毕业答辩论文基于PLC的电机故障诊断系统设计样本.doc
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1、毕业答辩论文基于PLC的电机故障诊断系统设计 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 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,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
2、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
3、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、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
4、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。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(19731979)2、以微处理器为主的工业控制器(19791985)3、以微处理器为主的可编程序控制器(1985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
5、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PL
6、C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。 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
7、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。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
8、体积小,重量轻等它的优点,使其在自动化控制的各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S7-200CPU22164S7-200CPU222862个扩展模块78路数字量I/O点或10路模拟量I/O
9、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S7-200CPU226XM24162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。2011.121-2011.12.31 完成开题报告并提交2012.1.1-2012.3.30 上查询相关资料、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
10、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 毕业论文答辩五、主要参考文献(只列出最重要的56种)1 张进秋.可编程控制器原理及应用实例.机械工业出版社M.20052 李名雨.电机与电器.北京理工大学出版社M.19983 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.20044 韩常.PLC编程及应用.机械工业出版社M.2005.30405 PLC机电控制系统应用设计技术。电子工业出版社M.20066 郝鸿安.
11、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:组长签名: 年月日德州学院毕业论文(设计)中期检查表院(系): 机电工程系 专业:机械设计制造及自动化 2012-4-15 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:到现在为止,
12、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:目 录第一章绪论.1 PLC应用于故障诊断系统的发展现状.1.1第二章 PLC原理介绍及设备总体结构介绍. .1 PLC发展历程. 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 PLC的系统模块. 3 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 PLC的选取及介绍. .8 .9第四章 电机故障诊断系统设计.11.12 故障诊断程序设计. 系统电源设计.16 供电电源.17第六章
13、 结论.18致谢 .19参考文献.20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,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,
14、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 第一章 绪论 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
15、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。 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。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原理介绍及设备总体结构介绍 PLC发展历程在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护
16、动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称Programmable Controller(PC)。 个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为3040%。在这时期,P
17、LC在处理模拟量能力、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
18、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
19、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。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
20、。(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。 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。,分别作成若干个单独的
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