PLC電機(jī)故障診斷分析報(bào)告

1、PLC電機(jī)故障診斷分析目錄摘要 2Abstract 3第一章 緒論 41.1 PLC 應(yīng)用于故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 41.2 故障診斷方法 4第二章 PLC 介紹及設(shè)備總體結(jié)構(gòu)介紹 52.1 PLC 發(fā)展歷程 52.2 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展前景 62.3 PLC 的分類 62.4 PLC 的組成 8第三章 電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與 PLC 的選取 113.1 PLC 的選取及介紹 113.2 S7-200 系列 PLC 的硬件配置 133.3 系統(tǒng)框圖 16第四章 電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 174.1 電機(jī)故障等級分類 174.2 故障診斷程序設(shè)計(jì) 184.3借鑒專家系統(tǒng)故障診斷方法的實(shí)現(xiàn) 20第

2、五章 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) 23致謝 錯(cuò)誤 !未定義書簽。參考文獻(xiàn) 25Fault analysis of siemens plc control motor 26摘要本文介紹了國內(nèi)電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及存在的問題， 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)，并且 詳細(xì)介紹了所選用的西門子 S7-200PLC以及同類型的S7-300、S7-400PLC,根據(jù) 設(shè)計(jì)要求對 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) 備開機(jī)時(shí),按下開機(jī)按鈕后, 首先檢測斷路器狀態(tài), 如果斷路器初始狀態(tài)為閉合, 電機(jī)無法啟動(dòng),并且聲光報(bào)警。如果斷路器

3、初始狀態(tài)為斷開,斷路器合閘,電機(jī) 開始啟動(dòng)。在啟動(dòng)過程中,若發(fā)生一級故障, PLC 進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。啟動(dòng)完 成后,“電機(jī)開 /關(guān)指示燈”亮,電機(jī)正常運(yùn)行。運(yùn)行過程中,PLC 依次循環(huán)檢測電機(jī)是否發(fā)生相間短路、斷相、低電壓、單相接地、過負(fù)荷、過電流等故障,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 /關(guān)指示燈”滅。故障聲光報(bào)警后,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)。關(guān)鍵詞： 故障診斷 PLC 電機(jī)AbstractThis paper introduces the domestic electr

4、ical fault diagnosis system design , as well as existing problems and introduces programmable controller 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

5、-300 S7-400 PLC and according to the design requirements of the input and output of the PLC I/O for distribution and preparation of the ladder diagram system operation Prepared to boot, press the button after boot, the circuit breaker status is detected firstIf the circuit breaker initial state is c

6、losed, electrical doesn't start and sound and light alarm If the circuit breaker initial state is disconnected , the circuit breaker close and the electrical start Start in the process, if a failure occurred, the protection PLC correspond action Start after the completion of “motor on/off indica

7、tor light ” on , the electrical normal operateRunning process, PLC followed by motorcycle test whether there has been a phase short circuit, breaking phase, low-voltage, single-phase-to-ground, overload, over-current fault and so on If occurred, PLC protection act accordingly shut downPLC received s

8、hutdown orders, tripping circuit breakers,“motor on /off indicator light ” eliminate Fault sound and light alarm at the “alarm reset button” resetThis choice is based on the design of the motor PLC fault diagnosis system designKey words：Fault Diagnosis； PLC； Motor第一章 緒論1.1 PLC 應(yīng)用于故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀PLC作為一種成

9、熟穩(wěn)定可靠的控制器，目前已經(jīng)在工業(yè)控制中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響著工業(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，對于工業(yè)控制具有較高的意義和實(shí)用價(jià)值。1.2 故障診斷方法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， 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 對簡單， 各部分耦合少的情況。 專家系統(tǒng)方法通過建立系統(tǒng)故障的知識(shí)庫與推理機(jī)， 計(jì)算機(jī) 借助現(xiàn)

10、場的數(shù)據(jù)利用知識(shí)庫和推理機(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)。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 制故障檢測報(bào)警程序， 不僅可以替代繼電器實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能， 還可以提高工作可靠性及其系統(tǒng) 的靈活性。第二章 PLC 介紹及設(shè)備總體結(jié)構(gòu)介紹2.1 PLC 發(fā)展歷程在 PLC 產(chǎn)生之前，工業(yè)控制設(shè)備的主流產(chǎn)品是以繼電器、接觸器為主體的 控制裝置，簡稱繼電器控制系統(tǒng)。 所謂繼電器控制系統(tǒng)就是用導(dǎo)線把各種繼電器、 接觸器、開關(guān)及其觸點(diǎn)， 按一定的邏輯關(guān)系連接起來所構(gòu)成的控制系統(tǒng)。 它具有 價(jià)格低廉、 對維

11、護(hù)技術(shù)要求不高的優(yōu)點(diǎn)， 適用于工作模式固定、 控制要求簡單的 場合。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高， 使用繼電器構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng)的缺陷不斷 地暴露出來。 首先是復(fù)雜的系統(tǒng)使用成百上千各種各樣的繼電器， 成千上萬根導(dǎo) 線，只要一個(gè)電器、一根導(dǎo)線出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就不能正常工作，這就大大降低了 這種接線邏輯系統(tǒng)的可靠性； 其次是這樣的系統(tǒng)維修及改造很不容易， 特別是技 術(shù)改造。到了 20世紀(jì) 60年代末，人們設(shè)想能否把計(jì)算機(jī)的通用、 靈活、功能完善與 “繼電-接觸器控制系統(tǒng)”的簡單易懂、使用方便、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)結(jié)合起來， 生產(chǎn)出一種面向生產(chǎn)過程順序控制、 可利用簡單語言編程、 能讓完全不熟悉計(jì)算 機(jī)的

12、人也能方便使用的控制器。 這一設(shè)想最早由美國最大的汽車制造商通用 汽車公司于 1968年提出。根據(jù)以上要求， 美國數(shù)字設(shè)備公司在 1969年首先研制 出了全世界第一臺(tái)可編程序邏輯控制器，并簡稱為“可編程控制器” 。1971 年， 日本從美國引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，開始生產(chǎn)可編程控制器。 1973 年，西德、法國等西 歐國家也開始研制生產(chǎn)可編程控制器。 1974 年，我國開始研制可編程控制器， 并在 1977 年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。從第一臺(tái) PLC 誕生至今，大致經(jīng)歷了如下四次更新?lián)Q代。第一代PLC，多數(shù)用1位機(jī)開發(fā)，采用磁芯存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，僅具有邏輯控制、 定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。第二代PLC，使用了 8位微處理器及

13、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其產(chǎn)品逐步系列化，功 能也有所增強(qiáng)，已能實(shí)現(xiàn)數(shù)字運(yùn)算、傳送、比較等功能。第三代PLC，采用了高性能微處理器及位片式中央處理單元，工作速度大幅度提高，同時(shí)促使其向多功能和聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展，并具有較強(qiáng)的自診斷能力。第四代PLC，不僅全面使用16位、32位微處理器作為CPU,內(nèi)存容量也更 大，可以直接用于一些規(guī)模較大的復(fù)雜控制系統(tǒng)， 而且編程語言除了可使用傳統(tǒng) 的梯形圖，流程圖等，還可以使用高級語言，外設(shè)也更加多樣化。2.2 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展前景現(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)長的一段

14、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、開放化的方向發(fā)展， 但這并不意味著要將現(xiàn)有控制系統(tǒng)推倒重來， 企業(yè) 投入大量的人力和財(cái)力建立起來的 PLC 控制系統(tǒng)已經(jīng)成型，如果要完全推翻再 建立新的DCS和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） 基于以上市場需求， 許多軟件廠商正在考慮如何利用企業(yè)已經(jīng)成型的控制系統(tǒng)及 新建的廠級網(wǎng)絡(luò)，開發(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，PLC的功能增強(qiáng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化，I/O 模塊趨向分散化、智能化，編程工具和編程語言更具標(biāo)準(zhǔn)化

15、和高級化。（ 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)場總線 I/O 技術(shù)相結(jié)合， 結(jié)構(gòu)開放、 擴(kuò)展方便、技術(shù)先進(jìn)、價(jià)格低廉。由以上分析可以預(yù)見，未來 PLC 將朝著多功 能化、集成化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、開放化的方向發(fā)展，故 PLC 雖然面臨其它自 動(dòng)化控制系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，但同時(shí)也在吸收它們的優(yōu)點(diǎn)，互相融合，不斷創(chuàng)新，在今 后一段時(shí)間內(nèi)將與其它先進(jìn)控制方式并存，共同發(fā)展。2.3 PLC 的分類PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對 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

16、點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。（1）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。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般采用這種整體 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 EPROW入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I/O和電源等，沒有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 般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，

17、使其功能得以擴(kuò)展。2. 模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別作成若干個(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，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)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

18、。（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。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的單機(jī)控制系統(tǒng)。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)。3. 高檔 PLC 除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、 位邏輯運(yùn)算、平方根

19、運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。 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。（3）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。1. 小型 PLCI/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。2. 中型PLCI/O點(diǎn)數(shù)2562048點(diǎn)；雙CPU用戶存儲(chǔ)器容量28K。3. 大型PL 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816K .2.4 PLC 的組成1. 中央處理單元( CPU)與通用計(jì)算機(jī)

20、一樣，中央處理單元 CPU是PLC的核心部件，它的主要作用 是控制整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。 它解釋并執(zhí)行用戶及系統(tǒng)程序， 并通過運(yùn)行用 戶及系統(tǒng)程序完成所有控制、處理、通信以及所賦予的其他功能。PLC 常用的 CPU 有通用微處理器、單片機(jī)和位片式微處理器。通用微處理 器常用的是 8位機(jī)和 16位機(jī)，如 8080、 8086、 M6800、 80286、 80386等；單片 機(jī)常用的有 8031、 8051、 8096等；位片式微處理器常用的有 AMD2901 、AMD2903 等。小型PLC大多采用8位微處理器或單片機(jī)，中型 PLC大多采用16位微處 理器或單片機(jī)，大型 PLC 大多采用高速

21、位片式處理器。 PLC 的檔次越高，所用 的 CPU 的位數(shù)越多、運(yùn)算速度越快、功能越強(qiáng)。2. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主要用來存放系統(tǒng)程序、 用戶程序和數(shù)據(jù)。 根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作 用，可將其分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用來存放制造商為用戶提供的監(jiān)控程序、 模塊化應(yīng)用功能子 程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其他管理程序。用戶存儲(chǔ)器是專門提供給用戶存放程序和數(shù)據(jù)的， 所以用戶存儲(chǔ)器通常又分 為用戶程序存儲(chǔ)器和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩個(gè)部分。用戶存儲(chǔ)器有 RAM 、 EPROM、 EEPROM 三種類型。用戶程序存儲(chǔ)器用來存放用戶編寫的應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器用來存放控制過程中不斷改變的信息，如

22、輸入 /輸出信號、各種工作狀態(tài)、計(jì) 數(shù)值、定時(shí)值、運(yùn)算的中間結(jié)果等。3. 輸入 /輸出模塊及特殊功能模塊(1) 輸入模塊用來接收和采集輸入信號，輸入信號有兩類：一類是由按鈕開關(guān)、 行程開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等提供的開關(guān)量輸 入信號；另一類是從電位器、熱電、測速電機(jī)、各種變送器送來的連續(xù)變化的模 擬量輸入信號。輸入模塊還需要將這些不同的電平信號轉(zhuǎn)換成 CPU 能夠接收和 處理的數(shù)字信號。(2) 輸出模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí) 行部件能接收的信號，用來控制接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等，控制的 另一類負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示器和報(bào)警

23、裝置等。(3) 特殊功能模塊 隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，為了增 強(qiáng)可編程控制器的功能， 擴(kuò)大其應(yīng)用范圍， 生產(chǎn)廠家開發(fā)了許多供用戶選用的特 殊功能模塊。1) 模擬量輸入輸出模塊模擬量的輸入在過程中應(yīng)用很廣泛，如溫度、壓力、流量、位移等工業(yè)檢測都是對應(yīng)電壓、 電流大小的模擬量。 模擬量經(jīng)傳感器或變送 器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號，輸入模塊用 A/D 轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給 CPU 進(jìn)行 處理。因此，模擬量輸入模塊又叫 A/D 轉(zhuǎn)換輸入模塊。模擬量的輸出模塊是將 CPU 處理后的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因 此，模擬量輸出模塊又叫 D/A 轉(zhuǎn)換輸出模塊。2

24、) 高速計(jì)數(shù)模塊 高速計(jì)數(shù)模塊是工業(yè)控制中常用的智能模塊之一， 它可以把過 程控制變量如位置信號、速度值、流量值累計(jì)等，送入可編程控制器。這些參量 的變化速度很快，脈沖寬度小于可編程控制器掃描周期，按正常掃描輸入 /輸出 信號來處理會(huì)丟失部分參量。 因此，使用脫離可編程控制器獨(dú)立計(jì)數(shù)的高速計(jì)數(shù) 器對這些參量進(jìn)行計(jì)數(shù)。高速計(jì)數(shù)模塊可對幾十 kHz 甚至上 MHz 的脈沖計(jì)數(shù)， 當(dāng)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值等于或大于預(yù)置值時(shí)，輸出被驅(qū)動(dòng)。3) PID 過程控制模塊 比例 /積分 /微分控制模塊是實(shí)現(xiàn)對連續(xù)變化的模擬量閉環(huán) 控制的智能模塊，可將 PID 模塊看作一個(gè)過程調(diào)節(jié)器。在 PID 模塊上有輸入 /輸 出

25、接口和進(jìn)行閉環(huán)控制運(yùn)算的 CPU,模塊一般可以控制多個(gè)閉環(huán)。4) 通信模塊 可編程控制器的通信模塊相當(dāng)于局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)接口， 通過通信模 塊數(shù)據(jù)總線和可編程控制器的主機(jī)連接, 用硬件和軟件一起來實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議。 可 編程控制器的通信模塊一般配有幾種接口, 可以通過通信模塊上的選擇開關(guān)進(jìn)行 接口選擇,實(shí)現(xiàn)與別的可編程控制器、智能控制設(shè)備或計(jì)算機(jī)之間的通信。4. 電源PLC 配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源模塊,用來將外部供電電源轉(zhuǎn)換成使 PLC 內(nèi)部的CPU、存儲(chǔ)器和I/O接口等電路工作所需的直流電源。PLC的電源部件有很好的 穩(wěn)壓措施，因此對外部電源的穩(wěn)定性要求不高。小型PLC的電源往往和CPU單元合為一體,

26、大中型 PLC 都有專用電源模塊。5. 外部設(shè)備接口外部設(shè)備接口是可編程控制器主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話、 機(jī)機(jī)對話的通道。 通 過它，可編程控制器可以和編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)、 I/O 擴(kuò)展單元等 相連，也可以與其他可編程控制器或上位計(jì)算機(jī)連接。外部設(shè)備接口一般是 RS-232C或RS-422A （或RS-485）串行通信接口，該接口的功能是串行 /并行數(shù) 據(jù)的轉(zhuǎn)換、通信格式的識(shí)別、數(shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e(cuò)校驗(yàn)、信號電平的轉(zhuǎn)換等。對于一 些小型可編程控制器，外部設(shè)備接口還有與專用的編程器連接的并行數(shù)據(jù)接口。6. 輸入/輸出擴(kuò)展單元輸入/輸出擴(kuò)展單元是可編程控制器輸入 /輸出單元的擴(kuò)展部件。當(dāng)用戶所需 的

27、輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)或類型超出主機(jī)輸入 /輸出單元所允許的點(diǎn)數(shù)或類型時(shí)，可以通 過加接輸入 /輸出擴(kuò)展單元來解決。 輸入/輸出擴(kuò)展單元與主機(jī)的輸入 /輸出擴(kuò)展接 口相連方式有兩種類型：簡單型和智能型。7. 其他外部設(shè)備編程器、外部存儲(chǔ)器、打印機(jī)、 EPROM 寫入器等。第三章 電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與 PLC 的選取3.1 PLC 的選取及介紹由于本文設(shè)計(jì)采用的機(jī)型是西門子生產(chǎn)的S7-200系列PLC下面對它進(jìn)行簡單介紹。德國西門子（SIEMENS公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(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 S7-20

28、0, S7-300, S7-400, 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件 等。西門子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。3.1.1 SIMATIC S7-200 PLCS7-200 PLC是超小型化的PLC它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動(dòng)檢測、 監(jiān)測及控制等。 S7-200 PLC 的強(qiáng)大功能使其無論單機(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。S7-200PLC可提供4個(gè)不同的基本型號與8種CPU

29、可供選擇使用3.1.2 SIMATIC S7-300 PLCS7-300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（0.60.1卩s）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)對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HM）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)。S7-300

30、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 式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(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可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài) 非常容易、簡單。 S7-300 PLC 具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理 器來連接 AS-I 總線接口和工

31、業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點(diǎn)到 點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（ MPI）集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器、PC機(jī)、 人機(jī)界面系統(tǒng)及其他 SIMATIC S 7/M 7/C 7等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。3.1.3 SIMATIC S7-400 PLCS7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。S7-400 PLC 采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，可靠耐用，同時(shí)可以選用多種級別（功能逐步升級）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 合成不同的專用系統(tǒng)。 當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級時(shí)， 只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０澹?便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。3. 1. 4 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)通訊網(wǎng)

32、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 制級一直到現(xiàn)場級的一致性通訊，“ SIMATICNET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)化站以及通過不同的級交換數(shù)據(jù)， 有標(biāo) 準(zhǔn)的接口并且相互之間完全兼容。3.1.5 人機(jī)界面（ HMI ）硬件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），0P3, 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

33、）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過軟件（如 ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。3.1.6 SIMATIC S7 工業(yè)軟件西門子的工業(yè)軟件分為三個(gè)不同的種類：（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 是用于 S7-300/400 , C7 PLC和SIMATIC Win AC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，STEP7-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。(2) 基于PC的控制軟件 基于P

34、C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(PLQ運(yùn)行用戶的程序，運(yùn)行在安裝了 Windows NT4.0操 作系統(tǒng)的SIMATIC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。Win AC與 SIMATICS7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。( 3)人機(jī)界面軟件 人機(jī)界面軟件為用戶自動(dòng)化項(xiàng)目提供人機(jī)界面( HMI) 或S

35、CADAK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 的 ProTool ，另一種是應(yīng)用于監(jiān)控級的 WinCC。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 STEP7 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/Pro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)。WinCC是一個(gè)真正開放的，面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的SCAD( SupervisoryCon

36、trol a nd Data Acquisitio n)軟件，可在任何標(biāo)準(zhǔn) PC上運(yùn)行。WinCC操作簡單，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)目開發(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 IE 瀏覽器動(dòng)態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)過程。3.2 S7-200 系列 PLC 的硬件配置S7-200 系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴(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、寫入器、文本顯示器等。3.2.1 基本單元S

37、7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見下表:型號輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7-200CPU22164S7-200CPU222862個(gè)擴(kuò)展模塊78路數(shù)字量I/O點(diǎn)或10路模擬量I/O點(diǎn)S7-200CPU22414107個(gè)擴(kuò)展模塊168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)S7-200CPU22624162個(gè)擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)S7-200CPU226XM2 b4162個(gè)擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)322擴(kuò)展單元S7-200系列PLC主要有6種擴(kuò)展單元，它本身沒有CPU只能與基本單元相

38、連接使用，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點(diǎn)數(shù) 的分配如表3-2所示。表3-2 S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點(diǎn)數(shù)類型型號輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM2218無EM222無8EM2234/8/164/8/16模擬量擴(kuò)展模塊EM2313無EM232無2EM235313.2.3 編程器PLC在正式運(yùn)行時(shí)，不需要編程器。編程器主要用來進(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)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測。 S7-200系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。簡易型編程器是袖珍型的， 簡單實(shí)用， 價(jià)格低廉， 是一種很

39、好的現(xiàn)場編程及 監(jiān)測工具，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 形圖語言編程，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，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。3.2.4 程序存儲(chǔ)卡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EEPRO卡盒接口， 通過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EEPRO卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲(chǔ)卡 EEPRO有 6ES 7291-8GC00-0XA（和6ES 7291-8GD00-0XA0兩種，程

40、序容量分別為 8K和16K程序步。3.2.5 寫入器寫入器的功能是實(shí)現(xiàn)PLC和 EEPRO之間的程序傳送，是將 PLC中RAM區(qū)的 程序通過寫入器固化到程序存儲(chǔ)卡中，或?qū)LC中程序存儲(chǔ)卡中的程序通過寫入 器傳送到RAMEo3.2.6 文本顯示器文本顯示器TD200不僅是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控 制單元對某個(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)和測試系統(tǒng)時(shí)

41、， 可以進(jìn)行參 數(shù)設(shè)置和診斷。3.3系統(tǒng)框圖如下圖，準(zhǔn)備開機(jī)時(shí)，按下開機(jī)按鈕后，首先檢測斷路器狀態(tài)，如果斷路器 初始狀態(tài)為閉合，電機(jī)無法啟動(dòng)，并且聲光報(bào)警。如果斷路器初始狀態(tài)為斷開， 斷路器合閘，電機(jī)開始啟動(dòng)。在啟動(dòng)過程中，若發(fā)生一級故障，PLC進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。啟動(dòng)完成后，“電機(jī)開/關(guān)指示燈”亮，電機(jī)正常運(yùn)行。運(yùn)行過程中， PLC依次循環(huán)檢測電機(jī)是否發(fā)生相間短路、斷相、低電壓、單相接地、過負(fù)荷、 過電流等故障，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/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。惣悟號第四章 電機(jī)故障診

42、斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)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)備故障信號檢測、 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 專家?guī)欤瓿蓮墓收咸卣鞯焦收显虻淖R(shí)別工作。 并通過人機(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。4.1 電機(jī)故障等級分類電機(jī)的結(jié)構(gòu)同時(shí)包含電氣和機(jī)械兩部分，也可以說是電氣和機(jī)械的結(jié)合點(diǎn)。 所以說，它的故障要一分為二的分析。對電機(jī)的振動(dòng)故障原因也要分成兩部分。 一般來講，電機(jī)振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)動(dòng)部分不平衡、 機(jī)械故障或電磁方面的原

43、因引起的。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。2 、機(jī)械部分故障主要有以下幾點(diǎn)：（1） 聯(lián)動(dòng)部分軸系不對中，中心線不重合，定心不正確。這種故障產(chǎn)生的 原因主要是安裝過程中，對中不良、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)。（2）與電機(jī)相聯(lián)

44、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，對輪潤滑不良，聯(lián)軸器歪斜、錯(cuò)位，齒式聯(lián)軸器齒形、齒 距不對、間隙過大或磨損嚴(yán)重，都會(huì)造成一定的振動(dòng)。（3）電機(jī)本身結(jié)構(gòu)的缺陷和安裝的問題。這種故障主要表現(xiàn)為軸頸橢圓， 轉(zhuǎn)軸彎曲，軸與軸瓦間間隙過大或過小，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大或過小不僅可以造成振動(dòng)還可使 軸瓦的潤滑和溫度產(chǎn)生異常。（4）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)。3、電氣部

45、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)等級如上 圖所示 : 一級故障為高級。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。二級故障為低級。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。4.2 故障診斷程序設(shè)計(jì)在進(jìn)行故障診斷設(shè)計(jì)時(shí)， 首先必須對整個(gè)系統(tǒng)可

46、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。為了描述簡單，這里作了一定的簡化。 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 輸入信息引入 PLC 的程序中，以便得到更多的故障檢測信息為系統(tǒng)的故障自診 斷提供服務(wù)。4.2.1.故障點(diǎn)的記錄為了得到系統(tǒng)的故障情況實(shí)現(xiàn)

47、系統(tǒng)的故障自診斷，PLC必須將所有故障檢測點(diǎn)的狀態(tài)反映給內(nèi)部寄存器，圖 4.2 是用來記錄故障點(diǎn)的部分程序。IR4.02是輸入的10節(jié)點(diǎn)，表示A側(cè)皮帶信號，當(dāng)輸煤系統(tǒng)使用 A側(cè)皮帶正 常運(yùn)行時(shí)4.02的值為1,當(dāng)4.02變?yōu)?時(shí)，說明A側(cè)皮帶信號出了故障，此時(shí) 利用上升沿微分指令記錄這次的信號跳變。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

48、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)生的 故障。這也需要通過PLC編程實(shí)現(xiàn)，程序只對最開始發(fā)生的故障敏感。 如下圖所 示。晉-4-DIFL'(13)丄斤祜做分Vt25.0131.001 131.01131.(W1 I31.05，I I ":il.UG1 >31.07H D1FI C13)31. i2DIFU JLOS*31HKISMOV 佗 1'P See Min邸）*t】如加HR3RSET '25.003L0t上升符儆分位頻字II標(biāo)砂（00-07）4 分（0e-G15>3-7Mb移動(dòng)小時(shí)（W 07X Fin （» OIH） 海字

49、Mb422.多次故障事件的記錄由于系統(tǒng)實(shí)際長時(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?。OMROC200H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 記錄每次故障事件，包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，對其進(jìn)行檢修和維護(hù)。4.2.3. 模擬量故障的診斷對于模擬量信號例如犁煤車， 給煤車電機(jī)電流的故障診斷， 首先利用模擬量 模塊，接收來自電流變送器的模

50、擬信號， 將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 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。4.2.4. 各種故障信息的串行通信 上位機(jī)通過串行通訊及時(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 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)，如果沒有錯(cuò)誤則向上 位計(jì)算機(jī)發(fā)出響應(yīng)幀，

51、響應(yīng)幀中包含了上位機(jī)需要查詢的寄存器值。上位計(jì)算機(jī)通過讀取數(shù)據(jù)寄存區(qū)的值來獲取當(dāng)前 PLC 的工作狀況，同時(shí)上位計(jì)算機(jī)對PLC的控制也可通過對該區(qū)的寫操作來完成。具體的通信實(shí)現(xiàn)可以參考相關(guān)資料，這里不作 詳細(xì)論述。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。4.3.1. 專家系統(tǒng)方法 在傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)中，知識(shí)被組織成知識(shí)庫的形式，推理機(jī)進(jìn)行推理時(shí)，要從知識(shí)庫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

52、， 推理效 率低的缺點(diǎn)?！爸R(shí)對象”的概念可以解決這一問題。 “知識(shí)對象”是一個(gè)邏輯概 念，它利用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ?將知識(shí)源和黑板都表達(dá)為對象， 在知識(shí)對象的內(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)對象被激活后， 就在對象內(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)際情況和故障推理的過程， 在這 里知識(shí)對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。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)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

53、采用基 于故障模型的故障樹方法故障節(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，貝U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。4.32對象類型與推理節(jié)點(diǎn)對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)，檢測節(jié)點(diǎn)

54、可以視為推理節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)， 它為推理節(jié)點(diǎn)的推理過程提供相關(guān)的 信息。我們在推理節(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)圭寸裝 的規(guī)則庫與推理機(jī)，結(jié)合檢測節(jié)點(diǎn)提供的信息進(jìn)行故障推理，找出故障原因。4.3.3.故障節(jié)點(diǎn)的檢測方式地址段是節(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)的檢測方式選取相應(yīng)的處理函 數(shù)。該函數(shù)是檢測手段與推理規(guī)則的結(jié)合，故可稱之為檢測/推理函數(shù)。一方面它可以檢測故障節(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)

55、點(diǎn)使用相同的檢測 / 推理函數(shù)，利用地址段和數(shù)據(jù)段中的值加以區(qū) 別。4.3.4. 各節(jié)點(diǎn)的注釋段要有相應(yīng)幫助信息 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)的檢測手段不完備， 或規(guī)則不完全， 推導(dǎo)過程要進(jìn)行人機(jī)對話。 這時(shí)候如果節(jié)點(diǎn)的注釋段中有相應(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。本系統(tǒng)的故障診斷通過在上位計(jì)算機(jī)上用 VC6.0開發(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。 用戶也可以對故障診斷進(jìn) 行指構(gòu)的有限

56、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， 達(dá)到定 量計(jì)算和評價(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。第五章系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是指PLC控制系統(tǒng)CPU模塊、I/O模塊及相關(guān)外圍設(shè)備的供 電設(shè)計(jì)。供電系統(tǒng)的好壞直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性，因此在設(shè)計(jì)供電系統(tǒng) 時(shí)應(yīng)考慮下列因素:(1) 輸入電源的電壓允許在一定范圍內(nèi)變化。(2) 當(dāng)輸入交流電斷電時(shí)，應(yīng)不破壞 PLC內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)(3) 在控制系統(tǒng)不允許斷電的場合，要考慮供電電源的冗余。(4) 當(dāng)外部設(shè)備電源斷電時(shí)，應(yīng)不影響 PLC的供電。(5) 應(yīng)考慮電源系統(tǒng)的抗干擾性。為提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能

57、，在PLC供電系統(tǒng)中可采用隔離變壓器、 交流穩(wěn)壓器、UPS電源等措施，其中，采用隔離變壓器進(jìn)行分別供電是較為常用的方法，如圖5-1所示。CPU模塊、各I/O模塊及其他設(shè)備分別由具有隔離功能 的變壓器供電，與主電源分離。這樣做最大的好處是各電源間不會(huì)相互影響。女口斷開輸入、輸出回路的供電電源時(shí)，不會(huì)影響到 CPU模塊的供電。圖5-1采用隔離變壓器分別進(jìn)行別供電的供電系統(tǒng)PLC電源單元的連接：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。電源單元的外部接線不多，在接線時(shí)要注意以下問題：（1）根據(jù)所使用的外部電壓數(shù)值正確選擇電壓選擇器；（2）在接線過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)束便把標(biāo)簽移去， 否則標(biāo)簽將會(huì)堵 住冷卻通道，阻礙空氣流通。（3）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)。（4）使用隔離變壓器可提高電源的抗干擾能力。為了改