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1、本科生毕业设计说明书（毕业论文） 题 目：基于PLC的电机故障诊断系统设计 学生姓名： 学 号：2 专 业：电气工程及其自动化 班 级：电气 指导教师：教授 58 基于PLC的电机故障诊断系统设计 摘要本文介绍了国内基于PLC的电机故障诊断系统设计，详细分析了三相鼠笼式异步电机常见的故障及故障表现出的症状。对PLC的选型做出了论述，介绍了S7-200 CPU226的特点。对模块的扩展做出了详细论述。对传感器进行相应的选型，对输入输出点做出了相应的分配。做出了一套基于PLC的电机多故障诊断系统。本文对基于PLC的电机故障诊断系统硬软件的设计做出了详细论述，做出了故障诊断系统的工艺图及人机界面，做
2、出了程序流程图及梯形图。关键字：PLC；电机；故障诊断 Motor fault diagnosis system based on PLC is designed AbstractThis paper introduces the domestic motor fault diagnosis system based on PLC is designed, detailed analysis of the three-phase squirrel-cage asynchronous motor showed symptoms of the common faults and fault. Ty
3、pe selection of PLC made in this paper, the author introduces the characteristics of S7-200 CPU226. Made on the propagation of the module is discussed in detail. To the corresponding selection, sensor made corresponding allocation of input and output point. Make a set of motor fault diagnosis system
4、 based on PLC.In this paper, the motor fault diagnosis system based on PLC, the hard software design has made a detail, the fault diagnosis system of the process diagram and the man-machine interface, making the program flow chart and ladder diagram.The keyword：PLC ; motor fault ; diagnosis目录摘要IABST
5、RACTII目录III绪论1第一章 三相鼠笼式异步电机31.1 鼠笼式异步电机的发展31.2 鼠笼式异步电机结构及工作原理31.2.1 鼠笼式异步电机的类型和基本结构31.2.2 鼠笼式异步电机工作原理5第二章 可编程控制器72.1 PLC简介72.2 PLC的组成及内部原理82.3 PLC的发展及现状112.4 PLC的应用11第三章 三相鼠笼式异步电机的故障及分析133.1 三相鼠笼式异步电机常见故障13 3.2 三相鼠笼式异步电机的故障分析153.3 数据采集183.3.1保护装置的数据采集183.3.2传感器的选型18第四章 可编程控制器系统设计204.1可编程控制器系统设计原则204
6、.1.1可编程控制器的硬件设计原则204.1.2可编程控制器的软件设计原则204.2可编程控制器系统设计步骤204.3 PLC机型选择及扩展21第五章 可编程控制器的硬件设计255.1 系统硬件设计的方案255.2 I/O地址的分配255.3 输入/输出电路275.4显示器285.5控制面板的设计305.6系统供电31第六章 可编程控制器的软件设计326.1软件设计的基本要求326.2软件设计的内容326.3程序设计的一般步骤326.3.1主程序336.3.2程序流程图356.4程序梯形图38结论44参考文献46附录47绪论 电机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。常见的电动机可分为交流电动机
7、和直流电动机。电机是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性好精确度快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。随着社会的发展，电机在各个行业中得到了越来越重要的应用，所以对电机的故障也随之越来越重视。能否以最快速度诊断出电机的故障及解决故障时现在
8、电机故障诊断中的重点所在1。PLC的问世使得电机的故障诊断系统得到了空前的提高。即，本文就以PLC作为电机的故障诊断系统作出相应设计及论述。PLC是当今社会应用标胶广泛的一种控制装置，利用PLC丰富的内部资源及强大的功能指令，编制故障检测报警程序，不仅可以替代继电器实现相应功能，还可以提高工作可靠性及其系统的灵活性。PLC已被应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个领域，大大推进了机电一体化进程，被人们称为现代工业控制三大支柱之一。PLC在电机领域应用十分广泛，无论是电机的控制，还是电机的故障诊断，PLC占了主导地位。它能以最快的速度使电机做出相应动作。PLC在各个行业应用十分广泛，因为它的速度
9、快，反应灵敏，所以在电机故障诊断中得到了广泛的应用。PLC的介入使电机的故障率减至最低，并且使故障所带来的负面影响及故障恶化降至最低，从而提高了电机的运行效率及经济效益。 PLC作为一种成熟稳定可靠的控制器，目前已经在工业控制中得到了越来越广泛的应用。PLC系统的设计直接影响着工业控制系统的安全可靠运行。一个完善的PLC系统除了能够正常运行，满足工业控制的要求，还必须能在系统出现故障时及时进行故障诊断和故障处理。故障自诊断功能是工业控制系统的智能化的一个重要标志，对于工业控制具有较高的意义和实用价值。第一章 三相鼠笼式异步电机1.1 鼠笼式异步电机的发展 随着我国科技的日益发展，人们对自动化的
10、需求越来越高，使电动机的复杂控制成为主流，而三相鼠笼式异步电动机其应用领域更是极为广泛。例如工业方面的各种加工中心、专用加工设备、数控机床、工业机器人、印刷机械、纺织机械、泵和压缩机、新型工业缝纫机等设备的控制军事和航天方面的卫星姿态、飞船光电池对太阳跟踪、雷达天线的控制。 三相鼠笼式异步电动机是目前工农业生产中使用最广泛的一种电动机，在电网的总负载中，异步电动机的容量约占整个动力负载的85%，可见其使用的广泛性和重要性，在供水泵站中亦广泛使用。1.2 鼠笼式异步电机结构及工作原理1.2.1 鼠笼式异步电机的类型和基本结构 三相鼠笼式异步电机主要由定子、转子组成。定子由定子铁芯、定子绕组、机座
11、、端盖等组成。转子由转轴、转子铁芯转子绕组组成2。如图1.1所示: 图1.1 三相鼠笼式异步电机结构图 定子、转子之间有气隙，在定子两端有端盖支撑转子及转轴。异步电机根据相数可分为单相、三相两类。三相异步电机结构有笼型和绕线式两种，单相异步电机转子都是笼型，本文的主要研究对象是三相鼠笼式异步电机。鼠笼型异步电动机主要部件的拆分图如下: 图1.2 鼠笼型异步电动机主要部件(1)定子结构 定子铁芯的作用是作为磁路和固定定子绕组。定子绕组流过交流电流时会在定子铁芯中产生交变磁场，为了把交变磁场在铁芯中引起的损耗降低到最低，铁芯的使用材料要具备优良的导磁性能，如采用硅钢片叠压而成。定子绕组是电机的电路
12、部分，作用主要是产生感应电动势、流过电流。机座用来固定和支撑定子，对其机械强度要求很高。 图1.3 定了铁芯及绕组结构图(2)转子结构转子铁芯也是电机磁路的一部分，一般也是由导磁性能良好的硅钢片叠压制成。转轴的作用是支撑转子铁芯和输出机械转矩。定子绕组产生的交变磁场在转子绕组中是产生感应电动势、流过电流，进而产生电磁力，带动轴承转动，输出动能。图2.1为鼠笼式异步电机转子结构图。 图1.4 鼠笼式异步电机转子结构图(3)轴承结构 轴承是电机中支撑转子的一个部件，在所有部件中是受力最大的一个部件，主要用来转矩的输出。轴承故障主要是由负载波动引起的，以轴承振动的形式表现出来。(4)气隙 异步电机定
13、、转子之间具有很小的空间存在，称为气隙，这个空间的大小对异步电机的性能影响很大。气隙过大，由于空气的磁导率比硅钢片低，磁势损失严重，致使电机效率降低;气隙过小，会造成定转子摩擦，造成设备故障。通常异步电机气隙长度设为定、转子不发生机械摩擦所允许的最小数值。1.2.2 鼠笼式异步电机工作原理 通过对异步电机结构的介绍，得知异步电机工作过程中，交变电流产生的定子磁场切割转子导体产生感应电流，而旋转磁场又对转子感应电流作用产生电磁力，带动转子转动，电能便转为动能，通过转轴输出，从而实现机电能量形式的转换3。 当三相异步电机接入三相交流电源(各相差)时，三相定子绕组中流过的三相对称电流产生三相磁动势(
14、定子旋转磁动势)并产生旋转磁场，该磁场以同步转速旋转。刚通入时刻，产生的旋转磁场与静止的转子导体存在切割运动，由电磁感应定理可知，转子绕组产生感应电动势并产生感应电流。载流的转子导体在定子产生的交变磁场中受到电磁力作用，电磁力对电机转子轴形成电磁转矩，驱动电机转子沿着旋转磁场方向旋转，如果转轴上带有负载，电动机便向外输出机械能，电能转化为动能。 在电机定子中通入3相交流电，使其产生旋转磁场，转速为。同步转速与磁极对数和电源频率有关: (1.1) 式(1.1)中p为电机磁极对数，f为电源频率。 旋转磁场转速与转子速度之间存在一个速差（）是异步电机的一个特色，这也是异步电机名称的由来。 (1.2)式(1.2)中，为转差率，为磁场转速，为转子转速。4本文针对三项鼠笼式异步电机Y2-180M-2做出相应的故障分析及故障处理。Y2-180M-2的基本信息如下： 防护等级：IP54或IP55 电压：380V或415V 频率：50Hz或60Hz 电流：41A 转速：2940r/min 功率越因数：0.9 额定电流：7.5Ist/In （堵转）额定转矩：2.0Tst/Tn （最大）额定转矩：2.3TM/min 同步转速：3000r/m
