【導(dǎo)讀】工作及取得的研究成果；得其他教育機構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料；該系統(tǒng)可應(yīng)用于工礦企業(yè)共用一臺啟動器對多臺電機進行起、?？刂?；用西門子。TD200對其運行狀態(tài)進行監(jiān)控并測試、顯示運行參數(shù)。西門子S7-200PLC的編程方法；

　　

【正文】 加到電動機上。這種方式可以做到電動機起動時間短 ， 電氣設(shè)備簡單 。 缺點是起動電流對電網(wǎng)仍有一定沖擊 (雖然沖擊時間較短 )。例如可控的 CST 系統(tǒng) 、 電磁離合器等就屬此類。 (2) 電動機與生產(chǎn)機械之間為 “軟 ”連接 ， 所謂 軟連接就是在電動機加速過程中 ， 配合速度升高 ， 把機械負載逐漸加上去。此種方式無論是對 “電 ”或 “機 ”， 設(shè)備都比較簡單。但由于二者之間是軟連接 ， 能量傳遞是速度的函數(shù) ， 能量有一定損失。在中、低速度時 ， 損失偏大 ， 效率稍低。液力連軸器就是這種軟連接的典型例子。 基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 19 軟起動裝置 的選擇 由于新技術(shù)的快速發(fā)展 ， 軟起動裝置的品種不斷增加。在工程設(shè)計時 ， 如何合理選擇 ， 必須加以研究 ， 我認為宜從下列幾方面考慮。 (1) 電動機方面 ① 電動機的功率和電網(wǎng)容量 ： 如果電網(wǎng)容量較大 ， 能承受電動機起動電流的沖擊 ，不致造成對其他電氣設(shè) 備的損壞 ， 則應(yīng)選擇全電壓直接起動 ， 以節(jié)省投資 。 ② 電動機的型式 ： 應(yīng)考慮是 同步電動機還是異步電動機 ； 是 繞線式還是籠型異步電動機 ； 根據(jù)不同型式配用不同的軟起動裝置。 ③ 運行階段電動機是否要調(diào)速 ， 如果必須調(diào)速 ， 則利用調(diào)速裝置就可以得到軟起動。 ④ 如果需在較大負載下起動 ， 則應(yīng)驗算電動機起動轉(zhuǎn)矩是否能滿足負載的要求。 (2) 被傳動機械方面 ① 機械特性 a 恒轉(zhuǎn)矩負載 ： 在任何轉(zhuǎn)速時 ， 負載轉(zhuǎn)矩是恒定的或大致恒定的 ， 這類負載多數(shù)呈反阻性 ， 就是阻力與運動方向相反。例如各種運輸機、無極繩絞車等。也有位能性的 ， 阻力不隨運動 方向改變而改變 ， 如提升機、起動機等。由于阻力恒定 ， 軟起動裝置的起動轉(zhuǎn)矩必須大于阻 力 轉(zhuǎn)矩 ， 否則無法起動。 b 恒功率負載 ： 在各種速度下 ， 負載功率恒定 ， 因此負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。如車床切削時 ， 粗加工吃刀量大 ， 用低速 。精加工吃刀量小 ， 用高速。這類機械在起動時要求有較大轉(zhuǎn)矩。起動轉(zhuǎn)矩小的軟起動裝置不能滿足要求。 c 風機、泵類負載 ： 各種風機、水泵的葉輪轉(zhuǎn)動時 ， 工作介質(zhì)的阻力大致與轉(zhuǎn)速的平方成正比。此類機械在軟起動時的起動轉(zhuǎn)矩只要大于機械的起始阻力轉(zhuǎn)矩 ， 就能順利起動。 對于通風機 ， 其起始阻力轉(zhuǎn)矩 ， 大致等于額定轉(zhuǎn)矩的 15%。在選擇軟起動裝置時 ，其起動轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于此數(shù)值。例如 QCK1 型磁控式異步電動機軟起動器 ， 額定電壓380V， 其起始電壓 200V 左右 ， 則 (200/380)/2100=%， 即電動機的起動轉(zhuǎn)矩等于額定轉(zhuǎn)矩的 %， 可以起動風機類機械。 ② 機械工作性質(zhì) 在選擇起動裝置時應(yīng)全面考慮 生產(chǎn)機械是否要調(diào)速 ； 調(diào)速要求的精度如何 ； 起動時間有沒有限制 ； 起動的頻繁程度等等。 基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 20 軟起動器的選擇及參數(shù)設(shè)值 軟起動器是一種固態(tài)靜止起動器，采用晶體管來控制起動時電動機端電壓，是一種減少三相異步電動機起動沖擊電流的理想 電氣裝置 般情況下，我們根據(jù)電動機的負載情況 (輕載或重載 )來選擇軟起動器。為了優(yōu)化性能，實際的負載要求可以從數(shù)字鍵盤上讀入，整定的初始力矩及力矩限幅應(yīng)高于負載力矩。對于 ATs— 46軟起動器，若電動機要求最大起動力矩，則起動電流可設(shè)定為轉(zhuǎn)子的堵轉(zhuǎn)電贏， ATS— 46的電流限幅值可達到額定電流的 7倍或設(shè)備額定值 5倍。當 ATS46用于重負載恒力矩時，應(yīng)按重載的額定值調(diào)整電流限幅值，以滿足電動機力矩的要求。而且考慮到起動的頻繁程度，般采用容量較大級的軟起動器，同時為防止一臺軟起動器損壞后所有的電機都不能起動。 一 般 科 設(shè)置 一 臺備用軟起動器。 主要 元件的選型 控制對象 本設(shè)計中全部 5 臺電機都 為 型號為 Y250M2 的 55KW 三相異步電動機， 電動機具體技術(shù)性能數(shù)據(jù)如下所示 ： 表 電動機參數(shù) 交流接觸器 的選擇 交流接觸器是一種適用于遠距離頻繁地接通和分斷交流電路的電器，其主要控制對象是電動機，也可用于控制如電焊機、電容器組、電熱裝置、照明設(shè)備等其他負載。接觸器具有操作頻率高、使用壽命長、工作可靠、性能穩(wěn)定、維修簡便等優(yōu)點，是用途廣泛的控制電路之一。 選擇時，先根據(jù)接觸器的實際使用類別選用相應(yīng)的接觸器類型。然后，根據(jù)接觸器控制對象的工作參量（如工作電壓、工作電流、控制功率、操作頻率、工作制等）確定接觸器的容量等級。再按控制電路要求決定接觸器的線圈參數(shù)。用于特殊環(huán)境條型號 額定功率 KW 額定電流 A 額定轉(zhuǎn)速 r/min 效率 % Y250M2 55 103 2970 型號 功率因數(shù) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 額定電流 額定電流 COSΦ 倍 倍 倍 Y250M2 基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 21 件的接觸器應(yīng)選用派生型產(chǎn)品 . 交流接觸器的負載主要可分為電動機負載與非電動機負載兩大類。本設(shè)計中交流接觸器使用屬于電動機負載，且其負載的輕重程度為一般任務(wù)型，其操作頻率不高。選用接觸器時只要使被選用接觸器的額定電壓和額定電流等于或稍大于電動機的額定電壓和額定電流即可，通常選用 CJ10 系列。 CJ10 系列交流接觸器為一般任務(wù)接觸器，適用于交流 50 赫茲或 60 赫茲、電壓 380 伏及以下、電流 150 安以下的電力線路中，供遠距離接通與分斷電路之用，并適用于頻繁起動和控制交流電動機。 一般接觸器主觸點的額定電流不小于被控回路的額定電流，對于電動機負 載可按經(jīng)驗公式計算： ??COSUPI NNN 3 10*3? () 式中： IN———電動機額定電流， A； UN———電動機額定電壓， V； PN———電動機額定功率， kW； COSΦ ———功率因數(shù)； η———電動機效率； [24] KM0、 1KM、 2KM、 3KM、 4KM、 5KM 選用 CJ10150 型，額定電流 150A； KM KM KM3 、 KM KM5 選用 CJ1020 型，額定電流 20A； KM1?、 KM2?、 KM3? 、 KM4?、 KM5?選用 CJ105 型，額定電流 5A。 斷路器的選擇 斷路器是一種不僅可以接通和分斷正常負載電流，電動機工作電流和過載電流，而且可以通界和分斷短路電流的開關(guān)電器。它在電路中主要起短路和過載保護作用，還具有欠電壓保護和遠距離分斷電源等功能，也可直接操作不頻繁啟動電動機和電路轉(zhuǎn)換等。斷路器種類繁多可按用途，結(jié)構(gòu)特點，級數(shù)，傳動方式等等來分類。按滅弧介質(zhì)分，可分為真空式和空氣式。 低壓短路器的選用原則如下： (1) 斷路 器的額定電壓和額定電流應(yīng)大雨或等于電路的正常工作電壓和電流； (2) 斷路器的極限通斷能力應(yīng)大于或等于電路的最大短路電流； (3) 欠壓脫扣器的整定電壓應(yīng)等于電路的額定電壓； (4) 熱脫扣器的整定電流應(yīng)等于電路的額定電流； (5) 對保護籠型感應(yīng)電動機，斷路器的電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流為 8~15 倍基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 22 電機額定電流，而保護饒線式電動機時為 3~6 倍。也可由下列公式計算確定： IZ≥KIS （ ） 式中： IZ———過流脫扣器的瞬時脫扣整定電流， A； IS———線路中的尖峰電流。若負載為電動機，則為啟動電流， A； K———考慮整定誤差和啟動電流允許變化的安全系數(shù)。當動作時間大于20ms 時，取 K=；當動作時間小于 20ms 時，取 K=； [24] a 選擇斷路器 QS： 選用 630A 斷路器， NSX 630 型， 100～ 630A 過電流脫扣器。 b 選擇斷路器 1QS 5QS： 選用 150A 斷路器， HFB150 型， 15～ 150A 過電流脫扣器。 繼電器的選擇 繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號而動作的自動控制電器。它與接觸器不同，主要用于反應(yīng)控制信號，其觸點通常接在控制回路中。 由于繼電器是組成各種控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件，因此選用時須綜合考慮繼電器的適用性、功能特點、使用環(huán)境、工作制、額定工作電壓及額定工作電流諸因素，做到選用恰當、使用合理，才能保證系統(tǒng)正常 而可靠地工作。 常用的電磁式繼電器有電流繼電器、電壓繼電器、感應(yīng)式繼電器、中間繼電器和時間繼電器。 本設(shè)計中的繼電器 1K～ 5K 均屬于中間繼電器。中間繼電器實際上也是一種電壓繼電器，只是它具有數(shù)量較多、容量較大的觸點，起到中間放大（觸點數(shù)量及容量）作用。 選擇中間繼電器時，主要考慮兩點：一是線圈的電流類型和電壓等級應(yīng)于控制電路一致；二是觸電的種類、數(shù)量及容量應(yīng)滿足控制電路的要求 [24]。 根據(jù)上述繼電器選用原則 ， 本次設(shè)計 具體選用 LR1 D80 型 熱繼電器 。 可編程序控制器 (PLC)的選擇 PLC 是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動化和計算機集成制造系統(tǒng) 中 占重要地位。它的選型包括以下四方面 ： (1)可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式，整體式每一 I/O 點的平均價格比模塊式的便宜，小型控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程序控制器。 基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 23 (2)可編程序控制器指令功能的選擇 現(xiàn)代的可編程序控制器的指令功能越來越強，內(nèi)部編程元件（如輔助繼電器、定時器和計數(shù)器）的個數(shù)越來越多，任何一種可編程序控制器都可以滿足開關(guān)量控制系統(tǒng)的要求。 如果系統(tǒng)要求完成模擬量與數(shù) 字量的轉(zhuǎn)換、 PID 閉環(huán)控制、運動控制等工作，可編程序控制器應(yīng)有算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能，有時甚至要求有開平方、對數(shù)運算和浮點數(shù)運算等功能。 (3)可編程序 控制器 I/O 點數(shù)的確定 確定 I/O 點數(shù)時，應(yīng)準確地統(tǒng)計出被控設(shè)備對可編程序控制器輸入 /輸出點數(shù)的總需求，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)留有 10%～ 20%的裕量，以 備今后對系統(tǒng)改進和擴充時使用。整體式可編程序控制器的基本單元、擴展單元的輸入點數(shù)和輸出點數(shù)的比例是固定的，如與系統(tǒng)要求的輸入 /輸出點數(shù)的比例相差較大，可以選用只有輸入點或只有輸出點的擴展單元或擴展模塊。 (4)存儲器容量的選擇 在初步估算時，對于僅需開關(guān)量控制的系統(tǒng)，將 I/O 點數(shù)乘以 8，就是所需存儲器的字數(shù)，這一要求一般都能滿足。 在選擇可編程序控制器的型號時不應(yīng)盲目追求過高的性能指標，在 I/O 點數(shù)和 存儲器容量方面 則 應(yīng)留有一定的裕量。 本次設(shè)計選用 S7200 CPU224 實現(xiàn)控制 。 西門子 S7200 系列的 CPU224。 西門子S7200 系列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的具有高性能價格比的微型 PLC，具有體積小、功能強、多用途的特點。其中的 CPU224 具有 32 位浮點運算功 能和內(nèi)置集成的 PID 調(diào)節(jié)運算指令，比較適合變頻 調(diào) 速恒壓供水系統(tǒng)。 為實現(xiàn)管網(wǎng)壓力和蓄水池水位等被測模擬信 號輸入和變頻控制信號的模擬量輸出，系統(tǒng)選用一個 EM235 模擬擴展模塊。一個 EM235 擴展模塊具 有 3 路模擬量輸入通道和 1 路模擬量輸出通道，其模擬量的范圍及類型可通過模塊上的撥碼開關(guān)設(shè) 定，在本例中均設(shè)定為 0—20 mA 電流信號。壓力變送器和液位變送器的反饋信號各占用一個模擬輸 入通道，反饋回的 0—20 mA 電流信號經(jīng) A／ D轉(zhuǎn)換 成 0—320xx 范圍內(nèi)的數(shù)字量 ； PLC 的 PID輸出經(jīng) D／ A轉(zhuǎn)換成 0—20 mA 電流信號接變頻器模擬輸 入，控制變頻器的輸出頻率 。 元件明細表 基于 PLC 的多臺電機群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 24 表 元件明細表 控制電路的設(shè)計 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求 ， 每臺電機只設(shè)一個 “起動 ”按鈕和一個 “停止 ”按鈕 。 因此， PLC的總輸入為 10個。為每臺電機由兩個主接觸器控制 。 因此，輸出點數(shù)也為 10個 而控制軟起動器的接觸器 KM0則完全由 KM1～ KM 5來控制 。 我們將信號指示燈 (起動指示與工作指示 )與相應(yīng)的主接觸器線圈并聯(lián)， 這樣 樣可節(jié)省輸出點數(shù)。對于本 題 ，我們選用 西門子 S7200型可編程控制器。選用這種 PLC替代時間繼電器和中間繼電器來控制，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。 ATs—I6軟起動器控制回路圖 ： 圖 ATs—I6軟起動器控制回路圖 PLC外部接線圖 ： 序號 代號 名稱 型號 數(shù)量 1 M1M5 電動機 Y250M2 5 2 QS 斷路器 NSX630