1、 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 机电工程系 2012 届 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计） 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 机械式及制造及其自动化 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，
2、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
3、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
4、、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。 -德州学院 机电工程系 2012 届 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计） 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（ 1
5、985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
6、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
7、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。-德州学院 机电工程系 2012 届 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计） 这种方法适用于系统结
8、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
9、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 -德州学院 机电工程系 2012 届 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计） S7-200CPU221 6 4 S7-200C
10、PU222 8 6 2 个扩展模块 78 路数字量 I/O 点或10 路模拟量 I/O 点 S7-200CPU224 14 10 7 个扩展模块 168 路数字量 I/O 点或35 路模拟量 I/O 点 S7-200CPU226 24 16 2 个扩展模块 248 路数字量 I/O 点或35 路模拟量 I/O 点 S7-200CPU226XM 24 16 2 个扩展模块 248 路数字量 I/O 点或35 路模拟量 I/O 点 四、计划进度安排 主要说明：起止时间及分阶段的进度要求。 2011.12 1-2011.12.31 完成开题报告并提交 2012.1.1-2012.3.30 上 查询相
11、关资料、进行课题研究，在已完成研究的基础 ，撰写毕业论文初稿。 2012.4.1-2012.4.15 提交初稿和期中检查表 2012.4.16-2012.4.30 根据指导教师的修改意见进行论文修改，并最终定稿。 2012.5.4-2012.5.10 将打印的论文交指导教师，由指导教师写评语，并由评阅教师进行评阅，根据评阅教师意见，进一步修改论文，准备答辩。 2012.5.15-2012.5.28 毕业论文答辩 -德州学院 机电工程系 2012 届 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计） 五、主要参考文献（只列出最重要的 5 6 种） 1 张进秋 .可编程控制器原理及应用实例 .机械工业出版
12、社 M.2005 2 李名雨 .电机与电器 .北京理工大学出版社 M.1998 3 高和 .可编程控制器应用技术与设计实例 .人民邮电出版社 M.2004 4 韩常 .PLC 编程及应用 .机械工业出版社 M.2005.30 40 5 PLC 机电控制系统应用设计技术。电子工业出版社 M.2006 6 郝鸿安 .常用模拟集成电路应用手册 M.人民邮电出版社 .1991 指导教师意见及建议： 签名： 年 月 日 教学单位领导小组审批意见： -德州学院 机电工程系 2012 届 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计） 组长签名： 年 月 日 德州学院毕业论文（设计）中期检查表 院 (系 )： 机
13、电工程系 专业 ： 机械设计制 造及自动化 2012-4-15 -德州学院 机电工程系 2012 届 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计） 毕业论文题目： 基于 PLC 的电机故障系统设计 学生姓名 周峰 学 号 201021703041 指导教师 贺廉云 职 称 教授 计划完成时间： 2012 年 4 月 15 日 毕业论文（设计）的进度计划 ： 2011 年 112012 年 1 月 查阅相关资料，进行课题研究 2012 年 1 月 2012 年 2 对于 PLC 的电机故障进行设计，搞清楚故障原因 2012 年 3 月 -2012 年 4 月 在以研究的基础上，撰写论文初稿 完成情况
14、： 到现在为止，我通 过上网查阅资料，了解到 PLC 的常见故障排除方法， 对电机故障的排除有了更深的了解。 指导教师评议 （指出优点和不足，如有其它建议，可另附页） 签 名： 年 月 日 备 注： -德州学院 机电工程系 2012 届 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计） 目 录 第一章绪论 .1 1.1 PLC 应用于故障诊断系统的发展现状 .1 1.2 故障诊断法 .1 第二章 PLC 原理介绍及设备总体结构介绍 . .1 2.1 PLC 发展历程 . 2 2.2 PLC 控制系统的发展前景 . 2.3 可编程序控制器 PLC 的 分类 . 3 2.4 PLC 的系统模块 . 3 2
15、.5 PLC 的选型方法 .4 第三章 电机故障诊断系统设计以及 PLC 的选取 .7 3.1 PLC 的选取及介绍 . . . .8 3.2 系统框图 . . .9 第四章 电机故障诊断系统设计 .11 4.1 电机故障等级分类 .12 4.2 故障诊断程 序 设计 . . 系统电源设计 .16 5.1 供电电源 .17 第六章 结论 .18 致谢 .19 参考文献 .20 -德州学院 机电工程系 2012 届 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计） 基于 PLC 的电机故障系统设计 周峰 （德州学院机电系，山东德州 2530230） 摘要 ： 设计了一种基于 PLC 电机故障诊断系统设计
16、，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 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
