开题报告
电气工程及自动化
基于PLC的电机故障诊断系统设计
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
电机在工农业生产中应用广泛，为各种工农业设备提供原动力，是电气控制系统中的重要环节，给人们的生活带来了极大的便利。电机故障诊断是一种了解和掌握机器在运行过程的状态，确定其整体或局部正常或异常，早起发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。
电机故障一旦发生，对工作人员的生命财产将会造成很大的损失和严重的后果，在一些特殊的行业甚至会对国家的经济、军事、政治等造成严重后果。同时由于电机是应用于多行业的复杂系统，尽管在设计、研制阶段已经考虑了诸多因数、采取了有力措施，但由于设计、研制、加工工艺水平等因数等客观条件的影响，甚至还要工作在无人值守、恶劣环境下，难免会发生电机故障。因此如何提高电机工作的可靠性和安全性已经成为诸多行业关注的热点问题。电机故障诊断系统正是适应这一需求而发展起来的。
PLC，可编程逻辑控制器，作为一种数学运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，技术与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模仿式输入/输出控制各类型的机械或生产过称。
基于PLC的电机故障诊断系统应运而生。PLC是现在应用最多最广泛的一种控制装置，利用PLC丰富的内部资源和强大的功能指令，编制故障检测报警程序，不仅可以替代继电器实现相应功能，还可以提高工作的可靠性和系统的灵活性。PLC以被应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个领域，大大推进了机电一体化的进程，被人们称为现在工业控制三大支柱之一。
PLC作为一种控制器，具有成熟稳定可靠的性能，到目前为止其已经在工业控制中得到广泛的应用。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外，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。
现在,已经研发出了性能比PLC更好更优越的DCS
和
FCS
两种控制系统,并且PLC
控制系统也终将会被先进的控制系统--
FCS
--所取代,但是从现在的情况来看，今后相当长的一段时间内,PLC
控制系统还是会与先进的控制系统
DCS
和
FCS
共同存在,其原因主要有以下几方面:(1)
企业的发展方向和需求。现在大多数的企业都在朝着自动化、信息化、开放化的方向发展,但这并不等于要将现有PLC控制系统推倒重来。由于现代企业已经投入了大量的人力和财力才形成的PLC
控制系统已经成型,如果要完全推倒重来再建立新的DCS
或
FCS
控制系统,不仅是重新需要大量资金的投入,还照成原来可利用资源的巨大浪费。(2)
市场需求来决定。由于目前市场的需求,很多软件厂商都在考虑如何将现在已经成型的PLC控制系统以及新建的厂级网络,以及开发控制系统所使用软件,来满足企业实现工厂自动化、信息化,从而可以为企业或工厂提供控制系统与管理网络的集成。(3)PLC的功能和优点来决定。PLC具有可靠性搞、抗干扰能力强、通用性强、灵活性好、功能齐全、编程简单、使用方便、模块化结构、安装简便、调试方便等优点，PLC的功能增强、结构优化,IO
模块趋向智能化和分散化,编程工具和编程语言更具标准化和高级化。(4)
PLC的联网通信能力比较强,正在向高速化、层次化、信息化、可靠化及开放化的方面发展。(5)
现在的PLC
系统与
DCS
技术、现场总线IO技术相结合,结构开放、扩展方便、技术先进、价格低廉。由以上分析可以预见,未来
PLC
正在向着功能化、集成化、智能化、标准化、开放化等多方面方向发展,故
PLC
虽然面临其它先进自动化控制系统的挑战,但与此同时PLC控制系统也在吸收它们的优点,彼此间互相融合,不断创新,在今后可预见的一段时间内PLC控制系统将与其它先进控制系统共同存在,共同发。
电机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设备故障信号检测、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，给出故障位置，报告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。
国外对电机设备故障诊断技术的研究始于60年代。虽然各国都很重视，但直到7O一8O年代，随着传感器、计算机、光纤等高新技术的发展与应用，设备在线诊断技术才真正得到迅速发展。加拿大、日本、前苏联等国陆续研制了变压器、发电机的局部放电、泄漏电流等在线监测系统，其中少数己发展成为正式产品。
我国对电机设备故障诊断技术的重要性也早己认识，60年代就提出过不少带电试验的方法，但由于操作复杂，测量结果分散性大而未得到推广，直到80年代开始出现电机设备故障在线诊断技术的研究，在近1O多年来得到迅猛发展。除解析模型法外，基于信号处理和专家知识的故障诊断技术占很大成分，其中有相关函数高阶统计量、频谱分析等。然而这些分析方法局限于电机设备稳态运行的故障诊断，对于起动、加速、制动等动态运行条件下实时诊断出电机设备的故障己越来越引起重视。信号处理方法中的热点小波技术，具有良好的时频局部化特征，能准确抓住瞬变信号的特征，因此在动态信号的分析上有着明显的优势。另外，专家知识方法的神经网络具有自学习和能拟合任意连续非线性函数的能力，以及并行处理的能力，使它在处理非线性问题和在线估计方面有很强的优势。
二、课题的主要内容和要求
（1）了解PLC的分类、发展现状和应用前景。
（2）分析电机各种故障产生的原因、现象以及发生故障时采取的措施。
（3）根据电机故障后果严重性将各种故障分为两个等级。
（4）根据电机的故障等级，设计出基于PLC的电机故障诊断系统，包括硬件部分和软件部分。
三、研究步骤、方法及措施：
步骤及方法：
(1)了解PLC应用于电机故障诊断系统的发展状况。
(2)了解PLC的发展、原理并分析PLC的构成。
(3)PLC的选取以及系统框图设计。
(4)电机故障诊断系统的设计。
(5)得出结论。
措施：
图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。
四、参考文献
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