚至燒壞,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成堵轉(zhuǎn)。因此,電動(dòng)機(jī)應(yīng)有欠壓保護(hù),以保證一旦發(fā)生欠壓故障它就能夠自行脫離電源。</p><p>  欠壓保護(hù)的整定原則是:若在一定時(shí)限內(nèi)采樣到的線電壓有效值均低于保護(hù)整定值,則認(rèn)為有故障產(chǎn)生,應(yīng)進(jìn)行斷電保護(hù)。</p><p><b>  b. 過壓保護(hù)</b></p><p>  當(dāng)電源電壓由于某種

35、原因超過額定電壓15%時(shí),稱為系統(tǒng)過電壓。過電壓通常是由電網(wǎng)電壓波動(dòng)造成的,當(dāng)然有時(shí)也是伴隨其它故障而產(chǎn)生的,如果負(fù)載星形連接且無中性線的電動(dòng)機(jī)定子繞組一相短路,則會(huì)造成其它兩相負(fù)載的電壓增大。電動(dòng)機(jī)在過電壓狀態(tài)下運(yùn)行,容易對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣造成破壞,從而縮短電動(dòng)機(jī)使用壽命,因此電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)過電壓保護(hù)。</p><p>  過壓保護(hù)的整定原則是:若在一定時(shí)限內(nèi)采樣到的線電壓有效值均高于保護(hù)整定值,則認(rèn)為有故障產(chǎn)生,應(yīng)

36、進(jìn)行斷電保護(hù)。</p><p>  2.2.5 礦用電動(dòng)機(jī)的其他保護(hù)</p><p>  礦用電動(dòng)機(jī)的其他保護(hù)還包括起動(dòng)超時(shí)保護(hù)、頻繁起動(dòng)保護(hù)、超溫保護(hù)、漏電閉鎖保護(hù)等。 </p><p>  a. 起動(dòng)超時(shí)保護(hù):對(duì)于直接起動(dòng)的電動(dòng)機(jī),剛起動(dòng)時(shí),起動(dòng)電流比較大,經(jīng)過一段時(shí)間,電流將下降到額定電流或以下的水平。起動(dòng)超時(shí)保護(hù)設(shè)定了一個(gè)稍大于額定電流的動(dòng)作值,它在電動(dòng)機(jī)

37、起動(dòng)時(shí)投入,經(jīng)過適當(dāng)?shù)难訒r(shí)(延時(shí)時(shí)間可設(shè)定),檢測(cè)線路的電流,并與動(dòng)作值比較,如果仍然大于動(dòng)作值,則起動(dòng)超時(shí)保護(hù)動(dòng)作,可作為短路保護(hù)的后備保護(hù)。</p><p>  b. 頻繁起動(dòng)保護(hù):起動(dòng)過于頻繁將使電動(dòng)機(jī)繞組長(zhǎng)時(shí)間流過數(shù)倍于額定電流的起動(dòng)電流。由于熱積累效應(yīng),會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱,使繞組絕緣加速老化,甚至燒壞電機(jī)。頻繁起動(dòng)保護(hù)主要用于限制電動(dòng)機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)的起動(dòng)次數(shù),它可以根據(jù)電機(jī)的負(fù)載情況和散熱條件來整定允許起

38、動(dòng)的次數(shù)。電動(dòng)機(jī)第一次起動(dòng)時(shí)就開始計(jì)時(shí)并記錄電動(dòng)機(jī)起動(dòng)次數(shù),如果電動(dòng)機(jī)起動(dòng)次數(shù)達(dá)到整定值,而計(jì)時(shí)未結(jié)束,電動(dòng)機(jī)將被閉鎖,直到計(jì)時(shí)結(jié)束才能再次起動(dòng)電動(dòng)機(jī),并重新計(jì)時(shí)和記錄起動(dòng)次數(shù)。</p><p>  c. 超溫保護(hù):超溫保護(hù)是通過電動(dòng)機(jī)內(nèi)部安裝的溫度傳感器直接對(duì)繞組溫度進(jìn)行測(cè)量,當(dāng)溫度達(dá)到整定的閾值時(shí)分?jǐn)嚯妱?dòng)機(jī)線路,并報(bào)警。溫度閾值可以整定。這種保護(hù)方式適合用于井下散熱條件極差的大容量電動(dòng)機(jī),防止電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載

39、情況下長(zhǎng)時(shí)間積熱而燒壞。</p><p>  d. 漏電閉鎖保護(hù):采用附加直流電源檢測(cè)回路絕緣電阻的阻值的保護(hù)原理。</p><p>  3 微機(jī)保護(hù)的數(shù)據(jù)采集</p><p>  掘進(jìn)機(jī)綜合保護(hù)裝置采集的信號(hào)分為數(shù)字量和模擬量信號(hào)兩類。其中數(shù)字量信號(hào)包括斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的輔助接點(diǎn)以及其他繼電器接點(diǎn)的開關(guān)量信號(hào),或者來自別的微機(jī)保護(hù)或數(shù)字設(shè)備的數(shù)字量信號(hào)。這些

40、信號(hào)經(jīng)過干擾隔離環(huán)節(jié),由輸入、輸出接口和保護(hù)裝置相連。而當(dāng)被采集的物理量是連續(xù)的模擬信號(hào)時(shí),必須依據(jù)采樣定理對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行離散化,以保證原始數(shù)據(jù)不失真。模擬量輸入電路的主要作用是隔離、規(guī)范輸入電壓及完成模數(shù)轉(zhuǎn)換,以便與CPU接口,完成數(shù)據(jù)采集任務(wù),因此這部分電路又稱數(shù)據(jù)采集電路。數(shù)據(jù)采集電路內(nèi)部參與運(yùn)算的信號(hào)是二進(jìn)制的離散數(shù)字信號(hào),模擬量輸入電路是綜合保護(hù)裝置中很重要的電路。保護(hù)裝置的動(dòng)作速度和測(cè)量精確度等性能都與該電路有關(guān)。</

41、p><p>  3.1 保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)采集電路</p><p>  3.1.1 電壓形成回路</p><p>  綜合保護(hù)裝置要從被保護(hù)的線路或設(shè)備上的電流互感器、電壓互感器或其他電壓變送設(shè)備上取得信息,通常根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入范圍的要求,將互感器的二次側(cè)數(shù)值變換為4~20mA的電流信號(hào)或1~5V范圍內(nèi)的電壓信號(hào),對(duì)于電流信號(hào)可以采用串聯(lián)一定阻值的電阻的方法變換為相應(yīng)

42、的電壓信號(hào)。在互感器的選擇上有鐵芯電流互感器和空芯電流互感器。其中鐵芯電流互感器受其鐵磁性能的影響,即使在設(shè)計(jì)時(shí)確定的工作很理想,在小電流時(shí)測(cè)量線性度很好,但在大電流時(shí)鐵芯易于飽和,線性度差,測(cè)量范圍小。采用空芯電流互感器準(zhǔn)確度高線性誤差在±1%以內(nèi),測(cè)量范圍廣絕緣水平高,用于高壓大電流電動(dòng)機(jī)具有明顯的優(yōu)點(diǎn),但是在小電流時(shí),信號(hào)較小測(cè)量誤差大。轉(zhuǎn)換信號(hào)不失真這點(diǎn)對(duì)微機(jī)保護(hù)是很重要的,因?yàn)橹挥性谶@種條件下作精確的運(yùn)算或定量的分析

43、才是有意義的。至于移相、提取某一分量等,在微機(jī)保護(hù)中,根據(jù)實(shí)際需要可以容易地通過軟件來實(shí)現(xiàn)。</p><p>  3.1.2 采樣電路</p><p>  采樣電路由傳感器、電壓調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換部分組成。電動(dòng)機(jī)的電流、電壓信號(hào)用電流傳感器和電壓變送器拾取,進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠛驼{(diào)理后送入單片機(jī)內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換模塊的模擬輸入口。列如要檢測(cè)截割電機(jī)的三相電流信號(hào),因截割電機(jī)的額定電流比較大

44、,選用時(shí)要考慮過流的影響,所以應(yīng)選用通過電流較大的電流傳感器,一般選CT30-1400A/5V型電流傳感器檢測(cè)電流信號(hào),如要檢測(cè)系統(tǒng)電壓,因系統(tǒng)電壓額定為1140V,選用時(shí)考慮過壓等因素,所以一般采用CSP2-1500Va.c/5V型交流電壓變送器檢測(cè)系統(tǒng)電壓。電壓調(diào)理電路包括跟隨、比例調(diào)整和硬件濾波三部分,作用是為了保證電機(jī)在額定電流以及當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)和過載時(shí)出現(xiàn)過電流情況下的檢測(cè)精度(l%),模塊硬件結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。</p&g

45、t;<p>  圖3-1 模擬信號(hào)處理硬件流程圖</p><p>  4 PLC原理介紹及設(shè)備總體結(jié)構(gòu)介紹</p><p>  4.1 PLC發(fā)展歷程</p><p>  在工業(yè)生產(chǎn)過程中,大量的開關(guān)量順序控制,它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作,并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制,及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上,這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)

46、的。1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求,第二年,美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置,首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制,這就是第一代可編程序控制器,稱Programmable Controller(PC)。 個(gè)人計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱PC)發(fā)展起來后,為了方便,也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn),可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。 上世紀(jì)8

47、0年代至90年代中期,是PLC發(fā)展最快的時(shí)期,年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%。在這時(shí)期,PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高,PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域,在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)?!?PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位,</p><p>  國控制類產(chǎn)

48、品市場(chǎng)PLC的占有率已超過50% , 而且保持著10%~ 15% 的發(fā)展速度。</p><p>  4.2 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展前景</p><p>  現(xiàn)在, 雖然出現(xiàn)了性能更加優(yōu)越的 DCS 和 FCS 控制系統(tǒng), PLC 控制也終將會(huì)被先進(jìn)的 FCS 控制所取代,但是目前以及今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間, PLC 還會(huì)與 DCS 和 FCS 共存,這主要基于以下原因:(1) 現(xiàn)在企業(yè)的確

49、正在朝著自動(dòng)化、信息化、開放化的方向發(fā)展,但這并不意味著要將現(xiàn)有控制系統(tǒng)推倒重來。企業(yè)投入大量的人力和財(cái)力建立起來的 PLC 控制系統(tǒng)已經(jīng)成型,如果要完全推翻再建立新的 DCS 或 FCS 控制系統(tǒng),需要更大的資金投入,將造成很大的浪費(fèi)。(2) 基于以上市場(chǎng)需求,許多軟件廠商(例如: 華富惠通軟件公司) 正在考慮如何利用企業(yè)已經(jīng)成型的控制系統(tǒng)及新建的廠級(jí)網(wǎng)絡(luò),開發(fā)控制系統(tǒng)軟件,幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化、信息化,為企業(yè)提供控制系統(tǒng)與管理網(wǎng)絡(luò)

50、的集成。(3) 目前, PLC 的功能增強(qiáng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化, IO 模塊趨向分散化、智能化,編程工具和編程語言更具標(biāo)準(zhǔn)化和高級(jí)化。(4) PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信能力增強(qiáng), 向高速度、多層次、大信息量、高可靠性及開放式的通信發(fā)展。(5) 現(xiàn)在的 PLC 系統(tǒng)與 DCS 技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線IO技術(shù)相結(jié)合,結(jié)構(gòu)開放、擴(kuò)展方便、技術(shù)先進(jìn)、價(jià)格低廉</p><p>  4.3可編程序控制器PLC的分類</p><p&

51、gt;  PLC產(chǎn)品種類繁多,其規(guī)格和性能也各不相同。對(duì)PLC的分類,通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。</p><p> ?。?) 按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式,可將PLC分為整體式和模塊式兩類。</p><p>  1.整體式 PLC 整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi), 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型

52、PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元(又稱主機(jī))和擴(kuò)展單元組成。基本單元內(nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口,以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源等,沒有CPU。基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元,如模擬量單元、位置控制單元等,使其功能得以擴(kuò)展。</p><p>  2.模塊式PLC 模塊

53、式PLC是將PLC各組成部分,分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊,如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊(有的含在CPU模塊中)以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配置靈活,可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng),而且裝配方便,便于擴(kuò)展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來,構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是

54、各自獨(dú)立的模塊,但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接,并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣,不但系統(tǒng)可以靈活配置,還可做得體積小巧。</p><p> ?。?) 按功能分類根據(jù)PLC所具有的功能不同,可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。</p><p>  1.低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能,還可有少量模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于

55、邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>  2.中檔PLC 除具有低檔PLC的功能外,還具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能,適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。</p><p>  3.高檔PLC 除具有中檔機(jī)的功能外,還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算

56、及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能,可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。</p><p> ?。?) 按I/O點(diǎn)數(shù)分類根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少,可將PLC分為小型、中型和大型三類。</p><p>  1.小型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn);單CPU、8位或16位處理器、用戶存儲(chǔ)器容量4K字以下。</p&

57、gt;<p>  2. 中型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)256~2048點(diǎn);雙CPU,用戶存儲(chǔ)器容量2~8K。 </p><p>  3.大型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)> 2048點(diǎn);多CPU,16位、32位處理器,用戶存儲(chǔ)器容量8~16K .</p><p>  4.4 CPU的構(gòu)成</p><p>  從結(jié)構(gòu)上分,PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固

58、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(gè)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(jī)架,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。</p><p>  4.4.1 CPU的構(gòu)成</p><p>  CPU是PLC的核心,起神經(jīng)中樞的作用,每套PLC至少有一個(gè)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

59、掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)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(shí),診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)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(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào),去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)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(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù),是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來

60、,不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路,但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算,在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算,并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果,它也是在控制器指揮下工作。</p><p>  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。<

61、;/p><p>  4.4.2 I/O模塊</p><p>  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的I/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài),輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng),輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入(DI),開關(guān)量輸出(DO),模擬量輸入(AI),模擬量輸出(AO)等模塊?!?lt;/p>

62、<p>  常用的I/O分類如下:開關(guān)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(hào)類型分,有電流型(4-20mA,0-20mA)、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模塊,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量,I/O模塊可多可少,但其最

63、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(jī)架槽數(shù)限制。</p><p>  4.4.3 電源模塊</p><p>  PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí),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)。</p><p>  底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC

64、使用底板或機(jī)架,其作用是:電氣上,實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系,使CPU能訪問底板上的所有模塊,機(jī)械上,實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接,使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。</p><p>  4.4 .4 PLC的工作原理</p><p>  雖然可編程控制器的基本組成及工作原理與一般微機(jī)相同,但其工作過程與微機(jī)有很大差異。</p><p>  小型PLC的工作過程有兩個(gè)顯著特點(diǎn):①周期性順序掃描

65、;②集中批處理。</p><p>  周期性順序掃描是可編程控制器特有的工作方式,PLC在運(yùn)行過程中,總是處在不斷循環(huán)的順序掃描過程中。</p><p>  由于可編程控制器的I/O點(diǎn)數(shù)較多,采用集中批處理的方法,可以簡(jiǎn)化操作過程,便于控制,提高系統(tǒng)可靠性。因此,可編程控制器的另一個(gè)主要特點(diǎn)就是對(duì)輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新實(shí)施集中批處理。</p><p>  

66、1.公共處理掃描階段</p><p>  公共處理包括PLC自檢、執(zhí)行來自外設(shè)命令、對(duì)看門狗定時(shí)器清零等。</p><p>  2.輸入采樣掃描階段</p><p>  這是第一個(gè)集中批處理過程。在這個(gè)階段中,PLC按順序逐個(gè)采集所有輸入端子上的信號(hào),不論輸入端子上是否接線,CPU順序讀取全部輸入端,將所有采集到的一批輸入信號(hào)寫到輸入映像寄存器中。在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)

67、,用戶程序依據(jù)的輸入信號(hào)狀態(tài)均從輸入映像寄存器中去取,而不管此時(shí)外部輸入信號(hào)的狀態(tài)是否變化。如果此時(shí)外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化,也只能在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取。</p><p>  3.執(zhí)行用戶程序掃描階段</p><p>  這是第二個(gè)集中批處理過程。在執(zhí)行用戶程序階段,CPU對(duì)用戶程序按順序進(jìn)行掃描。每掃描到一條指令,所需的輸入信息狀態(tài)均從輸入映像寄存器中讀取,而不是

68、直接使用現(xiàn)場(chǎng)的立即輸入信號(hào)。對(duì)其他信息,則是從PLC的元件映像寄存器中讀取。在執(zhí)行用戶程序中,每一次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫入元件映像寄存器中,這樣該狀態(tài)馬上就可以被后面將要掃描到的指令所利用。對(duì)輸出繼電器的掃描結(jié)果,也不是馬上去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載,而是將其結(jié)果寫入元件映像寄存器中的輸出映像寄存器中,待輸出刷新階段集中批處理,所以執(zhí)行用戶程序階段也是集中批處理過程。</p><p>  4.輸出刷新掃描階段</p&

69、gt;<p>  這是第三個(gè)集中批處理過程。當(dāng)CPU對(duì)全部用戶程序掃描結(jié)束后,將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時(shí)送到輸出鎖存器中,再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅(qū)動(dòng)各輸出繼電器所帶的負(fù)載。</p><p>  在輸出刷新階段結(jié)束后,CPU進(jìn)入下一個(gè)掃描周期。</p><p>  4.4.5 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備</p><p>  編程設(shè)備:編程器

70、是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件,用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況,但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器,目前一般由計(jì)算機(jī)(運(yùn)行編程軟件)充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。</p><p>  人機(jī)界面:最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕,目前液晶屏(或觸摸屏)式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛,由計(jì)算機(jī)(運(yùn)行組態(tài)軟件)充當(dāng)人機(jī)界面非常普

71、及。</p><p>  5 PLC的選取與系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>  5.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)</p><p>  基于可編程控制器(PLC)的電動(dòng)機(jī)綜合監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。如下圖,準(zhǔn)備開機(jī)時(shí),按下開機(jī)按鈕后,首先檢測(cè)斷路器狀態(tài),如果斷路器初始狀態(tài)為閉合,電機(jī)無法啟動(dòng),并且聲光報(bào)警。如果斷路器初始狀態(tài)為斷開,斷路器合閘,電機(jī)開

72、始啟動(dòng)。在啟動(dòng)過程中,若發(fā)生一級(jí)故障,PLC進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。啟動(dòng)完成后,“電機(jī)開/關(guān)指示燈”亮,電機(jī)正常運(yùn)行。運(yùn)行過程中,PLC依次循環(huán)檢測(cè)電機(jī)是否發(fā)生相間短路、斷相、低電壓、單相接地、過負(fù)荷、過電流等故障,若有發(fā)生,PLC進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作。關(guān)機(jī)時(shí),PLC接到關(guān)機(jī)命令后,斷路器跳閘,“電機(jī)開/關(guān)機(jī)指示燈”滅。故障聲光報(bào)警后,按“報(bào)警復(fù)位按鈕”復(fù)位。如下圖所示。</p><p>  圖5-1 電機(jī)故障診斷系統(tǒng)總

73、體結(jié)構(gòu)圖</p><p>  5.2 PLC的硬件配置與選型</p><p>  5.2.1 SIMATIC S7-200 PLC</p><p>  S7-200PLC是超小型化的PLC,它具有極高的可靠性、豐富的指令集、易于掌握、便捷的操作、豐富的內(nèi)置集成功能、實(shí)時(shí)特性、強(qiáng)勁的通信能力、豐富的擴(kuò)展模塊,適用于各行各業(yè)、各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及自動(dòng)化控制

74、的需要。S7-200PLC的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。</p><p>  S7-200PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)與8種CPU可供選擇使用。</p><p>  S7-200CPU集成了豐富的內(nèi)置功能:</p><p><b>  ?高速計(jì)數(shù)器輸入</b></p><p>  ?短

75、暫脈沖捕捉功能</p><p><b>  ?高速脈沖輸出</b></p><p>  ?I/O硬件中斷事件</p><p>  ?特殊功能相關(guān)的中斷功能</p><p>  ?PID控制,PID自整定功能</p><p>  ?支持多種生產(chǎn)工藝配方</p><p&g

76、t;  ?數(shù)據(jù)記錄(歸檔)</p><p>  此外,S7-200還支持以下功能:</p><p>  ?用戶自定義的庫指令,便于模塊化編程</p><p>  ?完善的密碼和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)功能</p><p>  ?在RUN狀態(tài)下的在線編程能力</p><p>  ?直接讀/寫實(shí)際I/O</p>

77、<p>  ?可調(diào)整的數(shù)字量和模擬量的輸入濾波</p><p>  ?定義數(shù)字量和模擬量在STOP時(shí)的狀態(tài)</p><p>  ?多種數(shù)據(jù)保持設(shè)置</p><p>  ?一個(gè)可由用戶定義的LED狀態(tài)指示燈</p><p>  5.2.2 S7-200系列PLC的硬件配置</p><p>  S7-2

78、00系列PLC的硬件系統(tǒng)配置靈活,既可用單獨(dú)的CPU模塊構(gòu)成簡(jiǎn)單的開關(guān)量控制系統(tǒng),也可通過I/O擴(kuò)展或通信聯(lián)網(wǎng)功能構(gòu)成中等規(guī)模的控制系統(tǒng)。主要包括如下幾部分:</p><p> ?。?)PLC基本單元(即CPU模塊):是PLC系統(tǒng)的核心,包括CPU、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、部分輸入/輸出接口、內(nèi)置5V和24V直流電源、RS-485通信接口等。</p><p> ?。?)擴(kuò)展單元:用于PLC系統(tǒng)的I

79、/O擴(kuò)展,包括數(shù)字量I/O模塊和模擬量I/O模塊。</p><p> ?。?)編程設(shè)備:可使用手持式編程器,也可使用裝有 SIMATIC S7系列PLC編程軟件的計(jì)算機(jī)。編程設(shè)備可實(shí)現(xiàn)用戶程序的編制、編譯、調(diào)試和下載。</p><p> ?。?)人機(jī)界面:常用的有觸摸屏和文本顯示器,也可通過裝有工業(yè)組態(tài)軟件的微機(jī)實(shí)現(xiàn)。通過人機(jī)界面可實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)控制過程的監(jiān)控。</p>&l

80、t;p> ?。?)通信模塊:可通過CPU模塊自帶的RS-485接口與上位機(jī)或其他PLC通信,也可通過專用的通信模塊與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成各種通信網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,如通信處理器模塊CP243-2或PROFIBUS-DP模塊EM277等。</p><p> ?。?)其他設(shè)備:各種特殊功能模塊,具有獨(dú)立的運(yùn)算能力,能實(shí)現(xiàn)特定的功能,如位置控制模塊、高速計(jì)數(shù)器模塊、閉環(huán)控制模塊、溫度控制模塊等。</p>

81、;<p>  5.2.3 CPU模塊</p><p>  S7-200系列PLC的CPU模塊有兩個(gè)子系列,即CPU21X和CPU22X。目前市場(chǎng)上CPU22X系列PLC已取代了第一代的CPU21X系列,并成為市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。</p><p>  S7-200系列PLC的CPU22X系列主要有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等型號(hào),其輸入

82、輸出點(diǎn)數(shù)的分配表如表5-1所示。</p><p>  表5-1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元</p><p>  5.2.4數(shù)字量擴(kuò)展模塊</p><p>  S7-200系列PLC目前可以提供3大類共10種數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊,見表5-2。</p><p>  表5-2 S7-200系列PL

83、C數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊</p><p>  5.2.5模擬量擴(kuò)展模塊</p><p>  在S7-200系列PLC中,除了CPU224XP模塊本身帶有模擬量I/O外,其他CPU模塊若想處理模擬信號(hào),則需進(jìn)行模擬量模塊的擴(kuò)展。模擬量擴(kuò)展模塊主要有3種,見表5-3。</p><p>  表5-3 S7-200系列PLC模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊</

84、p><p><b>  5.2.6通信模塊</b></p><p>  S7-200系列PLC除了CPU226本機(jī)集成了兩個(gè)通信口以外,其他均在其內(nèi)部集成了一個(gè)通信口,通信口采用了RS-485總線。此外,各PLC還可以接入通信模塊,以擴(kuò)大其接口的數(shù)量和聯(lián)網(wǎng)能力。</p><p> ?。?)EM277模塊:EM277模塊是PROFIBUS-DP從站

85、模塊,同時(shí)也支持MPI從站通信。</p><p> ?。?)EM241:調(diào)制解調(diào)器通信模塊。</p><p>  (3)CP243-1:工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊。</p><p> ?。?)CP243-1 IT:工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊,同時(shí)提供Web/E-mail等IT應(yīng)用。</p><p> ?。?)CP243-2:AS-I主站模塊,可連接最

86、多62個(gè)AS-I從站。</p><p>  5.2.7 I/O點(diǎn)分配及電氣連接圖</p><p>  1)該控制系統(tǒng)中I/O點(diǎn)分配表如表5-4所示。</p><p>  在本系統(tǒng)中,包含以下輸入輸出點(diǎn),見附表,本系統(tǒng)共包括12路開關(guān)量,7路模擬量。</p><p>  表5-4 I/O點(diǎn)分配表</p><p>

87、  2)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案及硬件連接圖</p><p>  圖5-2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案及硬件連接圖</p><p>  5.3 JL-400缺相繼電器</p><p>  JL-400缺相繼電器是一種多功能三相電源系統(tǒng)或三相用電設(shè)備的監(jiān)測(cè)和保護(hù)儀器。集三相電壓顯示、過電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、缺相保護(hù)(斷相保護(hù))、電壓不平衡保護(hù)、相序保護(hù)(錯(cuò)相保護(hù))于一體,采用功能強(qiáng)大的

88、微處理器芯片和非易失存儲(chǔ)技術(shù),顯示采用高清晰超寬溫中文液晶,具有功能齊全,性能穩(wěn)定,顯示直觀、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。</p><p>  JL-400缺相繼電器可實(shí)時(shí)顯示三相電源電壓、并可在電源發(fā)生過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、缺相保護(hù)、不平衡保護(hù)、錯(cuò)相保護(hù)等故障時(shí)通過繼電器輸出的形式,給用戶提供報(bào)警輸出和保護(hù)電路動(dòng)作輸出的觸點(diǎn)控制信號(hào),起到報(bào)警和保護(hù)作用。JL-400缺相繼電器電壓不平衡保護(hù)動(dòng)作時(shí)間曲線圖如5-3所示:<

89、/p><p>  A ——電壓不平衡度</p><p>  ——三相電壓中最大相的電壓</p><p>  ——三相電壓中最小相的電壓</p><p>  圖5-3 JL-400缺相繼電器電壓不平衡保護(hù)的時(shí)間特性曲線</p><p>  表5-5 JL-400缺相繼電器主要性能指標(biāo)</p><p>

90、;  JL-400缺相繼電器操作指南</p><p>  1、把三相電源的三相四線分別接入JL-400缺相繼電器的L1、L2、L3、N端。</p><p>  2、JL-400缺相繼電器的常開、常閉輸出端,分別接入控制設(shè)備的回路。詳見JL-400缺相繼電器接線示意圖</p><p>  3、設(shè)置參數(shù),把連接好的JL-400缺相繼電器通上三相電,液晶屏顯示其中一相的電

91、壓。</p><p> ?。?)JL-400缺相繼電器正常情況下,按一下R/設(shè)置鍵,進(jìn)入設(shè)置狀態(tài),設(shè)置字符閃爍,此時(shí)液晶屏上顯示設(shè)置和相序字樣,按▲或▼鍵可選擇是否啟用相序保護(hù)功能,ON表示開啟,OFF表示關(guān)閉。 </p><p> ?。?)再按一下JL-400缺相繼電器的R/設(shè)置鍵,設(shè)置過

92、電壓值,液晶屏上顯示設(shè)置和過壓字樣,按▲或▼鍵設(shè)置過電壓值,過電壓值在220V~300V范圍內(nèi)設(shè)置,步進(jìn)量為1V;再按一次R/設(shè)置鍵,設(shè)置過電壓動(dòng)作時(shí)間(單位為秒),動(dòng)作時(shí)間 </p><p>  可在0.1~20秒范圍之間設(shè)置,步進(jìn)量為0.1秒。 接線示意圖</p><p> ?。?)再按一下JL-

93、400缺相繼電器的R/設(shè)置鍵,設(shè)置欠電壓值,液晶屏上顯示設(shè)置和欠壓字樣,按▲或▼鍵設(shè)置欠電壓值,欠電壓值在150V~220V范圍內(nèi)設(shè)置,步進(jìn)量為1V;再按一次R/ 設(shè)置鍵,設(shè)置過電壓動(dòng)作時(shí)間(單位為秒),動(dòng)作時(shí)間可在0.1~20秒范圍之間設(shè)置,步進(jìn)量為0.1秒。</p><p> ?。?)再按一下JL-400缺相繼電器的R/設(shè)置鍵,液晶屏上顯示End字樣,本次設(shè)置完成。</p><p> 

94、 (5)當(dāng)JL-400缺相繼電器發(fā)生電源過壓、欠壓、缺相、錯(cuò)相、不平衡等故障時(shí),液晶屏上分別閃爍顯示過壓、欠壓、缺相、相序、不平衡等字樣,如果故障時(shí)間超過設(shè)置的動(dòng)作時(shí)間,過壓、欠壓、缺相、相序、不平衡等字樣保持常亮,同時(shí)顯示故障時(shí)的電壓值,這時(shí)輸出觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換。</p><p> ?。?)由于JL-400缺相繼電器缺相、錯(cuò)相故障屬于不可自動(dòng)恢復(fù)性故障;故發(fā)生缺相、錯(cuò)相故障時(shí),缺相繼電器能記憶自鎖。即使安全切斷缺相繼電

95、器工作電源,也會(huì)存儲(chǔ)故障信息;只有在排除缺相、錯(cuò)相故障后,按R/設(shè)置鍵,缺相繼電器才能復(fù)位。而發(fā)生過壓、欠壓故障后,如果線路電壓又恢復(fù)了正常設(shè)置電壓范圍,缺相繼電器能自動(dòng)恢復(fù)。也可按R/設(shè)置鍵手動(dòng)恢復(fù)。</p><p><b>  備注:</b></p><p> ?。?)進(jìn)入設(shè)置狀態(tài),如果20秒內(nèi)無任何操作,JL-400缺相繼電器自動(dòng)退出設(shè)置狀態(tài)。</p>

96、;<p> ?。?)JL-400缺相繼電器的常開、常閉狀態(tài),分別是指繼電器正常通電狀態(tài);故障時(shí)常開、常閉狀態(tài)分別同時(shí)轉(zhuǎn)換。</p><p>  4、JL-400缺相繼電器參數(shù)設(shè)置</p><p><b>  5.4 熱繼電器</b></p><p>  熱繼電器是一種電氣保護(hù)元件。它是利用電流的熱效應(yīng)來推動(dòng)動(dòng)作機(jī)構(gòu)使觸頭閉合或斷

97、開的保護(hù)電器,主要用于電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)、斷相保護(hù)、電流不平衡保護(hù)以及其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)時(shí)的控制。</p><p>  5.4.1 熱繼電器的工作原理</p><p>  圖5-4 熱繼電器原理圖</p><p>  由電阻絲做成的熱元件,其電阻值較小,工作時(shí)將它串接在電動(dòng)機(jī)的主電路中,電阻絲所圍繞的雙金屬片是由兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片壓合而成,左端與外殼固定。當(dāng)

98、熱元件中通過的電流超過其額定值而過熱時(shí),由于雙金屬片的上面一層熱膨脹系數(shù)小,而下面的大,使雙金屬片受熱后向上彎曲,導(dǎo)致扣板脫扣,扣板在彈簧的拉力下將常閉觸點(diǎn)斷開。觸點(diǎn)是串接在電動(dòng)機(jī)的控制電路中的,使得控制電路中的接觸器的動(dòng)作線圈斷電,從而切斷電動(dòng)機(jī)的主電路。</p><p>  交流接觸器的結(jié)構(gòu),接觸器主要由電磁機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)系統(tǒng)和滅弧裝置等主要部件組成。電磁機(jī)構(gòu)包括吸引線圈、靜鐵心和動(dòng)鐵心,動(dòng)鐵心與動(dòng)觸點(diǎn)相聯(lián)。觸頭

99、分為主觸頭和輔助觸頭,主觸頭用于通斷電流較大的主電路,體積較大,一般由三對(duì)常開觸頭組成;輔助觸頭用于通斷電流較小的控制電路,體積較小,一般由兩對(duì)常開觸頭和兩對(duì)常閉觸頭組成。所謂觸頭的常開和常閉,是指接觸器未通電動(dòng)作前觸頭的原始狀態(tài)。交流接觸器的型號(hào)及含義,以CJ系列接觸器為例,型號(hào)含義如下:</p><p>  交流接觸器的工作原理,當(dāng)吸引線圈兩端施加額定電壓時(shí),產(chǎn)生電磁力,將動(dòng)鐵心(上鐵心)吸下,動(dòng)鐵心帶動(dòng)動(dòng)觸

100、點(diǎn)一起下移,使動(dòng)合觸點(diǎn)閉合接通電路,動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開切斷電路,當(dāng)吸引線圈斷電時(shí),鐵心失去電磁力,動(dòng)鐵心在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位,觸點(diǎn)系統(tǒng)恢復(fù)常態(tài)。</p><p>  交流接觸器的種類,交流接觸器的種類很多,國產(chǎn)的有CJ0、CJ10系列和比較新的CJ20系列,引進(jìn)的新產(chǎn)品有3TH系列、3TB系列。</p><p>  圖5-4 接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路圖</p><p>

101、;  QM:電源開關(guān) FU:熔斷器 EH:熱繼電器 </p><p>  KF/KR:交流接觸器 M:電動(dòng)機(jī) </p><p>  SR:正轉(zhuǎn)按鈕 SR:反轉(zhuǎn)按鈕 STP:停止按鈕</p><p><b>  常閉觸頭 </b></p><p><b>  常開觸頭

102、</b></p><p>  工作原理:主回路中主觸點(diǎn)KF和KR并聯(lián),L1與L2互相反接,為保證接觸器KF和KR的線圈不會(huì)同時(shí)通電,KF和KR這兩副常閉輔助觸點(diǎn),分別串接于正反轉(zhuǎn)控制回路中,稱為聯(lián)鎖(或互鎖)觸點(diǎn)。</p><p>  6 保護(hù)裝置的軟件設(shè)計(jì)</p><p>  6.1 PLC程序設(shè)計(jì)方法</p><p>  編

103、寫PLC程序的方法很多,這里主要介紹幾種典型的編程方法。</p><p><b>  1. 圖解法編程</b></p><p>  圖解法是靠畫圖進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時(shí)序流程圖法和步進(jìn)順控法。</p><p><b>  (1)梯形圖法</b></p><p> 

104、 梯形圖法是用梯形圖語言去編制PLC程序。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法,其圖形甚至元件名稱都有繼電器電路十分相似。這種方法很容易地把原繼電器控制電路移植成PLC的梯形圖語言。這對(duì)于熟悉繼電器控制的人來說,是最方便的一種編程方法。</p><p><b>  (2)邏輯流程圖法</b></p><p>  邏輯流程圖法是用邏輯框圖表示PLC程序的執(zhí)行過程,反映輸

105、入與輸出的關(guān)系。邏輯流程圖會(huì)使整個(gè)程序脈絡(luò)清晰,便于分析控制程序、查找故障點(diǎn)及調(diào)試和維修程序。</p><p><b> ?。?)時(shí)序流程圖法</b></p><p>  時(shí)序流程圖法是首先畫出控制系統(tǒng)的時(shí)序圖(即到某一個(gè)時(shí)間應(yīng)該進(jìn)行哪項(xiàng)控制的控制時(shí)序圖),再根據(jù)時(shí)序關(guān)系畫出對(duì)應(yīng)的控制任務(wù)的程序框圖,最后把框圖寫成PLC程序。這種方法很適合以時(shí)間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的編程

106、方法。</p><p><b> ?。?)步進(jìn)順控法</b></p><p>  步進(jìn)順控法是在順控指令的配合下設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制程序。一般比較復(fù)雜的程序都可以分成若干個(gè)功能比較簡(jiǎn)單的程序段,一個(gè)程序可以看成整個(gè)控制過程的一步。</p><p><b>  2. 經(jīng)驗(yàn)法編程</b></p><p>  

107、經(jīng)驗(yàn)法是運(yùn)用自己的或者別人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。多數(shù)是設(shè)計(jì)前先選擇與自己工藝要求相近的程序,把這些程序看成是自己的“試驗(yàn)程序”。結(jié)合自己工程的情況,對(duì)這些“試驗(yàn)程序”逐一修改,使之適合自己的工程要求。</p><p>  3.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程</p><p>  計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是通過PLC編程軟件(比如STEP7--Micro/WIN)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試

108、等。使用編程軟件可以很方便的在計(jì)算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試,在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序的存取、加密以及形成EXE文件[14]。</p><p>  6.2 梯形圖語言特點(diǎn)</p><p>  梯形圖是使用得最多的圖形編程語言,被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似,具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn),很容易被工廠電氣人員掌握,特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序,梯形圖的

109、設(shè)計(jì)稱為編程。</p><p>  梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是用梯形圖的圖形符號(hào)來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語言,程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設(shè)計(jì)語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級(jí)中,描述事件發(fā)生的條件表示在左面,事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面。梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。  在工業(yè)過程控制領(lǐng)域,電氣技術(shù)人

110、員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉,因此,由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎,并得到了廣泛的應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是:</p><p> ?。?)與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng),具有直觀性和對(duì)應(yīng)性;(2)與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致,對(duì)電氣技術(shù)人員來說,易于撐握和學(xué)習(xí);(3)與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是,梯形圖中的能流(Power FLow)不是實(shí)際意義的電流,內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際

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