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        基于PLC的三相異步電動機綜合保護系統(tǒng)研究

        2014-09-01 11:56:17屈海龍崔玲玲
        機電信息 2014年21期
        關(guān)鍵詞:缺相過電壓三相

        屈海龍 崔玲玲

        (三一重型裝備有限公司,遼寧 沈陽 110027)

        基于PLC的三相異步電動機綜合保護系統(tǒng)研究

        屈海龍 崔玲玲

        (三一重型裝備有限公司,遼寧 沈陽 110027)

        介紹了以可編程序控制器(PLC)為核心的三相異步電動機綜合保護系統(tǒng)的基本原理,并詳細闡述了過電壓、欠電壓、缺相、過載等保護功能的硬件和軟件實現(xiàn)方法。

        PLC;三相異步電動機;綜合保護

        0 引言

        在工業(yè)企業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)試驗及日常生活中,異步電動機的使用非常廣泛,這是因為異步電動機與其他類型的電動機相比,有著構(gòu)造簡單、運行可靠、價格低廉等許多優(yōu)點。傳統(tǒng)的電動機保護系統(tǒng)主要是由熔斷器、斷路器和熱過載繼電器等組成保護電路,這種傳統(tǒng)的保護方式雖然比較簡單,價格也較低,但卻存在著保護精度不高、可靠性低、接線復(fù)雜等缺點。

        PLC是一種新型的通用自動控制裝置,具有可靠性高、體積小、編程簡單、維護方便等一系列優(yōu)點,因此在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛。這里使用EPEC系列2024型可編程序控制器,并輔以各種傳感器和接觸器,共同實現(xiàn)了對三相鼠籠型異步電動機的過電壓、欠電壓、缺相、過載等保護功能,其比基于傳統(tǒng)電氣保護元件的保護方式更加靈敏、可靠、簡單。

        1 主回路、PLC控制回路及電動機啟??刂频膶崿F(xiàn)

        如圖1和圖2所示,主回路由QF1(塑殼斷路器)、FU1~FU3(熔斷器)、KM1(真空接觸器)、QF2(漏電斷路器)組成,PLC控制回路由PLC控制器、顯示器、穩(wěn)壓電源、FU4~FU6(熔斷器)、TV1(電壓傳感器)、TA1~TA3(電流傳感器)、SBes1(急停按鈕)、SB1(電動機啟動按鈕)、SB2(電動機停止按鈕)、KC1(中間繼電器)、HL1(指示燈)組成。

        圖1 電動機控制主回路

        圖2 PLC控制回路

        電動機啟動控制:按下SB1電動機啟動按鈕,PLC接收到啟動信號后,由軟件進行邏輯控制,實現(xiàn)自鎖功能,并輸出一個開關(guān)量信號給中間繼電器KC1線圈,KC1常開觸點閉合,真空接觸器KM1線圈得電,主觸點閉合,電動機得電啟動。

        電動機停止控制:按下SB2電動機停止按鈕,PLC接收到停止信號后,由軟件進行邏輯控制,解除自鎖,并斷開給中間繼電器KC1的開關(guān)量信號,KC1線圈失電,常開觸點斷開,真空接觸器KM1線圈失電,主觸點斷開,電動機斷電停止。

        電動機啟停邏輯控制軟件使用梯形圖編寫,如圖3所示。

        圖3 電動機啟停邏輯控制

        2 過電壓和欠電壓保護功能的實現(xiàn)

        使用電壓傳感器實時監(jiān)測主回路電壓,并將電壓信號轉(zhuǎn)換為4~20 mA的模擬信號傳輸給PLC控制器,由控制器進行解析,并判斷是否存在過電壓和欠電壓現(xiàn)象,如果存在上述問題,則將電動機故障信號置為TRUE,切斷電動機啟動輸出信號使電動機停止工作,同時將故障信息通過CAN總線發(fā)送給顯示器顯示出來,提示操作人員。電壓傳感器信號的解析使用公式:

        式中,U為經(jīng)過解析的電壓返回值(V);UTVD為電壓傳感器信號的數(shù)字量換算值;UTVL為電壓傳感器的量程(V)。

        數(shù)據(jù)計算和處理軟件如圖4所示。

        圖4 電壓信號解析

        過電壓和欠電壓的標(biāo)準設(shè)為額定電壓的115%和75%,故障判斷軟件如圖5所示。

        圖5 故障判斷

        3 缺相保護功能的實現(xiàn)

        利用電流傳感器實時監(jiān)測電動機三相電流值,根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗,當(dāng)某一相的電流值低于額定電流值的10%時,即可判斷該相缺相。

        由于電流傳感器使用的是和電壓傳感器一樣的4~20 mA的模擬信號,所以對于電流傳感器信號的處理可以調(diào)用電壓信號解析程序,其缺相判斷軟件如圖6所示。

        圖6 缺相判斷

        4 過載保護功能的實現(xiàn)

        電動機過載保護時間的確定依據(jù)反時限保護曲線:

        式中,t為保護時間(s);k為保護曲線系數(shù),可以根據(jù)實際需要任意取值;KI為電流過載倍數(shù)。

        當(dāng)保護曲線系數(shù)k=10時,曲線如圖7所示。

        圖7 系數(shù)k=10時的反時限保護曲線

        軟件設(shè)計如圖8所示,當(dāng)實際電流達到額定電流的5倍以上時被認為是嚴重的過流現(xiàn)象,需要馬上停機,所以在程序中,將大于5倍額定電流的保護時間定義成0,達到瞬斷保護的目的。因為電動機啟動的瞬間電流是額定電流的5~7倍,所以在電動機啟動時需要增加一個適當(dāng)?shù)难訒r,來躲避啟動電流峰值,避免誤動作,由于實現(xiàn)簡單,這里就不再闡述。

        圖8 過載保護軟件設(shè)計

        5 結(jié)語

        本文給出了實現(xiàn)三相異步電動機啟動、停止控制和過載、缺相保護功能的PLC輸入/輸出接線圖和相關(guān)控制程序。當(dāng)然,實現(xiàn)這些功能的控制程序并不是唯一的,只要能滿足控制和保護的要求,還可以有其他多種不同的邏輯控制方案。目前,PLC已經(jīng)被大量使用在工程機械等領(lǐng)域,并成為電氣工程師設(shè)計電氣控制和保護方案時的首選元件。相信隨著相關(guān)技術(shù)的進一步發(fā)展,PLC必定會從多個方面逐漸融入我們的日常生活。

        [1]馮欣南.電動機學(xué)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1985

        [2]楊宗豹.電動機拖動基礎(chǔ)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1987

        [3]邱阿瑞,孫旭東.實用電動機控制[M].北京:人民郵電出版社,1998

        [4]林曉峰.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,1991

        [5]張立娟,閆巧枝.基于PLC的平煤四礦鋼纜輸送帶控制系統(tǒng)選型設(shè)計[J].煤礦機械,2012(8)

        2014-06-09

        屈海龍(1983—),男,遼寧撫順人,助理工程師,從事掘進機電氣系統(tǒng)設(shè)計工作。

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