基于plc的电机故障诊断系统设计.docx
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基于plc的电机故障诊断系统设计
毕业设计（论文）
题目：
基于PLC的电机故障诊断系统设计
院（系）：
机电工程系
专业：
机电一体化
姓名：
3
学号：
3
指导教师：
3
任务与要求
任务：
1、明确控制要求，确定控制方案。
2、选择PLC类型。
3、输入输出设备选择及输入输出点分配。
4、设计调试。
5、电机故障诊断控制系统的实现。
要求：
1、介绍所使用PLC及控制系统涉及其它设备的基本情况。
2、分析所设计控制系统的控制对象的工艺流程。
3、确定I/O表。
4、设计硬件构成及接线。
5、设计PLC控制程序。
6、依照上述要求撰写毕业论文。
毕业设计（论文）进度计划表
摘要
本文介绍了国内电机故障诊断系统设计以及存在的问题，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
Abstract
Thispaperintroducesthedomesticelectricalfaultdiagnosissystemdesign,aswellasexistingproblemsandintroducesprogrammablecontrolleratthesametimetheworkingprincipleandselectionbasis．APLC-baseddesignoftheelectricalfaultdiagnosissystemdesignanddetailonthechoiceofSiemensS7-200PLCandthesametypeofS7-300S7-400PLCandaccordingtothedesignrequirementsoftheinputandoutputofthePLCI/Ofordistributionandpreparationoftheladderdiagramsystemoperation．Preparedtoboot,pressthebuttonafterboot,thecircuitbreakerstatusisdetectedfirst．Ifthecircuitbreakerinitialstateisclosed,electricaldoesn’tstartandsoundandlightalarm．Ifthecircuitbreakerinitialstateisdisconnected,thecircuitbreakercloseandtheelectricalstart．Startintheprocess,ifafailureoccurred,theprotectionPLCcorrespondaction．Startafterthecompletionof“motoron/offindicatorlight”on,theelectricalnormaloperate．Runningprocess,PLCfollowedbymotorcycletestwhethertherehasbeenaphaseshortcircuit,breakingphase,low-voltage,single-phase-to-ground,overload,over-currentfaultandsoon．Ifoccurred,PLCprotectionactaccordinglyshutdown．PLCreceivedshutdown orders, trippingcircuitbreakers,“motoron/offindicatorlight”eliminate．Faultsoundandlightalarmatthe“alarmresetbutton” reset．ThischoiceisbasedonthedesignofthemotorPLCfaultdiagnosissystemdesign．
KEYWORD：
FaultDiagnosisPLCMotor
第一章绪论
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应用范围迅速扩大，主要原因是：
一方面由于微处理器芯片及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，它能解决许多复杂的计算和通信问题，使得PLC的应用范围日益扩大。
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、环保以及文化娱乐等行业。
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。
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，提高工作可靠性及其系统的灵活性。
第二章PLC原理介绍及设备总体结构介绍
第一节PLC发展历程
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；且系统维修及改造很不容易。
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位微处理器及半导体存储器，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及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、32位微处理器作为CPU，内存容量也更大，可以直接用于一些规模较大的复杂控制系统，而且编程语言除了可使用传统的梯形图，流程图等，还可以使用高级语言，外设也更加多样化。
许多软件厂商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；目前，PLC的功能增强、结构优化，I/O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；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。
第二节PLC的分类
一、按结构形式分类
按照结构形式的不同，可分为整体式PLC和模块式PLC两种。
1．整体式PLC整体式可编程控制器又称为单元式或箱体式。
它将中央处理单元、存储器单元、输入/输出单元、输入/输出扩展接口单元和电源单元等集中安装在一个机箱内，这种整体式结构的可编程控制器结构紧凑、体积小、价格低，一般小型PLC如单体设备的开关量自动控制和机电一体化产品都采用这种结构。
小型PLC的主要型号有三菱F1、F2、FX2、FX0N等系列，OMRONC系列P型袖珍机，西门子S7系列等。
2．模块式PLC模块结构形式将PLC各部分分成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块和各种其他功能模块，然后组装在机架或母板上。
在机架或母板的底板上有若干个模块插座和连接这些插座的内部系统总线。
一些产品的机架或母板上还安装了与输入/输出扩展机连接的接口插座。
这种模块式结构的可编程控制器配置灵活、装配方便、便于扩展和维修，一般大、中型PLC都采用这种结构，适用于复杂过程控制系统的应用场合。
常见的有三菱公司的A1N、A3N系列，立石公司C系列C500、C2000H和通用电气公司的90TM-70、90TM-30等。
二、按功能、点数分类
按功能、输入/输出点数和存储器容量不同，可分为小型、中型和大型PLC三类。
1.小型PLC小型PLC又称为低档PLC。
这类PLC的规模较小，它的输入/输出点数一般从20点到128点。
用户存储容量小于2KB，具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等功能，有些还有少量的模拟量I/O、算术运算、数据传送、远程I/O和通信等功能，可用于开关量控制、定时/计数控制、顺序控制及少量模拟量控制等场合，通常用来代替继电器-接触器控制，在单机或小规模生产过程中使用。
常见的小型PLC产品有三菱公司的F1、FX0系列，欧姆龙SP20系列和西门子公司的S5-100U、S7-200等。
2.中型PLC中型PLC的I/O点数通常在128点至512点之间，用户程序存储器的容量为2～8KB，除具有小型机的功能外，还具有较强的模拟量I/O、数字运算、过程参数调节、数据传送与比较、数值转换、中断控制、远程I/O及通信联网功能。
中型PLC适用于既有开关量又有模拟量的复杂控制系统，如大型注塑机控制、配料和称重等中小型连续生产过程控制。
常见的机型有三菱公司的A1S系列，立石公司的C200H、C500，西门子公司的S5-115U等。
3.大型PLC大型PLC又称为高档PLC。
I/O点数在512点以上，其中I/O点数大于8192点的又称为超大型PLC，用户存储器容量在8KB以上，除具有中型机的功能外，还具有较强的数据处理、模拟调节、特殊功能函数运算、监视、记录、打印以及强大的通信联网、中断控制、智能控制和远程控制等功能。
由于大型PLC具有比中小型PLC更强大的功能，因此一般用于大规模过程控制、分布式控制系统和工厂自动化网络等场合。
常见的如三菱公司的A3M、A3N，立石公司的C2000H，AB公司的PLC-5以及西门子公司的S5-1
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