开题报告-基于PLC的电机综合保护系统设计.doc

毕业设计（论文）开题报告 题目 基于PLC的电机综合保护系统设计专 业 名 称 自动化班 级 学 号 108202202学 生 姓 名 刘晓华指 导 教 师 彭元修填 表 日 期 2014 年 3 月 9 日说 明开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。但每个专业填写内容应保持一致。一、选题的依据及意义：由于电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中，电动机常常在恶劣的环境下运行，导致生产过流、过载、断相、绝缘老化等现象频发。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。因此我们要清楚电动机一些常见的故障以便做出相应的分析与对策。电动机常见的故障可分为对称故障和不对称故障两大类。对称故障包括：过载、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损害主要是热效应，使绕组发热甚至损坏，其主要特征是电流幅值发生显著变化。不对称故障包括：断相、逆相、相间短路等，这类故障是电动机运行中最常见的一类故障。不对称故障对电动机的损害不仅仅是引起发热，更重要的是不对称引起的负序效应能造成电动机的严重损坏。因而对大型电动机的综合保护非常重要。基于PLC的电机综合保护可分为以下几类：绕组保护、电源保护、转子保护、轴承保护，其中定子绕组保护下分过电流保护、温度保护和接地保护，电源保护分为短路保护和接地保护。在电动机发生故障时，为了保护电动机，减轻故障的损害程度，继电保护装置的快速性和可靠性十分重要。在单机容量日益增大的情况下，电机的额定电流可达到数千甚至几万安，这就给电动机的继电保护提出了更高的要求。传统的继电保护装置已经无法满足要求，因此微机保护应运而生。PLC是用来取代传统继电器控制的，与之相比，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、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、抗干扰能力强等一系列优点，在工业生产过程自动控制领域得到了广泛应用。电动机保护器是发电、供电、用电系统的重要器件，是跨行业、量大面广、节能效果显著的节能机电产品。几乎渗透到所有用电领域，是工业、农业和国防建设及人民生活正常生产和安全工作的重要保证，在国民经济和节能事业中有着不可替代的重要地位和作用。本文所研究的基于PLC的电机综合保护系统设计，可以实现电机的故障保护，在一定程度上能节约能源并适应生产的需要。对工农业的生产和人们的生活有着重要的意义。二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 2.1 PLC发展现状和发展趋势 1985年，国际电工委员会(IEC)对PLC作出如下定义： 可编程控制器PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用下而设计的；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻缉运算、顺序控制、定时、计数与算术运算等操作指令，并通过数字、模拟式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程；可编程控制器及其有关外围设备的设计，都要按照“易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则”进行。 由该定义可知：PLC是一种由“事先存贮的程序”来确定控制功能的工控类计算机。PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品牌不断翻新。产品产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的有：美国的AB、通用电气、莫迪康公司；日本的三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国的西门子公司；法国的施耐德(Schneider)，他们掌控着全世界80%以上的PLC市场份额，他们的系列产品从只有几十个点(I/O总点数)的微型PLC到有上万个点的巨型PLC，应有尽有。经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产能力和知名产品，可以说PLC在我国尚未形成制造产业化。PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保、及文化娱乐等各个行业。长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小的所带来的的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。PLC技术发展的最终趋势仍然是人们争论的焦点之一。大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额，更有人认为，在工业PC面前，PLC将会一步一步走向死亡，但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。现在，越来越多的企业正在计划将其所有自动化控制设备逐步连接到企业范围内的信息系统中去。对于工业用户来讲，也许他们已经注意到Ethernet for Control系统控制解决方案，该技术更加依赖于Ethernet连接特性，而且有些公司已经确定将Web服务器彻底嵌入到他们的设备内部，以便充分展现PLC性能特点。利用PLC的Web连接特性，工业用户不但可以从任何地方监控控制系统的运行状况。工业PC技术提供了许多功能，能够增强PLC的功能特性。同时，PLC也承受着来自其他技术产品的冲击。现在PLC正向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展。可以相信，PLC技术将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。 2.2 电机的发展现状和发展趋势 中国的电动机生产从1917年至今已有94年的历史。目前，电动机行业在我国已经形成比较完整的产业体系，中小型电动机产品的品种、规格、性能和产量基本能够上满足国民经济发展的需要。 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。由于在电动机的使用过程中容易发生各种故障，而电动机又是工业、农业和国防建设及人民生活正常进行的保证，因此对电动机的保护自然也显得非常重要了。我国的电动机保护装置大约经历了全面仿苏、自行设计、更新换代、智能化发展等几个阶段。值得一提的是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，使得电机保护进入了一个飞速发展的阶段。电动机由初期的热继电器、熔断器和电磁式电流继电器作为保护的产品，后又发展为模拟电子式电动机保护器，之后又以发展为数字电子式电动机保护器。目前的电动机保护器普遍是根据电流的大小来决定是否需要保护，这显然没有考虑到环境因素对电机的影响。电机是否需要保护其根本的判断依据应该是电机绕组温度是否超过其绝缘等级温度，在相同电流的情况下，对于环境温度高的电机其烧毁的可能性显然要大于环境低的电机，这就说明单纯通过电流的大小来判断电机是否需要保护并不是十分科学的，不能达到对电机在各种环境下的完全保护。同所有的产品一样，电动机保护器经历了由低级到高级、由简单到复杂逐渐科学完善的发展过程，在这个过程中一批批技术人员倾注了大量的热情与心血，虽然电动机保护器已发展到了微电子时代，但我认为，电动机保护器的课题将永远不会停止，仍需要我们百倍努力，仍有大量的工作等着我们去做，我们期待着电动机行业的健康发展。三、研究内容及实验方案：3.1 研究内容通过老师的指导和查阅课题相关资料，了解PLC的发展以及电机的发展历史和发展现状，分析电机的工作原理及几种常见故障。并设计出用PLC去保护发生故障的电机的方案，独立完成系统设计、设备选型、绘制流程图等工作。3.2 实验方案（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、断相、短路、欠压保护子程序。四、目标、主要特色及工作进度4.1目标本设计的目标是以PLC为核心的电机保护系统，能够精准、快速、有效的检测出电动机故障，实现电动机及时有效的保护，对电动机的过载、过流、短路等故障进行实时检测，确保电动机安全运行。4.2特色说明PLC集顺序控制和过程控制于一体，具有可靠性高、灵活、组网简单的特点，是实现中小规模工业自动化的有力工具，在电机保护中，基于PLC的控制在实时性、可靠性、精确性等方面满足了设计要求。4.3 进度安排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控制软件设计 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周五、参考文献1 王兆义等编.可编程控制器使用技术M.北京：机械工业出版社，20042 殷洪义. 可编程序控制器选择设计与维护M，北京：机械工业出版社，2003:38-513 郁汉琪等编.机床电气及可编程序控制器实验、课程设计指导书M. 北京：高等教育出 版社，20014 宋德玉主编.可编程序控制器原理及应用系统设计技术M.北京：冶金工业出版社出 版5 PLC technique discussion and future development.T.J.byers.6 S.E.Zocholl.Motor Analysis and Thermal Protection.IEEE Transactions on Power DeliveryJ，1990，5(3)：1275-1280.7 黄云龙主等编.可编程序控制器教程M.北京：科学出版社出版8 王兆义.可编程控制器使用技术M.北京：机械工业出版社，20049 电机与控制学报双月刊J.中文核心期刊，国内刊号：CN 23-1408/TM，主办单位： 哈尔滨理工大学10 电气传动自动化J.双月刊，国内刊号：CN 62-1106/TM，主办单位： 天水电气传动研究所11 中国电机工程学报.月刊，国内刊号：CN 11-2107/TM，主办单位：中国电机工程学会12 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,2001:1