校平機(jī)生產(chǎn)線應(yīng)用PLC控制電機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)及原理

可編程邏輯控制器(PLC)廣泛的應(yīng)用于電機(jī)設(shè)備的控制系統(tǒng)中，這種邏輯控制技術(shù)集計(jì)算機(jī)微機(jī)、自動(dòng)化以及通信技術(shù)為一體的現(xiàn)代工業(yè)電機(jī)設(shè)備控制技術(shù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。電機(jī)系統(tǒng)的故障診斷主要建立在基于PLc和上位機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之上。PLc在校平機(jī)電機(jī)的故障診斷系統(tǒng)中的主要功能就是完成故障信號(hào)的處理、預(yù)處理、將信息轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)為數(shù)字信號(hào)，從而順利完成故障特征的判斷到專家系統(tǒng)給出完善的排除故障的建議。

1、PLC控制電機(jī)設(shè)備的基本原理

有的學(xué)者認(rèn)為在進(jìn)行電機(jī)故障診斷的同時(shí)，必須對(duì)系統(tǒng)可能發(fā)生的故障進(jìn)行層次化管理，然后利用這種層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行故障的診斷。在引人電機(jī)故障的過(guò)程中應(yīng)該要注意將引起故障的檢測(cè)點(diǎn)寫(xiě)人PLC程序之中。所以應(yīng)該在診斷系統(tǒng)允許的前提下，更多的將故障信息寫(xiě)人PLC控制程序中，從而可以提供自動(dòng)故障診斷服務(wù)。目前通常使用的方法為數(shù)據(jù)推理法和診斷模型法團(tuán)。對(duì)于數(shù)據(jù)推理法而言，通過(guò)對(duì)輸人信號(hào)然后與數(shù)據(jù)庫(kù)的信息進(jìn)行對(duì)比，判斷電機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否在正常的狀態(tài)。其次，診斷模型法通過(guò)對(duì)電機(jī)設(shè)備輸人和輸出信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)內(nèi)在關(guān)系式，從而實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤故障的判斷。

2、PLC遠(yuǎn)程控制診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法

2.1PLC故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)成及故障診斷過(guò)程本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。

在實(shí)際電機(jī)設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)模擬量的故障。對(duì)于此類故障應(yīng)該，首先利用電機(jī)故障診斷系統(tǒng)中的模擬量模塊，收到電流變速器的模擬信號(hào)，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，然后與系統(tǒng)中的極限值進(jìn)行對(duì)比，判斷其是否處于正常狀態(tài)。

2.2以PLC網(wǎng)絡(luò)控制為基礎(chǔ)的電機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

隨著電機(jī)PLC控制系統(tǒng)的自動(dòng)化不斷提高，尤其在電機(jī)控制比較重要的領(lǐng)域，除了要實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)意外，還應(yīng)該對(duì)電機(jī)的傳感器本身以及PLC的自身正常運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)故障進(jìn)行分級(jí)處理。所以一個(gè)典型的電機(jī)故障處理系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)步驟：1)對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)；2)對(duì)傳感器本身的狀態(tài)檢測(cè)；3)PLC自身故障分析；4)傳感器發(fā)送與接收信號(hào)的穩(wěn)定性；5)故障信息的存儲(chǔ)與相關(guān)信息的查閱；6)電機(jī)調(diào)試與維護(hù)功能的相關(guān)技術(shù)支持；7)對(duì)存在的故障進(jìn)行分級(jí)處理。如何實(shí)PLC在電機(jī)控制過(guò)程中的故障診斷和分級(jí)處理，從而提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。其次，PLC遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的三個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)為軟件和硬件方面。在軟件控制方面，ASP動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的程序編寫(xiě)相對(duì)比較容易，不需要人工語(yǔ)言的二次編譯，其次可實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)站上的直接訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)診斷故障系統(tǒng)的專家數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，十分簡(jiǎn)便；尤其在數(shù)據(jù)的傳輸方面，可以實(shí)現(xiàn)每臺(tái)電機(jī)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際數(shù)據(jù)和故障診斷情況，包括一些壓力信號(hào)、電流信號(hào)以及電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，從而能夠很好的建立起故障與客戶需求之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行很好的維修。最后在數(shù)據(jù)庫(kù)的硬件診斷方面，可以實(shí)現(xiàn)電子工藝材料方面的信息收集，比如電機(jī)轉(zhuǎn)子的疲勞服役壽命和現(xiàn)在的實(shí)際工況，材料在高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的強(qiáng)度是如何控制的，及時(shí)的對(duì)各項(xiàng)材料的基本疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而給予很好的材料使用壽命評(píng)價(jià)，使得電機(jī)的各項(xiàng)材料及時(shí)的發(fā)現(xiàn)疲勞損傷，然后進(jìn)行更換。

2.3PLC電機(jī)設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷模塊分析

PLC控制的校平機(jī)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)傳輸模塊是該系統(tǒng)軟件構(gòu)成的重要組成部分。PLC的功能要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，并通過(guò)上機(jī)位發(fā)給專家數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)很好的數(shù)據(jù)連接和分析。在專家?guī)斓臄?shù)據(jù)分析模塊中，經(jīng)常采用的分析方法包括了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法，時(shí)間序列分析法，數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言的編寫(xiě)以C++語(yǔ)言為主，都可以獨(dú)立的生成DLL文件模式，廣泛的讀寫(xiě)性保證了PLC控制電機(jī)的靈活性，能夠滿足日益復(fù)雜的使用環(huán)境和要求。可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)內(nèi)部模塊的組合，從而滿足電機(jī)設(shè)備故障診斷的需要。其次，在診斷中心數(shù)據(jù)庫(kù)方面，通過(guò)對(duì)電機(jī)設(shè)備診斷所得到的數(shù)據(jù)信息及其采集流程的分析，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并根據(jù)故障的實(shí)際情況反饋給電機(jī)設(shè)備制造商，找出

其中問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

2.4專家系統(tǒng)故障分析模塊

在傳統(tǒng)的故障信息專家系統(tǒng)中，由專業(yè)知識(shí)和推理機(jī)構(gòu)組成的專家系統(tǒng)，存在著搜索空間大，使用效率低的特點(diǎn)。在知識(shí)對(duì)象推理的過(guò)程中，內(nèi)部對(duì)專家系統(tǒng)和解釋器進(jìn)行了封裝，這樣就實(shí)現(xiàn)了在對(duì)象內(nèi)部的推理過(guò)程，大大提高了工作效率。根據(jù)故障診斷系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，知識(shí)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為故障節(jié)點(diǎn)。該系統(tǒng)的故障節(jié)點(diǎn)為最小單位，診斷信息在不同的故障節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳遞，并最終確定引起故障的原因。在系統(tǒng)故障的軟件測(cè)試部分，對(duì)象類型表示該故障節(jié)點(diǎn)在推理過(guò)程中的作用，主要可以分為根節(jié)點(diǎn)、葉節(jié)點(diǎn)和相對(duì)應(yīng)的推理節(jié)點(diǎn)。目前推理節(jié)點(diǎn)是故障診斷最為集中的節(jié)點(diǎn)，為推理過(guò)程提供的相關(guān)的技術(shù)信息，并對(duì)該節(jié)點(diǎn)是否存在故障進(jìn)行判斷，并結(jié)合檢測(cè)節(jié)點(diǎn)提供的信息進(jìn)行相關(guān)故障推理，找出出現(xiàn)問(wèn)題的具體原因。

以PLC為基礎(chǔ)的校平機(jī)機(jī)電設(shè)備故障檢測(cè)系統(tǒng)是典型的人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)，是一種基于智能化的檢測(cè)系統(tǒng)。其中系統(tǒng)的輸人模塊主要包括了機(jī)電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、控制指令系統(tǒng)和專家系統(tǒng)。PLC信息處理模塊要求能夠?qū)崿F(xiàn)故障信息系統(tǒng)的提取和分析，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的指令代碼。專家知識(shí)系統(tǒng)是整理和系統(tǒng)協(xié)作專家完成。控制模塊是PLC系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)系統(tǒng)提供的控制指令和專家知識(shí)進(jìn)行人機(jī)界面的交互工作，從而實(shí)現(xiàn)故障的定位和處理，采用PLC的故障處理系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3、自動(dòng)化電機(jī)的硬件與軟件故障

從轉(zhuǎn)動(dòng)部件的角度來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)動(dòng)部件存在的問(wèn)題主要包括了電機(jī)轉(zhuǎn)子、稠合器、傳動(dòng)輪的平衡問(wèn)題。對(duì)于這類故障主要包括了電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)平衡的問(wèn)題。當(dāng)遇到大型的傳動(dòng)輪和稠合器時(shí)，應(yīng)該與電機(jī)轉(zhuǎn)子單獨(dú)分開(kāi)進(jìn)行平衡測(cè)試。其次，造成不平衡的原因還有機(jī)械松動(dòng)，比如定銷的松動(dòng)，轉(zhuǎn)子綁扎不緊都會(huì)造成不平衡的故障。在電機(jī)的機(jī)械故障方面，電機(jī)轉(zhuǎn)子的聯(lián)動(dòng)部分不能夠進(jìn)行很好的對(duì)中，定心不明確。另外與電機(jī)相連的齒輪軸也會(huì)出現(xiàn)相關(guān)的故障。同時(shí)電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和安裝如果存在問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)械方面的故障。在電氣的硬件故障方面，主要體現(xiàn)在電機(jī)的電磁機(jī)構(gòu)方面，主要包括了交流電機(jī)的定子存在接線錯(cuò)誤的現(xiàn)象，線圈繞組短路，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)斷條的現(xiàn)象，另外轉(zhuǎn)子的氣隙不均勻同樣會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的劇烈震動(dòng)。在PLC軟件控制方面，通常會(huì)分為模擬量的故障和各種故障信息的串行通信。上位機(jī)與PLC進(jìn)行通訊的過(guò)程中，首先讓PLC發(fā)出操作命令，數(shù)據(jù)的寄存類型和保存地址。PLC上位機(jī)計(jì)算通過(guò)讀取數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前PLC運(yùn)行狀況的判斷。具體的PLC通信過(guò)程可以操作該區(qū)域的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)進(jìn)行完成。最后，PLC的編程通用性較強(qiáng)，使用也相對(duì)比較方便，抗干擾能力強(qiáng)，目前以PLC為基礎(chǔ)的電機(jī)故障診斷系統(tǒng)在電機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而且每年保持著10-15%的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。在這些故障診斷系統(tǒng)中，通過(guò)數(shù)字信號(hào)代替模擬信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)一對(duì)電線上傳輸多個(gè)信號(hào)，另外的現(xiàn)場(chǎng)診斷設(shè)備中，并不需要A/D轉(zhuǎn)換接口，這樣也就減少了外接線的鏈接，提高了設(shè)備的抗干擾能力。

電機(jī)自動(dòng)化程度的不斷提高，以PLC為基礎(chǔ)的故障診斷系統(tǒng)的研究引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，逐漸成為研究熱點(diǎn)。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的工作環(huán)境不斷的變化，PLC控制的電機(jī)開(kāi)始得到廣泛的應(yīng)用，可以很好的對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以PLC為基礎(chǔ)的電機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)進(jìn)行了深人的探究，在闡述PLC控制電機(jī)基本原理的基礎(chǔ)上，探討了如何從軟件和硬件的角度進(jìn)行電機(jī)故障的分析；其次對(duì)PLC遠(yuǎn)程控制診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了深人的探討，希望本文的研究能夠?qū)﹄姍C(jī)設(shè)備故障診斷的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制有所幫助。

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