基于PLC的電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

施鵬

摘 要:PLC電機(jī)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外重要的工業(yè)生產(chǎn)流行設(shè)備,它具有大量的可編程設(shè)備儀器,能夠很方便進(jìn)行操作和管理。本文從PLC電機(jī)組成和工作原理的分析出發(fā),從對(duì)比當(dāng)前傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)和PLC系統(tǒng),并對(duì)電機(jī)故障作出了分析和處理方案。

關(guān)鍵詞:可編程控制器PLC系統(tǒng)控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)07(b)-0024-01

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(dòng)作,并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制,及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上,這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM(通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求,第二年,美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置,首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制,這就是第一代可編程序控制器,稱Programmable Controller(PC)。個(gè)人計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱PC)發(fā)展起來(lái)后,為了方便,也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn),可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。

PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位,在可預(yù)見的將來(lái),是無(wú)法取代的。國(guó)控制類產(chǎn)品市場(chǎng)PLC的占有率已超過(guò)50%,而且保持著10%～15%的發(fā)展速度。

1電機(jī)系統(tǒng)的組成和工作原理

PLC電機(jī)系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示,由上位計(jì)算機(jī)和1套PLC測(cè)控系統(tǒng)組成。PLC通過(guò)外部變送器、互感器與發(fā)電機(jī)組相連,發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓U、定子電流I為三相交流電,分別經(jīng)電壓互感器(PT)和電流互感器(CT)轉(zhuǎn)換成三相100V、5A的二次信號(hào),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流經(jīng)過(guò)分流器RS轉(zhuǎn)換成75mV信號(hào),再經(jīng)過(guò)三相功率(含有功、無(wú)功)變送器、三相電壓變送器、直流電流變送器轉(zhuǎn)換成與其成比例的0～10V電壓信號(hào)后輸入到PLC的模擬量模塊。模擬量經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換,然后根據(jù)互感器、變送器的變換比例計(jì)算出機(jī)端電壓U、轉(zhuǎn)子電流If、有功功率P和無(wú)功功率Q的等機(jī)組運(yùn)行量。

PLC每隔20ms采樣一次,每40ms將采樣的數(shù)據(jù)保存到故障數(shù)據(jù)區(qū)中。當(dāng)發(fā)生故障后,PLC記錄下故障發(fā)生以后的13s數(shù)據(jù),故障數(shù)據(jù)記錄過(guò)程結(jié)束。當(dāng)PLC接收到上位機(jī)發(fā)送來(lái)的傳送命令時(shí),PLC將記錄的故障數(shù)據(jù)通過(guò)串口通訊傳送給上位機(jī)。上位機(jī)將數(shù)據(jù)完整的接收下來(lái),經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理顯示出機(jī)組運(yùn)行量U、If、P、Q、Ug(電壓給定)在故障前7s、后13s的波形曲線,這樣就可以對(duì)發(fā)電機(jī)故障進(jìn)行分析了。

2PLC電機(jī)系統(tǒng)故障診斷分析

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(hào)檢測(cè)、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(shí)和專家?guī)?完成從故障特征到故障原因的識(shí)別工作。并通過(guò)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)的結(jié)構(gòu)同時(shí)包含電氣和機(jī)械兩部分,也可以說(shuō)是電氣和機(jī)械的結(jié)合點(diǎn)。所以說(shuō),它的故障要一分為二的分析。對(duì)電機(jī)的振動(dòng)故障原因也要分成兩部分。一般來(lái)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。

2.1 電機(jī)硬件故障

2.1.1 轉(zhuǎn)動(dòng)硬件故障

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。

2.1.2 機(jī)械故障

機(jī)械故障主要分為以下幾點(diǎn):聯(lián)動(dòng)部分軸系不對(duì)中,中心線不重合,定心不正確。與電機(jī)相聯(lián)的齒輪、聯(lián)軸器有毛病。電機(jī)本身結(jié)構(gòu)的缺陷和安裝的問題。電機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載傳導(dǎo)振動(dòng)。

2.1.3 電氣硬件故障

電氣硬件故障主要是由于電磁方面發(fā)生的,其主要包括了: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)。

2.2 電機(jī)軟件故障

2.2.1 模擬量故障的診斷

給像犁煤車一樣的模擬量信號(hào)進(jìn)行電機(jī)電流診斷故障,首先將通過(guò)模擬量模塊接受的電流變送器模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式信號(hào),再比較整定值或者系統(tǒng)的極限值,如果數(shù)字信號(hào)小于極限值,可以判斷發(fā)出信號(hào)的設(shè)備運(yùn)行正常;如果數(shù)字信號(hào)接近甚至達(dá)到極限值,發(fā)出信號(hào)的設(shè)備則出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)各個(gè)設(shè)備相應(yīng)參數(shù)的變化可以得出該設(shè)備的極限值。

2.2.2 各種故障信息的串行通信

利用串行通訊,上位機(jī)可以及時(shí)溝通PLC的內(nèi)部寄存器,讀取各種故障信息。上位機(jī)通過(guò)PLC的RS232通信接口進(jìn)行Host Link方式串行通信。上位機(jī)在通訊時(shí)想PLC先發(fā)出一幀包括操作命令,寄存類型,起始地址和即將要讀取的積存位置等信息的命令幀。PLC在收到命令幀后作出相應(yīng)的反應(yīng),如果PLC沒有錯(cuò)誤則向上位機(jī)作出包含了其所需要查詢的寄存器值的響應(yīng)幀。上位計(jì)算機(jī)通過(guò)讀取數(shù)據(jù)寄存區(qū)的值來(lái)獲取當(dāng)前PLC的工作狀況,同時(shí)上位計(jì)算機(jī)對(duì)PLC的控制也可通過(guò)對(duì)該區(qū)的寫操作來(lái)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。

3結(jié)語(yǔ)

PLC控制器具有功能強(qiáng)大的可編程控制方法,它可以針對(duì)大數(shù)據(jù)量交換以及實(shí)時(shí)性要求較高的控制系統(tǒng),IT技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)了以太網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì),同時(shí)也為工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展提供了更為廣闊的空間。在上述PLC控制器中,由于用數(shù)字信號(hào)替代模擬信號(hào),因而可實(shí)現(xiàn)一對(duì)電線上傳輸多個(gè)信號(hào)(包括多個(gè)運(yùn)行參數(shù)值、多個(gè)設(shè)備狀態(tài)、故障信息)同時(shí)又為多個(gè)設(shè)備提供電源,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以外不再需要A/D、D/A轉(zhuǎn)換部件,這樣大大減少了導(dǎo)線和連接附件,提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。

參考文獻(xiàn)

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