CN106685311A - 一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于可编程电动机保护器的模块化低压电动机控制电路及控制方法，其包括可编程低压电机保护器，其输入端口In1连接断路器，输入端口In11连接接触器；输入端口In3连接开按钮，输入端口In4连接停按钮，输入端口In5、In6连接选择开关，开按钮、停按钮和选择开关设置在现场操作按钮盒中；DCS发出的开信号、开备信号分别接入输入端口In7和输入端口In8；DCS发出的允许开信号接入输入端口In9；可编程低压电机保护器的FH_O1输出端口为保护跳闸接点，FH_O2输出端口为开接点，FH_O3输出端口为停接点；FH_O4输出端口为准备就绪接点，FH_O5输出端口为故障接点，FH_O6输出端口为开备接点，FH_O7输出端口为备用端口。本发明能减少由于接线复杂导致的失误，提高工作效率，通用性强，适用性高，调整灵活。

Description

一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路及方法
技术领域
本发明涉及一种低压电动机控制电路，特别是关于一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路及方法。
背景技术
工矿企业，尤其是石油化工企业中存在大量低压(交流380V)电动机类的用电设备，其控制方式主要受工艺流程的要求，具有工艺联锁多、自动化程度高、控制方式多样等特点。低压电动机的控制设计一直是电气设计工作的重要内容。低压电动机的控制元件为接触器，通过其线圈的通、断电来实现主触头的接通、关断，进而控制电动机的运行和停止，这一特性决定了电动机的控制电路显现出一种“非此即彼”的逻辑，即控制“运行”或“开车”的信号应先并联起来，并动作于“合”或“1”电平，而使得接触器线圈电路通电，相反的，控制“停止”或“停车”的信号应串联起来，并动作于“断”或“0”电平，才能使得接触器线圈电路失电，且二者只能共同作用于接触器线圈这一唯一的元件电路中。如果当工艺流程或操作习惯要求电动机有多处操作及控制时，设计人员应先行整理所有“开”及“停”信号，辅助必要的闭锁接点，搭接出接触器线圈的控制电路，并逐一检查电路的“接通”和“关断”逻辑是否成立，避免控制信号接线错误或逻辑相互矛盾，才能完成一个正确的、符合操作流程要求的低压电动机控制电路。
实践表明，常规的低压电动机控制电路经常容易出现通断的前后矛盾，这正是多个不同电平信号作用于接触器线圈这个唯一的电动机控制元件这一本质特征而引起的；其次，当后续还有“开车”、“停车”信号增加时，已完成的控制电路的修改较为复杂，往往出现重新设计电路的情况，增加了设计工作的难度，降低了正确率，也缺乏通用性、易用性；另外，工程中低压电动机回路数量比较大时，接线施工、设备制造、备品备件、检修维护等工作量非常庞杂，容易出错，从提高施工质量、缩短制造周期、减少运行成本及方便管理维护等角度考虑，通用性不强的设计会造成效率的极大损失。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路及方法，其既可以减少由于接线复杂导致的失误，还可以将电路设置成模块化结构，提高工作效率，同时具有易用性高、调整灵活、维护调试简单等特点。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路，其特征在于：它包括可编程低压电动机保护器，所述保护器的输入端口In1连接断路器，输入端口In11连接接触器，所述断路器和接触器的辅助接点串联构成电动机主回路的状态信号；所述保护器的输入端口In2连接开按钮，输入端口In4连接停按钮，输入端口In5、In6分别连接选择开关的两组位置接点：工作和备用，所述开按钮、停按钮和选择开关设置在现场操作按钮盒中，通过操作所述选择开关提供一个控制地点或运行模式的选择；DCS发出的开信号、开备信号分别接入所述可编程低压电机保护器的输入端口In7和输入端口In8，所述开信号、开备信号构成集中联锁控制信号；所述DCS发出的允许开信号接入所述保护器的输入端口In9，在工艺条件未达到预先设置条件时所述允许开信号用于闭锁电动机开启；所述保护器的FH_O1输出端口为保护跳闸接点，作用于直接分断电动机主回路的断路器；FH_O2输出端口为开接点，是各类原始开命令和闭锁条件经逻辑处理后的最终开信号，作用于电动机接触器线圈；FH_O3输出端口为停接点；FH_O4输出端口为准备就绪接点，用于DCS或现场操作人员判断电气回路的就绪状态；FH_O5输出端口为故障接点；FH_O6输出端口为开备接点，当采用互备逻辑时用于开备用电动机；FH_O7输出端口为备用端口。
所述保护器上还设置有模拟量及辅助端口，所述模拟量及辅助端口包括电动机主回路的三相电流信号端口Ia、Ib、Ic，零序电流信号端口I0，三相电压信号端口Ua、Ub、Uc，以及可编程低压电机保护器的工作电源端口和通讯端口。
所述DCS发出的停信号直接接入所述接触器内的线圈控制回路中，并通过中间继电器扩展后将中间继电器的辅助接点送入所述保护器的In10端口。
所述DCS发出的停信号与现场紧急停按钮一起串接入所述接触器的线圈控制回路中。
所述可编程低压电机保护器的其它输入端口In2、In12～In14为预留端口，能接入用于正、反转电动机控制的反转开按钮、反转开运行状态信号，以及设定为互为备用电动机控制时，作为备用电动机的开备信号、当配有变频器或软启动器时，启动器件的工作或运行状态信号。
所述停接点和开接点串联后直接接入所述接触器内的线圈控制回路中。
所述可编程电动机保护器采用冗余数字式信号处理器，内置24V直流电源，预置至少8～14无源开关量输入端口。
所述可编程电动机保护器采用无源开关量输入端口数量为14个。
一种如上述控制电路的基于可编程保护器的低压电动机通用控制方法，其特征在于，所述控制方法如下：1)开信号FH_O2的控制逻辑：1.1)按下现场操作按钮盒的开按钮SB1和接收DCS的开信号K1，经或门后，当现场操作按钮盒的选择开关SA在工作位置时，共同作用于与门，形成工作开逻辑①；1.2)将现场操作按钮盒的选择开关SA设置在备用位置时，接收DCS的开备信号K2或工作电动机退出时发出的开备信号时，共同作用于与门，形成备用的开逻辑②；1.3)电动机主回路的接触器KM在断开位置时，通过与电源正常即断路器QA闭合和电动机保护动作未输出即回路无故障共同作用于与门，构成就绪逻辑③；1.4)工作开逻辑①与备用开逻辑②通过或门，与就绪逻辑③同时作用于与门，形成最终开信号FH_O2；即无论在工作模式还是备用模式下，其中任一处有开信号便使或逻辑输出成立，与就绪逻辑③同时作用于与门形成最终开信号FH_O2；2)停信号FH_O3的控制逻辑包括以下步骤：2.1)按下现场操作按钮盒的停按钮SB3时，形成第一控制逻辑；2.2)DCS发出停信号K3时，形成第二控制逻辑；2.3)电动机保护器检测到回路故障时，形成第三控制逻辑；2.4)断路器瞬时脱扣器跳闸，形成第四控制逻辑；2.5)第一、第二、第三和第四控制逻辑由或门形成最终停逻辑⑦，发出最终停信号FH_O3；即任意一条逻辑成立则形成停信号FH_O3；2.6)第三、第四控制逻辑由或门形成开备逻辑⑤，经延时后送出至备用电动机，作为该电动机在备用模式下的开备信号。
所述步骤1.4)中，当允许开信号Y1存在时，允许开信号Y1作为逻辑④，则现场开逻辑①、远方开逻辑②通过或门连接后与就绪逻辑③、逻辑④同时作用于与门形成最终开信号FH_O2；所述保护器的保护跳闸接点FH_O1，用于检测回路的单相接地故障，并作用于断路器QA的分励脱扣器构成零序电流保护。
本发明由于采取以上技术方案，因此具有以下优点：1、本发明采用具有可编程功能的电动机保护器，可以提供若干开关量输入、输出端口，所有“开”及“停”控制信号不直接作用于低压电动机接触器的线圈控制电路，而是接入可编程电动机保护器的输入端口，通过保护器的可编程功能，按控制逻辑完成“开”及“停”动作判断，再由保护器的可编程输出端口作用于电动机接触器的线圈控制电路。该电路既可以减少由于接线复杂导致的失误，还可以将电路设置成模块化结构，有效提高工作效率。2、本发明基于可编程电动机保护器，保护器采用冗余数字式信号处理器，内置24V直流电源，可预置不少于8～14无源开关量输入端口；且开关量输入端口的信号均可用于逻辑处理，具有通用性强、适用范围广、调整灵活、维护简单等特点。3、本发明采用开关量输入端口数量为14个的电动机保护器，有效增加通用性、易用性，并提高工程设计的模块化程度。4、本发明可以实现石油化工工程中对低压电动机的控制要求，可以预置设计完整的控制逻辑以实现不同的控制功能，适用于包括但不限于直接启动、互为备用、互为主辅、两地操作、顺控操作等各种控制要求的低压电动机，且无需修改外部接线。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的现场操作按钮盒结构示意图；
图3是本发明的电动机主回路结构示意图；
图4是本发明的通用控制逻辑方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路，其包括可编程低压电动机保护器(FH)，保护器(FH)的输入端口In1连接断路器QA，输入端口In11连接接触器KM，断路器QA和接触器KM的辅助接点串联构成电动机主回路的状态信号，用于表征主回路的电源状态和电动机的运行状态。保护器(FH)的输入端口In2连接开按钮SB1，输入端口In4连接停按钮SB3，输入端口In5、In6分别连接选择开关SA的两组位置接点：工作(手动)和备用(自动)，开按钮SB1、停按钮SB3和选择开关SA设置在现场操作按钮盒中，通过操作选择开关SA提供一个控制地点或运行模式的选择，如现场手动或远方自动，或者提供该台电动机的运行模式，如在工作模式或备用模式之间的选择。DCS(DistributionControl System，分散式控制系统)发出的开信号K1、开备信号K2分别接入保护器(FH)的输入端口In7和输入端口In8，开信号K1、开备信号K2构成集中联锁控制信号；DCS发出的允许开信号Y1接入保护器(FH)的输入端口In9，在工艺条件未达到预先设置条件时允许开信号Y1可用于闭锁电动机开启。可编程低压电机保护器(FH)的FH_O1输出端口为保护跳闸接点，作用于直接分断电动机主回路的断路器；FH_O2输出端口为开接点，是各类原始开命令和闭锁条件经逻辑处理后的最终开信号，作用于电动机接触器线圈；FH_O3输出端口为停接点；FH_O4输出端口为准备就绪接点，可用于DCS或现场操作人员判断电气回路的就绪状态；FH_O5输出端口为故障接点；FH_O6输出端口为开备接点，当采用互备逻辑时可用于开备用电动机；FH_O7输出端口为备用端口。
可编程低压电动机保护器(FH)上还设置有模拟量及辅助端口，模拟量及辅助端口包括电动机主回路的三相电流信号端口Ia、Ib、Ic，零序电流信号端口I0，三相电压信号端口Ua、Ub、Uc，以及可编程低压电机保护器的工作电源端口和通讯端口等。
在一个优选实施例中，如图3所示，DCS发出的停信号K3可以直接接入接触器KM内的线圈控制回路，并通过中间继电器KA扩展后将中间继电器KA辅助接点送入保护器(FH)的In10端口，这是为了确保“停”操作在生产安全中最优级的可靠性。如图1所示，保护器(FH)的其它输入端口In2、In12～In14为预留端口，可接入用于正、反转电动机控制的反转开按钮SB2(In2)、反转开运行状态KMR信号(In12)，以及设定为互为备用电动机控制时，作为备用电动机的开备信号FU-B/C(In13)，当配有其它启动器件如变频器/软启动器时，启动器件的工作/运行状态信号QD(In14)。如图2所示，现场操作按钮盒还可以根据使用需要配有电流表PA等元件。
在一个优选实施例中，如图3所示，停接点FH_O3和开接点FH_O2串联后直接接入接触器KM内的线圈控制回路中，以实现其内在逻辑要求的控制功能。为了确保“停”操作在生产安全上的可靠性，DCS发出的停信号K3可以直接与现场紧急停按钮SB4一起串接入接触器KM的线圈控制回路中，确保两处信号在设备故障或紧急情况下均可直接断开控制回路，提供保证电动机安全停车的措施。
在一个优选实施例中，可编程电动机保护器采用冗余数字式信号处理器(DSP,Digital Signal Processor)，内置24V直流电源，可预置不少于8～14无源开关量输入端口。开关量输入端口的信号均用于逻辑处理。
在一个优选实施例中，为增加通用性、易用性，以及提高工程设计的模块化程度，本发明采用无源开关量输入端口数量为14个的可编程电动机保护器。
在一个优选实施例中，本发明还设置有1个钥匙紧急停开关，以保障检修安全。
如图4所示，本发明还提供一种基于可编程电动机保护器的模块化通用低压电动机控制电路的控制方法，该控制方法步骤如下：
1)开信号FH_O2的控制逻辑：
1.1)按下现场操作按钮盒的开按钮SB1(即In3＝1)和收到DCS发出的开信号K1(即In7＝1)，用于第一步开启工作模式下的电动机，两者共同作用于或门；此时，若现场操作按钮盒的选择开关SA在工作(手动)位置(即In5＝1)时，经或门后作用于与门，形成工作(手动)开逻辑①；
1.2)备用模式下的电动机，应先将现场操作按钮盒的选择开关SA设置在备用(自动)位置(即In6＝1)，此时接收到DCS发出的开备信号K2(即In8＝1)或工作电动机退出时发出的开备信号(即In13＝1)时，共同作用于与门，形成备用(自动)的开逻辑②；
1.3)电动机主回路的接触器KM在断开位置(即In11＝0)时，通过与电源正常即断路器QA闭合(即In1＝1)和电动机保护动作未输出即回路无故障(内部)共同作用于与门，构成就绪逻辑③；
1.4)工作开逻辑①、备用开逻辑②通过或门，与就绪逻辑③同时作用于与门，形成最终开信号FH_O2；即无论在工作模式下还是备用模式下，无论是选择现场手动，还是远方自动，其中任一处有开信号便使或逻辑输出成立，与就绪逻辑③同时作用于与门形成最终开信号FH_O2。
2)停信号FH_O3的控制逻辑包括以下步骤：
2.1)按下现场操作按钮盒的停按钮SB3(即In4＝0)时，形成第一控制逻辑；
2.2)DCS发出停信号K3(即In10＝0)时，形成第二控制逻辑；
2.3)电动机保护器检测到回路故障(继电保护动作)时，形成第三控制逻辑；
2.4)断路器瞬时脱扣器跳闸(短路保护动作，In1＝0)，形成第四控制逻辑；
2.5)第一、第二、第三和第四控制逻辑由或门形成最终停逻辑⑦，发出最终停信号FH_O3；即任意一条逻辑成立则形成停信号FH_O3；
2.6)第三、第四控制逻辑由或门形成开备逻辑⑤，经延时⑥后送出至备用电动机，作为该电动机在备用模式下的开备信号；
其中，已有或新增的符合停要求的信号，均可作为停信号FH_O3或门的条件。
上述步骤1.4)中，当允许开信号Y1存在(In9＝1)时，允许开信号Y1作为逻辑④，则现场开逻辑①、远方开逻辑②通过或门连接后与就绪逻辑③、逻辑④同时作用于与门形成最终开信号FH_O2。
上述各步骤中，电动机保护器的保护跳闸接点FH_O1，用于检测回路的单相接地故障，并作用于断路器QA的分励脱扣器构成零序电流保护。
综上所述，本发明的所有开及停控制信号都不直接作用于电动机接触器KM内的线圈控制电路，而是接入可编程电动机保护器的输入端口，通过保护器的可编程功能，按控制逻辑完成开及停，由保护器的可编程输出端口作用于电动机接触器的线圈控制电路。利用保护器的可编程开关量输入端口，可以满足大部分电动机对开、停控制的输入要求。本发明可以实现石油化工工程中对电动机的大部分控制要求。基于此设计，工程中可以预先设计通用、完整的逻辑以适应不同的控制要求，可以在不经过修改外部接线的情况下通过通用逻辑来适用具体的电动机。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路，其特征在于：它包括可编程低压电动机保护器，所述保护器的输入端口In1连接断路器，输入端口In11连接接触器，所述断路器和接触器的辅助接点串联构成电动机主回路的状态信号；所述保护器的输入端口In2连接开按钮，输入端口In4连接停按钮，输入端口In5、In6分别连接选择开关的两组位置接点：工作和备用，所述开按钮、停按钮和选择开关设置在现场操作按钮盒中，通过操作所述选择开关提供一个控制地点或运行模式的选择；DCS发出的开信号、开备信号分别接入所述可编程低压电机保护器的输入端口In7和输入端口In8，所述开信号、开备信号构成集中联锁控制信号；所述DCS发出的允许开信号接入所述保护器的输入端口In9，在工艺条件未达到预先设置条件时所述允许开信号用于闭锁电动机开启；所述保护器的FH_O1输出端口为保护跳闸接点，作用于直接分断电动机主回路的断路器；FH_O2输出端口为开接点，是各类原始开命令和闭锁条件经逻辑处理后的最终开信号，作用于电动机接触器线圈；FH_O3输出端口为停接点；FH_O4输出端口为准备就绪接点，用于DCS或现场操作人员判断电气回路的就绪状态；FH_O5输出端口为故障接点；FH_O6输出端口为开备接点，当采用互备逻辑时用于开备用电动机；FH_O7输出端口为备用端口。
2.如权利要求1所述的一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路，其特征在于：所述保护器上还设置有模拟量及辅助端口，所述模拟量及辅助端口包括电动机主回路的三相电流信号端口Ia、Ib、Ic，零序电流信号端口I0，三相电压信号端口Ua、Ub、Uc，以及可编程低压电机保护器的工作电源端口和通讯端口。
3.如权利要求1所述的一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路，其特征在于：所述DCS发出的停信号直接接入所述接触器内的线圈控制回路中，并通过中间继电器扩展后将中间继电器的辅助接点送入所述保护器的In10端口。
4.如权利要求1所述的一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路，其特征在于：所述DCS发出的停信号与现场紧急停按钮一起串接入所述接触器的线圈控制回路中。
5.如权利要求1所述的一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路，其特征在于：所述可编程低压电机保护器的其它输入端口In2、In12～In14为预留端口，能接入用于正、反转电动机控制的反转开按钮、反转开运行状态信号，以及设定为互为备用电动机控制时，作为备用电动机的开备信号、当配有变频器或软启动器时，启动器件的工作或运行状态信号。
6.如权利要求1所述的一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路，其特征在于：所述停接点和开接点串联后直接接入所述接触器内的线圈控制回路中。
7.如权利要求1所述的一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路，其特征在于：所述可编程电动机保护器采用冗余数字式信号处理器，内置24V直流电源，预置至少8～14无源开关量输入端口。
8.如权利要求7所述的一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制电路，其特征在于：所述可编程电动机保护器采用无源开关量输入端口数量为14个。
9.一种如权利要求1至8任一项所述控制电路的基于可编程保护器的低压电动机通用控制方法，其特征在于，所述控制方法如下：
1)开信号FH_O2的控制逻辑：
1.1)按下现场操作按钮盒的开按钮SB1和接收DCS的开信号K1，经或门后，当现场操作按钮盒的选择开关SA在工作位置时，共同作用于与门，形成工作开逻辑①；
1.2)将现场操作按钮盒的选择开关SA设置在备用位置时，接收DCS的开备信号K2或工作电动机退出时发出的开备信号时，共同作用于与门，形成备用的开逻辑②；
1.3)电动机主回路的接触器KM在断开位置时，通过与电源正常即断路器QA闭合和电动机保护动作未输出即回路无故障共同作用于与门，构成就绪逻辑③；
1.4)工作开逻辑①与备用开逻辑②通过或门，与就绪逻辑③同时作用于与门，形成最终开信号FH_O2；即无论在工作模式还是备用模式下，其中任一处有开信号便使或逻辑输出成立，与就绪逻辑③同时作用于与门形成最终开信号FH_O2；
2)停信号FH_O3的控制逻辑包括以下步骤：
2.1)按下现场操作按钮盒的停按钮SB3时，形成第一控制逻辑；
2.2)DCS发出停信号K3时，形成第二控制逻辑；
2.3)电动机保护器检测到回路故障时，形成第三控制逻辑；
2.4)断路器瞬时脱扣器跳闸，形成第四控制逻辑；
2.5)第一、第二、第三和第四控制逻辑由或门形成最终停逻辑⑦，发出最终停信号FH_O3；即任意一条逻辑成立则形成停信号FH_O3；
2.6)第三、第四控制逻辑由或门形成开备逻辑⑤，经延时后送出至备用电动机，作为该电动机在备用模式下的开备信号。
10.如权利要求9所述的一种基于可编程保护器的低压电动机通用控制方法，其特征在于：所述步骤1.4)中，当允许开信号Y1存在时，允许开信号Y1作为逻辑④，则现场开逻辑①、远方开逻辑②通过或门连接后与就绪逻辑③、逻辑④同时作用于与门形成最终开信号FH_O2；所述保护器的保护跳闸接点FH_O1，用于检测回路的单相接地故障，并作用于断路器QA的分励脱扣器构成零序电流保护。
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