【文章內(nèi)容簡介】 控級的 WinCC。 ProTool 適用于大部分 HMI硬件的組態(tài)，從操作員面板到標(biāo)準(zhǔn) PC都可以用集成在 STEP 7中的ProTool 有效地完成組態(tài)。 ProTool/lite 用于文本顯示的組態(tài)，如： OP3， OP7， OP17， TD17 等。ProTool/Pro 用于組態(tài)標(biāo)準(zhǔn) PC和所有西門子 HMI產(chǎn)品， ProTool/Pro不只是組態(tài)軟件，其運(yùn)行版也用于 Windows平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)。 WinCC 是一個(gè)真正開放的，面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的 SCADA（ Supervisory Control and Data Acquisition）軟件，可在任何標(biāo)準(zhǔn) PC 上運(yùn)行。 WinCC 操作簡單，系統(tǒng)可靠性高，與 STEP 7 功能集成，可直接進(jìn)入 PLC的硬件故障系統(tǒng)，節(jié)省項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間。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(dòng)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 IE 瀏覽器動(dòng)態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)過程。 S7200 系列 PLC 的硬件配置 S7200系列 PLC可提供 4種不同的基本單元和 6種型號的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器、文本顯示器等。 基本單元 S7200系列 PLC 中可提供 4 種不同的基本型號的 8種 CPU供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見下表： 張小波 :基于 PLC 的故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 10 頁共 24 頁 型 號 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 可帶擴(kuò)展模塊數(shù) S7200CPU221 6 4 — S7200CPU222 8 6 2個(gè)擴(kuò)展模塊 78 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或10路模擬量 I/O點(diǎn) S7200CPU224 14 10 7個(gè)擴(kuò)展模塊 168路數(shù)字量 I/O點(diǎn)或35路模擬量 I/O點(diǎn) S7200CPU226 24 16 2個(gè)擴(kuò)展模塊 248路數(shù)字量 I/O點(diǎn)或35路模擬量 I/O點(diǎn) S7200CPU226XM 24 16 2個(gè)擴(kuò)展模塊 248路數(shù)字量 I/O點(diǎn)或35路模擬量 I/O點(diǎn) 擴(kuò)展單元 S7200系列 PLC主要有 6種擴(kuò)展單元，它本身沒有 CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展 I/O點(diǎn)數(shù)， S7200系列 PLC擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表 32所示。 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(shí)，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(chǔ)和管理等，并機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁共 24 頁 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。 S7200 系列 PLC 可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。 簡易型編程器是袖珍型的，簡單實(shí)用，價(jià)格低廉，是一種很好的現(xiàn)場編程及監(jiān)測工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，非常直觀，且功能強(qiáng)大，S7200系列 PLC的專用編程軟件為 STEP7Micro/WIN。 程序存儲(chǔ)卡 為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型 PLC設(shè)有外接 EEPROM 卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入 PLC，也可將 PLC 內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接 EEPROM 卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲(chǔ)卡 EEPROM有 6ES 72918GC000XA0和 6ES 72918GD000XA0兩種，程序容量分別為 8K和 16K程序步 。 寫入器 寫入器的功能是實(shí)現(xiàn) PLC和 EEPROM之間的程序傳送，是將 PLC中 RAM 區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲(chǔ)卡中，或?qū)?PLC中程序存儲(chǔ)卡中的程序通過寫入器傳送到 RAM區(qū)。 文本顯示器 文本顯示器 TD200不僅是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對某個(gè)量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入 /輸出量。文本信息的顯示用選擇 /確認(rèn)的方法，最多可顯示 80 條信息，每條信息最多 4個(gè)變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時(shí)修改。 TD200面板上的 8個(gè)可編程序的功能鍵，每個(gè)都分配了一個(gè)存儲(chǔ)器位，這些功能鍵在啟動(dòng)和測試系統(tǒng)時(shí)，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和診斷。 系統(tǒng)框圖 如下圖，準(zhǔn)備開機(jī)時(shí)，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(dòng)，并且聲光報(bào)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(dòng)。在啟動(dòng)過程中，若發(fā)生一級故障， PLC 進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。啟動(dòng)完成后，“電機(jī)開 /關(guān)指示燈”亮，電機(jī)正常運(yùn)行。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(dòng)作。關(guān)機(jī)時(shí)， 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。故障聲光報(bào)警后，按“報(bào)警復(fù)位按鈕”復(fù)位。如下圖所示。 張小波 :基于 PLC 的故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 12 頁共 24 頁 第四章 電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 故障診斷系統(tǒng)建立在基于 PLC和上位計(jì)算機(jī)組成的控制系統(tǒng)上。 PLC在故障診斷系統(tǒng)中的功能主要是完成輸煤系統(tǒng)設(shè)備故障信號檢測、預(yù)處理，轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)并傳輸給上位計(jì)算機(jī)。上位計(jì)算機(jī)由于具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算功能，利用專家知識和專家?guī)欤瓿蓮墓收咸卣鞯焦收显虻淖R別工作。并通過 人機(jī)界面 ，給出故障定位，報(bào)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。 電機(jī)故障等級分類 電機(jī)的結(jié)構(gòu)同時(shí)包含電氣和機(jī)械兩部分，也可以說是電氣和機(jī)械的結(jié)合點(diǎn)。所以說，它的故障要一分為二的分析。對電機(jī)的振動(dòng)故障原因也要分成兩部分。 一般來講，電機(jī)振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)動(dòng)部分不平衡、機(jī)械故障或電磁方面的原因引起的。 轉(zhuǎn)動(dòng)部分不平衡主要是轉(zhuǎn)子、耦合器、聯(lián)軸器、傳動(dòng)輪（制動(dòng)輪）不平衡引起的。 處理方法是先找好轉(zhuǎn)子平衡。如果有大型傳動(dòng)輪、制動(dòng)輪、耦合器、聯(lián)軸器，應(yīng)與轉(zhuǎn)子分開單獨(dú)找好平衡。再有就是轉(zhuǎn)動(dòng)部分機(jī)械松動(dòng)造成的。如：鐵心支架松動(dòng)，斜鍵、銷釘失效松動(dòng)，轉(zhuǎn)子綁扎不緊都會(huì)造成轉(zhuǎn)動(dòng)部分不平衡。 機(jī)械部分故障主要有以下幾點(diǎn)： （ 1） 聯(lián)動(dòng)部分軸系不對中，中心線不重合，定心不正確。這種故障產(chǎn)生的原因主要是安裝過程中，對中不良、安裝不當(dāng)造成的。還有一種情況，就是有的聯(lián)動(dòng)部分中心線在冷態(tài)時(shí)是重合一致的，但運(yùn)行一段時(shí)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(dòng)。 （ 2） 與電機(jī)相聯(lián)的齒輪 、聯(lián)軸器有毛病。這種故障主要表現(xiàn)為齒輪咬合不良，輪齒磨損嚴(yán)重，對輪潤滑不良，聯(lián)軸器歪斜、錯(cuò)位，齒式聯(lián)軸器齒形、齒距不對、間隙過大或磨損嚴(yán)重，都會(huì)造成一定的振動(dòng)。 （ 3）電機(jī)本身結(jié)構(gòu)的缺陷和安裝的問題。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(gè)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(dòng)，軸承座與基礎(chǔ)板之間松動(dòng)等。而軸與軸瓦間間隙過大或過小不僅可以造成振動(dòng)還可使軸瓦的潤滑和溫度產(chǎn)生異常。 （ 4）電機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載傳導(dǎo)振動(dòng)。例如：汽輪發(fā) 電機(jī)的汽輪機(jī)振動(dòng)，電機(jī)拖動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵振動(dòng)，引起電機(jī)振動(dòng)。 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁共 24 頁 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(cuò)誤、繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路，同步電機(jī)勵(lì)繞組匝間短路，同步電機(jī)勵(lì)磁線圈聯(lián)接錯(cuò)誤，籠型異步電動(dòng)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(dòng)。本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)故障分為兩個(gè)等級如上圖所示 :一級故障為高級。當(dāng)發(fā)生此類故障，斷路器跳閘使電機(jī)停止運(yùn)行，PLC禁止其他控制輸出，并聲光報(bào)警（指示燈和電鈴）。只有按報(bào)警復(fù)位按鈕后聲光報(bào)警停止。二級故障為低級。當(dāng) 發(fā)生此類故障時(shí)，斷路器不動(dòng)作，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，只相應(yīng)聲光報(bào)警。 故障診斷程序設(shè)計(jì) 在進(jìn)行故障診斷設(shè)計(jì)時(shí)，首先必須對整個(gè)系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生的故障進(jìn)行分析，得到系統(tǒng)的故障層次結(jié)構(gòu)，利用這種層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行故障診斷部分的設(shè)計(jì)。以某廠電機(jī)輸送控制系統(tǒng)的故障結(jié)構(gòu)為例。為了描述簡單，這里作了一定的簡化。 系統(tǒng)故障結(jié)構(gòu)的層次性為故障診斷提供了一個(gè)合理的層次模型。在進(jìn)行系統(tǒng)的 PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到故障結(jié)構(gòu)的層次，合理安排邏輯流程。在引入故障輸入點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意 :必須將系統(tǒng)所有可能引起故障的檢測點(diǎn)引入 PLC，以便系統(tǒng)能及時(shí)進(jìn)行故障處理 。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)的故障自診斷提供服務(wù)。 為了得到系統(tǒng)的故障情況實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的故障自診斷， PLC必須將所有故障檢測點(diǎn)的狀態(tài)反映給內(nèi)部寄存器，圖 。 是輸入的 IO 節(jié)點(diǎn)，表示 A 側(cè)皮帶信號，當(dāng)輸煤系統(tǒng)使用 A側(cè)皮帶正常運(yùn)行時(shí) 值為 1，當(dāng) 0 時(shí)，說明 A側(cè)皮帶信號出了故障，此時(shí)利用上升沿微分指令記錄這次的信號跳變。這樣這次事故就記錄在 。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。如果有更多的故障需要記錄，可以設(shè)置多個(gè)寄存器字。需要說明的是，有時(shí)引起故障的原因可能不止一個(gè)，往往一個(gè)故障會(huì)引起另一些故障的發(fā)生，因此還有關(guān)鍵的一點(diǎn)是程序要能記錄最先發(fā)生的故障。這也需要通過 PLC編程張小波 :基于 PLC 的故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 14 頁共 24 頁 實(shí)現(xiàn)，程序只對最開始發(fā)生的故障敏感。如下圖所示。 . 多次故障事件的記錄 由于 系統(tǒng)實(shí)際長時(shí)間的運(yùn)行中，可能會(huì)出現(xiàn)多次故障，為了檢修和維護(hù)方便，還需要 PLC 能夠?qū)⒍啻喂收鲜录涗浵聛怼?OMRON C200H 型 PLC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) (DM區(qū) )可以間接尋址，利用這一點(diǎn)，可以在 DM區(qū)劃出一定的區(qū)域，用來記錄每次故障事件，包括故障類型和事件發(fā)生的時(shí)間 (日期，小時(shí)，分鐘，秒 )。這一段 DM 區(qū)域可以循環(huán)記錄，實(shí)際使用中記錄了最后 50 次故障的情況，這些記錄是系統(tǒng)運(yùn)行的重要資料，方便了運(yùn)行人員了解設(shè)備情況，對其進(jìn)行檢修和維護(hù)。 . 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，接收來自電流變送器的模擬信號，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后與整定值或系統(tǒng)允許的極限值比較 ,若在允許范圍之內(nèi)則表明對應(yīng)的設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)，如果實(shí)際值接近或達(dá)到極限值，則為不正常狀態(tài)。判斷故障發(fā)生與否的極限值根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)相應(yīng)的參數(shù)變化范圍確定。 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁共 24 頁 . 各種故障信息的串行通信 上位機(jī)通過串行通訊及時(shí)讀取 PLC的內(nèi)部寄存器區(qū)的各種故障信息。利用 PLC的 RS232通信接口，可與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行 Host Link方式串行通信。通信時(shí)，上位計(jì)算 機(jī)首先向 PLC發(fā)出一幀命令幀，包括操作命令、寄存器類型、起始地址與要讀取的寄存區(qū)數(shù)目等。 PLC收到命令幀后會(huì)做出響應(yīng)，如果沒有錯(cuò)誤則向上位計(jì)算機(jī)發(fā)出響應(yīng)幀，響應(yīng)幀中包含了上位機(jī)需要查詢的寄存器值。 上位計(jì)算機(jī)通過讀取數(shù)據(jù)寄存區(qū)的值來獲取當(dāng)前 PLC的工作狀況，同時(shí)上位計(jì)算機(jī)對 PLC的控制也可通過對該區(qū)的寫操作來完成。具體的通信實(shí)現(xiàn)可以參考相關(guān)資料，這里不作詳細(xì)論述。 借鑒專家系統(tǒng)故障診斷方法的實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)故障結(jié)構(gòu)的層次性為故障診斷提供了一個(gè)清晰的層次模型，可以利用基于模型的故障樹法。但是在進(jìn)行比較詳盡的故障診斷以及系統(tǒng)故障存在耦合時(shí)，僅僅使用故障樹法是不夠的，必須借鑒專家系統(tǒng)的方法。 . 專家系統(tǒng)方法 在傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)中，知識被組織成知識庫的形式，推理機(jī)進(jìn)行推理時(shí)，要從知識庫表示的所有空間中搜索所需的知識。這種方法有搜索空間大，推理效率低的缺點(diǎn)?！爸R對象”的概念可以解決這一問題?！爸R對象”是一個(gè)邏輯概念，它利用面向?qū)ο蟮姆椒?，將知識源和黑板都表達(dá)為對象，在知識對象的內(nèi)部封裝了專家 系統(tǒng)和推理機(jī)、解釋器。當(dāng)相應(yīng)的知識對象被激活后，就在對象內(nèi)部進(jìn)行推理，大大提高了推理效率。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況和故障推理的過程，在這里知識對象被具體化為故障節(jié)點(diǎn)。故障節(jié)點(diǎn)是進(jìn)行診斷推理的基本單位，診斷信息在故障節(jié)點(diǎn)間層層傳遞，故障節(jié)點(diǎn)內(nèi)部利用這些信息進(jìn)行推理并最終確定故障原因。 上圖為系統(tǒng)部分故障節(jié)點(diǎn)的層次結(jié)構(gòu)。圖中可以看出，故障節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上以虛線為分界線分張小波 :基于 PLC 的故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 16 頁共 24 頁 為兩個(gè)部分。上一部分層次清晰，在這一部分可以采用基于故障模型