PLC 自控系统中的电机短路故障防护分析

刘商海

（云南铜业股份有限公司西南铜业分公司）

0 引言

PLC控制器是一种专业的工业控制电脑及CPU（CPU）PLC的控制核心。PLC在工作时，先将每个输入装置的状况及资料在扫描范围内进行采集，并将其储存于输入／输出图像区，再由使用者程式记忆体中读出使用者程式，以说明对该指令之数学或逻辑操作之成果。当完成所有的用户程式时，将输入／映像区的输出记录或输出记录资料传送给对应的输出装置，这样的重复操作直至结束。PLC的自动化控制是对装置进行安全监测和保护功能的关键。为了更好地实现其作用，本文对PLC在电动机故障防护中的应用进行了讨论。

1 PLC自控系统中的电机短路故障原因分析

PLC是一种新型的控制装置，它在工业生产中得到了广泛的运用。PLC自动控制在实际应用中，常常因为自身存在缺陷而导致监测不理想，特别是当出现电动机的短路时，难以检测和有效地加以控制，从而导致严重的事故。为了防止电动机的短路故障，必须对PLC的自动化控制进行改造和完善。故障是一种在操作中的普遍的失效，对多个失效进行分析，可以看出在启动期出现的短路。由于电动机启动的周期较长，经过电动机的瞬间电流就会增加，超过了电动机的额定值，从而导致了电动机的失效。除了由于某些特定的因素，如绝缘等导致的电击和过载，大多数的失效都是由电动机的绝缘老化所致。由于工作环境的变化，尤其是在电动机内部不均匀时，会使电器的绝缘性能下降，从而很难预防发生短路事故［1］。

1.1 导致电机短路故障的原因

在运行过程中，经常会出现各种故障，尤其是短路故障是电机非常常见的故障，严重影响电机的性能。启动电机时，在很短的时间内，电机电流迅速增加，大电流可能远高于电机额定电流，容易造成短路故障。在电机运转过程中，温度是造成电机故障的主要因素，尤其是当电机内部温度不均时，很容易造成电气设备绝缘问题，短路故障难以避免。

1.2 PLC自控系统中电机短路故障防护的难点

可编程序控制器（PLC）控制系统在工业生产中发挥着重要作用，对电机的运行起到控制和监测的重要作用，是重要的电机保护系统。但目前的采样系统实施阶段比电机运行稳定性要难，采样后的电流稳定性，有更明显的时延，能及时了解问题原因。发生短路后，特别是当电机在PLC自动控制系统中不能正常实现实时监控时，就会发生电机短路故障，对工业生产影响很大，造成巨大的经济损失［2］。因此，为保证电机的安全生产，应提高PLC自动控制系统的性能，并在其可靠性方面采取有效措施，不断改进和完善PLC自动控制系统，可以更好地减少电机故障的发生。

2 PLC自控系统中的电机短路故障防护策略分析

采用PLC对电动机的故障防护进行自动监控，对短路电流进行计数，并对短路的状况进行分析。采用国产的2型cp31d变流器；2型稳压器，设备及元器件，以决定稳压器的稳压作用等，并根据系统的设计和元器件的工作原理，由短路值电路来产生脉冲。故障防护对于改善PLC的运行具有十分关键的意义。启动电流，电磁转矩和负载等难以了解，而且难以反映真实的状况。在起动时，要对起动时间内的任何时间进行有效的测定，必须利用示波器来掌握起动时的电流，并利用所测的和仿真的结果得到精确的数值。为了确保PLC的短路电流的准确、可靠，必须对其进行改进和完善，特别是中间短路电流的求解。在确定线路的电流时，要提高其可靠度、确保互转量、相对短路和相位脉冲量的精确度，以满足电动机的运行工况。采用PLC实现对电动机的自动控制，使电动机的工作更加安全和可靠。

PLC的电力系统采用PC及PLC进行，PLC采用外置传感器及变压器与发电机三相AC供电，电源方式为末端电压，额定电流。其中，PLC作为一种重要的设备，其功能是对各种设备进行检测、预处理、存储和传输。电脑凭借其超强的科技运算技术，运用专门技术与专家队伍，根据错误的特性，进行故障的原因辨识。通过人机界面、故障定位、故障诊断报告及分析，为操作者提供相关的故障处理意见。

2.1 PLC自控系统故障防护的基本原理

PLC自动控制系统主要包括输入采样、程序执行和输出更新工作流程。输入采样主要用于控制电机驱动传输采样单元，通过PLC系统、单元、图像区和输出设备进行解释，然后将指令和接收信号传送给电机继电器以及微电机启动开关输入单元，并通过PLC控制系统，使电机响应规定的运行条件。反复循环，可通过PLC主自动控制系统固定电机运行状况，进行实时监控，特别是电机故障。PLC控制系统全面结合电机故障原因，延时反馈控制，全面监控电机启动电流和大电流，如果发生这种情况，它将迅速停止以避免短路故障［3］。

在工业上，一般用于电动机工作的监测装置是PLC控制和电动机的保护。然而，PLC的自动化控制系统现在采用取样方式，通常在电动机平稳工作后，随着电压逐步平稳，会出现较大的延迟，这其中的缘由难以解释，特别是无法通过PLC进行控制短路。如果出现故障，会对整个行业的正常运转产生很大的负面作用，从而导致重大的经济效益。

2.2 短路故障防护设计

将动作指令导入到取样单元进行取样处理，并由PLC自动处理输出影像区域、单元及装置，再以马达中继讯号传送指令。将实际情况准确、详细地传递到转换器的输出端，再由PLC实现对实际情况的反馈。PLC的自控系统能够更加细致地掌握电动机的工作情况，并能对电动机的安全进行有效的监测，特别是电动机的故障防护。通过对电动机的失效进行有效的PLC控制，使取样的时间延长，达到对电动机的电流引导阶段的实时监测，当启动电流太大时，可以立即终止处理，防止发生短路［4］。

对短路电弧电流脉冲数、短路电流脉冲计数器及PLC控制系统实现进行计数。通过稳压整流管（2型cp31d）、电流互感器（自制）和稳压管（2型cw102）等设备和元件进行稳定性测定，分析电机工作原理，各种元件参数。短触发脉冲电流Circle的值，可以有效提高系统的预防和保护。电机运行过程中发生故障，设置各种参数，在启动过程中，电流变化完全适应了电机的启动相位，但启动电流、电磁转矩和负载条件都不好，电机启动阶段的电流变化不能完全逆转。可用示波器检测电流启动阶段的电流变化，用于模拟实验和测试方法，如给出准确数据等。PLC系统计算短路电流脉冲的可靠性和准确性进一步提高，匝间短路电流脉冲的计算精度也有所提高。充分了解电气短路，提高PLC自动控制系统在防止电机短路故障方面的意义，是保证电机稳定运行的关键［5］。

3 结束语

综上所述，PLC控制系统的电机故障保护主要用于电机在运行过程中的故障，采取有效的预防措施，保证电机的安全运行。为保证电机连续稳定运行，避免电机故障，应采取有效措施加强PLC自动控制系统的设计，减少电机故障，提高其性能，保证电机连续稳定运行。