【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。 （ 4）編程器：編程器分為兩種，一種是手持編程器。另一種是 RS485/RS232接口，連接計(jì)算機(jī)，通過 NSTPGR 軟件向 PLC 內(nèi)部輸入程序。 （ 5） PLC 電源： PLC 電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無論是小型的 PLC，還是中、大型的 PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對(duì) PLC 內(nèi)部的所有器件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動(dòng)在正負(fù) 10%（ 15%）之間，因此可以直接將 PLC 接入到交流電網(wǎng)上去。可編程序 控制器一般使用 220V交流電源?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測(cè)裝置（如接近開關(guān)）提供 24V 直流電源。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供。 PLC 工作原理 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。 1. 3 PLC 的工作原理可編程 序控制器有兩種基本的 10 工作狀態(tài)，即運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個(gè)階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入 輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時(shí)完成的。 在內(nèi)部處理聯(lián)合階段。可編程序控制器檢查 CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng) 編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（ STOP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢?RUN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外 3 個(gè)階段的操作。 在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。可編程序控制器梯形圖中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通 /斷開（ ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。 外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存 器為“ 1”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。 可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)， CPU 從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí)，從 輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的 0/1 狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化 [7]。 在輸出處理階段， CPU 將輸出映像寄存器的 0/1 狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“ 1”狀態(tài)。 11 信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。 若梯形圖中輸 出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為“ 1”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為 ON，映像寄存器為“ 0”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為 OFF。掃描周期可編程序控制器在 RUN 工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次圖 所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為 1~100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描 周期中占相當(dāng)大的比例。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。 PLC 的發(fā)展及現(xiàn)狀 PLC 作為一種成熟穩(wěn)定可靠的控制器，目前已經(jīng)在工業(yè)控制中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 PLC 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響著工業(yè)控制系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。一個(gè)完善的 PLC 系統(tǒng)除了能夠正常運(yùn)行，滿足工業(yè)控制的要求，還必須能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)進(jìn)行故障診斷和故障處理。故障自診斷功能是工業(yè)控制系統(tǒng)的智能化的一個(gè)重要標(biāo)志，對(duì)于工業(yè)控制具有較高的意義和實(shí)用價(jià)值。 PLC 的應(yīng)用 可編程控制器在發(fā)展初期由于價(jià)格較高，使它的應(yīng)用受到了限制。 近年來，PLC 應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，主要原因是：一方面由于微處理器芯片及相關(guān)元件的價(jià)格大大下降，使得 PLC 的成本下降；另一方面，隨著 PLC 的功能大幅度提高，它能解決許多復(fù)雜的計(jì)算和通信問題，使得 PLC 的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。目前，PLC 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)保以及文化娛樂等行業(yè)。 PLC 的主要應(yīng)用有如下幾方面： （ 1） 開關(guān)量的邏輯控制 （ 2） 過程控制 （ 3） 運(yùn)動(dòng)及位置控制 12 （ 4） 數(shù)據(jù)處理 （ 5） 通信聯(lián)網(wǎng) （ 6） 特殊功能 PLC 是現(xiàn)在應(yīng)用較多的一種控制裝置，利用 PLC 豐富的內(nèi)部資源及強(qiáng)大的功能指令， 編制故障檢測(cè)報(bào)警程序，不僅可以替代繼電器實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，還可以提高工作可靠性及其系統(tǒng)的靈活性。 PLC 已被應(yīng)用到機(jī)械制造、冶金、礦業(yè)、輕工等各個(gè)領(lǐng)域，大大推進(jìn)了機(jī)電一體化進(jìn)程，被人們稱為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。 13 第三章 三相鼠籠式異步電機(jī)的故障及分析 三相鼠籠式異步電機(jī)常見故障 如下表 所示列出了三項(xiàng)鼠籠式異步電機(jī)的各種常見的故障 : 三相鼠籠式電動(dòng)機(jī)常見故障 故障現(xiàn)象 可能原因 合閘后電動(dòng)機(jī)無任何動(dòng)靜 電源不通 熔斷器熔體熔毀 過載 保護(hù)裝置調(diào)的過小 控制設(shè)備接線錯(cuò)誤 定子繞組兩相開路 熱繼電器動(dòng)作后沒有復(fù)位 合閘后電動(dòng)機(jī)不動(dòng)，但有嗡嗡聲 一相電源缺電或一相熔體熔毀 繞組首尾端接反或一相繞組內(nèi)部接錯(cuò) 一相電源回路接觸松動(dòng) 負(fù)載過重或轉(zhuǎn)子或生產(chǎn)機(jī)械卡塞 電源電壓過低 軸承破碎或卡住 合閘后電機(jī)不轉(zhuǎn)，但熔體立即熔斷 一相電源不通或定子線圈一相接反 定子繞組相間短路 定子繞組對(duì)地短路 定子繞組接錯(cuò) 使用熔體截面過小 電源 線（或接線盒內(nèi)）相間短路或?qū)Φ囟搪? 14 啟動(dòng)困難，啟動(dòng)后轉(zhuǎn)速嚴(yán)重低于正常值 電源電壓嚴(yán)重偏低 將 △ 繞組錯(cuò)接為 Y 繞組 定子繞組局部接錯(cuò)、接反 鼠籠式轉(zhuǎn)子斷條 繞組局部短路 負(fù)載過重 三相空載電流嚴(yán)重不平衡 重繞時(shí)三相繞組匝數(shù)不等 部分繞組首尾端接反 三相電源電壓不平衡 部分繞組匝間短路 三相空載電流過大 重繞時(shí)，三相繞組匝數(shù)過量減少 誤將繞組由 Y 接法改為 △ 接法 電源電壓嚴(yán)重偏高 氣隙過大或不均勻 轉(zhuǎn)子裝反，是定、轉(zhuǎn)子鐵芯未對(duì)齊，減少有效長(zhǎng)度 用熱拆法拆舊繞組時(shí)將鐵芯燒壞，質(zhì)量變差 運(yùn)行中發(fā)生異響 轉(zhuǎn)子掃膛 扇葉與風(fēng)罩相擦 軸承缺油，發(fā)生干摩擦 軸承破碎或嚴(yán)重磨損或潤(rùn)滑油中有硬粒異物 定子或轉(zhuǎn)子鐵芯松動(dòng) 電源電壓過高或不平衡 運(yùn)行中振動(dòng)劇烈 機(jī)座與基礎(chǔ)緊固件松動(dòng) 基礎(chǔ)松軟，強(qiáng)度不夠 與生產(chǎn)機(jī)械連接部位為校準(zhǔn) 轉(zhuǎn)軸彎曲 轉(zhuǎn)軸重量不平衡、單邊 氣隙不均勻 15 風(fēng)扇不平衡 軸承破碎或 嚴(yán)重磨損 鼠籠轉(zhuǎn)子斷條 軸承過熱 潤(rùn)滑油過多、過少或變質(zhì)干涸 潤(rùn)滑油質(zhì)量太差或有雜質(zhì) 軸承與軸頸、端蓋軸承座配合過松，軸承走外圓或內(nèi)圓 軸承蓋裝配不到位或內(nèi)孔偏心，內(nèi)孔與轉(zhuǎn)軸相擦 端蓋未裝平 聯(lián)軸器未校正或皮帶過緊 軸承間隙過大或過小 轉(zhuǎn)軸彎曲 電動(dòng)機(jī)過熱，甚至冒煙冒火 電源電壓過高或過低或三相電壓嚴(yán)重不平衡 轉(zhuǎn)子掃膛 電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)，頻繁正反轉(zhuǎn)或負(fù)載過重 缺相運(yùn)行（缺一相電源） 鼠籠式轉(zhuǎn)子斷 條 定子鐵芯多次過熱，質(zhì)量變差 環(huán)境溫度高，電動(dòng)機(jī)又散熱不好 風(fēng)扇或風(fēng)道故障 定子繞組短路、接錯(cuò) 機(jī)殼帶電 電源相線與中性線接錯(cuò) 繞組受潮，絕緣老化，大電流造成對(duì)地短路 保護(hù)接地線開路或接觸不良 三相鼠籠式異步電機(jī)的故障分析 （ 1）短路故障 三相電流的不平衡度較大（超過了 5%），三相空載電流較大，電流互感器顯示有一項(xiàng)電流超出額定值，溫度傳感器數(shù)據(jù)超出額定值，速度傳感器顯示為零或帶負(fù)載時(shí)低于額定值，則判斷為短路故障，即保護(hù)動(dòng)作。 16 （ 2）欠壓和過壓故障分析 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，所以必須有欠電壓和過電壓保護(hù)。 a. 欠壓保護(hù) 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，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。 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)。 b. 過壓保護(hù) 當(dāng)電源電壓由于某種原因超過額定電壓 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)。 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)進(jìn)行斷電保護(hù)。 （ 3）單項(xiàng)接地短路 有零序電流產(chǎn)生，其值為接地保護(hù)動(dòng)作整定值。 （ 4）兩項(xiàng)接地短路 有零序電流產(chǎn)生，其值為二倍接地保護(hù)動(dòng)作整定值。 （ 5）過負(fù)荷保護(hù) 三相電流基本平衡（滿載運(yùn)行時(shí)，三相電流的不平衡度在 3%以內(nèi)，則可認(rèn)為基本平衡），但大于額定值，說明負(fù)載超過了電機(jī)的額定容量，即過載。普通電機(jī)過載 10%可運(yùn)行一段時(shí)間，一般不應(yīng)超過 5min。所以過載保護(hù)可以按照反 17 時(shí)限特性動(dòng)作 5。 （ 6）斷相故障 電壓互感器顯示數(shù)據(jù)正常，電流互感器有一項(xiàng)或兩相為零，速度傳感器數(shù)據(jù)低于額定值，溫度傳感器數(shù)據(jù)大于額定值，則判斷為單項(xiàng)斷路，保護(hù)動(dòng)作。 （ 7）轉(zhuǎn)子斷條 此故障表現(xiàn)出電機(jī)出力不足，電流增大并按一定周期擺動(dòng)，轉(zhuǎn)速下降，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電流與定子電流增加，損耗加大，使轉(zhuǎn)子溫度上升。用速度傳感器及電流互感器可以診斷其故障使保護(hù)動(dòng)作（安置于轉(zhuǎn)子上的電流互感 器測(cè)得數(shù)據(jù)增大及按一定周期擺動(dòng)，安置于定子上的電流互感器測(cè)得數(shù)據(jù)增大，扭距傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)低于額定值）。 （ 8）設(shè)備結(jié)構(gòu)安裝部位松動(dòng) 此故障表現(xiàn)出電機(jī)振動(dòng)劇烈，但三相電流大小和平衡情況正常，并且波動(dòng)不打。既可以用振動(dòng)傳感器及電流互感器測(cè)得數(shù)據(jù)并使保護(hù)動(dòng)作（振動(dòng)傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)超過額定值很多，電流互感器顯示數(shù)據(jù)正常）。 （ 9）轉(zhuǎn)子掃膛 振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)大于額定值。 （ 10）軸承損壞 扭矩傳感器顯示數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或周期性變動(dòng)，振動(dòng)傳感器顯示數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或周期性變動(dòng)，電流互感器平衡度正常但數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，則判斷為軸承損壞或 缺油。 （ 11）轉(zhuǎn)子或定子鐵芯松動(dòng) 振動(dòng)傳感器顯示數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，波動(dòng)幅度較大。電流互感器和電壓互感器顯示數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定，扭矩傳感器顯示數(shù)據(jù)有輕微波動(dòng)， 溫度傳感器大于額定值。則為鐵芯松動(dòng)。保護(hù)動(dòng)作。 （ 12