国内电机故障诊断系统设计

摘本了国电机断系统存在绍了可编程控器的作原理，型依。设计了一种基机障诊，详细介绍了所用的西门S7-200PLC以的S7-300S7-400PLC，求对PLC的入输出I/O行了分配，且的梯机时断路器态果器始为，机启并且声光报警初始断路动过程中若发生一级故障PLC进相的保护作。启完成后，“关”亮，电行。运行依检测相间低电流等PLC进行动作时，PLC令后，断器闸，“电机开关机示”灭。故光报后，按“报警复位钮”位。本设的选就是基于PLC电故障诊系统设。关键词：

故障PLC

电机文档可自复制编辑AbstractThisthedomesticelectricalfault,aswellasproblemsattheworkingprincipleandbasis．APLC-baseddesignofsystemdetailonchoiceofPLCthetypeofS7-300PLCtooftheinputoutputofPLCI/OfordistributionpreparationofladdersystemoperationPreparedtoboot,buttonafterthebreakercircuitbreakerisclosed,electricaldoesn’tstartandsoundandlightthebreakerstate,breaker．inifafailureoccurred,protectionPLCStartafterthecompletionof“motorindicatorlighton,theelectricalnormaloperate．process,bymotorcyclewhetherhasbeenaphaseshortcircuit,breakingphase,faultoccurred,protectionshut．orders,trippingcircuitbreakers,“motoron/offindicatorlightFaultsoundandlightalarmatthe“alarmresetbutton”ThisbasedonthedesignthemotorPLCfaultKey：FaultDiagnosis；PLCMotor文档可自复制编辑目

录摘要........................................................................................................................................1Abstract.....................................................................................................................................2目

录..................................................................................................................................引言....................................................................................................................................5电动机保护装置的各种保护原理及故障判62.1动机保护装置常见保护形62.2矿用隔三相异步电动的故障保..............................................................2.2.1过载保.....................................................................................................2.2.2短路故障分析及护判.......................................................................2.2.3单相接地故障分及保护判...............................................................82.2.4欠压和过压故障析及保护判...........................................................2.2.5矿用电动机的其保..........................................................................103微机保护的数据采.......................................................................................................3.1保护装的数据采集电.................................................................................113.1.1电压形成回路..........................................................................................113.1.2采样电...................................................................................................4原介绍及设备总体结构介124.1PLC发展历程.......................................................................................................124.2PLC控制系统发展前景.................................................................................134.3编程序控制PLC的分...............................................................................4.4CPU成..................................................................................................................154.4.1CPU的构成的构.......................................................................................154.4.2I/O模....................................................................................................164.4.3电源模...................................................................................................4.4.4PLC的工作原理.......................................................................................16文档可自复制编辑4.4.5PLC系统的其它设...............................................................................5的选取与系统硬件设185.1系统总体结..................................................................................................5.2的硬件配置与选......................................................................................图系统整体设计方案及硬件连接..........................................................................265.3JL-400缺相继电.............................................................................................5.4热继电..............................................................................................................5.4.1热继器的工作原................................................................................306保护装置的软件设.....................................................................................................326.1PLC程序设计方.................................................................................................6.2形图语言特点....................................................................................................6.3程序计.................................................................................................................6.3.1设计.....................................................................................................控制程序流程.........................................................................................7控制电路的抗干扰设...................................................................................................397.1电源计.................................................................................................................7.2号滤波................................................................................................................7.3关量输出隔离....................................................................................................7.4线设置................................................................................................................7.5元器的选择.........................................................................................................7.6他........................................................................................................................8结束语................................................................................................................................致

谢...................................................................................................................................42参考文献................................................................................................................................43文档可自复制编辑1引电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人生活的各个领域，在这些应用领域中电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产过流、短路、断相、绝缘老化等事故对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动、大功率电动机来说，一旦发生故障造成的损失无法估量。（Controller，是可编程逻辑控制器。它采用一类可编的存储器，用于其内部存储程序，执行逻运算，顺序控制，定时，计数与算术作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输制各种类型的机械或生产过程。目前在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行，使用情况大致可归纳为如下几类：关量的逻辑控制、模拟量的控制、运动控制、程控制、数据处理、通信及联网。我国工业企业的自动化程度普遍较低产品有很大的应用空间，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。因在国的应用潜力远没有得到充分发挥。目前，中PLC场的95％以上被国外品占领。国内曾有研究单位开发PLC产品，后因种种原因没有发展起来。得欣慰的是，国内已有具有较强实力的公司开始拓业，并在中PLC市有了一定声音，如和利时公司、德维森公司、安控公司。随着故障诊断技术的发展，以检测、识别预测和干预为核心的先进的故障诊断术得到了广泛的应用，不但能够及时准确诊断出故障，而且可以采取相应的对，保证系统的安全性和可靠性。电机故障可能电力系统的稳定性和工业系统其它机的安全运行带来严重的影响，因此，电机的故诊断显得非常重要，本设计的选题就基于PLC的电机故障诊断系统设计。诊断系统建立在基于ＰＬＣ和上位计算机成的控制系统上。ＰＬＣ在故障诊断系统中的功能主要是检测点击的电流护。计算机由于具有强大的科学计算能，利用专家知识和专家库，完成从故障特征故障原因的识别工作。并通过人机界，给出故障定位，报告和解释故障诊断结果，为操作员给出相应的排除故障的建议文档可自复制编辑2电动机保装置各种保护原理及故障判据电机保护就是给电机全面的保护，即在电出现过载、缺相、堵转、短路、过压、欠压、漏电、三相不平衡、过热、轴磨损、定转子偏心时，予以报警或保护；为电动机提供保护的装置是电机保护，包括热继电器、电子式保护器和智型保护器。电动机常见的故障可分为对称故障和不对故障两大类。对称故障包、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损主要是热效应，使绕组发热甚至损坏其主要特征是电流幅值发生显著变;对称故障包括断相、逆相、相间短路、匝间短路等，这类故障是电动机运行中最常见的一故障。不对称故障对电动机的损害不仅是引发发热，更重要的是不对称引起的负序应能造成电动机的严重损坏。因而，大型电动机进行综合保护非常重要。2.1电动机护置见护式掘综合护主电动机用隔电动气系部分自如各种动机与否机的高度掘进其重。现实际需投入的主要的保护形式介下：低压线路漏电保当AC220V、AC120V、低压线路对绝缘规定值，显漏漏电24V参考AC220V5K，为3K，AC24V为Ω)电由于统故或电机绕组温达到℃时，埋在电机定子绕组中的温度电器动，保护置程制泵割停运电却后自动复位。应热敏电阻阻值为1.8K～Ω。文档可自复制编辑对故障保护故障主要对称过载、堵对称稳态短路等电动是由机械应，使绕组发热甚至损坏。不：电动机的不对称故障主匝衡运等。仅仅起的的是运行带的隐患。此，电动机运行陷的期诊断是非常重要。2.2矿隔三异电机故保由下工环境劣，电障的，针用户入了路保护负流、相保欠压电护等保护形式。面对几种主要保护的原理现方法分别加以细的阐。2.2.1过载保护由转矩大，转速下磁转电流，导，如机过热被。如是过电机积累的能够及时散发，据程不，机运是保段不同的时间。载保护按照反时限特性动2.2.2短路故障分析及护判据由于电机在起动程中，起动电很大，可达额电流倍证在护可运行过中采用了不同的算法。a.异步电动机起过程中的速断保：欲使动机能地起，要求I必须大于电机载起动流d1I

，即I

d

KIb

KKIb

文档可自复制编辑式中——保证电动满载启动，取1.2～1.4。bK

——电动机起动电流系一般～。I——电动的定线电b.异步电动机运中的速断保护在电动机运过程，I

d2

的整可必考虑躲电机的起动流，路保护可以按电动机的额流的倍数整定，：I

2

KI

式中K的值般取8-10，这样保证三相异步电动起动束后运行过程中不会频繁跳闸证掘进机的正常作。2.2.3单相接地故障分及保护判据在变压中点不接地的井下供电系中，当相(如相)发生，便流在绝缘电阻r和c流回电源。此，导线对地为零BC两相对地。但然平不过全出瓦斯电源网对衡，现了零电压和零序电流。0由矿井大中机一般接地一点电流点非，当容量于2MW，而接地电容电于10A；或容量等及以上，而接于5A时，应设接保的灵敏度可采用次电感检序流，电

I

0.dz

按大保回的电电流整定，即：式中

I

K

——可靠数，取～5；文档可自复制编辑I

——当外部发生接地故障时，过流被保护回路的大接地电容电流。2.2.4欠压和过压故障析及保护判据根异步动机转矩公知动机电网。当波动生变到定，从以必须欠电压和过电压保护。a.欠压当压由某种低到额或低压85％时为欠压电动机的转和电电密关降低降时子绕电动子电定子增大致使还会此，保它就能自行脱离电源。欠的整原则在一定到的均低于护整定值，则认为有故障，应进行断电保。b.过压当电源压由于某原因超过额电％,称为系过电。过电网的，产生星形线的会造载的动机电动破坏动机过电压护。过的整原则在一定到的均高于护整定值，则认为有故障，应进行断电保。文档可自复制编辑2.2.5矿用电动机的其保护矿机的他保括起动频繁温保护漏电闭锁保护等。起动超时：对起动起动起动电比较时间到额时保稍大动作经过适当延时(延时时可设定)，检测的，并动作，如作值超路保护频繁起保护过于繁将使电机绕组长时数倍额电流效应绝缘至烧起动定时数，机的许起动机就开，如次数而计直到计结束才能再次起动电动机重新计时和记录动次数超温保护温保过电安的温度传感器直对绕组度测当度整阈时电线路，并报警以整方式大容量动机，防止电动机在额定情况下长时间积而烧坏漏电闭保护采用附加流电源检回路缘电阻的值的保护原。文档可自复制编辑3微机保护的数据采集掘进机综合保护装置采集的信号分为数字和模拟量信号两类。其中数字量信号括断路器、隔离开关等设备的辅助接点以其他继电器接点的开关量信号，或者自别的微机保护或数字设备的数字量信号。这信号经过干扰隔离环节，由输入、输接口和保护装置相连。而当被采集的物理量是续的模拟信号时，必须依据采样定理模拟信号进行离散化，以保证原始数据不失真模拟量输入电路的主要作用是隔离、范输入电压及完成模数转换，以便接口，完成数据采集任务，因此这分电路又称数据采集电路。数据采集电路内部参与运算信号是二进制的离散数字信号，模拟输入电路是综合保护装置中很重要的电路。保装置的动作速度和测量精确度等性能与该电路有关。3.1保装的据集路3.1.1电压形成回路综合保护装置要从被保护的线路或设备上电流互感器、电压互感器或其他电压送设备上取得信息，通常根据模数转换器入范围的要求，将互感器的二次侧数变换为～20mA的电流信号1～5V范内的电压信号，对于电流信号可以采用串联定阻值的电阻的方法变换为相应的电压信号。在感器的选择上有铁芯电流互感器和空电流互感器。其中铁芯电流互感器受其铁磁性的影响，即使在设计时确定的工作很想，在小电流时测量线性度很好，但在大电流铁芯易于饱和，线性度差，测量范围。采用空芯电流互感器准确度高线性误差在％以内，测量范围广绝缘水平高，用于压大电流电动机具有明显的优点，但是在小流时，信号较小测量误差大。转换信不失真这点对微机保护是很重要的，因为只有这种条件下作精确的运算或定量的分才是有意义的。至于移相、提取某一分量等，微机保护中，根据实际需要可以容易通过软件来实现。文档可自复制编辑3.1.2采样电路采样电路由传感器、电压调理电路转换部分成。电动机的电流、电压信号用电流传感器和电压变送器拾取，进行适的放大和调理后送入单片机内部集成转换模块的模拟输入口。列如要检测截割机的三相电流信号，因截割电机的额电流比较大，选用时要考虑过流的影响，所以选用通过电流较大的电流传感器，一选型电流传器检测电流信号，如要检测系统电压，因系电压额定为1140V，选用考虑过压等因素，所以一采用CSP2-1500Va.c/5V

型交流压变电压路包三部了保电流过电流况下的检测精度(l%)模件结构图3-1所示。

020F1508C

压调

压调原理图模拟信处件图4原理介绍及设备总体结构介绍4.1发历在工业生产过程中，大量的开关量顺序控，它按照逻辑条件进行顺序动作，并照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及量离散量的数据采集。传统上，这些能是通过气动或电气控制系统来实现的美国GM（通汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司制出了基于集成电路和电子技术的控装置，首次采用程序化的手段应用于电气控，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable（PC。个人计算机（简称P）发展起来后，为了方便，为了反映可编程控制器的功能特文档可自复制编辑点，可编程序控制器定名ProgrammableLogic（PLC）。上世纪80年代至90代中期，是LC展最快的时期，年增长率一直保持在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算力、人机接口能力和网络能力得到大度提高，PLC渐进入过程控制领域，在某些应用上取代在过程控制领域处于统治地位系统。PLC具有通用强、使用方便、适应面广、可靠性高、干扰能力强、编程简单等特点PLC在业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。国控制类产品市场PLC的占有率已超过50%且保持着10%的发展速度。4.2PLC控系的展景现在,然出现了性能更加优越的和FCS控制系,PLC控制也将会被先进的FCS控制所,但是目前以及今后相当长的一段时会与和FCS共,主要基于以下原:(1)现在企业的确正在朝着自动化、信息化、开放的方向发展,这并不意味着要将现有控制系统推倒来。企业投入大量的人力和财力建立起来的PLC控制系已经成,如果要完全推翻再建立新的或FCS制系,需要更大的资金投,将成很大的浪费(2)基于以市场需,许软件厂(例:富惠通软件公)正在考虑如何利用企业已经成型的控制系统及新建的厂级网控制系统软,帮企业实现工厂自动化、信息企提供控制系统与管理网络的集成。目,PLC功能增强、结构优IO模块趋向分散化、智能编程工具和编程语言更具标准化和高级化PLC的联网通信能力增高速度、多层次、大信息量、高可靠性及开放式的通信发展现在的统与术、现场总线IO术相结,结构开放、扩展方便、技术先进、价格低廉。由以上分析可以预来将朝多功能化、集成化、智能化、标准化开放化的方向发PLC虽然面临其它自动化控制系统的挑但同时也在吸收它们的优相融,不断创,在今后一段时间内将与其它先进控制方式并展。文档可自复制编辑可程控器PLC的分PLC品种类繁多，其规格和性能也各不相同。的分类，常根据其结构形式的不同、功能的差异点数的多少等进行大致分类。（）按结构形式分类根的结构形式，可PLC为整体式和模块式两类。1.整体式PLC体式PLC将电源CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、格低的特点。小PLC般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数基本单元（又称主机）和扩展单元组。基本单元内有CPU、接口、与展单元相连的扩展口，以及与编程器EPROM入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O电源等，没有C。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可备特殊功能单元，如模拟量单元、位置制单元等，使其功能得以扩展。2.模块式PLC模块式PLC是将PLC组成部分，分别作成若干个单独的模块如CPU模、I/O块、电源模块（有的含在模块中以及各种功能模块。模块式PLC框架或基板和各种模块组成。模块装在框或基板的插座上。这种模块的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规的系统，而且装配方便，便于扩展和修。大、中型PLC一般采用模块式结。还有一将整体式和模块式的特点结合起来构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、源I/O接等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块以一层层地叠装。这样，不但系统可灵活配置，还可做得体积小巧。（）按功能分类根据P具有的功能不同，可分为低档、中档、高档三类。低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、据传送和比较、通信等功能。主要用逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机制系统。中档除具有档的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术算、数据传送和比较、数制转换、远I/O、子程序、通信联等功能。有些还可增设中断控制控制等功能，适用于复杂控制系统。文档可自复制编辑3.高档PLC具有中档机的功能外，还增加了带符算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送功能等。机具有更强的通信联网功能，可用于大规模程控制或构成分布式网络控制系统，现工厂自动化。（）按I/O数分类根据LCI/O点数的多少可将P分为小型、中型和大型三类。小型——I/O点数小于点；单、位或16处理器、用户存储器容量4K字以下。中型PLC—I/O点数～2048点；双CPU，用户存储器容2～。大型——I/O点>2048点；多CPU，16、32位处理器，用户存储器容量～.4CPU构从结构上分分为固定式和组合式（模块式）两种。固定包括板I/O板、显示面板、内存块、电源，这些元素组合成一个不可拆卸的整。模块式PLC包括模块I/O模、内存、电源模块、底板或机架，这模块可以按照一定规则组合配置。4.4.1CPU的构成CPU是PLC核心，起神经中枢的作用，每PLC至有一个CPU，它按PLC系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和据，用扫描的方式采集由现场输入装送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，时，诊断电源内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，用户程序存贮器中逐条读取指令，经析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号去指挥有关的控制电路CPU主要由算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系数据、控制及状态总线构单还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存要用于存储程序及数据，不可少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分的内部电，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解CPU控制器控制作，由它读取指令、解释指令及执指文档可自复制编辑令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器于进行数字或逻辑运算，在控制器指下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间果，它也是在控制器指挥下工作。速度和内存容量的重要参数，它们决定PLC的工作速IO量及软件容量等，因此限制着控制规模。4.4.2I/O模块PLC电气回路的接口，是通过输入输出部分完成的I/O块集成了的I/O路，其输入暂存器反映输入信号状态，出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进PLC统，输出模块相反分为开关量输入），开关量输出DO），模拟量输入），模拟量输出）等模块。常用的I/O分类如下开关量：按电压水平分，220VAC、、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，12bit,14bit,16bit。除了上述通用IO，还有特殊O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按点数确定模块规格及数量模块可多可，但其最大数CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的板或机架槽数限制。4.4.3电源模块PLC源用于为PLC各模块集成电路提供工作电源。同时，有的为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源110VAC），直电源（常用的为）。底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使能访问底板上的所有模块，机械上实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。4.4的工作原理虽然可编程控制器的基本组成及工作原理一般微机相同，但其工作过程与微机很大差异。小型PLC的工作过程有两个显著特点：①期性顺序扫描；②集中批处理。文档可自复制编辑周期性顺序扫描是可编程控制器特有的工方式在运行过中，总是处在不断循环的顺序扫描过程中。由于可编程控制器的/O点数较多，采用集中批处理的方法，可以简化操作过程，便于控制，提高系统可靠性。因此，可编控制器的另一个主要特点就是对输入样、执行用户程序、输出刷新实施集中批处理1.公共处理扫阶段公共处理包括PLC自检、执行来自外设命令、对看门狗定时器清零等。2.输入采样扫阶段这是第一个集中批处理过程。在这个阶段按顺序逐个采集所有入端子上的信号，不论输入端子上是否接线顺序读取全部输入端，将所有采集到的一批输入信号写到输入映像寄存器中。在当前的描周期内，用户程序依据的输入信号态均从输入映像寄存器中去取，而不管此时外输入信号的状态是否变化。如果此时部输入信号的状态发生了变化，也只能在下一扫描周期的输入采样扫描阶段去读取3.执行用户程扫描阶段这是第二个集中批处理过程。在执行用户序阶段对用户程序按序进行扫描。每扫描到一条指令，所需的输入信息态均从输入映像寄存器中读取，而不直接使用现场的立即输入信号。对其他信息，是的元件映像寄存器中读取。在执行用户程序中，每一次运算的中间结果都立写入元件映像寄存器中，这样该状态上就可以被后面将要扫描到的指令所利用。对出继电器的扫描结果，也不是马上去动外部负载，而是将其结果写入元件映像寄存中的输出映像寄存器中，待输出刷新段集中批处理，所以执行用户程序阶段也是集批处理过程。4.输出刷新扫阶段这是第三个集中批处理过程。全部用户程序扫描结束后，将元件映像存器中各输出继电器的状态同时送到输出锁器中，再由输出锁存器经输出端子去动各输出继电器所带的负载。在输出刷新阶段结束后入下一个扫描周期。文档可自复制编辑4.4.5PLC系统的其它设编程设备：编程器是LC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监及PLC所控制的统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程PLC般有手持型编程器，目前一般由计算（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。人机界面：最简单的人机界面是指示灯和钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一式操作员终端应用越来越广泛，由计算机运行组态软件）充当人机界面非常普。5的选取与系统硬件设计5.1系统总结基于可编程控制器（PLC）的电动机综合监控和保护统的总体结构如图所示。如下图，准备开机时，按下开机按钮，首先检测断路器状态，如果断路器始状态为闭合，电机无法启动，并且声光报警如果断路器初始状态为断开，断路器闸，电机开始启动。在启动过程中，若发生一故障进行相的保护动作。启动完成后，“电机/关指示灯”亮，电机正运行。运行过程中依次循环检测电机是否发生相间短路、断相、低电压、单相接、过负荷、过电流等故障，若有发生进行相应保护动作。关机时PLC接到关机命后，断路器跳闸，“电机关机示灯”灭。故障声光报警后，按“报警复位钮”复位。如下图所示。文档可自复制编辑图5-1电机故障诊断系统总体结构图5.2PLC硬配与型5.2.1SIMATICS7-200S7-200PLC是超小型化的PLC，它具有极高的可靠性、丰富的指令集、易于握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时性、强劲的通信能力、丰富的扩展模，适用于各行各业、各种场合中的检测、监测自动化控制的需要的强大功能使其无论单机运行或连成网络都能实现复的控制功能。可提供4不同的基本型号8种CPU可供选使用。S7-200CPU集成了丰富的内置功能：高速计数器输入短暂脉冲捕捉功能高速脉冲输出I/O件中断事件特殊功能相关的中断功能PID制自整定功能支持多种生产工艺配方文档可自复制编辑数据记录（归档）此外S7-200还持以下功能：用户自定义的库指令，便于模块化程完善的密码和知识产权保护功能在状态下的在线编程能力直接/写实际可调整的数字量和模拟量的输入滤定义数字量和模拟量STOP时的状态多种数据保持设置一个可由用户定义LED态指示灯5.2．S7-200系列PLC硬件配置S7-200列PLC的硬件统配置灵活，既可用单独CPU模块构成简单的开关量控制系统，也可通过/O扩展或通信联网功能构成中等规模的控制系统。主要包括如下几部分：（）PLC本单元（即CPU模块）：是系统的核心，包括C、存储器系统、部分输/输出接口、置和24V直流电源RS-485通信接口等。（）块。（）

扩展单元：用于PLC系统的I/O扩展，包括数字量I/O模块和模量I/O模编程设备：可使用手持式编程器，也可使装SIMATICS7列PLC程软件的计算机。编程设备可实现用户程序编制、编译、调试和下载。（）

人机界面：常用的有触摸屏和文本显示器也可通过装有工业组态软件的微机实现。通过人机界面可实现对工业控制程的监控。（）

通信模块：可通模块自带的RS-485接口与上位机或其通信，也可通过专用的通信模块与其他网络设备组各种通信网络以实现数据交换，如通处理器模块CP243-2或PROFIBUS-DP模块EM277。文档可自复制编辑（）

其他设备：各种特殊功能模块，具有独立运算能力，能实现特定的功能，如位置控制模块、高速计数器模块、闭环制模块、温度控制模块等。5.2.3CPU模块S7-200系列PLC的块有两个子系列，即CPU21X和CPU22X。目前市场上系列PLC已取代了第一代C系列，并成为市场的主流产品。S7-200列PLC的CPU22X列主要有CPU221、CPU222、CPU224XP等型号，其输入输出点的分配表如所示。表5-1系PLC中CPU22X基本单元型号S7-200

输入点6

输出点4

可带扩展模块数-CPU221S7-200CPU222S7-200CPU224S7-200CPU224XPS7-200CPU226数字量扩展模块

86141014102416

2个扩展模块78路字量点或10路拟量I/O点7个扩展模块路数字量点或35路拟量I/O点7个扩展模块路数字量点或35路拟量I/O点7个扩展模块路数字量点或35路拟量I/O点系列目前可以提供3大共10数字量输输出扩展模块，见5-。文档可自复制编辑表5-2系PLC数字量输/输出扩模块型号EM221

名称数字量输入扩展模

扩展模块8点24VDC输，光耦隔离块

16入，光耦隔EM222

离数字量输出扩展模8点24VDC输出型块

8点继电器输型24VDC输入4点晶体管输出4点24VDC输入4点继电器输出4点24VDC输入8点晶体管输EM223

数字量输入输出出8点扩展模块24VDC输入8点继电器输出8点24VDC入16/晶管输出16点24VDC入16/继器输出16点模拟量扩展模块在S7-200系PLC中除了模块本身带有模拟I/O外，其他PU模块若想处理模拟信号，则需进行模拟量模块扩展。模拟量扩展模块主要3种见表5-3。表5-3系PLC模拟量输/出扩展模块型

名称

性能说明文档可自复制编辑号EM231EM232EM235

模拟量输入扩展模块12位）模拟量输出扩展模块12位）模拟量入/输出扩展模块输入路，出1路

差分输入，输入范围：电压010V，～2.5V，±电流020mA转换时间小于250us最大输入电压30VDC，最大入电流32mA输出范围：电压：±10V，电：0～20mA数据字格式：电压+32000V电流0+32000mA分辨率：电压12位，电流1位差分输入，输入范围：电压（单极性）0～，～5V，～1V，0～500mV，0～100mV0～电压（双极性）：±，±5V，±2.5V，±，±500mV,250mV,50mV,±25mV电流:～20mA转换时间小于250us稳定时间：电100us，电流2ms文档可自复制编辑通信模块S7-200系列PLC除了CPU226本机集成了两个通信口以外，其他均在其内部集成了一个通信口，通信口采用RS-485总线。此外，各PLC还可接入通信模块，以扩大其接口的数量和联网能力。EM277模块EM277模块是PROFIBUS-DP从站模块同时也支持PI站通信。EM241:调制解调器通信模块。CP243-1：工以太网通信模块。CP243-1：工业以太网通信模块，同时提Web/E-mail等IT应用。（）AS-I站模块，可连接最62个AS-I站。5.2.7I/O点分配及电气连接1该控制系统I/O点配表如表-4示。在本系统中，包含以下输入输出点，见附共包括12路开关7路模拟量。表5-4点分配表文档可自复制编辑输入点I0.1

功能说明通电反馈按钮

输出点Q0.0

功能说明KM1I0.2I0.3

断相故障按钮Q0.1KM2欠压故障按钮Q0.2KM3I0.4I0.5I0.6

过载故障按钮Q0.3短路故障按钮Q0.4停止按钮Q0.5Q0.6

断相指示灯欠压指示灯过载指示灯短路指示灯系统整体设计方案及硬件连接图文档可自复制编辑图系统整体设计方案及硬件连接图文档可自复制编辑maxminmaxmin5.3JL-400相电JL-400相继电器是一种多功能三相电源系或三相用电设备的监测和保护仪器。集三相电压显示、过电压保护、欠电保护、缺相保护（断相保护）、电压平衡保护、相序保护（错相保护）于一体，采功能强大的微处理器芯片和非易失存技术，显示采用高清晰超宽温中文液晶，具功能齐全，性能稳定，显示直观、操简便的特点。JL-400相继电器可实时显示三相电源电压并可在电源发生过压保护、欠压保护、缺相保护、不平衡保护、错相保护等障时通过继电器输出的形户提供报警输出和保护电路动作输出的触点控制信，起到报警和保护作用相继电器电压不平衡保护动作时间曲线图所示：UminUA——电压不平衡度U

——三相电压中最大相的电压U

——三相电压中最小相的电压图5-3JL-400相继电器电压不平衡保护的时间特性曲表5-5JL-400缺继电器主要性能指标JL-400缺相继电器输入电源电源电压范围电压测量范围缺相保护功能相序保护功能过电压保护功能

L1/L2/L3/N相电压150-300V线电压～500VAC45-65HZ相电压150-300VAC有有有文档可自复制编辑欠电压保护功能不平衡保护功能显示输出形式输出负载能力输出触点机械寿命额定消耗功率电气隔离强度测量误差安全防护等级外壳尺寸工作环境JL-400缺相继电器作指南

有有超宽温中文液晶显示独立的常开、常闭输出电阻性负:5A/250VAC,5A/30VDC电感性负:1.5A/250VAC,1.5A/30VDC次3VA>2000VAC,冲耐电压2.5KV(1.2/50us)满刻度时小于0.5%IP2045mmx53mmx64mm温度-25℃～℃湿<85%，凝露1把三相电源的三相四线分别接JL-400缺相继电器的、L2、L3、N端。2、缺相继电器的常开、常闭输出端，分别接入控制设备的回路。详缺相继电器接线示意图3设置参数，把连接好缺相继电器通上三相电，液晶屏显示其中一相的电压。（）缺相继电器正常情况下，按一设置键，进入设置状态，设置字符闪烁，此时晶屏上显示设置和相序字样，按▲或▼键可选择是否用相序保护功能ON表示开启OFF表关闭。（）再按一下缺相继电器的R/设置键，置过电压值，液晶屏上显示设置和过压字样，按▲或▼键设置过电压值过电压值～范围内设置，步进量为；再按一次设置键，设置过电压动作时间（单为秒），动作时间文档可自复制编辑可在0.1～20接线示意图

秒范围之间设置,步进量为0.1

秒。（）再按一下缺相继电器的R/设置键，置欠电压值，液晶屏上显示设置和欠压字样，按▲或▼键设置欠电压值欠电压值～范围内设置，步进量为1V；再按一次R/置键，设置过电压动作时间（单位为秒，动作时间可在0.1～秒范围之间设步进量为0.1秒。再按一下JL-400缺相继电的设置键，液晶屏上显示字，本次设置完成。当JL-400相继电器发生电源过压、欠压、缺相、相、不平衡等故障时，液晶屏上分别闪烁显示过压、欠压、缺相相序、不平衡等字样，如果故障时间过设置的动作时间，过压、欠压、缺相、相、不平衡等字样保持常亮，同时显示障时的电压值，这时输出触点转换。（）由于JL-400相继电器缺相、错相故障属于不可自动恢复性故障；故发生缺相、错相故障时，缺相继电器能记忆自锁即使安全切断缺相继电器工作电源，会存储故障信息；只有在排除缺相、错相故障，按设置键，缺相继电器才能复位。而发生过压、欠压故障后，如果线路电压又复了正常设置电压范围，缺相继电器自动恢复。也可按R设置键手动恢复。备注：进入设置状态，如果20内无任何操作JL-400缺继电器自动退出设置状态。JL-400缺相继电器的常开、常闭状态，分别是指继电器正常通电状态故障时常开、常闭状态分别同时转换。文档可自复制编辑4缺相继电器参数设置类别电压设定

参数名称过电压设定值欠电压设定值

设定范围OFF-221-300150-219-OFF

步进量1V1V

出厂设定OFFOFF

单位VV值

过、欠电压恢复回

5

V过、欠压动作时间

0.1--20

0.1S

10.0

S动作时间

缺相动作时间

2.0

S错相动作时间

0.1

S5.4热电热继电器是一种电气保护元件。它是利用流的热效应来推动动作机构使触头闭或断开的保护电器，主要用于电动机的过保护、断相保护、电流不平衡保护以其他电气设备发热状态时的控制。5.4.1热继器的工作原图5-4热继电器原理图由电阻丝做成的热元件，其电阻值较小，作时将它串接在电动机的主电路中，阻丝所围绕的双金属片是由两片线膨胀系不同的金属片压合而成，左端与外壳定。当热元件中通过的电流超过其额定值而过时，由于双金属片的上面一层热膨胀数小，而下面的大，使双金属片受热后向上曲，导致扣板脱扣，扣板在弹簧的拉下将文档可自复制编辑常闭触点断开。触点是串接在电动机的控电路中的，使得控制电路中的接触器动作线圈断电，从而切断电动机的主电路。交流接触器的结构，接触器主要由电磁机、触点系统和灭弧装置等主要部件组成。电磁机构包括吸引线圈、静铁心和动心，动铁心与动触点相联。触头分为触头和辅助触头，主触头用于通断电流较大的电路，体积较大，一般由三对常开触组成；辅助触头用于通断电流较小的控制电，体积较小，一般由两对常开触头和对常闭触头组成。所谓触头的常开和常闭，是接触器未通电动作前触头的原始状态交流接触器的型号及含义，CJ系列接触器为例，型号含义如下：交流接触器的工作原理，当吸引线圈两端加额定电压时，产生电磁力，将动铁上铁)吸下动铁心带动动触点一起下移，使动合触闭合接通电路，动断触点断开切断电路，当吸引线圈断电时，铁心失去磁力，动铁心在复位弹簧的作用下复，触点系统恢复常态。交流接触器的种类，交流接触器的种类很，国产的CJ10列和比较新的CJ20系列，引进的新产品系列3TB系。文档可自复制编辑图5-4接触器联锁的正反转控制电路图QM：电源开关

FU：熔断

：热继电器KF/KR：流接触器

M：动机：正转按钮

SR：反转按钮

：停止按钮常闭触头常开触头工作原理：主回路中主触点和KR并联L1与L2互相反接，为保证接触KFKR的线圈不会同时通电KFKR这两副常闭辅助触点，分别串接于正反转控制回路中，称为联锁（或互锁）触点。6保护装置的软件设计6.1PLC序计法编PLC程方很多，这里要介绍几种典的编方法。文档可自复制编辑1.图解法编图解是画进行PLC程序计。的要梯图、辑流程法、时序流程图法和步进顺控法。（）形梯形法用形图语去制PLC程。是种仿电控制法，件名这种方法很容地把继电器控电路植成PLC的梯形图语言。这于熟悉电器控制的人来说，是最的一种编程方法（）辑图逻辑程法用逻辑图示PLC程的行程反输与输辑流程序、查找障点及调试和维修程序。（）序图时图法首先制系统即到该进控制根据的程序框图，后把图写成PLC程序。这种方法很适合以间为基准控制统的编程方法。（）进法步法是顺控配合下控制较复以分比较看成整控制过程的一步。2.经验法编经运用己的人的经。多选择与己工艺要求相近的程，些程序是己试程序工程些“合自己工程要求3.算辅设计编程文档可自复制编辑计算辅助设计通PLC编软件（比）计序设线编使用很方上离计算机进行程序的存取、加密以成EXE文件[14]6.2梯形图言点

。梯形图是使用得最的图形编程语言被称为的一编程语言器控图很很容人员用于称为电或程序，形图设计称为编程。梯序设语言形图的描述序设梯形言，这种采用述事级是。在事件发生后面设计语言。来源于继电器逻辑控制系描述。在制领域，术人员控制技术熟悉种逻展而到了广的应用。梯形图程序计的特点是：与电作理图相对应，具有直性应与原有继器辑控制术相一致对电气术人来说，易于撑握学习；与的继辑控技同点是，梯中的能流（FLow）是实意义，内部的继不是在的，应有继区别对；与布尔助符序设计言有一一应关系便于互的转换和程序检查文档可自复制编辑程设6.3.1计思路程序始，输元输量先判断KM是否，果合，说明电机已处于运行态，时应无法按下启按钮，若KM未明电状态启动，若面的果按则检启动若否保护电动成功续下否，已经绿灯停止下面的序，若是，则程序直接结开始下一次扫描如果停按钮下，电动机仍在行中，进运行过程中的故障判断，首检测是否发生短故障，方法是检测三相电流，再Imax是否大于值保护，电动机，警路故面的程序。接着判断否发生断相故障方法是:测三相电，判断否测Umn，判为足护动电动且断亮。下面压故欠压发生方法检I0若大至动接响，指示荷故障，法:检测电，若到整定时限后电大于定值护动电动并且示灯发生扫描条开次扫结文档可自复制编辑束，不是整个程序的结束。1）欠压保子程在该段，采集A相C相的压求平均值，再与整定小于转至动欠响，指示直接结本次循环。2）起动时过长护子程序在该程段中