脫毛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,脫毛,機(jī)械,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),cad,圖紙,說明書,仿單 利用傳感器對異步電機(jī)進(jìn)行故障監(jiān)測和保護(hù) 摘要 保護(hù)交流電機(jī)在使用過程中由于過電壓、過電流、超負(fù)荷、過熱、欠電壓對電機(jī)的損壞，對于防止工業(yè)事故非常重要。在過去的保護(hù)方式中使用接觸器，電壓、電流繼電器等部件對異步電機(jī)能進(jìn)行保護(hù)。雖然這種方式能起到一定的保護(hù)作用，然而這種機(jī)械式保護(hù)方式已經(jīng)成為傳統(tǒng)無法適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的需求。在現(xiàn)代技術(shù)中，出現(xiàn)了通過使用計(jì)算機(jī)和可編程集成電路（PLC）為基礎(chǔ)的保護(hù)電路，這種電路能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械部分對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。然而，以PIC為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)保護(hù)方式，PIC本身無法響應(yīng)模擬量參數(shù)，需要通過數(shù)?？ǎˋDC）進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。在本設(shè)計(jì)研究中，采用了一種新的方法，通過使用可編程邏輯控制器（PLC）對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。在該方法中，所有接觸器、定時(shí)器、繼電器和轉(zhuǎn)換卡都被邏輯基礎(chǔ)電路取代掉。而且，在該系統(tǒng)下，對電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、溫度等關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警，并能通過屏幕顯示出來。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于PLC的保護(hù)方式相對于基于PIC的計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)保護(hù)方式而言，不僅開發(fā)費(fèi)用少、精度高、更安全而且由于加有顯示器，使得監(jiān)測可視化等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵字：自動化設(shè)計(jì)， 故障監(jiān)測， 異步電動機(jī)保護(hù)， 可編程控制 1 引言 現(xiàn)今交流異步電機(jī)做為執(zhí)行機(jī)構(gòu)廣泛用于許多工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。在正常使用情況下，電機(jī)的運(yùn)行安全可靠的。但是當(dāng)遇到不可靠因素的影響時(shí)會造成電機(jī)損壞，同時(shí)造成工業(yè)生產(chǎn)損失。本文研究的異步電機(jī)故障檢測技術(shù)是一種快速的電機(jī)故障檢測技術(shù)。它不僅能保護(hù)電機(jī)本身同時(shí)還能有效避免在工業(yè)生產(chǎn)過程中電機(jī)的損壞造成的意外事故?？偟膩碚f監(jiān)測技術(shù)按類分可以分為傳統(tǒng)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)。 傳統(tǒng)的三相異步電機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)，由機(jī)械式和電起式結(jié)構(gòu)組成。在以前的傳統(tǒng)保護(hù)方式中純在很多的缺陷，由于是機(jī)械形式所以無法檢測電路上的故障，如定子線圈的絕緣層順壞。而且，由于機(jī)械設(shè)備需要人為控制，這不僅影響生產(chǎn)效率，而且純在著操作安全隱患。 到目前為止，有很多研究人員對異步電機(jī)的監(jiān)控方式進(jìn)行了研究，并在其研究成果中對其電機(jī)的保護(hù)方式進(jìn)行了說明 。 環(huán)顧該領(lǐng)域技術(shù)，目前最為先進(jìn)，最為前沿的保護(hù)方式是通過使用計(jì)算機(jī)微處理器技術(shù)，對異步電機(jī)定子故障進(jìn)行檢測和保護(hù)的數(shù)字式保護(hù)方式。通過對電機(jī)的損壞原因進(jìn)行詳細(xì)，電機(jī)損壞的原因主要包括：包括滾珠軸承的失敗，速度的連鎖效應(yīng)，氣隙偏心，轉(zhuǎn)子偏心，轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)速波動、軸承損壞、不平衡的電壓故障，線圈匝間損壞，定子繞組溫度異常，基于微控制器的數(shù)字保護(hù)器損壞。研究發(fā)現(xiàn)影響電機(jī)的參數(shù)較多，如果對電機(jī)的一兩個(gè)變量進(jìn)行檢測控制，無法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的保護(hù)。因此，要實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的保護(hù)控制，需要對多個(gè)量同時(shí)檢測控制，這使得在學(xué)習(xí)用計(jì)算機(jī)對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)方式研究帶來了研究困難。通過測量獲取電機(jī)的電壓、電流、溫度和速度的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，最后由計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)分析后進(jìn)行電機(jī)的保護(hù)。這種方式，雖然將所有的電機(jī)參數(shù)都考慮進(jìn)去了，但是由于數(shù)據(jù)采集后需要進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換（ADC），這不僅僅使得檢測控制設(shè)備變得龐大，同時(shí)也增加了研制成本。 如果通過使用可編程集成電路（PIC）為基礎(chǔ)的保護(hù)系統(tǒng)。雖然在單片機(jī)的幫助下可以通過各種方式對異步電機(jī)的相電流，相電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)線圈溫度異常引起的故障進(jìn)行保護(hù)，但是卻無法將這一系列過程通過顯示器顯示出來。 當(dāng)今，可編程邏輯控制器（PLC）廣泛使用在工業(yè)自動化的保護(hù)系統(tǒng)中。在PLC系統(tǒng)中配置有適合直接使用在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的專用的I/O口。通過專用的I/O口，可以將輸入組件，如壓力、水平、溫度傳感器直接連接到系統(tǒng)中。同時(shí)控制線路的驅(qū)動組件如接觸器和電磁閥也能直接連接到PLC的輸出端。因此許多工廠通過使用PLC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動化控制，不僅減少了生產(chǎn)成本同時(shí)也提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。有幾篇論文發(fā)表了關(guān)于用PLC對異步電動機(jī)進(jìn)行控制。其中講到關(guān)于三相異步電機(jī)功率因素控制方法，通過采用可編程控制器（PLC）在可控制范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)頻可以實(shí)現(xiàn)提高電機(jī)的功率因素。而且通過使用以可編程控制器（PLC）為基礎(chǔ)的監(jiān)測系統(tǒng)，能通過變頻控制實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)電機(jī)高精度很定轉(zhuǎn)速控制。不僅如此，使用PLC在對速度進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)中，通過對速度閉環(huán)控制，能很好的實(shí)現(xiàn)橫轉(zhuǎn)速變負(fù)載和恒負(fù)載變轉(zhuǎn)速控制。 下面介紹通過使用基于PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)的檢測和保護(hù)方法。在此方法中通過使用PLC成功解決了異步電機(jī)在操作過程中由異常相電流，相電壓，轉(zhuǎn)速和電機(jī)繞組溫度造成故障。在該系統(tǒng)的研究中，如果僅僅使用可編程控制器（PLC）制作保護(hù)系統(tǒng)，其花費(fèi)的成本會變得很大。但是如果合理選取PLC可以在不額外加入其它的微處理器的情況下，實(shí)現(xiàn)電機(jī)自動化系統(tǒng)控制。本文對這PLC進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。其中第二部分介紹了PLC。第三部分詳細(xì)介紹了系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的硬件，軟件和實(shí)測結(jié)果。第四部分講述了電機(jī)故障檢測與保護(hù)的實(shí)驗(yàn)研究。第五部分對該研究進(jìn)行了總結(jié)。 2 可編程邏輯控制器 可編程控制器（PLC）作為一種小型的計(jì)算機(jī)，能實(shí)現(xiàn)對實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行自動化控制，如控制在工廠組裝生產(chǎn)線上的機(jī)械進(jìn)行自動化生產(chǎn)。同時(shí)也能通過編程方式實(shí)現(xiàn)對工程設(shè)備進(jìn)行可靠的檢測控制。這是因?yàn)?，PLC上配置有許多的I/O口，供信號端口接入，并能夠加載在PLC中存儲器中的程序，實(shí)現(xiàn)通過程序控制各個(gè)部件的輸入輸出。PLC的基本構(gòu)造說明如圖1所示。 開關(guān)傳感器 輸入 單元 硬件 輸出繼電器 繼電器電磁閥 程序設(shè)計(jì)器接口 （P C） 圖1 可編程序控制器(PLC)的基本結(jié)構(gòu) 在該保護(hù)設(shè)計(jì)研究中，PLC能夠通過模擬量測量異步電機(jī)的電流、電壓、溫度和電機(jī)轉(zhuǎn)速。并通過程序不間斷的監(jiān)視這些輸入信號，控制電機(jī)輸出。 西門子s7-200系列224的CPU可編程控制器具有14位數(shù)字輸入/10位數(shù)字輸出地址。內(nèi)置4096字節(jié)的程序存儲器。使用STEP 7—Micro/Win 32軟件編程平臺。程序清單編輯器(STL)和梯形圖(LAD)輔助設(shè)計(jì)。與電腦下載程序，需要控制調(diào)節(jié)與電腦的波特率。其連線設(shè)定匹配的波特率參照使用手冊[18]。 模擬模塊通常工作在8位或者12的操作系統(tǒng)下，連接有一個(gè)或者一個(gè)以上的模擬傳感器，主要功能是分析處理模擬信號。例如，電磁(EM)235模塊12-bit系統(tǒng)在輸入端能連接四個(gè)模擬傳感器，其端口分別表示為A、B、C、D。每個(gè)通道首先對 圖2模擬和數(shù)字可編程序控制器(PLC)模塊 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。由于PLC智能判斷邏輯信號無法直接讀取識別模擬信號。所以模擬模塊需要在PLC下處理模擬信號。在這模擬模塊中，電機(jī)的相電流、相電壓、溫度和電機(jī)轉(zhuǎn)速能通過模擬模塊測量。如圖2，為可編程序控制器(PLC)的電路元件接線方式。 3 異步電動機(jī)的控制系統(tǒng) 3.保護(hù)系統(tǒng)圖 如圖3所示，通過一個(gè)框圖說明該保護(hù)系統(tǒng)。其中檢測裝置包含電流、電壓、轉(zhuǎn)子速度和繞組溫度測量裝置。其保護(hù)系統(tǒng)可以分為：硬件部分，儀表裝置，軟件部分三大類。這些部件將在下面介紹。 A：硬件 圖3 保護(hù)系統(tǒng)原理說明圖 用于保護(hù)系統(tǒng)研究硬件組成：三相異步電機(jī)，功率為1.5kw ，轉(zhuǎn)速為2800r /min；三相電壓變壓器，變壓范圍220/5v；三相變流器，電流比1000:1；溫度傳感器，敏感系數(shù)1°/10 mV；編碼器，每轉(zhuǎn)360個(gè)脈沖；積分電路真有效值至直流轉(zhuǎn)換器；西門子S7 CPU 224、200系列PLC。 B：儀表 如圖5所示，在保護(hù)系統(tǒng)中電源部分包含電動機(jī)電流、電壓采集卡，變流器和變壓器。運(yùn)算電路包括運(yùn)算放大器，增益電位器和一個(gè)用來改變電流值過濾器電路。在該系統(tǒng)中，采集卡的輸出端用于接入積分電路真有效值至直流轉(zhuǎn)換器，其結(jié)構(gòu)如圖5。在積分電路真有效值至直流轉(zhuǎn)換器中使用的是AD536A集成電路。AD536A集成電路是一個(gè)完整的單片集成電路，能正確執(zhí)行積分電路真有效值至直流轉(zhuǎn)換。同時(shí)提供系統(tǒng)模塊單元比，這比混合模塊單元更加完善性能更好而且更便宜。而且能通過輸入積分電路包括直流和交流部分直接計(jì)算各種復(fù)雜波形[19]。在圖5中，電位計(jì)和濾波電路，被用在積分電路真有效值至直流轉(zhuǎn)換器改變電流和電壓值。轉(zhuǎn)換后的電流和電壓通過積分電路真有效值至直流轉(zhuǎn)換器移交給PLC的模擬模塊。在系統(tǒng)中，為了測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在電機(jī)軸上連接增量式編碼器，其編碼靈敏度為每轉(zhuǎn)360個(gè)脈沖[20]，如圖6。在編碼器的末端，利用轉(zhuǎn)換電路將該編碼器輸出經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制(PWM)被轉(zhuǎn)換為直流電壓值，如圖7。 在線圈中使用LM-35傳感器檢測電機(jī)的溫度。LM-35傳感器是一種線性的傳感器元件，測量敏感系數(shù)為10mv/1°C [21]。通過測量獲得的溫度信號經(jīng)過放大整流之后被輸入到PLC。電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)最大允許環(huán)境溫度為40 ?C，如果超過這個(gè)值，PLC將控制電機(jī)停止運(yùn)行。 圖4 系統(tǒng)總體全圖 圖5 視圖的測量卡和積分電路真有效值 圖6 連接到電機(jī)軸上的增量式編碼器 圖7 . 將電流轉(zhuǎn)換為電壓的PWM電路 C 軟件設(shè)計(jì) PLC通過Microwin平臺下進(jìn)行軟件開發(fā)設(shè)計(jì)，方便電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的開發(fā)。PLC系統(tǒng)提供了基于主機(jī)終端的軟件工具軟件開發(fā)環(huán)境，在此環(huán)境能進(jìn)行軟件開發(fā)，驗(yàn)證，測試和系統(tǒng)分析。 首先，由序人員用高級語言編寫程序。然后，通過軟件轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制指令代碼，最后將程序存儲在RAM中或可擦寫可編程只讀存儲器(EPROM)中。通過CPU進(jìn)行連續(xù)解碼并執(zhí)行指令。CPU的功能是運(yùn)行存儲器中的程序，并根據(jù)程序控制是控制操作I/O口的讀寫，其中連接在PLC上的每個(gè)輸入輸出I/O口都有唯一的地址用于識別。其中保護(hù)系統(tǒng)的程序流程圖如圖8。通過程序控制PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出并能將這異步電機(jī)的三相電壓(V1、V2，V3)，三相交流電（I1，I3，(12)，電機(jī)轉(zhuǎn)度(nr)和溫度(TC)的數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。顯示情況如圖3中所示。 開始 + 讀取輸入和儲存數(shù) 顯示 V1,V2,V3,I1,I2,I3,N5,T6在電腦上 是 V1,V2,V3,I1,I2,I3,Nr=0 否 執(zhí)行梯形程序 否 程序是否在最 大至最小區(qū)間 停止電機(jī)，給屏幕報(bào)警信息 是 更新輸出 否 是否電機(jī)停止 停止 是 圖8程序流程圖如圖 圖表1給出了電機(jī)變量及參數(shù)。 PLC軟件總長度大約是500語句。PLC執(zhí)行每條布爾指令需要0.37μs。因此，每次編譯軟件需要花費(fèi)185μs。通過傳感器能在1s中內(nèi)對電機(jī)進(jìn)行5000次故障檢測。根據(jù)控制程序，讀取這寫數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算。 表1電機(jī)變量及參數(shù)圖 變量 符號 輸入 單元 電壓方面1 V1 模擬模塊1輸入A 伏 電壓方面2 V2 模擬模塊1輸入B 伏 電壓方面3 V3 模擬模塊1輸入C 伏 電流方面1 I1 模擬模塊1輸入D 安培 電流方面2 I2 模擬模塊2輸入A 安培 電流方面3 I3 模擬模塊2輸入B 安培 速度 Nr 模擬模塊2輸入C 轉(zhuǎn) 繞組溫度 Tc 模擬模塊2輸入D 度 電機(jī)瞬態(tài)時(shí)間（連續(xù)不斷的被程序控制的時(shí)間）設(shè)置為100ms。如果瞬態(tài)時(shí)間超過設(shè)置時(shí)間，該程序去控制程序，讓ＰＬＣ發(fā)送控制電機(jī)電流信號，控制電機(jī)停止運(yùn)行。最后程序運(yùn)行結(jié)果將現(xiàn)實(shí)在屏幕上。當(dāng)程序連續(xù)運(yùn)行時(shí)，每200ms更新一次運(yùn)行結(jié)果。軟件中瞬態(tài)時(shí)間和更新時(shí)間可以根據(jù)電機(jī)的負(fù)載和電流情況進(jìn)行更改。 在無需人的干預(yù)下通過軟件直接將相電壓、相電流、轉(zhuǎn)子速度和電機(jī)溫度顯示在屏幕上。程序?qū)⒃谝?guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)行，在允許的范圍內(nèi)，不斷采集數(shù)據(jù)。如果沒有讀到新有效值，該程序?qū)⒀h(huán)讀取信號并計(jì)算，直到讀到新的電壓，電流，速度、溫度(V1、V2、V3，I3、 I1、I2、I3，Tc)。這時(shí)程序?qū)Σ杉降娜嚯妷海嚯娏?、電機(jī)轉(zhuǎn)速以及溫度與他們的正常值進(jìn)行比較，如果系統(tǒng)發(fā)生出現(xiàn)任何故障，將通過PLC發(fā)送信號控制電機(jī)停止運(yùn)行，并將故障信息記錄顯示在屏幕上。當(dāng)一個(gè)未定義系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電機(jī)停止而沒有任何顯示。如果出現(xiàn)這種情況，數(shù)據(jù)人員仍能描述和創(chuàng)建造成錯(cuò)誤數(shù)據(jù)文檔，并通過數(shù)據(jù)文件能重現(xiàn)歷史故障。如果電機(jī)仍然處于故障中，系統(tǒng)將空電機(jī)不能被重啟，直到故障排除。 4 通過實(shí)驗(yàn)對電機(jī)進(jìn)行故障檢測和保護(hù) 計(jì)算機(jī)借口程序被寫在Winlog軟件的SCADA程序包中。根據(jù)“Modbus”協(xié)議獲取PLC與電腦的端口通信協(xié)議。協(xié)議如下： 通道：１ 配置:Modbus RTU 端口:COM1 波特率:19200 停止位:1 數(shù)據(jù)位:8 溢出時(shí)間(ms):1000 查詢暫停(ms):20 如圖9，給出了電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)開發(fā)軟件的目錄。通過實(shí)驗(yàn)開發(fā)研制電機(jī)故障檢查和保護(hù)系統(tǒng)，其程序的菜單有6個(gè)按鈕包括start、stop、alarm and reset、groups、ime axis和aspect。 1) Start是用來啟動電機(jī)。 2) Stop時(shí)用來停止電機(jī)轉(zhuǎn)動。 3) Alarm and reset是用于當(dāng)電機(jī)處于任何故障時(shí)停止電機(jī)運(yùn)行。 即使電機(jī)轉(zhuǎn)為正常狀態(tài)，電機(jī)也不會自己自動啟動。要想啟動電機(jī)，首先要保證重啟按鈕亮著，其次必須人為的點(diǎn)擊重啟按鈕。 groups是用來人為建立特定需要的圖解圖組。例如，如果用戶想看三相情況的圖形，就能依靠groups按鈕功能將所需要的圖解組合顯示在電腦屏幕上。 4)Time axis是用于調(diào)節(jié)時(shí)間分割。因此，時(shí)間軸可在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)間，如圖10。 5)Aspect是用于設(shè)置線條的厚度。 圖9 軟件開始板面截圖 電壓和電流的繪制圖表被插入在目錄中。此外，軟件平面還給出了8個(gè)不同的三相電流和電機(jī)電壓狀態(tài)按鈕。也顯示了電機(jī)變量包括三相電壓、三相電流、電機(jī)溫度和電機(jī)轉(zhuǎn)速。 圖10 顯示時(shí)間范圍。 電機(jī)在啟動前，要通過鍵盤手動輸入電機(jī)運(yùn)行時(shí)三相電壓、三相電流、電機(jī)溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)速允許的最大最小值，只有當(dāng)這些值被輸入后電機(jī)才能被啟動。當(dāng)點(diǎn)擊圖標(biāo)motor，屏幕上顯示相應(yīng)的設(shè)置菜單如圖11。電機(jī)選用的電壓電流波形可通過示波器顯示。通過該軟件實(shí)驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)將在電腦運(yùn)算分析用于電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)。此外，計(jì)算機(jī)屏幕每隔200ms新刷一次。 圖11 程序運(yùn)行頁面截圖。 電機(jī)保護(hù)設(shè)置是基于規(guī)定的控制理論，用于電機(jī)故障檢測和電機(jī)保護(hù)。 本設(shè)計(jì)通過實(shí)驗(yàn)的方式開發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。在系統(tǒng)中的溫度傳感器僅用于檢測定子電流故障，忽視了轉(zhuǎn)子的溫度。在圖表II中顯示可能檢測出來的錯(cuò)誤。圖表中， <、>、≥和≤符號分別代表了I1， I2， I3， V1， V2， V3， nr 和TC在進(jìn)行數(shù)值比較時(shí)小于、大于、大于或等于和小于或等于。星號(*)表示沒有數(shù)值。N表示該值為標(biāo)準(zhǔn)正常值。該系統(tǒng)會自動記錄出現(xiàn)的任何故障，并將發(fā)生故障的日期和時(shí)間顯示在屏幕上。當(dāng)警報(bào)解除后，通過按復(fù)位按鈕重新啟動保護(hù)系統(tǒng)。如果仍然處于警報(bào)當(dāng)中，按了復(fù)位按鈕系統(tǒng)也不會被啟動。 表2電機(jī)故障各項(xiàng)分析表 故障類型 I1 I2 I3 V1 V2 V3 Nr Tc 電機(jī)停止或三階段是不存在的 ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ * 1相繞組不導(dǎo)電 0 ≥N ≥N N N N ≤N * 2相繞組不導(dǎo)電 ≥N 0 ≥N N N N ≤N * 3相繞組不導(dǎo)電 ≥N ≥N 0 N N N ≤N * 全部繞組不導(dǎo)電 0 0 0 N N N ≤N * 1階段是從電源切斷 0 ≥N ≥N ＜ ≤N ≤N N * 2階段是從電源切斷 ≥N 0 ≥N N ＜ N ≤N * 3階段是從電源切斷 ≥N ≥N 0 N N ＜ ≤N * 有可能是在1相短路 ＞ ≤N ≤N * * * ＜ * 有可能是在2相短路 ≤N ＞ ≤N * * * ＜ * 有可能是在3相短路 ≤N ≤N ＞ * * * ＜ * 電壓超過1期的上限 ≥N ≥N ≥N ＞ N N N * 電壓超過2期的上限 ≥N ≥N ≥N N ＞ N N * 電壓超過3期的上限 ≥N ≥N ≥N N N ＞ N * 電壓是在階段1和2的上限 ≥N ≥N ≥N ＞ ＞ N N * 電壓是在階段1和3的上限 ≥N ≥N ≥N ＞ N N N * 電壓是在階段2和3的上限 ≥N ≥N ≥N N ＞ ＞ N * 電壓是在階段1，2和3的上限 ≥N ≥N ≥N ＞ ＞ ＞ N * 電壓低于1期的下限 ≤N ≥N ≥N ＜ N N ≤N * 電壓低于2期的下限 ≥N ≤N ≥N N ＜ N ≤N * 電壓低于3期的下限 ≥N ≥N ≤N N N ＜ ≤N * 電壓低于1和2期的下限 ≤N ≤N ≥N ＜ ＜ N ≤N * 電壓低于1和3期的下限 ≤N ≥N ≤N ＜ N ＜ ≤N * 電壓低于2和3期的下限 ≥N ≤N ≤N N ＜ ＜ ≤N * 電壓低于1，2和3期的下限 ≥N ≥N ≥N ＜ ＜ ＜ ≤N * 有可能是一個(gè)與電動機(jī)的通風(fēng)問題 N N N N N N N ＞ 三個(gè)階段是切斷電機(jī)不起動 0 0 0 0＜ ＜ ＜ ＜ * 1階段的線圈切斷或三與接線盒的問題 0 ＞ ＞ N N N ＜ * 2階段的線圈切斷或三與接線盒的問題 ＞ 0 ＞ N N N ＜ * 3階段的線圈切斷或三與接線盒的問題 ＞ ＞ 0 N N N ＜ * 在上表2中，記錄顯示了30種電機(jī)故障時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。每次檢查都將電機(jī)的三相電壓、三相電流、三相電壓，電機(jī)溫度和電機(jī)轉(zhuǎn)速與正常值進(jìn)行了比較。如果出現(xiàn)任何故障，計(jì)算機(jī)將發(fā)出控制信號控制電機(jī)停止運(yùn)行。如果出現(xiàn)沒被記錄的故障，電機(jī)仍然會得到保護(hù)。并且這些故障能被操作人員找到描述出來。 5 結(jié)論 在這項(xiàng)研究中，新的異步電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)在Gazi大學(xué)機(jī)械電子科學(xué)和能量控制組實(shí)驗(yàn)室（GEMEC）設(shè)計(jì)完成，并在Gazi大學(xué)成功研制出實(shí)物。如圖5，顯示了一個(gè)1.5kw異步電機(jī)與保護(hù)系統(tǒng)的檢測部件連線圖。實(shí)驗(yàn)證明，基于PLC控制的異步電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，能對電機(jī)出現(xiàn)的各種故障起到保護(hù)作用，如斷相、過/欠流、過/欠壓、三相電壓不平衡、過載、三相電流不平衡、接地錯(cuò)誤和重復(fù)啟動。能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測電機(jī)故障，如果出現(xiàn)記錄故障，電機(jī)將會停止運(yùn)行，并將故障信息報(bào)告顯示在屏幕上。就算發(fā)生沒有被記錄的故障，電機(jī)仍然會被停止運(yùn)行，之后操作人員可以通過記錄信息找到故障原因。通過測試發(fā)現(xiàn)，能成功的檢查出這些沒有被記錄故障，并恢復(fù)它們，使電機(jī)正常運(yùn)行。 結(jié)果表明，設(shè)計(jì)人員已經(jīng)成功用異步電機(jī)參數(shù)基于PLC設(shè)計(jì)了可靠的電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。PLC程序的總長度大約500語句，執(zhí)行每條布爾指令需要0.37μs。因此，每次編譯軟件需要花費(fèi)185μs，通過傳感器能在1s中內(nèi)對電機(jī)進(jìn)行5000次故障檢測。實(shí)驗(yàn)表明設(shè)計(jì)研究的電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)能成功的對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，并且由于該設(shè)計(jì)采用的是電子設(shè)備，優(yōu)越于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備，比其更快更效率。 此外，它不需要任何的轉(zhuǎn)換器件，相對于基計(jì)算機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)花費(fèi)更少更廉價(jià)。而且，它提供了可視環(huán)境，系統(tǒng)的使用相對于基于PIC的系統(tǒng)更易操作。最后，該系統(tǒng)包含了電機(jī)各種參數(shù)設(shè)置，使得參數(shù)設(shè)定更加靈活。系統(tǒng)中提供的可視化界面比其它基于PLC的保護(hù)系統(tǒng)更容易學(xué)習(xí)。而且在硬件和軟件不需要做多大變化的情況下，就能將該設(shè)備用于直流電機(jī)的保護(hù)。唯一的難點(diǎn)就是對編碼器測量信號的實(shí)驗(yàn)研究分析。 12 利用傳感器對異步電機(jī)進(jìn)行故障監(jiān)測和保護(hù) 摘要 保護(hù)交流電機(jī)在使用過程中由于過電壓、過電流、超負(fù)荷、過熱、欠電壓對電機(jī)的損壞，對于防止工業(yè)事故非常重要。在過去的保護(hù)方式中使用接觸器，電壓、電流繼電器等部件對異步電機(jī)能進(jìn)行保護(hù)。雖然這種方式能起到一定的保護(hù)作用，然而這種機(jī)械式保護(hù)方式已經(jīng)成為傳統(tǒng)無法適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的需求。在現(xiàn)代技術(shù)中，出現(xiàn)了通過使用計(jì)算機(jī)和可編程集成電路（PLC）為基礎(chǔ)的保護(hù)電路，這種電路能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械部分對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。然而，以PIC為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)保護(hù)方式，PIC本身無法響應(yīng)模擬量參數(shù)，需要通過數(shù)?？ǎˋDC）進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。在本設(shè)計(jì)研究中，采用了一種新的方法，通過使用可編程邏輯控制器（PLC）對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。在該方法中，所有接觸器、定時(shí)器、繼電器和轉(zhuǎn)換卡都被邏輯基礎(chǔ)電路取代掉。而且，在該系統(tǒng)下，對電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、溫度等關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警，并能通過屏幕顯示出來。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于PLC的保護(hù)方式相對于基于PIC的計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)保護(hù)方式而言，不僅開發(fā)費(fèi)用少、精度高、更安全而且由于加有顯示器，使得監(jiān)測可視化等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵字：自動化設(shè)計(jì)， 故障監(jiān)測， 異步電動機(jī)保護(hù)， 可編程控制 1 引言 現(xiàn)今交流異步電機(jī)做為執(zhí)行機(jī)構(gòu)廣泛用于許多工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。在正常使用情況下，電機(jī)的運(yùn)行安全可靠的。但是當(dāng)遇到不可靠因素的影響時(shí)會造成電機(jī)損壞，同時(shí)造成工業(yè)生產(chǎn)損失。本文研究的異步電機(jī)故障檢測技術(shù)是一種快速的電機(jī)故障檢測技術(shù)。它不僅能保護(hù)電機(jī)本身同時(shí)還能有效避免在工業(yè)生產(chǎn)過程中電機(jī)的損壞造成的意外事故?？偟膩碚f監(jiān)測技術(shù)按類分可以分為傳統(tǒng)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)。 傳統(tǒng)的三相異步電機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)，由機(jī)械式和電起式結(jié)構(gòu)組成。在以前的傳統(tǒng)保護(hù)方式中純在很多的缺陷，由于是機(jī)械形式所以無法檢測電路上的故障，如定子線圈的絕緣層順壞。而且，由于機(jī)械設(shè)備需要人為控制，這不僅影響生產(chǎn)效率，而且純在著操作安全隱患。 到目前為止，有很多研究人員對異步電機(jī)的監(jiān)控方式進(jìn)行了研究，并在其研究成果中對其電機(jī)的保護(hù)方式進(jìn)行了說明 。 環(huán)顧該領(lǐng)域技術(shù)，目前最為先進(jìn)，最為前沿的保護(hù)方式是通過使用計(jì)算機(jī)微處理器技術(shù)，對異步電機(jī)定子故障進(jìn)行檢測和保護(hù)的數(shù)字式保護(hù)方式。通過對電機(jī)的損壞原因進(jìn)行詳細(xì)，電機(jī)損壞的原因主要包括：包括滾珠軸承的失敗，速度的連鎖效應(yīng)，氣隙偏心，轉(zhuǎn)子偏心，轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)速波動、軸承損壞、不平衡的電壓故障，線圈匝間損壞，定子繞組溫度異常，基于微控制器的數(shù)字保護(hù)器損壞。研究發(fā)現(xiàn)影響電機(jī)的參數(shù)較多，如果對電機(jī)的一兩個(gè)變量進(jìn)行檢測控制，無法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的保護(hù)。因此，要實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的保護(hù)控制，需要對多個(gè)量同時(shí)檢測控制，這使得在學(xué)習(xí)用計(jì)算機(jī)對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)方式研究帶來了研究困難。通過測量獲取電機(jī)的電壓、電流、溫度和速度的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，最后由計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)分析后進(jìn)行電機(jī)的保護(hù)。這種方式，雖然將所有的電機(jī)參數(shù)都考慮進(jìn)去了，但是由于數(shù)據(jù)采集后需要進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換（ADC），這不僅僅使得檢測控制設(shè)備變得龐大，同時(shí)也增加了研制成本。 如果通過使用可編程集成電路（PIC）為基礎(chǔ)的保護(hù)系統(tǒng)。雖然在單片機(jī)的幫助下可以通過各種方式對異步電機(jī)的相電流，相電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)線圈溫度異常引起的故障進(jìn)行保護(hù)，但是卻無法將這一系列過程通過顯示器顯示出來。 當(dāng)今，可編程邏輯控制器（PLC）廣泛使用在工業(yè)自動化的保護(hù)系統(tǒng)中。在PLC系統(tǒng)中配置有適合直接使用在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的專用的I/O口。通過專用的I/O口，可以將輸入組件，如壓力、水平、溫度傳感器直接連接到系統(tǒng)中。同時(shí)控制線路的驅(qū)動組件如接觸器和電磁閥也能直接連接到PLC的輸出端。因此許多工廠通過使用PLC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動化控制，不僅減少了生產(chǎn)成本同時(shí)也提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。有幾篇論文發(fā)表了關(guān)于用PLC對異步電動機(jī)進(jìn)行控制。其中講到關(guān)于三相異步電機(jī)功率因素控制方法，通過采用可編程控制器（PLC）在可控制范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)頻可以實(shí)現(xiàn)提高電機(jī)的功率因素。而且通過使用以可編程控制器（PLC）為基礎(chǔ)的監(jiān)測系統(tǒng)，能通過變頻控制實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)電機(jī)高精度很定轉(zhuǎn)速控制。不僅如此，使用PLC在對速度進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)中，通過對速度閉環(huán)控制，能很好的實(shí)現(xiàn)橫轉(zhuǎn)速變負(fù)載和恒負(fù)載變轉(zhuǎn)速控制。 下面介紹通過使用基于PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)的檢測和保護(hù)方法。在此方法中通過使用PLC成功解決了異步電機(jī)在操作過程中由異常相電流，相電壓，轉(zhuǎn)速和電機(jī)繞組溫度造成故障。在該系統(tǒng)的研究中，如果僅僅使用可編程控制器（PLC）制作保護(hù)系統(tǒng)，其花費(fèi)的成本會變得很大。但是如果合理選取PLC可以在不額外加入其它的微處理器的情況下，實(shí)現(xiàn)電機(jī)自動化系統(tǒng)控制。本文對這PLC進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。其中第二部分介紹了PLC。第三部分詳細(xì)介紹了系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的硬件，軟件和實(shí)測結(jié)果。第四部分講述了電機(jī)故障檢測與保護(hù)的實(shí)驗(yàn)研究。第五部分對該研究進(jìn)行了總結(jié)。 2 可編程邏輯控制器 可編程控制器（PLC）作為一種小型的計(jì)算機(jī)，能實(shí)現(xiàn)對實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行自動化控制，如控制在工廠組裝生產(chǎn)線上的機(jī)械進(jìn)行自動化生產(chǎn)。同時(shí)也能通過編程方式實(shí)現(xiàn)對工程設(shè)備進(jìn)行可靠的檢測控制。這是因?yàn)椋琍LC上配置有許多的I/O口，供信號端口接入，并能夠加載在PLC中存儲器中的程序，實(shí)現(xiàn)通過程序控制各個(gè)部件的輸入輸出。PLC的基本構(gòu)造說明如圖1所示。 在該保護(hù)設(shè)計(jì)研究中，PLC能夠通過模擬量測量異步電機(jī)的電流、電壓、溫度和電機(jī)轉(zhuǎn)速。并通過程序不間斷的監(jiān)視這些輸入信號，控制電機(jī)輸出。 西門子s7-200系列224的CPU可編程控制器具有14位數(shù)字輸入/10位數(shù)字輸出地址。內(nèi)置4096字節(jié)的程序存儲器。使用STEP 7—Micro/Win 32軟件編程平臺。程序清單編輯器(STL)和梯形圖(LAD)輔助設(shè)計(jì)。與電腦下載程序，需要控制調(diào)節(jié)與電腦的波特率。其連線設(shè)定匹配的波特率參照使用手冊。 開關(guān)傳感器 輸入 單元 硬件 輸出繼電器 繼電器電磁閥 程序設(shè)計(jì)器接口 （P C） 圖1 可編程序控制器(PLC)的基本結(jié)構(gòu) 圖2模擬和數(shù)字可編程序控制器(PLC)模塊 模擬模塊通常工作在8位或者12的操作系統(tǒng)下，連接有一個(gè)或者一個(gè)以上的模擬傳感器，主要功能是分析處理模擬信號。例如，電磁(EM)235模塊12-bit系統(tǒng)在輸入端能連接四個(gè)模擬傳感器，其端口分別表示為A、B、C、D。每個(gè)通道首先對 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。由于PLC智能判斷邏輯信號無法直接讀取識別模擬信號。所以模擬模塊需要在PLC下處理模擬信號。在這模擬模塊中，電機(jī)的相電流、相電壓、溫度和電機(jī)轉(zhuǎn)速能通過模擬模塊測量。如圖2，為可編程序控制器(PLC)的電路元件接線方式。 3 異步電動機(jī)的控制系統(tǒng) 圖3 保護(hù)系統(tǒng)原理說明圖 如圖3所示，通過一個(gè)框圖說明該保護(hù)系統(tǒng)。其中檢測裝置包含電流、電壓、轉(zhuǎn)子速度和繞組溫度測量裝置。其保護(hù)系統(tǒng)可以分為：硬件部分，儀表裝置，軟件部分三大類。這些部件將在下面介紹。 A：硬件 用于保護(hù)系統(tǒng)研究硬件組成：三相異步電機(jī)，功率為1.5kw，轉(zhuǎn)速為2800r /min；三相電壓變壓器，變壓范圍220/5v；三相變流器，電流比1000:1；溫度傳感器，敏感系數(shù)1°/10 mV；編碼器，每轉(zhuǎn)360個(gè)脈沖；積分電路真有效值至直流轉(zhuǎn)換器；西門子S7 CPU 224、200系列PLC。 B：儀表 如圖5所示，在保護(hù)系統(tǒng)中電源部分包含電動機(jī)電流、電壓采集卡，變流器和變壓器。運(yùn)算電路包括運(yùn)算放大器，增益電位器和一個(gè)用來改變電流值過濾器電路。在該系統(tǒng)中，采集卡的輸出端用于接入積分電路真有效值至直流轉(zhuǎn)換器，其結(jié)構(gòu)如圖5。在積分電路真有效值至直流轉(zhuǎn)換器中使用的是AD536A集成電路。AD536A集成電路是一個(gè)完整的單片集成電路，能正確執(zhí)行積分電路真有效值至直流轉(zhuǎn)換。同時(shí)提供系統(tǒng)模塊單元比，這比混合模塊單元更加完善性能更好而且更便宜。而且能通過輸入積分電路包括直流和交流部分直接計(jì)算各種復(fù)雜波形[19]。在圖5中，電位計(jì)和濾波電路，被用在積分電路真有效值至直流轉(zhuǎn)換器改變電流和電壓值。轉(zhuǎn)換后的電流和電壓通過積分電路真有效值至直流轉(zhuǎn)換器移交給PLC的模擬模塊。在系統(tǒng)中，為了測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在電機(jī)軸上連接增量式編碼器，其編碼靈敏度為每轉(zhuǎn)360個(gè)脈沖[20]，如圖6。在編碼器的末端，利用轉(zhuǎn)換電路將該編碼器輸出經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制(PWM)被轉(zhuǎn)換為直流電壓值，如圖7。 在線圈中使用LM-35傳感器檢測電機(jī)的溫度。LM-35傳感器是一種線性的傳感器元件，測量敏感系數(shù)為10mv/1°C [21]。通過測量獲得的溫度信號經(jīng)過放大整流之后被輸入到PLC。電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)最大允許環(huán)境溫度為40 ?C，如果超過這個(gè)值，PLC將控制電機(jī)停止運(yùn)行。 圖4 系統(tǒng)總體全圖 圖5 視圖的測量卡和積分電路真有效值 圖6 連接到電機(jī)軸上的增量式編碼器 圖7 . 將電流轉(zhuǎn)換為電壓的PWM電路 C 軟件設(shè)計(jì) PLC通過Microwin平臺下進(jìn)行軟件開發(fā)設(shè)計(jì)，方便電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的開發(fā)。PLC系統(tǒng)提供了基于主機(jī)終端的軟件工具軟件開發(fā)環(huán)境，在此環(huán)境能進(jìn)行軟件開發(fā)，驗(yàn)證，測試和系統(tǒng)分析。 首先，由序人員用高級語言編寫程序。然后，通過軟件轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制指令代碼，最后將程序存儲在RAM中或可擦寫可編程只讀存儲器(EPROM)中。通過CPU進(jìn)行連續(xù)解碼并執(zhí)行指令。CPU的功能是運(yùn)行存儲器中的程序，并根據(jù)程序控制是控制操作I/O口的讀寫，其中連接在PLC上的每個(gè)輸入輸出I/O口都有唯一的地址用于識別。其中保護(hù)系統(tǒng)的程序流程圖如圖8。通過程序控制PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出并能將這異步電機(jī)的三相電壓(V1、V2，V3)，三相交流電（I1，I3，(12)，電機(jī)轉(zhuǎn)度(nr)和溫度(TC)的數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。顯示情況如圖3中所示。 開始 + 讀取輸入和儲存數(shù) 顯示 V1,V2,V3,I1,I2,I3,N5,T6在電腦上 是 V1,V2,V3,I1,I2,I3,Nr=0 否 執(zhí)行梯形程序 否 程序是否在最 大至最小區(qū)間 停止電機(jī)，給屏幕報(bào)警信息 是 更新輸出 否 是否電機(jī)停止 停止 是 圖8程序流程圖如圖 圖表1給出了電機(jī)變量及參數(shù)。 PLC軟件總長度大約是500語句。PLC執(zhí)行每條布爾指令需要0.37μs。因此，每次編譯軟件需要花費(fèi)185μs。通過傳感器能在1s中內(nèi)對電機(jī)進(jìn)行5000次故障檢測。根據(jù)控制程序，讀取這寫數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算。 表1電機(jī)變量及參數(shù)圖 變量 符號 輸入 單元 電壓方面1 V1 模擬模塊1輸入A 伏 電壓方面2 V2 模擬模塊1輸入B 伏 電壓方面3 V3 模擬模塊1輸入C 伏 電流方面1 I1 模擬模塊1輸入D 安培 電流方面2 I2 模擬模塊2輸入A 安培 電流方面3 I3 模擬模塊2輸入B 安培 速度 Nr 模擬模塊2輸入C 轉(zhuǎn) 繞組溫度 Tc 模擬模塊2輸入D 度 電機(jī)瞬態(tài)時(shí)間（連續(xù)不斷的被程序控制的時(shí)間）設(shè)置為100ms。如果瞬態(tài)時(shí)間超過設(shè)置時(shí)間，該程序去控制程序，讓ＰＬＣ發(fā)送控制電機(jī)電流信號，控制電機(jī)停止運(yùn)行。最后程序運(yùn)行結(jié)果將現(xiàn)實(shí)在屏幕上。當(dāng)程序連續(xù)運(yùn)行時(shí)，每200ms更新一次運(yùn)行結(jié)果。軟件中瞬態(tài)時(shí)間和更新時(shí)間可以根據(jù)電機(jī)的負(fù)載和電流情況進(jìn)行更改。 在無需人的干預(yù)下通過軟件直接將相電壓、相電流、轉(zhuǎn)子速度和電機(jī)溫度顯示在屏幕上。程序?qū)⒃谝?guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)行，在允許的范圍內(nèi)，不斷采集數(shù)據(jù)。如果沒有讀到新有效值，該程序?qū)⒀h(huán)讀取信號并計(jì)算，直到讀到新的電壓，電流，速度、溫度(V1、V2、V3，I3、 I1、I2、I3，Tc)。這時(shí)程序?qū)Σ杉降娜嚯妷?，三相電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速以及溫度與他們的正常值進(jìn)行比較，如果系統(tǒng)發(fā)生出現(xiàn)任何故障，將通過PLC發(fā)送信號控制電機(jī)停止運(yùn)行，并將故障信息記錄顯示在屏幕上。當(dāng)一個(gè)未定義系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電機(jī)停止而沒有任何顯示。如果出現(xiàn)這種情況，數(shù)據(jù)人員仍能描述和創(chuàng)建造成錯(cuò)誤數(shù)據(jù)文檔，并通過數(shù)據(jù)文件能重現(xiàn)歷史故障。如果電機(jī)仍然處于故障中，系統(tǒng)將空電機(jī)不能被重啟，直到故障排除。 4 通過實(shí)驗(yàn)對電機(jī)進(jìn)行故障檢測和保護(hù) 計(jì)算機(jī)借口程序被寫在Winlog軟件的SCADA程序包中。根據(jù)“Modbus”協(xié)議獲取PLC與電腦的端口通信協(xié)議。協(xié)議如下： 通道：１ 配置:Modbus RTU 端口:COM1 波特率:19200 停止位:1 數(shù)據(jù)位:8 溢出時(shí)間(ms):1000 查詢暫停(ms):20 如圖9，給出了電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)開發(fā)軟件的目錄。通過實(shí)驗(yàn)開發(fā)研制電機(jī)故障檢查和保護(hù)系統(tǒng)，其程序的菜單有6個(gè)按鈕包括start、stop、alarm and reset、groups、ime axis和aspect。 1) Start是用來啟動電機(jī)。 2) Stop時(shí)用來停止電機(jī)轉(zhuǎn)動。 3) Alarm and reset是用于當(dāng)電機(jī)處于任何故障時(shí)停止電機(jī)運(yùn)行。 即使電機(jī)轉(zhuǎn)為正常狀態(tài)，電機(jī)也不會自己自動啟動。要想啟動電機(jī)，首先要保證重啟按鈕亮著，其次必須人為的點(diǎn)擊重啟按鈕。 groups是用來人為建立特定需要的圖解圖組。例如，如果用戶想看三相情況的圖形，就能依靠groups按鈕功能將所需要的圖解組合顯示在電腦屏幕上。 4)Time axis是用于調(diào)節(jié)時(shí)間分割。因此，時(shí)間軸可在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)間，如圖10。 5)Aspect是用于設(shè)置線條的厚度。 圖9 軟件開始板面截圖 電壓和電流的繪制圖表被插入在目錄中。此外，軟件平面還給出了8個(gè)不同的三相電流和電機(jī)電壓狀態(tài)按鈕。也顯示了電機(jī)變量包括三相電壓、三相電流、電機(jī)溫度和電機(jī)轉(zhuǎn)速。 圖10 顯示時(shí)間范圍。 電機(jī)在啟動前，要通過鍵盤手動輸入電機(jī)運(yùn)行時(shí)三相電壓、三相電流、電機(jī)溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)速允許的最大最小值，只有當(dāng)這些值被輸入后電機(jī)才能被啟動。當(dāng)點(diǎn)擊圖標(biāo)motor，屏幕上顯示相應(yīng)的設(shè)置菜單如圖11。電機(jī)選用的電壓電流波形可通過示波器顯示。通過該軟件實(shí)驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)將在電腦運(yùn)算分析用于電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)。此外，計(jì)算機(jī)屏幕每隔200ms新刷一次。 圖11 程序運(yùn)行頁面截圖。 電機(jī)保護(hù)設(shè)置是基于規(guī)定的控制理論，用于電機(jī)故障檢測和電機(jī)保護(hù)。 本設(shè)計(jì)通過實(shí)驗(yàn)的方式開發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。在系統(tǒng)中的溫度傳感器僅用于檢測定子電流故障，忽視了轉(zhuǎn)子的溫度。在圖表II中顯示可能檢測出來的錯(cuò)誤。 表2電機(jī)故障各項(xiàng)分析表 故障類型 I1 I2 I3 V1 V2 V3 Nr Tc 電機(jī)停止或三階段是不存在的 ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ * 1相繞組不導(dǎo)電 0 ≥N ≥N N N N ≤N * 2相繞組不導(dǎo)電 ≥N 0 ≥N N N N ≤N * 3相繞組不導(dǎo)電 ≥N ≥N 0 N N N ≤N * 全部繞組不導(dǎo)電 0 0 0 N N N ≤N * 1階段是從電源切斷 0 ≥N ≥N ＜ ≤N ≤N N * 2階段是從電源切斷 ≥N 0 ≥N N ＜ N ≤N * 3階段是從電源切斷 ≥N ≥N 0 N N ＜ ≤N * 有可能是在1相短路 ＞ ≤N ≤N * * * ＜ * 有可能是在2相短路 ≤N ＞ ≤N * * * ＜ * 有可能是在3相短路 ≤N ≤N ＞ * * * ＜ * 電壓超過1期的上限 ≥N ≥N ≥N ＞ N N N * 電壓超過2期的上限 ≥N ≥N ≥N N ＞ N N * 電壓超過3期的上限 ≥N ≥N ≥N N N ＞ N * 電壓是在階段1和2的上限 ≥N ≥N ≥N ＞ ＞ N N * 電壓是在階段1和3的上限 ≥N ≥N ≥N ＞ N N N * 電壓是在階段2和3的上限 ≥N ≥N ≥N N ＞ ＞ N * 電壓是在階段1，2和3的上限 ≥N ≥N ≥N ＞ ＞ ＞ N * 電壓低于1期的下限 ≤N ≥N ≥N ＜ N N ≤N * 電壓低于2期的下限 ≥N ≤N ≥N N ＜ N ≤N * 電壓低于3期的下限 ≥N ≥N ≤N N N ＜ ≤N * 電壓低于1和2期的下限 ≤N ≤N ≥N ＜ ＜ N ≤N * 電壓低于1和3期的下限 ≤N ≥N ≤N ＜ N ＜ ≤N * 電壓低于2和3期的下限 ≥N ≤N ≤N N ＜ ＜ ≤N * 電壓低于1，2和3期的下限 ≥N ≥N ≥N ＜ ＜ ＜ ≤N * 有可能是一個(gè)與電動機(jī)的通風(fēng)問題 N N N N N N N ＞ 三個(gè)階段是切斷電機(jī)不起動 0 0 0 0＜ ＜ ＜ ＜ * 1階段的線圈切斷或三與接線盒的問題 0 ＞ ＞ N N N ＜ * 2階段的線圈切斷或三與接線盒的問題 ＞ 0 ＞ N N N ＜ * 3階段的線圈切斷或三與接線盒的問題 ＞ ＞ 0 N N N ＜ * 圖表中， <、>、≥和≤符號分別代表了I1， I2， I3， V1， V2， V3， nr 和TC在進(jìn)行數(shù)值比較時(shí)小于、大于、大于或等于和小于或等于。星號(*)表示沒有數(shù)值。N表示該值為標(biāo)準(zhǔn)正常值。該系統(tǒng)會自動記錄出現(xiàn)的任何故障，并將發(fā)生故障的日期和時(shí)間顯示在屏幕上。當(dāng)警報(bào)解除后，通過按復(fù)位按鈕重新啟動保護(hù)系統(tǒng)。如果仍然處于警報(bào)當(dāng)中，按了復(fù)位按鈕系統(tǒng)也不會被啟動。 在上表2中，記錄顯示了30種電機(jī)故障時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。每次檢查都將電機(jī)的三相電壓、三相電流、三相電壓，電機(jī)溫度和電機(jī)轉(zhuǎn)速與正常值進(jìn)行了比較。如果出現(xiàn)任何故障，計(jì)算機(jī)將發(fā)出控制信號控制電機(jī)停止運(yùn)行。如果出現(xiàn)沒被記錄的故障，電機(jī)仍然會得到保護(hù)。并且這些故障能被操作人員找到描述出來。 5 結(jié)論 在這項(xiàng)研究中，新的異步電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)在Gazi大學(xué)機(jī)械電子科學(xué)和能量控制組實(shí)驗(yàn)室（GEMEC）設(shè)計(jì)完成，并在Gazi大學(xué)成功研制出實(shí)物。如圖5，顯示了一個(gè)1.5kw異步電機(jī)與保護(hù)系統(tǒng)的檢測部件連線圖。實(shí)驗(yàn)證明，基于PLC控制的異步電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，能對電機(jī)出現(xiàn)的各種故障起到保護(hù)作用，如斷相、過/欠流、過/欠壓、三相電壓不平衡、過載、三相電流不平衡、接地錯(cuò)誤和重復(fù)啟動。能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測電機(jī)故障，如果出現(xiàn)記錄故障，電機(jī)將會停止運(yùn)行，并將故障信息報(bào)告顯示在屏幕上。就算發(fā)生沒有被記錄的故障，電機(jī)仍然會被停止運(yùn)行，之后操作人員可以通過記錄信息找到故障原因。通過測試發(fā)現(xiàn)，能成功的檢查出這些沒有被記錄故障，并恢復(fù)它們，使電機(jī)正常運(yùn)行。 結(jié)果表明，設(shè)計(jì)人員已經(jīng)成功用異步電機(jī)參數(shù)基于PLC設(shè)計(jì)了可靠的電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。PLC程序的總長度大約500語句，執(zhí)行每條布爾指令需要0.37μs。因此，每次編譯軟件需要花費(fèi)185μs，通過傳感器能在1s中內(nèi)對電機(jī)進(jìn)行5000次故障檢測。實(shí)驗(yàn)表明設(shè)計(jì)研究的電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)能成功的對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，并且由于該設(shè)計(jì)采用的是電子設(shè)備，優(yōu)越于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備，比其更快更效率。 此外，它不需要任何的轉(zhuǎn)換器件，相對于基計(jì)算機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)花費(fèi)更少更廉價(jià)。而且，它提供了可視環(huán)境，系統(tǒng)的使用相對于基于PIC的系統(tǒng)更易操作。最后，該系統(tǒng)包含了電機(jī)各種參數(shù)設(shè)置，使得參數(shù)設(shè)定更加靈活。系統(tǒng)中提供的可視化界面比其它基于PLC的保護(hù)系統(tǒng)更容易學(xué)習(xí)。而且在硬件和軟件不需要做多大變化的情況下，就能將該設(shè)備用于直流電機(jī)的保護(hù)。唯一的難點(diǎn)就是對編碼器測量信號的實(shí)驗(yàn)研究分析。 13