西門子plc 6ES7 214-2AD23-0XB8在電機保護中的應用
西門子plc 6ES7 214-2AD23-0XB8在電機保護中的應用
1、概述
電機的應用幾乎涵蓋了工農業(yè)生產和人類生活的每一個領域,在這些應用領域,電機經常在惡劣的環(huán)境下運行,導致過流、短路、斷相、絕緣老化等事故,對于大型工業(yè)設備重要場合使用的高壓電機和大功率電機,故障造成的損失無法估計。
電動機(Motor)常見的故障分析可分為對稱故障和不對稱故障(Asymmetric fault)兩大類。
對稱故障(Symmetrical fault)主要包括:過載、堵轉和三相短路等,這類設備故障對電動機的損害主要是通過熱效應,使繞組發(fā)熱甚至沒有損壞,其主要發(fā)展特征是電流幅值發(fā)生具有顯著影響變化。
不對稱故障原因包括:斷相、逆相、相間短路、匝間短路等,這類網絡故障是電動機工作運行管理中常見的一類故障,不對稱故障對電動機的損害企業(yè)不僅可以僅是一個引發(fā)發(fā)熱,更重要的是不對稱引起的負序效應能造成電動機的嚴重損壞。因而,對大型電動機技術進行研究綜合環(huán)境保護自己非常十分重要。
2、西門子PLC的電機綜合保護
電機的保護可分為以下幾類:
在電動機發(fā)生故障時,為了保護電動機,降低損壞程度,繼電保護裝置的快速性和可靠性是非常重要的,隨著單機容量的不斷增大,電動機的額定電流可以達到幾千甚至上萬安培,這對電動機的繼電保護提出了更高的要求,傳統(tǒng)的繼電保護裝置已不能滿足要求,微機保護應運而生。
采用 plc 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制,在性能上比 plc 控制邏輯優(yōu)越,特別是可靠性高,設計和施工周期短,調試和修改方便,體積小,功耗低,使用和維護方便。為此,本文研究了基于 plc 的電動機綜合監(jiān)控保護系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。
3、系統(tǒng)硬件設計
3.1 系統(tǒng)的總體結構
西門plc可編程控制器的電機集成監(jiān)控和保護系統(tǒng)的整體結構
3.2 PLC機型進行選擇及擴展
選擇PLC型號時需要考慮兩個問題:
PLC的容量是多少?
選擇自己什么影響公司的PLC及外設,在本系統(tǒng)中,包含具有以下數(shù)據(jù)輸入輸出點本系統(tǒng)共設計包括12路開關量,7路模擬量。
西門子 s7-200系列 plc 是西門子生產的小型 plc。其特點是: 西門子 s7-200系列 plc 適用于各行各業(yè)和各種場合的檢測、監(jiān)控自動化,s7-200系列功能強大,具有較高的性價比,能夠實現(xiàn)獨立運行或接入網絡的復雜控制功能。
西門子plc S7-200 CPU 224集成了24個14輸入10輸出的數(shù)字I/O點,可連接7個擴展模塊,可擴展到168個數(shù)字I/O點或35個模擬I/O點;13k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個獨立的20KHz高速脈沖輸出和PID控制器;1個RS485通信編程端口,具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由模式通信能力,I/O端子板整體可輕松拆卸,是一款控制能力很強的控制器,根據(jù)系統(tǒng)的實際情況,結合以上特點,可以采用SIMATIC S7-200 CPU 224作為系統(tǒng)的主機。
CPU224可擴展7個模塊,而其發(fā)展本身就是具有14輸(shū)入/10輸出共24點數(shù)字量,因此已無須數(shù)字量進行擴展功能模塊,但由于有7路模擬量控制輸入,故需選擇一個模擬量信號輸入信息模塊,西門子plc S7-200系列問題提供了EM231,EM232,EM235等模擬量擴展管理模塊,根據(jù)分析以上企業(yè)技術研究數(shù)據(jù),選擇使用兩個EM231作為實現(xiàn)模擬量輸入系統(tǒng)模塊,這樣共可以不斷擴展4×2=8路模擬量輸入。
4 系統(tǒng)軟件設計
4.1 主程序
在程序開始時,檢測來自輸入單元的輸入,第一判斷是KM是否閉合。
如果未按下停止按鈕,也就是說電機仍在運行,則在運行過程中進行故障判斷,首先檢測是否有短路故障,方法是:檢測三相電流,然后確定Imax是否大于整數(shù)值,如果這樣跳轉到保護動作子程序段,電機啟動短路保護,報警聲和短路故障指示燈亮起。如果沒有,請繼續(xù)執(zhí)行以下過程。然后確定是否有相斷故障,方法是:檢測三相電流,確定有相位電流是否為零,或檢測嗯,確定是否為零,如果其中一個滿足,然后跳轉到保護操作子程序段,電機啟動階段保護,報警聲,和相位故障指示燈上。如果沒有,請繼續(xù)執(zhí)行以下過程。然后,為了確定是否有壓壓不足故障,該方法可以在壓力不足的保護子程序說明中看到。然后確定是否發(fā)生了接地故障,方法是:檢測 I0,如果大于整數(shù)值,則跳轉到保護動作子程序段,電機啟動接地保護、報警聲音和接地故障指示燈亮起。然后確定是否發(fā)生過負載故障,方法是:檢測三相電流,如果達到固定時間限制,電流仍大于固定值,然后跳轉到保護動作子程序段,電機啟動過載保護、報警聲音和過載故障指示燈亮起。如果確定沒有負載故障,則程序將完成掃描,從第一次掃描開始,然后執(zhí)行第二次掃描,因此結束是指循環(huán)的結束,而不是整個程序的末尾。
4.2 欠壓保護子程序
在該程序段中,采集A、C相電壓,計算平均值,并與整定值進行比較。如果小于整定值,跳至保護動作子程序段,電動機啟動欠壓保護,報警鳴響,欠壓故障指示燈亮。如果沒有欠壓故障,循環(huán)將直接結束。
4.3保護子程序啟動時間過長
在本程序部分,收集三相電流。如果在啟動過程中發(fā)現(xiàn)電流大于設定值,或者達到設定時間后電流仍大于另一個設定值,則跳至保護動作子程序段,啟動時間過長后會發(fā)生保護動作,報警聲響起,啟動故障指示燈亮。西門子PLC在國內也有廣泛的應用,如冶金、化工、印刷生產線等,西門子PLC產品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。西門子S7系列可編程控制器體積小、速度快、標準化、可網絡通信、功能強、可靠性高。
總結:
通過本plc控制系統(tǒng)進行設計、試驗與運行總結如下:
采用PLC實現(xiàn)電機綜合保護的硬件結構簡單可靠,它可以用梯形語言編程,并且易于使用,系統(tǒng)運行可靠,維護方便,西門子PLC可編程控制器是專門為工業(yè)環(huán)境應用而設計的數(shù)字操作電子系統(tǒng),它采用一種可編程存儲器,存儲邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)、算術運算等指令,通過數(shù)字或模擬量的輸入輸出控制各類機械設備或生產過程,整體設計,體積小,功耗低,操作方便。
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