PLC 自控系統(tǒng)中的電機(jī)短路故障防護(hù)分析

劉商海

（云南銅業(yè)股份有限公司西南銅業(yè)分公司）

0 引言

PLC控制器是一種專業(yè)的工業(yè)控制電腦及CPU（CPU）PLC的控制核心。PLC在工作時(shí)，先將每個(gè)輸入裝置的狀況及資料在掃描范圍內(nèi)進(jìn)行采集，并將其儲(chǔ)存于輸入／輸出圖像區(qū)，再由使用者程式記憶體中讀出使用者程式，以說明對該指令之?dāng)?shù)學(xué)或邏輯操作之成果。當(dāng)完成所有的用戶程式時(shí)，將輸入／映像區(qū)的輸出記錄或輸出記錄資料傳送給對應(yīng)的輸出裝置，這樣的重復(fù)操作直至結(jié)束。PLC的自動(dòng)化控制是對裝置進(jìn)行安全監(jiān)測和保護(hù)功能的關(guān)鍵。為了更好地實(shí)現(xiàn)其作用，本文對PLC在電動(dòng)機(jī)故障防護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行了討論。

1 PLC自控系統(tǒng)中的電機(jī)短路故障原因分析

PLC是一種新型的控制裝置，它在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的運(yùn)用。PLC自動(dòng)控制在實(shí)際應(yīng)用中，常常因?yàn)樽陨泶嬖谌毕荻鴮?dǎo)致監(jiān)測不理想，特別是當(dāng)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的短路時(shí)，難以檢測和有效地加以控制，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。為了防止電動(dòng)機(jī)的短路故障，必須對PLC的自動(dòng)化控制進(jìn)行改造和完善。故障是一種在操作中的普遍的失效，對多個(gè)失效進(jìn)行分析，可以看出在啟動(dòng)期出現(xiàn)的短路。由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的周期較長，經(jīng)過電動(dòng)機(jī)的瞬間電流就會(huì)增加，超過了電動(dòng)機(jī)的額定值，從而導(dǎo)致了電動(dòng)機(jī)的失效。除了由于某些特定的因素，如絕緣等導(dǎo)致的電擊和過載，大多數(shù)的失效都是由電動(dòng)機(jī)的絕緣老化所致。由于工作環(huán)境的變化，尤其是在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部不均勻時(shí)，會(huì)使電器的絕緣性能下降，從而很難預(yù)防發(fā)生短路事故［1］。

1.1 導(dǎo)致電機(jī)短路故障的原因

在運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種故障，尤其是短路故障是電機(jī)非常常見的故障，嚴(yán)重影響電機(jī)的性能。啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)，電機(jī)電流迅速增加，大電流可能遠(yuǎn)高于電機(jī)額定電流，容易造成短路故障。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，溫度是造成電機(jī)故障的主要因素，尤其是當(dāng)電機(jī)內(nèi)部溫度不均時(shí)，很容易造成電氣設(shè)備絕緣問題，短路故障難以避免。

1.2 PLC自控系統(tǒng)中電機(jī)短路故障防護(hù)的難點(diǎn)

可編程序控制器（PLC）控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，對電機(jī)的運(yùn)行起到控制和監(jiān)測的重要作用，是重要的電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。但目前的采樣系統(tǒng)實(shí)施階段比電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性要難，采樣后的電流穩(wěn)定性，有更明顯的時(shí)延，能及時(shí)了解問題原因。發(fā)生短路后，特別是當(dāng)電機(jī)在PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)中不能正常實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)，就會(huì)發(fā)生電機(jī)短路故障，對工業(yè)生產(chǎn)影響很大，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失［2］。因此，為保證電機(jī)的安全生產(chǎn)，應(yīng)提高PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能，并在其可靠性方面采取有效措施，不斷改進(jìn)和完善PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以更好地減少電機(jī)故障的發(fā)生。

2 PLC自控系統(tǒng)中的電機(jī)短路故障防護(hù)策略分析

采用PLC對電動(dòng)機(jī)的故障防護(hù)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，對短路電流進(jìn)行計(jì)數(shù)，并對短路的狀況進(jìn)行分析。采用國產(chǎn)的2型cp31d變流器；2型穩(wěn)壓器，設(shè)備及元器件，以決定穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓作用等，并根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和元器件的工作原理，由短路值電路來產(chǎn)生脈沖。故障防護(hù)對于改善PLC的運(yùn)行具有十分關(guān)鍵的意義。啟動(dòng)電流，電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載等難以了解，而且難以反映真實(shí)的狀況。在起動(dòng)時(shí)，要對起動(dòng)時(shí)間內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行有效的測定，必須利用示波器來掌握起動(dòng)時(shí)的電流，并利用所測的和仿真的結(jié)果得到精確的數(shù)值。為了確保PLC的短路電流的準(zhǔn)確、可靠，必須對其進(jìn)行改進(jìn)和完善，特別是中間短路電流的求解。在確定線路的電流時(shí)，要提高其可靠度、確保互轉(zhuǎn)量、相對短路和相位脈沖量的精確度，以滿足電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況。采用PLC實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制，使電動(dòng)機(jī)的工作更加安全和可靠。

PLC的電力系統(tǒng)采用PC及PLC進(jìn)行，PLC采用外置傳感器及變壓器與發(fā)電機(jī)三相AC供電，電源方式為末端電壓，額定電流。其中，PLC作為一種重要的設(shè)備，其功能是對各種設(shè)備進(jìn)行檢測、預(yù)處理、存儲(chǔ)和傳輸。電腦憑借其超強(qiáng)的科技運(yùn)算技術(shù)，運(yùn)用專門技術(shù)與專家隊(duì)伍，根據(jù)錯(cuò)誤的特性，進(jìn)行故障的原因辨識(shí)。通過人機(jī)界面、故障定位、故障診斷報(bào)告及分析，為操作者提供相關(guān)的故障處理意見。

2.1 PLC自控系統(tǒng)故障防護(hù)的基本原理

PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出更新工作流程。輸入采樣主要用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳輸采樣單元，通過PLC系統(tǒng)、單元、圖像區(qū)和輸出設(shè)備進(jìn)行解釋，然后將指令和接收信號(hào)傳送給電機(jī)繼電器以及微電機(jī)啟動(dòng)開關(guān)輸入單元，并通過PLC控制系統(tǒng)，使電機(jī)響應(yīng)規(guī)定的運(yùn)行條件。反復(fù)循環(huán)，可通過PLC主自動(dòng)控制系統(tǒng)固定電機(jī)運(yùn)行狀況，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，特別是電機(jī)故障。PLC控制系統(tǒng)全面結(jié)合電機(jī)故障原因，延時(shí)反饋控制，全面監(jiān)控電機(jī)啟動(dòng)電流和大電流，如果發(fā)生這種情況，它將迅速停止以避免短路故障［3］。

在工業(yè)上，一般用于電動(dòng)機(jī)工作的監(jiān)測裝置是PLC控制和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。然而，PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)現(xiàn)在采用取樣方式，通常在電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)工作后，隨著電壓逐步平穩(wěn)，會(huì)出現(xiàn)較大的延遲，這其中的緣由難以解釋，特別是無法通過PLC進(jìn)行控制短路。如果出現(xiàn)故障，會(huì)對整個(gè)行業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生很大的負(fù)面作用，從而導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 短路故障防護(hù)設(shè)計(jì)

將動(dòng)作指令導(dǎo)入到取樣單元進(jìn)行取樣處理，并由PLC自動(dòng)處理輸出影像區(qū)域、單元及裝置，再以馬達(dá)中繼訊號(hào)傳送指令。將實(shí)際情況準(zhǔn)確、詳細(xì)地傳遞到轉(zhuǎn)換器的輸出端，再由PLC實(shí)現(xiàn)對實(shí)際情況的反饋。PLC的自控系統(tǒng)能夠更加細(xì)致地掌握電動(dòng)機(jī)的工作情況，并能對電動(dòng)機(jī)的安全進(jìn)行有效的監(jiān)測，特別是電動(dòng)機(jī)的故障防護(hù)。通過對電動(dòng)機(jī)的失效進(jìn)行有效的PLC控制，使取樣的時(shí)間延長，達(dá)到對電動(dòng)機(jī)的電流引導(dǎo)階段的實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)啟動(dòng)電流太大時(shí)，可以立即終止處理，防止發(fā)生短路［4］。

對短路電弧電流脈沖數(shù)、短路電流脈沖計(jì)數(shù)器及PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過穩(wěn)壓整流管（2型cp31d）、電流互感器（自制）和穩(wěn)壓管（2型cw102）等設(shè)備和元件進(jìn)行穩(wěn)定性測定，分析電機(jī)工作原理，各種元件參數(shù)。短觸發(fā)脈沖電流Circle的值，可以有效提高系統(tǒng)的預(yù)防和保護(hù)。電機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生故障，設(shè)置各種參數(shù)，在啟動(dòng)過程中，電流變化完全適應(yīng)了電機(jī)的啟動(dòng)相位，但啟動(dòng)電流、電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載條件都不好，電機(jī)啟動(dòng)階段的電流變化不能完全逆轉(zhuǎn)。可用示波器檢測電流啟動(dòng)階段的電流變化，用于模擬實(shí)驗(yàn)和測試方法，如給出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)等。PLC系統(tǒng)計(jì)算短路電流脈沖的可靠性和準(zhǔn)確性進(jìn)一步提高，匝間短路電流脈沖的計(jì)算精度也有所提高。充分了解電氣短路，提高PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)在防止電機(jī)短路故障方面的意義，是保證電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵［5］。

3 結(jié)束語

綜上所述，PLC控制系統(tǒng)的電機(jī)故障保護(hù)主要用于電機(jī)在運(yùn)行過程中的故障，采取有效的預(yù)防措施，保證電機(jī)的安全運(yùn)行。為保證電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，避免電機(jī)故障，應(yīng)采取有效措施加強(qiáng)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少電機(jī)故障，提高其性能，保證電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。