基于plc的电动机故障保护系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于plc的电动机故障保护系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

电动机正反转控制电路如图 ，工作原理：断路器 QF 作为电源引入开关，它具有短路保护、过载保护和失电保护的功能。 由于两个接触器 KM KM2的主触点所接电源的相序不同，所以可以改变电动机的转向。 由于 KM1和 KM2基于 PLC 的电动机故障保护系统设计 5 的触点不可以同时闭合，以免发生相间短路故障，为此就需要在各自的控制电路中串接对方的常闭触点，构成互锁。 按下正向启动按钮 SB2， KM1的线圈得电并自锁， KM1的常闭触点断开，电动机正转，这时即使按下反向启动按钮 SB3，KM2也无法通电。 当需要反转时，先按下停止按钮 SB1，令接触器 KM1的线圈断电释放， KM1的常闭触点复位闭合，电动机停转，再按下反向启动按钮 SB3，接触器 KM2的线圈才能得电，电动机反转 [5]。 图 三相异步电动机正反转控制电路 三相异步电动机星 三角减压启动控制电路 电动机星 三角减压启动控制电路如图 ，工作原理：该主电路由三只接触器进行控制，其中， KM3的主触点闭合则将电动机绕组连 接成星形； KM2主触点闭合，则将电动机绕组连接成三角形； KM1的主触点用来控制电源的通断。 控制电路中，采用时间继电器来实现电动机绕组由星形联结到三角形联结的转换。 按下启动按钮 SB2，时间继电器 KT、接触器 KM3的线圈得电， KM3的主触点闭合，将电动机绕组接成星形。 随着 KM3得电吸合， KM1的线圈得电并自锁，电动机绕组在星形联结下启动，待电动机转速接近额定转速时， KT 延时完毕，其常闭延时触点动作，接触器 KM3失电，其常闭触点复位， KM2得电吸合，将电动机绕组接成三角形，电动机进入全压运行状态。 时间继电器：在 敏感元件获得信号后，执行元件要延迟一段时间后才动作的继电器叫做时间继电器。 时间继电器常用于按时间原则进行控制的场合。 时间继电器可分为通电延时型和断电延时型，通电延时型当有输入信号后延迟一定时基于 PLC 的电动机故障保护系统设计 6 间，输出信号才发生变化，当输入信号消失后，输出信号瞬时复原；断电延时型当有输入信号时，瞬时产生相应的输出信号，当输入信号消失后，延迟一定时间输出信号才复原。 图 三相异步电动机星 三角减压启动控制电路 基于 PLC 的电动机故障保护系统设计 7 3 系统硬件设计 可编程控制器 从广义上讲， PLC 是一种特殊的工业控制计算机， 只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言 [6]。 PLC 是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。 它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各类型的机械和生产过程。 PLC 的基本组成为：中央处理单元（ CPU）、存储器（ RAM、 ROM）、输入 /输出单元（ I/O 接口）、电源（开关式稳压电源）。 PLC 的工作原理：普通微机一般采用等待命令的工作方式， 但 PLC 要查看的变量（输入信号）太多，采用这种等待查询的方式已经不能满足要求，因此PLC 采用了“循环扫描”的工作方式，即在每一次循环扫描中采样所有的输入信号，随后转入程序执行，最后把程序执行结果输出（即信号输出）去控制现场的设备。 初始化处理： PLC 上电后，首先进行系统初始化，其中检查自身完好性是起始操作的主要工作。 初始化的内容是：首先，对 I/O 单元和内部继电器清零，所有定时器复位（含 T0），以消除各元件状态的随机性。 其次，检查 I/O 单元连接是否正确。 最后，检查自身完好性：即启动监控定时器 T0，用检查程序（ 即一个涉及到各种指令和内存单元的专用检查程序）进行检查。 系统自诊断：每次扫描前，在进行一次自诊断，检查系统的完好性，即检查硬件（如 CPU、系统程序存储器、 I/O 口、通信口、后备锂电池电压等）和用户程序存储器等，以确保系统可靠运行。 若发现故障，将有关错误标志位，再判断一下故障性质，若是一般性故障，只报警而不停机，等待处理；若是严重故障，则停止运行用户程序， PLC 切断一切输出联系。 通信与外设服务（含中断服务）：通信与外设服务指的是与编程器、其他设备（如终端设备，彩色图形显示器，打印机等）进行信息交换，与网络 进行通信以及设备中断服务等 [8]。 如果没有外设请求，系统会自动向下循环扫描。 采样输入信号：采样输入信号是指 PLC 在程序执行前，首先扫描各输入模块，将所有的外部输入信号的状态读入（存入）到映像存储器 I 中。 基于 PLC 的电动机故障保护系统设计 8 执行用户程序：在执行用户程序前，先复位监控定时器 T1，当 CPU 对用户程序扫描时， T1就开始计时，在无中断或跳转指令的情况下， CPU 就从程序的首地址开始，按自左向右、自上而下的顺序，对每条指令逐句进行扫描，扫描一条，执行一条，并把执行结果立即存入输入映像存储器 Q 中。 输出刷新：输出刷新就是指 CPU 在执行完所 有用户程序后（或下次扫描用户程序前）将输出映像存储器 Q 的内容送到输出锁存器中，再由输出锁存器送到输出端子上去 [9]。 刷新后的状态要保持到下次刷新。 S7300PLC 概况 S7300是模块化的中小型 PLC，适用于中等性能的控制要求， CPU 模块、信号模块和功能模块种类繁多能满足各种领域的自动控制任务，用户可根据系统的具体情况选择适合的模块，维修时更换模块也很方便。 S7300的每个 CPU 都有一个编程用的 RS485接口，使用西门子的 MPI（多点接口）通信协议 [10]。 有的 CPU 还带有集成的现场总线 PROFIBUSDP 接口或 PtP（点对点）串行通信口。 S7300不需要附加任何硬件、软件和编程就可以建立一个 MPI 网络、通过PROFIBUSDP 接口可以建立一个 DP 网络。 功能最强的 CPU 的 RAM 存储容量为 512KB，有 8192个存储器位， 512个定时器和 512个计数器，数字量通道最大为65536点，模拟量通道最大的为 4096个。 S7300采用紧凑的、无槽位限制的模块结构。 如图 S7300可有以下几部分组成：导轨、电源模块（ PS）、CPU 模块、信号模块（ SM）、功能模块（ FM）、接口模块（ IM）、通信处理器（即通信模块 CP）。 其中电源模块、 CPU 模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信模块都安装在导轨上 [11]。 S7300PLC 还有一些辅助模块，如占位模块（ DM370）、仿真模块（ SM374）等。 状态与故障显示及模式选择开关为： SF（系统出错 /故障显示，红色）： CPU 硬件故障或软件错误时亮。 BATF（电池故障，红色）：电池电压低或没有电池时亮。 DC5V（＋ 5V 电源指示，绿色）： 5V 电源正常时亮。 FRCE（强制，黄色）：至少有一个 I/O 被强制时亮。 RUN（运行方式，绿色 ）： CPU 处于 RUN 状态时亮。 HOLD（单步、断点）状态时以 的频率闪亮。 基于 PLC 的电动机故障保护系统设计 9 STOP（停止方式，黄色）： CPU 处于 STOP， HOLD 状态或重新启动时常亮。 BUSF（ 总线错误，红色）。 RUNP(运行 编程 )位置：运行时还可以读出和修改用户程序，改变运行方式。 RUN (运行 )位置： CPU 执行、读出用户程序，但是不能修改用户程序。 STOP（停止）位置：不执行用户程序，可以读出和修改用户程序。 S7300CPU 的分类： 紧凑型 CPU： CPU312C， CPU313C， CPU313CPtP， CPU313C2DP，CPU314CPtP 和 CPU314C2DP。 各 CPU 均有计数、频率测量和脉冲宽度调制功能。 有的有定位功能，有的带有 I/O。 标准型 CPU： CPU312， CPU313， CPU314， CPU315， CPU3152DP 和CPU3162DP。 户外型 CPU： CPU312IFM， CPU314IFM， CPU314户外型和 CPU3152DP在恶劣的环境下使用。 高端 CPU： 3172DP 和 CPU3182DP。 故障安全型 CPU： CPU315F。 电池 (CPU313以上 ) 图 S7300PLC 基于 PLC 的电动机故障保护系统设计 10 S7300 的输入 \输出模块 PLC 与电气回路的接口是通过输入输出部分（ I/O）完成的。 I/O 模块集成了PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反应输入信号状态，输出点反应输出锁存器状态。 输入模块将电信号转换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块则相反。 I/O 分为开关量输入（ DI），开关量输出（ DO），模拟量输入（ AI），模拟量输出（ AO）等模块。 常用的 I/O 分类如下：开关量，按电压水平分，有 220VAC、 110VAV、 24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶闸管隔离。 模拟量，按信号类型分，有电流型（ 420mA， 020mA）、电压型（ 010V， 05V， 1010V）。 除了上述通用 I/O 之外，还有特殊 I/O 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块 [12]。 按 I/O 点数确定模块规格及数量， I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 S7300 的功能模块 计数器模块：模块的计数器均为 0~32位或 177。 31位加减计数器，可以判断脉冲的方向，模块给编码器供电。 达到比较值时发出中断。 可以 2倍频 4倍频计数。 有集成的 DI/DO。 FM3501是单通道计数器模块，可以检测最高达 500kHz 的脉冲有连续计数、单向计数、循环计数 3种工作模式。 FM3502和 CM35都是 8通道智能型计数器模块。 位置控制与位置检测模块： FM351双通道定位模块用于控制变级调速电动机或变频器。 FM353是步进电机定位模块。 FM354伺服电机定位模块。 FM357可以用于最多 4个插补轴的协同定位。 FM352高速电子凸轮控制器，它有 32个凸轮轨迹， 13个集成的 DO，采用增量式编码器或绝对式编码器。 SM338超声波传感器检测位置，无磨损、保护等级高、精度稳定不变。 闭环控制模块： FM355闭环控制模块有 4个闭环控制通道，有自优化温度控制算法和 PID 算法。 称重模块： SIWAREX U 称重模块是紧凑型电子称，测定料仓和贮斗的料位，对吊车载荷进行监控，对传送带载荷进行测量或对工业提升机、轧机超载进行安全防护等。 SIWAREX M 称重模块是有校验能力的电子称重和配料单元，可以组成多料称系统，安装在易爆区域。 电 源模块： PS307电源模块将 120/230伏交流电压转换为 24V 直流电压，为基于 PLC 的电动机故障保护系统设计 11 S7300/400、传感器和执行器供电。 输出电流有 2A、 5A 或 10A3种。 电路中的低压保护电器 接触器是一种用于频繁地接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。 在功能上，接触器既能实现自动切换，而且还具有手动开关所不能实现的远距离操作功能和是电压（或欠电压）保护功能。 接触器具有一定的过载能力，但却不能切断短路电流，也不具备过载保护的功能。 由于接触器结构紧凑、价格低廉、工作可靠、维护方便，因而用途十分广泛。 在 PLC 控制系统中，接触器常作为输出执行元件，用于控制电动机、电热设备、电容器组等负载。 工作原理：当电磁线圈通电后，线圈电流在铁心中产生磁通，该磁通对衔铁产生克服复位弹簧反力的电磁吸力，使 衔铁带动触点动作，触点动作时，常闭触点先断开，常开触点后闭合。 当线圈中的电压降到某一数值（包括正常控制、欠电压、失电压故障）时，磁通下降，电磁吸力减小，当减小到不足以克服复位弹簧的反力时，衔。