6ES7515-2TN03-0AB0安装调试

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利用PLC设计故障诊断系统

1 引言

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。

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。

本文根据故障树推理与专家经验规则推理相结合的方法，以某火电厂输煤控制系统的设计为例，介绍了一种利用plc和上位计算机进行故障诊断的plc系统设计。

2 系统设计

故障诊断系统建立在基于plc和上位计算机组成的控制系统上。plc在故障诊断系统中的功能主要是完成输煤系统设备故障信号、预处理，转化存储并传输给上位计算机。上位计算机由于具有强大的科学计算功能，利用专家知识和专家库，完成从故障特征到故障原因的识别工作。并通过人机界面，给出故障定位，和解释故障诊断结果，并为操作员给出相应的排除故障的建议。

3 plc程序设计

在进行故障诊断设计时，首先必须对整个系统可能会发生的故障进行分析，得到系统的故障层次结构，利用这种层次结构进行故障诊断部分的设计。以火电厂输煤控制系统的故障结构为例。为了描述简单，这里作了一定的简化。图1为系统的故障层次结构。

系统故障结构的层次性为故障诊断提供了一个合理的层次模型。在进行系统的plc梯形图程序设计时，应充分考虑到故障结构的层次，合理安排逻辑流程。在引入故障输入点时应注意：必须将系统所有可能引起故障的检测点引入plc，以便系统能及时进行故障处理;应在系统允许的条件下尽可能多的将较底层的故障输入信息引入plc的程序中，以便得到更多的故障检测信息为系统的故障自诊断提供服务。

（1） 故障点的记录

为了得到系统的故障情况实现系统的故障自诊断，plc必须将所有故障检测点的状态反映给内部寄存器，图2是用来记录故障点的部分程序。

ir4.02是输入的io节点，表示a侧皮带信号，当输煤系统使用a侧皮带正常运行时4.02的值为1，当4.02变为0时，说明a侧皮带信号出了故障，此时利用上升沿微分指令记录这次的信号跳变。这样这次事故就记录在ir31.00中。程序设计中将ir31作为记录底层故障信息的寄存器，由于内部寄存器ir有16位，所以能够记录16种不同的故障原因。如果有更多的故障需要记录，可以设置多个寄存器字。需要说明的是，有时引起故障的原因可能不止一个，往往一个故障会引起另一些故障的发生，因此还有关键的一点是程序要能记录较先发生的故障。这也需要通过plc编程实现，程序只对较开始发生的故障敏感。

齿轮传动分为闭式齿轮传动、开式齿轮传动和半开式齿轮传动三种。齿轮传动是指由齿轮副传递运动和动力的装置，它是现代各种设备中应用较广泛的一种机械传动方式。它的传动比较准确，效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长。

扩展资料

按轮齿的齿廓曲线可分为渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动和圆弧齿轮传动等。由两个以上的齿轮组成的传动称为轮系。

根据轮系中是否有轴线运动的齿轮可将齿轮传动分为普通齿轮传动和行星齿轮传动，轮系中有轴线运动的齿轮就称为行星齿轮。齿轮传动按其工作条件又可分为闭式齿轮传动计算、开式和半开式传动。

把传动密封在刚性的箱壳内，并保证良好的润滑，称为闭式传动，较多采用，尤其是速度较高的齿轮传动，必须采用闭式传动。开式传动是外露的、不能保证良好的润滑，仅用于低速或不重要的传动。半开式传动介于二者之间

内齿轮副
由一个外齿轮和一个内齿轮组成的共轭齿轮副(图6-44)。多用于行星轮系中。常用内齿轮副有：平行轴内齿轮副(包括直齿、斜齿、人字齿)；相交轴内齿轮副；交错轴内齿轮副(用的较少)。内齿轮副和外齿轮副相比，有下列特点：结构紧凑、诱导曲率半径大、重合度大、瞬时啮合齿数多，工作平稳、噪声小；滑动系数小；承载能力大；目前内齿轮加工稍有困难，设计要求严格，否则可能发生各种干涉现象。

平行轴内啮合渐开线直齿圆柱齿轮副
由一个渐开线圆柱外齿轮和一个相配的渐开线圆柱内齿轮组成的平行轴齿轮副。其啮合特性除具有平行轴渐开线圆柱齿轮副的全部啮合特性外，还具有：共轭齿面呈凸凹啮合，诱导曲率半径大，接触强度高；滑动系数小，润滑条件优，抗胶合能力强，耐磨损；啮合齿数多，重合度大，噪声小，工作平稳；结构紧凑等特点，但设计较复杂，当参数选择不当时，可能引起啮合干涉或切齿干涉、安装干涉。

平行轴内啮合渐开线斜齿圆柱齿轮副
由相配的渐开线斜齿外齿轮与渐开线斜齿内齿轮组成的平行轴内啮合圆柱齿轮副。见“平行轴渐开线圆柱齿轮副”与“斜齿内齿轮副”。

内啮合人宇齿圆柱齿轮副
由相配的一个人字齿圆柱外齿轮与一个人宇齿圆柱内齿轮组成的齿轮副，一般是指“平行轴内啮合渐开线人字齿圆柱齿轮副”。它具有斜齿内齿轮副的所有啮合特性，又具有在工作过程中能自行平衡轴向力的性能。由于人字齿轮可采用较大的螺旋角，所以斜齿轮副的啮合特性更为明显。

渐开线少齿差内齿轮副
齿数差很少(z₂-z₁=l～4)的一对相啮渐开线齿轮组成的内齿轮副。多用于渐开线少齿差行星齿轮传动，而单独作为传动机构的少齿差内齿轮副则很少，因为它不但不能获得较大传动比，而且在设计、制造、安装等方面很麻烦。
渐开线少齿差内齿轮副用于渐开线少齿差行星齿轮传动时，齿数差Δz=z₂-z₁越小，传动比越大，对于 h_a^*=1、a=20°的渐开线内齿轮副Δz小到某一数值，将产生各种干涉现象。为了避免干涉，使内齿轮副正常工作，在设计少齿差内齿轮副时通常采用三种方法：其一，采用短齿，即使h_a^*＜1 ，常用的齿形参数是h_a^*=0.75～0.8，a=20°，c^*=0.3～0.45；其二，合理地采用变位方法和变位系数；其三，增大的齿形角，由于是标准参数，改变齿形角较为困难，很少应用。三种方法中第二种方法比较有效、合理，故较为常用。其具体变位方法的选择和设计计算可参考有关资料。内齿轮副的各种干涉现象和避免方法可参考有关条目。

啮合角为零时的内齿轮副
零齿差的内齿轮副，r_b1=r_b2，两基圆重合节点落在基圆上，r_b1=r₁′，r_b2=r₂′，这时啮合线和基圆公切绥的夹角为零，即啮合角a′=0。另外若设计的内齿轮副r_b1=r₁′，r_b2=r₂′，这时两基圆在P点内切，所以过节点P作的啮合角亦为零。由图6-45可知，当啮合角为零时，必然产生内齿轮副的齿廓重迭干涉。若用插齿加工也将产生顶切。为了避免a′=0时的齿廓重迭干涉，应采用负变位的外齿轮和正变位的内齿轮，或采用切向变位