毕业设计答辩课件

基于和利时LM系列PLC矿用电磁起动器控制系统设计

----电气082班郭金妹毕业答辩

置于底层的图片是华荣科技股份公司，是我实习的地方，毕业设计就是取材于这个公司的产品以下是我这次答辩陈述的内容：简要介绍华荣科技股份有限公司电磁起动器及其国内外研究情况；矿用电磁起动器的总体结构、电气原理图及工作原理；其控制系统的软硬件设计；程序仿真调试及故障分析排除。首先，我简要介绍华荣科技股份有限公司电磁起动器及其国内外研究情况：今年年初，我选择去上海找单位实习，扩展视野，增加经验。通过筛选面试，我选择了去上海嘉定区的一家制作防爆产品的公司。就是华荣科技股份有限公司。华荣公司是中国无区域性股份制企业，主要生产工厂用、煤矿用、船泊、海洋平台用防爆灯具、防爆电器、防水防尘灯具、防水防尘电器等产品，是中国防爆电器行业的龙头企业。公司的产品被广泛用于石油、化工、航天、煤炭、电力、铁路、冶金、船舶、公安、消防、水利、市政、电信、潜水救援等行业。电磁起动机是公司矿用部门生产较多的一系列产品。我则选择了矿用隔爆兼本质安全型多回路真空电磁起动器为研究对象。该系列电磁起动机适用于煤矿井下及其周围介质中有甲烷、煤尘等爆炸性混合物气体的环境中，在交流50Hz，额定电压660V或1140V，额定总电流至1600A及以下的线路中，当设备出现过载、短路、过压、欠压等故障时能自动切断电源并显示故障信号，开关在合闸前具有漏电闭锁及试验功能，运行时能显示各支路电流值及电压值；具有欠压、过载、缺相、短路及漏电闭锁等保护。开关对所控电机可以实现单台控制、单机双速、双机双速控制，并在停机时通过隔离开关改变电机的相序。对采煤机、刮板运输机、胶带输送机主电机、油泵电机、冷却风扇电机及胶带张紧电机、卷带电机、破碎机、转载机等电机进行起动、停止控制，并能对电动机及供电线路进行保护，达到采区或其它工作面供电设备自动化控制的目的。其次，介绍矿用电磁起动器的总体结构、电气原理图及工作原理：1.总体结构：1）开关由托撬底座上的长方形隔爆外壳体组成，左边为进线腔，右边为出线腔，各为独立的隔爆部分。开关为快开门结构，前门为快开门平面式隔爆。正前方的左侧有一转动手把，抬起手把可以水平转动90度左右，向左侧转动为开门，向右侧转动为关门。上方为隔离开关的手柄，共有正、停、反。开门必须把手柄转到停的位置，方能将门打开。2）主腔结构：主腔内主要有隔离换向开关、接触器，电源变压器，阻容吸收回路。3）门上装置：参数键、复位键、增加键、减少键以及各回路分合闸按钮，门上开观察窗，彩色液晶中文显示屏。4）接线腔装有主电路进线端子12个，出线端子24个；控制线接二次出线端子排。5）接线腔装有主电路进线电缆引入装置4个,出线电缆引入装置8个；控制电路电缆引入装置4个，主电路线引入装置可通过外径为Φ42～Φ128，控制线引入装置可通过外径Φ9～Φ23的电缆。2.总体结构：电气原理图：

3.工作原理保护系统：该保护系统可完成漏电闭锁、过载、短路、断相、三相不平衡、过压、欠压、风电闭锁、瓦斯等保护功能。漏电闭锁：漏电闭锁采用附加直流的检测原理，主要由漏电闭锁继电器、漏电电阻信号采集装置和LM3313K模块等组成，在接触器闭合前，对被控回路进行检测，如负荷线路上的绝缘值等于或低于漏电闭锁设定值PLC则闭锁该回路，使其无法进行起动操作，同样当接触器跳闸后延时（2-30S可设）进入漏电闭锁检测，出现漏电闭锁时，显示和记忆故障类型。过载、短路保护：过载和短路保护采用鉴幅式保护原理，采用专用电流采集模块LM3316B，直接采集三相电流信号，与CPU存放的整定值进行比较，PLC按比较结果发出指令断开相应的故障回路，并显示故障类型及故障时的参数，过载保护约120S自动恢复，重新进入实时状态；幅值短路保护动作电流整定值为(3～10)Ie，动作时间为瞬动，动作电流误差在±10%之内，主保险起后备保护作用。在短路发生期间，为了使动作准确，同时满足不大于规定时间要求，PLC采用了交流直接输入方式，减少变送器环节，提高保护效果，缩短动作时间。断相保护和三相不平衡保护：断相保护和三相不平衡保护采用电流不平衡原理，将采样信号经取样回路处理放大整形后，再送给A/D分时采样，对三相电流值进行比较，如果出现断相，则断开相应故障回路，并显示故障类型。相不平衡度可在20%-100%范围内整定，并可关闭三相不平衡功能。过压、欠压保护：瞬时过电压由接入主电路的阻容吸收装置实现，工作过电压或欠电压由PLC采样比较；高于或低于设定值时，起动前延时闭锁，起动后延时跳闸，同时显示故障类型及参数。动作范围：过压可选100～130%额定电压值连续可调，动作时间0.5～60S秒可调，过压功能可关闭；欠压范围65%～100%额定电压连续可调；动作时间0.5～60S秒可调，欠压功能可关闭。整篇设计涉及的硬件有PLCLM3109、LM3313K、LM3316K以及触摸屏HT6000，主要是使用PowerPro编写程序，该起动器都是采用和利时的产品。下面，我介绍下电磁起动器的软硬件系统的设计。LM3109是起动器的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新输出。下图为3109的图片：其中“RUN/STOP选择开关”用于选择CPU模块的运行方式；模拟电位器方便用户调试时进行给定值设定；实时时钟，用于记录当前时间和对过程进行时间控制；扩展接口，用于CPU模块与扩展模块之间的高速数据传输；RS232/RS485通讯接口，用于用户程序下载和调试、与其他设备进行通信等；集成开关量和模拟量的I/O处理。LM3109模块用220VAC供电，上排端子为输出通道，下排端子为输入通道。下图为其现场接线示意图，为CPU模块供电的外接输入电源和保护地接到上排最右侧端子，模块对外提供的输出电源从下排最右侧端子接出。最下侧为输入、输出通道等效电路。LM3313模块为8通道模拟量输入模块，其工作电源和本地所需电源由扩展总线提供,其主要是在漏电闭锁试验中采集电压电阻信号，实现过压、欠压以及漏电闭锁等保护功能；LM3316B作为扩展模块，完成6路交流电流的测量，实现过载、短路以及断相的判断，并提供2路继电器保护输出。6路交流输入分为2组，每组3路分别连接三相交流电流。用户可分别设定每组的过流门限值，LM3316B模块采集电流量进行比较，若发生过流则无法完成保护动作。PLC和触摸屏串口定义与链接：

LM系列PLC的LM3109具：RS232和RS485，其中下载只能用RS232口；其余PLC具有RS232串口，可用于下载与通讯。所有串口均为孔头。通讯接口图如下图所示：RS232接口：自由协议或MODBUS协议通讯RS485接口：自由协议或MODBUS协议通讯操作员站第三方PLC触摸屏智能仪表变频器直流调速器直流电机LM3108/3109LMPLC与HT6000系列触摸屏通讯接口：PLC与触摸屏COM0口232通讯，可以使用LMPLC下载电缆，其接线如右图所示：下面我介绍下电磁起动器软件系统的设计矿用电磁起动器核心技元器件都是采用和利时的，同时也是使用其专业的编程软件PoerPro软件，其编写方法和我们大学学习的S7-200大同小异。程序的仿真调试：当所有程序都编写完毕后，应该进行编译，编译完后，所有关于程序错误，警告，找不到路径等信息都会在编译信息区显示出来。编程者便可通过这些提示对程序进行修改。 编译结束后，执行在线调试命令进入调试状态。调试分为在线调试和仿真调试两种方式。1.在线调试：程序下载到PLC的CPU模块中成为在线调试，编译通过的目标文件在进行下载时，会将全部目标文件下载到CPU模块中，同时CPU模块复位，所有变量返回到初始状态。下载结束后，程序并不会不会自动运行，需要手动设置PLC运行。2.仿真调试：如果没有连接PLC的CPU模块，在本地计算机模拟运行用户程序，称为仿真调试。在菜单中点击“在线”下拉菜单选择“仿真模式”，便进入仿真模式下的程序运行过程。在仿真模式下选择“登录”，“在线”/“仿真”模式便会选中。已登录便会进入仿真调试模式。如右图所示：电磁起动器有三种控制模式，通过程序输入PLC中进行控制其动作（1）单机控制模式： a)状态设置：将相应的回路通过门盖上键盘按钮设置成“单机”工作模式(每个回路独立运行，互不影响)。 b)将隔离开关打在合闸位后，主腔内的控制变压器得电，并向控制、检测回路以及中央控制处理系统供电，这时保护器处于功能自检和绝缘检测状态；同时，给主接线触器供电的主控变压器带电。如果没有发生整定错误和漏电闭锁故障，就可以进行起动操作。按照附图所示接好远控方式的控制线，按下第一回路的远方起动按钮，先导回路发出起动命令，漏电检测回路退出检测，主控回路闭合，主接触器闭合，主回路接通，电机投入运行。按下相应回路的远方停止按钮，先导回路发出停机命令，主控回路释放，主接触器断开，主回路断开，电机停止运行。经每路对应的时间继电器延时（约延时2～10S左右后），漏电闭锁系统投入漏电检测状态，方可再次进行起动操作，否则容易损坏设备。（2）单机双速控制模式： a)状态设置：将相应回路通过门盖上键盘按钮设置成“单机双速”工作模式，可组成多组单机双速。从低速切换到高速均有三种方式（可选）：电流方式、时间方式、电流时间方式；当设为电流方式时，若低速起动后，运行电流未能下降到整定值，电机将一直保持低速运行，直到电流下降到整定值为止；当设为时间方式时，低速运行达到整定时间即可切换到高速；设为电流时间方式时需时间和电流同时满足条件时，才切换到高速电机；具体根据现场需要由用方选取合适方式。 b)按下远方低速起动按钮，先导回路发出起动命令，首先使漏电检测系统退出检测并给主控回路发出起动信号，电机投入低速运行当运行电流下降到给定值时，低速主控电路发出断电信号，高速主控制电路发出起动信号，电机投入高速运行。

按下远方停止按钮，先导电路发出停机命令，主接触器断开、电机停止运行，经每路对应的时间继电器延时投入漏电检测状态（延时约2～10S左右），则可进行再起动操作。按低速或高速停止按钮，均可实现停机。触摸屏HT6000的参数也需要一一设定初始画面：系统上电启动时显示此画面，在该画面停留2秒左右自动跳转至系统状态画面，如下右图所示：状态画面1：系统上电启动后大约2秒左右显示此画面，该画面中包含系统电压当前值及状态，当前控制方式、开关状态、3相电流、电机工作状态、电机绝缘电阻及故