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非侵入式矿井提升机PLC电控系统实时故障诊断方法的研究

作　者: 蒲锰
导　师: 史大光
学　校: 山东科技大学
专　业: 矿业装备与控制工程
关键词: 非侵入监测机器视觉 LED标定与识别 FTA 实时故障诊断
分类号: TD534
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

针对矿井提升机的运行监视和故障诊断的实际需求,本文提出了“非侵入式监视”的新方法,用于提升机的监视与故障诊断。这种监测方法的核心是利用机器视觉,捕获PLC指示灯的状态图像。以非侵入的方式获取控制系统的状态信息,而不是直接地以电气并接的方式得到系统的状态信息,以此来进行监视或故障诊断。监视系统没有“侵入”控制系统内部,意味着原控制系统和监视诊断系统无电气的联系。这种方式可以避免监控系统对原控制系统的“干扰”,从而保证系统更安全地运行。因为PLC的LED指示灯,直接反映控制系统的开关、继电器、接触器等开关量的输入或输出状态,所以使用视觉的方法就可以间接地获取所需状态信息。这就是“非侵入”监视的基本原理。这一技术实现的关键是LED阵列位置的自动标定和状态识别。本文第2、3章详细介绍了非侵入监视系统的实现方法和相关技术。为了实现系统的状态监视和故障诊断,除了从PLC模块获取信息外,还需要获取提升机滚筒的转速、转角、转向等信息(对应于容器速度、深度和提升方向),以及司机操作主令手柄的状态。本文也讨论了采用附加编码器来获取这些信息的方法。在信息获取问题解决后,实现故障诊断的关键在于如何处理这些信息。本文第4章以TKM矿井提升机电控系统为例,按照提升机电控系统的故障征兆和故障源的对应关系进行归类,系统地构建了主回路、安全回路、速度回路、动力制动回路、其它辅助回路故障树。用下行法可以求出电控系统故障树的最小割集,从而确定故障部位。在此基础上,本文还介绍了故障树的定量分析法,为以后建立完善的故障树定量分析提供理论依据。在以上研究的基础上,第5章讨论了上位机软件的构成。给出了通信模块、提升机状态实时监视模块、故障诊断模块的设计说明,并采用Visual Basic开发相应的上位机软件,模拟了TKM系统的过程监视和故障分析。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
1 绪论  12-17
  1.1 课题的背景和意义  12-16
  1.2 课题研究的主要内容  16
  1.3 本章小结  16-17
2 非侵入实时故障诊断系统的原理和硬件设计  17-26
  2.1 矿井提升机TKM电控系统的构成  17-18
  2.2 非侵入实时故障诊断系统的结构原理  18-19
  2.3 PLC指示灯的机器视觉监视  19-20
  2.4 给定自整角机的监测  20-21
  2.5 测速发电机的运行监视  21-24
  2.6 主令信号的监测  24-25
  2.7 本章小结  25-26
3 基于机器视觉的PLC指示灯状态识别  26-44
  3.1 PLC指示灯的图像采集  26-27
  3.2 VB图像处理中的相关函数、属性及方法  27-30
  3.3 PLC指示灯位置的手动标定  30-31
  3.4 PLC指示灯自动标定前的图像处理  31-40
  3.5 PLC指示灯位置的自动标定  40-43
  3.6 本章小结  43-44
4 TKM矿井提升机电控系统故障树分析  44-69
  4.1 提升机电气控制系统故障的表现形式  44-45
  4.2 故障树分析法的特点及数学基础  45-48
  4.3 主回路故障树构建  48-51
  4.4 安全回路故障树的构建  51-53
  4.5 速度回路故障树构建  53-55
  4.6 动力制动回路故障树构建  55-61
  4.7 其它辅助回路故障树构建  61-63
  4.8 下行法求电控系统故障树的最小割集  63-67
  4.9 故障树的定量分析方法  67-68
  4.10 本章小结  68-69
5 TKM电控系统运行监视与故障诊断的软件仿真  69-82
  5.1 TKM电控系统PLC指示灯的相关信息  69-71
  5.2 通信模块  71-72
  5.3 故障诊断模块  72-75
  5.4 显示模块  75-77
  5.5 提升机的状态实时监视模块  77-80
  5.6 本章小结  80-82
6 总结和展望  82-83
  6.1 论文研究工作总结  82
  6.2 未来工作的展望  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-87
攻读硕士期间主要成果  87

非侵入式矿井提升机PLC电控系统实时故障诊断方法的研究

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