開題報告

電氣工程及自動化

基于PLC的電機故障診斷系統(tǒng)設(shè)計

一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義

電機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，為各種工農(nóng)業(yè)設(shè)備提供原動力，是電氣控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，給人們的生活帶來了極大的便利。電機故障診斷是一種了解和掌握機器在運行過程的狀態(tài)，確定其整體或局部正?；虍惓＃缙鸢l(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預(yù)報故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。

電機故障一旦發(fā)生，對工作人員的生命財產(chǎn)將會造成很大的損失和嚴重的后果，在一些特殊的行業(yè)甚至?xí)业慕?jīng)濟、軍事、政治等造成嚴重后果。同時由于電機是應(yīng)用于多行業(yè)的復(fù)雜系統(tǒng)，盡管在設(shè)計、研制階段已經(jīng)考慮了諸多因數(shù)、采取了有力措施，但由于設(shè)計、研制、加工工藝水平等因數(shù)等客觀條件的影響，甚至還要工作在無人值守、惡劣環(huán)境下，難免會發(fā)生電機故障。因此如何提高電機工作的可靠性和安全性已經(jīng)成為諸多行業(yè)關(guān)注的熱點問題。電機故障診斷系統(tǒng)正是適應(yīng)這一需求而發(fā)展起來的。

PLC，可編程邏輯控制器，作為一種數(shù)學(xué)運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，技術(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模仿式輸入/輸出控制各類型的機械或生產(chǎn)過稱。

基于PLC的電機故障診斷系統(tǒng)應(yīng)運而生。PLC是現(xiàn)在應(yīng)用最多最廣泛的一種控制裝置，利用PLC豐富的內(nèi)部資源和強大的功能指令，編制故障檢測報警程序，不僅可以替代繼電器實現(xiàn)相應(yīng)功能，還可以提高工作的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。PLC以被應(yīng)用到機械制造、冶金、礦業(yè)、輕工等各個領(lǐng)域，大大推進了機電一體化的進程，被人們稱為現(xiàn)在工業(yè)控制三大支柱之一。

PLC作為一種控制器，具有成熟穩(wěn)定可靠的性能，到目前為止其已經(jīng)在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。PLC系統(tǒng)的設(shè)計直接影響著工業(yè)控制系統(tǒng)的安全可靠運行。一個完善的PLC系統(tǒng)除了能夠正常運行外，滿足工業(yè)控制的要求，還必須能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時及時進行故障診斷和故障處理。故障自診斷功能是工業(yè)控制系統(tǒng)的智能化的一個重要標(biāo)志，對于工業(yè)控制具有較高的意義和實用價值。

現(xiàn)在,已經(jīng)研發(fā)出了性能比PLC更好更優(yōu)越的DCS

和

FCS

兩種控制系統(tǒng),并且PLC

控制系統(tǒng)也終將會被先進的控制系統(tǒng)--

FCS

--所取代,但是從現(xiàn)在的情況來看，今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi),PLC

控制系統(tǒng)還是會與先進的控制系統(tǒng)

DCS

和

FCS

共同存在,其原因主要有以下幾方面:(1)

企業(yè)的發(fā)展方向和需求?，F(xiàn)在大多數(shù)的企業(yè)都在朝著自動化、信息化、開放化的方向發(fā)展,但這并不等于要將現(xiàn)有PLC控制系統(tǒng)推倒重來。由于現(xiàn)代企業(yè)已經(jīng)投入了大量的人力和財力才形成的PLC

控制系統(tǒng)已經(jīng)成型,如果要完全推倒重來再建立新的DCS

或

FCS

控制系統(tǒng),不僅是重新需要大量資金的投入,還照成原來可利用資源的巨大浪費。(2)

市場需求來決定。由于目前市場的需求,很多軟件廠商都在考慮如何將現(xiàn)在已經(jīng)成型的PLC控制系統(tǒng)以及新建的廠級網(wǎng)絡(luò),以及開發(fā)控制系統(tǒng)所使用軟件,來滿足企業(yè)實現(xiàn)工廠自動化、信息化,從而可以為企業(yè)或工廠提供控制系統(tǒng)與管理網(wǎng)絡(luò)的集成。(3)PLC的功能和優(yōu)點來決定。PLC具有可靠性搞、抗干擾能力強、通用性強、靈活性好、功能齊全、編程簡單、使用方便、模塊化結(jié)構(gòu)、安裝簡便、調(diào)試方便等優(yōu)點，PLC的功能增強、結(jié)構(gòu)優(yōu)化,IO

模塊趨向智能化和分散化,編程工具和編程語言更具標(biāo)準化和高級化。(4)

PLC的聯(lián)網(wǎng)通信能力比較強,正在向高速化、層次化、信息化、可靠化及開放化的方面發(fā)展。(5)

現(xiàn)在的PLC

系統(tǒng)與

DCS

技術(shù)、現(xiàn)場總線IO技術(shù)相結(jié)合,結(jié)構(gòu)開放、擴展方便、技術(shù)先進、價格低廉。由以上分析可以預(yù)見,未來

PLC

正在向著功能化、集成化、智能化、標(biāo)準化、開放化等多方面方向發(fā)展,故

PLC

雖然面臨其它先進自動化控制系統(tǒng)的挑戰(zhàn),但與此同時PLC控制系統(tǒng)也在吸收它們的優(yōu)點,彼此間互相融合,不斷創(chuàng)新,在今后可預(yù)見的一段時間內(nèi)PLC控制系統(tǒng)將與其它先進控制系統(tǒng)共同存在,共同發(fā)。

電機故障診斷系統(tǒng)建立在基于PLC和上位計算機組成的控制系統(tǒng)上。PLC在故障診斷系統(tǒng)中的功能主要是完成設(shè)備故障信號檢測、預(yù)處理，轉(zhuǎn)化存儲并傳輸給上位計算機。上位計算機由于具有強大的科學(xué)計算功能，利用專家知識和專家?guī)?，完成從故障特征到故障原因的識別工作。并通過人機界面，給出故障位置，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。

國外對電機設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究始于60年代。雖然各國都很重視，但直到7O一8O年代，隨著傳感器、計算機、光纖等高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，設(shè)備在線診斷技術(shù)才真正得到迅速發(fā)展。加拿大、日本、前蘇聯(lián)等國陸續(xù)研制了變壓器、發(fā)電機的局部放電、泄漏電流等在線監(jiān)測系統(tǒng)，其中少數(shù)己發(fā)展成為正式產(chǎn)品。

我國對電機設(shè)備故障診斷技術(shù)的重要性也早己認識，60年代就提出過不少帶電試驗的方法，但由于操作復(fù)雜，測量結(jié)果分散性大而未得到推廣，直到80年代開始出現(xiàn)電機設(shè)備故障在線診斷技術(shù)的研究，在近1O多年來得到迅猛發(fā)展。除解析模型法外，基于信號處理和專家知識的故障診斷技術(shù)占很大成分，其中有相關(guān)函數(shù)高階統(tǒng)計量、頻譜分析等。然而這些分析方法局限于電機設(shè)備穩(wěn)態(tài)運行的故障診斷，對于起動、加速、制動等動態(tài)運行條件下實時診斷出電機設(shè)備的故障己越來越引起重視。信號處理方法中的熱點小波技術(shù)，具有良好的時頻局部化特征，能準確抓住瞬變信號的特征，因此在動態(tài)信號的分析上有著明顯的優(yōu)勢。另外，專家知識方法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)和能擬合任意連續(xù)非線性函數(shù)的能力，以及并行處理的能力，使它在處理非線性問題和在線估計方面有很強的優(yōu)勢。

二、課題的主要內(nèi)容和要求

（1）了解PLC的分類、發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用前景。

（2）分析電機各種故障產(chǎn)生的原因、現(xiàn)象以及發(fā)生故障時采取的措施。

（3）根據(jù)電機故障后果嚴重性將各種故障分為兩個等級。

（4）根據(jù)電機的故障等級，設(shè)計出基于PLC的電機故障診斷系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分。

三、研究步驟、方法及措施：

步驟及方法：

(1)了解PLC應(yīng)用于電機故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。

(2)了解PLC的發(fā)展、原理并分析PLC的構(gòu)成。

(3)PLC的選取以及系統(tǒng)框圖設(shè)計。

(4)電機故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計。

(5)得出結(jié)論。

措施：

圖書館查找相關(guān)的書籍、期刊、雜志等，通過上網(wǎng)尋找相關(guān)的一些資料，查看當(dāng)代對該技術(shù)的研究成果和最新的動態(tài)。然后通過對這些資料的學(xué)習(xí)和研究進一步的熟悉和理解設(shè)計所需的相關(guān)知識。在設(shè)計過程中及時與指導(dǎo)老師探討，對不了解的問題及時向老師請教。

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