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根据系统的实际情况，结合以上特点，SIMATICS7-200CPU224完全可以作为本系统的主机。

    CPU224可扩展7个模块，而其本身具有14输入/10输出共24点数字量，因此已无须数字量扩展模块。但由于有7路模拟量输入，故需选择模拟量输入模块。S7-200系列提供了EM231，EM232，EM235等模拟量扩展模块。根据以上技术数据，选择两个EM231作为模拟量输入模块，这样共可以扩展4×2=8路模拟量输入。

    4 系统软件设计

    4.1主程序

    程序开始，从输入单元检测输入量，首先判断KM是否闭合，如果闭合，说明电动机已经处于运行状态，此时应无法按下启动按钮，若KM未曾闭合，则说明电动机处于停机状态，可以按启动按钮。接着判断启动按钮是否按下，若是，则继续下面的程序，若否，则重新检测。如果按钮已经按下，则检测电动机是否启动，若是，则继续下面的程序，若否，则转入欠压保护子程序，若是电动机已经启动，则判断起动是否成功，若是，则继续下面的程序，若否，则转入起动保护。如果电动机已经正常起动，则绿灯亮。接着判断停止按钮是否按下，若否，则继续下面的程序，若是，则程序直接结束，开始下一次扫描。

    如果停止按钮并未按下，即电动机仍然在运行中，则进行运行过程中的故障判断，首先检测是否发生短路故障，方法是:检测三相电流，再判断Imax是否大于整定值，若是则跳转至保护动作子程序段，电动机起动短路保护，警报响，并且短路故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生断相故障，方法是:检测三相电流，判断是否有某相电流为零，或者检测Umn，判断是否不为零，如果其中之一满足，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动断相保护，警报响，并且断相故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生欠压故障，方法参见欠压保护子程序说明。接着判断是否发生接地故障，方法是:检测I0，若大于整定值则跳转至保护动作子程序段，电动机起动接地保护，警报响，并且接地故障指示灯亮。接着判断是否发生过负荷故障，方法是:检测三相电流，若到达整定时限后，电流仍大于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动过负荷保护，警报响，并且过负荷故障指示灯亮。若判断未发生过负荷故障，则程序完成一次扫描，再次从条开始，进行第二次扫描，所以结束是指一个循环的结束，并不是整个程序的结束。

    4.2欠压保护子程序

    在该程序段中，采集A相和C相的电压量，求出其平均值，再与整定值相比较，若小于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动欠压保护，警报响，并且欠压故障指示灯亮。若未发生欠压故障，则直接结束本次循环。

    4.3起动时间过长保护子程序

    在该程序段中，采集三相电流量，若发现在起动过程中，电流大于整定值，或在整定时间到达后，电流仍大于另一整定值，则跳转至保护动作子程序段，起动时间过长保护动作，警报响，并且起动故障指示灯亮。

    5 结束语

    通过本系统设计、试验与运行，得到如下结论:

    （1）利用PLC进行电动机综合保护硬件简单可靠。

    （2）可以采用梯形图语言进行编程，简单易行。

    （3）系统运行可靠，便于检修维护。

    （4）由于采用集成综合设计，系统体积小、功耗低、使用操作方便。

 1 引言

    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，电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。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。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、匝间短路等，这类故障是电动机运行中常见的一类故障。不对称故障对电动机的损害不仅仅是引发发热，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，对大型电动机进行综合保护非常重要。

    2 基于PLC的电动机综合保护

    对电动机的保护可以分为以下几类:

    在电动机发生故障时，为了保护电动机，减轻故障的损坏程度，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是用来取代传统的继电器控制的，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。因此，本文研究了基于可编程控制器（PLC）的电动机综合监控和保护系统的方法。

    3 系统硬件设计

    3.1系统的总体结构

    3.2PLC机型选择及扩展

    选择PLC机型应考虑两个问题:

    （1）PLC的容量应为多大？

    （2）选择什么公司的PLC及外设。在本系统中，包含以下输入输出点，见附表,本系统共包括12路开关量，7路模拟量。   

    SIMATICS7-200系列PLC是由西门子公司生产的小型PLC，其特点是:SIMATICS7-200系列PLC适用于各行各业，种场合中的检测，监测及控制的自动化，S7-200系列的强大功能使得其无论在独立运行中，或

    相连成网络皆能实现复杂控制功能，因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

    S7-200CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点,可连接7个扩展模块，大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点;13K字节程序和数据存储空间;6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器;1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力;I/O端子排可以很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。

一、系统概述：

    本系统主要是针对煤粉蒸汽或热水锅炉的控制。具有锅炉水位自动控制、燃烧经济性自动控制、炉膛负压自动控制、炉压波动补偿点火系统、蒸汽超压、缺水保护等自动联锁保护功能。

    本系统的控制方式分集控自动/集控手动/就地，三种方式可转换。锅炉正常运行生产时，使用集控自动方式，设备按工艺要求的顺序和流程由中央控制台自动控制、联锁保护；集控手动时，可在中央控制台操作各设备，有互锁和联动关系；就地时，在现场操作可启停设备，闭锁集控，保护现场操作人员的安全。    

    二、系统的实现：

    ①、初始化

    首先检测各电气设备已通电，并且有动作；然后依次检测锅炉水位是否低于下限，蒸汽压力是否超限，煤粉罐料位是否低于下限，中间料仓是否低于下限，如上述条件有任意一条为“是”均不能。

    ②、点火

    首先关闭一、二次风电动调节阀，然后依次启动引风机、二次风机、全开二次风阀门，如任意动作未执行，则停炉并报警；如设备运行正常，则延时吹扫1分钟，然后调节二次风电动阀至设定位置，启动点，此时监测火焰是否建立，延时30秒，启动一次风机，调节一次风阀门至设定位置，启动搅拌器，启动给料螺旋并调节至设定转速，此时监测火焰是否建立，如火焰建立，则油与煤粉混燃10分钟后关闭点，火焰检测器继续监测火焰是否建立，如上述任意条件为“否”或任意动作未执行，则执行停炉控制程序。

    ③、运行

    实时监测蒸汽压力，如超过设定压力，则执行停炉控制程序；如未超出设定压力，则执行经济燃烧控制程序。

    ④、停炉

    首先检测点是否关闭，然后依次停止搅拌器、供料螺旋、一次风机；将二次风阀门调至全开位置，延时吹扫1分钟后；检测炉膛温度直至低于设定温度后停止引风机、停二次风机，关闭一、二次风阀门。

    锅炉紧急或异常停车：    

    2、锅筒水位自动控制

    根据本系统锅炉容量，采用单冲量控制方式。    

    3、燃烧经济性自动控制

    根据5分钟内对烟气中氧气含量检测的平均值，改变送风量的大小，进而达到调节锅炉经济、高效燃烧的目的。

    燃烧经济性自动控制条件：

    ①、在一定的采样周期内，实际含氧量浓度变化率大于或小于工艺设定的含氧量目标值时，差值经PID运算后控制二次风阀执行器，执行器调整二次送风量，并在一定的时间内保持，以满足燃烧的经济性。

    ②、在一定的采样周期内，实际含氧浓度变化率在工艺含氧量目标值范围内时，系统不做运算，二次送风量保持原状态。   4、炉膛负压自动控制

    考虑到燃烧过程的波动性，控制系统应设有死区不响应功能。但是当炉压持续出现波动时，起动给油泵，同时点火器动作并延时，当炉压趋于稳定，关闭点火器同时停给油泵。启动给油泵、点火器点火并在给定的延迟时间内炉压还不能趋于稳定状态，则停止锅炉的运行。

    5、中间粉仓料位自动控制

    根据粉仓重量控制煤粉罐旋转阀的启停，当中间粉仓重量到达下限时，启动旋转阀；当中间粉仓重量到达上限时，停止旋转阀。

    6、煤粉锅炉系统连锁保护

    ①、水位保护

    锅炉水位报警共设定水位高、水位超高、水位低、水位极低等4种水位报警信号。

    锅炉水位保护共社水位超高、水位极低等两种保护。当水位超高或极低时停止锅炉运行。

    ②、蒸汽压力超高保护。当蒸汽压力超过设定的压力保护值时停止锅炉运行。

    ③、锅炉炉膛熄火保护。即锅炉在正常的运行状态下的非正常的熄火保护。

    ④、紧急停车保护。在现场设备调试及设备试运行期间，如果设备出现故障而设置的手动紧急保护功能

    三、控制系统硬件配置：

    根据工艺要求及操作使用方便，本系统将配置：低压电气柜一台和操作箱一台。

    （1）主要的低压电气元件选用富士。

    （2）数据集中采集及控制采用日立EH-150系列。

    （3）变频器采用日立L300P系列。

    （4）集中监控采用工控机。

    （5）温度传感器选用符合IEC的热电阻和热电偶。

    （6）锅筒水位采用配备就地式水位表和高精度的压差变送器。

    （7）蒸汽压力采用蓝宝石高温压力传感器。

    （8）蒸汽流量和给水流量采用一体化带温补的涡街流量计。

    四、上位机控制系统：

    五、结束语：

    该高效煤粉锅炉控制系统可靠性高、自动化程度高、使用方便、操作简单、功能丰富、控制灵活，满足用户的控制要求，运行正常稳定。