PLC电机故障诊断分析报告

1、PLC电机故障诊断分析目录摘要 2Abstract 3第一章 绪论 41.1 PLC 应用于故障诊断系统的发展现状 41.2 故障诊断方法 4第二章 PLC 介绍及设备总体结构介绍 52.1 PLC 发展历程 52.2 PLC 控制系统的发展前景 62.3 PLC 的分类 62.4 PLC 的组成 8第三章 电机故障诊断系统设计与 PLC 的选取 113.1 PLC 的选取及介绍 113.2 S7-200 系列 PLC 的硬件配置 133.3 系统框图 16第四章 电机故障诊断系统设计 174.1 电机故障等级分类 174.2 故障诊断程序设计 184.3借鉴专家系统故障诊断方法的实现 20第

2、五章 系统电源设计 23致谢 错误 !未定义书签。参考文献 25Fault analysis of siemens plc control motor 26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

3、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AbstractThis paper introduces the domestic electr

4、ical fault diagnosis system design , as well as existing problems and introduces programmable controller at the same time the working principle and selection basisA PLC-based design of the electrical fault diagnosis system design and detail on the choice of Siemens S7-200 PLC and the same type of S7

5、-300 S7-400 PLC and according to the design requirements of the input and output of the PLC I/O for distribution and preparation of the ladder diagram system operation Prepared to boot, press the button after boot, the circuit breaker status is detected firstIf the circuit breaker initial state is c

6、losed, electrical doesn't start and sound and light alarm If the circuit breaker initial state is disconnected , the circuit breaker close and the electrical start Start in the process, if a failure occurred, the protection PLC correspond action Start after the completion of “motor on/off indica

7、tor light ” on , the electrical normal operateRunning process, PLC followed by motorcycle test whether there has been a phase short circuit, breaking phase, low-voltage, single-phase-to-ground, overload, over-current fault and so on If occurred, PLC protection act accordingly shut downPLC received s

8、hutdown orders, tripping circuit breakers,“motor on /off indicator light ” eliminate Fault sound and light alarm at the “alarm reset button” resetThis choice is based on the design of the motor PLC fault diagnosis system designKey words：Fault Diagnosis； PLC； Motor第一章 绪论1.1 PLC 应用于故障诊断系统的发展现状PLC作为一种成

9、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。1.2 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

10、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。第二章 PLC 介绍及设备总体结构介绍2.1 PLC 发展历程在 PLC 产生之前，工业控制设备的主流产品是以继电器、接触器为主体的 控制装置，简称继电器控制系统。 所谓继电器控制系统就是用导线把各种继电器、 接触器、开关及其触点， 按一定的逻辑关系连接起来所构成的控制系统。 它具有 价格低廉、 对维

11、护技术要求不高的优点， 适用于工作模式固定、 控制要求简单的 场合。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； 其次是这样的系统维修及改造很不容易， 特别是技 术改造。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

12、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

13、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。2.2 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

14、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和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，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

15、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 I/O 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。2.3 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

16、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。1. 整体式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 EPROW入器相连的接口等。扩展单元内只有 I/O和电源等，没有CPU基本单 元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC 般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，

17、使其功能得以扩展。2. 模块式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

18、。（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。1. 低档 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。2. 中档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。3. 高档 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

19、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。1. 小型 PLCI/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PLCI/O点数2562048点；双CPU用户存储器容量28K。3. 大型PL I/O点数 2048点；多CPU 16位、32位处理器，用户存储 器容量816K .2.4 PLC 的组成1. 中央处理单元( CPU)与通用计算机

20、一样，中央处理单元 CPU是PLC的核心部件，它的主要作用 是控制整个系统协调一致地运行。 它解释并执行用户及系统程序， 并通过运行用 户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能。PLC 常用的 CPU 有通用微处理器、单片机和位片式微处理器。通用微处理 器常用的是 8位机和 16位机，如 8080、 8086、 M6800、 80286、 80386等；单片 机常用的有 8031、 8051、 8096等；位片式微处理器常用的有 AMD2901 、AMD2903 等。小型PLC大多采用8位微处理器或单片机，中型 PLC大多采用16位微处 理器或单片机，大型 PLC 大多采用高速

21、位片式处理器。 PLC 的档次越高，所用 的 CPU 的位数越多、运算速度越快、功能越强。2. 存储器存储器主要用来存放系统程序、 用户程序和数据。 根据存储器在系统中的作 用，可将其分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用来存放制造商为用户提供的监控程序、 模块化应用功能子 程序、命令解释程序、故障诊断程序及其他管理程序。用户存储器是专门提供给用户存放程序和数据的， 所以用户存储器通常又分 为用户程序存储器和用户数据存储器两个部分。用户存储器有 RAM 、 EPROM、 EEPROM 三种类型。用户程序存储器用来存放用户编写的应用程序。数据存储 器用来存放控制过程中不断改变的信息，如

22、输入 /输出信号、各种工作状态、计 数值、定时值、运算的中间结果等。3. 输入 /输出模块及特殊功能模块(1) 输入模块用来接收和采集输入信号，输入信号有两类：一类是由按钮开关、 行程开关、数字拨码开关、接近开关、光电开关、压力继电器等提供的开关量输 入信号；另一类是从电位器、热电、测速电机、各种变送器送来的连续变化的模 拟量输入信号。输入模块还需要将这些不同的电平信号转换成 CPU 能够接收和 处理的数字信号。(2) 输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执 行部件能接收的信号，用来控制接触器、电磁阀、调节阀、调速装置等，控制的 另一类负载是指示灯、数字显示器和报警

23、装置等。(3) 特殊功能模块 随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，为了增 强可编程控制器的功能， 扩大其应用范围， 生产厂家开发了许多供用户选用的特 殊功能模块。1) 模拟量输入输出模块模拟量的输入在过程中应用很广泛，如温度、压力、流量、位移等工业检测都是对应电压、 电流大小的模拟量。 模拟量经传感器或变送 器转换为标准信号，输入模块用 A/D 转换器将它们转换成数字量送给 CPU 进行 处理。因此，模拟量输入模块又叫 A/D 转换输入模块。模拟量的输出模块是将 CPU 处理后的二进制数字信号转换为模拟电压或电流，再去控制执行机构。因 此，模拟量输出模块又叫 D/A 转换输出模块。2

24、) 高速计数模块 高速计数模块是工业控制中常用的智能模块之一， 它可以把过 程控制变量如位置信号、速度值、流量值累计等，送入可编程控制器。这些参量 的变化速度很快，脉冲宽度小于可编程控制器扫描周期，按正常扫描输入 /输出 信号来处理会丢失部分参量。 因此，使用脱离可编程控制器独立计数的高速计数 器对这些参量进行计数。高速计数模块可对几十 kHz 甚至上 MHz 的脉冲计数， 当计数器的当前值等于或大于预置值时，输出被驱动。3) PID 过程控制模块 比例 /积分 /微分控制模块是实现对连续变化的模拟量闭环 控制的智能模块，可将 PID 模块看作一个过程调节器。在 PID 模块上有输入 /输 出

25、接口和进行闭环控制运算的 CPU,模块一般可以控制多个闭环。4) 通信模块 可编程控制器的通信模块相当于局域网中的网络接口， 通过通信模 块数据总线和可编程控制器的主机连接, 用硬件和软件一起来实现通信协议。 可 编程控制器的通信模块一般配有几种接口, 可以通过通信模块上的选择开关进行 接口选择,实现与别的可编程控制器、智能控制设备或计算机之间的通信。4. 电源PLC 配有开关式稳压电源模块,用来将外部供电电源转换成使 PLC 内部的CPU、存储器和I/O接口等电路工作所需的直流电源。PLC的电源部件有很好的 稳压措施，因此对外部电源的稳定性要求不高。小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体,

26、大中型 PLC 都有专用电源模块。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。 通 过它，可编程控制器可以和编程器、彩色图形显示器、打印机、 I/O 扩展单元等 相连，也可以与其他可编程控制器或上位计算机连接。外部设备接口一般是 RS-232C或RS-422A （或RS-485）串行通信接口，该接口的功能是串行 /并行数 据的转换、通信格式的识别、数据传输的出错校验、信号电平的转换等。对于一 些小型可编程控制器，外部设备接口还有与专用的编程器连接的并行数据接口。6. 输入/输出扩展单元输入/输出扩展单元是可编程控制器输入 /输出单元的扩展部件。当用户所需 的

27、输入 /输出点数或类型超出主机输入 /输出单元所允许的点数或类型时，可以通 过加接输入 /输出扩展单元来解决。 输入/输出扩展单元与主机的输入 /输出扩展接 口相连方式有两种类型：简单型和智能型。7. 其他外部设备编程器、外部存储器、打印机、 EPROM 写入器等。第三章 电机故障诊断系统设计与 PLC 的选取3.1 PLC 的选取及介绍由于本文设计采用的机型是西门子生产的S7-200系列PLC下面对它进行简单介绍。德国西门子（SIEMENS公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广 泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS公司的PLC 产品包括LOGO S7-20

28、0, S7-300, S7-400, 工业网络，HMI人机界面，工业软件 等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更 强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能 要求的PLC （如 S7-300）和中、高性能要求的 PLC （如 S7-400）等。3.1.1 SIMATIC S7-200 PLCS7-200 PLC是超小型化的PLC它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、 监测及控制等。 S7-200 PLC 的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实 现复杂的控制功能。S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU

29、可供选择使用3.1.2 SIMATIC S7-300 PLCS7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的 模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.60.1卩s）的指令运算速度；用浮点数运算比较 有效地实现了更为复杂的算术运算； 一个带标准用户接口的软件工具方便用户给 所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在 S7-300 操作系统内， 人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HM）从S7-300中取得数据， S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300

30、操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特 殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、 有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改； S7-300 PLC 设有操作方 式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出， 当钥匙拔出时， 就不能改 变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能， S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态 非常容易、简单。 S7-300 PLC 具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理 器来连接 AS-I 总线接口和工

31、业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到 点的通信系统；多点接口（ MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、 人机界面系统及其他 SIMATIC S 7/M 7/C 7等自动化控制系统。3.1.3 SIMATIC S7-400 PLCS7-400 PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。S7-400 PLC 采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组 合成不同的专用系统。 当控制系统规模扩大或升级时， 只要适当地增加一些模板， 便能使系统升级和充分满足需要。3. 1. 4 工业通讯网络通讯网

32、络是自动化系统的支柱， 西门子的全集成自动化网络平台提供了从控 制级一直到现场级的一致性通讯，“ SIMATICNET是全部网络系列产品的总称， 他们能在工厂的不同部门， 在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据， 有标 准的接口并且相互之间完全兼容。3.1.5 人机界面（ HMI ）硬件HMI 硬件配合 PLC 使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本 操作面板TD200 （可显示中文），0P3, OP7, OP17等；图形/文本操作面板OP27, OP37 等，触摸屏操作面板 TP7, TP27/37, TP170A/B 等；SIMATIC 面板型 PC670 等。个人计算机（PC

33、）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件（如 ProTool）组态才能配合PLC使用。3.1.6 SIMATIC S7 工业软件西门子的工业软件分为三个不同的种类：（1）编程和工程工具 编程和工程工具包括所有基于 PLC或 PC用于编程、 组态、模拟和维护等控制所需的工具。 STEP 7标准软件包 SIMATIC S7 是用于 S7-300/400 , C7 PLC和SIMATIC Win AC基于PC控制产品的组态编程和维护的项 目管理工具，STEP7-Micro/WIN是在 Windows平台上运行的S7-200系列PLC的 编程、在线仿真软件。(2) 基于PC的控制软件 基于P

34、C的控制系统 WinAC允许使用个人计算机 作为可编程序控制器(PLQ运行用户的程序，运行在安装了 Windows NT4.0操 作系统的SIMATIC工控机或其它任何商用机。 WinAC提供两种PLC，一种是软件 PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC (在用户计算机上安装一个PC卡)，它具有硬件PLC的全部功能。Win AC与 SIMATICS7系列处理 器完全兼容，其编程采用统一的 SIMATIC编程工具(如STEP 7),编制的程序 既可运行在 WinAC上，也可运行在S7系列处理器上。( 3)人机界面软件 人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面( HMI) 或S

35、CADAK统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级 的 ProTool ，另一种是应用于监控级的 WinCC。ProTool适用于大部分HMI硬件的组态，从操作员面板到标准 PC都可以用 集成在 STEP7 中的 ProTool 有效地完成组态。 ProTool/lite 用于文本显示的组 态，如：OP3 OP7 OP17 TD17等。ProTool/Pro用于组态标准 PC和所有西门 子HMI产品，ProTool/Pro不只是组态软件，其运行版也用于 Windows平台的监 控系统。WinCC是一个真正开放的，面向监控与数据采集的SCAD( SupervisoryCon

36、trol a nd Data Acquisitio n)软件，可在任何标准 PC上运行。WinCC操作简单，系统可靠性高，与STEP 7功能集成，可直接进入PLC的硬件故障系统， 节省项目开发时间。 它的设计适合于广泛的应用， 可以连接到已存在的自动化环 境中，有大量的通信接口和全面的过程信息和数据处理能力， 其最新的 WinCC5.0 支持在办公室通过 IE 浏览器动态监控生产过程。3.2 S7-200 系列 PLC 的硬件配置S7-200 系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系 统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。3.2.1 基本单元S

37、7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用，其输入输出点数的分配见下表:型号输入点输出点可带扩展模块数S7-200CPU22164S7-200CPU222862个扩展模块78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点S7-200CPU22414107个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200CPU22624162个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200CPU226XM2 b4162个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点322扩展单元S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU只能与基本单元相

38、连接使用，用于扩展I/O点数，S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数 的分配如表3-2所示。表3-2 S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数类型型号输入点输出点数字量扩展模块EM2218无EM222无8EM2234/8/164/8/16模拟量扩展模块EM2313无EM232无2EM235313.2.3 编程器PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、 存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。 S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。简易型编程器是袖珍型的， 简单实用， 价格低廉， 是一种很

39、好的现场编程及 监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编 程器采用计算机进行编程操作， 将专用的编程软件装入计算机内， 可直接采用梯 形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为 STEP7-Micro/WIN。3.2.4 程序存储卡为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPRO卡盒接口， 通过该接口可以将卡盒的内容写入 PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外 接EEPRO卡盒内作为备份。程序存储卡 EEPRO有 6ES 7291-8GC00-0XA（和6ES 7291-8GD00-0XA0两种，程

40、序容量分别为 8K和16K程序步。3.2.5 写入器写入器的功能是实现PLC和 EEPRO之间的程序传送，是将 PLC中RAM区的 程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入 器传送到RAMEo3.2.6 文本显示器文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控 制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入 /输出量。文本信息的显示用 选择/确认的方法，最多可显示80条信息，每条信息最多4个变量的状态。过程 参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位， 这些功能键在启动和测试系统时

41、， 可以进行参 数设置和诊断。3.3系统框图如下图，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。如下图所示。惣悟号第四章 电机故障诊

42、断系统设计故障诊断系统建立在基于PLC和上位计算机组成的控制系统上。PLC在故障 诊断系统中的功能主要是完成输煤系统设备故障信号检测、 预处理，转化存储并 传输给上位计算机。 上位计算机由于具有强大的科学计算功能， 利用专家知识和 专家库，完成从故障特征到故障原因的识别工作。 并通过人机界面， 给出故障定 位，报告和解释故障诊断结果，并为操作员给出相应的排除故障的建议。4.1 电机故障等级分类电机的结构同时包含电气和机械两部分，也可以说是电气和机械的结合点。 所以说，它的故障要一分为二的分析。对电机的振动故障原因也要分成两部分。 一般来讲，电机振动是由于转动部分不平衡、 机械故障或电磁方面的原

43、因引起的。1、转动部分不平衡主要是转子、耦合器、联轴器、传动轮（制动轮）不平 衡引起的。 处理方法是先找好转子平衡。如果有大型传动轮、制动轮、耦合器、 联轴器，应与转子分开单独找好平衡。再有就是转动部分机械松动造成的。如： 铁心支架松动，斜键、销钉失效松动，转子绑扎不紧都会造成转动部分不平衡。2 、机械部分故障主要有以下几点：（1） 联动部分轴系不对中，中心线不重合，定心不正确。这种故障产生的 原因主要是安装过程中，对中不良、安装不当造成的。还有一种情况，就是有的 联动部分中心线在冷态时是重合一致的， 但运行一段时间后由于转子支点， 基础 等变形，中心线又被破坏，因而产生振动。（2）与电机相联

44、的齿轮、联轴器有毛病。这种故障主要表现为齿轮咬合 不良，轮齿磨损严重，对轮润滑不良，联轴器歪斜、错位，齿式联轴器齿形、齿 距不对、间隙过大或磨损严重，都会造成一定的振动。（3）电机本身结构的缺陷和安装的问题。这种故障主要表现为轴颈椭圆， 转轴弯曲，轴与轴瓦间间隙过大或过小，轴承座、基础板、地基的某部分乃至整 个电机安装基础的刚度不够， 电机与基础板之间固定不牢， 底脚螺栓松动， 轴承 座与基础板之间松动等。 而轴与轴瓦间间隙过大或过小不仅可以造成振动还可使 轴瓦的润滑和温度产生异常。（4）电机拖动的负载传导振动。例如：汽轮发电机的汽轮机振动，电机拖 动的风机、水泵振动，引起电机振动。3、电气部

45、分的故障是由电磁方面的原因造成的主要包括： 交流电机定子接线错误、 绕线型异步电动机转子绕组短路， 同步电机励绕组匝间短路， 同步电机 励磁线圈联接错误， 笼型异步电动机转子断条， 转子铁心变形造成定、 转子气隙 不均，导致气隙磁通不平衡从而造成振动。 本设计中系统故障分为两个等级如上 图所示 : 一级故障为高级。当发生此类故障，断路器跳闸使电机停止运行， PLC 禁止其他控制输出，并声光报警（指示灯和电铃）。只有按报警复位按钮后声光 报警停止。二级故障为低级。当发生此类故障时， 断路器不动作，电机继续运行， 只相应声光报警。4.2 故障诊断程序设计在进行故障诊断设计时， 首先必须对整个系统可

46、能会发生的故障进行分析， 得 到系统的故障层次结构， 利用这种层次结构进行故障诊断部分的设计。 以某厂电 机输送控制系统的故障结构为例。为了描述简单，这里作了一定的简化。 系统故障结构的层次性为故障诊断提供了一个合理的层次模型。在进行系统的 PLC梯形图程序设计时，应充分考虑到故障结构的层次，合理安排逻辑流程。在 引入故障输入点时应注意：必须将系统所有可能引起故障的检测点引入PLC，以便系统能及时进行故障处理 ;应在系统允许的条件下尽可能多的将最底层的故障 输入信息引入 PLC 的程序中，以便得到更多的故障检测信息为系统的故障自诊 断提供服务。4.2.1.故障点的记录为了得到系统的故障情况实现

47、系统的故障自诊断，PLC必须将所有故障检测点的状态反映给内部寄存器，图 4.2 是用来记录故障点的部分程序。IR4.02是输入的10节点，表示A侧皮带信号，当输煤系统使用 A侧皮带正 常运行时4.02的值为1,当4.02变为0时，说明A侧皮带信号出了故障，此时 利用上升沿微分指令记录这次的信号跳变。这样这次事故就记录在 IR31.00 中。 程序设计中将 IR31 作为记录底层故障信息的寄存器，由于内部寄存器 IR 有 16 位，所以能够记录 16 种不同的故障原因。如果有更多的故障需要记录，可以设置多个寄存器字。需要说明的是，有时引起故障的原因可能不止一个， 往往一个 故障会引起另一些故障的

48、发生，因此还有关键的一点是程序要能记录最先发生的 故障。这也需要通过PLC编程实现，程序只对最开始发生的故障敏感。 如下图所 示。晋-4-DIFL'(13)丄斤祜做分Vt25.0131.001 131.01131.(W1 I31.05，I I ":il.UG1 >31.07H D1FI C13)31. i2DIFU JLOS*31HKISMOV 佗 1'P See Min邸）*t】如加HR3RSET '25.003L0t上升符儆分位頻字II标砂（00-07）4 分（0e-G15>3-7Mb移动小时（W 07X Fin （» OIH） 海字

49、Mb422.多次故障事件的记录由于系统实际长时间的运行中，可能会出现多次故障，为了检修和维护方便，还需要PLC能够将多次故障事件记录下来。OMROC200H型PLC的数据 存储区（DM区）可以间接寻址，利用这一点，可以在 DM区划出一定的区域，用来 记录每次故障事件，包括故障类型和事件发生的时间 （日期，小时，分钟，秒）。这一段DM区域可以循环记录，实际使用中记录了最后50次故障的情况，这些记 录是系统运行的重要资料，方便了运行人员了解设备情况，对其进行检修和维护。4.2.3. 模拟量故障的诊断对于模拟量信号例如犁煤车， 给煤车电机电流的故障诊断， 首先利用模拟量 模块，接收来自电流变送器的模

50、拟信号， 将其转换为数字信号， 然后与整定值或 系统允许的极限值比较 , 若在允许范围之内则表明对应的设备处于正常运行状 态，如果实际值接近或达到极限值， 则为不正常状态。 判断故障发生与否的极限 值根据实际系统相应的参数变化范围确定。4.2.4. 各种故障信息的串行通信 上位机通过串行通讯及时读取 PLC 的内部寄存器区的各种故障信息。利用PLC的RS232通信接口，可与上位计算机进行Host Link方式串行通信。通信时， 上位计算机首先向PLC发出一帧命令帧，包括操作命令、寄存器类型、起始地址 与要读取的寄存区数目等。PLC收到命令帧后会做出响应，如果没有错误则向上 位计算机发出响应帧，

51、响应帧中包含了上位机需要查询的寄存器值。上位计算机通过读取数据寄存区的值来获取当前 PLC 的工作状况，同时上位计算机对PLC的控制也可通过对该区的写操作来完成。具体的通信实现可以参考相关资料，这里不作 详细论述。4.3 借鉴专家系统故障诊断方法的实现 系统故障结构的层次性为故障诊断提供了一个清晰的层次模型，可以利用 基于模型的故障树法。但是在进行比较详尽的故障诊断以及系统故障存在耦合 时，仅仅使用故障树法是不够的，必须借鉴专家系统的方法。4.3.1. 专家系统方法 在传统的专家系统中，知识被组织成知识库的形式，推理机进行推理时，要从知识库表示的所有空间中搜索所需的知识。 这种方法有搜索空间大

52、， 推理效 率低的缺点。“知识对象”的概念可以解决这一问题。 “知识对象”是一个逻辑概 念，它利用面向对象的方法， 将知识源和黑板都表达为对象， 在知识对象的内部 封装了专家系统和推理机、 解释器。 当相应的知识对象被激活后， 就在对象内部 进行推理， 大大提高了推理效率。 根据系统的实际情况和故障推理的过程， 在这 里知识对象被具体化为故障节点。 故障节点是进行诊断推理的基本单位， 诊断信 息在故障节点间层层传递， 故障节点内部利用这些信息进行推理并最终确定故障 原因。上图为系统部分故障节点的层次结构。图中可以看出，故障节点在结构以 虚线为分界线分为两个部分。上一部分层次清晰，在这一部分可以

53、采用基 于故障模型的故障树方法故障节点呈网状分布，1个节点可能有1个或多个父节点，也可能有1个 或多个子节点。子节点和父节点之间的关系由故障层次和子节点故障层次来表 示。如节点1的子节点故障层次为1，而节点2和节点3的故障层次为1，贝U节 点2和节点3是节点1的子节点。故障层次和子节点故障层次不仅指明了故障节 点结构上的层次，而且也隐含了推理规则。4.32对象类型与推理节点对象类型表示该故障节点在故障推理中的作用，它可分为3类:根节点，叶节点，推理节点。根节点的故障由它的子节点产生，应到其子节点中去继续推理。 叶节点是底层故障。叶节点没有子节点。推理节点是故障诊断规则最为集中的节 点，检测节点

54、可以视为推理节点的子节点， 它为推理节点的推理过程提供相关的 信息。我们在推理节点并不是判断该节点是否存在故障，而是利用推理节点圭寸装 的规则库与推理机，结合检测节点提供的信息进行故障推理，找出故障原因。4.3.3.故障节点的检测方式地址段是节点的位置（本系统中是PLC中的寄存器）。数据段根据用户的需 要可以为一个或几个，数据段中数据的定义与节点的性质有关。 检测方式表明在 该节点系统进行何种操作。主程序根据故障节点的检测方式选取相应的处理函 数。该函数是检测手段与推理规则的结合，故可称之为检测/推理函数。一方面它可以检测故障节点本身的状态，另一方面使用推理机制进一步推断故障原因。性质类似的节

55、点使用相同的检测 / 推理函数，利用地址段和数据段中的值加以区 别。4.3.4. 各节点的注释段要有相应帮助信息 各节点的注释段不仅能记录故障的原因和维修方法， 还可以记录其他的帮助 信息。有时因系统的检测手段不完备， 或规则不完全， 推导过程要进行人机对话。 这时候如果节点的注释段中有相应帮助信息， 可以给用户以提示或指导用户进行 操作，使推理能顺利进行。本系统的故障诊断通过在上位计算机上用 VC6.0开发的应用程序实现，集成 在上位机监控系统中。 在运行中给操作人员提示， 指导用户进行操作， 了解设备 状态，判断故障发生原因， 并可给出相应的维修建议。 用户也可以对故障诊断进 行指构的有限

56、元分析， 确定平行分度凸轮机构在实际工况下的受力情况， 达到定 量计算和评价平行分度凸轮机构的寿命和接触强度， 改进平行分度凸轮机构的目 的。第五章系统电源设计供电系统设计是指PLC控制系统CPU模块、I/O模块及相关外围设备的供 电设计。供电系统的好坏直接影响整个控制系统的可靠性，因此在设计供电系统 时应考虑下列因素:(1) 输入电源的电压允许在一定范围内变化。(2) 当输入交流电断电时，应不破坏 PLC内部程序和数据(3) 在控制系统不允许断电的场合，要考虑供电电源的冗余。(4) 当外部设备电源断电时，应不影响 PLC的供电。(5) 应考虑电源系统的抗干扰性。为提高系统的可靠性和抗干扰性能

57、，在PLC供电系统中可采用隔离变压器、 交流稳压器、UPS电源等措施，其中，采用隔离变压器进行分别供电是较为常用的方法，如图5-1所示。CPU模块、各I/O模块及其他设备分别由具有隔离功能 的变压器供电，与主电源分离。这样做最大的好处是各电源间不会相互影响。女口断开输入、输出回路的供电电源时，不会影响到 CPU模块的供电。图5-1采用隔离变压器分别进行别供电的供电系统PLC电源单元的连接：接线时，在电源单元和供电电源之间连接隔离变压器， 变压器的副边不接地, 这样可以减少PLC和大地之间的噪声，还可以保证人员的安全。电源单元的外部接线不多，在接线时要注意以下问题：（1）根据所使用的外部电压数值正确选择电压选择器；（2）在接线过程中不要移去单元顶部的保护标签，直到配线完成。这个标 签可以防止绞线和其他异物进入单元。 配线结束便把标签移去， 否则标签将会堵 住冷却通道，阻碍空气流通。（3）RUN 输出主要用于紧急停车的控制，使用时 RUN 接点应与被控电源 串联。（4）使用隔离变压器可提高电源的抗干扰能力。为了改