起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計——畢業(yè)設(shè)計

1、 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 i 頁起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要起重機(jī)作為物料搬運系統(tǒng)中一種典型設(shè)備，在企業(yè)生產(chǎn)活動中應(yīng)用廣泛作用顯著，因此對于提高起重機(jī)的運行效率，確保運行的安全可靠性，降低物料搬運成本是十分重要的。傳統(tǒng)的起重機(jī)控制系統(tǒng)主要采用繼電器接觸器進(jìn)行控制，采用交流繞線串電阻的方法進(jìn)行啟動和調(diào)速，這種控制系統(tǒng)存在可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。電能浪費大，效率低等缺點。因此對起重機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有現(xiàn)實意義。本文針對起重機(jī)控制系統(tǒng)中存在的上述問題，把可編程序控制器和變頻器應(yīng)用于橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)上，并進(jìn)行了較深入的研究。首先根據(jù)起重機(jī)的運行特點，研究了起重機(jī)的控制系統(tǒng)及其組成

2、。其次實現(xiàn)了變頻器的參數(shù)設(shè)置、電機(jī)的啟動和停止及其系統(tǒng)故障報警。plc系統(tǒng)通過采用siemens s7-200來控制起重機(jī)大車、小車的運行方向和速度換擋，吊鉤的升、降方向及速度換擋，檢測各個電機(jī)故障現(xiàn)象。減少了傳統(tǒng)繼電-接觸式控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)。減少了硬件和控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。關(guān)鍵詞：起重機(jī)；可編程控制器；變頻調(diào)速 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ii 頁design of frequency control system in craneabstractthe crane carries a kind of typical equipment in the supplie

3、s system，so it have extensive function in the activity of producing enterprise,so it is important to improve the crane operational eficiency,guarantee the safe reliability to be operated, reduce the cost of the supplies carrying.but the traditional crane control system mainly adopts relay and contac

4、tor to control crane，adopt the methods of wire winding bunch of resistance to start and adjust speed of motor，the control system have many disadvantages,for example: dependability is bad, it is complicated to operate, fault rate is high. the electric energy is wasted greatly,efficiency is low.carryi

5、ng on the research to the rane control system has realistic meanings, to the question that exist in the crane control system，the paper apply programmablecontroller and frequency converter on control system of bridge crane，have carried on deeperresearch.in relevantre spects. first of all cranes opera

6、ting in accordance with features of the control system of the crane and its components. converter followed by a set of parameters, start and stop the motor and system failure alarm. plc system through the use of siemens s7-200 to control the crane, the operation of car direction and speed shift, the

7、 hook up, down-shift direction and speed, all the electrical fault is detected. reduce the traditional relay - touch the middle part of control system. a reduction of the hardware and the line of control has greatly improved system stability, reliability.keywords: cranes;programmable controllers;fre

8、quency control 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 iii 頁目錄摘要.iabstract.ii1 緒論.11.1 傳統(tǒng)起重機(jī)控制系統(tǒng)存在的問題 .11.2 起重機(jī)電氣傳動技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況 .11.3 本課題的研究意義及主要內(nèi)容 .32 矢量控制變頻調(diào)速.52.1 變頻調(diào)速的基本原理.52.2 變頻器的基本結(jié)構(gòu) .62.2.1 變頻器的主電路.62.2.2 變頻器的控制電路構(gòu)成.73 變頻調(diào)速橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計和部件選型.93.1 橋式起重機(jī)系統(tǒng)簡介及起重機(jī)基本數(shù)據(jù) .93.1.1 橋式起重機(jī)的構(gòu)造.93.1.2 各機(jī)構(gòu)組成和特點.93.2 本系統(tǒng)總體方案設(shè)計 .93.3

9、 系統(tǒng)的部件設(shè)計.103.3.1 電機(jī)的選用.103.3.2 變頻器的選用.124 可編程序控制器在橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.164.1 plc 概述及其系統(tǒng)組成 .164.1.1 plc 概述.164.1.2 plc 的系統(tǒng)組成與各部分的作用.164.2 本系統(tǒng)中可編程序控制器的選取及其特點.174.2.1 plc 系統(tǒng)選型一 siemens s7-200.174.2.2 siemens s7-200 系列 plc 特性.174.2.3 siemens s7-200 plc 的工作原理.194.3 變頻調(diào)速起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計.204.3.1 系統(tǒng)控制的要求.204.3.2 控制系統(tǒng)的

10、i/o 點及地址分配.204.3.3 plc 配置.224.3.4 電氣控制系統(tǒng)原理圖.225 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計.245.1 plc 程序設(shè)計 .24 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 iv 頁5.1.1 plc 編程軟件概述.245.1.2 程序設(shè)計.245.2 系統(tǒng)抗干擾措施.28結(jié)論.29致謝.30參考文獻(xiàn).31附錄.32 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁1 緒論1.1 傳統(tǒng)起重機(jī)控制系統(tǒng)存在的問題起重機(jī)作為物料搬運機(jī)械在整個國民經(jīng)濟(jì)中有著十分重要的地位。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國起重機(jī)制造廠和使用部門在設(shè)計、制造工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗，不斷改造，推動了

11、起重機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。傳統(tǒng)起重機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)存在的問題：(1)傳動性能差(2)可靠性差 (3)增加能耗 (4)增加使用維修成本(5)危險性也比較高。傳統(tǒng)的起重機(jī)驅(qū)動方案一般采用：(1)直接起動電動機(jī)；(2)改變電動機(jī)極對數(shù)調(diào)速；(3)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；(4)渦流制動器調(diào)速；(5)可控硅串級調(diào)速；(6) 直流調(diào)速。前四種方案均屬有級調(diào)速，調(diào)速范圍小，無法高速運行，只能在額定速度以下調(diào)速：起動電流大，對電網(wǎng)沖擊大；常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械制動，對起重機(jī)的機(jī)構(gòu)沖擊大，制動閘瓦磨損嚴(yán)重；功率因數(shù)低，在空載或輕載時低于0.20.4，即使?jié)M載也低于0.75，線路損耗大?？煽毓璐壵{(diào)速雖各服了上述缺點，實現(xiàn)了額定速度

12、以下的無級調(diào)速，提高了功率因數(shù)，減少了起制動沖擊，價格較低，但目前串級調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實現(xiàn)控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動性能，很好的保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，所以有時采用直流電動機(jī)，而直流電動機(jī)制造工藝復(fù)雜，使用維護(hù)要求高，故障率高。1.2 起重機(jī)電氣傳動技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況國外發(fā)達(dá)國家的起重機(jī)，很多都采用變頻調(diào)速系統(tǒng)控制。即使在發(fā)展中國家的比例也比較高。我國雖然近幾年對傳統(tǒng)的起重機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了一些變頻調(diào)速系統(tǒng)改造，并且很多起重機(jī)生產(chǎn)廠家開始采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，但絕大部分用戶仍然使用傳統(tǒng)的“繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)”方式，電氣調(diào)速控制的方法很多，對直流驅(qū)動來講6

13、0年代采用發(fā)電機(jī)一電機(jī)系統(tǒng)。從控制電阻分級控制，到交磁放大控制，到可控硅scr激磁控制，到主回路可控硅即晶閘管整流供電系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成模塊出現(xiàn)，計算機(jī)、微處理器應(yīng)用，因此控制從分立組成模擬量控制發(fā)展至今天的數(shù)字量控制。從交流驅(qū)動來講，常規(guī)的常采用繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，為滿足重物下放 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁時的低速，一般依靠能耗制動、反接制動，后來還采用渦流制動，還有靠轉(zhuǎn)子反饋控制制動、反接制動、單相制動器抱閘松勁的所謂軟制動，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外開發(fā)研制變頻調(diào)速，plc可編程序控制器的應(yīng)用控制系統(tǒng)的性能更加完美。目前國內(nèi)外幾種常用調(diào)速系統(tǒng)配置及其性

14、能：l.dc-300直流驅(qū)動調(diào)速系統(tǒng)：ge公司dc-300,dc-2000是微處理器數(shù)字量控制的直流驅(qū)動調(diào)速系統(tǒng)，其控制功率從300hp到4000hp，并采用plc對整機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)實施故障診斷、檢測、報警及控制。2.交流調(diào)速控制系統(tǒng)：對于起重機(jī)械來講，交流驅(qū)動仍是國內(nèi)普遍采用的方案而多數(shù)停留在繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻來調(diào)速。隨著功率電子技術(shù)的發(fā)展，早在二十世紀(jì)六十年代后期，國外就開始致力于晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速技術(shù)的開發(fā)研究。目前，該技術(shù)已進(jìn)入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應(yīng)用階段。日本安川電機(jī)制作所于1972年就正式定為vs系列，應(yīng)用于起重機(jī)及軋機(jī)輔助設(shè)備的交流調(diào)速。法國、英國、德國等大電氣公司亦在這方面展開了重點

15、研制開發(fā)。借助電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，由分離元件發(fā)展到大規(guī)模集成電路，從而實現(xiàn)控制部件的微型組件化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，進(jìn)而從模擬量控制發(fā)展到數(shù)字量控制?？删幊绦蚩刂破鱬lc引入到交流電氣傳動系統(tǒng)后，使傳動系統(tǒng)性能發(fā)生了質(zhì)的變化。在橋式起重機(jī)實現(xiàn)了抓斗的自動控制和故障診斷、檢測顯示等，達(dá)到了新的技術(shù)高度。3.變頻調(diào)速：變頻調(diào)速技術(shù)是國際上各大電氣公司在70年代末80年代投入全力研制、開發(fā)，也是國際國內(nèi)這幾年全力研制應(yīng)用的目標(biāo)與方向。這幾年一些公司如德國siemens,美國ge，日本三菱等推出全數(shù)字化的矢量控制技術(shù)，大功率的igbt模塊的出現(xiàn)使變頻技術(shù)在起升機(jī)械、電梯等位能負(fù)載控制成

16、為現(xiàn)實。目前，變頻調(diào)速的控制方法有恒壓頻比控制，轉(zhuǎn)差頻率控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制等。這些控制方法都得到了不同程度的應(yīng)用，但其控制性能有一定的差異。變頻器使用pwm技術(shù)可嚴(yán)格地使輸入電流正弦即在下降過程各機(jī)械減速1cos制動中，將動能和位能轉(zhuǎn)化為電能反饋電網(wǎng)，達(dá)到理想的節(jié)能指標(biāo)，同時確保工況正常運行，上述發(fā)展己完成了產(chǎn)品系列化上市，對“變頻”裝置在技術(shù)上以及經(jīng)濟(jì)上與其他驅(qū)動裝置競爭將有明顯的優(yōu)勢。同時隨著plc系統(tǒng)的不斷成熟與完善，以及大容量變頻器在位能負(fù)載上的成功應(yīng)用，變頻調(diào)速系統(tǒng)必將成為未來調(diào)速市場的主流。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁1.3 本課題的研究意義及主要內(nèi)容本課題中

17、以橋式起重機(jī)作為研究實體，由上可知，傳統(tǒng)起重機(jī)的控制系統(tǒng)主要采用交流繞線轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行啟動和調(diào)速，繼電一接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點有：1.起重機(jī)工作環(huán)境差，工作任務(wù)重，電動機(jī)以及所串電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生。2.繼電一接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。3.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低。要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，同時也帶動電氣傳動和自動控制領(lǐng)域的發(fā)展。其中，具有代表性的交流變頻調(diào)速裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為plc控制

18、的變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)系統(tǒng)提供了有利條件。變頻技術(shù)的運用使得起重機(jī)的整體特性得到較大提高，可以解決傳統(tǒng)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)存在諸多的問題，變頻調(diào)速以其可靠性好，高品質(zhì)的調(diào)速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。本論文以20/5t*19.5m通用橋式起重機(jī)為研究對象，研究了變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)中的應(yīng)用，并且根據(jù)原有的控制結(jié)構(gòu)，結(jié)合組態(tài)軟件和plc技術(shù)，提出了一個改進(jìn)的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，并且采用此體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。本論文的主要內(nèi)容分為如下四個部分：(1)矢量控制變頻調(diào)速原理即本論文的第二章，它首先介紹變頻調(diào)速的基本原理，然后介紹了變頻器的基本結(jié)構(gòu)，即變頻器的

19、主電路和控制電路構(gòu)成。為下一步部分的起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)。(2)變頻調(diào)速橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計和部件選型即本論文的第三章，起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)(工業(yè)觸摸屏系統(tǒng))、下位機(jī)(plc控制系統(tǒng))，變頻器等組成，并選擇系統(tǒng)各主要組成部分。(3)可編程序控制器在橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用即本論文的第四章，它首 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁先介紹了plc原理、系統(tǒng)組成及其各部分的作用，然后論述本系統(tǒng)中plc的選取，采用siemens公司s7-200型plc，最后介紹控制系統(tǒng)的構(gòu)成。(4)橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計即本論文的第五章，主要是系統(tǒng)的plc程序設(shè)計。它

20、根據(jù)控制系統(tǒng)的要求對plc進(jìn)行編程。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁2 矢量控制變頻調(diào)速2.1 變頻調(diào)速的基本原理異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： （2.1）)1 (60spfn式中：為電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；為電動機(jī)定子的頻率；為電動機(jī)定子的繞阻的磁極對nfp數(shù)； 為轉(zhuǎn)差率。s 在異步電動機(jī)的極對數(shù) p 和轉(zhuǎn)差率 s 一定的情況下，只改變異步電動機(jī)的供電電源頻率，就可以實現(xiàn)對異步電動機(jī)的調(diào)速。但當(dāng)供電電源頻率小于電動機(jī)的額定ff工作頻率內(nèi)變化時，因端電壓（式中：e1感應(yīng)電動勢、供電fwkeu44. 41f電源頻率、w- -串聯(lián)匝數(shù)、 k-繞組系數(shù)、電機(jī)的磁通） ，只有維持 u/f 為常數(shù)，才能保證電機(jī)的

21、磁通 不變，保證電動機(jī)的性能不變。而當(dāng)供電電源頻率大于電動機(jī)的f額定工作頻率時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，若仍維持 u/f 為常數(shù)，端電壓 u 將超過電動機(jī)額定電壓，這是不允許的，因此，在實現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速時，應(yīng)保持電源電壓不變并為額定值，僅使供電電源頻率增加，電動機(jī)磁通 將減少，輸出轉(zhuǎn)矩也f將隨之下降，而輸出功率近似恒定。 起重機(jī)變頻調(diào)速方式一般采用 u/f 控制方式、矢量控制方式及直接轉(zhuǎn)矩控制方式。其中起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)一般采用閉環(huán)的矢量控制方式或閉環(huán)的直接轉(zhuǎn)矩控制方式，而移動機(jī)構(gòu)一般開環(huán)的 u/f 控制方式或開環(huán)的矢量控制方式。矢量控制是一種高性能異步電動機(jī)控制方式，它基于電動機(jī)的動態(tài)數(shù)

22、學(xué)模型分別控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流，具有與直流電動機(jī)相類似的控制性能。 直流電動機(jī)具有兩套繞組：勵磁繞組和電樞繞組。兩套繞組在機(jī)械上是獨立的、在空間上互差 90，兩套繞組在電氣上也是分開的，分別由不同電源供電。在勵磁電流恒定時，直流電動機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電流成正比，控制直流電動機(jī)的電樞電流可以控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，因而直流電動機(jī)具有良好的控制性能。當(dāng)進(jìn)行閉環(huán)控制時，可以很方便地構(gòu)成速度、電流雙閉環(huán)控制，系統(tǒng)具有良好的靜、動態(tài)性能。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁而異步電動機(jī)雖然有兩套多相繞組，定子繞組和轉(zhuǎn)予繞組，但只有定子繞組和外部電源相接，在定子繞組中流過定子電流。轉(zhuǎn)子繞組雖然

23、流過電流，但它是通過電磁感應(yīng)在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，并將從定子側(cè)得到的電磁能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能供給負(fù)載。因此異步電動機(jī)的定子電流包括兩個分量：勵磁電流分量和轉(zhuǎn)子電流分量。由于勵磁電流是異步電動機(jī)定子電流的一部分，很難象直流電動機(jī)那樣僅僅控制異步電動機(jī)的定子電流達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。事實上，異步電動機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和定子電流并不成比例，定子電流大并不能保證電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大。例如，異步電動機(jī)起動時，定子電流幾乎是額定電流的 57 倍，但起動轉(zhuǎn)矩僅僅是額定轉(zhuǎn)矩的 0.81.2 倍。 但是，根據(jù)異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)方程式，它具有和直流電動機(jī)的動態(tài)方程式相同的形式，因而如果選擇合適的控制策略，異步電動機(jī)

24、應(yīng)能得到和直流電動機(jī)相類似的控制性能，這就是矢量控制。2.2 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 圖2.1 變頻器結(jié)構(gòu)圖2.2.1 變頻器的主電路(1)電力電子開關(guān)器件電力半導(dǎo)體器件已經(jīng)歷了以晶閘管為代表的分立器件，以可關(guān)斷晶閘管(gto)，巨型晶體管(gtr)，功率mosfet、絕緣柵雙極晶體管(igbt)為代表的功率集成器件(pid),以智能化功率集成電路(spic)，高壓功率集成電路(hvic)為代表的功率集成電路(pic)等三個發(fā)展時期。從晶閘管發(fā)展到pid, pic通過門極或柵極控制脈沖可實現(xiàn)器件導(dǎo)通與關(guān)斷的全控器件.在器件的控制模式上，從電流型控制模式及發(fā)展到電壓型控制模式，不僅大大降低了門極(柵極

25、)的控制功率，而且大大提高了器件導(dǎo)通與關(guān)斷的轉(zhuǎn)換速度，從而使器件的工作頻率不斷提高。在器件結(jié)構(gòu)上，從分立器件發(fā)展到由分 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁立器件組合成功率變換電路的初級模塊，繼而將功率變換電路與觸發(fā)控制電路、緩沖電路、檢測電路等組合在一起的復(fù)雜模塊。(2)整流電路一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是對工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。此外，由于電動機(jī)制動的需要

26、，在直流中間電路中有時還包括制動電阻以及其它輔助電路。(3)逆變電路逆變電路是變頻器主要的部分之一。它是利用六個半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。由于逆變器的負(fù)載為異步電動機(jī)，屬于感性負(fù)載，無論電動機(jī)處于電動機(jī)是發(fā)電制動狀態(tài)，變頻器功率因素總不會為1。因此，在直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間總會有無功功率的交換，這種無功能量就靠這之間直流環(huán)節(jié)的儲能元件來緩沖。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實現(xiàn)對異步電動機(jī)的調(diào)速控制。2.2.

27、2 變頻器的控制電路構(gòu)成包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路（如圖2.2所示）以及保護(hù)電路等幾個部分，是變頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪δ孀兤鏖_關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁圖2.2 變頻器的外部接口電路 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁3 變頻調(diào)速橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計和部件選型3.1 橋式起重機(jī)系統(tǒng)簡介及起重機(jī)基本數(shù)據(jù)3.1.1 橋式起重機(jī)的構(gòu)造起重機(jī)廣泛地應(yīng)用在室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處用作物料搬運設(shè)備，為此要求它高效，靈活，安全可靠。本課

28、題研究的起重機(jī)是電動雙梁橋式起重機(jī)，該起重機(jī)由起重小車、橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運行機(jī)構(gòu)以及電氣控制設(shè)備等四個部分組成。機(jī)構(gòu)主要指主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、小車運行機(jī)構(gòu)、大車運行機(jī)構(gòu)。在電氣控制系統(tǒng)中，其供電一般是通過電纜卷筒將電源輸送到中心電器上，起重機(jī)機(jī)為低壓供電系統(tǒng)，電氣控制部分集中在操作室和電氣房內(nèi)，安全保護(hù)裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?.1.2 各機(jī)構(gòu)組成和特點起升機(jī)構(gòu)是用來實現(xiàn)貨物的升降，它通常由驅(qū)動裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)和取物裝置三部分組成。此外，根據(jù)工作需要還可以裝設(shè)各種輔助裝置，如高度限位器，超載限位器等。運行機(jī)構(gòu)的作用是使起重機(jī)運行部分作來回運動，以達(dá)到在水平面內(nèi)運移貨物的目的。以下是本

29、課題橋式起重機(jī)基本參數(shù)：該機(jī)的起重量為20/5 t，其跨度(l)為19.5 m， 小車起升速度為15 m/min，大車起升速度為7.5 m/min，小車運行速度為45 m/min，大車運行速度為75 m/min。3.2 本系統(tǒng)總體方案設(shè)計控制系統(tǒng)由繼電器控制改為plc控制，四大機(jī)構(gòu)調(diào)速均采用變頻調(diào)速。由于各機(jī)構(gòu)的特點不同，對調(diào)速要求也不相同。橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由上位機(jī)(工業(yè)觸摸屏系統(tǒng))、下位機(jī)(plc控制系統(tǒng))、變頻調(diào)速系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁工業(yè)觸摸屏 plc變頻器變頻器變頻器pg卡變頻器pg卡大車兩臺電機(jī)小車電機(jī)副鉤電機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器主

30、鉤電機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器兩臺制動器制動器制動器制動器圖3.1 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)組成1起升機(jī)構(gòu)主起升和副起升兩臺電機(jī)各使用一個變頻器。變頻器的選擇，應(yīng)以選擇變頻器的額定電流為基準(zhǔn)，一般以電動機(jī)的額定電流、負(fù)載率、變頻器運行的效率為依據(jù)，通過計算，變頻器的額定電流一般為電動機(jī)額定電流的1.2倍以上。控制方式選用帶pg的矢量控制方式。plc接受電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換卡送達(dá)的反饋信號，避免吊鉤的下滑。2運行機(jī)構(gòu)大車運行機(jī)構(gòu)兩臺電機(jī)用一個變頻器,考慮到運行機(jī)構(gòu)的工作頻率較少，為節(jié)省成本，在調(diào)速中運行機(jī)構(gòu)共用一臺變頻器，變頻器的選擇，一般以電動機(jī)的額定功率作為選擇的依據(jù),通常選額定功率大一級的變頻器。控

31、制方式選用v/f的變頻控制方式。3.3 系統(tǒng)的部件設(shè)計3.3.1 電機(jī)的選用一、變頻調(diào)速對電機(jī)的要求 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁采用變頻調(diào)速時，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的擴(kuò)大產(chǎn)生了一些與在工頻電源下傳動時不同的特征。主要反映在功率因數(shù)、效率、輸出力矩、電機(jī)溫升、噪音及振動等方面。隨著高開關(guān)頻率的igbt等電力電子器件的使用、pwm調(diào)制、矢量控制、增強(qiáng)型v/f控制方法的應(yīng)用、使變頻器輸出波形、諧波成份、功率因數(shù)及使用效率得到了很大的改善，有效地提高了變頻控制電機(jī)的低速區(qū)轉(zhuǎn)矩。同時由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，使電機(jī)可以避開共振點，解決了系統(tǒng)在大調(diào)速區(qū)間內(nèi)可能

32、發(fā)生的共振問題。二、變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電機(jī)的選型起重機(jī)起升和運行機(jī)構(gòu)的調(diào)速比一般不大于1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)率在60%以下，負(fù)載多為大慣量系統(tǒng)。嚴(yán)格意義上的變頻電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量較小，響應(yīng)較快，可工作在比額定轉(zhuǎn)速高出很多的工況條件下，這些特性均非起重機(jī)的特定要求。普通電機(jī)與變頻電機(jī)在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致,在連續(xù)工作時考慮到冷卻效果限制了普通電機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機(jī)僅在連續(xù)工作時的變頻驅(qū)動特性比變頻電機(jī)稍差。三、電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩及電機(jī)運行的功率因數(shù)起重機(jī)運行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量較大，為了加速電機(jī)需有較大的起動轉(zhuǎn)矩，故電機(jī)容量電機(jī)容量為 p (3.1)mspapjp/ )(式中：為電機(jī)平均起

33、動起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。ms若使電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下接近滿載運行，且能承受電網(wǎng)電壓的波動，并通過1.1倍試驗載荷，則要求電機(jī)的過載力矩倍數(shù)大于1.5倍，或適當(dāng)增加加速時間，減少加速功n率。對每小時作20多個循環(huán)的起重機(jī)來講，運行機(jī)構(gòu)的加速時間可在510 s調(diào)整，有利于機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)運行。起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷特點是起動時間短(13 s)，只占等速運動時間的較少比例;轉(zhuǎn)動慣量較少，占額定起升轉(zhuǎn)矩的10%20%。其電機(jī)容量p為 （kw） (3.2)1000/(gvcpp式中：為起重機(jī)額定提升負(fù)載，kg； 為額定起升速度 ，m/s；為重力加速度 ，pcvg 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁= 9.81 m /

34、s；為機(jī)構(gòu)總效率。g為使電機(jī)提升1.25倍試驗載荷，能承受電壓波動的影響，其最大轉(zhuǎn)矩值必須大于2,否則必須讓電機(jī)放容，從而降低電機(jī)在額定運行時的工作效率。通過利用上述公式的計算，選用改造后的橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)如表3.1。表3.1 橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號電機(jī)功率，kw主起升機(jī)構(gòu)yzr250m1-830副起升機(jī)構(gòu)yzr200l-815大車運行機(jī)構(gòu)yzr160m1-62*5.5小車運行機(jī)構(gòu)yzr1601-65.5各機(jī)構(gòu)電機(jī)啟動調(diào)速方式說明如下：起升機(jī)構(gòu)：起升、開閉機(jī)構(gòu)的兩臺電機(jī)分別采用各自獨立的變頻調(diào)速器。其控制方式為帶pg矢量控制方式。它具有穩(wěn)定性好，對急加、減速負(fù)載變

35、化有較好的響應(yīng)特性。運行機(jī)構(gòu)：行走機(jī)構(gòu)變頻器采用v/f控制方式驅(qū)動，這樣做一方面簡化了電路，另一方面又可降低成本。只是上述機(jī)構(gòu)在運行中不能同時作業(yè)。3.3.2 變頻器的選用1變頻器選型起重機(jī)各機(jī)構(gòu)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，普遍選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器，如日本的安川，三菱，富士，德國的西門子及丹麥的丹佛斯等。其中本系統(tǒng)選用西門子變頻器，西門子變頻器具有較合理的價格，完整的理論計算書及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。2變頻器容量選擇(1)起升機(jī)構(gòu) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁起升機(jī)構(gòu)平均起動轉(zhuǎn)距一般來說可為額定力矩值的1.31.6倍?？紤]到電源電壓波動因素及需通過125%超載試驗要

36、求等因素，其最大轉(zhuǎn)距必須有1.82倍的負(fù)載力矩值，以確保其安全使用的要求。等額變頻器僅能提供小于150%超載力矩值，為此可通過提高變頻器容量(yz型電機(jī))或同時提高變頻器和電機(jī)容量(y型電機(jī))來獲得200%力矩值。此時變頻器容量為 (kva) (3.3)pkgvckpmpmcncos1000cos5 . 1式中：為電機(jī)的功率因數(shù)，；為起升額定負(fù)載所需功率，kw；cos25. 0cosp為電機(jī)效率，；-變頻器容量，kva；-系數(shù)，。m85. 0mcnpk2k起升機(jī)構(gòu)變頻器容量依據(jù)負(fù)載功率計算，并考慮2倍的安全力矩。若用在電機(jī)額定功率選定的基礎(chǔ)上提高一擋的方法選擇變頻器的容量，則可能會造成不必要的

37、放容損失。在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上再作電流驗證，公式如下: (3.4)mcnii式中：為變頻器額定電流，a；為電機(jī)額定電流，acnimi(2)運行機(jī)構(gòu)當(dāng)運行電機(jī)在300 s內(nèi)有小于60 s的加速時間的并且起動電流不超過變頻器額定位的1.5倍時變頻器容量可按下式計算： (3.5)(cos3759731973cos5 . 122mjmimcnppktngdntkpa式中：為電流波形補(bǔ)償系數(shù)，pwm方式；為負(fù)載轉(zhuǎn)距，nm；k1 . 105. 1ktj為總轉(zhuǎn)動慣量對電機(jī)軸的折算值，kgm；-加速時間，s；-電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，2gdatnr/min當(dāng)運行電機(jī)在300 s內(nèi)電機(jī)有大于60 s加速時間時，變頻器

38、容量按下式取值 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 (kva) (3.6)(cosmjmcnppkp電流驗證：以上公式均以負(fù)載功率作為變頻器容量計算的基本參數(shù)不同的額定電流。故最終尚需驗證電機(jī)和變頻器額定電流，即，通過利用上述公式的計算，改造后的mcnii橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的變頻器如表3.2所示。表3.2 橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的變頻器型號變頻器型號額定功率,kw/電流,a主起升機(jī)構(gòu)6se70272-ed6137/48副起升機(jī)構(gòu)6se70274-7ed6122/47大車運行機(jī)構(gòu)6se6440-2ad3115/30小車運行機(jī)構(gòu)6se6440-2ad255.5/11.6(3)變頻器主要參數(shù)設(shè)

39、置首先將所用電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)輸入p80-p85，大車變頻器應(yīng)輸入幾個電機(jī)的總電流及總功率，并且大車變頻器帶有幾個電機(jī)時應(yīng)運行于線性頻率/電壓特性，速度變化采用固定頻率的迭加，同時利用變頻器的制動器接通、斷開功能由rl2輸出繼電器觸點控制機(jī)械制動器，使行走機(jī)構(gòu)在電機(jī)停止時不會由于外力而隨意移動。如表3.3參數(shù)號參數(shù)值說明： 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁表3.3 參數(shù)號參數(shù)值說明參數(shù)號參數(shù)值說明p0026加減時間 秒p0036減速時間 秒p00551檔速度p0063附加數(shù)字給定p0070開關(guān)量輸入控制p0516固定頻率5開關(guān)p0526固定頻率4開關(guān)p0536固定頻率3開關(guān)p05410故障復(fù)

40、位p0551運行右轉(zhuǎn)p03562運行左轉(zhuǎn)p0465固定頻率5p04415固定頻率4p04325固定頻率3p0616故障p0624外部制動控制 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁p0770v/f特性（大車多電機(jī)）p0771fcc特性（小車單電機(jī)）4 可編程序控制器在橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用4.1 plc概述及其系統(tǒng)組成4.1.1 plc 概述可編程程序控制器(programmablecontroller)，其早期主要應(yīng)用于開關(guān)量的控制，現(xiàn)代的可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，高度集成的新型工業(yè)控制裝置，是計算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，

41、專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。plc自問世以來，經(jīng)過多年的發(fā)展，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)plc得到了驚人的發(fā)展，使plc在概念、設(shè)計、性能價格以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng)，功耗、體積減少，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便.而且遠(yuǎn)程uo和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖像顯示也有了長足的

42、發(fā)展，所有這些已經(jīng)使plc應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過程控制系，使之成為最受歡迎的工業(yè)控制類產(chǎn)品。它較好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。4.1.2 plc 的系統(tǒng)組成與各部分的作用plc是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，plc可分為整體式和組合式。整體式plc是將中央處理器(cpu)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨立的i/o擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，cpu是plc的核心，i/o單元是連接cpu與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于plc與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。 遼寧

43、科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁組合式 plc 將 cpu 單元、輸入單元、輸出單元、智能 i/o 單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相連.裝有cpu 單元的底板稱為 cpu 底板，其它稱為擴(kuò)展底板。cpu 底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過 10m 無論哪種結(jié)構(gòu)類型的 plc，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配合與組合。它主要是由 cpu、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入/輸出接口電路等組成。4.2 本系統(tǒng)中可編程序控制器的選取及其特點4.2.1 plc 系統(tǒng)選型一 siemens s7-200目前plc使用性能較好的siemens公司、日本

44、的三菱、歐姆龍、美國的ab公司，根據(jù)性價比的選擇，根據(jù)被控對象的i/o點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，采用siemens公司的s7-200系列plc。simatic s7-200系列是西門子公司小型可編程序控制器，可以單機(jī)運行，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面(hmi)可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易的組成plc網(wǎng)絡(luò)。同時它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)，同時具有可靠性高，運行速度快的特點，繼承了和發(fā)揮了它在大、中型plc領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，有豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實時特性

45、，其性能價格比高，所以在規(guī)模不太大的領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。4.2.2 siemens s7-200 系列 plc 特性1s7一200系列plc介紹s7- 200系列plc功能強(qiáng)、速度快、擴(kuò)展靈活，具有模塊化、緊湊的結(jié)構(gòu)。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到復(fù)雜的自動控制，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括電力設(shè)施、民用設(shè)施、機(jī)械、機(jī)床等領(lǐng)域。s7-200系列具有極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、操作便捷、內(nèi)置豐富的集成功能、實時特性，良好的通信能力，豐富的擴(kuò)展模塊。2siemens s7一200主要功能模塊介紹(1) cpu模塊 遼寧科技大學(xué)

46、本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁s7-200的cpu模塊包括一個中央處理單元、電源以及數(shù)字i/o點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。cpu負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，驅(qū)動外部負(fù)載。從cpu模塊的功能來看，cpu模塊為cpu22*，它具有如下五種不同的結(jié)構(gòu)配置的cpu單元。 cpu221 它有6輸入/4輸出，i/o共計10點。無擴(kuò)展能力，程序和數(shù)據(jù)存儲容量較小 ，有一定的高速計數(shù)處理能力，非常適合于少點數(shù)的控制系統(tǒng)。 cpu222 它有8輸入/6輸出，i/o共計14點。和cpu221相比，它可以進(jìn)行一定的模擬量控制和2個模塊的擴(kuò)展，因此是應(yīng)用更廣泛的全功

47、能控制器。 cpu224 它有14輸入/10輸出，i/o共計24點。和前兩者相比，存儲容量擴(kuò)大了一倍 ，它可以有7個擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時鐘，它有更強(qiáng)的模擬量和高速計數(shù)的處理能力,是使用得最多s7-200產(chǎn)品。 cpu226 它有24輸入/16輸出，i/o共計40點，和cpu224相比，增加了通信口的數(shù)量 ，通信能力大大增強(qiáng)。它可用于點數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng) 。 cpu226xm 它在用戶程序存儲容量和數(shù)據(jù)存儲容量上進(jìn)行了擴(kuò)展，其他指標(biāo)和cpu226相同 。(2) i/o擴(kuò)展模塊當(dāng)cpu的i/0點數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時，就要進(jìn)行i/o擴(kuò)展，i/o擴(kuò)展包括i/o點數(shù)的擴(kuò)展和

48、功能模塊的擴(kuò)展。典型的數(shù)字量i/o擴(kuò)展模塊有:輸入擴(kuò)展模em221有兩種:8點dc, 8點ac輸入;輸出擴(kuò)展模塊em222有三種:8點dc晶體管輸出，8點ac輸出、8點繼電器輸出。輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊em2323有六種:分別為4點(8點、16點)dc輸入/4點(8點、16點)dc輸出、4點(8點、16點)dc輸入/4點(8點、16點)繼電器輸出。(3) 功能擴(kuò)展模塊當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時，cpu主機(jī)可以擴(kuò)展特殊功能模塊.如要求進(jìn)行profibus-dp現(xiàn)場總線連接時，就需要em277 profibus-dp模塊，在這里主要介紹模擬量輸出模塊em232和模擬量輸入模塊em231。

49、遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 em232模塊提供了有2輸出模擬量通道，具有12位的分辨率，且具有多輸入，輸出信號范圍。其內(nèi)部集成了d/a轉(zhuǎn)換器、放大器等多種功能的電路，可用于復(fù)雜的控制場合。它能夠不用外部放大器而與傳感器直接相連，可根據(jù)輸出模擬量的大小，通過其外置的dip開關(guān)選擇不同的檔位及分辨率，且模擬量的輸出可作為測量傳感器的恒流源使用。 em231模擬量輸入擴(kuò)展模塊提供了4.12位模擬量輸入的功能。其內(nèi)部集成了a/d轉(zhuǎn)換器、放大器等多種功能的電路，有很強(qiáng)的抗干擾性，可用于復(fù)雜的控制場合，它能夠不用放大器而與傳感器直接相連，有4輸入模擬量通道，具有12位的分辨率，且具有多種輸入

50、、輸出信號范圍。4.2.3 siemens s7-200 plc 的工作原理各種plc具體工作原理大同小異都采用掃描工作方式，siemenss7一200plc的工作過程：plc上電后，首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入循環(huán)工作過程。一次循環(huán)過程可歸納為公共處理、程序執(zhí)行、掃描周期計算處理、i/o刷新和外設(shè)端口服務(wù)五個工作階段，一次循環(huán)所用的時間稱為一個工作周期(或掃描周期)，其長短與用戶程序的長短以及plc機(jī)本身性能有關(guān)，其數(shù)據(jù)級ms級，典型值為幾十ms。各階段完成的任務(wù)如下：(1)公共處理：復(fù)位監(jiān)視定時器，進(jìn)行硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等。檢查正常后，方可進(jìn)行下面的操作。如果有異常情況，則根據(jù)錯誤的嚴(yán)重程

51、度發(fā)出報警或停止plc運行。(2)程序執(zhí)行：在程序執(zhí)行階段，cpu按先左后右，先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行解釋、執(zhí)行，cpu從輸入映像寄存器和元件映像寄存器，根據(jù)用戶程序給出的邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果再寫入元件映像寄存器中。(3)掃描周期計算處理：若設(shè)定掃描周期為固定值，則進(jìn)入等待循環(huán)，直到該固定值到，再往下進(jìn)行。若設(shè)定掃描周期為不定的，則進(jìn)行掃描周期的計算。(4) i/o刷新：在此階段，進(jìn)行i/0刷新。輸入刷新時，cpu從輸入電路中讀出各輸入點狀態(tài)，并將此狀態(tài)寫入輸入映像寄存器中;輸出刷新時，將輸出繼電器的元件影響寄存器的狀態(tài)傳送到輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路隔離和功率放大，驅(qū)動外部負(fù)載

52、。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁(5)外設(shè)端口服務(wù)：完成與外設(shè)端口連接的外圍設(shè)備部編程器或通信適配器的通信處理。cpu從輸入電路的輸出端讀出各路狀態(tài)，并將其寫入輸入映像寄存器。4.3 變頻調(diào)速起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計4.3.1 系統(tǒng)控制的要求對橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本要求：(1)主、副機(jī)構(gòu)升降速度調(diào)節(jié)；(2)運行機(jī)構(gòu)運行速度調(diào)節(jié)；(3)保護(hù)功能：主副機(jī)構(gòu)上升限位、下降限位、大車限位、小車限位、主副機(jī)構(gòu)及大小車電機(jī)的保護(hù)等。4.3.2 控制系統(tǒng)的 i/o 點及地址分配根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，控制系統(tǒng)應(yīng)具備的輸入/輸出點數(shù)，名稱、代碼及地址編號如表4.1所示。表4.1 控制系統(tǒng)的輸入/輸

53、出點數(shù)，名稱、代碼及地址編號名稱代碼地址編碼輸入信號起動輸入點qa1i0.0停止輸入點ta1i0.1主鉤超重輸入點ck1i0.2副鉤超重輸入點ck2i0.3主鉤變頻故障輸入點brl11i0.4副鉤變頻故障輸入點brl21i0.5小車變頻故障輸入點brl41i0.6大車變頻故障輸入點brl31i0.7大車故障輸入點kr3i1.0主鉤故障輸入點kr1i1.1副鉤故障輸入點kr2i1.2小車故障輸入點kr4i1.3安全開關(guān)輸入點aki1.4主接觸器應(yīng)答輸入點kmoi1.5主鉤起升-檔輸入點i2.0主鉤下降-檔輸入點i2.1主鉤二檔輸入點i2.2 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁主鉤三檔輸入點

54、i2.3主鉤四檔輸入點i2.4續(xù)表4.1 控制系統(tǒng)的輸入/輸出點數(shù)，名稱、代碼及地址編號主鉤五檔輸入點i2.5主鉤上升限位輸入點xk11i2.6主鉤下降限位輸入點xk12i2.7副鉤起升-檔輸入點i3.0副鉤下降-檔輸入點i3.1副鉤二檔輸入點i3.1副鉤三檔輸入點i3.2副鉤四檔輸入點i3.3副鉤五檔輸入點i3.4副鉤上升限位輸入點xk21i3.5副鉤下降限位輸入點xk22i3.6大車左行-檔輸入點i3.7大車右行-檔輸入點i4.0大車二檔輸入點i4.1大車三檔輸入點i4.2大車四檔輸入點i4.3大車五檔輸入點i4.4大車左行限位輸入點xk31i4.5大車右行限位輸入點xk32i4.6小車前

55、行-檔輸入點i4.7小車后行-檔輸入點i5.0小車二檔輸入點i5.1小車三檔輸入點i5.2小車四檔輸入點i5.3小車五檔輸入點i5.4小車前行限位輸入點xk41i5.5小車后行限位輸入點xk42i5.6總空開合閘輸入點qf0i5.7輸出信號主繼電器k0q0.0主鉤風(fēng)機(jī)繼電器k12q0.1副鉤風(fēng)機(jī)繼電器k22q0.2大車風(fēng)機(jī)繼電器k32q0.3小車風(fēng)機(jī)繼電器k42q0.4允許起動指示燈se01q0.5機(jī)構(gòu)限位指示燈se02q0.6 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁綜合故障指示燈se03q0.7主鉤上升輸出點q1.0續(xù)表4.1 控制系統(tǒng)的輸入/輸出點數(shù)，名稱、代碼及地址編號主鉤下降輸出點q

56、1.1主鉤自由停車命令q2.0大車offq2.1大車左行輸出點q2.2大車右行輸出點q2.3大車自由停車命令q2.4小車前行輸出點q2.5小車后行輸出點q2.6小車自由停車命令q2.7小車offq2.84.3.3 plc 配置根據(jù)以上系統(tǒng)開關(guān)量輸入點，開關(guān)量輸出點，模擬量輸入點，模擬量輸出點的個數(shù)，系統(tǒng)同時要求有八路模擬量輸入作為反饋信號，有四路模擬量輸出作為變頻器的控制端輸入同時要求di/do點數(shù)具有10%的冗余，所以cpu模塊選用cpu226模塊，數(shù)字量輸入模塊采用兩塊em223模塊，模擬量輸入模塊采用兩塊em231模塊、模擬量輸出模塊采用兩塊em232模塊。plc系統(tǒng)與配置如圖4.1。圖

57、4.1 plc系統(tǒng)與配置4.3.4 電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣控制系統(tǒng)原理圖主要包括主電路和plc外圍接線圖。1.主電路圖 如圖4.2所示為電控系統(tǒng)的主電路圖，共有五臺電機(jī)，其中大車運行機(jī)構(gòu)有兩臺電 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁機(jī)同時帶有風(fēng)機(jī)冷卻裝置。2. plc外圍接線電路如圖4.3所示為siemens s7-200cpu226模塊接線圖。圖中所示的i/o接線信號分別與圖4.1中的i/o名稱相對應(yīng)。數(shù)字量輸入模塊em223模塊，模擬量輸入模塊em231模塊、模擬量輸出模塊em232模塊的接線圖與此相同。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁5 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計5.

58、1 plc 程序設(shè)計5.1.1 plc 編程軟件概述s7-200的編程語言是step7-micro/win32，它是用于s7-200系列plc進(jìn)行編程、調(diào)試的全新軟件，它是在國際標(biāo)準(zhǔn)iec1131-3的基礎(chǔ)上建立的，可以用lad, fbd和stl來編程。這是一種可以運行于通用微機(jī)中，在windows環(huán)境下進(jìn)行編程的語言。將它通過計算機(jī)的串口和一根pc/mpi轉(zhuǎn)接電纜與plc的mpi口相連，即可進(jìn)行相互間的通信。通過step-7micro/win32編程軟件，不僅可以非常方便的使用梯形圖和語句表等形式進(jìn)行離線編程，經(jīng)過編譯后通過轉(zhuǎn)接電纜直接下載入plc的內(nèi)存中執(zhí)行，而且在調(diào)試運行時，還可以在線監(jiān)

59、視程序中各個輸入輸出或狀態(tài)點的通斷狀況，甚至進(jìn)行在線修改程序中的變量，給調(diào)試工作也帶來極大的方便。5.1.2 程序設(shè)計在本系統(tǒng)中，plc程序設(shè)計的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號按鈕、繼電器)的輸入，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號去控制接觸器、繼電器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)。除此之外，另一個任務(wù)就是接受上位機(jī)的控制命令，以進(jìn)行自動采樣。plc的軟件設(shè)計部分我們采用模塊化的方法，plc程序設(shè)計共有四個模塊：(1)按鈕處理模塊(2)通信模塊(3)pid控制模塊(4)故障報警模塊其中按鈕模塊主要處理各電機(jī)和電磁閥的啟?？刂?。按鈕處理模塊的梯形圖見附錄梯形圖由于用micromaster變頻器對起重機(jī)電機(jī)

60、進(jìn)行調(diào)速，所以本系統(tǒng)中對起重機(jī)的調(diào)速，實際上就是對其micromaster變頻器的控制。step7-micro/win32軟件工具包提供了uss通信協(xié)議，從減少軟件的工作量和提高可靠性出發(fā)，采用uss協(xié)議來完成plc與變頻器的通信。與變頻器的通信，對plc的cpu掃描是異步的，完成一個變頻其通信事務(wù)通常需要幾次cpu掃描。這取決于連續(xù)的變頻器數(shù)目，波特率，以及cpu的掃描時間。uss通信指令用于plc與變頻器等驅(qū)動設(shè)備的通信及控制。將通信uss通信指令置于用戶程序中，經(jīng)編譯后自動地將一個或多個子程序和3個中斷程序添加到用戶程序中。另外需要將一個v存儲地址分配給uss全局變量表的第一個存儲單元，