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1、. . . . 摘要本文介绍了国电机故障诊断系统设计以与存在的问题，同时介绍了可编程控制器的工作原理、选型依据。设计了一种基于PLC电机故障诊断系统，并且详细介绍了所选用的西门子S7-200PLC以与同类型的S7-300、S7-400PLC，根据设计要求对PLC的输入输出I/O进行了分配，并且编写系统运行的梯形图。准备开机时，按下开机按钮后，首先检测断路器状态，如果断路器初始状态为闭合，电机无法启动，并且声光报警。如果断路器初始状态为断开，断路器合闸，电机开始启动。在启动过程中，若发生一级故障，PLC进行相应的保护动作。启动完成后，“电机开/关指示灯”亮，电机正常运行。运行过程中，PLC依次循
2、环检测电机是否发生相间短路、断相、低电压、单相接地、过负荷、过电流等故障，若有发生，PLC进行相应保护动作。关机时，PLC接到关机命令后，断路器跳闸,“电机开/关指示灯”灭。故障声光报警后，按“报警复位按钮”复位。本设计的选题就是基于PLC的电机故障诊断系统设计。关键词：故障诊断；PLC；电机AbstractThis paper introduces the domestic electrical fault diagnosis system design , as well as existing problems and introduces programmable controller
3、 at the same time the working principle and selection basisA PLC-based design of the electrical fault diagnosis system design and detail on the choice of Siemens S7-200 PLC and the same type of S7-300 S7-400 PLC and according to the design requirements of the input and output of the PLC I/O for dist
4、ribution and preparation of the ladder diagram system operationPrepared to boot, press the button after boot, the circuit breaker statusis detected firstIf the circuit breaker initial state is closed, electrical doesnt start and sound and light alarmIf the circuit breaker initial state is disconnect
5、ed , the circuit breaker close and the electrical startStart in the process, if a failure occurred, the protection PLC correspond actionStart after the completion of “motor on/off indicator light” on , the electrical normal operateRunning process, PLC followed by motorcycle test whether there has be
6、en a phase short circuit, breaking phase, low-voltage, single-phase-to-ground, overload, over-current fault and so onIf occurred, PLC protection actaccordingly shut downPLC received shutdownorders,tripping circuit breakers,“motor on /off indicator light” eliminate Fault sound and light alarm at the
7、“alarm reset button”resetThis choice is based on the design of the motor PLC fault diagnosis system designKey words：Fault Diagnosis；PLC；Motor目录1绪论51.1 PLC的应用以与选题的意义51.2 PLC应用于故障诊断系统的发展现状61.3故障诊断方法62PLC原理介绍与设备总体结构介绍72.1 PLC发展历程72.2 PLC控制系统的发展前景82.3 PLC的分类82.4 PLC的工作原理102.5 PLC的组成113可编程控制器系统设计153.1 可编
8、程控制器系统设计原则153.2 可编程控制器系统设计步骤153.3 可编程控制器系统设计的基本容173.4 可编程控制器控制系统的硬件设计173.5 可编程控制器控制系统的软件设计203.6 PLC的选取与介绍213.6.1 SIMATIC S7-200 PLC213.6.2 SIMATIC S7-300 PLC223.6.3 SIMATIC S7-400 PLC233.6.4 工业通讯网络233.6.5 人机界面HMI233.6.6 SIMATIC S7工业软件243.7 S7-200系列PLC的硬件配置253.7.1 CPU模块253.7.2 数字量扩展模块263.7.3 模拟量扩展模块2
9、73.7.4 通信模块283.7.5 编程器283.7.6 程序存储卡293.7.7 写入器293.7.8 文本显示器294 电机故障诊断系统设计304.1电机的故障304.2 电机的保护314.3 故障诊断系统设计334.3.1 系统硬件设计334.3.2 系统软件设计365 系统电源设计47致49参考文献50附录511绪论1.1 PLC的应用以与选题的意义1.PLC的应用可编程控制器在发展初期由于价格较高，使它的应用受到了限制。近年来，PLC应用围迅速扩大，主要原因是：一方面由于微处理器芯片与相关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面，随着PLC的功能大幅度提高，它能解决许多复
10、杂的计算和通信问题，使得PLC的应用围日益扩大。目前，PLC已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保以与文化娱乐等行业。PLC的主要应用有如下几方面：（1） 开关量的逻辑控制（2） 过程控制（3） 运动与位置控制（4） 数据处理（5） 通信联网（6） 特殊功能2.选题的意义随着故障诊断技术的发展，以检测、识别、预测和干预为核心的先进的故障诊断技术得到了广泛的应用，不但能够与时准确地诊断出故障，而且可以采取相应的对策，保证系统的安全性和可靠性。电机故障可能对电力系统的稳定性和工业系统其它机组的安全运行带来严重的影响，因此，电机的故障诊断显得非常重要，本设计的
11、选题就是基于PLC的电机故障诊断系统设计。PLC是现在应用较多的一种控制装置，利用PLC丰富的部资源与强大的功能指令，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与其系统的灵活性。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。1.2 PLC应用于故障诊断系统的发展现状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与时进行故障诊断
12、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。1.3故障诊断方法（1）基于小波分析的故障诊断方法小波分析是20世纪80年代发展起来的新的数学理论和方法，它被认为是傅里叶分析方法的突破性进展。小波分析优于傅里叶之处在于：小波分析在时域和频域同时具有良好的局部化性质。小波分析方法是一种窗口大小固定但其形状、时间窗和频率都可以改变的时频局部化分析方法，即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率。因此，小波变换被誉为分析信号的显微镜。小波分析在信号处理、图像处理、语音分析、模式识别、量子物理、生物医学工程、计算机视觉、故障诊断与众多非线性
13、科学领域都有广泛的应用。（2）专家系统故障诊断方法专家系统故障诊断方法，是指计算机在采集被诊断对象的信息后，综合运用各种规则，进行一系列的推理，必要时还可以随时调用各种应用程序，运行过程中向用户索取必要的信息后，就可快速地找到最终故障或最有可能的故障，再由用户来证实。这种方法适用于系统结构复杂，各部分耦合强的大型工业系统。PLC是现在应用较多的一种控制装置，利用PLC丰富的部资源与强大的功能指令，编制故障检测报警程序，不仅可以代替继电器实现相应功能，还可以提高工作可靠性与其系统的灵活性。2PLC原理介绍与设备总体结构介绍2.1 PLC发展历程 在PLC产生之前，工业控制设备的主流产品是以继电器
14、、接触器为主体的控制装置，简称继电器控制系统。所谓继电器控制系统就是用导线把各种继电器、接触器、开关与其触点，按一定的逻辑关系连接起来所构成的控制系统。它具有价格低廉、对维护技术要求不高的优点，适用于工作模式固定、控制要求简单的场合。随着工业自动化程度的不断提高，使用继电器构成工业控制系统的缺陷不断地暴露出来。首先是复杂的系统使用成百上千各种各样的继电器，成千上万根导线，只要一个电器、一根导线出现故障，系统就不能正常工作，这就大大降低了这种接线逻辑系统的可靠性；其次是这样的系统维修与改造很不容易，特别是技术改造。到了20世纪60年代末，人们设想能否把计算机的通用、灵活、功能完善与“继电-接触器
15、控制系统”的简单易懂、使用方便、生产成本低等特点结合起来，生产出一种面向生产过程顺序控制、可利用简单语言编程、能让完全不熟悉计算机的人也能方便使用的控制器。这一设想最早由美国最大的汽车制造商通用汽车公司于1968年提出。根据以上要求，美国数字设备公司在1969年首先研制出了全世界第一台可编程序逻辑控制器，并简称为“可编程控制器”。1971年，日本从美国引进这项技术，开始生产可编程控制器。1973年，西德、法国等西欧国家也开始研制生产可编程控制器。1974年，我国开始研制可编程控制器，并在1977年应用于工业生产。从第一台PLC诞生至今，大致经历了如下四次更新换代。 第一代PLC，多数用1位机开发，采用磁芯存储器存储，仅具有逻辑控制、定时、计数等功能。 第二代PLC，使用了8位微处理器与半导体存储器，其产品逐步系列化，功能也有所增强，已能实现数字运算、传送、比较等功能。 第三代PLC，采用了高性能微处理器与位片式中央处理单元，工作速度大幅度提高，同时促使其向多功能和联网方向发展，并具有较强的自诊断能力。 第四代PLC，不仅全面使用16位
