基于PLC电机故障诊断系统设计

基于PLC电机故障诊断系统设计

摘要：随着经济的高速发展，现今社会自动化代替人工操作已经不是梦想，PLC可编程逻辑控制器（PLC）是实现自动化操作的基础。一个完善的PLC控制系统不仅仅只是使整个自动化操作系统满足工业自动化控制的要求还可以在自动化生产系统出现故障时及时的对故障进行诊断和处理，保证了生产设备的正常运转。PLC故障的诊断和处理是体现自动化控制系统代替人工操作实现自我诊断和处理的先进化程度，同时也是衡量自动化控制的智能化指标。PLC 对于整个系统故障的自我诊断对于工业控制具有较的实用价值。

关键词：PLC电机故障诊断系统设计

中图分类号：TM57 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）06-0278-02

在当下的工业生产过程中，PLC控制系统在工业智能化的领域被大量的使用，是实现工业自动化控制的中间力量。PLC的完善程度决定着整个自动化操作系统的安全性和可靠性，PLC故障诊断系统它在工业自动化控制中占有举足轻重的地位。

一、电机系统的组成和工作原理

PLC电机系统主要由上位计算机和一套PLC监控系统组

成[1]。上位计算机为用户提供数据、图形和事件的显示。PLC 通过外部变送器、互感器和发动机连接完成自动化系统设备的故障信号检测并将这些数据转化为通讯数据传输给上位计算机。上位计算机通过对故障原因进行分析和判断，分析和判断后的结果通过数据传送给人机界面。人机界面给出故障点解释故障的诊断结果，并在人机界面给出相应排除故障的建议。电机故障诊断系统的框架图如下：

当操作人员按下生产系统的开机按钮后，PLC电机故障诊断系统先对断路器的闭合或断开的形态进行判断，如果电机故障诊断系统监测到断路器初始状态为闭合那么电机将无法启动，并且伴随报警，反之则启动成功。电机启动成功的标志是在控制柜上电机的“开/关”指示灯亮起，反之则电机出现故障。在生产设备运行过程中，PLC不停的对电机有可能发生的故障进行循环的检测。如果电机发生相间短路、断相和过负荷以及过电流等故障，PLC迅速的对电机故障做出判断和相应的故障分析并且为操作人员给出排除故障的建议。在关机时，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，按下报警复位按钮进行系统复位完成关机动作[2]。

二、PLC的组成

PLC的组成主要包含：中央处理器、存储器、输入/输出模块、电源、外部设备接口及输入/输出扩展单元等组成。它

们各个元器件的功能如下：（1）中央处理单元（CPU）：CPU 是PLC的核心部件，它的主要作用是控制整个自动化系统平稳地运行。它用以执行系统程序并通过运行系统程序来完成所有程序控制、处理及通信等功能。（2）存储器：存储器的主要作用是用来存放系统程序和用户程序。（3）输入/输出模块：输出模块用来将可编程控制器运算后的信息通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。（4）电源：PLC配有开关式稳压电源模块，稳压电源模块用来将外部供电电源转换成PLC内部的CPU、存储器和I/O接口等电气元件工作时所需的直流电源。（5）外部设备接口：外部设备接口是可编程控制器主机实现人-机对话、机-机对话的通道。（6）输入/输出扩展单元：输入/输出扩展单元的作用是当CPU所需的输入/输出点数超出主机的输入/输出单元的点数时，可以通过输入/输出单元的扩展来解决。

三、PLC电机故障诊断分析

PLC在控制装置上利用较多，常常利用PLC强大的功能指令和内部资源来编制检测程序，来提高工作的可靠性和整个系统的灵活性[3]。上位计算机根据现场的数据通过内部逻辑机构进行逻辑推理，找出故障原因并对这些数据通过数据传输到人机界面，并把相应的排除故障的建议提供给操作人员。

1.常见电机发生故障的原因分类

常见引起电机发生故障的原因包含电气和机械两部分。所以当电机出现故障时要对机械和电气的故障原因分别进行分析。如电机振动时对电机发生的故障原因分析如下。

1.1引起机械部分故障主要有以下几点：

1）由于转子、耦合器和联轴器以及传动轮不平衡引起的。通常解决转子、耦合器和联轴器等不平衡的故障的处理方法是分别对传动轮、制动轮和耦合器以及联轴器的平衡分别进行处理。如果解决完转子、耦合器和联轴器不平衡之后电机振动故障没有得到解决，那么还有可能是电机在转动时，电机的转动部分如铁心支架松动，斜键、销钉失效松动等原因都是造成转动部分不平衡的原因。

2）由于电机内部轴系不对中和中心线不重合及定心不正确等原因造成的。造成电机内部轴系不对中、中心线不重合和及定心不正确的故障原因主要是安装自动化生产线电机的过程中对电机内部轴系安装不正确造成的，在安装过程中因装配工人的职业技能不高或安装工艺不健全均有可能造成这种事故的发生。还有一种情况就是因为机械振动造成。在生产线的电机运转时电机内部联动部分中心线刚开始是重合一致的，但是运行一段时间后内部轴系的中心就发生了偏离。导致内部轴系中心偏离的原因有可能是转子支点和基础等发生形变造成的。

3）电机相联的齿轮、联轴器自身结构出现缺陷等原因

造成的。造成这种故障的主要是因为联轴器歪斜、错位，联轴器与轴之间的间隙过大或磨损严重均会对电机造成一定的振动。

4）电机本身结构的缺陷造成的。这种故障主要是由于轴与轴瓦之间的间隙过大或过小，电机与基础板之间固定不牢，轴与轴瓦间间隙过大或过小，电机的底脚螺栓松动等原因造成的。

5）电机所携带的负载在工作过程中发生振动而引发电机出现振动。

1.2引起电气部分发生故障主要有：三相电压不平衡或电机在三相电动机缺相运行、定子铁心变椭圆、松动定子绕组发生断线、匝间短路和定子三相电流不平衡、转子铁心变椭圆、转子笼条与端环开焊、转子笼条断裂、绕线错误、电刷接触不良等原因均能使电机出现电气故障从而导致电机发生振动。四、故障诊断程序设计

在进行电机故障诊断系统的设计时，首先对自动化控制系统可能会发生的故障进行分析并建立相应的数据库，再对整个系统的故障结构进行判断并给出相应的解决方法，最后在单个层次结构进行故障诊断的设计[4]。

在设计自动化控制系统时首先对故障层次结构进行分析，再尽可能多的把有可能出现故障的点加入PLC控制系统中，这样在控制系统出现问题时PLC故障检测信号才能把故