毕业论文---基于PLC的电机故障诊断系统设计

毕业论文---基于PLC的电机故障诊断系统设计

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

编号:

毕业论文(设计)

题目基于PLC的电机故障诊断系统设计

指导教师贺廉云

学生姓名周峰

学号 201021703041 专业机械设计制造及其自动化

教学单位德州学院机电工程系

时间 2012年4月15日

德州学院毕业论文（设计）开题报告书

2012年 4月 15日

院（系）

机电工程系专业机械式及制造

姓名

周峰学号201021703041

论文（设计）题目

基于PLC的电机故障系统设计

一、选题目的和意义

目的：绞车是配套钻机来使用的，适用于各种井下作业。但是，在使用过程中，电子刹车经常出现故障，自动暴死，电机出现空转容易烧坏。为了避免电机烧坏和人员伤亡，在绞车上安装了PLC检测系统。因此，本文简单介绍了国内电机故障诊断系统设计，以及存在问题，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电机故障诊断系统设计，详细介绍了所选用的西门子S7-200 PLC以及同类型的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/关机指示灯”灭。故障声光报警后，按“报警复位按钮”复位。

本设计选题就是基于PLC的电机故障诊断系统设计。

二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势

1、国内外PLC发展现状和发展趋势：

PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：西门子公司；法国：TE

施耐德公司；韩国：三星、LG公司等。

我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：1、顺序控制器（1973～1979）2、以微处理器为主的工业控制器（1979～1985）3、以微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。随着不断的学习与不断开拓的精神，现在，我国自主生产的PLC在国内的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高。

PLC的发展趋势：

（1）产品规模向大、小两个方向发展

大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。

小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。

（2）PLC在闭环过程控制中应用日益广泛

（3）不断加强通讯功能

（4）新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。（5）编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。（6）发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

（7）追求软硬件的标准化。

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。

3、故障诊断方法

故障诊断一般有两种途径:故障树方法和专家系统方法。故障树方法利用系统的故障逻辑结构进行逻辑推理，由错误的输出找到可能的输入错误。这种方法比较适用于系统结构相对简单，各部分耦合少的情况。专家系统方法通过建立系统故障的知识库与推理机，计算机借助现场的数据利用知识库和推理机进行深入的逻辑推理，找出故障原因。

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。

三、课题设计方案 [主要说明：研究（设计）的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法。]

可编程控制器（Programmable Logical Controller）是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置，由于它具有功能强，可靠性高，配置灵活，使用方便以及体积小，重量轻等

它的优点，使其在自动化控制的各个领域得到了广泛的应用。近年来由于微电子技术的发展和进步，使具有完全功能的超大规模集成电路的价格日趋便宜，同样也促进可编程控制器成本大大降低，对于采用可编程控制器来代替传统继电器—接触器电气控制的系统来改造传统机床，无论从经济上，还是可靠性，维修性，工作寿命上来说，都是十分经济和划算的，也是可行的优选方案。

鉴于以上原因，本文设计了一个基于PLC电机故障诊断系统。

本文采用的机型是德国西门子S7-200系列PLC。

型号

输

入点

输

出点

可带扩展模块数