电动机故障诊断系统设计.doc

1、目录第一章 绪言1第一节 电动机的发展1第二节 电动机的结构及分类2第三节 电动机的原理5第二章 电动机的用途及常见故障6第一节 电动机的运行方式及参数6第二节 电动机的用途7第三节 电动机的常见故障及维修8第三章 电动机的故障诊断15第一节 电动机的故障诊断方法15第二节 PLC原理介绍及设备总体结构介绍15第三节 电动机的故障分析19第四节 电动机故障检测系统设计19第五节 硬件设计21第六节 软件设计24第四章 电动机的电气保护及维护28第一节 电动机的电气装置保护28第二节 电动机的日常维护31结论35致谢36参考文献37附录38第一章 绪言第一节 电动机的发展电动机是一种实现机、电能

2、量转换的电磁装置。它是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性好精确度快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。在现代化工业生产过程中，为了实

3、现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单调节性能好耗损小经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。 按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。 纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制

4、动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。 虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器（又称整流子），使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用），其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。尤其是7

5、0年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。第二节 电动机的结构及分类一、三相异步电动机的结构目前较常用的主要是交流电动机，它可分为三相异步电动机和单相交流电动机两种。第一种多用在工业上，而第二种多用在

6、民用电器上。三相异步电动机的结构主要由两个部分组成，一是固定不动的部分（简称定子），二是可以自由旋转的部分（简称转子）。定子与转子之间有一个很小的气隙。此外，还有机座、端盖轴承、接线盒、风扇等其他部分。异步电动机根据转子的绕组的结构不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式异步电动机的转子绕组本身自成闭合回路，整个转子形成一个坚实的整体，其结构简单牢固、运行可靠、价格便宜，应用最为广泛，小型异步电动机绝大部分属于这类。绕线式异步电动机的结构比鼠笼式复杂，但启动性能较好，需要时还可以调节电动机的转速。1. 定子定子是用来产生旋转磁场的，主要由定子铁心、定子绕组和机座等部分组成。鼠笼式和绕线式异步电动

7、机的定子结构是完全一样的。三相异步电动机定子结构示意图如图1.1所示。图1.1 三相异步电动机定子结构示意图交流电机（包括异步机和同步机）其定子结构相同。定子铁芯：是磁路的一部分用0.5mm硅钢片迭成， 且片间绝缘。定子绕组：绝缘漆包线制成，用于通三相交流电源定子铁芯槽内嵌放三相绕组。 2.转子 转子铁芯：用0.5mm硅钢片迭成，且片间绝缘。三相绕线式电动机转子结构示意图如图1.2所示。图1.2 三相绕线式电动机转子结构示意图转子是异步电动机的转动部分，它在定子绕组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功。转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。 3.机座

8、机座是电动机的外壳和支架，它的作用是固定和保护定子铁心、定子绕组并支撑端盖，所以要求机座具有足够的机械强度和刚度，能承受运输和运行过程中的各种作用力。中、小型异步电动机通常采用铸铁机座，定子铁心紧贴在机座的内壁，电动机运行时铁心和绕组产生的热量主要通过机座表面散发到空气中去，因此，为了增加散热面积，在机座表面装有散热片。对大型异步电动机，一般采用钢板焊接机座，此时为了满足通风散热的要求，机座内表面与铁心隔开适当距离，以形成空腔，作为冷却空气的通道。二、电动机的分类电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。1.根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分

9、为单相电动机和三相电动机。 2.电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。 同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 3.电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容运转式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。 4.按用途分类。电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具用电动机、家电用电动机及其它通用小型机械设备用电动机。控制用电动机又分为步

10、进电动机和伺服电动机等。 5.电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。 6.电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。第三节 电动机的原理对称三相交流电流通入对称三相绕组时，便产生一个旋转磁场。下面选取各相电流出现最大值的几个瞬间进行分析。三相异步电动机工作原理图如图1.3所示。图1.3 三相异步电动机工作原理图当磁场方向为 0时，U相电流达到正最大值，电流从首端U1流入，用表示，从末端U2流出，用表示；V相和W相电流均为负，因此电流均从绕组的末端流入，首端流出，故末端V2和W2应填上 ，首端V1和W1应填上，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线

11、上。当磁场方向为120时，V相电流为正的最大值，因此V相电流从首端V1流入，用表示，从末端V2流出，用表示。U相和W相电流均为负,则U1和W1端为流出电流，用表示，而U2和W2为流入电流，用表示，此时合成磁场的轴线正好位于V相绕组的轴线上，磁场方向已从 0时的位置沿逆时针方向旋转了120。当磁场方向为240和 360时，合成磁场的位置。当磁场方向为360时，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线上，磁场方向从起始位置逆时针方向旋转了360，即电流变化一个周期，合成磁场旋转一周。由此可见，对称三相交流电流通入对称三相绕组所形成的磁场是一个旋转磁场。旋转的方向从UVW，正好和电流出现正的最大值顺序相

12、同，即由电流超前相转向电流滞后相。如果三相绕组通入负序电流，则电流出现正的最大值的顺序是UWV。通过图解法分析可知，旋转磁场的旋转方向也为UWV。综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原则是：(1)三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场，其转速为异步转速且 n=60f/p式中： f为电源频率，单位为Hz； p为电机极对数。(2)转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流。(3)转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电动机转子转动，其转速小于同步转速。异步电动机的转速不可能达到定子旋转磁场的转速，即同步转速，因为如果到达同步转速，则转子导体与旋转磁场之间没有相对运

13、动，随之在转子导体中不能感应出电势和电流，也就不能产生推动转子的电磁力。因此，异步电动机的转速总是低于同步转速，即两种转速之间总是存在差异，异步电动机因此而得名。又因为异步电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。(4)异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，因此，三相异步电动机的转向与电流的相序一致。要改变转向，只要改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。第二章 电动机的用途及常见故障第一节 电动机的运行方式及参数一、电动机的运行方式和运行参数1.电动机在额定冷却条件下，可按照厂家的铭

14、牌参数运行。2.电动机在额定电压值的-5%+10%范围内运行其额定出力不变。3.电动机在运行中的电流变化可在+5%-10%范围内，但最高不能超过额定电流的10%，并应监视电动机的外壳温度不超过规定值。4.运行中的电动机外壳温度A级绝缘不得大于75，E级绝缘不得大于80，B级绝缘不得大于85，F级绝缘不得大于90，超出上述范围应想办法降温，措施无效则降低电动机的出力。5.电动机在额定出力运行时，相间电压不平衡电压不得超过5%，相间电流不平衡不得超过额定值的10%，其中任何一相电流不得超过额定值，在电压不平衡运行期间要特别注意电动机的温度和振动情况。6.电动机在运行中轴承间串动，滑动轴承不超过24

15、，滚动轴承不超过0.5。二、电动机绝缘阻值的规定1.6KV电动机定子线圈用2500V摇表测定，其阻值6M。2.380V电动机定子线圈用500V摇表测定，其阻值0.5M。3.室内电动机喷洒上水、进汽、水淹等异常情况在启动前应摇测绝缘。4.停运10天以上的电动机，启动前必须摇测绝缘。5.电动机摇测绝缘要将摇表电压等级、电动机所测绝缘的数值、当时的环境温度、测量时间和工作人员姓名要详细填入记录本内。6.摇测绝缘工作必须有两人进行，回路上不许有人工作。第二节 电动机的用途交流电动机分为交流电动机和交流发电机，其应用领域也不同。一、交流发电机的用途交流发电机应用较少，主要是应用在风力发电上，但由于风力发

16、电外界条件比较苛刻，运行和维修比较困难，所以在技术上还有待于改革。二、交流电动机的用途交流电动机尤其是交流异步电动机应用则较为广泛。如：轧钢电机，2005年我国产钢3.4亿吨，2006年预计将超过4亿吨，钢铁产量已超过英美。我国钢铁产量在世界排名第一，除大型钢铁厂如宝钢，首钢外还有其他很多中小型钢铁厂，可见轧钢机的应用广泛。此外钢板的厚度对轧钢电机也提出了新的要求。日本的汽车钢板只有0.45mm左右，虽然钢板薄对汽车的性能带来了影响，但在这个能源紧缺的时代日本的汽车钢板还是受欢迎的。欧美的汽车钢板最厚的也才1.2mm左右。中国生产中高挡汽车钢板的能力有限，大部分是靠进口。所以轧钢电机在以后的钢

17、铁生产中应用会更加的广泛。磨机电机也是被广泛应用在很多行业，尤其是在煤矿和水泥行业的应用。由于我国的对煤矿和水泥的需求量高，磨机电机在煤矿行业和水泥行业的应用就很广泛了。磨机电机工作环境差，所以对电机的要求较高。此外还有风机电机，主要是应用是风扇、鼓风机；水泵电机主要是应用是水电站等。电机是为生产提供动力的，现代化生产离不开动力，也就离不开电机，虽然电机在目前的应用已经相当的广泛，但相信随着人们对环境质量等的要求提高，电机会被更加广泛的应用。第三节 电动机的常见故障及维修一、通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟1故障原因电源未通（至少两相未通）熔丝熔断（至少两相熔断）；过流继电器调得

18、过小；控制设备接线错误。2故障排除检查电源回路开关，熔丝、接线盒处是否有断点，修复；检查熔丝型号、熔断原因，换新熔丝；调节继电器整定值与电动机配合；改正接线。二、通电后电动机不转，然后熔丝烧断1故障原因缺一相电源，或定干线圈一相反接；定子绕组相间短路；定子绕组接地；定子绕组接线错误；熔丝截面过小；电源线短路或接地。2故障排除检查刀闸是否有一相未合好，可电源回路有一相断线；消除反接故障；查出短路点，予以修复；消除接地；查出误接，予以更正；更换熔丝；消除接地点。三、通电后电动机不转有嗡嗡声l故障原因定、转子绕组有断路（一相断线）或电源一相失电；绕组引出线始末端接错或绕组内部接反；电源回路接点松动，

19、接触电阻大；电动机负载过大或转子卡住；电源电压过低；小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬；轴承卡住。2故障排除查明断点予以修复；检查绕组极性；判断绕组末端是否正确；紧固松动的接线螺丝，用万用表判断各接头是否假接，予以修复；减载或查出并消除机械故障，检查是还把规定的接法误接为Y；是否由于电源导线过细使压降过大,予以纠正；重新装配使之灵活；更换合格油脂；修复轴承。四、电动机起动困难，额定负载时，电动机转速低于额定转速较多 1故障原因 电源电压过低；接法电机误接为Y；笼型转子开焊或断裂；定转子局部线圈错接、接反；修复电机绕组时增加匝数过多；电机过载。2故障排除测量电源电压，设法改善；纠正接法；检查开焊

20、和断点并修复；查出误接处，予以改正；恢复正确匝数；减载。五、电动机空载电流不平衡，三相相差大1故障原因重绕时，定子三相绕组匝数不相等；绕组首尾端接错；电源电压不平衡；绕组存在匝间短路、线圈反接等故障。2故障排除重新绕制定子绕组；检查并纠正；测量电源电压，设法消除不平衡；峭除绕组故障。六、电动机空载，过负载时，电流表指针不稳，摆动1故障原因笼型转子导条开焊或断条；绕线型转子故障（一相断路）或电刷、集电环短路装置接触不良。2故障排除 查出断条予以修复或更换转子； 检查绕转子回路并加以修复。七、电动机空载电流平衡,但数值大1故障原因 修复时，定子绕组匝数减少过多； 电源电压过高； Y接电动机误接为；

21、 电机装配中，转子装反，使定子铁芯未对齐，有效长度减短； 气隙过大或不均匀； 大修拆除旧绕组时，使用热拆法不当，使铁芯烧损。2故障排除 重绕定子绕组，恢复正确匝数； 设法恢复额定电压； 改接为Y； 重新装配； 更换新转子或调整气隙； 检修铁芯或重新计算绕组，适当增加匝数。八、电动机运行时响声不正常,有异响 1故障原因 转子与定子绝缘纸或槽楔相擦； 轴承磨损或油内有砂粒等异物； 定转子铁芯松动； 轴承缺油； 风道填塞或风扇擦风罩， 定转子铁芯相擦； 电源电压过高或不平衡； 定子绕组错接或短路。2故障排除 修剪绝缘，削低槽楔； 更换轴承或清洗轴承； 检修定、转子铁芯； 加油； 清理风道；重新安装置

22、； 消除擦痕，必要时车内小转子； 检查并调整电源电压； 消除定子绕组故障。九、运行中电动机振动较大1故障原因 由于磨损轴承间隙过大； 气隙不均匀； 转子不平衡； 转轴弯曲； 铁芯变形或松动； 联轴器（皮带轮）中心未校正； 风扇不平衡； 机壳或基础强度不够； 电动机地脚螺丝松动； 笼型转子开焊断路；绕线转子断路；加定子绕组故障。2故障排除 检修轴承，必要时更换； 调整气隙，使之均匀； 校正转子动平衡； 校直转轴； 校正重叠铁芯， 重新校正，使之符合规定； 检修风扇，校正平衡，纠正其几何形状； 进行加固； 紧固地脚螺丝； 修复转子绕组；修复定子绕组。十、轴承过热1故障原因 滑脂过多或过少； 油质不

23、好含有杂质； 轴承与轴颈或端盖配合不当（过松或过紧）； 轴承内孔偏心，与轴相擦； 电动机端盖或轴承盖未装平； 电动机与负载间联轴器未校正，或皮带过紧； 轴承间隙过大或过小； 电动机轴弯曲。2故障排除 按规定加润滑脂（容积的1/3-2/3）； 更换清洁的润滑滑脂； 过松可用粘结剂修复，过紧应车，磨轴颈或端盖内孔，使之适合； 修理轴承盖，消除擦点； 重新装配； 重新校正，调整皮带张力； 更换新轴承； 校正电机轴或更换转子。十一、电动机过热甚至冒烟1故障原因 电源电压过高，使铁芯发热大大增加； 电源电压过低，电动机又带额定负载运行，电流过大使绕组发热； 修理拆除绕组时，采用热拆法不当，烧伤铁芯； 定

24、转子铁芯相擦； 电动机过载或频繁起动； 笼型转子断条； 电动机缺相，两相运行； 重绕后定于绕组浸漆不充分； 环境温度高电动机表面污垢多，或通风道堵塞； 电动机风扇故障，通风不良；定子绕组故障（相间、匝间短路；定子绕组内部连接错误）。2故障排除 降低电源电压（如调整供电变压器分接头），若是电机Y、接法错误引起，则应改正接法； 提高电源电压或换粗供电导线； 检修铁芯，排除故障； 消除擦点（调整气隙或挫、车转子）； 减载；按规定次数控制起动； 检查并消除转子绕组故障； 恢复三相运行； 采用二次浸漆及真空浸漆工艺； 清洗电动机，改善环境温度，采用降温措施； 检查并修复风扇，必要时更换；检修定子绕组，消

25、除故障。第三章 电动机的故障诊断第一节 电动机的故障诊断方法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，满足工业控制要求，还必须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智能化的一个重要标志，对于工业控制系统具有较高的意义和使用价值。 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。专家系统方法通过建立系

26、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。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。第二节 PLC原理介绍及设备总体结构介绍一、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

27、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，PLC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

28、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。二、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 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

29、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

30、。(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。三、可编程序控制器PLC的分类对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。（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。 1.整体式 PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I

31、/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。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。 2.模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式P

32、LC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。 （2） 按功能分类：根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。1.低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输

33、出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。2.中档PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。 3.高档PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。 （3） 按I/O点数分类：根据PLC的I/O点数的多少

34、，可将PLC分为小型、中型和大型三类。 1.小型PLCI/O点数小于256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。 2. 中型PLCI/O点数2562048点；双CPU，用户存储器容量28K。 3.大型PLCI/O点数 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量816K .四、PLC的系统模块PLC系统模块包括CPU、I/O、电源模块和其他设备组成（1）I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，

35、输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。（2）电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电

36、源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）第三节 电动机的故障分析电机是机械设备的动力，在机械设备中占据重要的地位。因而加强电机检测是相当必要的。电机主要有转子、定子两大部分组成。因此电机的主要故障一般产生在轴承上，转子上和线圈上。（1）电机轴承故障：电机轴承检测是电机检测很重要的一部分，大部分的电机故障都是因为轴承出现故障而造成的。造成轴承故障的原因主要有轴承的磨损，保持架、滚珠。的断裂、剥落。故障的直接现象表现为振动值增大。轴承故障一般通过简易振动诊断可以判断。（2）转子故障：转子的故障产生的原因一般是因为转子失衡、轴弯曲和不对中等现象造成，故障的直接现象一般表现为电

37、机扫膛。检测它的故障需要精密诊断中的谱图分析，在它的转频上有一个最大的能量分布。（3）线圈故障：一般的线圈故障为线圈匝间短路或断路，线圈间短路和相间短路。绕组线圈导线的绝缘损坏，不相通的线匝间直接连通，形成低阻抗的环路，环内产生大电流，导致周围线圈绝缘加速老化，严重时烧毁电机。电机短路故障直接现象表现为电机启动困难或电机发热。用测温仪可以判断出短路的一相。 本文选择相间短路作为故障分析点，当出现相间短路时，报警灯闪烁，报警铃响。按下报警响应按钮后，报警灯常亮，警铃停止报警。第四节 电动机故障检测系统设计一、系统设计PLC系统设计前应分析生产工艺流程，确定被控制的对象。根据传感器和控制对象的工作

38、特性和技术指标，确定系统应该满足的控制要求。这些控制要求包括： （1）控制的基本方式。控制的基本要求包括行程控制、时间控制、速度控制、电流电压控制（信号来自各种传感器）等。 （2）需要完成的动作。需要完成的动作包括动作及其顺序、动作条件。 （3）操作方式。包括手动（手动点动，回原点），自动（单步运行、单周期运行、自动运行）以及必要的保护与报警、连锁与互锁、现场显示、故障诊断等。 （4）确定软件与硬件分工。控制系统的某些功能可以用硬件实现，也可以用软件实现，可以按照技术方案、经济性、可靠性等指标，选用硬件实现，或者同时选用。二、系统总体思路本文设计的目的是检测电机故障，选择三相异步电机的相间短路

39、作为故障检测点，按下电机开关后，电机不运行，执行此检测程序，测量UVW三根相线，如果正常则电机正常启动，如果出现相间短路，此时报警灯闪烁，警铃响，按下报警响应按钮后，报警灯常亮，警铃停止。修复后电机自动启动，按下报警复位按钮监控开始，持续监测。图3.1系统框图设计三、短路检测方法在检测接点加上交流电压220V，用并联的方法获取接点间的电压值。如果电压值为零，则表示此两接点间出现短路，如果电压值大于零就表示没有出现短路，电机继续启动。UV间短路情况的检测如图3.2所示。图3.2相线间短路情况的检测第五节 硬件设计一、确定系统中的I/O设备（1）根据系统控制要求，确定输入设备。输入设备包括拨码开关

40、、编码器、传感器、和主指令开关（含按钮、转换开关、行程开关、限位开关等）。（2） 根据控制要求，确定输出设备。输出设备包括接触器、继电器、电磁阀、信号灯、LED等，以及步进电机、伺服电机、变频电机控制器等，并了解与输出设备相连的电动机的控制要求。（3） 根据用户的I/O设备数量，确定PLC的I/O点数。系统中的输入输出设备如表3.1所示。表3.1系统中的输入输出设备输入量输出量电机开关报警铃报警响应按钮报警灯报警复位按钮电机启动继电器二、I/O点数的确定及PLC主单元的选型（1）I/O点数是PLC的一项重要指标。合理选择i/o点数既可以是系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。PLC的输入输出

41、点数和种类应该根据被控对象所需控制的模拟量、开关量等输入输出设备情况（包括模拟量、开关量等输入信号和需控制的输入设备数目和类型）来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上加上20%30%的备用量。实际设计时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。（2）PLC基本单元的选用。正确选择PLC的型号对于保证系统的技术性、经济性、可靠性、可扩展性至关重要。据此可以选用合适的PLC系列，并在该系列中选合适的型号。由表可知，本设计总共有三个开关量输入三个模拟量输入三个开关量输出。 加上应该留的余量，根据可编程控制器原理与应用表3-2

42、可以选择FX2N-16MR-001型号的PLC单元。FX2N-16MR-001为继电器输出单元，输入点数为8点，输出点数为8点，扩展模块可用点数为2432点。三、系统主模块外部接线设计绘制出PLC模块与I/O设备的连线图，考虑必要的安全措施。如互锁和连锁保护、过电压保护、过电流保护、电路保护等。根据系统的I/O设备以及控制要求，分析设计系统主模块外部电路如图3.3所示。图3.3系统主模块外部接线图四、系统特殊单元的选型及接线设计本设计需要用到模拟量输入模块。在选用时要注意一下几点：a.模拟量值得输入范围。模拟量的输入信号可以是电压信号或电流信号。标准值为05V、010V、-2.52.5V、-5

43、5V、020mA、420mA等。在选用时一定要注意与现场过程检测信号范围相对应。b.模拟量输入模块的分辨率、精度、转换时间等参数指标应符合具体的系统要求。c.在应用中要注意抗干扰措施。模拟量输入处理模块根据可编程控制器原理与应用表3-5选用FX2N-4AD特殊功能单元。FX2N-4AD的技术指标如表3.2所示。表3.2 FX2N-4AD的技术指标项目电压输入电流输入4通道模拟量输入。通过输入端子变换可选电压或电流输入模拟量输入范围DC-10+10V（输入电阻200k）绝对最大输入15kDC-20+20mA（输入电阻250）绝对最大输入32mA数字量输出范围带符号位的16位二进制（有效值11位）

44、。数值范围-2048+2047分辨率5mV（10V1/2000）20A(20mA1/1000)综合精确度1%（在-10+10V范围）1%（在-20+20mA范围）转换速度每通道15ms（高速转换方式时为每通道6ms）隔离方式模拟量与数字量间用光电隔离。从基本单元来的电源经DC/AC转换器隔离。个输入端子间不隔离模拟量用电源DC24V10% 55mA占有的I/O点数程序上为8点（作输入或输出点计算），由PLC供电的小号功率为5V，30mA根据系统控制要求模拟量输入模块有三个模拟量输入，分别是UV相间电压、UW相间电压、VW相间电压，因此模块的四个模拟量输入接口只需其三，由于输入电压范围为-101

45、0V，考虑到检测的误差要尽量小，所以所加的检测电压为220V交流电压。模拟量输入模块接线图如图3.4所示。系统总接线图见附录二所示。图3.4模拟量输入模块接线图五、系统电源设计PLC控制系统的电源除交流电源以外，还包括给光电传感器和直流电机供电的直流电源。一般情况下，交流电源可直接与电网相连，而输入设备的直流电源和输出负载的直流电源等最好分别采用独立的直流供电电源，系统电源设计图如图3.5所示。图3.5 系统电源设计图第六节 软件设计PLC软件的设计的基本流程如下：1. 制定控制方案2. 编制I/O分配表3. 定义模块功能4. 编写指令程序5. 软件调试一、程序流程图设计根据系统控制对程序的要求，设计出程序。运行流程图图3.6所示。图3.6程序运行流程图二、建立系统PLC的I/O地址的分配I/O地址分配如表3.4所示。表3.4 I/O地址分配表输入设备输入点编号输出设备输出点编号电机开关X000电机启动开关Y000报警响应按钮X001报警灯Y001报警复位按钮X002报警铃Y002三、