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山西工程技术学院毕业设计说明书学生姓名：李彪学号：180533023专业：机械电子工程指导教师：刘爱萍所属系（部）：机械电子工程系二二年五月1山西工程技术学院毕业设计（指导教师）评阅书题目：基于PLC的电动机故障保护系统设计 机械电子工程 系机械电子工程专业 姓名李彪设计时间：2020年02月17日 2020年05月22日 评阅意见：成绩： 指导教师：（签字） 职务：年月日山西工程技术学院毕业设计（同行教师）评阅书题目：基于PLC的电动机故障保护系统设计 机械电子工程系机械电子工程专业 姓名李彪设计时间：2020年02月17日 2020年05月22日 评阅意见：评分内容具体要求分值得分说明书工作量字数2.5万字以上得20分；2万字以上，不足2.5万字得15分；2万字以下的10分。20图纸工作量图纸折合4张A0及以上得20分；不足4张A0，达3张以上，得15分；3张以下得10分。20说明书质量内容完整，装订顺序正确，结构合理，文字通顺；目录、字体、字号、行距等符合要求，公式、插图、表格使用合理；文献翻译质量、篇幅符合规定要求。存在02处错误得30分；35处错误得20分；5处以上得15分。30图纸质量图纸组成元素完整，表达方式合理，图框、标题栏、线型、线宽及字体字号符合相关标准。存在02处错误得30分；35处错误得20分；5处以上得15分。30总分（百分制）100成绩： 评阅教师：（签字） 职务：年月日山西工程技术学院毕业设计答辩记录及成绩评定表机械电子工程系机械电子工程专业 姓名李彪答 辩 内 容问题摘要答辩情况 记录员： （签名）成 绩 评 定指导教师成绩评阅教师成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为20%，评阅教师为30%，答辩组为50%。 专业答辩组组长：（签名） 年月日目 录摘 要iAbstractii1 引言11.1 PLC的应用以及选题的意义11.1.1 PLC的应用11.1.2 完成本题的目的和意义11.2 PLC应用于故障诊断系统的发展现状21.3 故障诊断方法2（1）基于小波分析的故障诊断方法2（2）专家系统故障诊断方法22 PLC原理介绍及设备总体结构介绍42.1 PLC发展历程42.2 PLC控制系统的发展前景52.3 PLC的分类51 按结构形式分类52 按功能、点数分类62.4 PLC的工作原理71 公共处理扫描阶段72 输入采样扫描阶段73 执行用户程序扫描阶段74 输出刷新扫描阶段82.5 PLC的组成83 可编程控制器系统设计113.1 可编程控制器系统设计原则113.2 可编程控制器系统设计步骤113.3 可编程控制器系统设计的基本内容123.4 可编程控制器控制系统的硬件设计123.4.1 PLC机型的选择123.4.2 PLC容量的选择143.5 可编程控制器控制系统的软件设计153.6 PLC的选取及介绍163.6.1 SIMATIC S7-200 PLC163.6.2 SIMATIC S7-300 PLC173.6.3 SIMATIC S7-400 PLC183.6.4 工业通讯网络183.6.5 人机界面HMI183.6.6 SIMATIC S7工业软件193.7 S7-200系列PLC的硬件配置193.7.1 CPU模块203.7.2 数字量扩展模块213.7.3 模拟量扩展模块213.7.4 通信模块223.7.5 编程器223.7.6 程序存储卡223.7.7 写入器223.7.8 文本显示器234 电机故障诊断系统设计244.1 电机的故障244.2 电机的保护254.3 故障诊断系统设计274.3.1 系统硬件设计274.3.2 系统软件设计304.3.3 主程序：324.3.4 子程序334.4 编程软件364.4.1 PLC的编程语言364.4.2 STEP7-Micro/WIN编程软件介绍374.4.3 编写用户程序384.5 仿真软件S7-200 Simulation385 系统电源设计426 MCGS画面设计436.1 MCGS组态软件的相关简介436.2 MCGS的构成436.2.1 MCGS组态软件的系统构成436.2.2 MCGS组态软件界面简介456.3 MCGS组态软件的功能和特点466.4 MCGS组态软件的工作方式476.5 MCGS组态软件的操作方式486.6 新工程项目的一般构建过程516.7 创建项目和画面526.7.1 建立工程526.7.2 画面设计及动画连接536.8 画面制作54结 论55参考文献57外文文献59中文译文651.Nitin D. Sonawane，652.A.M.Jain教授，65致 谢70基于PLC的电动机故障保护系统设计摘 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：电机；PLC；故障诊断iDesign of Motor Fault Protection System Based on PLCAbstractThis paper introduces the system design and existing problems of domestic motor fault diagnosis,and also introduces the working principle and type selection basis of programmable controller. A fault diagnosis system based on PLC motor is designed,and the selected Siemens S7-200 PLC and the S7-300 and S7-400 PLC of the same type are introduced in detail. According to the design requirements,the input and output I/O of PLC are allocated. And write the ladder map of the system operation. When ready to boot,after pressing the boot button,first detect the circuit breaker status,if the initial state of the circuit breaker is closed,the motor can not start,and the sound and light alarm. If the initial state of the circuit breaker is disconnected,the circuit breaker closes and the motor starts. In the start-up process,if a primary failure occurs,the PLC performs corresponding protection actions. After the start-up is completed,the motor on/off indicator light is on and the motor is running normally. During the operation,PLC circulates to detect whether the motor has faults such as interphase short circuit,broken phase,low voltage, single phase grounding,overload overcurrent,etc. If it occurs,PLC performs corresponding protection actions. When the power off, PLC received the power off command,circuit breaker trip,motor on/off indicator light out. After the fault acoustic light alarm,press the alarm reset button reset. The choice of this design is based on PLC fault diagnosis system design of the motor.Key words: motor；PLC；Fault diagnosisI山西工程技术学院-毕业设计说明书1 引言1.1 PLC的应用以及选题的意义1.1.1 PLC的应用PLC是以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，随着微处理器技术的发展，PLC得到了迅速的发展，也在社会各领域的生产中得到了越来越多的应用。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PLC在各个行业使用情况大致可归纳为如下几类：（1）开关量的逻辑控制（2）模拟量控制（3）运动控制（4）数据处理（5）通信及联网（6）过程控制1.1.2 完成本题的目的和意义三相异步电机是工农业生产中最常见的电气设备，其作用是把电能转换为机械能，其结构简单，起步方便，体积较小，工作可靠，坚固耐用，便于维护和检修，使用非常广泛。三相异步电动机常常运行在十分恶劣的环境下，易导致过流、短路、缺相、过载等故障，对于应用于大型工业设备重要场合的大功率电动机来说，一旦发生上述故障将会造成无法估量的损失。因此电动机的故障保护在生产中起着至关重要的作用。随着故障诊断技术的发展，以检测、识别、预测和干预为核心的先进的故障诊断技术得到了广泛的应用，不但能够及时准确地诊断出故障，而且可以采取相应的对策，保证系统的安全性和可靠性。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，不仅可以替代继电器实现相应功能，还可以提高工作可靠性及其系统的灵活性。本设计的选题就是基于PLC的电机故障诊断系统设计。1.2 PLC应用于故障诊断系统的发展现状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。传统的中小型电动机保护主要采用熔断器/接触器和断路器及热继电器等的保护系统设计组合来执行的，其中采用熔断器及热继电器的电动机故障保护应该说是最廉价的，但当电动机发生故障或熔丝选择不当等原因使熔断器相熔断时就会使电动机缺相运行而使事故进一步扩大，造成电动机烧毁为了解决此种情况，人们利用现代电力电子技术，从多功能集成化方面努力，研制和推出了批新型的电子模拟式保护器。但由于它的抗干扰能力差，动作特性与电机热曲线不协调，反时限特性并不明显优于热继电器，容易造成拒动或误动影响产品的性能及质量。随着计算机技术的发展，微机保护更趋于智能化、单元化、在线化。利用微处理器实现电动机保护的多功能化和智能化已成为今后发展的方向。PLC在电动机故障保护上的优点：可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便。1.3 故障诊断方法（1）基于小波分析的故障诊断方法小波分析是20世纪80年代发展起来的新的数学理论和方法，它被认为是傅里叶分析方法的突破性进展。小波分析优于傅里叶之处在于：小波分析在时域和频域同时具有良好的局部化性质。小波分析方法是一种窗口大小固定但其形状、时间窗和频率都可以改变的时频局部化分析方法，即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率。因此，小波变换被誉为分析信号的显微镜。小波分析在信号处理、图像处理、语音分析、模式识别、量子物理、生物医学工程、计算机视觉、故障诊断及众多非线性科学领域都有广泛的应用。（2）专家系统故障诊断方法专家系统故障诊断方法，是指计算机在采集被诊断对象的信息后，综合运用各种规则，进行一系列的推理，必要时还可以随时调用各种应用程序，运行过程中向用户索取必要的信息后，就可快速地找到最终故障或最有可能的故障，再由用户来证实。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。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，不仅可以代替继电器实现相应功能，还可以提高工作可靠性及其系统的灵活性。2 PLC原理介绍及设备总体结构介绍2.1 PLC发展历程在PLC产生之前，工业控制设备的主流产品是以继电器、接触器为主体的控制装置，简称继电器控制系统。所谓继电器控制系统就是用导线把各种继电器、接触器、开关及其触点，按一定的逻辑关系连接起来所构成的控制系统。它具有价格低廉、对维护技术要求不高的优点，适用于工作模式固定、控制要求简单的场合。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；其次是这样的系统维修及改造很不容易，特别是技术改造。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。2.2 PLC控制系统的发展前景现在，虽然出现了性能更加优越的DCS和FCS控制系统，PLC控制也终将会被先进的FCS控制所取代，但是目前以及今后相当长的一段时间，PLC还会与DCS和FCS共存，这主要基于以下原因：（1） 现在企业的确正在朝着自动化、信息化、开放化的方向发展，但这并不意味着要将现有控制系统推倒重来，企业投入大量的人力和财力建立起来的PLC控制系统已经成型，如果要完全推翻再建立新的DCS和FCS控制系统，需要更大的资金投入，将造成很大的浪费。（2） 基于以上市场需求，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。（3） 目前，PLC的功能增强、结构优化，I/O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。（4） 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。（5） 现在的PLC系统与DCS技术、现场总线I/O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将朝着多功能化、集成化、智能化、标准化、开放化的方向发展，故PLC虽然面临其它自动化控制系统的挑战，但同时也在吸收它们的优点，互相融合，不断创新，在今后一段时间内将与其它先进控制方式并存，共同发展。2.3 PLC的分类目前国内外PLC生产厂家众多，产品更是品种繁多，其型号、规格和性能也各不相同。一般说来，PLC可以根据它的结构形式、输入/输出点数以及功能范围来进行分类。1 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F1、F2、FX2、FX0N等系列，OMRONC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、I/O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A1N、A2N、A3N系列，立石公司C系列C500、C1000H及C2000H和通用电气公司的90TM-70、90TM-30等。2 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。其中输入/输出点数小于64点的PLC又称为超小型机。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I/O、算术运算、数据传送、远程I/O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F1、F2、FX0系列，欧姆龙SP20系列和西门子公司的S5-100U、S5-95、S7-200等。（2）中型PLC中型PLC的I/O点数通常在128点至512点之间，用户程序存储器的容量为28KB，除具有小型机的功能外，还具有较强的模拟量I/O、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I/O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C200H、C500，西门子公司的S5-115U等。（3）大型PLC大型PLC又称为高档PLC。I/O点数在512点以上，其中I/O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A3M、A3N，立石公司的C2000H，AB公司的PLC-5以及西门子公司的S5-135U、S5-155U、S7-400等。2.4 PLC的工作原理虽然可编程控制器的基本组成及工作原理与一般微机相同，但其工作过程与微机有很大差异。小型PLC的工作过程有两个显著特点：周期性顺序扫描；集中批量处理。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I/O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。1 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。2 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。3 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。4 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。2.5 PLC的组成1 中央处理单元（CPU）与通用计算机一样，中央处理单元CPU是PLC的核心部件，它的主要作用是控制整个系统协调一致地运行。它解释并执行用户及系统程序，并通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能。PLC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8080、8086、M6800、80286、80386等；单片机常用的有8031、8051、8096等；位片式微处理器常用的有AMD2901、AMD2903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。2 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RAM、EPROM、EEPROM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。3 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A/D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A/D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D/A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。4 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I/O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。5 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、I/O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。对于一些小型可编程控制器，外部设备接口还有与专用的编程器连接的并行数据接口。6 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。7 其他外部设备编程器、外部存储器、打印机、EPROM写入器等。3 可编程控制器系统设计3.1 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，与传统的继电器控制系统相比也有本质的区别。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：1 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。2 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。3.2 可编程控制器系统设计步骤在可编程控制器系统设计中，设计人员应根据工程实际要求进行调查研究，对各种方案进行充分论证，然后确定切实可行的控制方案。按照系统工程要求进行硬件和软件功能权衡和划分，分别进行硬件、软件设计。对设计好的硬件进行组装、连接，在进行通电、单独调试过后，再与软件进行联调，发现问题及时修改完善，直到系统设计成功为止。3.3 可编程控制器系统设计的基本内容1.确定方案；2.PLC选型；3.选择输入/输出设备；4.系统硬件设计；5.软件设计与调试；6.组装及统调。可编程控制器系统设计的一般方法和步骤的流程图如图1所示（翻页）:3.4 可编程控制器控制系统的硬件设计随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。不同厂家、不同系列、不同型号的PLC，其结构形式、容量、性能、指令系统、编程方式、价格等也各不相同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O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。3.4.1 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I/O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，例如，在I/O点数量、I/O点的比例、I/O模块的种类等方面，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。图1 PLC系统设计流程图对于以开关量为主带有少量模拟量控制的应用系统，如工业生产中经常遇到的温度、压力、流量、液位等，则应选用带有A/D、D/A转换的模拟量输入、输出模块，选择运算功能较强的中小型PLC或能支持模拟量扩展单元的小型机，其指令系统中有数据传送、算术运算等指令。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PLC。（3）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，使用具有高速I/O处理这一类功能指令，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。（4）其他特殊要求对可靠性要求极高的场合，应考虑是否采用冗余或热备系统。3.4.2 PLC容量的选择PLC的容量包括两个方面：一是I/O点数，二是用户存储器容量。（1）I/O点数的选择首先根据被控对象的I/O设备，对所需的I/O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3:2估算。在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点数最少，但必须留有一定的裕量。通常I/O点数是根据统计的点数数据，再加上1015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I/O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。为了设计时对程序容量有一定的估算，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I/O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I/O点数10+模拟量I/O通道数100。（3）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5、12、24、48V等和交流115、220V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1030m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，且价格较低，缺点是过载能力差。（4）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、I/O模块和其他特殊模块等消耗电流的总和，时还考虑今后I/O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。（5）模拟量I/O模块及特殊功能模块的选择PLC的模拟量I/O模块的主要功能是数据转换。模拟量输入模块是将现场由传感器检测或变送器等产生的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；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I/O模块的量程为-1010V、010V、15V电压型及020mA、420mA电流型等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I/O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I/O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。设计者要结合工程实际，在选用外部控制设备的同时，合理选用合适的模块。3.5 可编程控制器控制系统的软件设计在完成系统控制流程图和PLC的I/O地址分配之后，即可着手进行程序的设计工作。程序设计方法通常有逻辑设计法、流程图设计法及经验法。逻辑设计法逻辑法使用布尔代数为基础，根据生产工艺过程中各检测元件的不同状态，列出检测元件的状态表，确定所需要的中间记忆元件，再列出各执行元件的动作节拍表。由上述状态表和节拍表写出以检测元件、中间记忆元件为输入变量，以执行元件为输出的逻辑表达式，最后将逻辑表达式转换成梯形图。这种方法是继电器控制系统常用的设计方法，所设计的梯形图简单，占用元件及内存容量少。流程图设计法流程图设计法是以“步”为核心，根据控制流程图，从第一步开始连续设计下去，直至完成这个程序设计为止。这种方法的关键是编写出工艺流程图。首先，将被控对象的工作过程分为若干步，每一步在图中用方框表示，方框之间用带箭头的直线相连，箭头方向表示步进方向。然后，根据工艺或生产过程，将步进的转换条件在直线的左边表示出来，并在方框的右边给出要做的动作。这种工艺流程图，集合了控制工程的全部信息，为编制程序提供了依据。经验设计法经验设计法是一种类似于继电器控制原理图的设计方法，即将继电器原理图中的符号用可编程控制器的编程器件或功能器件表示，并将控制器件的对应关系用梯形图表示。用这种方法设计程序的步骤为：熟悉继电器控制线路原理图；根据继电器控制线路图画出梯形图，并写出指令表；用编程器将程序送入存储器；程序调试及运行。目前普遍采用的是流程图设计法，局部也可采用逻辑设计法和经验法，将几种方法结合起来可使程序设计更简单方便。3.6 PLC的选取及介绍由于本设计采用的是西门子公司生产的S7-200系列PLC，下面对它进行简单介绍。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。西门子公司的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-300、S7-400、工业网络、HMI人机界面、工业软件等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，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。3.6.1 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，适用于各行各业、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机运行或连成网络都能实现复杂的控制功能。S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。S7-200CPU集成了丰富的内置功能：（1）高速计数器输入；（2）短暂脉冲捕捉功能；（3）高速脉冲输出；（4）I/O硬件中断事件；（5）特殊功能相关的中断功能；（6）PID控制，PID自整定功能；（7）支持多种生产工艺配方；（8）数据记录（归档）。此外，S7-200还支持以下功能：（1）用户自定义的库指令，便于模块化编程；（2）完善的密码和知识产权保护功能；（3）在RUN状态下的在线编程能力；（4）直接读/写实际I/O；（5）可调整的数字量和模拟量的输入滤波；（6）定义数字量和模拟量在STOP时的状态；（7）多种数据保持设置；（8）一个可由用户定义的LED状态指示灯。3.6.2 SIMATIC S7-300 PLCS7-300PLC是一种通用的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得S7-300在以下工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案：生产制造工程汽车工业通用机械制造专用机械制造各种类型的专用机床，如OEM塑料加工包装工业食品和饮料工业工业过程工程S7-300具有以下显著特点：（1）循环周期短、处理速度高；（2）指令集功能强大、可用于复杂功能；（3）产品设计紧凑、可用于空间有限的场合；（4）模块化结构、适合密集安装；（5）有不同档次的CPU、各种各样的功能；（6）模块和I/O模块可供选择；（7）无需电池备份，免维护；（8）可在恶劣气候条件下露天使用的模块类型。S7-300由多种模块部件所组成，各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。各模块安装在DIN标准导轨上，并用螺丝固定。这种结构形式既可靠，又能满足电磁兼容要求。背板总线集成在各模块上，通过将总线连接器插在模块的背后，使背板总线联成一体。在一个机架上最多可并排安装8个模块。3.6.3 SIMATIC S7-400 PLCS7-400PLC是用于中、高档性能范围的可编程控制器。S7-400PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。3.6.4 工业通讯网络通讯网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到现场级的一致性通讯，“SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称，他们能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间完全兼容。3.6.5 人机界面HMIHMI硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200、OP3、OP7、OP17等；图形/文本操作面板OP27、OP37等；触摸屏操作面板TP7、TP27/37、TP170A/B等；SIMATIC面板型PO670等。个人计算机也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。3.6.6 SIMATIC S7工业软件西门子的工业软件分为三个不同的种类：（1）编程和工程工具：编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP7标准软件包SIMATIC是用于S7-300/400、C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。（2）基于PC的控制软件：基于PC的控制系统WinAC允许使用个人计算机SIMATIC工控机或其它任何商用机。WinAC提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC，它具有硬件PLC的全部功能。WinAC与SIMATIC S7系列处理器完全兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具，编制的程序既可运行在WinAC上，也可运行在S7系列处理器上。（3）人机界面软件：人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面SCADA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于监控级的WinCC。ProTool适用于大部分HMI硬件的组态，从操作员面板到标准PC都可以用集成在STEP7中的ProTool有效地完成组态。ProTool/Lite用于文本显示的组态，如：OP3、OP7、OP17、TD17等。ProTool/Pro用于组态标准PC和所有西门子HMI产品，ProTool/Pro不只是组态软件，其运行版也用于Windows平台的监控系统。WinCC是一个真正开放的、面向监控与数据采集的SCADA软件，可在任何标准PC上运行。WinCC操作简单，系统可靠性高，与STEP7功能集成，可直接进入PLC的硬件故障系统，节省项目开发时间。它的设计适合于广泛应用，可以连接到已存在的自动化环境中，有大量的通信接口和全面的过程信息和数据处理能力，其最新的WinCC5.0支持在办公室通过IE浏览器动态监控生产过程。3.7 S7-200系列PLC的硬件配置S7-200系列PLC的硬件系统配置灵活，既可用单独的CPU模块构成简单的开关量控制系统，也可通过I/O扩展或通信联网功能构成中等规模的控制系统。主要包括如下几部分：（1）PLC基本单元（即CPU模块）：是PLC系统的核心，包括CPU、存储器系统、部分输入/输出接口、内置5V和24V直流电源、RS-485通信接口等。（2）扩展单元：用于PLC系统的I/O扩展，包括数字量I/O模块和模拟量I/O模块。（3）编程设备：可使用手持式编程器，也可使用装有SIMATIC S7系列PLC编程软件的计算机。编程设备可实现用户程序的编制、编译、调试和下载。（4）人机界面：常用的有触摸屏和文本显示器，也可通过装有工业组态软件的微机实现。通过人机界面可实现对工业控制过程的监控。（5）通信模块：可通过CPU模块自带的RS-485接口与上位机或其他PLC通信，也可通过专用的通信模块与其他网络设备组成各种通信网络以实现数据交换，如通信处理器模块CP243-2或PROFIBUS-DP模块EM277等。（6）其他设备：各种特殊功能模块，具有独立的运算能力，能实现特定的功能，如位置控制模块、高速计数器模块、闭环控制模块、温度控制模块等。3.7.1 CPU模块S7-200系列PLC的CPU模块有两个子系列，即CPU21X和CPU22X。目前市场上CPU22X系列PLC已取代了第一代的CPU21X系列，并成为市场的主流产品。S7-200系列PLC的CPU22X系列主要有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等型号，其输入输出点数的分配表如表1所示。表1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元型号输入点输出点可带扩展模块数S7-200 CPU22164-S7-200 CPU222862个扩展模块78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点S7-200 CPU22414107个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200 CPU224XP14107个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200 CPU22124167个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点3.7.2 数字量扩展模块S7-200系列PLC目前可以提供3大类共10种数字量输入/输出扩展模块，见表2。表2 S7-200系列PLC数字量输入/输出扩展模块型号名称扩展模块EM221数字量输入扩展模块8点24VDC输入，光耦隔离16点24VDC输入，光耦隔离EM222数字量输出扩展模块8点24VDC输出型8点继电器输出型EM223数字量输入/输出扩展模块24VDC输入4点/晶体管输出4点24VDC输入4点/继电器输出4点24VDC输入8点/晶体管输出8点24VDC输入8点/继电器输出8点24VDC输入16点/晶体管输出16点24VDC输入16点/继电器输出16点3.7.3 模拟量扩展模块在S7-200系列PLC中，除了CPU224XP模块本身带有模拟量I/O外，其它CPU模块若想处理模拟信号，则需进行模拟量模块的扩展。模拟量扩展模块主要有3种，见表3。表3 S7-200系列PLC模拟量输入/输出扩展模块型号名称性能说明EM231模拟量输入扩展模块（12位）差分输入，输入范围：电压：010V，05V，2.5V，5V电流：020mA转换时间小于250us最大输入电压30VDC，最大输入电流32mAEM232模拟量输出扩展模块（12位）输出范围：电压：10V，电流：020mA数据字格式：电压：-32000+32000V电流：0+32000mA分辨率：电压12位，电流11位EM235模拟量输入/输出扩展模块输入4路，输出1路差分输入，输入范围：电压（单极性）：010V，05V，01V，0500mV，0100mV，050mV电压（双极性）：10V，5V，2.5V，1V，500mV,250mV,100mV,50mV,25mV电流:020mA转换时间小于250us稳定时间：电压100us，电流2ms3.7.4 通信模块S7-200系列PLC除了CPU226本机集成了两个通信口以外，其他均在其内部集成了一个通信口，通信口采用了RS-485总线。此外，各PLC还可以接入通信模块，以扩大其接口的数量和联网能力。（1）EM277模块：EM277模块是PROFIBUS-DP从站模块，同时也支持MPI从站通信。（2）EM241:调制解调器通信模块。（3）CP243-1：工业以太网通信模块。（4）CP243-1IT：工业以太网通信模块，同时提供Web/E-mail等IT应用。（5）CP243-2：AS-I主站模块，可连接最多62个AS-I从站。3.7.5 编程器PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。3.7.6 程序存储卡为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM有6ES7291-8GC00-0XA0和6ES7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8KB和16KB。3.7.7 写入器写入器的功能是实现PLC和EEPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM区。3.7.8 文本显示器文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法，最多可显示80条信息，每条信息最多4个变量的状态。过程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。4 电机故障诊断系统设计电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些领域中，电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。电动机常见的故障可分为对称故障和不对称故障两大类。对称故障包括：过载、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损害主要是热效应。使绕组发热甚至损坏，其主要特征是电流幅值发生显著变化；不对称故障包括：断相、逆相、相间短路、匝间短路等，这类故障是电动机运行中最常见的一类故障。不对称故障对电动机的损坏不仅仅是引发发热，更重要的是不对称引起的负序效应能造成电动机的严重损坏。因而，对大型电动机进行综合保护非常重要。4.1 电机的故障电机的结构同时包含电气和机械两部分，也可以说是电气和机械的结合点。所以说，它的故障要一分为二的分析。对电机的振动故障原因也要分成两部分。一般来讲，电机振动是由于转动部分不平衡、机械故障或电磁方面的原因引起的。1、转动部分不平衡主要是转子、耦合器、联轴器、传动轮（制动轮）不平衡引起的。处理方法是先找好转子平衡。如果有大型传动轮、制动轮、耦合器、联轴器，应与转子分开单独找好平衡。再有就是转动部分机械松动造成的。如：铁心支架松动，斜键、销钉失效松动，转子绑扎不紧都会造成转动部分不平衡。2、机械部分故障主要有以下几点：（1）联动部分轴系不对中，中心线不重合，定心不正确。这种故障产生的原因主要是安装过程中，对中不良、安装不当造成的。还有一种情况，就是有的联动部分中心线在冷态时是重合一致的，但运行一段时间后由于转子支点、基础等变形，中心线又被破坏，因而产生振动。（2）与电机相连的齿轮、联轴器有毛病。这种故障主要表现为齿轮咬合不良，轮齿磨损严重，对轮润滑不良，联轴器歪斜、错位，齿式联轴器齿形、齿距不对、间隙过大或磨损严重，都会造成一定的振动。（3）电机本身结构的缺陷和安装的问题。这种故障主要表现为轴颈椭圆，转轴弯曲，轴与轴瓦间间隙过大或过小，轴承座、基础板、地基的某部分乃至整个电机安装基础的刚度不够，电机与基础板之间固定不牢，底脚螺栓松动，轴承座与基础板之间松动等。而轴与轴瓦间间隙过大或过小，不仅可以造成振动，还可使轴瓦的润滑和温度产生异常。（4）电机拖动的负载传导振动。例如：汽轮发电机的汽轮机振动，电机拖动的风机、水泵振动，引起电机振动。3、电气部分的故障是由电磁方面的原因造成的，主要包括：交流电机定子接线错误，绕线型异步电动机转子绕组短路，同步电机励磁绕组匝间短路，同步电机励磁线圈联接错误，笼型异步电动机转子断条，转子铁心变形造成定、转子气隙不均，导致气隙磁通不平衡，从而造成振动。4.2 电机的保护1） 短路保护在电气控制系统中，当电动机绕组绝缘或导线绝缘损坏，或控制线路发生故障时，都可能造成短路，因此，必须设置短路保护。常用的短路保护元件有熔断器和低压断路器。在设置短路保护时，一般应考虑下列原则：（1）对于三相供电的主电路，必须采用三相短路保护。（2）对于小容量电动机的保护电路，可用主电路的保护装置兼作控制电路的短路保护。（3）对于不同性质的负载或者负载容量相差较大时，应予分别保护。如主电路、控制电路、照明电路和信号电路等一般均应分别保护。（4）对于有分支电路，保护装置动作应有选择性。（5）对于容量较小的辅助装置，可以几个主电路共用一套保护。（6）在直流电动机的励磁电路、接地电路以及三相电路的中性线路中不允许接入短路保护装置。2） 过热保护对于连续运行工作制的负载，当出现过载断相或欠电压运行时，设备可能会因过热而损坏，需设置过热保护。常用过热保护元件有热继电器和低压断路器的热脱扣器。短时运行工作制负载不需要过热保护。断续运行工作制负载的过热保护装置，宜采用直接检测发热情况的半导体温度继电器。3） 过流保护在电气控制系统中，有时会因为瞬时过载而产生短时过电流，但这一短时过电流却不会使过热保护装置动作。另外，用于短时负载的电动机在经常启动、制动和反转的过程中也会有较大的短时电流（启动电流和制动电流），为了限制启动电流和制动电流，可以采用一定的限流措施（如采用限流电阻），但当限流装置出现故障时，仍会出现大的电流。因此，在电路中设置过流保护装置。常用的过流保护元件有过电流继电器和低压断路器的过电流脱扣器。过流保护常用于直流电动机和绕线式异步电动机。对于三相异步电动机，由于直接启动电流很大，而过流保护装置的动作电流整定值又必须躲开启动电流，这样，便使过流保护装置难以对不正常过电流起保护作用。因此，一般三相异步电动机控制电路中不设置过电流保护装置，但若遇有特殊情况必须设置过流保护时，则可以考虑在启动时不接入过电流保护装置，而在启动后的正常运行时接入过流保护装置。4） 过负荷保护电机过负荷原因大致分为如下几种情况：1、由所拖动的机械设备造成。如排灌机械水路阻塞、机轴不同心等，造成电机负荷过大，甚至堵转。2、由于电机本身工作条件低劣而造成的。如通风不良，周围环境温度过高，电机机械部分故障等原因引起的电机过热，绝缘水平降低，甚至短路。3、由于供电电网质量不佳，如电压过低、三相不平衡等原因造成的电机电流增加等。电动机的过负荷保护元件可以是热继电器，小容量电动机可以是直接式，大容量电动机可以是间接式，热继电器是按照电动机的额定电流的1.05倍到1.1倍整定；也可以用电流继电器，按照电动机允许过载倍数及时间来整定。这样才能保证电动机不被过热损坏。5） 零压、欠压保护当电网电压消失时，电动机就停止运行，而在电网电压恢复后，若电动机自行启动，则可能引起电动机或生产机械的损坏，甚至危及工作人员的生命安全。另外，当电网电压出现较大波动时，过低的电压可能导致电流过大（在负载功率不变时）,从而引起设备过热。因此，这时需设置零压、失压保护。常用的失压保护元件有接触器或电磁式电压继电器。6） 失磁保护在直流电动机励磁电流消失或减小得很多时，若轻载运行则会产生超速甚至飞车，若重载运行则使电枢电流迅速增大而引起过热损坏。因此，在他励直流电动机控制电流中应设置失磁保护。一般采用的失磁保护元件为欠电流继电器。4.3 故障诊断系统设计4.3.1 系统硬件设计1 PLC机型的选择及I/O地址的分配SIMATIC S7-200系列PLC是由西门子公司生产的小型PLC，其特点是:SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测，监测及控制的自动化，S7-200系列的强大功能使得其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能，因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点；26K字节程序和数据存储空间；6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器；2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力；I/O端子排可以很容易地整体拆卸，用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能，可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。根据系统的实际情况，结合以上特点，SIMATIC S7-200 CPU226完全可以作为本系统的主机。CPU226可扩展7个模块，而其本身具有24输入/16输出共40点数字量，因此已无须数字量扩展模块。但由于有7路模拟量输入，故需选择模拟量输入模块。S7-200系列提供了EM231、EM232、EM235等模拟量扩展模块。根据以上技术数据，选择两个EM231作为模拟量输入模块，这样共可以扩展42=8路模拟量输入。在本系统中，包含以下输入/输出点，见下表4。本系统共包含15路开关量，7路模拟量。表4 输入/输出点统计及I/O地址分配开关量地址模拟量地址输入启动按钮I0.0Ia(a相电流)Ib(b相电流)AIW0AIW2停止按钮I0.1Ic(c相电流)I0(零序电流)AIW4AIW6电动机状态信号I0.2Ua(a相电压)Uc(c相电压)AIW8AIW10报警复位按钮I0.3I2(负序电流)AIW12输出继电器（用于跳闸）Q0.0无电动机启/停控制Q0.1电机开/关指示灯Q0.2警报器Q0.3起动故障指示灯Q0.4停止故障指示灯Q0.5短路故障指示灯Q0.6断相故障指示灯Q0.7欠压故障指示灯Q1.0接地故障指示灯Q1.1过负荷故障指示灯Q1.2变量寄存器符号地址注释StarTimVD100电机启动/运行累计时间StopTimVD104电机停止累计时间CyclTimVD108中断程序的中断周期OverTim1VD112电机启动/运行过程累计截止时间OverTim2VD116电机停止过程累计截止时间IaVD200a相电流IbVD204b相电流IcVD208c相电流ImaxVD212三相短路电流Iop1VD216短路保护动作整定值UaVD220a相电压UcVD224c相电压UopVD228欠压保护动作整定值I0VD232零序电流Iop2VD236接地保护动作整定值IVD240到达整定时限后的电流值Iop3VD244过负荷保护动作的整定值T37定时器综上所述，基于S7-200 CPU226PLC设计的外部端子接线图如图2所示。图2 外部端子接线图综上所述，基于S7-200 CPU226PLC设计的电机故障诊断系统的总体结构图如图3所示。图3 总体结构图4.3.2 系统软件设计1 主程序程序开始，从输入单元检测输入量，首先判断KM是否闭合，如果闭合，说明电动机已经处于运行状态，此时应无法按下启动按钮；若KM未曾闭合，则说明电动机处于停机状态，可以按启动按钮。接着判断启动按钮是否按下，若是，则继续下面的程序，若否，则重新检测。如果按钮已经按下，则判断是否存在电机启动/运行命令执行时电机仍然处于停止状态的情况发生。若存在，则计算电机启动/运行累计时间StarTim(StarTim=StarTim+CyclTim)，时间增加的步长为中断子程序的中断周期，然后判断电机启动/运行累计时间是否超过电机启动/运行过程累计截止时间；若不存在，则将电机启动/运行累计时间StarTim清零，然后再判断。判断电机启动/运行累计时间（StarTim）是否超过电机启动/运行过程累计截止时间（OverTim1）,若超过，则说明在电机启动/运行命令执行中，启动/运行累计截止时间内没有收到电机运行反馈信号，则判为电机启动/运行故障，跳转至启动保护子程序，电动机起动启动保护，警报器响，并且启动故障指示灯亮。若没有超过，则说明电动机已经正常启动，电机开/关指示灯亮。接着判断停止按钮是否按下，若否，则继续下面的程序，若是，则判断是否存在电机停止命令执行时电机仍然处于运行状态的情况发生。若存在，则计算电机停止累计时间StopTim(StopTim=StopTim+CyclTim)，时间增加的步长为中断子程序的中断周期，然后判断电机停止累计时间是否超过电机停止过程累计截止时间；若不存在，则将电机停止累计时间StopTim清零，然后再判断。判断电机停止累计时间（StopTim）是否超过电机停止过程累计截止时间(OverTim2),若超过，则说明在电机停止命令执行中，停止累计截止时间内没有收到电机停止反馈信号，则判为电机停止故障，跳转至停止保护子程序，电动机起动停止保护，警报器响，并且停止故障指示灯亮。若没有超过，则说明电动机已经正常停止，电机开/关指示灯灭，然后按报警复位按钮，程序返回初始状态开始下一次扫描。如果停止按钮并未按下，即电动机仍然在运行中，则进行运行过程中的故障判断，首先检测是否发生短路故障，方法是：检测三相电流，再判断Imax是否大于整定值，若是则跳转至保护动作子程序段，电动机起动短路保护，警报器响，并且短路故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生断相故障，方法是：检测三相电流，判断是否有某相电流为零，若有，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动断相保护，警报器响，并且断相故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生欠压故障，方法是：采集A相和C相的电压量，求出其平均值，再与整定值相比较，若小于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动欠压保护，警报器响，并且欠压故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生接地故障，方法是：检测I0，若大于整定值则跳转至保护动作子程序段，电动机起动接地保护，警报器响，并且接地故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生过负荷故障，方法是：检测三相电流，若到达整定时限后，电流仍大于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动过负荷保护，警报器响，并且过负荷故障指示灯亮。若判断未发生过负荷故障，则程序完成一次扫描，再次从第一条开始，进行第二次扫描，所以结束是指一个循环的结束，并不是整个程序的结束。S7-200 CPU226PLC设计的流程图如图4所示。图4 流程图4.3.3 主程序：（1）启动图5 启动程序(2）检测图6 检测程序图7 检测程序（3）停止程序 图8 停止程序4.3.4 子程序本设计子程序共有7个模块：启动保护子程序、短路保护子程序、断相保护子程序、欠压保护子程序、接地保护子程序、过负荷保护子程序、停止保护子程序。（1）启动保护子程序：图9 启动子程序（2）短路保护子程序：图10 短路子程序（3）断相保护子程序：图11 断相子程序（4） 欠压保护子程序：图12 欠压子程序（5）接地保护子程序：图13 接地子程序（6）过负荷保护子程序：图14 过负荷子程序（7）停止保护子程序：图15 停止子程序4.4 编程软件4.4.1 PLC的编程语言标准中有两种图形语言梯形图和功能块图,还有两种文字语言指令表和结构文本，而顺序功能图是一种结构块控制程序流程图。（1）顺序功能图这是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元件。（2）梯形图梯形图是使用最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器接触器控制系统的电路图相似，具有直观易懂的优点，非常容易被熟悉继电器控制的技术人员掌握，特别适用于数字量逻辑控制。梯形图由触点、线圈和用方框表示的功能块组成。触点代表逻辑输人条件，如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑输出结果,用来控制外部的指示灯、接触器、内部的标志位等。功能块用来表示定时器.计数器或数学运算等指令。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧垂直电源线之间有一个左正右负的直流电源电压，S7200系列PLC的梯形图中省略了右侧的垂直电源线，只能是从左向右流动。触点和线圈等组成的独立电路称为网络(Network)，用编程软件生成的梯形图和指令表程序中有网络编号，允许以网络为单位，给梯形图加注释。在网络中，程序的逻辑运算按从左至右的方向执行，与能流的方向一致。各网络按从上至下的顺序执行，当执行完所有的网络后，下一个扫描周期返回到最上面的网络重新执行。使用编程软件可以直接生成和编辑梯形图。（3）功能块图功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言。有数字电路基础的人很容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系。方框的左侧为逻辑运算的输人变量，右侧为输出变量，输人、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框用导线连接在一起，能流就从左向右流动。（4）语句表S7-200系列PLC将语句表又称为指令表。语句表是一种与计算机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成语句表程序。语句表比较适合熟悉PLC和程序设计的经验丰富的程序员使用。（5）结构文本结构文本是为IEC61131-3标准创建的种专用的高级编程语言，与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。4.4.2 STEP7-Micro/WIN编程软件介绍如图16所示为STEP7-Micro/WIN V4.0版PLC编程软件的界面。图16 STEP7-Micro/WIN编程软件主界面项目包括下列基本组件： 程序块。程序块由可执行的代码和注释组成,可执行的代码由主程序、可选的子程序和中断程序组成。代码被编译并下载到PLC,程序注释被忽略。 数据块。数据块由数据(变量存储器的初始值)和注释组成。数据被编译并下载到PLC，注释被忽略。 系统块。系统块用来设置系统参数，如存储器的断电保持范围、密码、STOP模式时PLC的输出状态(输出表)、模拟量与数字量输人滤波值脉冲捕捉等。系统块中的信息需要下载到PLC,如果没有特殊的要求，一般可以采用默认的参数值。 符号表。符号表允许用符号来代替存储器的地址，符号便于记忆，使程序更容易理解。程序编辑后下载到PLC时，所有的符号地址被转换为绝对地址，符号表中的信息不会下载到PIC。 状态表。状态表用来监视、修改和强制程序执行时指定的变量的状态，状态表并不下载到PLC，仅是监控用户程序运行情况的一种工具。 交叉引用。交叉引用列举出程序中使用的各编程组件所有的触点线圈等在哪一个程序块的哪一个网络中出现，以及对应的指令的助记符。还可以查看哪些存储器区域已经被使用，是作为位使用还是作为字节、字或双字使用。在运行模式下编写程序时，可以查看程序当前正在使用的跳变触点的编号。双击交叉引用某一行，可以显示出该行的操作数和指令对应的程序块中的网络。双击交叉引用并不下载到PLC，程序编译后才能看到双击交又引用的内容。 项目中各部分的参数设置。执行菜单命令“工具”“选项”，在出现的对话框中选择某一选项卡，可以进行有关的参数设置。浏览条的功能与指令树重叠，可以右击浏览条，执行出现的快捷菜单中的“隐藏”命令来关闭浏览条。4.4.3 编写用户程序用选择的编程语言编写用户程序。梯形图程序被划分为若干个网络，一个网络中只能有一块独立的电路，如果一个网络中有两块独立的电路，在编译时将会显示“无效网络或网络太复杂无法编辑”。语句表允许将若干个独立的电路对应的语句表放在一-个网络中，但是这样的网络不能转换为梯形图。在生成梯形图程序时，可有以下方法:在指令树中选择需要的指令，拖放到需要的位置；将光标放在需要的位置，在指令树中双击需要的指令；将光标放在需要的位置，单击工具栏指令按钮，打开一个通用指令窗口，选择需要的指令；使用键F4=触点，F6=线圈，F9=功能块，打开一个通用指令窗口，选择需要的指令。当编程元件图形(触点或线圈)出现在指定位置后，单击后输人操作数。红色字样显示语法出错，当把不合法的地址或符号改变为合法值时，红色字样消失。数值下面出现红色的波浪线，则表示输人的操作数超出范围或与指令的类型不匹配。在梯形图编辑器中可对程序进行注释。注释级别共有4个：程序注释、网络标题、网络注释和程序属性。4.5 仿真软件S7-200 Simulation该仿真软件可以仿真大量的S7-200指令（支持常用的位触点指令、定时器指令、计数器指令、比较指令、逻辑运算指令和大部分的数学运算指令等，但部分指令如顺序控制指令、循环指令、高速计数器指令和通讯指令等尚无法支持。）仿真程序提供了数字信号输入开关、两个模拟电位器和LED输出显示，仿真程序同时还支持对TD-200文本显示器的仿真，在实验条件尚不具备的情况下，完全可以作为学习S7-200的一个辅助工具。仿真软件的界面如图17所示，和所有基于Windows的软件一样，仿真软件最上方是菜单，仿真软件的所有功能都有对应的菜单命令。图17 仿真软件S7-200 Simulation界面1 准备工作仿真软件不提供源程序的编辑功能，因此必须和STEP7 Micro/Win程序编辑软件配合使用，即在STEP7 Micro/Win中编辑好源程序后，然后加载到仿真程序中执行。（1）在STEP7 Micro/Win中编辑好梯形图；（2）利用File|Export命令将梯形图程序导出为扩展名为awl的文件；（3）如果程序中需要数据块，需要将数据块导出为txt文件。2 程序仿真（1）启动仿真程序；（2）利用Configuration|CPU Type选择合适的CPU类型，如图18所示。图18 CPU类型选择（3）模块扩展（不需要模块扩展的程序该步骤可以省略）在模块扩展区的空白处点击，弹出模块组态窗口，如图19所示。在窗口中列出了可以在仿真软件中扩展的模块。选择需要扩展的模块类型后，点击Accept按钮即可。图19 模块组态窗口（4）程序加载选择仿真程序的Program|Load Program命令，打开加载梯形图程序窗口，仅选择Logic Block（梯形图程序）和Data Block（数据块）。点击Accept按钮，从文件列表框分别选择awl文件和文本文件（数据块默认的文件格式为dbl文件，可在文件类型选择框中选择txt文件）。加载成功后，在仿真软件中的AWL、KOP和DB1观察窗口中就可以分别观察到加载的语句表程序、梯形图程序和数据块。（5）点击工具栏RUN（运行）按钮，启动仿真。（6）仿真启动后，利用工具栏中的状态监控按钮，启动状态观察窗口。在状态观察窗口Address对应的对话框中，可以添加需要观察的编程元件的地址，在Format对应的对话框中选择数据显示模式。点击窗口中的Start按钮后，在Value对应的对话框中可以观察按照指定格式显示的指定编程元件当前数值。在程序执行过程中，如果编程元件的数据发生变化，Value中的数值将随之改变。利用状态观察窗口可以非常方便的监控程序的执行情况。如图20为本设计仿真：图20 仿真5 系统电源设计供电系统设计是指PLC控制系统CPU模块、I/O模块及相关外围设备的供电设计。供电系统的好坏直接影响整个控制系统的可靠性，因此在设计供电系统时应考虑下列因素：（1）输入电源的电压允许在一定范围内变化；（2）当输入交流电断电时，应不破坏PLC内部程序和数据；（3）在控制系统不允许断电的场合，要考虑供电电源的冗余；（4）当外部设备电源断电时，应不影响PLC的供电；（5）应考虑电源系统的抗干扰性。为提高系统的可靠性和抗干扰性能，在PLC供电系统中可采用隔离变压器、交流稳压器、UPS电源等措施，其中，采用隔离变压器进行分别供电是较为常用的方法。CPU模块、各I/O模块及其他设备分别由具有隔离功能的变压器供电，与主电源分离。这样做最大的好处是各电源间不会相互影响。如断开输入、输出回路的供电电源时，不会影响到CPU模块的供电。PLC电源单元的连接：接线时，在电源单元和供电电源之间连接隔离变压器，变压器的副边不接地，这样可以减少PLC和大地之间的噪声，还可以保证人员的安全。电源单元的外部接线不多，在接线时要注意以下问题：（1）根据所使用的外部电压数值正确选择电压选择器；（2）在接线过程中不要移去单元顶部的保护标签，直到配线完成。这个标签可以防止绞线和其他异物进入单元。配线结束便把标签移去，否则标签将会堵住冷却通道，阻碍空气流通。（3）RUN输出主要用于紧急停车的控制，使用时RUN接点应与被控电源串联。（4）使用隔离变压器可提高电源的抗干扰能力。为了改善隔离变压器的抗干扰效果，一是将屏蔽层良好接地，二是变压器的次级输出线采用双绞线，可减少电源线间的干扰。6 MCGS画面设计6.1 MCGS组态软件的相关简介Monitor and Control Generated System简称MCGS, 是一套主要运用在计算机监控系统的组态软件，MCGS具有很强的兼容性，能够在不同的操作系统上能够安装操作，不要专门去安装操作系统，能够快速的打开市场。MCGS不仅仅能够辅助用户进行决策，还能够为用户提供工作平台上的实时动画显示、能够及时的对故障的处理警报、实时对工作流程的监控、工作平台的实时曲线显示、对历史工作曲线显示查询和报表的输出。相对于其他的组态软件用户需要掌握计算机编程的相关知识能够自行的编写计算机代码。在使用MCGS的过程中，用户就无需掌握敲打计算机代码的能力，就能够快速的构造出一个具有时动画显示、能够及时的对故障的处理警报、实时对工作流程的监控、工作平台的实时曲线显示、对历史工作曲线显示查询和报表的输出的一个开发工作平台。=在使用组态软件MCGS的过程中，可以发现MCGS具有很强的兼容性、多种多样的对故障的处理报警、能够对不同项目工程进行调控处理、能够对工程进行模块化处理等诸多优点。组态软件MCGS已经成功的在诸多需要自动化领域控制的系统行业中运用广泛。经过长时间的实践与运用，MCGS展现出它无可争辩的能力，具有较高的系统稳定性。能够产生较高的社会效益与经济效益。6.2 MCGS的构成6.2.1 MCGS组态软件的系统构成MCGS组态软件的系统构成宝航了组态环境和运行环境两个组成部分。组态软件又包括组态生成和应用系统，运行环境又包括解释执行与组态结果。组态环境能够为用户开发出能够解决用户所提出来的社会实际问题的组态操作系统。运行环境能够完成用户所提出来的社会实际问题的组态操作系统的设计目标和所需要的功能。运行环境必须要和组态结果数据库相结合才能发挥出其本身的意义所在。组态环境：组态生成、应用系统、组态结果数据库和运行环境：解释执行、组态结果之间的关系就犹如图21的系统组成部分所示 组态环境：组态生成应用系统运行环境：解释执行组态结果组态结果数据库 图21 MCGS的系统组成部分其中我们可以将组态环境和运行环境细化下去，就可以发现，组态环境和运行环境他们两者的关系是既相互独立又相互渗透的关系。从图22钟就可以看出来。 图22 MCGS的组态环境与运行环境的结构图工程，是用户在运用MCGS在解决社会实际问题的基础上所运用到的。它往往包含了组态结果的数据库和运行环境中的解释执行与组态结果。它往往储存在MCGS中的子目录中。储存的工程的扩展名为“.meg”。用户可以在这个工程项目中做到实时动画显示、能够及时的对故障的处理警报、实时对工作流程的监控、工作平台的实时曲线显示、对历史工作曲线显示查询和报表的输出。从而可以对该项目工程有个宏观的概念和大体的了解其运行的大致结果。用户在使用MCGS组态软件技术往往是为了节省人力物力，要让系统能够达到自动控制和手动控制两者相结合的工程。而用户要实现自动控制和手动控制往往是要在MCGS的运行环境中才能够实现。6.2.2 MCGS组态软件界面简介组态软件MCGS的软件操作页面主要是包括了5个模块，这5个模块各自具有的功能不同，对系统的构建的作用也各不相同。用户可以根据不懂的需要求其进行模块化处理。但是在工程中这5个模块是必不可少的，这5个模块分别是主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库、运行决策。下面将对这5个模块进行详细的介绍说明。主控窗口：主控窗口包括了系统菜单、系统参数、启动参数这3个组成部分。主控窗口主要涉及到的组态操作包括更改工程的名字，确定工程的储存位置和储存时间，设计工程封面等工作，主控窗口还能够放置一个设备窗口和多个工程的窗口。在满足自动控制和手动控制的基础上，可以随意监控和管理这些不同工程。从而可以达到控制的最大化。设备窗口：设备窗口里面是包含着各种各样的设备，设备窗口的存在是为了满足软件与硬件（也就是外部设备）的连接与驱动。可以让外部设备的数据采样能够实时的传送的计算机中，能够通过MCGS来实现调控外部设备，达到自动控制。在外部设备发生故障的同时，能够发出警报，可以出显示哪个设备、哪个过程发生故障。用户窗口：用户窗口里面是包括了图元、图符和动画构建这3个组成部分，是实现人机对话的主要的窗口。用户窗口它能够为用户提供工作平台的实时动画显示、对故障的处理警报、对工作流程的监控、工作平台的实时曲线显示、对历史工作曲线显示查询和报表输出。实时数据库：实时数据库包括了数据对象、报警处理、存盘处理这3个组成部分。是实现各个工程之间、各个项目之间、各个时间段的数据的整理与共享，在实时数据库中可以定义数据的名称，这样工程就可以及时的收集数据并进行整理运行策略：运行策略中主要是包括启动策略、循环策略、退出策略、自定义策略。可以对基于MCGS组态软件的控制系统的工程进行控制，可以在改组成部分中编写计算机代码，可以根据不同的需求来选择各种各样具有不同功能的构建。终上所述，构成MCGS组态软件的操作页面的5个组成部分就如图23所示 图23 MCGS的组态软件的五大部分6.3 MCGS组态软件的功能和特点伴随着计算机技术的迅速发展。组态软件的开发水平也逐渐的提高，国内外一度涌现出许许多多的组态软件。相比于其他的组态软件，MCGS组态软件具有其他组态软件所不具有的优点。MCGS的操作界面具有非常良好的可视化操作。用户可以根据自己的需要可以使用系统默认的系统框架，也可以根据实际情况来实现自我的调配。在操作界面上，MCGS也具备着其他的组态不具备的特点就是兼容性比较好，能够在各种计算机操作系统上进行操作运行。MCGS具有非常好的处理效能还能同时处理多个项目，监控多个工程的流程。在组态环境和运行环境上，MCGS具有丰富多样的图元、图符、动画构建。能够比较完整的构造整个工程的运作过程。MCGS在运行过程中能够用各种多媒体给用户展现出非常及时准确的工程监控画面。在数据处理与显示方面，MCGS它能够及时对数据进行处理并进行保存显示，在人机对话的界面上能够显示出数据变化的方式。让用户能够拥有直观的反映。能够让用户能够更加高效便捷的处理数据。在设备直接的兼容性上，MCGS也表现出它的强大之处，能够与大部分的设备进行连接，让这些设备的数据能够实时的传送到组态软件中，经过数据的处理，能够实时的监控管理这些设备。用户在操作MCGS的过程中不需要掌握太多的计算机语言的知识与技巧。就能够掌握MCGS所需要的脚本语言。从而可以非常简单的建立出相应的脚本去开发控制监控当前工程。报警系统也非常的完善，用户可以在工程中运用到多钟报警装置。在工程运行过程中，能够及时的发现并处理显示报警信息，还能够对比历史报警信息，可以分析书工程上面的不足。从而达到辅助用户决策，预防此类报警信息再次出现。从而提高经济效益和社会效益。在不同工程运行的过程中，用户往往注重其安全问题。MCGS很好的解决了此类问题。它能够设置不同的安全密码，设置不同的权限从而达到不同的项目能够有不同的人员进行管理操作。在运行组态软件MCGS的过程中，用户可以运用到多钟多样的网络结构体系，可以在便捷设备上进行操作监控，可以达到实时监控管理的目的，这种操作模式也就是物联网的控制过程。MCGS不仅仅具备这些优点，它还具备非常好的扩充性和维护性。MCGS分为5大模块处理，用户可以对工程进行模块化处理，MCGS还具有可外接的扩充接口。用户可以根据自己的需求进行个性化的处理。除此之外，MCGS还具备这能够运用到浏览器进行浏览。可以让管理者或者技术人员可以随时随地的进行浏览。还可以达到实时的监控管理。对工程的一些历史数据和实时数据的处理显示。可以供决策者进行决策，从而达到辅助决策的作用。从而达到经济效益和社会效益的最大化。6.4 MCGS组态软件的工作方式组态软件MCGS具有非常好的兼容性，能够与大多数的设备进行联系与控制。当设备产生相应的数据时，能够实时的反馈到MCGS中，并且进行相应的处理加工，显示到人机对话的窗口中来。在根据用户提前设定好的脚本语言进行比较处理。得到的处理结果再经过MCGS再发送给各个设备之间。从而达到控制的效果。在MCGS将处理后的结果程序反馈到设备之间时，是可以根据用户提前设定好的脚本语言进行调控，模块化的管理，从而可以使得设备与设备之间的联络通讯能够相应的独立。在用户窗口显示中，每个设备构件都对应着不同的图元、图符、动画构件。并且用户可以根据实际需求或者个人的喜爱对设备窗口的图元、图符、动画构件进行个性化的处理。这种个性化的操作这能够在用户窗口中产生动画效果的基础。但是这种动画效果并不产生联系，没有产生相应的互动。所以还不能称为真正的动画效果。要想达到真正的动画效果，那么就要在设备与设备之间构建起相应的联系。并且要与数据坤相联通。从而可以达到动画效果的显示。用户就可以在用户窗口中可以清晰的看到工程的动画效果。在本论文的第四章中还会详细的介绍动画效果的制作。为了让用户可以更好的监控管理整个工程。MCGS专门设置了“运行决策”窗口。这个窗口包括了启动策略、循环策略、退出策略、自定义策略这四个组成部分。用户可以根据自己的需求与实际的需要进行个性化的处理。能够让MCGS能够根据用户的设定对数据库进行操作。从而可以对已经设定好的动画效果和工程的工作监控管理进行相应的操作。在“运行决策”窗口进行操作。用户可以直接对设备进行直接操作。不用从新创建工程。避免了工程操作的复杂性。6.5 MCGS组态软件的操作方式当用户打开电脑之后便可以在电脑操作系统的桌面上或者可以在“开始”菜单栏中就可以找到“MCGS组态环境”的软件图标。双击图标，就可以打开组态软件MCGS。打开MCGS之后就会出现组态系统MCGS的工作平台，在工作平台上我们可以看到许多可以进行操作的选项。例如：标题栏：在标题栏这个页面上，我们可以从中读取到组态软件MCGS的工程文件的名称和工程所在的目录。菜单条：用户可以在菜单条上对MCGS的菜单系统进行设置。如果需要了解菜单系统可以参考“MCGS组态软件用户指南”附录所列出来的MCGS菜单系统介绍和MCGS组态软件中可以用到的快捷键。工具条：在工具条的操作方面，用户可以对设备进行编辑和在工具条上拥有组态时候要用到的工具按钮。往往不同的窗口要设置成不同功能的工具条按钮，要想了解具体的情况可以参考一下附表。工作平台：用户可以在上面进行一系列的组态操作和对其进行相关的属性设置。在工作平台的上面一共设置有5个窗口的标签，用户可以通过其可以迅速的打开相应的窗口，从而进行相关的组态操作。这5个窗口分别是设备窗口、主控窗口、运行决策、用户窗口和实时数据库。在工作平台的右边还设置有创建对象和对对象进行组态操作时候能够用到的功能按钮。组态工作窗口：组态工作窗口是用户进行组态操作的工作环境，在组态环境上，用户要进行组态的生成和应用系统，在这个工作环境上用户可以对图元图像，数据和各式各样的构件进行相应的构件和处理。在这个窗口上，用户可以对对象进行相关的编辑和处理，组态工作窗口主要含有5个组成部分；分别是设备窗口、运行决策、主控窗口、实时数据库和用户窗口。在组态工作窗口上，用户可以对工程进行命名，进行动画效果的构建，编写脚本，对数据的一些定义等等项目进行相关的组态操作。属性设置窗口：在这个窗口中用户可以根据实际情况和要求对相关对象进行属性的设置，属性设置窗口又可以被称作属性设置对话框，在这个属性设置对话框中，可以根据对象的不同，可以在属性窗口的页面上设置不同的数据，但是数据的结构形式是差不多一样的。在属性设置对话框中。我们可以看到其组成部分，其组成部分主要是以下几个部分进行组成。窗口标题：在MCGS组态软件的页面中，我们可以在其顶部中可以看到“*属性设置”这几个字形式的标题。窗口标签：窗口标签是作为分页的一种记号，能够将从不同属性窗口排序的分页排序中将所需要的属性窗口提取出来。在窗口标签中，单击所需要编辑的窗口，即可以进行相应的属性编辑。输入框：是设置属性的一种特殊形式，在输入框的左侧部分会含有属性的解释文字，在输入框中，用户可以在里面输入一些属性内容，为了用户能够更加快捷方便的进行相关操作。在输入框的右侧部分会出现一些“”、“？”、“”等标志符号，鼠标进行单击这些标志符号，页面就可以弹出一个表框。然后，可以根据需要，用户可以选择所需要的一些项目，就可以将所需要的的东西设置进输入框中。单选按钮：是一种比较特殊的用“”、“”作为标记的一种属性设定的一种器材。在同一个设置栏中会同时拥有多个单选按钮。但是用户进行选择时，只能选择其中的一个进行相关的操作。复选框：复选框也是一种比较特殊的用“”作为标记的一种属性设定的一种器材。在同一个设置栏中会同时会出现比较多的选项框。跟单选按钮所不同的是，用户可以选择多个复选框进行相关的操作。功能按钮：功能按钮一般会有四种不同的按钮，他们所代表的内容也不尽相同。他们分别是“确认Y”、“帮助H”、“检察C”、“取消N”。图形库工具箱：为了更好的进行组态操作，MCGS组态软件中的图形库工具箱会为用户提供较为丰富的一些组态资源，用户可以根据实际情况，合理的运用这些组态资源。这些组态资源总体来说是包括了以下几种组态资源：系统图形工具箱：系统图形工具箱一般是出现在用户窗口中，在用户窗口中，单击工具条中出现的“工具箱”的按钮，就可以打开图形工具箱，在系统图形工具箱中，我们可以看到各式各样的图形、图元、图符和一些动画构建的一些位图图符。用户可以利用这些系统图形工具箱的一些构建。根据实际要求，就可以制作出符合社会生产需求解决相关实际问题的各种比较复杂的一种图形。设备构件工具箱：设备构件工具箱一般是出现在设备窗口中的，在设备窗口中，单击工具条中出现的“工具箱”的按钮，就可以打开设备构件工具箱。在设备构件工具箱中，拥有比较齐全的用来自动生产或者用来生产监控的各式各样的设备构件。用户需要根据实际情况，选择适合的设备构件，将设备构件放到设备窗口中。在经过组态操作。设备构件就可以实现驱动或者控制外部设备的运行。策略构件工具箱：策略构件工具箱一帮是出现在策略组态窗口中的，在策略组态窗口中，单击工具条出现的“工具箱”的按钮，就可以打开策略构件工具箱。在策略构件工具箱中，拥有比较齐全的用来自动生产或者用来生产监控的各式各样的策略功能构件。用户可以根据实际情况，选择适合的策略功能构件。在经过组态操作。策略构件就可以实现对工程运行过程中的流程进行有效的控制。对象组件库：为了更好的方便和能够对组态成果达到充分的适用，能够重复性的利用组态成果。MCGS组态软件的对象组件库中就能够实现对那些具有组态完好和还具有一定利用价值的图形库。从而能够达到对组态成果的充分利用和重复性的使用。当用户进入到组态窗口的页面中的时候。可以看到有“工具”的菜单，在这个菜单中有一个叫做“对象组件库管理”的一个选项。单击执行它或者用户可以打开MCGS组态软件控制系统的系统图形的工具箱，单击“插入组件”按钮，用户就可以打开对象组件库。用户可以根据实际情况，选择相应的组件。从而进行相关的组态操作。工具按钮：用户可以在组态软件的工作平台的页面上可以看到。工具条上排列有各种各样的不同图标的按钮，这些按钮整体就叫做工具按钮。这些工具条上的不同图标的按钮的运行功能与用户在菜单条上运行相关的命令操作功能是一样的。总体来说，工具条上的按钮具有操作比较简单。所以用户在进行组态操作的时候往往是在工具条上的工具按钮进行相关的组态操作。6.6 新工程项目的一般构建过程一个完整工程项目的建立必须要经过一系列的步骤处理，一般而言，建立起完整的工程项目，要经过工程项目的系统分析、工程项目框架的构建、菜单基本体系的设计、动画效果的相关制作、脚本语言的书写、菜单按钮功能的完善、外部设备的连接、工程项目的测试与完善这8个步骤。工程项目的系统性分析：用户在拿到相关工程项目的时候，就需要及时的分析相关工程项目所需要的技术要求、所需要的工艺流程和工程项目系统组成部分。还需要根据实际需求来确定工程项目所需要达到的监控系统要求和监控对象所具备的一些特征和确定工程项目所需要搭配的动画效果显示的方式，分析出工程项目中所需要的一些数据采集和数据的输出与MCGS组态软件中的实时数据库中的变量所产生的对应关系。分析出哪些数据是用来与外部设备连接和哪些数据时用来在MCGS组态软件中用来内部传递数据和动画显示的效果。工程项目框架的构建：MCGS组态软件的操作就可以被称作创建新的工程，这个创建新的工程的内容主要是包括以下一个方面：确定好封面窗口、启动窗口和工程项目的名称、确定好MCGS组态软件存放数据库的路径并及时的进行存储和更改文件的名称，还要设定好动画效果的更新周期。只有通过了这些步骤。用户在MCGS组态软件中构建了由这5个组成部分构建起来的工程项目的框架。用户也可以在构建用户窗口后，再构建启动窗口和封面窗口菜单基本体系的设计：MCGS组态软件为了能够更好的工程项目的运行状况和实时工作流程进行有效合理的监控和调度。MCGS组态软件通常为在主控窗口中进行编辑菜单。编辑菜单一般是要分成两步进行，第一步是要对菜单的框架进行搭建，第二步就是要对各级的菜单命令进行有效的功能组态，在进行组态的过程中，用户可以根据实际情况，可以随时对菜单基本体系进行增减。不断对工程项目进行完善。动画效果的相关制作：动画效果的制作分为两个部分，一个是静态图形的设计和制作，两个是动画效果的动态属性的设置。静态图形的设计和制作跟“画画”有点类似，在MCGS组态软件中，用户可以通过软件提供的基本的图形原件和动画构建库中构建出各种各样的复杂的图形。动画效果的动态属性的设置是要设置静态图形的设计和制作的一个动画属性，要时刻与数据库中的定义的相关变量建立起一种能够相关连接的关系。这就可以将“画画”驱动。脚本语言的书写：用户需要打开运行策略窗口，从运行策略窗口中需要找到工程项目中所需要的功能策略构件，这些功能策略构件能够构件各式各样的功能模块。人机操作就是由这些功能模块实现的。为了用户能够更好的进行组态操作。MCGS组态软件还能够为用户提供可以实现编辑用的一些功能构件。用户只需要使用简单的计算机编程语言，就可以书写脚本语言。书写出工程项目中所需要的一些控制程序。菜单按钮功能的完善：菜单按钮功能的完善，这其中就包括了3个部分的功能组态，这3个部分的功能组态就包括了操作的按钮、菜单的一些命令和用来监控的器件。从而就可以实现工程项目中的实时数据和历史数据的储存于表达、实时曲线与历史曲线的表达和报表的输出、报警信息的显示等等功能、菜单按钮功能的完善还包括建立起相对安全的工程机制等等方面。外部设备的连接：外部设备的连接需要在设备窗口中进行相关操作，要与外部设备进行连接，就用户根据实际情况选出能够与外部设备相匹配的相关设备构件，之后需要与设备通道相连接，根据实际情况，确定数据变量的相关处理方式，还需要设置好设备的相关属性。从而完成外部设备的连接。工程项目的测试与完善：在完成以上各个步骤的前提下，为了能够保证工程项目能够达到预想的要求，就需要对工程的各个部分进行测试，根据测试情况，进行对工程项目的更改和完善。6.7 创建项目和画面6.7.1 建立工程（1）工程简介如何应用MCGS组态软件完成的组态过程。应用MCGS组态软件建立一个比较简单的工程控制系统。本设计工程中涉及到动画制作、控制流程的编写、模拟设备的连接、报警输出、报表曲线显示与打印等多项组态操作。（2）建立MCGS新工程如果已在计算机上安装了“MCGS组态软件”，在Windows桌面上，会有“Mcgs组态环境”与“Mcgs运行环境” 图标。鼠标双击“Mcgs组态环境”图标，进入MCGS组态环境。如图24所示。 图24 MCGS工作台窗口在菜单“文件”中选择“新建工程”菜单项，如果MCGS安装在D：根目录下，则会在D：MCGSWORK下自动生成新建工程，默认的工程名为新建工程X.MCG(X表示新建工程的顺序号，如：0、1、2等)。如下图25所示。 图25 工程另存为窗口在菜单“文件”中选择“工程另存为”选项，把新建工程存为：D：MCGSWORK新建工程。如图26所示。 图26 保存新建的工程6.7.2 画面设计及动画连接（1）建立新画面在MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生新“窗口0”，如图27所示。图27 新建用户窗口（2）工具箱单击工具条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱，图标对应于选择器，用于在编辑图形时选取用户窗口中指定的图形对象；为了快速构图和组态，MCGS系统内部提供了常用的图元、图符、动画构件对象，称为系统图形对象。如下图28所示。图28 绘图工具箱窗口单击“工具”菜单，选中“对象元件库管理”或单击工具条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱,工具箱中的图标用于从对象元件库中读取存盘的图形对象；6.8 画面制作建立操作画面，在画面中我们可以用MCGS组态模拟软件来简单模拟当前设备整个过程流程，这样方便我们后期在实际生产过程中遇到一些想不到的错误，通过此软件模拟我们能及时更改一些有错误的地方。图29 操作画面结 论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。电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些领域中，电动机常常运行在恶劣的环境下，易产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。而PLC用于及时诊断出这些故障，达到了理想的效果，减少了工业，农业不必要地损失。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。经过以上软件硬件的设计可以看出PLC用于电机的故障诊断，不仅设计简单，易懂，并且对电机故障的诊断稳定，准确，可靠，是一套科学、便捷的电机故障诊断系统。在将来工农业电机的发展生产中必将得到广泛的应用。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。而且程序系统的设计简单、建造工作量小，维护方便，容易改造。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。PLC的体积小，重量轻，能耗低也是其一个很重要的优点。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备参考文献1. 苏春亮.电动机故障及其保护装置A.科技情报开发与经济，2003.6.2. 彭芳.PLC在三相电动机缺相保护中的作用A.企业技术开发，2018.3.3. 毛行星，唐少臣，韩屹威.基于PLC电机故障诊断系统A.数控技术，2017.2.4. 何朝阳.基于PLC电机故障诊断系统A.数字技术与应用，2018.2.5. 张桂金.基于PLC系统的电机故障分析方法探究A.Value Engineerin，2011.6. 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In spite of this popularity, the induction motor has two inherent limitations: (1) the standard motor is not a true constantspeed machine, its full-load slip varies less than 1 % (in high-horsepower motors). And (2) it is not inherently capable of providing variable-speed operation. In this paper a new monitoring control method using a programmable logic controller (PLC) has been introduced. The PLC correlates the operational parameters to the speed requested by the user and monitors the system during normal operation and under trip conditions. Tests of the induction motor system driven by inverter and controlled by PLC prove a higher accuracy in speed regulation as compared to a conventional V/ f control system. Also the efficiency of PLC based speed control is increased at high speeds up to 95% of the synchronous speed.Key words: Design, variable frequency drives, speed control, induction motor (IM), programmable logic Controller. INTRODUCTIONThe single phase induction motor is widely used in sector of the manufacturing & domestic appliances. This is because it offers simple and rugged construction, less maintenance and cost-effective pricing. Hence induction motor has been used widely for the industrial applications requiring variable speed. The speed control of Induction Motor must be done through a controller providing maximum torque with minimum loss. Although induction motors are reliable, they are subjected to some undesirable stresses, causing faults resulting in failure. Monitoring of an IM is a fast emerging technology for the detection of initial faults. It avoids unexpected failure of an industrial process. Monitoring techniques can be classified as the conventional and the digital techniques .2.Prof. A.M.Jain,Professor, Dept. of Electrical Engg.K.K.W. IEER, NasikK.(Mob. 9420228383)Nowadays, the programmable logic controller (PLC) is widely is used for industrial automation systems. Many factories use PLC in automation processes to reduce production cost and to increase quality and reliability. It also helps to reduce human interference and hence human errors. The PLC systems comprise with special Input & output cards which are appropriate for direct usage in industrial automation systems. The input components, such as the pressure, the level, the voltage, the current and the temperature sensors, can be connected to the input. The driver components of the control circuit such as contactors and solenoid valves can directly be connected to the output. Few papers are published about the control of induction motors using Programmable Logic Controller. One of them is about power factor controller for a induction motor that utilizes a PLC to improve the power factor and to keep its voltage-to-frequency ratio constant over the entire control range. Another paper published is about protection of induction motor using PLC against different faults. The vector control integrated circuit uses a complex programmable logic device (CPLD) and integer arithmetic for the voltage or current regulation of three-phase pulse-width modulation (PWM) inverters .Since different technology for motion control of electric drives is available, here we have introduced the use of programmable logic controller with power electronics for speed control in electric. This use offers advantages such as lower voltage drop when turned on and the ability to control motors and other equipment with a virtually higher power factor. Other applications include machine tools with improved precision computerized numerical control (CNC) due to the use of PLCs. To obtain accurate industrial electric drive systems, it is necessary to use PLCs interfaced with power converters, personal computers, and other electric equipment. Nevertheless, this makes the equipment more sophisticated, complex, and expensive .II. PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERFollowing figure (Fig.1) shows the Basic Structure of the PLC. A PLC or a programmable Logic controller is a small computer used for automation of real-world processes. A PLC is consisting of CPU, Input module, Output Module. A PLC can be programmed to sense, activate, and control industrial equipment. Hence, a PLC incorporates a number of Input / Output points, to interface different electrical signals. Input & output components of the processes are connected to the PLC; and the control program is loaded on the PLC memory .Fig 1: Basic structure of the PLC In this study, the PLC is used to measure the speed, the voltage, and the current of an induction motor through analog inputs & sensors, such as current transformer, voltage transformer & speed sensor. In addition, it continuously monitors the inputs and activates the outputs according to the program.A. Hardware:The system used in this study consists of a 1 HP /1400 r/min Single phase Induction motor, one voltage transformers with transformation ratio of 250/5 V, one current transformers with current ratio of 1000:1, and an incremental encoder with 360 pulse per revolution used for measuring the rotor speed, a true rms to dc conversion card, a Allen Bradley PLC micrologix 1400 is used.The current and the voltage of the motor in the protection system were measured using the measurement card including of current transformer and voltage transformer. This card includes an amplifier with op-amps, a gain potentiometer, and a filter circuit used to change the current value. The outputs of the measurement card were applied to the input port of true rms-to-dc conversion card. The AD536A integrated circuit was used for the true rms-to-dc conversion. The AD536A is a complete monolithic integrated circuit that performs true rms-to-dc conversion. It offers a good performance that is comparable or superior to that of hybrid or modular units that cost more. The AD536A directly computes the true rms value of any complex input waveform containing ac and dc components. Potentiometers and filter circuit were used on the true rms-to-dc conversion card for changing the current and the voltage values. Converted current and voltage values were then transferred to the PLC analog module through the true rms-to-dc conversion card. To measure the speed of the motor, an incremental encoder was connected to motor shaft. The incremental encoder with 360 pulses per revolution was used for measuring the rotor speed. The encoder output with pulse width modulation (PWM) is converted to dc voltage value using conversion circuit.B. PLC Speed Control SoftwareThe software regulates the speed and monitors the constant speed control regardless of torque variation. The inverter is used for the power supply to the motor which is controlled by PLCs software. The inverter alone cannot keep the speed constant without the control loop with feedback and PLC. From the control panel, the operator selects the speed set point and the direction of rotation whether forward/backward. Then, by pushing the manual start push button, the motor begins the rotation. If the stop button is pushed, then the rotation stops. The corresponding input signals are interfaced to the DIM (Digital Input Module) and the output signals to the DOM (Digital Output Module). The AIM (Analog Input Module) receives the trip signal from the stator current sensor, the speed feedback signal from the tachogenerator, and the signal from the control panel. In this way, the PLC compares the requested speed and the actual speed of the motor. The difference between the requested speed by the operator and the actual speed of the motor gives the error signal. If the error signal is not zero, but positive or negative, then according to the computations carried out by the CPU, the PLC decreases or increases the V/f ratio of the inverter and, thus, the speed of the motor is corrected. The implemented control is of proportional and integral (PI) type (i.e., the error signal is multiplied by gain, integrated, and added to the requested speed). As a result, the control signal is sent to the DOM and connected to the digital input of the inverter to control variations. At the beginning, the operator selects the gain by using a rotary resistor mounted on the control panel (gain adjust) and the AIM receives its voltage drop as controller gain signal (010V). The requested speed is selected using a rotary resistor and the AIM reads this signal. Its value is sent to the AOM and displayed at the control panel (speed set point display). Another display of the control panel shows the actual speed computed from the speed feedback signal. A third display shows the load torque computed from the load current signal in Newton-meters (Nm). Their corresponding signals are output to the AOM.C. PLC Monitoring Control SoftwareSome of the required protections are also provided by monitoring different parameters. During motor operation, it is not possible to reverse its direction of rotation by changing t