基于plc的电机故障诊断系统设计-机械设计制造及其自动化毕业论文

基于plc的电机故障诊断系统设计-机械设计制造及其自动化毕业论文内容摘要：

处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高， PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS系统。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的 将来，是无法取代的。 国控制类产品市场 PLC的占有率已超过 50% , 而且保持着 10%～ 15% 的发展速度。 PLC 控制系统的发展前景 现在 , 虽然出现了性能更加优越的 DCS 和 FCS 控制系统 , PLC 控制也终将会被先进的 FCS 控制所取代 ,但是目前以及今后相当长的一段时间 , PLC 还会与 DCS 和 FCS 共存 ,这主要基于以下原因 :(1) 现在企业的确正在朝着自动化、信息化、开放化的方向发展 ,但这并不意味着要将现有控制系统推倒重来。 企业投入大量的人力和财力建立起来的 PLC 控制 系统已经成型 ,如果要完全推翻再建立新的 DCS 或 FCS 控制系统 ,需要更大的资金投入 ,将造成很大的浪费。 (2) 基于以上市场需求 ,许多软件厂商 (例如 : 华富惠通软件公司 ) 正在考虑如何利用企业已经成型的控制系统及新建的厂级网络 ,开发控制系统软件 ,帮助企业实现工厂自动化、信息化 ,为企业提供控制系统与管理网络的集成。 (3) 目前 , PLC 的功能增强、结构优化 , IO 模块趋向分散化、智能化 ,编程工具和编程语言更具标准化和高级化。 (4) PLC 的联网通信能力增强 , 向高速度、多层次、大信息量、高可靠性及开 放式的通信发展。 (5) 现在的 PLC 系统与 DCS 技术、现场总线 IO 技术相结合 ,结构开放、扩展方便、技术先进、价格低廉。 由以上分析可以预见 ,未来 PLC 将朝着多功能化、集成化、智能化、标准化、开放化的方向发展 ,故 PLC 虽然面临其它自动化控制系统的挑战 ,但同时也在吸收它们的优点 , 互相融合 ,不断创新 ,在今后一段时间内将与其它先进控制方式并存 ,共同发展。 可编程序控制器 PLC 的分类 PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。 对 PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和 I/O点数的多 少等进行大致分类。 （ 1） 按结构形式分类：根据 PLC的结构形式，可将 PLC分为整体式和模块式两类。 xx 学院 机电工程系 20xx 届 机械设计制造及其自动化 毕 业论文（设计） PLC 整体式 PLC 是将电源、 CPU、 I/O 接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。 小型 PLC一般采用这种整体式结构。 整体式 PLC由不同 I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。 基本单元内有 CPU、 I/O 接口、与 I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或 EPROM写入器相连的接口等。 扩展单元内只有 I/O和电源等，没有 CPU。 赋予基本单元和扩展单元之间一般用扁平 电缆连接。 整体式 PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 PLC是将 PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如 CPU模块、 I/O模块、电源模块（有的含在 CPU模块中）以及各种功能模块。 模块式 PLC由框架或基板和各种模块组成。 模块装在框架或基板的插座上。 这种模块式 PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。 大、中型 PLC一般采用模块式结构。 还有一些 PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式 PLC。 叠装式 PLC 其 CPU、电源、 I/O 接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。 这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。 （ 2） 按功能分类：根据 PLC所具有的功能不同，可将 PLC分为低档、中档、高档三类。 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。 主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 PLC 除具有低档 PLC 的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、 算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。 有些还可增设中断控制、 PID控制等功能，适用于复杂控制系统。 PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。 高档 PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。 （ 3） 按 I/O点数分类：根据 PLC的 I/O点数的多少，可将 PLC分为小型、中型和大型三类。 PLC—— I/O点数小于 256点 ；单 CPU、 8位或 16位处理器、用户存储器容量 4K 字以下。 2. 中型 PLC—— I/O点数 256～ 2048点；双 CPU，用户存储器容量 2～ 8K。 PLC—— I/O点数 2048 点；多 CPU， 16位、 32位处理器，用户存储器容量 8～ 16K . PLC 的系统模块 PLC系统模块包括 CPU、 I/O、电源模块和其他设备组成，各个模块之间又有不同的构成和结构。 CPU 的构成 xx 学院 机电工程系 20xx 届 机械设计制造及其自动化 毕 业论文（设计） CPU是 PLC的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC至少有一个 CPU，它按 PLC的系统程序的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。 进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成， CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。 内存主要用于存储程 序及数据，是 PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析 CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。 CPU的控制器控制 CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。 但工作节奏由震荡信号控制。 运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。 寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是 PLC的重要参数，它们决定着 PLC的工作速度， IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 I/O 模块 图 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部 分（ I/O）完成的。 I/O模块集成了 PLC的 I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。 I/O分为开关量输入（ DI），开关量输出（ DO），模拟量输入（ AI），模拟量输出（ AO）等模块。 常用的 I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（ 420mA,020mA）、电压型（ 010V,05V,1010V）等，按 精度分，有 12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用 IO外，还有特殊 IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按 I/O点数确定模块规格及数量， I/O模块可多可少，但其最大数受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 电源模块 PLC电源用于为 PLC各模块的集成电路提供工作电源。 同时，有的还为输入电路提供 24V的工作电源。 电源输入类型有：交流电源（ 220VAC 或 110VAC），直流电源（常用的为 24VDC）。 底板或机架大多数模块式 PLC使用底板或机架，其作用是：电气 上，实现各模块间的联系，使 CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 PLC 系统的其它设备 编程设备：编程器是 PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC及 PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。 小编程器 PLC一般xx 学院 机电工程系 20xx 届 机械设计制造及其自动化 毕 业论文（设计） 有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 也就是我们系统的上位机。 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛 ，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 PLC 的系统模块选择方法 在 PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLC工程设计选型。 工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。 PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用 PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。 熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间。 相应模块 的估算 工程设计选型应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作，和求价格比的 PLC和设计相应的控制系统最后选择有较高性能价估算输入输出点数、所需存储器容量。 ． 1 输入输出（ I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加 10%～ 20%的可扩展 余量后，作为输入输出点数估算数。