【毕业设计论文】基于plc的电机故障诊断系统设计

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1、目 录录第一章绪绪论.11.1 PLCC应用于于故障诊诊断系统统的发展展现状.11.2故故障诊断断法. 11第二章 PLLC原理理介绍及及设备总总体结构构介绍. .22.1 PLCC发展历历程. 22.2 PLCC 控制制系统的的发展前前景.2 22.3可可编程序序控制器器PLCC的分类类. 32.44 PLLC的系系统模块块. 42.5 PLCC的选型型方法. 4第三章 电机机故障诊诊断系统统设计以以及PLLC的选选取.83.1 PLCC的选取取及介绍绍.1003.2系系统框图图.12第四章 电机故故障诊断断系统设设计.1144.1电电机故障障等级分分类.1144.2 故障诊诊断程设设计.1

2、154.3借借鉴专家家系统故故障诊断断方法的的实现.17第五章 系统统电源设设计.205.1 供电电电源.220第六章 结论.21致谢 .222参考文献献.23英文摘要要. .24摘要本文文介绍了了国内电电机故障障诊断系系统设计计，以及及存在问问题，同同时介绍绍了可编编程控制制器的工工作原理理，选型型依据。设计了了一种基基于PLLC电机机故障诊诊断系统统设计，详详细介绍绍了所选选用的西西门子SS7-2200 PLCC以及同同类型的的S7-3000 S77-4000PLLC，根根据设计计要求对对PLCC的输入入输出II/O进进行了分分配，并并且编写写系统运运行的梯梯形图。准备开开机时，按按下开机

3、机按钮后后，首先先检测断断路器状状态，如如果断路路器初始始状态为为闭合，电电机无法法启动，并并且声光光报警。如果断断路器初初始状态态为断开开，断路路器合闸闸，电机机开始启启动。在在启动过过程中，若若发生一一级故障障，PLLC进行行相应的的保护动动作。启启动完成成后，“电机开开/关指指示灯”亮，电电机正常常运行。运行过过程中，PPLC依依次循环环检测电电机是否否发生相相间短路路、断相相、低电电压、单单相接地地、过负负荷、过过电流等等故障，若若有发生生，PLLC进行行相应保保护动作作。关机机时，PPLC接接到关机机命令后后，断路路器跳闸闸，“电机开开/关机机指示灯灯”灭。故故障声光光报警后后，按“

4、报警复复位按钮钮”复位。本设计计的选题题就是基基于PLLC的电电机故障障诊断系系统设计计。关键词： 故故障诊断断 PLLC 电机 第一章 绪论1.2 PLLC应用用于故障障诊断系系统的发发展现状状PLC作作为一种种成熟稳稳定可靠靠的控制制器，目目前已经经在工业业控制中中得到了了越来越越广泛的的应用。PLCC系统的的设计直直接影响响着工业业控制系系统的安安全可靠靠运行。一个完完善的PPLC系系统除了了能够正正常运行行，满足足工业控控制的要要求，还还必须能能在系统统出现故故障时及及时进行行故障诊诊断和故故障处理理。故障障自诊断断功能是是工业控控制系统统的智能能化的一一个重要要标志，对对于工业业控制

5、具具有较高高的意义义和实用用价值。 1.3故故障诊断断方法故障诊断断一般有有两种途途径:故故障树方方法和专专家系统统方法。故障树树方法利利用系统统的故障障逻辑结结构进行行逻辑推推理，由由错误的的输出找找到可能能的输入入错误。这种方方法比较较适用于于系统结结构相对对简单，各各部分耦耦合少的的情况。专家系系统方法法通过建建立系统统故障的的知识库库与推理理机，计计算机借借助现场场的数据据利用知知识库和和推理机机进行深深入的逻逻辑推理理，找出出故障原原因。这这种方法法适用于于系统结结构复杂杂，各部部分耦合合强的大大型工业业系统。PLC是是现在应应用较多多的一种种控制装装置，利利用PLLC丰富富的内部部

6、资源及及强大的的功能指指令，编编制故障障检测报报警程序序，不仅仅可以替替代继电电器实现现相应功功能，还还可以提提高工作作可靠性性及其系系统的灵灵活性。第二章 PLLC原理理介绍及及设备总总体结构构介绍2.1 PLLC发展展历程在工业生生产过程程中，大大量的开开关量顺顺序控制制，它按按照逻辑辑条件进进行顺序序动作，并并按照逻逻辑关系系进行连连锁保护护动作的的控制，及及大量离离散量的的数据采采集。传传统上，这这些功能能是通过过气动或或电气控控制系统统来实现现的。119688年美国国GM（通通用汽车车）公司司提出取取代继电电气控制制装置的的要求，第第二年，美美国数字字公司研研制出了了基于集集成电路路

7、和电子子技术的的控制装装置，首首次采用用程序化化的手段段应用于于电气控控制，这这就是第第一代可可编程序序控制器器，称PProggrammmabble Conntroolleer（PPC）。 个人人计算机机（简称称PC）发发展起来来后，为为了方便便，也为为了反映映可编程程控制器器的功能能特点，可可编程序序控制器器定名为为Proograammaablee Loogicc Coontrrolller（PPLC）。上世世纪800年代至至90年年代中期期，是PPLC发发展最快快的时期期，年增增长率一一直保持持为300400%。在在这时期期，PLLC在处处理模拟拟量能力力、数字字运算能能力、人人机接口口能

8、力和和网络能能力得到到大幅度度提高，PPLC逐逐渐进入入过程控控制领域域，在某某些应用用上取代代了在过过程控制制领域处处于统治治地位的的DCSS系统。 PLCC具有通通用性强强、使用用方便、适应面面广、可可靠性高高、抗干干扰能力力强、编编程简单单等特点点。PLLC在工工业自动动化控制制特别是是顺序控控制中的的地位，在在可预见见的将来来，是无无法取代代的。国控制类类产品市市场PLLC的占占有率已已超过550% , 而而且保持持着100% 15% 的发发展速度度。2.2 PLCC 控制制系统的的发展前前景现在, 虽然出出现了性性能更加加优越的的 DCCS 和和 FCCS 控控制系统统, PPLC

9、控制也也终将会会被先进进的 FFCS 控制所所取代,但是目目前以及及今后相相当长的的一段时时间, PLCC 还会会与 DDCS 和 FFCS 共存,这主要要基于以以下原因因:(11) 现现在企业业的确正正在朝着着自动化化、信息息化、开开放化的的方向发发展,但但这并不不意味着着要将现现有控制制系统推推倒重来来。企业业投入大大量的人人力和财财力建立立起来的的 PLLC 控控制系统统已经成成型,如如果要完完全推翻翻再建立立新的 DCSS 或 FCSS 控制制系统,需要更更大的资资金投入入,将造造成很大大的浪费费。(22) 基基于以上上市场需需求,许许多软件件厂商(例如: 华富富惠通软软件公司司) 正

10、正在考虑虑如何利利用企业业已经成成型的控控制系统统及新建建的厂级级网络,开发控控制系统统软件,帮助企企业实现现工厂自自动化、信息化化,为企企业提供供控制系系统与管管理网络络的集成成。(33) 目目前, PLCC 的功功能增强强、结构构优化, IOO 模块块趋向分分散化、智能化化,编程程工具和和编程语语言更具具标准化化和高级级化。(4) PLCC 的联联网通信信能力增增强, 向高速速度、多多层次、大信息息量、高高可靠性性及开放放式的通通信发展展。(55) 现现在的 PLCC 系统统与 DDCS 技术、现场总总线IOO技术相相结合,结构开开放、扩扩展方便便、技术术先进、价格低低廉。由由以上分分析可

11、以以预见,未来 PLCC 将朝朝着多功功能化、集成化化、智能能化、标标准化、开放化化的方向向发展,故 PPLC 虽然面面临其它它自动化化控制系系统的挑挑战,但但同时也也在吸收收它们的的优点, 互相相融合,不断创创新,在在今后一一段时间间内将与与其它先先进控制制方式并并存,共共同发展展。2.3可可编程序序控制器器PLCC的分类类PLC产产品种类类繁多，其其规格和和性能也也各不相相同。对对PLCC的分类类，通常常根据其其结构形形式的不不同、功功能的差差异和II/O点点数的多多少等进进行大致致分类。（1） 按结构构形式分分类：根据PPLC的的结构形形式，可可将PLLC分为为整体式式和模块块式两类类。

12、1.整体体式 PPLC 整体式式PLCC是将电电源、CCPU、I/OO接口等等部件都都集中装装在一个个机箱内内， 具具有结构构紧凑、体积小小、价格格低的特特点。小小型PLLC一般般采用这这种整体体式结构构。整体体式PLLC由不不同I/O点数数的基本本单元（又又称主机机）和扩扩展单元元组成。基本单单元内有有CPUU、I/O接口口、与II/O扩扩展单元元相连的的扩展口口，以及及与编程程器或EEPROOM写入入器相连连的接口口等。扩扩展单元元内只有有I/OO和电源源等，没没有CPPU。基基本单元元和扩展展单元之之间一般般用扁平平电缆连连接。整整体式PPLC一一般还可可配备特特殊功能能单元，如如模拟量

13、量单元、位置控控制单元元等，使使其功能能得以扩扩展。2.模块块式PLLC是将将PLCC各组成成部分，分分别作成成若干个个单独的的模块，如如CPUU模块、I/OO模块、电源模模块（有有的含在在CPUU模块中中）以及及各种功功能模块块。模块块式PLLC由框框架或基基板和各各种模块块组成。模块装装在框架架或基板板的插座座上。这这种模块块式PLLC的特特点是配配置灵活活，可根根据需要要选配不不同规模模的系统统，而且且装配方方便，便便于扩展展和维修修。大、中型PPLC一一般采用用模块式式结构。还有一一些PLLC将整整体式和和模块式式的特点点结合起起来，构构成所谓谓叠装式式PLCC。叠装装式PLLC其CC

14、PU、电源、I/OO接口等等也是各各自独立立的模块块，但它它们之间间是靠电电缆进行行联接，并并且各模模块可以以一层层层地叠装装。这样样，不但但系统可可以灵活活配置，还还可做得得体积小小巧。（2） 按功能能分类：根据PPLC所所具有的的功能不不同，可可将PLLC分为为低档、中档、高档三三类。1.低档档PLCC 具有有逻辑运运算、定定时、计计数、移移位以及及自诊断断、监控控等基本本功能，还还可有少少量模拟拟量输入入输出出、算术术运算、数据传传送和比比较、通通信等功功能。主主要用于于逻辑控控制、顺顺序控制制或少量量模拟量量控制的的单机控控制系统统。2.中档档PLCC 除具具有低档档PLCC的功能能外

15、，还还具有较较强的模模拟量输输入输输出、算算术运算算、数据据传送和和比较、数制转转换、远远程I/O、子子程序、通信联联网等功功能。有有些还可可增设中中断控制制、PIID控制制等功能能，适用用于复杂杂控制系系统。3.高档档PLCC 除具具有中档档机的功功能外，还还增加了了带符号号算术运运算、矩矩阵运算算、位逻逻辑运算算、平方方根运算算及其它它特殊功功能函数数的运算算、制表表及表格格传送功功能等。高档PPLC机机具有更更强的通通信联网网功能，可可用于大大规模过过程控制制或构成成分布式式网络控控制系统统，实现现工厂自自动化。（3） 按I/O点数数分类：根据PPLC的的I/OO点数的的多少，可可将PL

16、LC分为为小型、中型和和大型三三类。 1.小小型PLLCI/OO点数小小于2556点；单CPPU、88位或116位处处理器、用户存存储器容容量4KK字以下下。2. 中中型PLLCI/OO点数225620448点；双CPPU，用用户存储储器容量量288K。 3.大型型PLCCI/O点数数 220488点；多多CPUU，166位、332位处处理器，用用户存储储器容量量8116K .2.4 PLCC的系统统模块PLC系系统模块块包括CCPU、I/OO、电源源模块和和其他设设备组成成，各个个模块之之间又有有不同的的构成和和结构。2.4.1 CPUU的构成成CPU是是PLCC的核心心，起神神经中枢枢的作

17、用用，每套套PLCC至少有有一个CCPU，它它按PLLC的系系统程序序赋予的的功能接接收并存存贮用户户程序和和数据，用用扫描的的方式采采集由现现场输入入装置送送来的状状态或数数据，并并存入规规定的寄寄存器中中，同时时，诊断断电源和和PLCC内部电电路的工工作状态态和编程程过程中中的语法法错误等等。进入入运行后后，从用用户程序序存贮器器中逐条条读取指指令，经经分析后后再按指指令规定定的任务务产生相相应的控控制信号号，去指指挥有关关的控制制电路。CPUU主要由由运算器器、控制制器、寄寄存器及及实现它它们之间间联系的的数据、控制及及状态总总线构成成，CPPU单元元还包括括外围芯芯片、总总线接口口及有

18、关关电路。内存主主要用于于存储程程序及数数据，是是PLCC不可缺缺少的组组成单元元。在使使用者看看来，不不必要详详细分析析CPUU的内部部电路，但但对各部部分的工工作机制制还是应应有足够够的理解解。CPPU的控控制器控控制CPPU工作作，由它它读取指指令、解解释指令令及执行行指令。但工作作节奏由由震荡信信号控制制。运算算器用于于进行数数字或逻逻辑运算算，在控控制器指指挥下工工作。寄寄存器参参与运算算，并存存储运算算的中间间结果，它它也是在在控制器器指挥下下工作。CPU速速度和内内存容量量是PLLC的重重要参数数，它们们决定着着PLCC的工作作速度，IIO数量量及软件件容量等等，因此此限制着着控

19、制规规模。2.4.2 I/OO模块PLC与与电气回回路的接接口，是是通过输输入输出出部分（II/O）完完成的。I/OO模块集集成了PPLC的的I/OO电路，其其输入暂暂存器反反映输入入信号状状态，输输出点反反映输出出锁存器器状态。输入模模块将电电信号变变换成数数字信号号进入PPLC系系统，输输出模块块相反。I/OO分为开开关量输输入（DDI），开开关量输输出（DDO），模模拟量输输入（AAI），模模拟量输输出（AAO）等等模块。常用的II/O分分类如下下：开关关量：按按电压水水平分，有有2200VACC、1110VAAC、224VDDC，按按隔离方方式分，有有继电器器隔离和和晶体管管隔离。模拟

20、量量：按信信号类型型分，有有电流型型（4-20mmA,00-200mA）、电压型型（0-10VV,0-5V,-100-100V）等等，按精精度分，有有12bbit,14bbit,16bbit等等。除了了上述通通用IOO外，还还有特殊殊IO模模块，如如热电阻阻、热电电偶、脉脉冲等模模块。按按I/OO点数确确定模块块规格及及数量，II/O模模块可多多可少，但但其最大大数受CCPU所所能管理理的基本本配置的的能力，即即受最大大的底板板或机架架槽数限限制。2.4.3 电源模模块PLC电电源用于于为PLLC各模模块的集集成电路路提供工工作电源源。同时时，有的的还为输输入电路路提供224V的的工作电电源。

21、电电源输入入类型有有：交流流电源（2220VVAC或或1100VACC），直直流电源源（常用用的为224VDDC）。底板或机机架大多多数模块块式PLLC使用用底板或或机架，其其作用是是：电气气上，实实现各模模块间的的联系，使使CPUU能访问问底板上上的所有有模块，机机械上，实实现各模模块间的的连接，使使各模块块构成一一个整体体。2.4.4 PLCC系统的的其它设设备编程设备备：编程程器是PPLC开开发应用用、监测测运行、检查维维护不可可缺少的的器件，用用于编程程、对系系统作一一些设定定、监控控PLCC及PLLC所控控制的系系统的工工作状况况，但它它不直接接参与现现场控制制运行。小编程程器PLL

22、C一般般有手持持型编程程器，目目前一般般由计算算机（运运行编程程软件）充充当编程程器。也也就是我我们系统统的上位位机。人机界面面：最简简单的人人机界面面是指示示灯和按按钮，目目前液晶晶屏（或或触摸屏屏）式的的一体式式操作员员终端应应用越来来越广泛泛，由计计算机（运运行组态态软件）充充当人机机界面非非常普及及。2.4.5 PLCC的通信信联网依靠先进进的工业业网络技技术可以以迅速有有效地收收集、传传送生产产和管理理数据。因此，网网络在自自动化系系统集成成工程中中的重要要性越来来越显著著，甚至至有人提提出网网络就是是控制器器的观观点说法法。PLLC具有有通信联联网的功功能，它它使PLLC与PPLC

23、 之间、PLCC与上位位计算机机以及其其他智能能设备之之间能够够交换信信息，形形成一个个统一的的整体，实实现分散散集中控控制。多多数PLLC具有有RS-2322接口，还还有一些些内置有有支持各各自通信信协议的的接口。PLCC的通信信现在主主要采用用通过多多点接口口（MPPI）的的数据通通讯、PPROFFIBUUS 或或工业以以太网进进行联网网。2.5 PLLC的系系统模块块选择方方法在PLCC系统设设计时，首首先应确确定控制制方案，下下一步工工作就是是PLCC工程设设计选型型。工艺艺流程的的特点和和应用要要求是设设计选型型的主要要依据。PLCC及有关关设备应应是集成成的、标标准的，按按照易于于

24、与工业业控制系系统形成成一个整整体，易易于扩充充其功能能的原则则选型所所选用PPLC应应是在相相关工业业领域有有投运业业绩、成成熟可靠靠的系统统，PLLC的系系统硬件件、软件件配置及及功能应应与装置置规模和和控制要要求相适适应。熟熟悉可编编程序控控制器、功能表表图及有有关的编编程语言言有利于于缩短编编程时间间。2.5.1 相相应模块块的估算算工程设设计选型型应详细细分析工工艺过程程的特点点、控制制要求，明明确控制制任务和和范围确确定所需需的操作作，和求价格格比的PPLC和和设计相相应的控控制系统统最后选选择有较较高性能能价估算算输入输输出点数数、所需需存储器器容量。2.5.111 输输入输出出

25、（I/O）点点数的估估算I/O点点数估算算时应考考虑适当当的余量量，通常常根据统统计的输输入输出出点数，再再增加110%20%的可扩扩展余量后后，作为为输入输输出点数数估算数数据。实实际订货货时，还还需根据据制造厂厂商PLLC的产产品特点点，对输输入输出出点数进进行圆整整。2.5.1.22 存存储器容容量的估估算存储器容容量是可可编程序序控制器器本身能能提供的的硬件存存储单元元大小，程程序容量量是存储储器中用用户应用用项目使使用的存存储单元元的大小小，因此此程序容容量小于于存储器器容量。设计阶阶段，由由于用户户应用程程序还未未编制，因因此，程程序容量量在设计计阶段是是未知的的，需在在程序调调试

26、之后后才知道道。为了了设计选选型时能能对程序序容量有有一定估估算，通通常采用用存储器器容量的的估算来来替代。存储器内内存容量量的估算算没有固固定的公公式，许许多文献献资料中中给出了了不同公公式，大大体上都都是按数数字量II/O点点数的110115倍，加加上模拟拟I/OO点数的的1000倍，以以此数为为内存的的总字数数（166位为一一个字），另另外再按按此数的的25%考虑余余量。2.5.2 相相应模块块的选择择估算好相相应的模模块之后后，就要要进行相相应模块块的选择择。包括括输入输输出模块块的选择择，电源源的选择择及存储储器的选选择。2.5.2.11 输输入输出出模块的的选择输入输出出模块的的选

27、择应应考虑与与应用要要求的统统一。例例如对输输入模块块，应考考虑信号号电平、信号传传输距离离、信号号隔离、信号供供电方式式等应用用要求。对输出出模块，应应考虑选选用的输输出模块块类型，通通常继电电器输出出模块具具有价格格低、使使用电压压范围广广、寿命命短、响响应时间间较长等等特点；可控硅硅输出模模块适用用于开关关频繁，电电感性低低功率因因数负荷荷场合，但但价格较较贵，过过载能力力较差。输出模模块还有有直流输输出、交交流输出出和模拟拟量输出出等，与与应用要要求应一一致。可可根据应应用要求求，合理理选用智智能型输输入输出出模块，以以便提高高控制水水平和降降低应用用成本。考虑是是否需要要扩展机机架或

28、远远程I/O机架架等。2.5.2.22 电电源的选选择PLC的的供电电电源，除除了引进进设备时时同时引引进PLLC应根根据产品品说明书书要求设设计和选选用外，一一般PLLC的供供电电源源应设计计选用2220VVAC电电源，与与国内电电网电压压一致。重要的的应用场场合，应应采用不不间断电电源或稳稳压电源源供电。如果PLLC本身身带有可可使用电电源时，应应核对提提供的电电流是否否满足应应用要求求，否则则应设计计外接供供电电源源。为防防止外部部高压电电源因误误操作而而引入PPLC，对对输入和和输出信信号的隔隔离是必必要的，有有时也可可采用简简单的二二极管或或熔丝管管隔离。2.5.2.33存储器器的选

29、择择由于计算算机集成成芯片技技术的发发展，存存储器的的价格已已下降，因因此，为为保证应应用项目目的正常常投运，一一般要求求PLCC的存储储器容量量，按2256个个I/OO点至少少选8KK存储器器选择。需要复复杂控制制功能时时，应选选择容量量更大，档档次更高高的存储储器。第三章 电机机故障诊诊断系统统设计与与PLCC的选取取可编程控控制器（PProggrammmabble Loggicaal CConttrolllerr）是220世纪纪70年年代以来来以微处处理器为为核心，综综合计算算机技术术，自动动控制技技术和通通信技术术发展起起来的一一种新型型工业自自动控制制装置，由由于它具具有功能能强，可

30、可靠性高高，配置置灵活，使使用方便便以及体体积小，重重量轻等等它的优点点，使其其在自动动化控制制的各个个领域得得到了广广泛的应应用。近近年来由由于微电电子技术术的发展展和进步步，使具具有完全全功能的的超大规规模集成成电路的的价格日日趋便宜宜，同样样也促进进可编程程控制器器成本大大大降低低，对于于采用可可编程控控制器来来代替传传统继电电器接触器器电气控控制的系系统来改改造传统统机床，无无论从经经济上，还还是可靠靠性，维维修性，工工作寿命命上来说说，都是是十分经经济和划划算的，也也是可行行的优选选方案。鉴于以上上原因，本本文设计计了一个个基于PPLC电机故故障诊断断系统。3.1 PLLC的选选取及

31、介介绍由于本文文设计采采用的机机型是西西门子生生产的SS7-2200系系列PLLC，下下面对它它进行简简单介绍绍。德国西门门子（SSIEMMENSS）公司司生产的的可编程程序控制制器在我我国的应应用也相相当广泛泛，在冶冶金、化化工、印印刷生产产线等领领域都有有应用。西门子子（SIIEMEENS）公公司的PPLC产产品包括括LOGGO，SS7-2200，SS7-3300，SS7-4400，工工业网络络，HMMI人机机界面，工工业软件件等。西门子SS7系列列PLCC体积小小、速度度快、标标准化，具具有网络络通信能能力，功功能更强强，可靠靠性更高高。S77系列PPLC产产品可分分为微型型PLCC（如

32、SS7-2200），小小规模性性能要求求的PLLC（如如S7-3000）和中中、高性性能要求求的PLLC（如如S7-4000）等。3.1.1 SIMMATIIC SS7-2200 PLCCS7-2200 PLCC是超小小型化的的PLCC，它适适用于各各行各业业，各种种场合中中的自动动检测、监测及及控制等等。S77-2000 PPLC的的强大功功能使其其无论单单机运行行，或连连成网络络都能实实现复杂杂的控制制功能。S7-2200PPLC可可提供44个不同同的基本本型号与与8种CCPU可可供选择择使用3.1.2 SIMMATIIC SS7-3300 PLCCS7-3300是是模块化化小型PPLC系

33、系统，能能满足中中等性能能要求的的应用。各种单单独的模模块之间间可进行行广泛组组合构成成不同要要求的系系统。与与S7-2000 PLLC比较较，S77-3000 PPLC采采用模块块化结构构，具备备高速（00.60.11s）的的指令运运算速度度；用浮浮点数运运算比较较有效地地实现了了更为复复杂的算算术运算算；一个个带标准准用户接接口的软软件工具具方便用用户给所所有模块块进行参参数赋值值；方便便的人机机界面服服务已经经集成在在S7-3000操作系系统内，人人机对话话的编程程要求大大大减少少。SIIMATTIC人人机界面面（HMMI）从从S7-3000中取得得数据，SS7-3300按按用户指指定的

34、刷刷新速度度传送这这些数据据。S77-3000操作作系统自自动地处处理数据据的传送送；CPPU的智智能化的的诊断系系统连续续监控系系统的功功能是否否正常、记录错错误和特特殊系统统事件（例例如：超超时，模模块更换换，等等等）；多多级口令令保护可可以使用用户高度度、有效效地保护护其技术术机密，防防止未经经允许的的复制和和修改；S7-3000 PLLC设有有操作方方式选择择开关，操操作方式式选择开开关像钥钥匙一样样可以拔拔出，当当钥匙拔拔出时，就就不能改改变操作作方式，这这样就可可防止非非法删除除或改写写用户程程序。具具备强大大的通信信功能，SS7-3300 PLCC可通过过编程软软件Sttep 7

35、的用用户界面面提供通通信组态态功能，这这使得组组态非常常容易、简单。S7-3000 PLLC具有有多种不不同的通通信接口口，并通通过多种种通信处处理器来来连接AAS-II总线接接口和工工业以太太网总线线系统；串行通通信处理理器用来来连接点点到点的的通信系系统；多多点接口口（MPPI）集集成在CCPU中中，用于于同时连连接编程程器、PPC机、人机界界面系统统及其他他SIMMATIIC SS7/MM7/CC7等自自动化控控制系统统。3.1.3 SIMMATIIC SS7-4400 PLCCS7-4400 PLCC是用于于中、高高档性能能范围的的可编程程序控制制器。S7-4400 PLCC采用模模块

36、化无无风扇的的设计，可可靠耐用用，同时时可以选选用多种种级别（功功能逐步步升级）的的CPUU，并配配有多种种通用功功能的模模板，这这使用户户能根据据需要组组合成不不同的专专用系统统。当控控制系统统规模扩扩大或升升级时，只只要适当当地增加加一些模模板，便便能使系系统升级级和充分分满足需需要。3.1.4 工业通通讯网络络通讯网络络是自动动化系统统的支柱柱，西门门子的全全集成自自动化网网络平台台提供了了从控制制级一直直到现场场级的一一致性通通讯，“SIMMATIIC NNET”是全部部网络系系列产品品的总称称，他们们能在工工厂的不不同部门门，在不不同的自自动化站站以及通通过不同同的级交交换数据据，有

37、标标准的接接口并且且相互之之间完全全兼容。3.1.5 人机界界面（HHMI）硬硬件HMI硬硬件配合合PLCC使用，为为用户提提供数据据、图形形和事件件显示，主主要有文文本操作作面板TTD2000（可可显示中中文），OOP3，OOP7，OOP177等；图图形/文文本操作作面板OOP277，OPP37等等，触摸摸屏操作作面板TTP7，TTP277/377，TPP1700A/BB等；SSIMAATICC面板型型PC6670等等。个人人计算机机（PCC）也可可以作为为HMII硬件使使用。HHMI硬硬件需要要经过软软件（如如ProoToool）组组态才能能配合PPLC使使用。3.1.6 SIMMATII

38、C SS7工业业软件西门子的的工业软软件分为为三个不不同的种种类：（1）编编程和工工程工具具 编编程和工工程工具具包括所所有基于于PLCC或PCC用于编编程、组组态、模模拟和维维护等控控制所需需的工具具。STTEP 7标准准软件包包SIMMATIIC SS7是用用于S77-3000/4400，CC7 PPLC和和SIMMATIIC WWinAAC基于于PC控控制产品品的组态态编程和和维护的的项目管管理工具具，STTEP 7-MMicrro/WWIN是是在Wiindoows平平台上运运行的SS7-2200系系列PLLC的编编程、在在线仿真真软件。（2）基基于PCC的控制制软件 基于于PC的的控制

39、系系统WiinACC允许使使用个人人计算机机作为可可编程序控制制器（PPLC）运运行用户户的程序序，运行行在安装装了Wiindoows NT44.0操操作系统统的SIIMATTIC工工控机或或其它任任何商用用机。WWinAAC提供供两种PPLC，一一种是软软件PLLC，在在用户计计算机上上作为视视窗任务务运行。另一种种是插槽槽PLCC（在用用户计算算机上安安装一个个PC卡卡），它它具有硬硬件PLLC的全全部功能能。WiinACC与SIIMATTIC S7系系列处理理器完全全兼容，其其编程采采用统一一的SIIMATTIC编编程工具具（如SSTEPP 7），编编制的程程序既可可运行在在WinnAC

40、上上，也可可运行在在S7系系列处理理器上。（3）人人机界面面软件 人机机界面软软件为用用户自动动化项目目提供人人机界面面（HMMI）或或SCAADA系系统，支支持大范范围的平平台。人人机界面面软件有有两种，一一种是应应用于机机器级的的ProoToool，另另一种是是应用于于监控级级的WiinCCC。ProTTooll适用于于大部分分HMII硬件的的组态，从从操作员员面板到到标准PPC都可可以用集集成在SSTEPP 7中中的PrroToool有有效地完完成组态态。PrroToool/litte用于于文本显显示的组组态，如如：OPP3，OOP7，OOP177，TDD17等等。PrroToool/P

41、roo用于组组态标准准PC和和所有西西门子HHMI产产品，PProTTooll/Prro不只只是组态态软件，其其运行版版也用于于Winndowws平台台的监控控系统。WinCCC是一一个真正正开放的的，面向向监控与与数据采采集的SSCADDA（SSupeerviisorry CConttroll annd DDataa Accquiisittionn）软件件，可在在任何标标准PCC上运行行。WiinCCC操作简简单，系系统可靠靠性高，与与STEEP 77功能集集成，可可直接进进入PLLC的硬硬件故障障系统，节节省项目目开发时时间。它它的设计计适合于于广泛的的应用，可可以连接接到已存存在的自自动

42、化环环境中，有有大量的的通信接接口和全全面的过过程信息息和数据据处理能能力，其其最新的的WinnCC55.0支支持在办办公室通通过IEE浏览器器动态监监控生产产过程。3.2 S77-2000系列列PLCC的硬件件配置S7-2200系系列PLLC可提提供4种种不同的的基本单单元和66种型号号的扩展展单元。其系统统构成包包括基本本单元、扩展单单元、编编程器、存储卡卡、写入入器、文文本显示示器等。3.2.1 基本单单元S7-2200系系列PLLC中可可提供44种不同同的基本本型号的的8种CCPU供供选择使使用，其其输入输输出点数数的分配配见下表：型 号输入点输出点可带扩展展模块数数S7-2200CC

43、PU222164S7-2200CCPU2222862个扩展展模块78路数数字量II/O点点或100路模拟拟量I/O点S7-2200CCPU222414107个扩展展模块168路路数字量量I/OO点或335路模模拟量II/O点点S7-2200CCPU222624162个扩展展模块248路路数字量量I/OO点或335路模模拟量II/O点点S7-2200CCPU2226XXM24162个扩展展模块248路路数字量量I/OO点或335路模模拟量II/O点点3.2.2 扩展单单元S7-2200系系列PLLC主要要有6种种扩展单单元，它它本身没没有CPPU，只只能与基基本单元元相连接接使用，用用于扩展展I

44、/OO点数，SS7-2200系系列PLLC扩展展单元型型号及输输入输出出点数的的分配如如表3-2所示示。表3-22 SS7-2200系系列PLLC扩展展单元型型号及输输入输出出点数类 型型 号输入点输出点数字量扩扩展模块块EM22218无EM2222无8EM22234/8/164/8/16模拟量扩扩展模块块EM23313无EM2332无2EM2335313.2.3 编程器器PLC在在正式运运行时，不不需要编编程器。编程器器主要用用来进行行用户程程序的编编制、存存储和管管理等，并并将用户户程序送送入PLLC中，在在调试过过程中，进进行监控控和故障障检测。S7-2000系列PPLC可可采用多多种编

45、程程器，一一般可分分为简易易型和智智能型。简易型编编程器是是袖珍型型的，简简单实用用，价格格低廉，是是一种很很好的现现场编程程及监测测工具，但但显示功功能较差差，只能能用指令令表方式式输入，使使用不够够方便。智能型型编程器器采用计计算机进进行编程程操作，将将专用的的编程软软件装入入计算机机内，可可直接采采用梯形形图语言言编程，实实现在线线监测，非非常直观观，且功功能强大大，S77-2000系列列PLCC的专用用编程软软件为SSTEPP7-MMicrro/WWIN。3.2.4 程序存存储卡为了保证证程序及及重要参参数的安安全，一一般小型型PLCC设有外外接EEEPROOM卡盒盒接口，通通过该接接

46、口可以以将卡盒盒的内容容写入PPLC，也也可将PPLC内内的程序序及重要要参数传传到外接接EEPPROMM卡盒内内作为备备份。程程序存储储卡EEEPROOM有66ES 72991-88GC000-00XA00和6EES 772911-8GGD000-0XXA0两两种，程程序容量量分别为为8K和和16KK程序步步。3.2.5 写入器器写入器的的功能是是实现PPLC和和EEPPROMM之间的的程序传传送，是是将PLLC中RRAM区区的程序序通过写写入器固固化到程程序存储储卡中，或或将PLLC中程程序存储储卡中的的程序通通过写入入器传送送到RAAM区。3.2.6 文本显显示器文本显示示器TDD200

47、0不仅是是一个用用于显示示系统信信息的显显示设备备，还可可以作为为控制单单元对某某个量的的数值进进行修改改，或直直接设置置输入/输出量量。文本本信息的的显示用用选择/确认的的方法，最最多可显显示800条信息息，每条条信息最最多4个个变量的的状态。过程参参数可在在显示器器上显示示，并可可以随时时修改。TD2200面面板上的的8个可可编程序序的功能能键，每每个都分分配了一一个存储储器位，这这些功能能键在启启动和测测试系统统时，可可以进行行参数设设置和诊诊断。3.3 系统框框图如下图，准准备开机机时，按按下开机机按钮后后，首先先检测断断路器状状态，如如果断路路器初始始状态为为闭合，电电机无法法启动，

48、并并且声光光报警。如果断断路器初初始状态态为断开开，断路路器合闸闸，电机机开始启启动。在在启动过过程中，若若发生一一级故障障，PLLC进行行相应的的保护动动作。启启动完成成后，“电机开开/关指指示灯”亮，电电机正常常运行。运行过过程中，PPLC依依次循环环检测电电机是否否发生相相间短路路、断相相、低电电压、单单相接地地、过负负荷、过过电流等等故障，若若有发生生，PLLC进行行相应保保护动作作。关机机时，PPLC接接到关机机命令后后，断路路器跳闸闸，“电机开开/关机机指示灯灯”灭。故故障声光光报警后后，按“报警复复位按钮钮”复位。如下图图所示。第四章 电机故故障诊断断系统设设计故障诊断断系统建建

49、立在基基于PLLC和上上位计算算机组成成的控制制系统上上。PLLC在故故障诊断断系统中中的功能能主要是是完成输输煤系统统设备故故障信号号检测、预处理理，转化化存储并并传输给给上位计计算机。上位计计算机由由于具有有强大的的科学计计算功能能，利用用专家知知识和专专家库，完完成从故故障特征征到故障障原因的的识别工工作。并并通过人人机界面面，给出出故障定定位，报报告和解解释故障障诊断结结果，并并为操作作员给出出相应的的排除故故障的建建议。4.1电电机故障障等级分分类电机的结结构同时时包含电电气和机机械两部部分，也也可以说说是电气气和机械械的结合合点。所所以说，它它的故障障要一分分为二的的分析。对电机机

50、的振动动故障原原因也要要分成两两部分。 一般般来讲，电电机振动动是由于于转动部部分不平平衡、机机械故障障或电磁磁方面的的原因引引起的。 1、转转动部分分不平衡衡主要是是转子、耦合器器、联轴轴器、传传动轮（制制动轮）不不平衡引引起的。 处理理方法是是先找好好转子平平衡。如如果有大大型传动动轮、制制动轮、耦合器器、联轴轴器，应应与转子子分开单单独找好好平衡。再有就就是转动动部分机机械松动动造成的的。如：铁心支支架松动动，斜键键、销钉钉失效松松动，转转子绑扎扎不紧都都会造成成转动部部分不平平衡。 2、机机械部分分故障主主要有以以下几点点：（1） 联动部部分轴系系不对中中，中心心线不重重合，定定心不正

51、正确。这这种故障障产生的的原因主主要是安安装过程程中，对对中不良良、安装装不当造造成的。还有一一种情况况，就是是有的联联动部分分中心线线在冷态态时是重重合一致致的，但但运行一一段时间间后由于于转子支支点，基基础等变变形，中中心线又又被破坏坏，因而而产生振振动。 （2） 与电电机相联联的齿轮轮、联轴轴器有毛毛病。这这种故障障主要表表现为齿齿轮咬合合不良，轮轮齿磨损损严重，对对轮润滑滑不良，联联轴器歪歪斜、错错位，齿齿式联轴轴器齿形形、齿距距不对、间隙过过大或磨磨损严重重，都会会造成一一定的振振动。 （3）电电机本身身结构的的缺陷和和安装的的问题。这种故故障主要要表现为为轴颈椭椭圆，转转轴弯曲曲，

52、轴与与轴瓦间间间隙过过大或过过小，轴轴承座、基础板板、地基基的某部部分乃至至整个电电机安装装基础的的刚度不不够，电电机与基基础板之之间固定定不牢，底底脚螺栓栓松动，轴轴承座与与基础板板之间松松动等。而轴与与轴瓦间间间隙过过大或过过小不仅仅可以造造成振动动还可使使轴瓦的的润滑和和温度产产生异常常。 （4）电电机拖动动的负载载传导振振动。例例如：汽汽轮发电电机的汽汽轮机振振动，电电机拖动动的风机机、水泵泵振动，引引起电机机振动。 3、电气气部分的的故障是是由电磁磁方面的的原因造造成的 主要包包括：交交流电机机定子接接线错误误、绕线线型异步步电动机机转子绕绕组短路路，同步步电机励励绕组匝匝间短路路，

53、同步步电机励励磁线圈圈联接错错误，笼笼型异步步电动机机转子断断条，转转子铁心心变形造造成定、转子气气隙不均均，导致致气隙磁磁通不平平衡从而而造成振振动。本本设计中中系统故故障分为为两个等等级如上上图所示示:一级级故障为为高级。当发生生此类故故障，断断路器跳跳闸使电电机停止止运行，PPLC禁禁止其他他控制输输出，并并声光报报警（指指示灯和和电铃）。只有按按报警复复位按钮钮后声光光报警停停止。二二级故障障为低级级。当发发生此类类故障时时，断路路器不动动作，电电机继续续运行，只只相应声声光报警警。4.2 故障诊诊断程序序设计在进行故故障诊断断设计时时，首先先必须对对整个系系统可能能会发生生的故障障进

54、行分分析，得得到系统统的故障障层次结结构，利利用这种种层次结结构进行行故障诊诊断部分分的设计计。以某某厂电机机输送控控制系统统的故障障结构为为例。为为了描述述简单，这这里作了了一定的的简化。系统故障障结构的的层次性性为故障障诊断提提供了一一个合理理的层次次模型。在进行行系统的的PLCC梯形图图程序设设计时，应应充分考考虑到故故障结构构的层次次，合理理安排逻逻辑流程程。在引引入故障障输入点点时应注注意:必必须将系系统所有有可能引引起故障障的检测测点引入入PLCC，以便便系统能能及时进进行故障障处理;应在系系统允许许的条件件下尽可可能多的的将最底底层的故故障输入入信息引引入PLLC的程程序中，以以

55、便得到到更多的的故障检检测信息息为系统统的故障障自诊断断提供服服务。 4.2.1.故故障点的的记录为了得到到系统的的故障情情况实现现系统的的故障自自诊断，PPLC必必须将所所有故障障检测点点的状态态反映给给内部寄寄存器，图图4.22是用来来记录故故障点的的部分程程序。IR4.02是是输入的的IO节节点，表表示A侧侧皮带信信号，当当输煤系系统使用用A侧皮皮带正常常运行时时4.002的值值为1，当当4.002变为为0时，说说明A侧侧皮带信信号出了了故障，此此时利用用上升沿沿微分指指令记录录这次的的信号跳跳变。这这样这次次事故就就记录在在IR331.000中。程序设设计中将将IR331作为为记录底底

56、层故障障信息的的寄存器器，由于于内部寄寄存器IIR有116位，所所以能够够记录116种不不同的故故障原因因。如果果有更多多的故障障需要记记录，可可以设置置多个寄寄存器字字。需要要说明的的是，有有时引起起故障的的原因可可能不止止一个，往往往一个个故障会会引起另另一些故故障的发发生，因因此还有有关键的的一点是是程序要要能记录录最先发发生的故故障。这这也需要要通过PPLC编编程实现现，程序序只对最最开始发发生的故故障敏感感。如下下图所示示。4.2.2. 多次故故障事件件的记录录由于系系统实际际长时间间的运行行中，可可能会出出现多次次故障，为为了检修修和维护护方便，还还需要PPLC能能够将多多次故障障

57、事件记记录下来来。OMMRONN C2200HH型PLLC的数数据存储储区(DDM区)可以间间接寻址址，利用用这一点点，可以以在DMM区划出出一定的的区域，用用来记录录每次故故障事件件，包括括故障类类型和事事件发生生的时间间(日期期，小时时，分钟钟，秒)。这一一段DMM区域可可以循环环记录，实实际使用用中记录录了最后后50次次故障的的情况，这这些记录录是系统统运行的的重要资资料，方方便了运运行人员员了解设设备情况况，对其其进行检检修和维维护。4.2.3. 模拟量量故障的的诊断对于模拟拟量信号号例如犁犁煤车，给给煤车电电机电流流的故障障诊断，首首先利用用模拟量量模块，接接收来自自电流变变送器的的

58、模拟信信号，将将其转换换为数字字信号，然然后与整整定值或或系统允允许的极极限值比比较,若若在允许许范围之之内则表表明对应应的设备备处于正正常运行行状态，如如果实际际值接近近或达到到极限值值，则为为不正常常状态。判断故故障发生生与否的的极限值值根据实实际系统统相应的的参数变变化范围围确定。4.2.4. 各种故故障信息息的串行行通信上位机通通过串行行通讯及及时读取取PLCC的内部部寄存器器区的各各种故障障信息。利用PPLC的的RS2232通通信接口口，可与与上位计计算机进进行Hoost Linnk方式式串行通通信。通通信时，上上位计算算机首先先向PLLC发出出一帧命命令帧，包包括操作作命令、寄存器

59、器类型、起始地地址与要要读取的的寄存区区数目等等。PLLC收到到命令帧帧后会做做出响应应，如果果没有错错误则向向上位计计算机发发出响应应帧，响响应帧中中包含了了上位机机需要查查询的寄寄存器值值。上位计算算机通过过读取数数据寄存存区的值值来获取取当前PPLC的的工作状状况，同同时上位位计算机机对PLLC的控控制也可可通过对对该区的的写操作作来完成成。具体体的通信信实现可可以参考考相关资资料，这这里不作作详细论论述。4.3借借鉴专家家系统故故障诊断断方法的的实现系统故故障结构构的层次次性为故故障诊断断提供了了一个清清晰的层层次模型型，可以以利用基基于模型型的故障障树法。但是在在进行比比较详尽尽的故障障诊断以以及系统统故障存存