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基于plc的電機故障診斷系統(tǒng)設計-機械設計制造及其自動化畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-12-23 21:22 本頁面
 

【文章內容簡介】 處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高, PLC逐漸進入過程控制領域,在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)。 PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。 PLC 在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位,在可預見的 將來,是無法取代的。 國控制類產品市場 PLC的占有率已超過 50% , 而且保持著 10%~ 15% 的發(fā)展速度。 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展前景 現在 , 雖然出現了性能更加優(yōu)越的 DCS 和 FCS 控制系統(tǒng) , PLC 控制也終將會被先進的 FCS 控制所取代 ,但是目前以及今后相當長的一段時間 , 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有控制系統(tǒng)推倒重來。企業(yè)投入大量的人力和財力建立起來的 PLC 控制 系統(tǒng)已經成型 ,如果要完全推翻再建立新的 DCS 或 FCS 控制系統(tǒng) ,需要更大的資金投入 ,將造成很大的浪費。 (2) 基于以上市場需求 ,許多軟件廠商 (例如 : 華富惠通軟件公司 ) 正在考慮如何利用企業(yè)已經成型的控制系統(tǒng)及新建的廠級網絡 ,開發(fā)控制系統(tǒng)軟件 ,幫助企業(yè)實現工廠自動化、信息化 ,為企業(yè)提供控制系統(tǒng)與管理網絡的集成。 (3) 目前 , PLC 的功能增強、結構優(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準化和高級化。 (4) PLC 的聯網通信能力增強 , 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。 (5) 現在的 PLC 系統(tǒng)與 DCS 技術、現場總線 IO 技術相結合 ,結構開放、擴展方便、技術先進、價格低廉。由以上分析可以預見 ,未來 PLC 將朝著多功能化、集成化、智能化、標準化、開放化的方向發(fā)展 ,故 PLC 雖然面臨其它自動化控制系統(tǒng)的挑戰(zhàn) ,但同時也在吸收它們的優(yōu)點 , 互相融合 ,不斷創(chuàng)新 ,在今后一段時間內將與其它先進控制方式并存 ,共同發(fā)展。 可編程序控制器 PLC 的分類 PLC產品種類繁多,其規(guī)格和性能也各不相同。對 PLC的分類,通常根據其結構形式的不同、功能的差異和 I/O點數的多 少等進行大致分類。 ( 1) 按結構形式分類:根據 PLC的結構形式,可將 PLC分為整體式和模塊式兩類。 xx 學院 機電工程系 20xx 屆 機械設計制造及其自動化 畢 業(yè)論文(設計) PLC 整體式 PLC 是將電源、 CPU、 I/O 接口等部件都集中裝在一個機箱內, 具有結構緊湊、體積小、價格低的特點。小型 PLC一般采用這種整體式結構。整體式 PLC由不同 I/O點數的基本單元(又稱主機)和擴展單元組成。基本單元內有 CPU、 I/O 接口、與 I/O擴展單元相連的擴展口,以及與編程器或 EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內只有 I/O和電源等,沒有 CPU。賦予基本單元和擴展單元之間一般用扁平 電纜連接。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,使其功能得以擴展。 PLC是將 PLC各組成部分,分別作成若干個單獨的模塊,如 CPU模塊、 I/O模塊、電源模塊(有的含在 CPU模塊中)以及各種功能模塊。模塊式 PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式 PLC的特點是配置靈活,可根據需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng),而且裝配方便,便于擴展和維修。大、中型 PLC一般采用模塊式結構。還有一些 PLC將整體式和模塊式的特點結合起來,構成所謂疊裝式 PLC。疊裝式 PLC 其 CPU、電源、 I/O 接口等也是各自獨立的模塊,但它們之間是靠電纜進行聯接,并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣,不但系統(tǒng)可以靈活配置,還可做得體積小巧。 ( 2) 按功能分類:根據 PLC所具有的功能不同,可將 PLC分為低檔、中檔、高檔三類。 PLC 具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能,還可有少量模擬量輸入/輸出、算術運算、數據傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外,還具有較強的模擬量輸入/輸出、 算術運算、數據傳送和比較、數制轉換、遠程 I/O、子程序、通信聯網等功能。有些還可增設中斷控制、 PID控制等功能,適用于復雜控制系統(tǒng)。 PLC 除具有中檔機的功能外,還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數的運算、制表及表格傳送功能等。高檔 PLC機具有更強的通信聯網功能,可用于大規(guī)模過程控制或構成分布式網絡控制系統(tǒng),實現工廠自動化。 ( 3) 按 I/O點數分類:根據 PLC的 I/O點數的多少,可將 PLC分為小型、中型和大型三類。 PLC—— I/O點數小于 256點 ;單 CPU、 8位或 16位處理器、用戶存儲器容量 4K 字以下。 2. 中型 PLC—— I/O點數 256~ 2048點;雙 CPU,用戶存儲器容量 2~ 8K。 PLC—— I/O點數 2048 點;多 CPU, 16位、 32位處理器,用戶存儲器容量 8~ 16K . PLC 的系統(tǒng)模塊 PLC系統(tǒng)模塊包括 CPU、 I/O、電源模塊和其他設備組成,各個模塊之間又有不同的構成和結構。 CPU 的構成 xx 學院 機電工程系 20xx 屆 機械設計制造及其自動化 畢 業(yè)論文(設計) CPU是 PLC的核心,起神經中樞的作用,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據,用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據,并存入規(guī)定的寄存器中,同時,診斷電源和 PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后,從用戶程序存貯器中逐條讀取指令,經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號,去指揮有關的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態(tài)總線構成, CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程 序及數據,是 PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來,不必要詳細分析 CPU的內部電路,但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。 CPU的控制器控制 CPU工作,由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算,在控制器指揮下工作。寄存器參與運算,并存儲運算的中間結果,它也是在控制器指揮下工作。 CPU速度和內存容量是 PLC的重要參數,它們決定著 PLC的工作速度, IO數量及軟件容量等,因此限制著控制規(guī)模。 I/O 模塊 圖 PLC與電氣回路的接口,是通過輸入輸出部 分( I/O)完成的。 I/O模塊集成了 PLC的 I/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài),輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統(tǒng),輸出模塊相反。 I/O分為開關量輸入( DI),開關量輸出( DO),模擬量輸入( AI),模擬量輸出( AO)等模塊。 常用的 I/O分類如下:開關量:按電壓水平分,有 220VAC、 110VAC、 24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量:按信號類型分,有電流型( 420mA,020mA)、電壓型( 010V,05V,1010V)等,按 精度分,有 12bit,14bit,16bit等。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。按 I/O點數確定模塊規(guī)格及數量, I/O模塊可多可少,但其最大數受 CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或機架槽數限制。 電源模塊 PLC電源用于為 PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時,有的還為輸入電路提供 24V的工作電源。電源輸入類型有:交流電源( 220VAC 或 110VAC),直流電源(常用的為 24VDC)。 底板或機架大多數模塊式 PLC使用底板或機架,其作用是:電氣 上,實現各模塊間的聯系,使 CPU能訪問底板上的所有模塊,機械上,實現各模塊間的連接,使各模塊構成一個整體。 PLC 系統(tǒng)的其它設備 編程設備:編程器是 PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件,用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控 PLC及 PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況,但它不直接參與現場控制運行。小編程器 PLC一般xx 學院 機電工程系 20xx 屆 機械設計制造及其自動化 畢 業(yè)論文(設計) 有手持型編程器,目前一般由計算機(運行編程軟件)充當編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。 人機界面:最簡單的人機界面是指示燈和按鈕,目前液晶屏(或觸摸屏)式的一體式操作員終端應用越來越廣泛 ,由計算機(運行組態(tài)軟件)充當人機界面非常普及。 PLC 的系統(tǒng)模塊選擇方法 在 PLC系統(tǒng)設計時,首先應確定控制方案,下一步工作就是 PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。 PLC及有關設備應是集成的、標準的,按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴充其功能的原則選型所選用 PLC應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng),PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間。 相應模塊 的估算 工程設計選型應詳細分析工藝過程的特點、控制要求,明確控制任務和范圍確定所需的操作,和求價格比的 PLC和設計相應的控制系統(tǒng)最后選擇有較高性能價估算輸入輸出點數、所需存儲器容量。 . 1 輸入輸出( I/O)點數的估算 I/O 點數估算時應考慮適當的余量,通常根據統(tǒng)計的輸入輸出點數,再增加 10%~ 20%的可擴展 余量后,作為輸入輸出點數估算數
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