【文章內(nèi)容簡介】 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%可運行一段時間，一般不應(yīng)超過5min。所以過載保護(hù)可以按照反時限特性動作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，則判斷為單項斷路，保護(hù)動作。（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，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)動作（安置于轉(zhuǎn)子上的電流互感器測得數(shù)據(jù)增大及按一定周期擺動，安置于定子上的電流互感器測得數(shù)據(jù)增大，扭距傳感器測得數(shù)據(jù)低于額定值）。（8）設(shè)備結(jié)構(gòu)安裝部位松動此故障表現(xiàn)出電機(jī)振動劇烈，但三相電流大小和平衡情況正常，并且波動不打。既可以用振動傳感器及電流互感器測得數(shù)據(jù)并使保護(hù)動作（振動傳感器測得數(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，振動傳感器顯示數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或周期性變動，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 振動傳感器顯示數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，波動幅度較大。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， 溫度傳感器大于額定值。則為鐵芯松動。保護(hù)動作。（12）轉(zhuǎn)軸損壞或彎曲 振動傳感器顯示數(shù)據(jù)波動較大，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。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、振動傳感器。三相鼠籠式異步電機(jī)所采集的信號分為數(shù)字量和模擬量兩種信號，數(shù)字量信號包括斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的輔助接點以及其他繼電器接點的開關(guān)量信號，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。這些信號經(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)的模擬信號時，必須依據(jù)采樣定理對模擬信號進(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)部參與運算的信號是二進(jìn)制的離散數(shù)字信號，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)裝置的動作速度和測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的電流信號或1～5V范圍內(nèi)的電壓信號，對于電流信號可以采用串聯(lián)一定阻值的電阻的方法變換為相應(yīng)的電壓信號。 傳感器所輸出的信號必須滿足模擬量輸入模塊所需的的信號，例如電流信號為020mA；420mA，電壓信號為05V或010V。 根據(jù)所選電機(jī)型號及其屬性，要選擇相應(yīng)的傳感器，Y2180M2電壓為380V，電流為41A。本文以西門子EM231作為模擬量輸入模塊，EM231輸入信號單極性：電流信號：0～20mA或4～20mA；電壓信號：0～10V或0～5V；雙極性：177。5V，177。10V。所以傳感器型號：溫度傳感器：TR/02013測量范圍：50℃～400℃輸出信號：4～20mA；0～10V；0～5V振動傳感器：HSBGV3200A使用環(huán)境：35℃～200℃頻率響應(yīng)：～1000Hz輸出信號：4～20mA扭矩傳感器：KR801測量范圍：0Nm～100000Nm適應(yīng)溫度：20℃～60℃輸出信號：4～20mA第四章 可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計 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)計包括硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩個方面，設(shè)計時可采用硬件與軟件并行開發(fā)的方法，這樣可以加快整個系統(tǒng)的開發(fā)速度。系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容及原則如下：可編程控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的內(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)計及各種圖形的繪制等。系統(tǒng)硬件設(shè)計應(yīng)遵循的原則有如下幾方面。（1）充分發(fā)揮PLC的控制功能，最大限度地滿足控制系統(tǒng)的要求。（2）力求控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實用、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)計的任務(wù)就是編寫出能滿足生產(chǎn)控制要求的PLC用戶應(yīng)用程序，即繪制出梯形圖、編制出指令語句表。軟件設(shè)計應(yīng)遵循的原則有如下兩方面。（1）邏輯關(guān)系簡明、易讀、易改。（2）少占內(nèi)存空間，減少掃描時間。在改造老設(shè)備或設(shè)計新控制系統(tǒng)時，設(shè)計一個以可編程控制器為核心的控制系統(tǒng)，必須要考慮三個問題：一是保證設(shè)備的正常運行；而是合理、有效的資金投入；三是在滿足可靠性和經(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)計一個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。控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟一般按下述幾個步驟進(jìn)行。1分析被控對象，明確控制要求。2制定電氣控制方案。3確定輸入/輸出設(shè)備及信號特點。4選擇可編程控制器。5分配輸入/輸出點地址。6設(shè)計電氣線路。7設(shè)計控制程序。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)考慮兩個問題[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)備開機(jī)時，按下開機(jī)按鈕后，首先檢測斷路器狀態(tài)，如果斷路器初始狀態(tài)為閉合，電機(jī)無法啟動，并且聲光報警。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。在啟動過程中，若發(fā)生故障，PLC進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動作。啟動完成后，“電機(jī)開/關(guān)指示燈”亮，電機(jī)正常運行。運行過程中，PLC依次循環(huán)檢測電機(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)動作。關(guān)機(jī)時，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。故障聲光報警后，按“報警復(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)，而且為單臺控制方式。所需存儲容量較小，所需I/O接口較少。在本設(shè)計中一共包含32路開關(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)備以滿足您的自動化控制需要。 CPU 將微處理器、集成電源、輸入電路和輸出電路組合到一個結(jié)構(gòu)緊湊的外殼中形成功能強(qiáng)大的 Micro PLC。 下載用戶程序后，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，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針對不同的應(yīng)用創(chuàng)建有效的解決方案[9]。 以下顯示 CPU 的不同型號。 CPU型號型號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)用戶程序控制邏輯監(jiān)視輸入并更改輸出狀態(tài)，用戶程序可以包含布爾邏輯、計數(shù)、定時、復(fù)雜數(shù)學(xué)運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個數(shù)字量I/O點，可連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點；26K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；2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，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運行速度和功能更強(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)的實際情況，結(jié)合以上特點，SIMATIC S7200 CPU226完全可以作為本系統(tǒng)的主機(jī)。CPU226可擴(kuò)展7個模塊，而其自身具有24輸入/16輸出共40點數(shù)字量，因此已無須數(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)計中可選擇EM231 4輸入模擬量擴(kuò)展模塊一個，EM231 8輸入模擬量擴(kuò)展模塊一個，EM223數(shù)字量16輸入16輸出擴(kuò)展模塊一個。第五章 可編程控制器的硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件設(shè)計的方案控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計、機(jī)型的性能指標(biāo)和各種功能模塊的選擇對于控制系統(tǒng)的設(shè)計非常重要的問題。硬件設(shè)計不但構(gòu)建了整個控制系統(tǒng)的硬件部分，還為軟件設(shè)計奠定了基礎(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，這也是工程應(yīng)用中的重要一環(huán)。（1）.PLC控制系統(tǒng)類型 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)計中PLC控制系統(tǒng)類型為集中控制系統(tǒng)。（2）.系統(tǒng)的運行方式 用PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)有自動、半自動、單步和手動四種運行方式。本設(shè)計中的系統(tǒng)運行方式為自動運行方式。（3） .I/O點數(shù)和種類 根據(jù)工藝要求，設(shè)備狀況和控制功能，可以對系統(tǒng)硬件設(shè)計形成一個初步的方案。于是就可以對系統(tǒng)的I/O點數(shù)和種類作出較精確的統(tǒng)計。 I/O地址的分配 本文共涉及到30路開關(guān)量和9路模擬量。如下表所示，為本設(shè)計中I/O點的分配。 輸入/輸出點統(tǒng)計及I/O地址分配開關(guān)量地址模擬量地址輸入啟動按鈕(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電動機(jī)狀態(tài)信號Ua(a相電壓)AIW8Uc(c相電壓)AIW10報警復(fù)位按鈕（SB3）溫度傳感器AIW12振動傳感器AIW14扭矩傳感器AIW16輸出電動機(jī)啟/?？刂? KJ無電機(jī)狀態(tài)指示燈電機(jī)開/關(guān)指示燈警報器短路故障指示燈斷相故障指示燈欠壓故障指示燈兩項接地故障指示燈單項接地故障指示燈過負(fù)荷故障指示燈過壓指示燈轉(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)動作整定值UaVD120a相電壓UcVD124c相電壓UopVD128欠壓保護(hù)動作整定值I0VD132零序電流Iop2VD136接地保護(hù)動作整定值IVD140到達(dá)整定時限后的電流值Iop3VD144過負(fù)荷保護(hù)動作的整定值WopVD148溫度傳感器整定值NopVD152扭矩傳感器整定值ZopVD156振動傳感器整定值 輸入/輸出電路（1）.輸入電路在生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中，常用的輸入信號有開關(guān)量、數(shù)字量和模擬量等。若為開關(guān)量輸入信號，應(yīng)注意開關(guān)信號頻率。當(dāng)頻率較高時，應(yīng)選用高速計數(shù)模塊。若為數(shù)字量輸入信號，應(yīng)合理選擇電壓等級。電壓等級一般可分為交、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，應(yīng)首先將非標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)范圍的模擬量信號，如1