一种故障诊断系统的通用平台设计
基于PLC电机故障诊断系统设计
摘要本文介绍了国内电机故障诊断系统设计以及存在的问题，同时介绍了可编程控制器的工作原理、选型依据。
设计了一种基于PLC电机故障诊断系统，并且详细介绍了所选用的西门子S7-200PLC以及同类型的S7-300、S7-400PLC，根据设计要求对PLC的输入输出I/O进行了分配，并且编写系统运行的梯形图。
准备开机时，按下开机按钮后，首先检测断路器状态，如果断路器初始状态为闭合，电机无法启动，并且声光报警。
如果断路器初始状态为断开，断路器合闸，电机开始启动。
在启动过程中，若发生一级故障，PLC进行相应的保护动作。
启动完成后，“电机开/关指示灯”亮，电机正常运行。
运行过程中，PLC依次循环检测电机是否发生相间短路、断相、低电压、单相接地、过负荷、过电流等故障，若有发生，PLC进行相应保护动作。
关机时，PLC接到关机命令后，断路器跳闸,“电机开/关指示灯”灭。
故障声光报警后，按“报警复位按钮”复位。
本设计的选题就是基于PLC的电机故障诊断系统设计。
关键词：故障诊断；PLC；电机AbstractThis paper introduces the domestic electrical fault diagnosis system design , as well as existing problems and introduces programmable controller at the same time the working principle and selection basis．A PLC-based design of the electrical fault diagnosis system design and detail on the choice of Siemens S7-200 PLC and the same type of S7-300 S7-400 PLC and according to the design requirements of the input and output of the PLC I/O for distribution and preparation of the ladder diagram system operation．Prepared to boot, press the button after boot, the circuit breaker status is detected first．If the circuit breaker initial state is closed, electrical does n’t start and sound and light alar m．If the circuit breaker initial state is disconnected , the circuit breaker close and the electrical start．Start in the process, if a failure occurred, the protection PLC correspond action．Start after the completion of “motor on/off indicator light”on , the electrical normal operate．Running process, PLC followed by motorcycle test whether there has been a phase short circuit, breaking phase, low-voltage, single-phase-to-ground, overload, over-current fault and so on．If occurred, PLC protection act accordingly shut down．PLC received shutdown orders,tripping circuit breakers,“motor on /off indicator light”eliminate．Fault sound and light alarm at the “alarm reset button”reset．This choice is based on the design of the motor PLC fault diagnosis system design．Key words：Fault Diagnosis；PLC；Motor目录1绪论 (5)1.1 PLC的应用以及选题的意义 (5)1.2 PLC应用于故障诊断系统的发展现状 (6)1.3故障诊断方法 (6)2PLC原理介绍及设备总体结构介绍 (7)2.1 PLC发展历程 (7)2.2 PLC控制系统的发展前景 (8)2.3 PLC的分类 (8)2.4 PLC的工作原理 (10)2.5 PLC的组成 (11)3可编程控制器系统设计 (15)3.1 可编程控制器系统设计原则 (15)3.2 可编程控制器系统设计步骤 (15)3.3 可编程控制器系统设计的基本内容 (17)3.4 可编程控制器控制系统的硬件设计 (17)3.5 可编程控制器控制系统的软件设计 (20)3.6 PLC的选取及介绍 (21)3.6.1 SIMATIC S7-200 PLC (21)3.6.2 SIMATIC S7-300 PLC (22)3.6.3 SIMATIC S7-400 PLC (23)3.6.4 工业通讯网络 (23)3.6.5 人机界面HMI (23)3.6.6 SIMATIC S7工业软件 (24)3.7 S7-200系列PLC的硬件配置 (25)3.7.1 CPU模块 (25)3.7.2 数字量扩展模块 (26)3.7.3 模拟量扩展模块 (27)3.7.4 通信模块 (28)3.7.5 编程器 (28)3.7.6 程序存储卡 (29)3.7.7 写入器 (29)3.7.8 文本显示器 (29)4 电机故障诊断系统设计 (30)4.1电机的故障 (30)4.2 电机的保护 (31)4.3 故障诊断系统设计 (33)4.3.1 系统硬件设计 (33)4.3.2 系统软件设计 (36)5 系统电源设计 (47)致谢 (49)参考文献 (50)附录 (51)1绪论1.1 PLC的应用以及选题的意义1.PLC的应用可编程控制器在发展初期由于价格较高，使它的应用受到了限制。
基于脚本语言的雷达故障诊断通用平台设计
第２ 卷 ９
ＶＯ１ ２９ ．
第４ 期
Ｎ Ｏ． ４
计算 机 工 程 与设 计
Ｃｏ ｕ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｄｅ ｉ ｎ ｍｐ ｔ ｒ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｓｇ
２０ 年 ２ ０８ 月
Ｆ ｂ．２ ０ ｅ ０ ８
和数 据 文 件 描 述 雷 达 各 模 块 的 静 、 态 模 型 及 结 构 框 图 。 利 用 脚 本 描 述 语 言 编 制 雷 达 故 障 诊 断 策 略 ， 平 台 能适 应 不 同 雷 动 使 达故 障诊 断 需 求 ， Ｂ 用 ＮＦ给 出 了主 要 描 述 语 句 的 文 法 。 在 系统 中 ， 述 语 言 的 使 用 使 得 系统 能很 容 易地 针 对 不 同 的 雷 达 故 描
Ｋｅ ｒ ｓ ｆ ｕ ｔ ｅ ｅ ｔ ｎ ｒ ｄ ； ｔ ｓ； ｄ ｓ ｒｐ ｉｎ ｌ ｇ ａ ｅ ｓ ｆ ｒ ｅ ａ ｃ ｉ ｃｕ ｅ ｄａ ｏ ｉ ｃｉ ； ａｔｆ ｉｌ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｌ ｄ ｔ ｃｉ ； ａ ａ ｏ ｒ ｅ ｔ ｅｃｉｔ ｏ ａ ｕｇ ； ｏｔ ｎ ｗａ ｈ ｔ ｔｒ ； ｉｇ ｓｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ａ ｔ ｃ ｒ ｉ ａ ｔｌ ｇ ｎ ｅ ｉｃ ｉ ｉ
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Ａｂｔａｔ ｏ ｅ ｇｎ ｒｌｅｔ ｌ ｆｒ ｆｒ Ｆ ｓ ｃ：Ａ ｎ ｖｌ ｅｅａ ｔｓｐａ ｏｍ ＤＩ（ ｄｒ ａ ｌｄｔｃ ｏ ｎ ｏ ｔ ｎ ｉ ｃｎｔ ｃ ｄｂｓｄｏ ｅｓｅｉｌ ｅｃｉｔ ｎ ｒ ｔ ｏＲ ｒ ａ ｕｔ ｅ ｔ ｎａ ｄｉ ｌ ｉ ） ｓ ｏ ｓｕ ｔ ａｅ ｎｔ ｃａ ｄｓｒ ｉ ａ ｆ ｅｉ ｓ ａｏ ｒ ｅ ｈ ｐ ｐｏ
船舶设备智能故障诊断通用平台的研究
一
个具体的诊断对象后 ， 可用多种诊断方法对该对
・
象进行诊断。 方便友好 的人机对话界面 ： 一个好的应用软 件应该有着简洁美观 的操作界 面 。 使得操作 简单 ， 便于用户掌握和使用 。
－
用奠定了坚实的基础。然而 ， 前一般的智能故障 目 诊断系统通常都是只针对某一个特定 的诊断对象 并且 只使用单一的诊断方法 ， 这就造成了使用上 的 局限性 一即当诊断对象改变或需要改变诊断方法
的极大浪费。因此 ， 提出了船舶设备故障诊断通用 平台这个概念 ， 目的就是为了解决 当前诊断系统 其 的以上弊端。 １１船 舶 设备故 障诊 断通 用 平台 的设 计 思路 ．
１２船 舶设 备故 障诊 断通 用平 台 的结构 和功 能 ．
系统在结构设 计上基本采用传统的专家 系统 的设计框架 ， 如图 １ 所示 。 人机接 口 提供用户与系统进行交互的界面 ， 方便用户对系统进行操作 。 知识获取系统 根据不同的推理方式 ， 把知识 按照不 同的方式进行表示 ， 并且可 以通过人机接 口 对数 据 库 和知识 库 中的 内容进 行查 看或 者修 改 。
时就 需要 重新 开发 系统 ， 就造 成 了人力 和财力 上 这
适应性强 ： 具有 良 的可维护性。 好 可靠性强 ： 当用户操作不 当时 ， 系统可 及时
－
向用户发出提示信息并保持系统的正常运行 ， 而不 是系统 的崩溃或非正常退出。
－
灵活开放 ： 系统具有可扩展性和可移植性。
彭 友 刘 玉连理工大学船舶工 程学院 Ｃ Ｍ教研室 Ａ
摘 要： 针对 目 前的诊断系统大多是面向单一的诊断对象和诊断方式， 提出了智能故障诊断通用平台的概念， 意在通
过此平 台实现全船设备的故障诊断。系统采用 Ｍａａ Ｖ ｔｂ和 ｃ混 合编程 的方式 ， Ｐ神经 网络 同专家 系统相结 合来构 造知 识 ｌ Ｂ 库并介绍 了此平 台的工作流程 。
MARKVI控制系统概述
MARKVI控制系统概述MARKVI控制系统是通用电气（GE）公司开发的一种集故障诊断、监控和控制于一体的先进控制系统。
它广泛应用于发电、石油化工、冶金和其他工业领域，用于控制和优化各种设备和过程。
本文将对MARKVI控制系统的概述进行详细介绍。
MARKVI控制系统的核心是一个基于现代化技术的硬件和软件平台。
它采用了先进的工业计算机技术、现场总线和可编程逻辑控制（PLC）等技术，具有强大的计算能力和高度灵活性。
它能够处理大量的数据，并实时监测和控制设备状态。
同时，它还具有良好的通信能力，可以与其他系统进行数据交换和共享。
MARKVI控制系统具有多种功能和特点。
首先，它能够对设备进行实时监测和诊断。
通过采集传感器数据和设备参数，它可以实时分析设备的工作状态，检测故障和异常，并及时报警。
其次，它还具有自适应和智能控制功能。
它能够根据不同的工况和运行要求，自动调节各个控制参数，以实现最佳的工作效果和能源利用率。
此外，MARKVI控制系统还具有数据存储和分析能力。
它可以将历史数据存储在数据库中，并进行统计和分析，以帮助用户优化设备和工艺。
MARKVI控制系统的应用范围非常广泛。
在发电行业，它可以应用于燃气轮机、蒸汽轮机、发电机等设备的控制和保护。
它可以实时监测设备运行状态，保证设备的安全和可靠运行。
在石油化工和冶金行业，MARKVI 控制系统可以用于控制和优化各种工艺过程，如反应器、蒸馏塔和管道系统等。
它可以实时监测各个过程参数，及时调整控制策略，以提高生产效率和产品质量。
在MARKVI控制系统中，还包含了一套完善的故障诊断和维护功能。
它可以通过检测设备的振动、温度、压力等参数，识别故障原因，并给出相应的解决方案。
同时，它还可以对设备的维护周期和保养计划进行管理，以提高设备的可靠性和使用寿命。
总之，MARKVI控制系统是一种功能强大、灵活性高、应用广泛的控制系统。
它的应用领域涵盖了各个工业领域，并可以满足不同设备和过程的控制和优化需求。
《基于边缘智能的数控装备故障诊断系统的设计与实现》
《基于边缘智能的数控装备故障诊断系统的设计与实现》一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，数控装备在生产线上扮演着越来越重要的角色。
然而，数控装备的复杂性和高精度要求使得其故障诊断变得尤为重要。
传统的故障诊断方法往往依赖于专业人员的经验和知识，无法满足快速、准确、实时诊断的需求。
因此，基于边缘智能的数控装备故障诊断系统的设计与实现成为了研究的热点。
本文旨在介绍一种基于边缘智能的数控装备故障诊断系统的设计与实现方法，以提高数控装备的故障诊断效率和准确性。
二、系统设计1. 总体架构设计本系统采用边缘计算架构，包括数据采集层、边缘计算层和应用层。
数据采集层负责实时采集数控装备的运行数据；边缘计算层负责对采集的数据进行处理和分析，实现故障诊断；应用层则负责将诊断结果呈现给用户，并提供人机交互界面。
2. 数据采集层设计数据采集层通过传感器和监测设备实时采集数控装备的运行数据，包括温度、压力、振动等。
数据采集后需要进行预处理，如去噪、滤波等，以保证数据的准确性和可靠性。
3. 边缘计算层设计边缘计算层是本系统的核心部分，采用深度学习、机器学习等人工智能技术对采集的数据进行处理和分析。
首先，通过训练模型对历史数据进行学习和分析，建立故障诊断模型；然后，将模型部署到边缘计算设备上，对实时数据进行故障诊断；最后，将诊断结果发送到应用层进行呈现。
4. 应用层设计应用层负责将诊断结果呈现给用户，并提供人机交互界面。
用户可以通过界面查看设备的运行状态和故障信息，同时可以进行远程控制和操作。
此外，应用层还可以提供数据存储和数据分析功能，为设备的维护和管理提供支持。
三、系统实现1. 数据采集与预处理数据采集采用传感器和监测设备进行实时采集，预处理采用数字信号处理技术对数据进行去噪、滤波等处理，以保证数据的准确性和可靠性。
2. 故障诊断模型的训练与部署采用深度学习、机器学习等技术对历史数据进行学习和分析，建立故障诊断模型。
基于PLC的电机故障诊断系统设计毕业论文
基于PLC的电机故障诊断系统设计毕业论文毕业设计论文题目基于PLC的电机故障诊断系统设计院系机电工程系专业机电一体化姓名 3学号 3指导教师 3任务与要求任务1明确控制要求确定控制方案2选择PLC类型3输入输出设备选择及输入输出点分配4设计调试5电机故障诊断控制系统的实现要求1介绍所使用PLC及控制系统涉及其它设备的基本情况2分析所设计控制系统的控制对象的工艺流程3确定IO表4设计硬件构成及接线5设计PLC控制程序6依照上述要求撰写毕业论文毕业设计论文进度计划表摘要本文介绍了国内电机故障诊断系统设计以及存在的问题同时介绍了可编程控制器的工作原理选型依据设计了一种基于PLC电机故障诊断系统并且详细介绍了所选用的西门子S7-200PLC以及同类型的S7-300S7-400PLC根据设计要求对PLC的输入输出IO进行了分配并且编写系统运行的梯形图准备开机时按下开机按钮后首先检测断路器状态如果断路器初始状态为闭合电机无法启动并且声光报警如果断路器初始状态为断开断路器合闸电机开始启动在启动过程中若发生一级故障PLC进行相应的保护动作启动完成后电机开关指示灯亮电机正常运行运行过程中PLC依次循环检测电机是否发生相间短路断相低电压单相接地过负荷过电流等故障若有发生PLC进行相应保护动作关机时PLC接到关机命令后断路器跳闸电机开关指示灯灭故障声光报警后按报警复位按钮复位本设计的选题就是基于PLC的电机故障诊断系统设计关键词故障诊断 PLC 电机AbstractThis paper introduces the domestic electrical fault diagnosis system design as well as existing problems and introduces programmable controller at the same time the working principle and selection basis．A PLC-based design of the electrical fault diagnosis system design and detail on the choice of Siemens S7-200 PLC and the same type of S7-300S7-400 PLC and according to the design requirements of the input and output of the PLC IO for distribution and preparation of the ladder diagram system operation．Prepared to boot press the button after boot the circuit breaker status is detected first．If the circuit breaker initial state is closed electrical doesnt start and sound and light alarm．If the circuit breaker initial state is disconnected the circuit breaker close and the electrical start．Start in the process if a failure occurred the protection PLC correspond action．Start after the completion of motor onoff indicator light on the electrical normal operate．Running process PLC followed by motorcycle test whether there has been a phase short circuitbreaking phaselow-voltage single-phase -to -ground overload over-current fault and so on．If occurred PLC protection act accordingly shut down．PLC received shutdown orders tripping circuit breakersmotor on off indicator light eliminate． Fault sound and light alarm at the alarm reset button reset．This choice is based on the design of the motor PLC fault diagnosis system design．KEY WORDFault DiagnosisPLC Motor目录第一章绪论 1第二章 PLC原理介绍及设备总体结构介绍 2 第一节 PLC发展历程 2第二节 PLC的分类3第三节 PLC的工作原理 4第四节 PLC的组成5第三章可编程控制器系统设计8第一节可编程控制器系统设计原则8第二节可编程控制器系统设计步骤8第三节可编程控制器控制系统的硬件设计 9 第四节 PLC的选取及介绍11第五节 S7-200系列PLC的硬件配置14第四章电机故障诊断系统设计18第一节电机的故障18第二节电机的保护19第三节故障诊断系统设计 21第五章系统电源设计33结论35致谢36参考文献37附录38第一章绪论可编程控制器在发展初期由于价格较高使它的应用受到了限制近年来PLC 应用范围迅速扩大主要原因是一方面由于微处理器芯片及相关元件的价格大大下降使得PLC的成本下降另一方面随着PLC的功能大幅度提高它能解决许多复杂的计算和通信问题使得PLC的应用范围日益扩大目前PLC已广泛应用于钢铁石油化工电力建材机械制造汽车轻纺交通运输环保以及文化娱乐等行业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的要求还必须能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的智能化的一个重要标志对于工业控制具有较高的意义和实用价值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提高工作可靠性及其系统的灵活性第二章 PLC原理介绍及设备总体结构介绍第一节 PLC发展历程随着工业自动化程度的不断提高使用继电器构成工业控制系统的缺陷不断地暴露出来首先是复杂的系统使用成百上千各种各样的继电器成千上万根导线只要一个电器一根导线出现故障系统就不能正常工作这就大大降低了这种接线逻辑系统的可靠性且系统维修及改造很不容易到了20世纪60年代末人们设想能否把计算机的通用灵活功能完善与继电-接触器控制系统的简单易懂使用方便生产成本低等特点结合起来生产出一种面向生产过程顺序控制可利用简单语言编程能让完全不熟悉计算机的人也能方便使用的控制器这一设想最早由美国最大的汽车制造商通用汽车公司于1968年提出根据以上要求美国数字设备公司在1969年首先研制出了全世界第一台可编程序逻辑控制器并简称为可编程控制器1971年日本从美国引进这项技术开始生产可编程控制器1973年西德法国等西欧国家也开始研制生产可编程控制器1974年我国开始研制可编程控制器并在1977年应用于工业生产从第一台PLC诞生至今大致经历了如下四次更新换代第一代PLC多数用1位机开发采用磁芯存储器存储仅具有逻辑控制定时计数等功能第二代PLC使用了8位微处理器及半导体存储器其产品逐步系列化功能也有所增强已能实现数字运算传送比较等功能第三代PLC采用了高性能微处理器及位片式中央处理单元工作速度大幅度提高同时促使其向多功能和联网方向发展并具有较强的自诊断能力第四代PLC不仅全面使用16位32位微处理器作为CPU内存容量也更大可以直接用于一些规模较大的复杂控制系统而且编程语言除了可使用传统的梯形图流程图等还可以使用高级语言外设也更加多样化许多软件厂商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第二节 PLC的分类一按结构形式分类按照结构形式的不同可分为整体式PLC和模块式PLC两种1．整体式PLC 整体式可编程控制器又称为单元式或箱体式它将中央处理单元存储器单元输入输出单元输入输出扩展接口单元和电源单元等集中安装在一个机箱内这种整体式结构的可编程控制器结构紧凑体积小价格低一般小型PLC 如单体设备的开关量自动控制和机电一体化产品都采用这种结构小型PLC的主要型号有三菱F1F2FX2FX0N等系列OMRON C系列P型袖珍机西门子S7系列等2．模块式PLC 模块结构形式将PLC各部分分成若干个单独的模块如CPU模块IO模块电源模块和各种其他功能模块然后组装在机架或母板上在机架或母板的底板上有若干个模块插座和连接这些插座的内部系统总线一些产品的机架或母板上还安装了与输入输出扩展机连接的接口插座这种模块式结构的可编程控制器配置灵活装配方便便于扩展和维修一般大中型PLC都采用这种结构适用于复杂过程控制系统的应用场合常见的有三菱公司的A1NA3N系列立石公司C系列C500C2000H和通用电气公司的90TM-7090TM-30等二按功能点数分类按功能输入输出点数和存储器容量不同可分为小型中型和大型PLC三类1小型PLC 小型PLC又称为低档PLC这类PLC的规模较小它的输入输出点数一般从20点到128点用户存储容量小于2KB具有逻辑运算定时计数移位及自诊断监控等功能有些还有少量的模拟量IO算术运算数据传送远程IO和通信等功能可用于开关量控制定时计数控制顺序控制及少量模拟量控制等场合通常用来代替继电器-接触器控制在单机或小规模生产过程中使用常见的小型PLC产品有三菱公司的F1FX0系列欧姆龙SP20系列和西门子公司的S5-100US7-200等2中型PLC 中型PLC的IO点数通常在128点至512点之间用户程序存储器的容量为2～8KB除具有小型机的功能外还具有较强的模拟量IO数字运算过程参数调节数据传送与比较数值转换中断控制远程IO及通信联网功能中型PLC适用于既有开关量又有模拟量的复杂控制系统如大型注塑机控制配料和称重等中小型连续生产过程控制常见的机型有三菱公司的A1S系列立石公司的C200HC500西门子公司的S5-115U等3大型PLC 大型PLC又称为高档PLCIO点数在512点以上其中IO点数大于8192点的又称为超大型PLC用户存储器容量在8KB以上除具有中型机的功能外还具有较强的数据处理模拟调节特殊功能函数运算监视记录打印以及强大的通信联网中断控制智能控制和远程控制等功能由于大型PLC具有比中小型PLC更强大的功能因此一般用于大规模过程控制分布式控制系统和工厂自动化网络等场合常见的如三菱公司的A3MA3N立石公司的C2000HAB公司的PLC-5以及西门子公司的S5-135US5-155US7-400等第三节 PLC的工作原理小型PLC的工作过程有两个显著特点周期性顺序扫描集中批处理周期性顺序扫描是可编程控制器特有的工作方式PLC在运行过程中总是处在不断循环的顺序扫描过程中由于可编程控制器的IO点数较多采用集中批处理的方法可以简化操作过程便于控制提高系统可靠性因此可编程控制器的另一个主要特点就是对输入采样执行用户程序输出刷新实施集中批处理一公共处理扫描阶段公共处理包括PLC自检执行来自外设命令对看门狗定时器清零等二输入采样扫描阶段这是第一个集中批处理过程在这个阶段中PLC按顺序逐个采集所有输入端子上的信号不论输入端子上是否接线CPU顺序读取全部输入端将所有采集到的一批输入信号写到输入映像寄存器中在当前的扫描周期内用户程序依据的输入信号状态均从输入映像寄存器中去取而不管此时外部输入信号的状态是否变化如果此时外部输入信号的状态发生了变化也只能在下一个扫描周期的输入采样扫描阶段去读取三执行用户程序扫描阶段这是第二个集中批处理过程在执行用户程序阶段CPU对用户程序按顺序进行扫描每扫描到一条指令所需的输入信息状态均从输入映像寄存器中读取而不是直接使用现场的立即输入信号对其他信息则是从PLC的元件映像寄存器中读取在执行用户程序中每一次运算的中间结果都立即写入元件映像寄存器中这样该状态马上就可以被后面将要扫描到的指令所利用对输出继电器的扫描结果也不是马上去驱动外部负载而是将其结果写入元件映像寄存器中的输出映像寄存器中待输出刷新阶段集中批处理所以执行用户程序阶段也是集中批处理过程四输出刷新扫描阶段这是第三个集中批处理过程当CPU对全部用户程序扫描结束后将元件映像寄存器中各输出继电器的状态同时送到输出锁存器中再由输出锁存器经输出端子去驱动各输出继电器所带的负载在输出刷新阶段结束后CPU进入下一个扫描周期第四节 PLC的组成一中央处理单元CPUPLC常用的CPU有通用微处理器单片机和位片式微处理器通用微处理器常用的是8位机和16位机如80808086M68008028680386等单片机常用的有803180518096等位片式微处理器常用的有AMD2901AMD2903等小型PLC大多采用8位微处理器或单片机中型PLC大多采用16位微处理器或单片机大型PLC大多采用高速位片式处理器PLC的档次越高所用的CPU的位数越多运算速度越快功能越强二存储器存储器主要用来存放系统程序用户程序和数据根据存储器在系统中的作用可将其分为系统程序存储器和用户存储器系统程序存储器用来存放制造商为用户提供的监控程序模块化应用功能子程序命令解释程序故障诊断程序及其他管理程序用户存储器是专门提供给用户存放程序和数据的所以用户存储器通常又分为用户程序存储器和用户数据存储器两个部分用户存储器有RAMEPROMEEPROM三种类型用户程序存储器用来存放用户编写的应用程序数据存储器用来存放控制过程中不断改变的信息如输入输出信号各种工作状态计数值定时值运算的中间结果等三输入输出模块及特殊功能模块1输入模块用来接收和采集输入信号输入信号有两类一类是由按钮开关行程开关数字拨码开关接近开关光电开关压力继电器等提供的开关量输入信号另一类是从电位器热电测速电机各种变送器送来的连续变化的模拟量输入信号输入模块还需要将这些不同的电平信号转换成CPU能够接收和处理的数字信号2输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号并把它转换成现场执行部件能接收的信号用来控制接触器电磁阀调节阀调速装置等控制的另一类负载是指示灯数字显示器和报警装置等3特殊功能模块随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展为了增强可编程控制器的功能扩大其应用范围生产厂家开发了许多供用户选用的特殊功能模块1 模拟量输入输出模块模拟量的输入在过程中应用很广泛如温度压力流量位移等工业检测都是对应电压电流大小的模拟量模拟量经传感器或变送器转换为标准信号输入模块用AD转换器将它们转换成数字量送给CPU进行处理因此模拟量输入模块又叫AD转换输入模块模拟量的输出模块是将CPU处理后的二进制数字信号转换为模拟电压或电流再去控制执行机构因此模拟量输出模块又叫DA 转换输出模块2 高速计数模块高速计数模块是工业控制中常用的智能模块之一它可以把过程控制变量如位置信号速度值流量值累计等送入可编程控制器这些参量的变化速度很快脉冲宽度小于可编程控制器扫描周期按正常扫描输入输出信号来处理会丢失部分参量因此使用脱离可编程控制器独立计数的高速计数器对这些参量进行计数高速计数模块可对几十kHz甚至上MHz的脉冲计数当计数器的当前值等于或大于预置值时输出被驱动3 PID过程控制模块比例积分微分控制模块是实现对连续变化的模拟量闭环控制的智能模块可将PID模块看作一个过程调节器在PID模块上有输入输出接口和进行闭环控制运算的CPU模块一般可以控制多个闭环4 通信模块可编程控制器的通信模块相当于局域网中的网络接口通过通信模块数据总线和可编程控制器的主机连接用硬件和软件一起来实现通信协议可编程控制器的通信模块一般配有几种接口可以通过通信模块上的选择开关进行接口选择实现与别的可编程控制器智能控制设备或计算机之间的通信四电源PLC配有开关式稳压电源模块用来将外部供电电源转换成使PLC内部的CPU 存储器和IO接口等电路工作所需的直流电源PLC的电源部件有很好的稳压措施因此对外部电源的稳定性要求不高小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体大中型PLC都有专用电源模块五外部设备接口外部设备接口是可编程控制器主机实现人－机对话机－机对话的通道通过它可编程控制器可以和编程器彩色图形显示器打印机IO扩展单元等相连也可以与其他可编程控制器或上位计算机连接外部设备接口一般是RS-232C或RS-422A 或RS-485串行通信接口该接口的功能是串行并行数据的转换通信格式的识别数据传输的出错校验信号电平的转换等六输入输出扩展单元输入输出扩展单元是可编程控制器输入输出单元的扩展部件当用户所需的输入输出点数或类型超出主机输入输出单元所允许的点数或类型时可以通过加接输入输出扩展单元来解决输入输出扩展单元与主机的输入输出扩展接口相连方式有两种类型简单型和智能型第三章可编程控制器系统设计第一节可编程控制器系统设计原则可编程控制器虽然是以微机技术为核心的一种控制装置但其工作方式与微机控制系统有很大的不同其主要区别是可编程控制器采用的是扫描工作方式和软继电器元件可编程控制器系统设计包括硬件设计与软件设计两个方面设计时可采用硬件与软件并行开发的方法这样可以加快整个系统的开发速度系统设计的主要内容及原则如下一硬件设计可编程控制系统硬件设计的内容主要包括PLC的选型输入输出设备选择控制柜的设计及各种图形的绘制等系统硬件设计应遵循的原则有如下几方面1充分发挥PLC的控制功能最大限度地满足控制系统的要求2力求控制系统经济实用操作方便3保证控制系统安全可靠4控制系统要具有可扩展性二软件设计可编程控制器系统软件设计的任务就是编写出能满足生产控制要求的PLC 用户应用程序即绘制出梯形图编制出指令语句表软件设计应遵循的原则有如下两方面1逻辑关系简明易读易改2少占内存空间减少扫描时间第二节可编程控制器系统设计步骤可编程控制器系统设计的一般方法和步骤的流程图如图31所示图31 PLC系统设计流程图第三节可编程控制器控制系统的硬件设计PLC的选择主要应从PLC的机型容量IO模块电源模块特殊功能模块通信联网能力等方面加以综合考虑一PLC机型的选择PLC机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下保证可靠维护使用方便力争具有最佳的性能价格比具体选择时应主要考虑以下几个方面1结构合理机型统一PLC主要有整体式模块式叠装式几种结构形式整体式PLC的每一个IO点的平均价格比模块式的便宜且体积相对较小因此在控制规模不大工艺过程固定环境条件较好的场合应优先考虑采用整体式PLC但模块式PLC在功能扩展方面优于整体式模块式PLC的选择余地都比整体式PLC大维修更换模块判断故障方面较方便因此一般用于控制功能较复杂的控制系统2功能与任务相适应对于只有开关量控制的场合当对控制速度要求不高时可选用一般的低档小型机具有逻辑运算定时计数等基本功能能满足相应的控制要求对于控制比较复杂控制要求较高的大中型控制系统例如要求实现闭环控制PID调节通信联网等功能时可视控制规模及复杂程度选用扫描速度快控制功能强联网通信能力强的中高档PLC3响应速度要求如果设备的实时性要求高或者某些功能或信号有特殊的速度要求时则应考虑PLC的响应速度或响应时间可选用扫描速度高的PLC或选用具有快速响应模块如高速计数模块和中断响应处理功能的PLC等二PLC容量的选择PLC的容量包括两个方面一是IO点数二是用户存储器容量1IO点数的选择首先根据被控对象的IO设备对所需的IO点数进行统计开关量输入点数与开关量输出点数之比可按32估算通常IO点数是根据统计的点数数据再加上10％～15％的裕量来确定以防系统方案的修改或功能的扩展2存储器容量的估算用户程序所需的存储容量大小不仅与PLC系统的IO点数运算处理量程序结构控制要求等因素有关而且还与功能实现的方法程序编写水平有关通常采用经验估算方法来估算经验估算方法是根据每个功能器件类型和IO点数统计所需程序容量的估算公式是存储容量字节开关量IO点数×10模拟量IO通道数×100三输入输出模块的选择输入模块的主要任务是将输入信号转换为合适的电平信号根据输入信号的类型不同输入模块分为直流5122448V等和交流115220V等形式一般情况下信号传输距离在10m以内的可选择直流5V的输入模块信号传输距离在10～30m可选用直流12V或24V的输入模块48V以上的适用于信号传输距离更远的情况输出模块的任务是将PLC内部信号转换为外部的控制信号输出模块的输出方式有继电器输出晶体管输出晶闸管输出三种可根据实际需要选取对开关频繁功率因数低的电感性负载可选用晶闸管输出方式其缺点是价格高过载能力差继电器输出方式适用于电压范围宽导通压降小的负载且价格便宜带载能力强其缺点是寿命短响应速度慢晶体管输出方式比较适合开关频繁功率因数低导通压降小的负载四电源模块的选择电源模块的选择仅对于模块式结构的PLC而言对于整体式PLC不存在电源的选择电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压电源模块的输出额定电流必须大于CPU模块IO模块和其他特殊模块等消耗电流的总和同时还考虑今后IO模块的扩展等因素电源输入电压一般根据现场的实际需要而定五模拟量IO模块及特殊功能模块的选择PLC的模拟量IO模块的主要功能是数据转换模拟量输出模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出至变频器阀门等装置典型模拟量IO模块的量程为-10～10V0～10V1～5V电压型及0～20mA4～20mA电流型等第四节 PLC的选取及介绍德国西门子公司生产的可编程控制器在我国的应用也相当广泛在冶金化工印刷生产线等领域都有应用西门子S7系列PLC体积小速度快标准化功能更强可靠性更高S7系列PLC 产品可分为微型PLC如S7-200小规模性能要求的PLC如S7-300和中高性能要求的PLC如S7-400等一SIMATIC S7-200 PLCS7-200PLC是超小型化的PLC它具有极高的可靠性丰富的指令集易于掌握便捷的操作丰富的内置集成功能实时特性强劲的通信能力丰富的扩展模块适用于各种场合中的检测监测及自动化控制的需要S7-200PLC的强大功能使其无论单。
故障诊断系统设计
“故障诊断系统设计”资料合集目录一、风力发电机叶片状态监测与故障诊断系统设计和实现二、基于ZigBee技术的设备状态监测与故障诊断系统设计三、风力发电机叶片状态监测与故障诊断系统设计和实现四、智能变电站变压器在线监测与故障诊断系统设计五、基于深度学习的故障诊断系统设计与实现六、数控机床远程实时故障诊断系统设计风力发电机叶片状态监测与故障诊断系统设计和实现随着可再生能源的日益普及，风力发电在能源结构中的地位日益重要。
风力发电机叶片作为风力发电系统的重要组成部分，其运行状态直接影响到整个系统的效率和安全性。
因此，对风力发电机叶片的状态进行实时监测和故障诊断，对于保障风力发电系统的稳定运行具有重要意义。
本文将介绍一种风力发电机叶片状态监测与故障诊断系统的设计和实现方法。
本系统采用分布式架构，主要由数据采集层、数据处理层和故障诊断层组成。
数据采集层负责采集风力发电机叶片的运行数据，包括振动、温度、压力等；数据处理层对采集到的数据进行预处理、特征提取和数据存储；故障诊断层根据处理后的数据，通过算法模型对叶片的运行状态进行判断，并对故障进行预警和诊断。
数据采集层采用高精度传感器和无线传输技术，实现对风力发电机叶片运行数据的实时采集。
传感器包括振动传感器、温度传感器、压力传感器等，用于监测叶片的振动、温度和压力等参数。
无线传输技术采用ZigBee或WiFi等无线通信技术，将传感器数据传输到数据处理中心。
数据处理层采用云计算技术，实现对海量数据的处理和分析。
云计算平台可以提供高效的数据存储和处理能力，对传感器数据进行预处理、特征提取和数据存储。
同时，数据处理层还提供数据可视化功能，方便用户对数据进行分析和解读。
故障诊断层采用机器学习和深度学习算法，对处理后的数据进行故障诊断和预警。
通过对历史数据的训练和学习，算法模型可以实现对风力发电机叶片运行状态的准确判断。
当检测到异常数据时，系统会及时发出预警信息，并给出故障诊断结果，帮助用户及时发现并解决问题。
设备性能监测与故障诊断系统设计与实现
设备性能监测与故障诊断系统设计与实现概述设备性能监测与故障诊断系统是一种用于监测设备运行状态和及时诊断故障的软件系统。
该系统通过使用传感器和数据采集设备来收集设备运行时的各种参数指标，并通过算法模型对这些数据进行分析和处理，从而实时监测设备性能和预测设备可能的故障情况。
本文将围绕设备性能监测与故障诊断系统的设计与实现进行详细阐述。
设备性能监测模块设计设备性能监测是设备性能监测与故障诊断系统中最重要的模块之一。
该模块负责实时监测设备运行时的各项性能指标，包括温度、电流、压力、转速等参数。
为了实现设备性能监测模块的设计，需要在设备上安装传感器，并将传感器采集的数据通过数据采集设备传输到系统中进行处理。
设备性能监测模块的设计需要考虑以下几个方面：传感器的选择、数据采集设备的选型、数据传输的方式等。
在传感器的选择方面，需要根据具体设备的特性和监测需求选择合适的传感器。
在数据采集设备的选型方面，可以选择基于嵌入式系统的采集设备，它具有小型化、低功耗、高集成度等特点。
数据传输可以通过有线或无线方式实现，需要根据实际应用场景选择适合的通信技术。
故障诊断算法设计故障诊断是设备性能监测与故障诊断系统中的关键环节。
故障诊断算法的设计需要结合设备的运行状态和监测数据进行分析和判断，进而实现对设备故障的预测和诊断。
常用的故障诊断算法包括基于模型的方法、基于规则的方法和基于机器学习的方法等。
基于模型的方法是将设备的运行状态建模为数学模型，并通过对比模型与实际监测数据的差异来判断设备是否存在故障。
基于规则的方法是根据已有的经验规则和专家知识，通过判断监测数据是否满足规则条件来诊断设备故障。
基于机器学习的方法则是通过训练样本数据来学习设备的正常运行状态，并通过与实际监测数据的对比来判断设备是否存在故障。
系统实现与优化设备性能监测与故障诊断系统的实现主要包括硬件设计和软件开发两个方面。
硬件设计包括传感器的选择和数据采集设备的选型，需要根据具体设备的特性和监测需求进行选择。
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一种故障诊断系统的通用平台设计
【摘要】采用规则推理、数据库技术、模糊识别理论相结合的方法，对远程终端的各种参数进行故障诊断，实现模糊专家故障诊断系统的通用平台设计。
整个故障诊断系统采用模块化结构设计，主要由系统管理模块、知识库管理模块、信息获取模块、诊断推理模块和诊断解释模块构成，在实际使用中取得良好效果。
【关键词】数据库；模糊识别；故障诊断
1.引言
随着科学技术的飞速发展，对水上交通安全助航设施的可靠性和安全性的要求越来越高。
水上交通安全助航设施的功能也越来越完善，自动化、数字化程度也越来越高，为保证水上交通安全助航设施系统安全、稳定、经济运行，其故障诊断和寿命预测也越来越重要。
因此，需要对水上安保系统的状态进行监控，确保每一个状态都属于其正常范围之内。
结合项目的特点及实际的项目开发经验，采用规则推理、数据库技术、模糊识别理论相结合的方法，对远程终端的各种参数进行故障诊断，实现整个水上安保系统的状态监控。
2.系统的整体设计
专家系统故障诊断法是指计算机在诊断过程中不断从综合数据库中搜索被诊断对象的信息，并综合运用知识库中的经验规则进行推理判断，从而快速地找到系统可能出现的故障[1]-[2]。
专家系统故障诊断法不依赖于系统的数学模型，而是根据人们长期的实践经验和大量的故障信息知识，设计出一套智能计算机程序，以此来解决复杂系统的故障诊断问题。
因此，结合实际情况，本文采用产生式的知识表示方法、模糊的推理机制，实现了模糊专家故障诊断系统的通用平台设计。
整个故障诊断系统采用模块化结构设计，其构成如图1所示，主要包括五个模块部分：系统管理模块、知识库管理模块、信息获取模块、诊断推理模块、诊断解释模块。
（1）系统管理模块
系统管理包括用户管理和专家管理。
规则库是专家系统的核心数据库，只有专家能够更改该数据库中的内容[3]。
系统将用户分为专家用户和普通用户两种，专家可进行规则库的查找、修改、增添、删除、更新等操作，普通用户只能对规则库进行查询。
（2）知识库模块
知识库用来存放领域专家提供的领域相关的知识，其中包括专家领域凭经验得到的试探性知识、书本知识和常识性知识等[4]。
其包括规则库管理和维护库管理，规则库管理包括规则条件，规则结论，规则可信度等管理；维护库管理包括诊断对象、诊断终端ID、维修建议等管理。
（3）信息获取模块
在专家系统开发中，信息获取是很重要的一个模块，通过人机交互方式获取有关信息，其包括设备的配置参数、时间范围等，并将其转化为适合于计算机的形式并送入综合数据库，或从综合数据库获取相关的诊断信息；同时也负责综合数据库的修改、扩充、删除、检索、查询和更新等。
人机界面：实现系统与用户交互的模块，使用户可以通过菜单选择和屏幕提示，方便地进行诊断、咨询，直观地了解诊断的情况。
综合数据库：专家系统中用于存储各类数据的“场所”，包括设备的配置参数、
实时状态数据、用户输入的事实等。
（4）诊断推理模块
在专家系统开发中，诊断推理模块是最重要的一个模块，其主要功能是对用户提供的证据进行推理，并且最终对用户所提出的特定问题做出回答。
采用规则推理、模糊识别的方式对水上安保系统的状态进行故障诊断，负责完成终端设置参数的分析、终端灯质的分析、终端电源报警的分析等功能。
（5）诊断解释模块
在完成数据的故障诊断后，诊断解释模块会告诉用户当前故障或解决故障的建议，用户也可通过解释模块得知与推理相关或不相关的知识，如推理过程或系统配置等。
3.知识的表示
3.1 知识的获取
系统采用最简单、最直接的知识获取方法，即通过领域工程师获取知识。
领域工程师通过与领域专家接触、交流，并在专家的指导下对实例知识以及必要的书本知识进行提炼与截取，然后把专家的经验知识以一种合适的计算机内部表示方式存入知识库。
3.2 模糊关系的表示
系统以产生式规则的模糊关系来描述知识：
IF C THEN R
其中C代表一组条件或状态，R代表一组结论或状态；其含义是：如果条件C得以“满足”，即为“真”，则可以得出结论R。
在进行故障诊断的推理时，先从初始的事实出发，用模糊匹配技术寻找合适的产生式规则的模糊关系，如果匹配成功，则这条产生式规则的模糊关系被激活，并导出新的事实；以此类推，直到得出故障结果[5]。
4.数据库的接口系统
系统采用VC++6.0开发的Windows应用程序，知识库利用小型数据库Access，通过ODBC机制方便地实现对数据库的操作。
采用VC++6.0开发专家系统具有以下优点：计算能力强，运行速度快，可处理工程领域专家系统中较复杂的问题；具有丰富的软件包和窗口图形软件，可设计出友好的、图文并茂的用户界面；应用面向对象开发方式，尤其是诊断推理模块的设计，易于系统的重构和扩充。
ODBC（open data base connectivity）可以使应用程序独立于具体的数据库，提供一个为各种数据库厂家支持的较一致的应用开发界面，有利于信息交换。
5.系统的实现
水上安保系统的故障原因众多，有确定的故障现象和故障原因，也有不确定的测量数据和试验结果，针对这一客观事实，采用基于规则推理、模糊识别的方式进行故障诊断，其总体推理流程如图2所示，需确定诊断的对象，若为终端信息的分析、终端数据分析，则用模糊识别进行信息的匹配，直到数据库中的所有相关信息搜索完毕，再将诊断结果入库并提供给界面显示；若为终端超时分析、终端报警分析，则用规则推理的方法进行数据的故障诊断，从数据库表中查询相关的规则并进行推理，直到规则匹配结束，然后，将诊断结果入库并提供给界面显示，必要时可提出相关的维修意见。
例如，电源过充/欠压分析的推理流程如图3所示，从数据库相应的表中读取需要进行诊断的数据值，与配置表中设置好的阀值进行比较，若出现异常，则记录并存入数据库中。
6.结束语
本文对Windows环境下通过VC++6.0与数据库Access相结合，实现对远程终端的各种参数进行故障诊断，实现模糊专家故障诊断系统的通用平台设计。
参考文献
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[3]史慧，王伟，高戈.智能故障诊断专家系统开发平台[J].计算机测量与控制2005（11）：1167.
[4]刘剑，陈一超，江虹.基于规则的通用专家知识库故障诊断方法[J].计算机与数字工程，2010（06）：72-73.
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[8]张华，王崇骏，叶玉坤.辅助诊断专家系统的设计和实现[J].计算机工程与应用，2004（18）：217-219.
资助项目：江西科技学院校级自然科学项目（编号：XYKT2011014）。