1 引言
電機(jī)的保護(hù)，一直是電氣行業(yè)的一個(gè)較熱門的研究課題。保護(hù)電機(jī)的產(chǎn)品也很多，但總有這種或那種的不足�，F(xiàn)在可編程控制器(簡稱PLC)已廣泛地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，我們可以利用可編程中的功能來監(jiān)視和保護(hù)電機(jī)的安全運(yùn)行。
2 電機(jī)運(yùn)行的基本情況及分析
大家知道，每臺(tái)電機(jī)在其額定的工作條件下，都遵循某一條固定的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率(轉(zhuǎn)速)曲線運(yùn)行，這一曲線就是電機(jī)的固有機(jī)械特性(見圖1)。
圖1 三相異步電機(jī)的機(jī)械特性
從曲線上可以定性地分析出電機(jī)的當(dāng)前負(fù)載運(yùn)行狀況，也就是從電機(jī)的轉(zhuǎn)速反映出電機(jī)的負(fù)載情況。從圖1看，ne點(diǎn)是電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)，如果運(yùn)行點(diǎn)朝n0方向移動(dòng)，說明電機(jī)輕載，電機(jī)在安全運(yùn)行段;如果運(yùn)行點(diǎn)朝nij方向移動(dòng)，則說明電機(jī)進(jìn)入超載。n下降多少反映出超載的實(shí)際程度。如果將單位時(shí)間內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)進(jìn)行分析、比較，就可得知電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行在什么狀態(tài)下，也就是說將電機(jī)的運(yùn)行情況處理成數(shù)字化了。經(jīng)過數(shù)字化的處理，判斷故障的可靠性是很高的。
3 三菱PLC保護(hù)電機(jī)的安全運(yùn)行
3.1 PLC內(nèi)部某些功能的簡介
在PLC內(nèi)具有計(jì)數(shù)和記時(shí)功能，其最小單位都是10ms。如果將電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈作為一脈沖信號(hào)輸入，信號(hào)最短的周期是20ms(因?yàn)殡姍C(jī)最高轉(zhuǎn)速是3000rpm)，這個(gè)時(shí)間大于計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)功能的最小單位。如果利用其高速計(jì)數(shù)功能，則可每s處理2000個(gè)信號(hào)。
3.2 據(jù)電機(jī)參數(shù)來確定其運(yùn)行的保護(hù)點(diǎn)
這里選擇1臺(tái)電機(jī)為例來說明保護(hù)點(diǎn)的選擇，在手冊(cè)中選定1臺(tái)電機(jī)型號(hào)為:Y315M-6 90kW ne=980，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩=1.6，過載能力λ=2.0。
根據(jù)以上這些參數(shù)可求出最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率Sij:
Sij＝(λ＋(λ2-1)1/2)×(n0-ne)÷n0
＝(2＋(2×2-1)1/2)×(1000-980)÷1000
≈0.075
最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速nij
nij＝n0-n0×Sij＝1000-1000×0.075＝925
如果將保護(hù)點(diǎn)選在n=940，則每轉(zhuǎn)所需時(shí)間t=63.8ms;每轉(zhuǎn)10圈所需的時(shí)間t=638ms。根據(jù)PLC的特點(diǎn)，選擇單位時(shí)間為640ms，定義電機(jī)每轉(zhuǎn)10圈與計(jì)時(shí)器計(jì)64個(gè)時(shí)間脈沖進(jìn)行比較，如果計(jì)時(shí)脈沖小于64個(gè)，則電機(jī)輕載;反之則電機(jī)過載，隨即報(bào)警或停車。
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3.3 PLC程序的設(shè)計(jì)
根據(jù)2.2的計(jì)算分析，在設(shè)計(jì)程序時(shí)，必須取電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)n=11，因?yàn)槎x為每轉(zhuǎn)10圈的時(shí)間，取n=11正好從1號(hào)脈沖到11號(hào)脈沖之間為10轉(zhuǎn)所需要的時(shí)間(見圖2)。
圖2 轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系
用輸入PLC的X401作為接收電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的輸入信號(hào);
計(jì)數(shù)器C660計(jì)輸入轉(zhuǎn)數(shù);K=11;
計(jì)時(shí)器Y560作時(shí)間累計(jì);K=64;
因保護(hù)點(diǎn)選在n=940，當(dāng)電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)速n必定大于940轉(zhuǎn)，t/n<63.8ms，電機(jī)每轉(zhuǎn)11圈，計(jì)數(shù)器C660=0，計(jì)時(shí)器T560≠0。
當(dāng)電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行是，n≤940，t/n≥63.8ms。此時(shí)電機(jī)每轉(zhuǎn)11圈，C660=0或C660≠0，但T560=0;程序根據(jù)此條件發(fā)出停止電機(jī)運(yùn)行命令。
3.4 程序原理圖
根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)出PLC程序原理圖(圖3)。
圖3 保護(hù)電機(jī)過載程序圖
以下根據(jù)圖3程序圖分析其工作原理。第12、13行是對(duì)外驅(qū)動(dòng)電機(jī)起動(dòng)、停車。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)后，延時(shí)10s，保護(hù)電路程序投入運(yùn)行;見14行，這是因電機(jī)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速很慢。
當(dāng)起動(dòng)電機(jī)Y30動(dòng)作10s后(電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行后)，T50動(dòng)作，C660投入計(jì)數(shù)運(yùn)行，見3行。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)脈沖X401第一脈沖到來后，使S300置位，開通T560計(jì)時(shí)器，在這段時(shí)間里，C660和T560同時(shí)計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)，當(dāng)C660計(jì)數(shù)11滿，T560計(jì)時(shí)未滿，電機(jī)正常，C660的常開點(diǎn)閉合，促使PLS100發(fā)出一個(gè)脈沖(見15行)使C660、R300、T560復(fù)位，進(jìn)入下一個(gè)周期。PLS101、PLS102總有一個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)出(見7、8行)，促使M103動(dòng)作，停止Y30輸出(見9~13行)，這樣就保護(hù)了電機(jī)的過載運(yùn)行。
4 結(jié)束語
用此種方案對(duì)電機(jī)實(shí)行監(jiān)視、保護(hù)切實(shí)可靠，在已使用PLC控制的現(xiàn)場(chǎng)尤為實(shí)用，它可人 為地任意選擇多個(gè)保護(hù)點(diǎn)，且動(dòng)作迅速，可在1s之內(nèi)切斷電源。利用這一技術(shù)，還可以推廣到機(jī)械轉(zhuǎn)矩的控制，當(dāng)然投入實(shí)用還需進(jìn)一步研究、探討。