基于plc的電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)2

1、<p><b>　　XXXX大學(xué)</b></p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書</p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　專 業(yè)

2、： </p><p>　　題 目： 基于PLC的電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　指導(dǎo)教師： 職稱: </p><p>　　職稱: </p><p>　　20**年12月5日</p>&l

3、t;p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文介紹了國(guó)內(nèi)電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及存在問(wèn)題，同時(shí)介紹了可編程控制器的工作原理，選型依據(jù)。設(shè)計(jì)了一種基于PLC電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了所選用的西門子S7-200 PLC以及同類型的S7-300 S7-400PLC，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)PLC的輸入輸出I/O進(jìn)行了分配，并且編寫系統(tǒng)運(yùn)行的梯形圖。準(zhǔn)備開(kāi)機(jī)時(shí)，按下開(kāi)機(jī)按鈕后，首先檢

4、測(cè)斷路器狀態(tài)，如果斷路器初始狀態(tài)為閉合，電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，并且聲光報(bào)警。如果斷路器初始狀態(tài)為斷開(kāi)，斷路器合閘，電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)。在啟動(dòng)過(guò)程中，若發(fā)生一級(jí)故障，PLC進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。啟動(dòng)完成后，“電機(jī)開(kāi)/關(guān)指示燈”亮，電機(jī)正常運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中，PLC依次循環(huán)檢測(cè)電機(jī)是否發(fā)生相間短路、斷相、低電壓、單相接地、過(guò)負(fù)荷、過(guò)電流等故障，若有發(fā)生，PLC進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作。關(guān)機(jī)時(shí)，PLC接到關(guān)機(jī)命令后，斷路器跳閘，“電機(jī)開(kāi)/關(guān)機(jī)指示燈”滅。故障聲光報(bào)警后

5、，按“報(bào)警復(fù)位按鈕”復(fù)位。本設(shè)計(jì)的選題就是基于PLC的電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 故障診斷 PLC 電機(jī) </p><p>　　PLC-based fault diagnosis system design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This

6、 paper introduces the domestic electrical fault diagnosis system design, as well as existing problems, and introduced a programmable controller at the same time the working principle of selection basis. A PLC-based desig

7、n of the electrical fault diagnosis system design, detail on the choice of Siemens S7-200 PLC and the same type of S7-300 S7-400PLC, according to the design requirements of the input and output of the PLC I / O for distr

8、ibution, and preparation of the ladder diagram system op</p><p>　　Key words: Fault Diagnosis, PLC, Motor</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要0</b></p>

9、<p>　　Abstract1</p><p><b>　　第一章 緒論3</b></p><p>　　1.1 PLC應(yīng)用于故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2 故障診斷方法3</p><p>　　第二章 PLC原理介紹及設(shè)備總體結(jié)構(gòu)介紹3</p><p>

10、　　2.1 PLC發(fā)展歷程3</p><p>　　2.2 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展前景4</p><p>　　2.3可編程序控制器PLC的分類4</p><p>　　2.4 PLC的系統(tǒng)模塊6</p><p>　　2.4.1 CPU的構(gòu)成6</p><p>　　2.4.2 I/O模塊6</p>

11、;<p>　　2.4.3 電源模塊6</p><p>　　2.4.4 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備7</p><p>　　2.4.5 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)7</p><p>　　2.5 PLC的系統(tǒng)模塊選擇方法7</p><p>　　2.5.1 相應(yīng)模塊的估算7</p><p>　　2.5.2 相應(yīng)

12、模塊的選擇8</p><p>　　第三章 電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與PLC的選取9</p><p>　　3.1 PLC的選取及介紹9</p><p>　　3.1.1 SIMATIC S7-200 PLC9</p><p>　　3.1.2 SIMATIC S7-300 PLC10</p><p>　　3.1

13、.3 SIMATIC S7-400 PLC10</p><p>　　3.1.4 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)10</p><p>　　3.1.5 人機(jī)界面（HMI）硬件10</p><p>　　3.1.6 SIMATIC S7工業(yè)軟件11</p><p>　　3.2 S7-200系列PLC的硬件配置11</p><p&

14、gt;　　3.2.1 基本單元12</p><p>　　3.2.2 擴(kuò)展單元12</p><p>　　3.2.3 編程器13</p><p>　　3.2.4 程序存儲(chǔ)卡13</p><p>　　3.2.5 寫入器13</p><p>　　3.2.6 文本顯示器13</p><

15、p>　　3.3 系統(tǒng)框圖13</p><p>　　第四章 電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1電機(jī)故障等級(jí)分類14</p><p>　　4.2 故障診斷程序設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.2.1.故障點(diǎn)的記錄15</p><p>　　4.2.2. 多次故障事件的記錄16</p&

16、gt;<p>　　4.2.3. 模擬量故障的診斷16</p><p>　　4.2.4. 各種故障信息的串行通信17</p><p>　　4.3.1. 專家系統(tǒng)方法    17</p><p>　　4.3.2. 對(duì)象類型與推理節(jié)點(diǎn)18</p><p>　　4.3.3. 故障節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)

17、方式18</p><p>　　4.3.4.各節(jié)點(diǎn)的注釋段要有相應(yīng)幫助信息18</p><p>　　第五章 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)19</p><p>　　5.1 供電電源19</p><p><b>　　第六章 結(jié)論20</b></p><p><b>　　致謝21</b&g

18、t;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 PLC應(yīng)用于故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　PLC作為一種成熟穩(wěn)定可靠的控制器，目前已經(jīng)在工業(yè)控制中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響著

19、工業(yè)控制系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。一個(gè)完善的PLC系統(tǒng)除了能夠正常運(yùn)行，滿足工業(yè)控制的要求，還必須能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)進(jìn)行故障診斷和故障處理。故障自診斷功能是工業(yè)控制系統(tǒng)的智能化的一個(gè)重要標(biāo)志，對(duì)于工業(yè)控制具有較高的意義和實(shí)用價(jià)值。 </p><p>　　1.2 故障診斷方法</p><p>　　故障診斷一般有兩種途徑:故障樹方法和專家系統(tǒng)方法。故障樹方法利用系統(tǒng)的故障邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯推理，

20、由錯(cuò)誤的輸出找到可能的輸入錯(cuò)誤。這種方法比較適用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，各部分耦合少的情況。專家系統(tǒng)方法通過(guò)建立系統(tǒng)故障的知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)，計(jì)算機(jī)借助現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)利用知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)進(jìn)行深入的邏輯推理，找出故障原因。這種方法適用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部分耦合強(qiáng)的大型工業(yè)系統(tǒng)。</p><p>　　PLC是現(xiàn)在應(yīng)用較多的一種控制裝置，利用PLC豐富的內(nèi)部資源及強(qiáng)大的功能指令，編制故障檢測(cè)報(bào)警程序，不僅可以替代繼電器實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，

21、還可以提高工作可靠性及其系統(tǒng)的靈活性。</p><p>　　第二章 PLC原理介紹及設(shè)備總體結(jié)構(gòu)介紹</p><p>　　2.1 PLC發(fā)展歷程</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM

22、（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。 個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）?！∩鲜兰o(jì)80年代至90年代中期，

23、是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。　 PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，</p><p>　　國(guó)控制類產(chǎn)品市場(chǎng)PLC的占有率已

24、超過(guò)50% , 而且保持著10%～ 15% 的發(fā)展速度。</p><p>　　2.2 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展前景</p><p>　　現(xiàn)在, 雖然出現(xiàn)了性能更加優(yōu)越的 DCS 和 FCS 控制系統(tǒng), PLC 控制也終將會(huì)被先進(jìn)的 FCS 控制所取代,但是目前以及今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間, PLC 還會(huì)與 DCS 和 FCS 共存,這主要基于以下原因:(1) 現(xiàn)在企業(yè)的確正在朝著自動(dòng)化、信息化、

25、開(kāi)放化的方向發(fā)展,但這并不意味著要將現(xiàn)有控制系統(tǒng)推倒重來(lái)。企業(yè)投入大量的人力和財(cái)力建立起來(lái)的 PLC 控制系統(tǒng)已經(jīng)成型,如果要完全推翻再建立新的 DCS 或 FCS 控制系統(tǒng),需要更大的資金投入,將造成很大的浪費(fèi)。(2) 基于以上市場(chǎng)需求,許多軟件廠商(例如: 華富惠通軟件公司) 正在考慮如何利用企業(yè)已經(jīng)成型的控制系統(tǒng)及新建的廠級(jí)網(wǎng)絡(luò),開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)軟件,幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化、信息化,為企業(yè)提供控制系統(tǒng)與管理網(wǎng)絡(luò)的集成。(3) 目前,

26、PLC 的功能增強(qiáng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化, IO 模塊趨向分散化、智能化,編程工具和編程語(yǔ)言更具標(biāo)準(zhǔn)化和高級(jí)化。(4) PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信能力增強(qiáng), 向高速度、多層次、大信息量、高可靠性及開(kāi)放式的通信發(fā)展。(5) 現(xiàn)在的 PLC 系統(tǒng)與 DCS 技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線IO技術(shù)相結(jié)合,結(jié)構(gòu)開(kāi)放、擴(kuò)展方便、技術(shù)先進(jìn)、價(jià)格低廉</p><p>　　2.3可編程序控制器PLC的分類</p><p>　　PLC產(chǎn)品種類

27、繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對(duì)PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。</p><p>　?。?） 按結(jié)構(gòu)形式分類：根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。</p><p>　　1.整體式 PLC 整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型PLC一般采用這種整體

28、式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成?；締卧獌?nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒(méi)有CPU。基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。</p><p>　　2.模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別作

29、成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)

30、行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。</p><p>　　（2） 按功能分類：根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。</p><p>　　1.低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制

31、的單機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.中檔PLC 除具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.高檔PLC 除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表

32、格傳送功能等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。</p><p>　?。?） 按I/O點(diǎn)數(shù)分類：根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。</p><p>　　1.小型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)；單CPU、8位或16位處理器、用戶存儲(chǔ)器容量4K字以下。</p><p>　　

33、2. 中型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)256～2048點(diǎn)；雙CPU，用戶存儲(chǔ)器容量2～8K。 </p><p>　　3.大型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)> 2048點(diǎn)；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量8～16K .</p><p>　　2.4 PLC的系統(tǒng)模塊</p><p>　　PLC系統(tǒng)模塊包括CPU、I/O、電源模塊和其他設(shè)備組成，各個(gè)模塊之間又有不同的構(gòu)

34、成和結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.4.1 CPU的構(gòu)成</p><p>　　CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后

35、再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏

36、輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。</p><p>　　CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。</p><p>　　2.4.2 I/O模塊</p><p>　　PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了

37、PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（DI），開(kāi)關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊?！?lt;/p><p>　　常用的I/O分類如下：開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4

38、-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。</p><p>　　2.4.3 電源模塊</p><p>　　PL

39、C電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。</p><p>　　底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。</p><p>　　2.

40、4.4 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備</p><p>　　編程設(shè)備：編程器是PLC開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。</p><p>　　人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶

41、屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。</p><p>　　2.4.5 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)</p><p>　　依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說(shuō)法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC

42、之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過(guò)多點(diǎn)接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。</p><p>　　2.5 PLC的系統(tǒng)模塊選擇方法</p><p>　　在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作

43、就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間。</p><p>　　2.5.1 相應(yīng)模塊的估算</p>

44、;<p>　　工程設(shè)計(jì)選型應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作，和求價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)最后選擇有較高性能價(jià)估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量。</p><p>　　2.5.1．1 輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算</p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展 

45、;余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。</p><p>　　2.5.1.2 存儲(chǔ)器容量的估算 </p><p>　　存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段

46、是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。 </p><p>　　存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。</p><p>　　2.5.2 相應(yīng)模塊的

47、選擇</p><p>　　估算好相應(yīng)的模塊之后，就要進(jìn)行相應(yīng)模塊的選擇。包括輸入輸出模塊的選擇，電源的選擇及存儲(chǔ)器的選擇。</p><p>　　2.5.2.1 輸入輸出模塊的選擇</p><p>　　輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼

48、電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。考慮是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。</p><p>　　2.5.2.2 電源的選擇</p><p&

49、gt;　　PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。</p><p>　　如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或

50、熔絲管隔離。</p><p>　　2.5.2.3存儲(chǔ)器的選擇</p><p>　　由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。</p><p>　　第三章 電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與PLC的選取</p&g

51、t;<p>　　可編程控制器（Programmable Logical Controller）是20世紀(jì)70年代以來(lái)以微處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，由于它具有功能強(qiáng)，可靠性高，配置靈活，使用方便以及體積小，重量輕等</p><p>　　它的優(yōu)點(diǎn)，使其在自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)由于微電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，使具有完全功能的超

52、大規(guī)模集成電路的價(jià)格日趨便宜，同樣也促進(jìn)可編程控制器成本大大降低，對(duì)于采用可編程控制器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器—接觸器電氣控制的系統(tǒng)來(lái)改造傳統(tǒng)機(jī)床，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)上，還是可靠性，維修性，工作壽命上來(lái)說(shuō)，都是十分經(jīng)濟(jì)和劃算的，也是可行的優(yōu)選方案。</p><p>　　鑒于以上原因，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于PLC電機(jī)故障診斷系統(tǒng)。</p><p>　　3.1 PLC的選取及介紹</p><

53、p>　　由于本文設(shè)計(jì)采用的機(jī)型是西門子生產(chǎn)的S7-200系列PLC，下面對(duì)它進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。</p><p>　　德國(guó)西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。</p><p>　　西

54、門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。</p><p>　　3.1.1 SIMATIC S7-200 PLC</p><p>　　S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢

55、測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無(wú)論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。</p><p>　　S7-200PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)與8種CPU可供選擇使用</p><p>　　3.1.2 SIMATIC S7-300 PLC</p><p>　　S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行

56、廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-30

57、0操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開(kāi)關(guān)，操作方式選擇開(kāi)關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強(qiáng)大的通信功能，S7-300 PLC可通過(guò)編程軟件Step 7的用戶界面提

58、供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易</p><p>　　3.1.3 SIMATIC S7-400 PLC</p><p>　　S7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。</p><p>　　S7-400 PLC采用模塊化無(wú)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，可靠耐用，同時(shí)可以選用多種級(jí)別（功能逐步升級(jí)）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專

59、用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級(jí)時(shí)，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級(jí)和充分滿足需要。</p><p>　　3.1.4 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　通訊網(wǎng)絡(luò)是自動(dòng)化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供了從控制級(jí)一直到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的一致性通訊，“SIMATIC NET”是全部網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動(dòng)化站以及通過(guò)不同的級(jí)交換數(shù)據(jù)，有標(biāo)準(zhǔn)的接口并且相

60、互之間完全兼容。</p><p>　　3.1.5 人機(jī)界面（HMI）硬件</p><p>　　HMI硬件配合PLC使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17等；圖形/文本操作面板OP27，OP37等，觸摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）也可以作為HMI

61、硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過(guò)軟件（如ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。</p><p>　　3.1.6 SIMATIC S7工業(yè)軟件</p><p>　　西門子的工業(yè)軟件分為三個(gè)不同的種類：</p><p>　　（1）編程和工程工具 編程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護(hù)等控制所需的工具。STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包SIMATIC S7

62、是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護(hù)的項(xiàng)目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的S7-200系列PLC的編程、在線仿真軟件。</p><p>　　（2）基于PC的控制軟件 基于PC的控制系統(tǒng)WinAC允許使用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為可編程序控制器（PLC）運(yùn)行用戶的程序，運(yùn)行在安裝了Windows NT4.0操作系統(tǒng)的SIM

63、ATIC工控機(jī)或其它任何商用機(jī)。WinAC提供兩種PLC，一種是軟件PLC，在用戶計(jì)算機(jī)上作為視窗任務(wù)運(yùn)行。另一種是插槽PLC（在用戶計(jì)算機(jī)上安裝一個(gè)PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC與SIMATIC S7系列處理器完全兼容，其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC編程工具（如STEP 7），編制的程序既可運(yùn)行在WinAC上，也可運(yùn)行在S7系列處理器上。</p><p>　?。?）人機(jī)界面軟件 人機(jī)界面軟件

64、為用戶自動(dòng)化項(xiàng)目提供人機(jī)界面（HMI）或SCADA系統(tǒng)，支持大范圍的平臺(tái)。人機(jī)界面軟件有兩種，一種是應(yīng)用于機(jī)器級(jí)的ProTool，另一種是應(yīng)用于監(jiān)控級(jí)的WinCC。</p><p>　　ProTool適用于大部分HMI硬件的組態(tài)，從操作員面板到標(biāo)準(zhǔn)PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成組態(tài)。ProTool/lite用于文本顯示的組態(tài)，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/P

65、ro用于組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)PC和所有西門子HMI產(chǎn)品，ProTool/Pro不只是組態(tài)軟件，其運(yùn)行版也用于Windows平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　WinCC是一個(gè)真正開(kāi)放的，面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）軟件，可在任何標(biāo)準(zhǔn)PC上運(yùn)行。WinCC操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠性高，與STEP 7功能集成，可直接進(jìn)入PLC的硬件故障系統(tǒng)，節(jié)省項(xiàng)

66、目開(kāi)發(fā)時(shí)間。它的設(shè)計(jì)適合于廣泛的應(yīng)用，可以連接到已存在的自動(dòng)化環(huán)境中，有大量的通信接口和全面的過(guò)程信息和數(shù)據(jù)處理能力，其最新的WinCC5.0支持在辦公室通過(guò)IE瀏覽器動(dòng)態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。</p><p>　　3.2 S7-200系列PLC的硬件配置</p><p>　　S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號(hào)的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫

67、入器、文本顯示器等。</p><p>　　3.2.1 基本單元</p><p>　　S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號(hào)的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見(jiàn)下表：</p><p>　　3.2.2 擴(kuò)展單元</p><p>　　S7-200系列PLC主要有6種擴(kuò)展單元，它本身沒(méi)有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)

68、展I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)</p><p>　　3.2.3 編程器</p><p>　　PLC在正式運(yùn)行時(shí)，不需要編程器。編程器主要用來(lái)進(jìn)行用戶程序的編制、存儲(chǔ)和管理等，并將用戶程序送入PLC中，在調(diào)試過(guò)程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢

69、測(cè)。S7-200系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡(jiǎn)易型和智能型。</p><p>　　簡(jiǎn)易型編程器是袖珍型的，簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格低廉，是一種很好的現(xiàn)場(chǎng)編程及監(jiān)測(cè)工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，非常直觀，且功能強(qiáng)大，S7-200系列PLC的專用編程軟件為STEP7-Micro/WIN

70、。</p><p>　　3.2.4 程序存儲(chǔ)卡</p><p>　　為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型PLC設(shè)有外接EEPROM卡盒接口，通過(guò)該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入PLC，也可將PLC內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲(chǔ)卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0兩種，程序容量分別為8K和16K程序步。&

71、lt;/p><p>　　3.2.5 寫入器</p><p>　　寫入器的功能是實(shí)現(xiàn)PLC和EEPROM之間的程序傳送，是將PLC中RAM區(qū)的程序通過(guò)寫入器固化到程序存儲(chǔ)卡中，或?qū)LC中程序存儲(chǔ)卡中的程序通過(guò)寫入器傳送到RAM區(qū)。</p><p>　　3.2.6 文本顯示器</p><p>　　文本顯示器TD200不僅是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)信息的

72、顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對(duì)某個(gè)量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認(rèn)的方法，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個(gè)變量的狀態(tài)。過(guò)程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時(shí)修改。TD200面板上的8個(gè)可編程序的功能鍵，每個(gè)都分配了一個(gè)存儲(chǔ)器位，這些功能鍵在啟動(dòng)和測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和診斷。</p><p><b>　　3.3 系統(tǒng)框圖</b></p>

73、;<p>　　如下圖，準(zhǔn)備開(kāi)機(jī)時(shí)，按下開(kāi)機(jī)按鈕后，首先檢測(cè)斷路器狀態(tài)，如果斷路器初始狀態(tài)為閉合，電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，并且聲光報(bào)警。如果斷路器初始狀態(tài)為斷開(kāi)，斷路器合閘，電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)。在啟動(dòng)過(guò)程中，若發(fā)生一級(jí)故障，PLC進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。啟動(dòng)完成后，“電機(jī)開(kāi)/關(guān)指示燈”亮，電機(jī)正常運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中，PLC依次循環(huán)檢測(cè)電機(jī)是否發(fā)生相間短路、斷相、低電壓、單相接地、過(guò)負(fù)荷、過(guò)電流等故障，若有發(fā)生，PLC進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作。關(guān)機(jī)時(shí)，PL

74、C接到關(guān)機(jī)命令后，斷路器跳閘，“電機(jī)開(kāi)/關(guān)機(jī)指示燈”滅。故障聲光報(bào)警后，按“報(bào)警復(fù)位按鈕”復(fù)位。如下圖所示。</p><p>　　第四章 電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　故障診斷系統(tǒng)建立在基于PLC和上位計(jì)算機(jī)組成的控制系統(tǒng)上。PLC在故障診斷系統(tǒng)中的功能主要是完成輸煤系統(tǒng)設(shè)備故障信號(hào)檢測(cè)、預(yù)處理，轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)并傳輸給上位計(jì)算機(jī)。上位計(jì)算機(jī)由于具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算功能，利用專家知識(shí)和專

75、家?guī)欤瓿蓮墓收咸卣鞯焦收显虻淖R(shí)別工作。并通過(guò)人機(jī)界面，給出故障定位，報(bào)告和解釋故障診斷結(jié)果，并為操作員給出相應(yīng)的排除故障的建議。</p><p>　　4.1電機(jī)故障等級(jí)分類</p><p>　　電機(jī)的結(jié)構(gòu)同時(shí)包含電氣和機(jī)械兩部分，也可以說(shuō)是電氣和機(jī)械的結(jié)合點(diǎn)。所以說(shuō)，它的故障要一分為二的分析。對(duì)電機(jī)的振動(dòng)故障原因也要分成兩部分。 一般來(lái)講，電機(jī)振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)動(dòng)部分不平衡、機(jī)械故障或電磁方

76、面的原因引起的。</p><p>　　1、轉(zhuǎn)動(dòng)部分不平衡主要是轉(zhuǎn)子、耦合器、聯(lián)軸器、傳動(dòng)輪（制動(dòng)輪）不平衡引起的。 處理方法是先找好轉(zhuǎn)子平衡。如果有大型傳動(dòng)輪、制動(dòng)輪、耦合器、聯(lián)軸器，應(yīng)與轉(zhuǎn)子分開(kāi)單獨(dú)找好平衡。再有就是轉(zhuǎn)動(dòng)部分機(jī)械松動(dòng)造成的。如：鐵心支架松動(dòng)，斜鍵、銷釘失效松動(dòng)，轉(zhuǎn)子綁扎不緊都會(huì)造成轉(zhuǎn)動(dòng)部分不平衡。</p><p>　　2、機(jī)械部分故障主要有以下幾點(diǎn)：</p>

77、<p>　　（1） 聯(lián)動(dòng)部分軸系不對(duì)中，中心線不重合，定心不正確。這種故障產(chǎn)生的原因主要是安裝過(guò)程中，對(duì)中不良、安裝不當(dāng)造成的。還有一種情況，就是有的聯(lián)動(dòng)部分中心線在冷態(tài)時(shí)是重合一致的，但運(yùn)行一段時(shí)間后由于轉(zhuǎn)子支點(diǎn)，基礎(chǔ)等變形，中心線又被破壞，因而產(chǎn)生振動(dòng)。</p><p>　?。?） 與電機(jī)相聯(lián)的齒輪、聯(lián)軸器有毛病。這種故障主要表現(xiàn)為齒輪咬合不良，輪齒磨損嚴(yán)重，對(duì)輪潤(rùn)滑不良，聯(lián)軸器歪斜、錯(cuò)位，齒式聯(lián)

78、軸器齒形、齒距不對(duì)、間隙過(guò)大或磨損嚴(yán)重，都會(huì)造成一定的振動(dòng)。</p><p>　　（3）電機(jī)本身結(jié)構(gòu)的缺陷和安裝的問(wèn)題。這種故障主要表現(xiàn)為軸頸橢圓，轉(zhuǎn)軸彎曲，軸與軸瓦間間隙過(guò)大或過(guò)小，軸承座、基礎(chǔ)板、地基的某部分乃至整個(gè)電機(jī)安裝基礎(chǔ)的剛度不夠，電機(jī)與基礎(chǔ)板之間固定不牢，底腳螺栓松動(dòng)，軸承座與基礎(chǔ)板之間松動(dòng)等。而軸與軸瓦間間隙過(guò)大或過(guò)小不僅可以造成振動(dòng)還可使軸瓦的潤(rùn)滑和溫度產(chǎn)生異常。 </p><

79、;p>　?。?）電機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載傳導(dǎo)振動(dòng)。例如：汽輪發(fā)電機(jī)的汽輪機(jī)振動(dòng)，電機(jī)拖動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵振動(dòng)，引起電機(jī)振動(dòng)。 </p><p>　　3、電氣部分的故障是由電磁方面的原因造成的 主要包括：交流電機(jī)定子接線錯(cuò)誤、繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路，同步電機(jī)勵(lì)繞組匝間短路，同步電機(jī)勵(lì)磁線圈聯(lián)接錯(cuò)誤，籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子斷條，轉(zhuǎn)子鐵心變形造成定、轉(zhuǎn)子氣隙不均，導(dǎo)致氣隙磁通不平衡從而造成振動(dòng)。本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)故障分為兩個(gè)等級(jí)如

80、上圖所示:一級(jí)故障為高級(jí)。當(dāng)發(fā)生此類故障，斷路器跳閘使電機(jī)停止運(yùn)行，PLC禁止其他控制輸出，并聲光報(bào)警（指示燈和電鈴）。只有按報(bào)警復(fù)位按鈕后聲光報(bào)警停止。二級(jí)故障為低級(jí)。當(dāng)發(fā)生此類故障時(shí)，斷路器不動(dòng)作，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，只相應(yīng)聲光報(bào)警。</p><p>　　4.2 故障診斷程序設(shè)計(jì)</p><p>　　在進(jìn)行故障診斷設(shè)計(jì)時(shí)，首先必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生的故障進(jìn)行分析，得到系統(tǒng)的故障層次結(jié)構(gòu)，利

81、用這種層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行故障診斷部分的設(shè)計(jì)。以某廠電機(jī)輸送控制系統(tǒng)的故障結(jié)構(gòu)為例。為了描述簡(jiǎn)單，這里作了一定的簡(jiǎn)化。</p><p>　　系統(tǒng)故障結(jié)構(gòu)的層次性為故障診斷提供了一個(gè)合理的層次模型。在進(jìn)行系統(tǒng)的PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到故障結(jié)構(gòu)的層次，合理安排邏輯流程。在引入故障輸入點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意:必須將系統(tǒng)所有可能引起故障的檢測(cè)點(diǎn)引入PLC，以便系統(tǒng)能及時(shí)進(jìn)行故障處理;應(yīng)在系統(tǒng)允許的條件下盡可能多的將最底層的故障輸

82、入信息引入PLC的程序中，以便得到更多的故障檢測(cè)信息為系統(tǒng)的故障自診斷提供服務(wù)。 </p><p>　　4.2.1.故障點(diǎn)的記錄</p><p>　　為了得到系統(tǒng)的故障情況實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的故障自診斷，PLC必須將所有故障檢測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)反映給內(nèi)部寄存器，圖4.2是用來(lái)記錄故障點(diǎn)的部分程序。</p><p>　　IR4.02是輸入的IO節(jié)點(diǎn)，表示A側(cè)皮帶信號(hào)，當(dāng)輸煤系統(tǒng)使用A側(cè)

83、皮帶正常運(yùn)行時(shí)4.02的值為1，當(dāng)4.02變?yōu)?時(shí)，說(shuō)明A側(cè)皮帶信號(hào)出了故障，此時(shí)利用上升沿微分指令記錄這次的信號(hào)跳變。這樣這次事故就記錄在IR31.00中。程序設(shè)計(jì)中將IR31作為記錄底層故障信息的寄存器，由于內(nèi)部寄存器IR有16位，所以能夠記錄16種不同的故障原因。如果有更多的故障需要記錄，可以設(shè)置多個(gè)寄存器字。需要說(shuō)明的是，有時(shí)引起故障的原因可能不止一個(gè)，往往一個(gè)故障會(huì)引起另一些故障的發(fā)生，因此還有關(guān)鍵的一點(diǎn)是程序要能記錄最先發(fā)生

84、的故障。這也需要通過(guò)PLC編程實(shí)現(xiàn)，程序只對(duì)最開(kāi)始發(fā)生的故障敏感。如下圖所示。</p><p>　　4.2.2. 多次故障事件的記錄</p><p>　　由于系統(tǒng)實(shí)際長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中，可能會(huì)出現(xiàn)多次故障，為了檢修和維護(hù)方便，還需要PLC能夠?qū)⒍啻喂收鲜录涗浵聛?lái)。OMRON C200H型PLC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)(DM區(qū))可以間接尋址，利用這一點(diǎn)，可以在DM區(qū)劃出一定的區(qū)域，用來(lái)記錄每次故障事件，包

85、括故障類型和事件發(fā)生的時(shí)間(日期，小時(shí)，分鐘，秒)。這一段DM區(qū)域可以循環(huán)記錄，實(shí)際使用中記錄了最后50次故障的情況，這些記錄是系統(tǒng)運(yùn)行的重要資料，方便了運(yùn)行人員了解設(shè)備情況，對(duì)其進(jìn)行檢修和維護(hù)。</p><p>　　4.2.3. 模擬量故障的診斷</p><p>　　對(duì)于模擬量信號(hào)例如犁煤車，給煤車電機(jī)電流的故障診斷，首先利用模擬量模塊，接收來(lái)自電流變送器的模擬信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，

86、然后與整定值或系統(tǒng)允許的極限值比較,若在允許范圍之內(nèi)則表明對(duì)應(yīng)的設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)，如果實(shí)際值接近或達(dá)到極限值，則為不正常狀態(tài)。判斷故障發(fā)生與否的極限值根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)相應(yīng)的參數(shù)變化范圍確定。</p><p>　　4.2.4. 各種故障信息的串行通信</p><p>　　上位機(jī)通過(guò)串行通訊及時(shí)讀取PLC的內(nèi)部寄存器區(qū)的各種故障信息。利用PLC的RS232通信接口，可與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行Host

87、Link方式串行通信。通信時(shí)，上位計(jì)算機(jī)首先向PLC發(fā)出一幀命令幀，包括操作命令、寄存器類型、起始地址與要讀取的寄存區(qū)數(shù)目等。PLC收到命令幀后會(huì)做出響應(yīng)，如果沒(méi)有錯(cuò)誤則向上位計(jì)算機(jī)發(fā)出響應(yīng)幀，響應(yīng)幀中包含了上位機(jī)需要查詢的寄存器值。</p><p>　　上位計(jì)算機(jī)通過(guò)讀取數(shù)據(jù)寄存區(qū)的值來(lái)獲取當(dāng)前PLC的工作狀況，同時(shí)上位計(jì)算機(jī)對(duì)PLC的控制也可通過(guò)對(duì)該區(qū)的寫操作來(lái)完成。具體的通信實(shí)現(xiàn)可以參考相關(guān)資料，這里不作詳

88、細(xì)論述。</p><p>　　4.3借鑒專家系統(tǒng)故障診斷方法的實(shí)現(xiàn)   系統(tǒng)故障結(jié)構(gòu)的層次性為故障診斷提供了一個(gè)清晰的層次模型，可以利用基于模型的故障樹法。但是在進(jìn)行比較詳盡的故障診斷以及系統(tǒng)故障存在耦合時(shí)，僅僅使用故障樹法是不夠的，必須借鑒專家系統(tǒng)的方法。</p><p>　　4.3.1. 專家系統(tǒng)方法    <

89、;/p><p>　　在傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)中，知識(shí)被組織成知識(shí)庫(kù)的形式，推理機(jī)進(jìn)行推理時(shí)，要從知識(shí)庫(kù)表示的所有空間中搜索所需的知識(shí)。這種方法有搜索空間大，推理效率低的缺點(diǎn)。“知識(shí)對(duì)象”的概念可以解決這一問(wèn)題。“知識(shí)對(duì)象”是一個(gè)邏輯概念，它利用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ瑢⒅R(shí)源和黑板都表達(dá)為對(duì)象，在知識(shí)對(duì)象的內(nèi)部封裝了專家系統(tǒng)和推理機(jī)、解釋器。當(dāng)相應(yīng)的知識(shí)對(duì)象被激活后，就在對(duì)象內(nèi)部進(jìn)行推理，大大提高了推理效率。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況和故障

90、推理的過(guò)程，在這里知識(shí)對(duì)象被具體化為故障節(jié)點(diǎn)。故障節(jié)點(diǎn)是進(jìn)行診斷推理的基本單位，診斷信息在故障節(jié)點(diǎn)間層層傳遞，故障節(jié)點(diǎn)內(nèi)部利用這些信息進(jìn)行推理并最終確定故障原因。</p><p>　　上圖為系統(tǒng)部分故障節(jié)點(diǎn)的層次結(jié)構(gòu)。圖中可以看出，故障節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上以虛線為 分界線分為兩個(gè)部分。上一部分層次清晰，在這一部分可以

91、采用基于故障模型的故障樹方法</p><p>　　故障節(jié)點(diǎn)呈網(wǎng)狀分布，1個(gè)節(jié)點(diǎn)可能有1個(gè)或多個(gè)父節(jié)點(diǎn)，也可能有1個(gè)或多個(gè)子節(jié)點(diǎn)。子節(jié)點(diǎn)和父節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系由故障層次和子節(jié)點(diǎn)故障層次來(lái)表示。如節(jié)點(diǎn)1的子節(jié)點(diǎn)故障層次為1，而節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3的故障層次為1，則節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3是節(jié)點(diǎn)1的子節(jié)點(diǎn)。故障層次和子節(jié)點(diǎn)故障層次不僅指明了故障節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)上的層次，而且也隱含了推理規(guī)則。</p><p>　　4.3.2

92、. 對(duì)象類型與推理節(jié)點(diǎn)</p><p>　　對(duì)象類型表示該故障節(jié)點(diǎn)在故障推理中的作用，它可分為3類:根節(jié)點(diǎn)，葉節(jié)點(diǎn)，推理節(jié)點(diǎn)。根節(jié)點(diǎn)的故障由它的子節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生，應(yīng)到其子節(jié)點(diǎn)中去繼續(xù)推理。葉節(jié)點(diǎn)是底層故障。葉節(jié)點(diǎn)沒(méi)有子節(jié)點(diǎn)。推理節(jié)點(diǎn)是故障診斷規(guī)則最為集中的節(jié)點(diǎn)，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)可以視為推理節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，它為推理節(jié)點(diǎn)的推理過(guò)程提供相關(guān)的信息。我們?cè)谕评砉?jié)點(diǎn)并不是判斷該節(jié)點(diǎn)是否存在故障，而是利用推理節(jié)點(diǎn)封裝的規(guī)則庫(kù)與推理機(jī)，結(jié)合檢

93、測(cè)節(jié)點(diǎn)提供的信息進(jìn)行故障推理，找出故障原因。</p><p>　　4.3.3. 故障節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)方式</p><p>　　地址段是節(jié)點(diǎn)的位置(本系統(tǒng)中是PLC中的寄存器)。數(shù)據(jù)段根據(jù)用戶的需要可以為一個(gè)或幾個(gè)，數(shù)據(jù)段中數(shù)據(jù)的定義與節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)有關(guān)。檢測(cè)方式表明在該節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行何種操作。主程序根據(jù)故障節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)方式選取相應(yīng)的處理函數(shù)。該函數(shù)是檢測(cè)手段與推理規(guī)則的結(jié)合，故可稱之為檢測(cè)/推理函數(shù)。一

94、方面它可以檢測(cè)故障節(jié)點(diǎn)本身的狀態(tài)，另一方面使用推理機(jī)制進(jìn)一步推斷故障原因。性質(zhì)類似的節(jié)點(diǎn)使用相同的檢測(cè)/推理函數(shù)，利用地址段和數(shù)據(jù)段中的值加以區(qū)別。</p><p>　　4.3.4.各節(jié)點(diǎn)的注釋段要有相應(yīng)幫助信息</p><p>　　各節(jié)點(diǎn)的注釋段不僅能記錄故障的原因和維修方法，還可以記錄其他的幫助信息。有時(shí)因系統(tǒng)的檢測(cè)手段不完備，或規(guī)則不完全，推導(dǎo)過(guò)程要進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。這時(shí)候如果節(jié)點(diǎn)的注釋

95、段中有相應(yīng)幫助信息，可以給用戶以提示或指導(dǎo)用戶進(jìn)行操作，使推理能順利進(jìn)行。</p><p>　　本系統(tǒng)的故障診斷通過(guò)在上位計(jì)算機(jī)上用VC6.0開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)，集成在上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中。在運(yùn)行中給操作人員提示，指導(dǎo)用戶進(jìn)行操作，了解設(shè)備狀態(tài)，判斷故障發(fā)生原因，并可給出相應(yīng)的維修建議。用戶也可以對(duì)故障診斷進(jìn)行指</p><p>　　構(gòu)的有限元分析，確定平行分度凸輪機(jī)構(gòu)在實(shí)際工況下的受力情況，

96、達(dá)到定量計(jì)算和評(píng)價(jià)平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的壽命和接觸強(qiáng)度，改進(jìn)平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的目的。</p><p>　　第五章 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的電源除交流電源以外，還包括給光電傳感器和直流電機(jī)供電的直流電源。一般情況下，交流電源可直接與電網(wǎng)相連，而輸入設(shè)備的直流電源和輸出負(fù)載的直流電源等最好分別采用獨(dú)立的直流供電電源，如下圖所示：</p><p>

97、<b>　　系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)圖 </b></p><p>　　PLC電源單元的連接：</p><p>　　接線時(shí)，在電源單元和供電電源之間連接隔離變壓器，變壓器的副邊不接地，這樣可以減少PLC和大地之間的噪聲，還可以保證人員的安全。</p><p>　　電源單元的外部接線不多，在接線時(shí)要注意以下問(wèn)題：</p><p>　　

98、根據(jù)所使用的外部電壓數(shù)值正確選擇電壓選擇器；</p><p>　　在接線過(guò)程中不要移去單元頂部的保護(hù)標(biāo)簽，直到配線完成。這個(gè)標(biāo)簽可以防止絞線和其他異物進(jìn)入單元。配線結(jié)束偶把標(biāo)簽移去，否則標(biāo)簽將會(huì)堵住冷卻通道，阻礙空氣流通；</p><p>　　RUN輸出主要用于緊急停車的控制，使用時(shí)RUN接點(diǎn)應(yīng)與被控電源串聯(lián)；</p><p>　　使用隔離變壓器可提高電源的抗干擾能

99、力。為了改善隔離變壓器的抗干擾效果，一是將屏蔽層良好接地，二是變壓器的次級(jí)輸出線采用雙絞線，可減少電源線間的干擾；</p><p><b>　　5.1 供電電源</b></p><p>　　可編程控制器采用市電（220V，50HZ）。電網(wǎng)的波動(dòng)直接影響可編程控制器系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的精度和可靠性，有時(shí)電網(wǎng)的沖擊可能給系統(tǒng)帶來(lái)毀滅性的破壞。電網(wǎng)的瞬間變化也是經(jīng)常不斷發(fā)生的，

100、由此產(chǎn)生的干擾也會(huì)傳播到可編程控制器系統(tǒng)中。為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性，PLC的供電系統(tǒng)中一般采用隔離變壓器，這樣可以隔離掉供電電源中的各種干擾信號(hào)，從而提高抗干擾能力。</p><p><b>　　第六章 結(jié)論</b></p><p>　　按以上故障診斷原理構(gòu)造的PLC故障診斷控制系統(tǒng)，從實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，故障診斷系統(tǒng)能準(zhǔn)確而迅速地判斷出故障的原因，方便運(yùn)行人員維護(hù)

101、和檢修，大大高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和智能化水平。這種設(shè)計(jì)對(duì)類似的工業(yè)控制系統(tǒng)提供了一定的參考。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程期間，我得到了趙威老師的認(rèn)真指導(dǎo)，他們的認(rèn)真負(fù)責(zé)，悉心指導(dǎo)使我能夠順利有效地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在他們身上，時(shí)刻體現(xiàn)著作為科研工作者所特有的嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的教學(xué)作風(fēng)，勇于探索的工作態(tài)度和求同思變、不斷創(chuàng)新的治

102、學(xué)理念。他們不知疲倦的敬業(yè)精神和精益求精的治學(xué)要求，端正了我的學(xué)習(xí)態(tài)度，使我受益匪淺。</p><p>　　再次感謝所有支持我關(guān)心我?guī)椭业睦蠋熗瑢W(xué)們。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張進(jìn)秋.可編程控制器原理及應(yīng)用實(shí)例.機(jī)械工業(yè)出版社[M].2005</p><p>　　[2]

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