时限特性动作5。 （6）断相故障
电压互感器显示数据正常，电流互感器有一项或两相为零，速度传感器数据低于额定值，温度传感器数据大于额定值，则判断为单项断路，保护动作。 （7）转子断条
此故障表现出电机出力不足，电流增大并按一定周期摆动，转速下降，导致转子电流与定子电流增加，损耗加大，使转子温度上升。用速度传感器及电流互感器可以诊断其故障使保护动作（安置于转子上的电流互感器测得数据增大及按一定周期摆动，安置于定子上的电流互感器测得数据增大，扭距传感器测得数据低于额定值）。
（8）设备结构安装部位松动
此故障表现出电机振动剧烈，但三相电流大小和平衡情况正常，并且波动不打。既可以用振动传感器及电流互感器测得数据并使保护动作（振动传感器测得数据超过额定值很多，电流互感器显示数据正常）。 （9）转子扫膛
振动传感器数据大于额定值。 （10）轴承损坏
扭矩传感器显示数据不稳定或周期性变动，振动传感器显示数据不稳定或周期性变动，电流互感器平衡度正常但数据不稳定，则判断为轴承损坏或缺油。 （11）转子或定子铁芯松动
振动传感器显示数据不稳定，波动幅度较大。电流互感器和电压互感器显示数据基本稳定，扭矩传感器显示数据有轻微波动， 温度传感器大于额定值。则为铁芯松动。保护动作。 （12）转轴损坏或弯曲
振动传感器显示数据波动较大，温度传感器显示数据大于额定值，扭矩传感器显示数据不稳定，在小于额定值的范围内波动。电流互感器显示数据较大。则为转轴损坏或弯曲，保护动作。 （13）机壳带电 有零序电流产生。
17
3.3 数据采集
本文所涉及传感器及互感器有电压互感器、电流互感器、温度传感器、扭矩传感器、振动传感器。
三相鼠笼式异步电机所采集的信号分为数字量和模拟量两种信号，数字量信号包括断路器、隔离开关等设备的辅助接点以及其他继电器接点的开关量信号，或者来自别的微机保护或数字设备的数字量信号。这些信号经过干扰隔离环节，由输入、输出接口和保护装置相连。而当被采集的物理量是连续的模拟信号时，必须依据采样定理对模拟信号进行离散化，以保证原始数据不失真。模拟量输入电路的主要作用是隔离、规范输入电压及完成模数转换，以便与CPU接口，完成数据采集任务，因此这部分电路又称数据采集电路。数据采集电路内部参与运算的信号是二进制的离散数字信号，模拟量输入电路是综合保护装置中很重要的电路。保护装置的动作速度和测量精确度等性能都与该电路有关。 3.3.1保护装置的数据采集
综合保护装置要从被保护的线路或设备上的电流互感器、电压互感器或其他电压变送设备上取得信息，通常根据模数转换器输入范围的要求，将互感器的二次侧数值变换为4～20mA的电流信号或1～5V范围内的电压信号，对于电流信号可以采用串联一定阻值的电阻的方法变换为相应的电压信号。 3.3.2传感器的选型
传感器所输出的信号必须满足模拟量输入模块所需的的信号，例如电流信号为0-20mA；4-20mA，电压信号为0-5V或0-10V。
根据所选电机型号及其属性，要选择相应的传感器，Y2-180M-2电压为380V，电流为41A。本文以西门子EM231作为模拟量输入模块，EM231输入信号单极性：电流信号：0～20mA或4～20mA；电压信号：0～10V或0～5V；双极性：±5V，±10V。
所以传感器型号： 温度传感器：TR/02013 测量范围：-50℃～400℃
输出信号：4～20mA；0～10V；0～5V 振动传感器：HSBG-V3200-A
18
使用环境：-35℃～200℃ 频率响应：0.5～1000Hz 输出信号：4～20mA 扭矩传感器：KR-801 测量范围：0Nm～100000Nm 适应温度：-20℃～60℃ 输出信号：4～20mA
19
第四章 可编程控制器系统设计
4.1可编程控制器系统设计原则
可编程控制器虽然是以微机技术为核心的一种控制装置，但其工作方式与微机控制系统有很大的不同，与传统的继电器控制系统相比也有本质的区别。其主要区别是可编程控制器采用的是扫描工作方式和“软继电器”元件，可编程控制器系统设计包括硬件设计与软件设计两个方面，设计时可采用硬件与软件并行开发的方法，这样可以加快整个系统的开发速度。系统设计的主要内容及原则如下：
4.1.1可编程控制器的硬件设计原则
可编程控制系统硬件设计的内容主要包括PLC的选型、输入/输出设备选择、控制柜的设计及各种图形的绘制等。系统硬件设计应遵循的原则有如下几方面。 （1）充分发挥PLC的控制功能，最大限度地满足控制系统的要求。 （2）力求控制系统经济实用、操作方便。 （3）保证控制系统安全可靠。 （4）控制系统要具有可扩展性。 4.1.2可编程控制器的软件设计原则
可编程控制器系统软件设计的任务就是编写出能满足生产控制要求的PLC用户应用程序，即绘制出梯形图、编制出指令语句表。软件设计应遵循的原则有如下两方面。
（1）逻辑关系简明、易读、易改。 （2）少占内存空间，减少扫描时间。
4.2可编程控制器系统设计步骤
在改造老设备或设计新控制系统时，设计一个以可编程控制器为核心的控制系统，必须要考虑三个问题：一是保证设备的正常运行；而是合理、有效的资金投入；三是在满足可靠性和经济性的前提下，应具有一定的先进性，能根据生产工艺的变化扩展部分功能。因此，设计一个符合要求的控制系统，选择负荷控制要求的可编程控制器机型，是可编程控制器应用中的关键两点。
20
控制系统的设计步骤
控制系统的设计步骤一般按下述几个步骤进行。 1分析被控对象，明确控制要求。 2制定电气控制方案。
3确定输入/输出设备及信号特点。 4选择可编程控制器。 5分配输入/输出点地址。 6设计电气线路。 7设计控制程序。 8调试。
9技术文件整理。
4.3 PLC机型选择及扩展
选择PLC机型应考虑两个问题[8]： （1） PLC的容量应为多大。 （2） 选择什么公司的PLC及外设。
基于PLC的电动机故障诊断系统的总体结构如图1所示。如下图，准备开机时，按下开机按钮后，首先检测断路器状态，如果断路器初始状态为闭合，电机无法启动，并且声光报警。如果断路器初始状态为断开，断路器合闸，电机开始启动。在启动过程中，若发生故障，PLC进行相应的保护动作。启动完成后，“电机开/关指示灯”亮，电机正常运行。运行过程中，PLC依次循环检测电机是否发生相间短路、断相、低电压、单相接地、过负荷、过电流等故障，若有发生，PLC进行相应保护动作。关机时，PLC接到关机命令后，断路器跳闸，“电机开/关机指示灯”灭。故障声光报警后，按“报警复位按钮”复位。
21