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6ES7221-1BF32-0XB0  1．分析了電動機運行的基本原理、電動機故障特征以及保護原理。

2．給出了電動機保護裝置的實現(xiàn)方案。本裝置可實現(xiàn)以下故障保護：短路保護、堵轉(zhuǎn)保護、過流保護、不平衡保護、斷相保護、過壓保護、欠壓保護、漏電保護以及過熱保護等功能。

3．以80C196KC單片機為核心控制器設計了電動機保護硬件單元，并配以液晶顯示器等外圍設備構(gòu)成電動機保護系統(tǒng)。

1 保護方法

1.1 國內(nèi)外研究的狀況

隨著微電子技術和單片機應用技術的發(fā)展，以微處理器為核心的智能型多功能電動機保護器應運而生?；谖⑻幚砥鞯碾妱訖C保護裝置具有優(yōu)異的保護特性、完善的功能擴展和智能化的監(jiān)測與控制。經(jīng)過多年的發(fā)展，國外一些著名的電器公司紛紛推出以微處理器為核心的智能化電機保護器。如：德國SIEMENS公司的3UBI系列繼電器、日本FUJI公司的QA系列繼電器、美國ABB公司的SPEM繼電器、英國GEC—ALSHOW公司的GEMSTART智能控制繼電器。國內(nèi)也有許多單位在進行研制(如上海電器科學研究所，南京自動化研究所等)。各類產(chǎn)品除基本的保護功能外，一般還具有自檢、自診斷、故障參數(shù)(如故障值、故障類型等)的記憶、保護參數(shù)的整定等多種功能。進入20世紀90年代以來，由于微機通訊技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，國外一些公司又提出了兼有監(jiān)控、保護功能的智能化保護器。它能與中央控制系統(tǒng)進行雙向通訊，形成監(jiān)控、保護信息網(wǎng)絡；也能監(jiān)視電動機各種運行參數(shù)，不但能測量當前數(shù)據(jù)，并能對過去的運行參數(shù)及故障情況做出統(tǒng)計，幫助操作人員做出決策，以減少線路和設備的停機和維修時間，大大提高了整個系統(tǒng)的可靠性。

**2 **三相異步電動機常見故障及分析

2. 1 ** 短路故障特征分析及保護判據(jù)**

電動機的短路故障是比較嚴重的一種故障，危害性很大。短路故障包括定子繞組的相間短路和一相繞組匝間短路。定子繞組的相間短路是電動機最嚴重的故障，它會引起電動機本身的嚴重損壞，使供電網(wǎng)絡的電壓顯著下降，影響其它用電設備的正常工作。一相匝間短路是較常見的短路故障，該故障初期僅表現(xiàn)為三相電流不對稱，使故障相的相電流增大，嚴重的情況會導致匝間線圈絕緣全部燒毀，使電動機的一相繞組全部短接。此時，負載星形聯(lián)接的非故障相將承受線電壓，負載三角形聯(lián)接的將產(chǎn)生相間短路，這會使電動機遭受嚴重損壞。

電動機相間短路故障最明顯的特征是三相供電線路的故障相會出現(xiàn)大電流，危害性很大，應進行速斷保護。短路保護的整定值應大于電動機最大穩(wěn)定啟動電流，一般取電動機額定電流的8～lO倍。在進行短路保護時，通過檢測電動機A，B，C三相線電流來實現(xiàn)，超過整定值后，直接進行斷電保護。短路保護的原則是，當在一定時限(當然很短)內(nèi)檢測到三相最大電流超過電動機額定線電流K倍時（K為短路過流倍數(shù)，一般取8～10)，就認為電動機有短路故障，應進行速斷保護。

3 ** 電機保護裝置框圖及硬件電路設計**

3.1 電機保護裝置總體框圖

電動機保護器實現(xiàn)的功能主要包括：三相電流顯示、聲音報警、故障脫扣、故障記憶、過載保護、短路保護、漏電保護、缺相保護、相失衡保護、相序保護、過欠壓保護等。用傳統(tǒng)的模擬線路要實現(xiàn)如此綜合的功能，其線路將會變得非常復雜，整個裝置的體積也會非常龐大。目前一些模擬電子式電動機保護器能實現(xiàn)的功能都比較單一，例如：過流保護器、缺相保護器、漏電保護器等，而單片機的出現(xiàn)，使得電動機保護器的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍，在智能化、功能多樣化、小型化、模塊化、性能可靠性等方面達到的水平。

用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)電動機保護的功能，在硬件方面主要由三相電流信號采樣、漏電流采樣、電壓信號采樣、鍵盤接口、顯示部分、控制輸出、報警輸出、通信接口等幾部分構(gòu)成。

硬件系統(tǒng)基本工作原理是：由電流、電壓互感器實時檢測電動機的三相線電壓和線電流，并經(jīng)信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換后輸入單片機A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道，根據(jù)一定的算法，計算出信號的有效值，將計算出來的信號有效值與預先設定的相應整定值進行比較判斷，若在一定時限內(nèi)，采樣到的信號有效值都在設定的故障范圍值之內(nèi)，則認為有故障產(chǎn)生，并由單片機發(fā)出故障控制信號對電動機進行跳閘斷電和報警。若無故障產(chǎn)生，則循環(huán)采樣、顯示和存儲電壓、電流信號。

6ES7221-1BF32-0XB0  S7-200
6ES7 211-0AA23-0XB0 CPU221 DC/DC/DC,6輸入/4輸出
6ES7 211-0BA23-0XB0 CPU221 繼電器輸出,6輸入/4輸出
6ES7 212-1AB23-0XB8 CPU222 DC/DC/DC,8輸入/6輸出
6ES7 212-1BB23-0XB8 CPU222 繼電器輸出,8輸入/6輸出
6ES7 214-1AD23-0XB8 CPU224 DC/DC/DC,14輸入/10輸出
6ES7 214-1BD23-0XB8 CPU224 繼電器輸出,14輸入/10輸出
6ES7 214-2AD23-0XB8 CPU224XP DC/DC/DC,14DI/10DO,2AI/1AO
6ES7 214-2BD23-0XB8 CPU224XP 繼電器輸出,14DI/10DO,2AI/1AO
6ES7 216-2AD23-0XB8 CPU226 DC/DC/DC,24輸入/16輸出
6ES7 216-2BD23-0XB8 CPU226 繼電器輸出,24輸入/16輸出
擴展模塊 
6ES7 221-1BH22-0XA8 EM221 16入 24VDC，開關量
6ES7 221-1BF22-0XA8 EM221 8入 24VDC，開關量
6ES7 221-1EF22-0XA0 EM221 8入 120/230VAC，開關量
6ES7 222-1BF22-0XA8 EM222 8出 24VDC，開關量
6ES7 222-1EF22-0XA0 EM222 8出 120V/230VAC，0.5A 開關量
6ES7 222-1HF22-0XA8 EM222 8出 繼電器
6ES7 222-1BD22-0XA0 EM222 4出 24VDC 固態(tài)－MOSFET
6ES7 222-1HD22-0XA0 EM222 4出 繼電器 干觸點
6ES7 223-1BF22-0XA8 EM223 4入/4出 24VDC，開關量
6ES7 223-1HF22-0XA8 EM223 4入 24VDC/4出 繼電器
6ES7 223-1BH22-0XA8 EM223 8入/8出 24VDC，開關量
6ES7 223-1PH22-0XA8 EM223 8入 24VDC/8出 繼電器
6ES7 223-1BL22-0XA8 EM223 16入/16出 24VDC，開關量
6ES7 223-1PL22-0XA8 EM223 16入 24VDC/16出 繼電器
6ES7 223-1BM22-0XA8 EM223 32入/32出 24VDC，開關量
6ES7 223-1PM22-0XA8 EM223 32入 24VDC/32出 繼電器
6ES7 231-0HC22-0XA8 EM231 4入*12位精度，模擬量
6ES7 231-7PB22-0XA8 EM231 2入*熱電阻，模擬量
6ES7 231-7PD22-0XA8 EM231 4入*熱電偶，模擬量
6ES7 232-0HB22-0XA8 EM232 2出*12位精度，模擬量
6ES7 235-0KD22-0XA8 EM235 4入/1出*12位精度，模擬量
6ES7 277-0AA22-0XA0 EM277 PROFIBUS-DP接口模塊
6GK7 243-2AX01-0XA0 CP243-2 AS-i接口模塊
6ES7 253-1AA22-0XA0 EM253 位控模塊
6ES7 241-1AA22-0XA0 EM241 調(diào)制解調(diào)器模塊
6GK7 243-1EX00-0XE0 CP243-1 工業(yè)以太網(wǎng)模塊
6GK7 243-1GX00-0XE0 CP243-1IT 工業(yè)以太網(wǎng)模塊
附件 
6ES7 291-8GF23-0XA0 MC291,新CPU22x存儲器盒,64K
6ES7 297-1AA23-0XA0 CC292,CPU22x時鐘/日期電池盒
6ES7 291-8BA20-0XA0 BC293,CPU22x電池盒
6ES7 290-6AA20-0XA0 擴展電纜,I/O擴展,0.8米,CPU22x/EM

序號
名稱
描述
訂貨號
1
CPU222 CN
CPU222 DC / DC / DC8 輸入/ 6 輸出
6ES72121AB230XB8
2
CPU222 CN
CPU222 AC / DC/Relay8 輸入/ 6 繼電器
6ES72121BB230XB8
3
CPU224 CN
CPU224 DC / DC / DC14 輸入/10 輸出
6ES72141AD230XB8
4
CPU224 CN
CPU224 AC / DC/Relay14 輸入/ 10 繼電器
6ES72141BD230XB8
5
CPU224XP CN
CPU224 XP DC / DC / DC14 輸入/ 10 輸出
6ES72142AD230XB8
6
CPU224XP CN
CPU224 XP AC / DC / 繼電器14 輸入/ 10 繼電器輸出
6ES72142BD230XB8
7
CPU226XP CN
CPU226 DC / DC / DC24 輸入/ 16 輸出
6ES72162AD230XB8
8
CPU226XP CN
CPU226 AC / DC / 繼電器24 輸入/ 16 繼電器
6ES72162BD230XB8
9
CPU221
CPU 221 DC / DC/DC 6 輸入/ 4 輸出
6ES72110AA230XB0
10
CPU221
CPU 221 AC / DC / 繼電器6 輸入/ 4 輸
6ES72110BA230XB0
11
CPU222
CPU222 DC / DC / DC8 輸入/ 6 輸出
6ES72121AB230XB0
12
CPU222
CPU222 AC / DC/Relay8 輸入/ 6 繼電器
6ES72121BB230XB0
13
CPU224
CPU224 DC / DC / DC14 輸入/10 輸出
6ES72141AD230XB0
14
CPU224
CPU224 AC / DC/Relay14 輸入/ 10 繼電器
6ES72141BD230XB0
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CPU224XP
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CPU224XP
CPU224 XP AC / DC / 繼電器14 輸入/ 10 繼電器輸出
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CPU226XP
CPU226 DC / DC / DC24 輸入/ 16 輸出
6ES72162AD230XB0
18
CPU226XP
CPU226 AC / DC / 繼電器24 輸入/ 16 繼電器
6ES72162BD230XB0
 
S7-200擴展模塊：
6ES7221-1BF22-0XA8 EM 221 數(shù)字量輸入模塊，8 輸入24V DC 
6ES7221-1BH22-0XA8 EM 221 數(shù)字量輸入模塊，16 輸入24 VDC 
6ES7222-1BF22-0XA8 EM 222 數(shù)字量輸出模塊，8 輸出24 VDC 
6ES7222-1HF22-0XA8 EM 222 數(shù)字量輸出模塊，8 輸出繼電器
6ES7223-1BF22-0XA0 EM 223 數(shù)字量輸入/ 輸出模塊，4 輸入/4 輸出24V DC 
6ES7223-1HF22-0XA8 EM 223 數(shù)字量輸入/ 輸出模塊，4 輸入24 VDC/4 繼電器輸出 6ES7223-1BH22-0XA8 EM 223 數(shù)字量輸入/ 輸出模塊，8 輸入/8 輸出24 VDC 
6ES7223-1PH22-0XA8 EM 223 數(shù)字量輸入/ 輸出模塊，8 輸入24 VDC/8 繼電器輸出 6ES7223-1BL22-0XA8 EM 223 數(shù)字量輸入/ 輸出模塊，16 輸入/16 輸出24 VDC 
6ES7223-1PL22-0XA8 EM 223 數(shù)字量輸入/ 輸出模塊，16 輸入24 VDC/16 繼電器輸出 
6ES7231-0HC22-0XA8 EM 231 模擬量輸入模塊，4 輸入 
6ES7231-7PB22-0XA8 EM 231 2 路輸入熱電阻 
6ES7231-7PD22-0XA8 EM 231 4 路輸入熱電偶 
6ES7232-0HB22-0XA8 EM 232 模擬量輸出模塊，2 輸出 
6ES7235-0KD22-0XA8 EM 235 模擬量輸入/ 輸出模塊4 輸入/1 輸出 
6ES7241-1AA22-0XA0 EM 241 調(diào)制解調(diào)器模塊 
6ES7253-1AA22-0XA0 EM 253 定位模塊 
6ES7277-0AA22-0XA0 EM 277 PROFIBUS-DP 模塊 
6GK7243-1EX00-0XE0 CP 243-1 以太網(wǎng)模塊 
6GK7243-1GX00-0XE0 CP 243-1 IT 版以太網(wǎng)模塊 
6GK7243-2AX01-0XA0 CP 243-2 AS-i 接口模塊 
6ES7291-8GE20-0XA0 MC 291，32K x 8 EEPROM 存儲器盒 
6ES7291-8GF23-0XA0 存儲卡，64 Kbytes 
6ES7291-8GH23-0XA0 存儲卡，256 Kbytes 
6ES7297-1AA20-0XA0 CC 292，CPU 22x 時鐘/ 日期電池盒 
6ES7297-1AA23-0XA0 新CPU 221 和222 時鐘卡（包括電池卡功能） 
6ES7291-8BA20-0XA0 BC 293，CPU 22x 電池盒 
6ES7290-6AA20-0XA0 擴展電纜，I/O 擴展，0.8 米，CPU 22x/EM 
6ES7901-3CB30-0XA0 編程通訊電纜，PC/PPI，RS232/485 轉(zhuǎn)換，帶光電隔離，

6ES7221-1BF32-0XB0