Розробка системи захисту асинхронного двигуна на базі логічного контролера LOGO

Abstract

У вступі обґрунтовано актуальність теми, пов’язаної з підвищенням надійності роботи асинхронних двигунів у промислових умовах. Особливу увагу приділено необхідності автоматизації систем електрозахисту для запобігання аваріям і зменшення простоїв обладнання. Наведено цілі та завдання роботи. У першому розділі виконано огляд аварійних режимів роботи асинхронних двигунів (перевантаження, перегрів, обрив фаз тощо) та способів їх виявлення. Розглянуто типові методи захисту двигунів, зокрема максимальний струмовий, тепловий, фазовий контроль [1,3]. Окремо проаналізовано сучасні мікропроцесорні засоби, які використовуються для реалізації систем захисту, включаючи функціональні особливості ПЛК типу LOGO [1]. У другому розділі виконано імітаційне моделювання систем захисту за допомогою розрахункових і математичних моделей асинхронного двигуна. Проведено розрахунки параметрів схеми заміщення та побудовано статичні характеристики [2]. Також розроблено математичну модель двигуна та реалізовано моделі для дослідження дії захисних алгоритмів – максимального струмового захисту і автоматичного резервного ввімкнення. У третьому розділі описано процес розробки апаратно-програмної реалізації захисту асинхронного двигуна на базі контролера LOGO. Надано опис установки, розглянуто технічні характеристики контролера LOGO, його можливості та переваги для систем електрозахисту [4]. Запропоновано та реалізовано функціональні схеми: максимального струмового захисту та автоматичного резервування двигуна. Створено програмну логіку в середовищі LOGO! Soft Comfort, що дозволяє проводити гнучке налаштування та виведення сигналів аварійного відключення. У четвертому розділі охарактеризовано заходи з охорони праці при роботі з електричними приводами. Визначено небезпечні та шкідливі фактори, розроблено інструкції з безпечної експлуатації установки, передбачено захисне заземлення, аварійне відключення, сигнальне освітлення та засоби індивідуального захисту. У п’ятому розділі представлено економічне обґрунтування доцільності розробленої системи. Наведено кошторис реалізації проекту на базі LOGO-контролера, з урахуванням вартості обладнання, витрат на монтаж, програмування та обслуговування. Проведено порівняльний аналіз вартості з іншими рішеннями та підтверджено економічну ефективність впровадження в промислових умовах. Об’єкт дослідження: система захисту асинхронного електродвигуна. Предмет дослідження: програмована логіка реалізації алгоритмів захисту на базі LOGO-контролера. Мета роботи: розробити і реалізувати ефективну систему захисту асинхронного двигуна із використанням контролера LOGO, яка забезпечить надійність і гнучкість налаштування функцій електрозахисту.The introduction substantiates the relevance of the topic related to improving the reliability of induction motors in industrial conditions. Special attention is paid to the need for automation of motor protection systems to prevent failures and reduce equipment downtime [1,3]. The goals and objectives of the work are outlined. The first chapter presents an overview of emergency operating modes of induction motors (such as overload, overheating, and phase loss) and the methods of their detection. Typical protection methods are analyzed, including overcurrent, thermal, and phase monitoring protection. A separate analysis is given of modern microprocessor-based tools used for implementing protection systems, including the functional features of LOGO-type programmable logic controllers (PLCs) [1]. The second chapter focuses on simulation modeling of protection systems using calculation and mathematical models of the induction motor. The parameters of the equivalent circuit are calculated, and static characteristics are constructed [2]. A mathematical model of the motor is developed, and models for analyzing the operation of protection algorithms—overcurrent protection and automatic backup activation—are implemented. The third chapter describes the development of the hardware and software implementation of the protection system based on the LOGO controller. The laboratory stand "Electric Drive" is presented, along with the technical characteristics of the LOGO controller, its capabilities, and advantages for implementing motor protection functions [4]. Functional protection schemes are proposed and implemented: overcurrent protection and automatic motor backup. The control logic is developed in LOGO! Soft Comfort, enabling flexible configuration and fault signal output. The fourth chapter covers occupational safety measures related to working with electric drives. Hazardous and harmful factors are identified, safe operating instructions for the lab stand are developed, and safety features are provided, including grounding, emergency shutdown, signal lighting, and personal protective equipment. The fifth chapter presents an economic justification for the developed system. A project cost estimate is provided for the implementation based on the LOGO controller, including equipment costs, installation, programming, and maintenance. A comparative cost analysis with alternative solutions is conducted, confirming the economic efficiency of implementing the system in industrial settings. Object of research: protection system for an induction electric motor. Subject of research: programmable logic implementation of protection algorithms using the LOGO controller. Goal of research: to design and implement an effective protection system for an induction motor using a LOGO controller that ensures reliability and flexible configuration of protection functions.