【正文】 塊包括 CPU、 I/O、電源模塊和其他設(shè)備組成，各個模塊之間又有不同的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)。高檔 PLC 機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動化。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。疊裝式 PLC 其 CPU、電源、 I/O 接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。模塊裝在框架或基板的插座上。賦予基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。小型 PLC 一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。 可編程序控制器 PLC 的分類 PLC 產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。 (3) 目前 , PLC 的功能增強(qiáng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化 , IO 模塊趨向分散化、智能化 ,編程工具和編程語言更具標(biāo)準(zhǔn)化和高級化。 國控制類產(chǎn)品市場 PLC 的占有率已超過 50% , 而且保持著 10%～ 15% 的發(fā)展速度。 上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40%。 第二章 PLC 原理介紹及設(shè)備總體結(jié)構(gòu)介紹 PLC 發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。 故障診斷方法 故障診斷一般有兩種途徑 :故障樹方法和專家系統(tǒng)方法。 關(guān)鍵詞： 故障診斷 PLC 電機(jī) 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第一章 緒論 PLC 應(yīng)用于故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 PLC 作為一種成熟穩(wěn)定可靠的控制器，目前已經(jīng)在工業(yè)控制中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。運(yùn) 行過程中， PLC 依次循環(huán)檢測電機(jī)是否發(fā)生相間短路、斷相、低電壓、單相接地、過負(fù)荷、過電流等故障，若有發(fā)生， PLC 進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)動作。 準(zhǔn)備開機(jī)時，按下開機(jī)按鈕后，首先檢測斷路器狀態(tài)，如果斷路器初始狀態(tài)為閉合，電機(jī)無法啟動，并且聲光報警。如果斷路器初始狀態(tài)為斷開，斷路器合閘，電機(jī)開始啟動。關(guān)機(jī)時， PLC 接到關(guān)機(jī)命令后，斷路器跳閘，“電機(jī)開 /關(guān)機(jī)指示燈”滅。 PLC 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響著工業(yè)控制系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。故障樹方法利用系統(tǒng)的故障邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯推理，由錯誤的輸出找 到可能的輸入錯誤。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。在這時期 ， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展前景 現(xiàn)在 , 雖然出現(xiàn)了性能更加優(yōu)越的 DCS 和 FCS 控 制系統(tǒng) , PLC 控制也終將會被先進(jìn)的 FCS 控制所取代 ,但是目前以及今后相當(dāng)長的一段時間 , PLC 還會與 DCS 和 FCS 共存 ,這主要基于以下原因 :(1) 現(xiàn)在企業(yè)的確正在朝著自動化、信息化、開放化的方向發(fā)展 ,但這并不意味著要將現(xiàn)有控制系統(tǒng)推倒重來。 (4) PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信能力增強(qiáng) , 向高速度、多層次、大信息量、高可靠性及開放式的通信發(fā)展。對 PLC 的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。整體式 PLC 由不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成。整體式 PLC 一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。這種模塊式 PLC 的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。 （ 3） 按 I/O 點(diǎn)數(shù)分類：根據(jù) PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少，可將 PLC 分為小型、中型和大型三類。 CPU 的構(gòu)成 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。寄存器參與運(yùn)算，并存儲運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制 器指揮下工作。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。 PLC 及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用 PLC 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC 的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。實(shí)際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點(diǎn)；可控硅輸 出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價格較貴，過載能力較差。 電源的選擇 PLC 的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時同時引進(jìn) PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC 電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。 存儲器的選擇 由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 要求 PLC 的存儲器容量，按 256 個 I/O 點(diǎn)至少選 8K 存儲器選擇。西門子（ SIEMENS）公司的 PLC 產(chǎn)品包括 LOGO， S7200， S7300， S7400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)， HMI 人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。 人機(jī)界面（ HMI）硬件 HMI 硬件配合 PLC 使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板 TD200（可顯示中文）， OP3， OP7， OP17 等；圖形 /文本操作面板 OP27， OP37 等，觸摸屏操 作面板 TP7， TP27/37， TP170A/B等； SIMATIC 面板型 PC670 等。 STEP 7 標(biāo)準(zhǔn)軟件包 SIMATIC S7 是用于 S7300/400， C7 PLC 和 SIMATIC WinAC 基于 PC德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 控制產(chǎn)品的 組態(tài)編程和維護(hù)的項(xiàng)目管理工具， STEP 7Micro/WIN 是在 Windows 平臺上運(yùn)行的 S7200 系列 PLC 的編程、在線仿真軟件。 WinAC 與 SIMATIC S7 系列處理器完全兼容，其編程采用統(tǒng)一的 SIMATIC 編程工具（如 STEP 7），編制的程序既可運(yùn)行在 WinAC 上，也可運(yùn)行在 S7系列處理器上。 ProTool/lite 用 于文本顯示的組態(tài)，如： OP3， OP7， OP17， TD17 等。它的設(shè)計(jì)適合于廣泛的應(yīng)用， 可以連接到已存在的自動化環(huán)境中，有大量的通信接口和全面的過程信息和數(shù)據(jù)處理能力，其最新的 支持在辦公室通過 IE 瀏覽器動態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)過程。 表 32 S7200 系列 PLC 擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點(diǎn)數(shù) 類 型 型 號 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 數(shù)字量擴(kuò)展模塊 EM221 8 無 EM222 無 8 EM223 4/8/16 4/8/16 模擬量擴(kuò)展模塊 EM231 3 無 EM232 無 2 EM235 3 1 編程器 PLC 在正式運(yùn)行時，不需要編程器。編程器主要用來進(jìn)行用戶程序的編制、存儲和管理等，并將用戶程序送入 PLC 中，在調(diào)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測。并通過 人機(jī)界面 ，給出故障定位，報告和解釋故障診斷結(jié)果，并為操作員給出相應(yīng)的排除故障的建議。 一般來講，電機(jī)振動是由于轉(zhuǎn)動部分不平衡、機(jī)械故障或電磁方面的原因引起 的。再有就是轉(zhuǎn)動部分機(jī)械松動造成的。還有一種情況，就是有的聯(lián)動部分中心線在冷態(tài) 時是重合一致的，但運(yùn)行一段時間后由于轉(zhuǎn)子支點(diǎn)，基礎(chǔ)等變形，中心線又被破壞，因而產(chǎn)生振動。這種故障主要表現(xiàn)為軸頸橢圓，轉(zhuǎn)軸彎曲，軸與軸瓦間間隙過大或過小，軸承座、基礎(chǔ)板、地基的某部分乃至整個電機(jī)安裝基礎(chǔ)的剛度不夠，電機(jī)與基礎(chǔ)板之間固定不牢，底腳螺栓松動，軸承座與基礎(chǔ)板之間松動等。 電氣部分的故障是由電磁方面的原因造成的 主要包括：交流電機(jī)定子接線錯誤、繞線型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路，同步電機(jī)勵繞組匝間短路，同步電機(jī)勵磁線圈聯(lián)接錯誤，籠型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條，轉(zhuǎn)子鐵心變形造成定、轉(zhuǎn)子氣隙不均，導(dǎo)致氣隙磁通不平衡從而造成振動。二級故障為低級。為了描述簡單，這里作了一定的簡化。應(yīng)在系統(tǒng)允許的條件下盡可能多的將最底層的故障輸入信息引入 PLC 的程序中，以便得到更多的故障檢測信息為系統(tǒng)的故障德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 自診斷提供服務(wù)。程序設(shè)計(jì)中將 IR31 作為記錄底層故障信息的寄存器，由于內(nèi)部寄存器IR 有 16 位，所以能夠記錄 16 種不同的故障原因。如上 圖所示。 . 模擬量故障的診斷 對于 模擬量信號例如犁煤車，給煤車電機(jī)電流的故障診斷，首先利用模擬量模塊，