1、本科毕业论文（20 届）基于 PLC 的电机综合保护系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：基于 PLC 的电机综合保护系统设计II、 毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：1、查阅文献并翻译一篇英文资料；2、介绍了电机常见的四种故障及其保护原理；3、本文采用了西门子 S7-200 系列的可编程序控制器 CPU224 来控制对电机的各种故障保护；4、绘制整体的系统设计步骤框图；5、了解 PLC 的工作原理，根据设计要求选择合适的型号；6、编写系统的保护程序，其中有四个子程序，包括过载
2、、断相、短路、欠压保护子程序。III、 毕 业设计(论文)工作内容及完成时间：1.收集和阅读相关资料，熟悉课题背景 第 1 周-第 2 周2.撰写开题报告，翻译相关的外文资料一篇 第 3 周-第 4 周3.完成电机控制原理和应用 PLC 控制电机原理的阐述 第 5 周-第 6 周4.完成应用 PLC 控制电机的硬件电路和软件设计 第 7 周-第 10 周5.对所设计的系统进行实际调试并给出调试结果 第 11 周-第 13 周6.设计结果总结及分析 第 14 周-第 15 周7.撰写毕业论文，准备答辩 第 16 周-第 18 周 、 主 要参考资料：1王兆义.可编程控制器使用技术M.北京：机械工
3、业出版社，20042陈立定.电气控制及 PLC 可编程控制器M.广州:华南理工大学出版社,2001:160-1663路林吉，王坚，江龙康. 可编程控制器原理及应用M.北京：清华大学出版社出版,20044张运波.工厂电气控制技术M.北京：科学出版社出版，2001 5S.E.Zocholl.Motor Analysis and Thermal Protection.IEEE Transactions - 3 -on Power DeliveryJ，1990，5(3) ：1275-1280.6廖常初. PLC 基础及应用M.重庆：机械工业出版社出版，20027殷洪义. 可编程序控制器选择设计与维护M
4、，北京：机械工业出版社，2003:38-51- 4 -学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部
5、或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名： 日期：导师签名： 日期：基于 PLC的电机综合保护系统设计摘要：发动机作为动力设备，广泛应用于，长期以来一直保护人们的关注。近年来，随着计算机技术的发展和自动化控制，综合保护系统出现了微处理器为核心的计算机理论。这个新系统尤其是相对于传统的保护系统，具有较强的逻辑分析和处理功能的保护，并且两个故障记录和故障分析，显著优点，如易于实现网络管理已成为电机目前的研究方向的警卫。这是在这种情况下，开展基于 PLC 的电机综合保护装置的研究工作。本文主要研究了基于 PLC 的电机综合保护系统，开始研究综
6、合保护的主要系统，PLC ，提出的控制器可为选兴的功能特点和发展的基础上，并详细介绍了选择和西门子 S7 200 PLC 的相同类型的 S7-300、S7-400 ，PLC 描述过载马达压力，保护和保护系统的类型短路故障特征，设备说明，并按照设计确定的保护程序进行了 PLC的 I / O，是按照不同的原则划分故障，设计和样品在电路仿真容积分别为 CPU CPU按照所有的常量判断，以决定是否要加相应的保护时，PLC 将启动相应的继电器和寄储器来做出相应的保护动作，并显示相应的故障类型，根据设计程序动作断开电动机的电源，从而实现电机的保护。关键词：PLC 电机 综合保护指导老师签名：Based o
7、n PLC s motor integrated protection system designAbstract:Motor as a widely used power equipment,It,s protection of peoples attention for a long time.In recent years , with the continuous development of computer technology and automatic control theory,The emergence of computer integrated protection
8、system with microprocessor core .This new protection system mainly compared with the traditional protection systems , with a strong logical analysis and processing functions , and both fault recording and fault analysis, significant advantages , such as easy to implement network management has becom
9、e the current study motor protection devices direction .This article is in this context , to carry out research work of the PLC -based motor integrated protection devices .This article studies the integrated motor protection PLC -based system, introduces the principle of programmable logic controlle
10、rs , selection based on features and development status ,And details of the selected Siemens S7-200 PLC and the same type of S7-300 PLC, S7-400 PLC, described the motor overload , lose of phase, short circuit , undervoltage protection fault type is characterized by its principles ,Describes the prot
11、ection system hardware configuration, and the preparation of PLC saver, according to the design requirements of the PLC input and output I / O has been allocated , While using different principles of action according to different fault types , which are designed to protect the time limit , the incom
12、ing analog sampling circuit to the PLC CPU, the CPU make judgments based on pre-determined set value , to decide whether to activate the corresponding protection subroutine when detecting the amount exceeds the setting value , PLC relay will start the appropriate memory and registers to make the app
13、ropriate action to protect and display the corresponding fault types , according to the design program of action off the power of the motor in order to achieve protection of the motor.Keywords : PLC Motor ProtectorSignature of Supervisor:目 录1 前言1.1 PLC 的应用以及选题的意义 .11.2 电动机保护装置的历史及现状 .41.3 国内外本题发展现状
14、.42 保护系统的结构与功能2.1 可编程序控制器的结构 .52.1.1 PLC 的分类及组成 .52.1.2 PLC 系统设计步骤 .82.2 电动机保护的应用 .102.2.1 过载保护 .102.2.2 断相保护 .112.2.3 短路保护 .112.2.4 欠压保护 .123 保护系统的硬件设计3.1 PLC 的工作原理 .123.2 可编程控制器的选型 .133.2.1 CPU 的选择 .133.2.2 输入输出量的计算 .143.3 系统的总体结构 .144 保护系统的软件设计4.1 PLC 的编程语言与指令 .154.2 系统软件设计 .164.2.1 主程序说明.164.2.2
15、 程序流程图.174.3 系统程序设计 .175 结论.22参考文献.23致 谢.24附 录.251基于 PLC 的电机综合保护系统设计1 前言1.1 PLC 的应用以及选题的意义1. PLC 的应用在发展初期，由于价格高企可编程控制器，使得其应用受到限制。 PLC 的应用范围，近年来迅速扩大，主要原因是：一方面，随着微处理器芯片及相关元件的价格大大下降，使 PLC 的成本降低;随着 PLC 功能显著增加，而另一方面，它可以解决许多复杂的计算和通信， PLC 的应用范围扩大的问题。目前， PLC 已广泛应用于钢铁，石油，化工，电力，建材，机械制造，汽车，纺织，交通，环保，文化娱乐等行业。PLC
16、 的主要应用有如下几方面：(1)开关量的逻辑控制(2)过程控制(3)运动及位置控制(4)数据处理(5)通信联网(6)特殊功能2.选题的意义与故障诊断技术来检测，识别，预测和采取重点增加先进技术的故障诊断一直是广泛的，不仅准确，及时的诊断，采取进一步措施，以确保可靠性和整个系统的安全性。电力系统故障可能是工业生产的系统造成严重影响的稳定和安全运行，因此，为了保护其他服务领先主题是非常重要的，这是基于对电源保护系统的设计开发。也有越来越多的应用控制机制，也有在现有资源和 PLC 公司的一些不足之处，高效率和预警程序，不仅可以改变电气和电子设备还可以改善它的功能（1）PLC 的发展史半导体技术,特别
17、是微处理器和微型计算机技术的发展,到 70 年代中期,尤其是进入 80 年代,PLC 已广泛使用 16 位或 32 位微处理器 CPU,输入和输出模块和外围电路采用,质量,甚至在超大规模集成电路、PLC 在概念、设计、成本性能和应用程序有新突破。 这个时候 PLC 不仅是一种逻辑功能,还具有数据处理功能,PID 控制和数据通信中,称为“可编程序控制器(可编程控制器)是更合适的,称为电脑,但为了与个2人计算机(以下简称区别于 PC Persona1 电脑),一般将它称为 PLC(可编程逻辑控制器)。PLC 是微机技术与传统的继电器接触器控制技术相结合的产品,基本的设计理念是将电脑功能是完美的,和
18、灵活的优点,一般和继电器控制系统简单,操作方便,廉价的优势,结合硬件的控制器是一个标准的、通用的。 根据实际的应用程序对象,控制内容到软件到用户程序内存控制器。 继电器控制系统数百年的历史,它是弱电信号控制系统控制方法,复杂的继电器控制系统,故障查找和排除困难,时间长,严重影响到工业生产。 在工艺要求的情况下改变、控制组件和连接需要包含在相应的变化,修改、长时间、高成本,这样用户宁愿也产生了新内阁。 克服了继电器、接触器。对于用户来说,可编程序控制器是一种非接触式设备,这一变化过程可能改变生产过程,因此,如果使用可编程序控制器在初步设计阶段,可以使它简单容易找到的设计和调试。 从的角度来看,可
19、编程序控制器的生产制造商在制造阶段不需要专门设计的控制器根据用户的命令,适合大规模生产。 由于这些特点,可编程控制器的出现很快是工业控制的欢迎,并得到迅速发展。 目前,可编程控制器已经成为工厂自动化的一个强大的工具,得到了广泛的应用。到 1960 年代末,人们可以想象电脑一般,灵活,和功能是完美的和继电器接触器控制系统简单,使用方便,生产成本低,生产的订单生产过程控制,可以使用简单的语言,可以让人完全不熟悉电脑也可以方便使用的控制器。 这个想法是首先由美国最大的汽车制造商,通用汽车(general motors)在 1968 年提出。 根据上述要求,数字设备公司在 1969 年,第一个开发出世
20、界上第一台可编程逻辑控制器,和被称为“可编程序控制器” 。 1971 年,引进的技术来自美国,日本,开始生产可编程控制器。1973 年,西德、法国等西欧国家开始开发和生产的可编程控制器。 我国也开始发展从 1974 可编程控制器,在 1977 年开始工业从第一台 PLC 诞生至今，大致经历了如下四次更新换代。PLC 的第一代,大多数与一台机器开发,使用核心内存存储,只有逻辑控制、定时、计数等功能。PLC 的第二代,使用 8 位微处理器和半导体存储器,其产品逐步系列化、功能也增强,从而实现数字计算、传输、比较,等等。PLC 的第三代,使用高性能微处理器和芯片中央处理单元,工作速度大大提高,促使其
21、多功能的方向发展和网络同时,并有较强的自我诊断能力。PLC 的第四代,不仅充分利用 16 位和 32 位微处理器 CPU、内存容量比较大,可以3直接使用在一些大规模的复杂控制系统,和编程语言除了使用传统的梯形图,流程图,等等,还可以使用高级语言、外设和更为多样化。（2）PLC 控制系统的发展前景目前,大规模和超大规模集成电路和微电子技术的发展,PLC 开发机器从最初发展到现在的 16 位和 32 位微处理器实现 PC,并实现多处理器的多通道处理。 如今,PLC 技术已经非常成熟,不仅增强控制功能,功耗,缩小体积,降低成本,提高可靠性,编程和故障检测更为灵活和方便,和远程 I / O 和通信网络
22、、数据处理和图像显示的发展,使连续生产过程中使用的 PLC 控制的方向发展,已经成为工业生产自动化的支柱之一。现在,世界上有超过 200 PLC 制造商,400 多个品种的 PLC 产品,根据该地区可以分为三个学校如美国、欧洲和日本的产品,各种学校的 PLC 产品有不同的特点。 其中,美国公司生产的国家,有超过 100 PLC 制造商,著名的 A - B 公司,通用电气公司(GE)、莫迪康(莫迪康)公司。 欧洲公司主要产品制造商与德国西门子公司(西门子)公司、AEG、法国 TE。 日本有许多 PLC 制造商,如三菱、欧姆龙、松下、富士、等,韩国三星(三星、LG 等,制造商的产品占据了 80%以
23、上的 PLC 市场份额。经过多年的发展，国内 PLC 生产厂家约有三十家，国内 PLC 应用市场仍然以国外产品为主。国内公司在开展 PLC 业务时有较大的竞争优势，如：需求优势、产品定制优势、成本优势、服务优势、响应速度优势。随着 PLC 应用领域日益扩大，PLC 技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。在产品规模方面，向两极发展:一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型 PLC。以适应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型 PLC 方向发展。随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对 PLC 的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。向通信网络化发展:PLC 网络控制系统和 PLC 控制技术发展趋势。 网络 PLC 与 PLC 之间的通信,PLC 和计算机网络通信得到了广泛的应用。 目前,PLC 制造商在开发自己的专用通信模块和PLC 网络通信软件来提高产能。 PLC 制造商也在谈判中指定的一般标准的沟通,形成一个更大的网络系统。 公司已成为一个集散控制系统(DCS)的一个组成部分。向模块化、智能化发展:
