1、学校代码：11517学 号：200910710225HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING毕业设计题 目 基于 PLC的电动机故障保护系统设计学生姓名 朱二卫专业班级 电气工程及其自动化 0942班学 号 200910710225系 （部） 电气信息工程学院指导教师(职称) 郭会平（讲师）完成时间 2013年 6月 4日河南工程学院论文版权使用授权书基于 PLC 的电动机故障保护系统设计本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交论文的印刷本和电子版本；学校有权保存论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它
2、手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。论文作者签名：年 月 日 基于 PLC 的电动机故障保护系统设计河南工程学院毕业设计(论文)原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法
3、律责任由本人承担。论文作者签名： 年 月 日基于 PLC 的电动机故障保护系统设计河南工程学院毕业设计（论文）任务书题目 基于 PLC的电动机故障保护系统设计 专业 电气工程及其自动化 学号 200910710225 姓名 朱二卫 一主要内容设计一个电动机故障保护系统，分析电动机各种故障产生的原因、现象以及发生故障时采取的措施。根据电机的故障级别，设计出基于 PLC 的电机故障诊断系统，包括硬件部分和软件部分设计。二基本要求（1）要求分析电动机各种故障产生的原因，以电动机常用电气控制线路为例进行设计，给出电气控制线路图。（2）以西门子系列 PLC 作为主控制单元，要对控制系统的输入、输出进行分
4、析，完成控制系统的输入输出分配和 PLC 的选型。（3）编写控制系统流程图，编写程序进行仿真调试。三主要参考资料1 杨伟,吴军基 .PLC 在电动机综合保护中的应用J.PLC&FA,2004,(10):1-2.2 初光华.PLC 控制普通电机的应用J.科技致富向导,2011,(3):1-2. 3 黄永红.电器可编程控制与 PLC 应用技术M.北京:机械工业出版社,2011.132-137.4 张键.机械故障诊断技术M.北京:机械工业出版社,2008.5-7.完 成 期 限： 指 导 教 师 签 名 ： 专业负责人签名： 年 月 日基于 PLC 的电动机故障保护系统设计目 录摘 要 .IABST
5、RACT.II1 绪论 .11.1 课题背景和意义 .11.2 电机故障保护系统 发展状况 .11.3 系统总体设计方案 .22 三相异步电动机 .32.1 三相异步电动机工作原理 .32.2 三相异步电动机主要电气故障 .32.3 常用电气控制电路 .42.3.1 三相异步电动机正-停-反控制电路 .42.3.2 三相异步电动机星-三角减压启动控制电路 .53 系统硬件设计 .73.1 可编程控制器 .73.2 S7-300PLC概况 .83.2.1 S7-300的输入输出模块 .103.2.2 S7-300的功能模块 .103.3 电路中的低压保护电器 .113.4 I/O点分配及电气连接
6、图 .133.5 系统工作原理 .164 系统软件设计 .194.1 STEP7概述 .19基于 PLC 的电动机故障保护系统设计4.2 STEP7块 .194.3 符号编辑器及硬件组态 .204.4 编程语言 .215 系统仿真与调试 .25结 论 .28致 谢 .29参考文献 .30附 录 .31基于 PLC 的电动机故障保护系统设计I基于 PLC的电动机故障保护系统设计摘 要三相交流异步电机是工农业生产中最常见的电气设备，其常常运行在十分恶劣的环境下，容易发生故障。随着自动化程度的提高可编程控制器（PLC）既可以作为现场控制的部件，又可以作为现场更高一级管理的控制部件，作为成熟技术，可编
7、程控制器已被广泛应用到很多领域，特别是对工厂大型电动机的控制，极大地提高了劳动生产率和自动化程度。本文主要研究了基于 PLC的电动机故障保护系统，介绍了可编程控制器的工作原理、功能特点等，叙述了电动机的短路、过载、断相、超温等故障类型的特点及保护原理，阐述了保护系统的硬件构成，编程软件及仿真，并编写了PLC保护程序，给出了 I/O符号表和梯形图程序。本系统采用西门子S7300PLC，故障保护信号采用开关量信号，即 PLC接收到的信号均为数字量输入信号，当 PLC收到保护元件传来的信号时就会执行相应的程序段，控制相应的继电器，切断电路，同时输出报警信号。关键词 电动机/PLC/故障保护基于 PL
8、C 的电动机故障保护系统设计IIPLC-based motor faultprotection system designABSTRACTThree-phase AC induction motor is the most common industrial and agricultural production electrical equipment, which often run in a very harsh environment, prone to failure. With increased automation programmable controller (PLC) e
9、ither as a field control components, but also as a site higher management control unit, as a mature technology, programmable controllers have been widely applied to many fields, especially for large-scale factory motor control, greatly improved labor productivity and automation.This paper studies th
10、e PLC-based motor fault protection system, introduced the programmable controller works, features, etc., described the motor short-circuit, overload, phase failure, over-temperature and other characteristics of the type of fault and the protection of the principle expounded protection of the systems
11、 hardware configuration, programming software and simulation, and the preparation of the PLC saver, given I / O symbol table and the ladder program. The system uses Siemens S7300PLC, fault protection signals using digital signal that is received by PLC signals are digital input signal, when the PLC
12、receives signals coming protection elements will be executed when the corresponding block, control the corresponding relay , cut off the circuit, while the output alarm signal.KEY WORDS motor, plc, fault protection基于 PLC 的电动机故障保护系统设计11 绪论1.1 课题背景和意义三相异步电机是工农业生产中最常见的电气设备，其作用是把电能转换为机械能，其结构简单，起步方便，体积较小
13、，工作可靠，坚固耐用，便于维护和检修，使用非常广泛。三相异步电动机常常运行在十分恶劣的环境下，导致过流、短路、缺相、过载等故障，对于应用于大型工业设备重要场合的大功率电动机来说，一旦发生上述故障将会造成无法估量的损失。因此电动机的故障保护在生产中起着至关重要的作用。PLC 作为一种成熟稳定可靠地控制器，目前已经在工业控制中得到了越来越广泛的应用 1。PLC 系统的设计直接影响着工业控制系统的安全可靠运行。一个完善的 PLC 系统除了能够正常运行，满足工业控制的要求，还必须能在系统出现故障时及时进行故障诊断和处理。故障保护功能是工业控制系统的智能化的一个重要标志，对于工业控制具有较高的意义和实用
14、价值。目前，PLC 的功能增强、结构优化，I/O 模块趋向分散化、智能化，编程工具和编程语言更具标准化和高级化，PLC 系统通信能力增强，向高速度、多层次、大信息量、高可靠性及开放式的通信发展。现在的 PLC 系统与 DCS 技术、现场总线 I/O 技术相结合，结构开放、扩展方便、技术先进、价格低廉。由以上分析可以预见，未来 PLC 将朝着多功能化、集成化、智能化、标准化、开放化的方向发展。1.2 电机故障保护系统发展状况电动机作为拖动系统中的重要组成部分在国民经济中占有举足轻重的地位，它的使用几乎渗透到了各行各业，是工业/农业和国防建设及人民生活正常进行的重要保证，因而确保电动机正常运行就显
15、得非常重要，而在使用过程中造成电机烧坏甚至引发重大安全事故的事件屡见不鲜，无论是因为维护或者因为电机故障影响生产，都对经济的发展有很大的影响，因此做好电动机的保护具有节能显著、提高生产效率和经济效益及保证安全生产的重要意义。由于近年来微处理器技术的发展，给电动机保护器向智能化多功能化方向发展提供了硬件平台。基于 PLC 的电动机故障保护系统设计2传统的中小型电动机保护主要采用熔断器/接触器和断路器及热继电器等的组合来执行的，其中采用熔断器及热继电器的电动机故障保护应该说是最廉价的，但当电动机发生故障或熔丝选择不当等原因使熔断器一相熔断时就会使电动机缺相运行而使事故进一步扩大，造成电动机烧毁 2
16、。为了解决此种情况，人们利用现代电力电子技术，从多功能集成化方面努力，研制和推出了一批新型的电子模拟式保护器。但由于它的抗干扰能力差，动作特性与电机热曲线不协调，反时限特性并不明显优于热继电器，容易造成拒动或误动影响产品的性能及质量。随着计算机技术的发展，微机保护更趋于智能化、单元化、在线化。利用微处理器实现电动机保护的多功能化和智能化已成为今后发展的方向。PLC 在电动机故障保护上的优点：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。1.3 系统总体设计方案本文设计的是电动机的故障保护系统，包括硬件和软件两方面的设计，硬件有主电路及控制电路硬线连接，保护元件，PLC 端子连接，软件有梯形图程序及仿真调试。电动机的故障保护以短路、断相（错相） 、过流、过载、超温为主，保护元件以低压电器为主，作为执行元件，而 PLC 控制保护元件的接通与断开，从而控制电动机的运行与停止，并输出报警信号。相比单纯的继电器保护来说，有更高的准确性、快速性。系统程序则是使用简单直观的梯形图程序，程序分段，仿真的时候输入开关量信号 PLC 会执行相应的程序段。图1.1为系统设计框图：
