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欧特PLC在动力系统综合保护上的应用
发表日期:2014/11/20 作者: wellauto
引言
    电动机的应用几乎涵盖了我们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。对于生活小区的地下车库来说,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最常见的一类故障。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。
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、设计施工周期短、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。
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                    
    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,共包括12路开关量,7路模拟量。                             
     欧特200系列PLC适用各行各业,各种场合中的检测,监测及控制的自动化,欧特最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,因此欧特200系列具有极高的性能/价格比。
     CPU 224C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,最大扩展至256路数字量I/O点或56路模拟量I/O点;24K程序空间和10K数据存储空间;具有PID控制器;2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, CPU224C完全可以作为本系统的主机。
     CPU224C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。欧特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。
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。
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。
    (5) CPU 224C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,超大的存储空间,支持所有向导功能,方便客户编程使用。