【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可認(rèn)為基本平衡），但大于額定值，說(shuō)明負(fù)載超過(guò)了電機(jī)的額定容量，即過(guò)載。普通電機(jī)過(guò)載10%可運(yùn)行一段時(shí)間，一般不應(yīng)超過(guò)5min。所以過(guò)載保護(hù)可以按照反時(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(guò)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）轉(zhuǎn)軸損壞或彎曲 振動(dòng)傳感器顯示數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，溫度傳感器顯示數(shù)據(jù)大于額定值，扭矩傳感器顯示數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，在小于額定值的范圍內(nèi)波動(dòng)。電流互感器顯示數(shù)據(jù)較大。則為轉(zhuǎn)軸損壞或彎曲，保護(hù)動(dòng)作。（13）機(jī)殼帶電 有零序電流產(chǎn)生。 數(shù)據(jù)采集本文所涉及傳感器及互感器有電壓互感器、電流互感器、溫度傳感器、扭矩傳感器、振動(dòng)傳感器。三相鼠籠式異步電機(jī)所采集的信號(hào)分為數(shù)字量和模擬量?jī)煞N信號(hào)，數(shù)字量信號(hào)包括斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等設(shè)備的輔助接點(diǎn)以及其他繼電器接點(diǎn)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，或者來(lái)自別的微機(jī)保護(hù)或數(shù)字設(shè)備的數(shù)字量信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)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(chēng)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)。綜合保護(hù)裝置要從被保護(hù)的線(xiàn)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)的電壓信號(hào)。 傳感器所輸出的信號(hào)必須滿(mǎn)足模擬量輸入模塊所需的的信號(hào)，例如電流信號(hào)為020mA；420mA，電壓信號(hào)為05V或010V。 根據(jù)所選電機(jī)型號(hào)及其屬性，要選擇相應(yīng)的傳感器，Y2180M2電壓為380V，電流為41A。本文以西門(mén)子EM231作為模擬量輸入模塊，EM231輸入信號(hào)單極性：電流信號(hào)：0～20mA或4～20mA；電壓信號(hào)：0～10V或0～5V；雙極性：177。5V，177。10V。所以傳感器型號(hào)：溫度傳感器：TR/02013測(cè)量范圍：50℃～400℃輸出信號(hào)：4～20mA；0～10V；0～5V振動(dòng)傳感器：HSBGV3200A使用環(huán)境：35℃～200℃頻率響應(yīng)：～1000Hz輸出信號(hào)：4～20mA扭矩傳感器：KR801測(cè)量范圍：0Nm～100000Nm適應(yīng)溫度：20℃～60℃輸出信號(hào)：4～20mA第四章 可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可編程控制器雖然是以微機(jī)技術(shù)為核心的一種控制裝置，但其工作方式與微機(jī)控制系統(tǒng)有很大的不同，與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比也有本質(zhì)的區(qū)別。其主要區(qū)別是可編程控制器采用的是掃描工作方式和“軟繼電器”元件，可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，設(shè)計(jì)時(shí)可采用硬件與軟件并行開(kāi)發(fā)的方法，這樣可以加快整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及原則如下：可編程控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括PLC的選型、輸入/輸出設(shè)備選擇、控制柜的設(shè)計(jì)及各種圖形的繪制等。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則有如下幾方面。（1）充分發(fā)揮PLC的控制功能，最大限度地滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的要求。（2）力求控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作方便。（3）保證控制系統(tǒng)安全可靠。（4）控制系統(tǒng)要具有可擴(kuò)展性。 可編程控制器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)就是編寫(xiě)出能滿(mǎn)足生產(chǎn)控制要求的PLC用戶(hù)應(yīng)用程序，即繪制出梯形圖、編制出指令語(yǔ)句表。軟件設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則有如下兩方面。（1）邏輯關(guān)系簡(jiǎn)明、易讀、易改。（2）少占內(nèi)存空間，減少掃描時(shí)間。在改造老設(shè)備或設(shè)計(jì)新控制系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)以可編程控制器為核心的控制系統(tǒng)，必須要考慮三個(gè)問(wèn)題：一是保證設(shè)備的正常運(yùn)行；而是合理、有效的資金投入；三是在滿(mǎn)足可靠性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，應(yīng)具有一定的先進(jìn)性，能根據(jù)生產(chǎn)工藝的變化擴(kuò)展部分功能。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的控制系統(tǒng)，選擇負(fù)荷控制要求的可編程控制器機(jī)型，是可編程控制器應(yīng)用中的關(guān)鍵兩點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟一般按下述幾個(gè)步驟進(jìn)行。1分析被控對(duì)象，明確控制要求。2制定電氣控制方案。3確定輸入/輸出設(shè)備及信號(hào)特點(diǎn)。4選擇可編程控制器。5分配輸入/輸出點(diǎn)地址。6設(shè)計(jì)電氣線(xiàn)路。7設(shè)計(jì)控制程序。8調(diào)試。 9技術(shù)文件整理。 PLC機(jī)型選擇及擴(kuò)展 選擇PLC機(jī)型應(yīng)考慮兩個(gè)問(wèn)題[8]：（1）PLC的容量應(yīng)為多大。（2）選擇什么公司的PLC及外設(shè)。 基于PLC的電動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。如下圖，準(zhǔn)備開(kāi)機(jī)時(shí)，按下開(kāi)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(wú)法啟動(dòng)，并且聲光報(bào)警。如果斷路器初始狀態(tài)為斷開(kāi)，斷路器合閘，電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)。在啟動(dòng)過(guò)程中，若發(fā)生故障，PLC進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。啟動(dòng)完成后，“電機(jī)開(kāi)/關(guān)指示燈”亮，電機(jī)正常運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)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(guò)負(fù)荷、過(guò)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(kāi)/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。 PLC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖可知，此系統(tǒng)為集中控制系統(tǒng)，而且為單臺(tái)控制方式。所需存儲(chǔ)容量較小，所需I/O接口較少。在本設(shè)計(jì)中一共包含32路開(kāi)關(guān)量和9路模擬量。即本文所選PLC為 S7200 SMART 系列微型可編程邏輯控制器 (Micro PLC, Micro Programmable Logic Controller)。 S7200 SMART 系列微型可編程邏輯控制器 (Micro PLC, Micro Programmable Logic Controller)可以控制各種設(shè)備以滿(mǎn)足您的自動(dòng)化控制需要。 CPU 將微處理器、集成電源、輸入電路和輸出電路組合到一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的外殼中形成功能強(qiáng)大的 Micro PLC。 下載用戶(hù)程序后，CPU 將包含監(jiān)控應(yīng)用中的輸入和輸出設(shè)備所需的邏輯。CPU 具有不同型號(hào)，它們提供了各種各樣的特征和功能，這些特征和功能可幫助用戶(hù)針對(duì)不同的應(yīng)用創(chuàng)建有效的解決方案[9]。 以下顯示 CPU 的不同型號(hào)。 CPU型號(hào)型號(hào)S7221S7222 CNS7224 CNS7224XP CNS7226 CN內(nèi)置數(shù)字量I/O6 DI/4 DO8 DI/6 DO14 DI/10 DO14 DI/10 DO24 DI/16 DO中斷輸入44444HSC輸入4(30KHz)支持A/B模式4(30KHz)支持A/B模式6(30KHz)支持A/B模式2(200KHz)+4（30KHz）支持A/B模式6(30KHz)支持A/B模式脈沖輸出2(20KHz)2(20KHz)2(20KHz)2(100KHz)2(20KHz) CPU 根據(jù)用戶(hù)程序控制邏輯監(jiān)視輸入并更改輸出狀態(tài)，用戶(hù)程序可以包含布爾邏輯、計(jì)數(shù)、定時(shí)、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其它智能設(shè)備的通信。 S7200 SMART 結(jié)構(gòu)緊湊、組態(tài)靈活且具有功能強(qiáng)大的指令集，這些優(yōu)勢(shì)的組合使它成為控制各種應(yīng)用的完美解決方案。S7200 CPU226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)；26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；6個(gè)獨(dú)立的30KHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器；2個(gè)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端子排可以很容易地整體拆卸，用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能，可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，結(jié)合以上特點(diǎn)，SIMATIC S7200 CPU226完全可以作為本系統(tǒng)的主機(jī)。CPU226可擴(kuò)展7個(gè)模塊，而其自身具有24輸入/16輸出共40點(diǎn)數(shù)字量，因此已無(wú)須數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊。但由于有9路模擬量輸入，故需選擇模擬量輸入模塊。S7200系列提供了EM23EM23EM235等模擬量擴(kuò)展模塊。本設(shè)計(jì)中可選擇EM231 4輸入模擬量擴(kuò)展模塊一個(gè)，EM231 8輸入模擬量擴(kuò)展模塊一個(gè)，EM223數(shù)字量16輸入16輸出擴(kuò)展模塊一個(gè)。第五章 可編程控制器的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的方案控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、機(jī)型的性能指標(biāo)和各種功能模塊的選擇對(duì)于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常重要的問(wèn)題。硬件設(shè)計(jì)不但構(gòu)建了整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件部分，還為軟件設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。另外在完成了系統(tǒng)硬件選型之后，還要進(jìn)行系統(tǒng)供電和接地設(shè)計(jì)，這也是工程應(yīng)用中的重要一環(huán)。（1）.PLC控制系統(tǒng)類(lèi)型 由PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)可分為集中控制系統(tǒng)和分布式控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中PLC控制系統(tǒng)類(lèi)型為集中控制系統(tǒng)。（2）.系統(tǒng)的運(yùn)行方式 用PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)有自動(dòng)、半自動(dòng)、單步和手動(dòng)四種運(yùn)行方式。本設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)運(yùn)行方式為自動(dòng)運(yùn)行方式。（3） .I/O點(diǎn)數(shù)和種類(lèi) 根據(jù)工藝要求，設(shè)備狀況和控制功能，可以對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)形成一個(gè)初步的方案。于是就可以對(duì)系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)和種類(lèi)作出較精確的統(tǒng)計(jì)。 I/O地址的分配 本文共涉及到30路開(kāi)關(guān)量和9路模擬量。如下表所示，為本設(shè)計(jì)中I/O點(diǎn)的分配。 輸入/輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)及I/O地址分配開(kāi)關(guān)量地址模擬量地址輸入啟動(dòng)按鈕(SB1)Ia(a相電流)AIW0Ib(b相電流)AIW2停止按鈕(SB2)Ic(c相電流)AIW4I0(零序電流)AIW6電動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)Ua(a相電壓)AIW8Uc(c相電壓)AIW10報(bào)警復(fù)位按鈕（SB3）溫度傳感器AIW12振動(dòng)傳感器AIW14扭矩傳感器AIW16輸出電動(dòng)機(jī)啟/?？刂? KJ無(wú)電機(jī)狀態(tài)指示燈電機(jī)開(kāi)/關(guān)指示燈警報(bào)器短路故障指示燈斷相故障指示燈欠壓故障指示燈兩項(xiàng)接地故障指示燈單項(xiàng)接地故障指示燈過(guò)負(fù)荷故障指示燈過(guò)壓指示燈轉(zhuǎn)子斷條指示燈轉(zhuǎn)子掃膛指示燈設(shè)備結(jié)構(gòu)安裝松動(dòng)指示燈軸承損壞或缺油指示燈轉(zhuǎn)子或定子鐵芯故障指示燈轉(zhuǎn)軸損壞指示燈機(jī)殼帶電指示燈A1B1C1D1A2B2C2D2變量寄存器符號(hào)地址注釋IaVD100a相電流IbVD104b相電流IcVD108c相電流ImaxVD112三相短路電流Iop1VD116短路保護(hù)動(dòng)作整定值UaVD120a相電壓UcVD124c相電壓UopVD128欠壓保護(hù)動(dòng)作整定值I0VD132零序電流Iop2VD136接地保護(hù)動(dòng)作整定值IVD140到達(dá)整定時(shí)限后的電流值Iop3VD144過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作的整定值WopVD148溫度傳感器整定值NopVD152扭矩傳感器整定值ZopVD156振動(dòng)傳感器整定值 輸入/輸出電路（1）.輸入電路在生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)中，常用的輸入信號(hào)有開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量和模擬量等。若為開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，應(yīng)注意開(kāi)關(guān)信號(hào)頻率。當(dāng)頻率較高時(shí)，應(yīng)選用高速計(jì)數(shù)模塊。若為數(shù)字量輸入信號(hào)，應(yīng)合理選擇電壓等級(jí)。電壓等級(jí)一般可分為交、直流24V，交、直流120V和交、直流230V或使用TTL或與TTL兼容的電平。若為模擬量信號(hào)，應(yīng)首先將非標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)范圍的模擬量