浔之漫智控技术(上海)有限公司
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产品描述

品牌西门值+ 包装说明 全新 - 产品规格子 现场安装

西门子6ES7512-1SM03-0AB0参数详细


1 引言
      电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域,在这些应用领域中,电动机常常运行在恶劣的环境下,导致产生过流、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机、大功率电动机来说,一旦发生故障所造成的损失无法估量。
      电动机常见的故障可分为对称故障和不对称故障两大类。对称故障包括:过载、堵转和三相短路等,这类故障对电动机的损害主要是热效应,使绕组发热甚至损坏,其主要特征是电流幅值发生显著变化;不对称故障包括:断相、逆相、相间短路、匝间短路等,这类故障是电动机运行中较常见的一类故障。不对称故障对电动机的损害不仅仅是引发发热,更重要的是不对称引起的负序效应能造成电动机的严重损坏。因而,对大型电动机进行综合保护非常重要。

2 基于PLC的电动机综合保护
对电动机的保护可以分为以下几类:
在电动机发生故障时,为了保护电动机,减轻故障的损坏程度,继电保护装置的快速性和可靠性十分重要。在单机容量日益增大的情况下,电机的额定电流可达数千甚至几万安,这就给电动机的继电保护提出了更高的要求。传统的继电保护装置已经无法满足要求,因此微机保护应运而生。

      PLC是用来取代传统的继电器控制的,与之相比,PLC在性能上比继电器控制逻辑优异,特别是可靠性高、设计施工、调试修改方便、而且体积小、功耗低、使用维护方便。因此,本文研究了基于可编程控制器(PLC)的电动机综合监控和保护系统的方法。

3 系统硬件设计
3.1 系统的总体结构
基于可编程控制器(PLC)的电动机综合监控和保护系统的总体结构如图1所示。


3.2 PLC机型选择及扩展
选择PLC机型应考虑两个问题:
(1) PLC的容量应为多大?
(2) 选择什么公司的PLC及外设。在本系统中,包含以下输入输出点,见附表,本系统共包括12路开关量,7路模拟量。

      SIMATIC S7-200系列PLC是由西门子公司生产的小型PLC,其特点是:SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业,各种场合中的检测,监测及控制的自动化,S7-200系列的强大功能使得其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能,因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
      S7-200 CPU 224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点,可连接7个扩展模块,较大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点;13K字节程序和数据存储空间;6个独立的30KHz高速计数器,2路独立的20KHz高速脉冲输出,具有PID控制器;1个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力;I/O端子排可以很容易地整体拆卸,是具有较强控制能力的控制器。根据系统的实际情况,结合以上特点,SIMATIC S7-200 CPU 224完全可以作为本系统的主机。
      CPU224可扩展7个模块,而其本身具有14输入/10输出共24点数字量,因此已无须数字量扩展模块。但由于有7路模拟量输入,故需选择模拟量输入模块。S7-200系列提供了EM231,EM232,EM235等模拟量扩展模块。根据以上技术数据,选择两个EM231作为模拟量输入模块,这样共可以扩展4×2=8路模拟量输入。

4 系统软件设计
4.1 主程序
      程序开始,从输入单元检测输入量,首先判断KM是否闭合,如果闭合,说明电动机已经处于运行状态,此时应无法按下启动按钮,若KM未曾闭合,则说明电动机处于停机状态,可以按启动按钮。接着判断启动按钮是否按下,若是,则继续下面的程序,若否,则重新检测。如果按钮已经按下,则检测电动机是否启动,若是,则继续下面的程序,若否,则转入欠压保护子程序,若是电动机已经启动,则判断起动是否成功,若是,则继续下面的程序,若否,则转入起动保护。如果电动机已经正常起动,则绿灯亮。接着判断停止按钮是否按下,若否,则继续下面的程序,若是,则程序直接结束,开始下一次扫描。
      如果停止按钮并未按下,即电动机仍然在运行中,则进行运行过程中的故障判断,首先检测是否发生短路故障,方法是:检测三相电流,再判断Imax是否大于整定值,若是则跳转至保护动作子程序段,电动机起动短路保护,警报响,并且短路故障指示灯亮。若否,则继续下面的程序。接着判断是否发生断相故障,方法是:检测三相电流,判断是否有某相电流为零,或者检测Umn,判断是否不为零,如果其中之一满足,则跳转至保护动作子程序段,电动机起动断相保护,警报响,并且断相故障指示灯亮。若否,则继续下面的程序。接着判断是否发生欠压故障,方法参见欠压保护子程序说明。接着判断是否发生接地故障,方法是:检测I0,若大于整定值则跳转至保护动作子程序段,电动机起动接地保护,警报响,并且接地故障指示灯亮。接着判断是否发生过负荷故障,方法是:检测三相电流,若到达整定时限后,电流仍大于整定值,则跳转至保护动作子程序段,电动机起动过负荷保护,警报响,并且过负荷故障指示灯亮。若判断未发生过负荷故障,则程序完成一次扫描,再次从第一条开始,进行第二次扫描,所以结束是指一个循环的结束,并不是整个程序的结束。
4.2 欠压保护子程序
     在该程序段中,采集A相和C相的电压量,求出其平均值,再与整定值相比较,若小于整定值,则跳转至保护动作子程序段,电动机起动欠压保护,警报响,并且欠压故障指示灯亮。若未发生欠压故障,则直接结束本次循环。
4.3 起动时间过长保护子程序
     在该程序段中,采集三相电流量,若发现在起动过程中,电流大于整定值,或在整定时间到达后,电流仍大于另一整定值,则跳转至保护动作子程序段,起动时间过长保护动作,警报响,并且起动故障指示灯亮。

5 结束语
通过本系统设计、试验与运行,得到如下结论:
(1) 利用PLC进行电动机综合保护硬件简单可靠。
(2) 可以采用梯形图语言进行编程,简单易行。
(3) 系统运行可靠,便于检修维护。
(4) 由于采用集成综合设计,系统体积小、功耗低、使用操作方便


强大的系统能力和*的处理速度
(1)高性能、全开放、集成化的CPU
贝加莱的PCC主要包括2005、2003和X20 CPU三个系列,由于其在网络通信方面的开放性和结构上的模块化,这三种系列的PCC在构成控制系统的方式和规模上又是十分灵活的。贝加莱2007年推出的X20系列PCC成为了高精度机械自动化和高可靠性过程自动化等复杂、灵活自动化系统的通用选择。
X20 CPU——新一代PCC的CPU,基于In X86 Processor技术,采用Runtime实时操作系统,秉承了贝加莱PCC的定性分时多任务的控制特点,可采用符合IEC61131-3标准的多种工程编程语言以及Automation Basic、ANSI C两种语言编程。
X20 CPU的主板集成了多种通信接口,包括RS232、标准以太网接口TCP/IP、工业实时以太网接口Ethernet POWERLINK、2个USB。采用可插卡式的CF卡作为存储介质。
X20 CPU是一款开放性*的产品,通信模块系列包括了CAN、Ethernet POWERLINK、Profibus、DeviceNet、Modbus、RS485/422、RS232等,方便扩展和兼容各种目前市场上主流的现场总线,体现其开放式的网络架构。CP3486的主板具有三个通信模块接口。
 
(2)CPU的多处理器结构和*的系统响应速度
系统的响应速度不仅由CPU决定,还与I/O数据的传输速率有关。PCC的主CPU本身速度极快,同时还借用大型计算机的结构,采用I/O-Processor单独处理I/O,采用DPR-Controller双向口控制器负责网络及系统的管理。也就是说,一个PCC模块上有三个处理器,它们既各自独立而又相互关联,zui大限度地提高了整个系统的速度。
CP3486是X20 CPU系列中性能zui高的产品,采用了In Celeron 650 处理器及附加的I/O 处理器和浮点处理器FPU。系统的单步指令处理周期zui快可达到0.01μs,单个工作任务循环周期可达200μs,是当前世界上性能zui强、运算zui快的PLC/PCC CPU之一。
系统频率、相位测量响应速度极快:主CPU内含有一个TPU, 可计算处理频率高达4MHz至6MHz的脉冲信号,因而能巧妙地解决系统的频率和相位测量问题,该功能在电力系统中可实现快速自动准同期并网。
(3)强大的数据通讯功能
PCC在远程通信方面的灵活性,是区别于常规PLC的另一显著标志,作为现场分布式控制系统的主要供应商之一,贝加莱为此提供了十分灵活多样的解决方案。除在1.3(1)中已提到的各种开放式现场总线的网络方案之外,PCC还提供了多种网络协议,用户不仅可以采用贝加莱的*网络协议,也可以方便地与其他厂家的PLC或其他工控设备联网通信(如Siemens、罗克韦尔 AB、施耐德Modicon等),在一些特殊情况下,PCC还为用户提供了创建自定义协议的帧驱动(Frame drive)工具。特别值得一提是Ethernet POWERLINK网络协议,这是2001年贝加莱公司当竞争对手还在讨论实时工业以太网概念的时候,便在*次推出实用化的实时工业以太网络,这也是*个开放的安全级(SIL3)实时工业以太网。2007年初该公司又发布了千兆级实时工业以太网Ethernet POWERLINK(如图4所示)。由于具备这样的技术优势,PCC常常能轻松地实现与各种不同产品,不同通信协议的互联。




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