橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)系別機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)機(jī)電一體化班級(jí)機(jī)電103姓名屈豪杰學(xué)號(hào)100101321指導(dǎo)教 師陳淑俠日 期2012-12-20目錄摘 要1ABSTRACT2第一章 緒 論31.1 橋式起重機(jī)簡介31.2 本課題設(shè)計(jì)的意義31.3主要內(nèi)容41.4基本參數(shù)4第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)52.1 橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)52.1.1機(jī)械結(jié)構(gòu)組成52.1.2電氣控制系統(tǒng)7第三章 硬件系統(tǒng)配置93.1 PLC選型93.2 PLC的I/O資源配置93.2.1數(shù)字量輸入部分103.2.2數(shù)字量輸出部分103.3 其他資源配置133.3.1接觸器

2、133.3.3 各類按鈕153.3.4限位開關(guān)15第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)174.1 總體流程設(shè)計(jì)174.1.1大車控制系統(tǒng)174.1.2小車控制系統(tǒng)184.1.3升降機(jī)控制系統(tǒng)204.1.4升降機(jī)懸?？刂葡到y(tǒng)214.2 各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì)224.2.1大車控制程序244.2.2小車控制程序274.2.3升降機(jī)控制程序294.2.4升降機(jī)懸停/啟動(dòng)控制程序334.2.5設(shè)備變頻器控制程序334.2.6升降機(jī)變頻器控制程序374.2.7其他功能控制程序39致 謝42參考文獻(xiàn)43摘 要橋式起重機(jī)是橋架在高架軌道上運(yùn)行的一種橋架型起重機(jī)，又稱天車。橋式起重機(jī)的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運(yùn)行，起重小

3、車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運(yùn)行，構(gòu)成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運(yùn)物料，不受地面設(shè)備的阻礙。橋式起重機(jī)廣泛地應(yīng)用在室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場(chǎng)等處。橋式起重機(jī)可分為普通橋式起重機(jī)、簡易粱橋式起重機(jī)和冶金專用橋式起重機(jī)三種。普通橋式起重機(jī)一般由起重小車、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。起重小車又由起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車架三部分組成。起升機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒和滑輪組。電動(dòng)機(jī)通過減速器，帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。小車架是支托和安裝起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等部件的機(jī)架，通常為焊接結(jié)構(gòu)。本文重點(diǎn)研究起重機(jī)的控制，通過使用變頻器的

4、調(diào)速方法已實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，從而控制起重機(jī)。關(guān)鍵詞： 橋式起重機(jī) 電動(dòng)機(jī) 變頻器ABSTRACTThe bridge-type hoist crane is the bridge one kind of bridge hoist crane which moves on the elevated track, also calls the overhead traveling crane. The bridge-type hoist cranes bridge along lays down on the both sides high structure the orbital longit

5、udinal movement, the crab along lays down on bridges orbital crosswise movement, constitutes a rectangular operating region, may lift the material fully using the bridge following space, not above-ground equipments hindrance. the bridge-type hoist crane widely applies in the indoor outside warehouse

6、, the workshop, the wharf and open-air stores the materials yard and so on place. The bridge-type hoist crane may divide into the ordinary bridge-type hoist crane, the simple Liang bridge-type hoist crane and the metallurgy special-purpose bridge-type hoist crane three kinds. The ordinary bridge-typ

7、e hoist crane by the crab, the bridge movement organization, the bridge metal structure is composed generally. The crab by the hoisting mechanism, the car movement organization and the trolley frame three parts is composed. Hoisting mechanism including electric motor, brake, reduction gear, reel and

8、 block and tackle. The electric motor through the reduction gear, leads the reel rotation, causes the steel wire to wind the reel or to lay down from the reel, rises and falls the heavy item. The trolley frame is a request with installment parts and so on hoisting mechanism and car movement organiza

9、tion racks, usually for welding structure. This article focuses on the cranes control, through the use fre -quency transformer to achieve the speed control method of motor control to control a crane.Key words: bridge crane motor frequency transformer 第一章 緒 論1.1 橋式起重機(jī)簡介橋式起重機(jī)在冶金企業(yè)及其它行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,其作用主要用來實(shí)

10、現(xiàn)物體的升降和轉(zhuǎn)運(yùn),橋式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣,工作任務(wù)重。它能否正常工作直接影響到生產(chǎn)效率提高和工作任務(wù)的完成,甚至關(guān)系到人身、設(shè)備的安全。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機(jī)制造廠和使用部門在設(shè)計(jì)、制造工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，不斷改造，推動(dòng)了橋式起重機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。但在實(shí)際使用中，結(jié)構(gòu)開裂仍時(shí)有發(fā)生。究其原因是頻繁的超負(fù)荷作業(yè)及過大的機(jī)械振動(dòng)沖擊所引起的機(jī)械疲勞。因此，除了機(jī)械上改進(jìn)設(shè)計(jì)外，改善交流電氣傳動(dòng)，減少起制動(dòng)沖擊，也是一個(gè)很重要的方面。傳統(tǒng)的起重機(jī)驅(qū)動(dòng)方案一般采用:(1)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī);(2)改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速;(3)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速;(4)渦流制動(dòng)器調(diào)速;(5)可控硅

11、串級(jí)調(diào)速;(6)直流調(diào)速。前四種方案均屬有級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍小，無法高速運(yùn)行，只能在額定速度以下調(diào)速;起動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大;常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，對(duì)起重機(jī)的機(jī)構(gòu)沖擊大，制動(dòng)閘瓦磨損嚴(yán)重;功率因數(shù)低，在空載或輕載時(shí)低于0.2-0.4，即使?jié)M載也低于0.75，線路損耗大。目前串級(jí)調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動(dòng)性能，很好的保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，所以有時(shí)采用直流電動(dòng)機(jī)，而直流電動(dòng)機(jī)制造工藝復(fù)雜，使用維護(hù)要求高，故障率高。我們所研究的橋式起重機(jī)是電動(dòng)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(yùn)行機(jī)構(gòu)以及電氣控制設(shè)備等四個(gè)部分組成。機(jī)構(gòu)

12、主要指主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)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?.2 本課題設(shè)計(jì)的意義傳統(tǒng)橋式起重機(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(dòng)和調(diào)速，繼電一接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有: 1.橋式起重機(jī)工作環(huán)境差，工作任務(wù)重，電動(dòng)機(jī)以及所串電阻燒損和斷裂故障時(shí)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(shí)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(fèi)大，效率低。

13、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。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控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)系統(tǒng)提供了有利條件。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(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。1.3主要內(nèi)容本論文研究了變頻調(diào)速技術(shù)在20/5t * 19.5m通用橋式起重機(jī)中的應(yīng)用，并且根據(jù)原有的控制結(jié)構(gòu)，結(jié)合PLC技術(shù)，提出了一個(gè)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(shí)現(xiàn)了橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。1.4基本參數(shù)該機(jī)的起重量為20/5噸，其跨度(L)為19.5m小車起升速度為15m/min，大車起升速度為7.5m/

14、min.小車運(yùn)行速度為45m/min，大車運(yùn)行速度為75m/min。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)過程中一個(gè)重要的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，一臺(tái)效率高、可靠性高的橋式起重機(jī)使工廠生產(chǎn)效率大大提高。橋式起重機(jī)的主要表現(xiàn)形式分為以下兩點(diǎn)。2.1.1機(jī)械結(jié)構(gòu)組成橋式起重機(jī)一般由橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)和電氣控制機(jī)構(gòu)等三部分組成，運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般包括大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和升降機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，電氣控制系統(tǒng)包括一些電纜、電器柜等設(shè)備，還有一些保護(hù)裝置。機(jī)械組成部分簡單示意圖如圖2-1所示。 大車調(diào)速器控制器小車調(diào)速器升降機(jī)調(diào)速器 圖2-1 機(jī)械組成部分簡單示意圖（1）大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。 大車

15、運(yùn)行機(jī)構(gòu)的大車采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，使用一臺(tái)變頻器進(jìn)行控制，由于大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作頻率較小，因此采用一臺(tái)變頻器控制兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，以節(jié)約成本，變頻器的選擇以所選電動(dòng)機(jī)的額定功率為根據(jù)，通常選額定功率大一級(jí)的變頻器，其控制電路示意圖如圖2-2所示。（2）小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為一臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，使用一臺(tái)變頻器，變頻器的選擇以所選電動(dòng)機(jī)的額定功率為根據(jù)，通常選額定功率大一級(jí)的變頻器，采用V/F控制方式，其剎車方式與大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)相同，可采用自由停車的方式，機(jī)構(gòu)控制示意圖與圖2-2所示類似。（3）升降機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)。 升降機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，使用一臺(tái)變頻器，可采用專用的變頻器進(jìn)行重物提升控制，

16、運(yùn)行機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)要求迅速、平穩(wěn)，同時(shí)電氣制動(dòng)方式可采用外接剎車電阻，升降機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)控制電路示意圖如圖2-3所示。 圖2-2 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)控制電路示意圖圖2-3升降機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)控制電路示意圖2.1.2電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板和電氣控制柜等單元。在該系統(tǒng)中需要檢測(cè)較多的數(shù)字輸入量，根據(jù)設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制信號(hào)，因此系統(tǒng)的操作面板與電氣控制柜各自獨(dú)立，其示意圖如圖2-4所示。操作面板電機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)電氣控制柜 圖2-4 電氣控制系統(tǒng)示意圖2.2 橋式起重機(jī)的工作原理2.2.1控制系統(tǒng)總體框圖 橋式起重機(jī)系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總體框圖如圖2-5所示，PLC為核心控制器，通過檢測(cè)操作面

17、板按鈕的輸入、各個(gè)限位開關(guān)的輸入，完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止、和調(diào)速控制。PLC變頻器限位開關(guān)輸入操作面板各類執(zhí)行機(jī)構(gòu) 圖2-5 電氣控制系統(tǒng)總體框圖2.2.2工作過程在啟動(dòng)狀態(tài)下，各類設(shè)備的控制應(yīng)根據(jù)操作面板上的按鈕輸入來控制，升降機(jī)在啟動(dòng)和停止時(shí)，通過檢測(cè)變頻器輸入的頻率，控制電磁制動(dòng)器的運(yùn)行，其工作過程如下。（1） 接通電源，啟動(dòng)系統(tǒng)。（2） 按下大車運(yùn)行按鈕，大車啟動(dòng)，通過加速、減速按鈕改變大車速度。（3） 按下小車運(yùn)行按鈕，小車啟動(dòng)，通過加速、減速按鈕改變小車速度。（4） 按下升降機(jī)運(yùn)行按鈕，升降機(jī)啟動(dòng)，通過加速、減速按鈕改變升降機(jī)速度；當(dāng)需要重物懸停半空時(shí)，減小變頻器輸出頻率，直到設(shè)

18、定值，頻率停止下降，啟動(dòng)電磁制動(dòng)器，將重物抱住，防止溜鉤現(xiàn)象；當(dāng)重物需從半空開始上升或下降時(shí)，增加變頻器的輸出頻率，到達(dá)某設(shè)定值時(shí)，頻率停止上升，電磁制動(dòng)器停止工作，松開重物，變頻器輸出頻率持續(xù)增加到所需值。第三章 硬件系統(tǒng)配置第一章和第二章兩章介紹了橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及其相關(guān)設(shè)備，根據(jù)其工作原理和控制系統(tǒng)的功能要求，本章主要介紹如何介紹橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)和所需的各種硬件設(shè)備的連接方式，因此設(shè)計(jì)出其電氣控制系統(tǒng)框圖如圖3-1所示，在此控制系統(tǒng)中核心處理器是PLC，其輸入和輸出量都為數(shù)字量，變頻器的控制采用RS-485通信。限位開關(guān)操作面板小車運(yùn)行大車運(yùn)行可編程邏輯控制器PLC變頻器升

19、降機(jī)運(yùn)行 圖3-1 電氣控制系統(tǒng)框圖3.1 PLC選型根據(jù)橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的功能要求，以及其復(fù)雜程度，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子S7-200系列作為橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的控制主機(jī)，因此采用CPU224作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點(diǎn)比較多，因此除了PLC主機(jī)自帶的I/O外，還需擴(kuò)展一定數(shù)量的I/O擴(kuò)展模塊。在此采用EM223輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊，16點(diǎn)DC輸入/16點(diǎn)DC輸出型，可以滿足控制系統(tǒng)輸入點(diǎn)的要求，雖然輸出點(diǎn)有較多空閑，但能為后期擴(kuò)展功能提供硬件條件。3.2 PLC的I/O資源配置根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對(duì)PLC的I/O進(jìn)行配置，具體

20、分配將在下面的介紹中體現(xiàn)。3.2.1數(shù)字量輸入部分在此控制系統(tǒng)中，所需要的輸入量基本上都屬于數(shù)字量，主要包括各種控制按鈕、旋鈕和各種限位開關(guān)，共有26個(gè)數(shù)字輸入量，如表1-1所示。3.2.2數(shù)字量輸出部分在這個(gè)控制系統(tǒng)中，主要輸出控制的設(shè)備有各種接觸器、電動(dòng)機(jī)等，共有7個(gè)輸出點(diǎn)，其具體分配如表1-2所示。表1-1 數(shù)字輸入量地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸出設(shè)備I0.0急停I1.5重物下降I0.1啟動(dòng)I1.6重物加速I0.2大車前進(jìn)I1.7重物減速I0.3大車后退I2.0重物停止I0.4大車加速I2.1大車前進(jìn)限位I0.5大車減速I2.2大車后退限位I0.6大車停止I2.3小車左移限位I0.

21、7小車左移I2.4小車右移限位I1.0小車右移I2.5重物上升限位I1.1小車加速I2.6重物下降限位I1.2小車減速I2.7大車變頻器復(fù)位I1.3小車停止I3.0小車變頻器復(fù)位I1.4重物上升I3.1升降機(jī)變頻器復(fù)位 表1-2 數(shù)字輸出量地址分配輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備Q0.0大車正向運(yùn)行接觸器Q0.4升降機(jī)正向運(yùn)行接觸器Q0.1大車反向運(yùn)行接觸器Q0.5升降機(jī)反向運(yùn)行接觸器Q0.2小車正向運(yùn)行接觸器Q0.6電磁制動(dòng)器Q0.3小車反向運(yùn)行接觸器根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，如表1-1和表1-2所示的I/O分配情況，以及如圖3-1所示的硬件結(jié)構(gòu)框圖，設(shè)計(jì)出橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的硬件接線圖，如圖

22、3-2所示，次控制面板上的按鈕全部為手動(dòng)控制方式。I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6 Q0.0I0.7 Q0.1I1.0I1.1 Q0.2I1.2 Q0.3I1.3 Q0.4I1.4I1.5 Q0.5 I1.6 Q0.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5 RS485I2.6I2.7I3.0I3.1L+大車變頻器復(fù)位小車變頻器復(fù)位升降機(jī)變頻器復(fù)位DC24KM1KM2KM3KM4KM5KM6KM7大車變頻器小車變頻器升降機(jī)變頻器SB1SB2SB4SB3SB5SB6SB7SB8SB9SB10SB11SB12SB13SB14SB15SB16SB17SQ1SQ

23、2SQ3SQ4SQ5SQ6S7-200CPU224+EM2233-2橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的硬件接線圖3.3 其他資源配置要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要PLC主機(jī)及其擴(kuò)展模塊之外，還需要各種限位開關(guān)、接觸器和變頻器等儀器設(shè)備。3.3.1接觸器在起重機(jī)控制系統(tǒng)中，其中所有的設(shè)備的運(yùn)行都不是連續(xù)的，而是根據(jù)控制面板上的按鈕情況進(jìn)行動(dòng)作的，因此需要PLC根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設(shè)備的啟停，共需要4個(gè)接觸器：大車電動(dòng)機(jī)接觸器、小車電動(dòng)機(jī)接觸器、升降機(jī)電動(dòng)機(jī)接觸器、電磁制動(dòng)器接觸器。（1）大車電動(dòng)機(jī)接觸器。大車電動(dòng)機(jī)接觸器包括兩個(gè)部分：一個(gè)是控制正轉(zhuǎn)的接觸器；另一個(gè)是控制反轉(zhuǎn)的接觸器，通過

24、PLC輸出的指令控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止，從而控制大車的運(yùn)行與停止。（2）小車電動(dòng)機(jī)接觸器。小車電動(dòng)機(jī)接觸器包括兩個(gè)部分：一個(gè)是控制正轉(zhuǎn)的接觸器；另一個(gè)是控制反轉(zhuǎn)的接觸器，通過PLC輸出的指令控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止，從而控制小車的運(yùn)行與停止。（3）升降機(jī)電動(dòng)機(jī)接觸器。升降機(jī)接觸器包括兩個(gè)部分：一個(gè)是控制正轉(zhuǎn)的接觸器；另一個(gè)是控制反轉(zhuǎn)的接觸器，通過PLC輸出的指令控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止，從而控制升降機(jī)的運(yùn)行與停止。（4）電磁制動(dòng)器接觸器。 電磁制動(dòng)器接觸器通過PLC輸出的指令控制接觸器的斷開和閉合，從而控制電磁制動(dòng)器的運(yùn)行與停止。3.3.2變頻器在該系統(tǒng)中，采用西門子公司的MM4系列變頻器，

25、該系列變頻器是最常用也是功能較強(qiáng)的一種變頻器，主要應(yīng)用于各種工業(yè)、冶金、建筑、水利、紡織、交通等領(lǐng)域，性能良好，價(jià)格實(shí)惠，是一種性價(jià)比很高的變頻器。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。MM4系

26、列是西門子近些年在中國銷售的主力通用變頻器，與其6SE70/71系列形成低高搭配，MM4在功率上是250KW以下，6SE70/71可以覆蓋2.22300KW 范圍；MM4側(cè)重通用，價(jià)格相對(duì)便宜，而6SE70/71側(cè)重高性能和多機(jī)傳動(dòng)解決方案，價(jià)格高。在MM4內(nèi)部又分為：MM410/420/430/440，用以瞄準(zhǔn)多個(gè)不同的市場(chǎng)方向，降低其配置和成本，加強(qiáng)其競(jìng)爭(zhēng)力。其中： 1、MM420 功率范圍是：0.12-11kw，主要用于OEM行業(yè)的中小功率變頻器配套，如紡織、印刷、包裝等2、MM430 功率范圍：7.5-90KW,主要用于風(fēng)機(jī)水泵的應(yīng)用3、MM440 功率范圍：0.12-250KW，是M

27、M4系列中性能、功率最全的產(chǎn)品，可以覆蓋MM410/420/430不能滿足要求的場(chǎng)合，具備更優(yōu)越的性能，采用了多種控制方案包括矢量控制，能滿足大多數(shù)行業(yè)的需要MM420具有模塊化設(shè)計(jì)。操作面板和通訊模塊可以不使用任何工具，非常方便的用手進(jìn)行更換，MM420適合用于各種變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)裝置，尤其適合用于水泵，風(fēng)機(jī)和傳送帶系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置。 MM430適合用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)。比420具有更多的輸入輸出端，還具有優(yōu)化的帶有手動(dòng)，自動(dòng)切換的操作面板，以及自適應(yīng)功能的軟件。 MM440更厲害了。適合用于各種變速驅(qū)動(dòng)裝置。尤其適合用于吊車和起重系統(tǒng)，立體倉儲(chǔ)系統(tǒng)，食品，飲料和煙草工業(yè)以及包裝工業(yè)的定位系統(tǒng)

28、。這些應(yīng)用對(duì)象要求變頻器具有比常規(guī)應(yīng)用更高的技術(shù)性能和更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。主要是應(yīng)用的區(qū)別，440最高級(jí)，具有矢量控制，可以應(yīng)用在要求比較高的場(chǎng)合。430一般應(yīng)用在水泵或者風(fēng)機(jī)之類的電機(jī)上，420是通用變頻器，應(yīng)用在要求不高的一般變頻場(chǎng)合該系列中的MM440變頻器是一種通用變頻器，能適用于一切傳動(dòng)系統(tǒng)，采用了現(xiàn)代先進(jìn)的矢量控制系統(tǒng)，使得當(dāng)負(fù)載突然增加時(shí)仍能保持控制的穩(wěn)定性。如要對(duì)變頻器進(jìn)行通信控制，需要先對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要對(duì)以下幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如表1-3所示。表1-3變頻器參數(shù)設(shè)置表參數(shù)號(hào)參數(shù)值說明P000521顯示實(shí)際頻率P07005COM鏈路的USS設(shè)置P10005通過COM鏈路的

29、USS設(shè)定P201069600baudP20111USS地址P0300根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置電動(dòng)機(jī)類型P0304根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置電動(dòng)機(jī)額定電壓P0305根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置電動(dòng)機(jī)額定電流P0310根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置電動(dòng)機(jī)額定頻率P0311根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速對(duì)于在此系統(tǒng)中的三個(gè)變頻器，都采用通信控制，對(duì)于不同的變頻器的控制，只需要將這三個(gè)變頻器進(jìn)行地址編號(hào)，在程序控制當(dāng)中，通過對(duì)不同地址的變頻器發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同變頻器的控制，即對(duì)于控制不同設(shè)備的變頻器，改變參數(shù)P2011中的值，在此系統(tǒng)中，控制大車變頻器的地址為1，控制小車變頻器的地址為2，控制升降機(jī)的變頻器地址為3。3.3.3

30、 各類按鈕在這個(gè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)操作中，采用三個(gè)機(jī)械按鈕，控制橋式起重機(jī)系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止，手動(dòng)/自動(dòng)按鈕使用按鈕，即旋到一邊接通，旋到另外一邊就斷開；自動(dòng)啟動(dòng)按鈕采用觸點(diǎn)觸發(fā)式按鈕；急停按鈕使用旋轉(zhuǎn)復(fù)位按鈕，按下后系統(tǒng)停止，旋轉(zhuǎn)后自動(dòng)彈起復(fù)位。在手動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，對(duì)于每個(gè)設(shè)備都對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)按鈕，采用觸點(diǎn)觸發(fā)式按鈕，即按下接通，松開復(fù)位。3.3.4限位開關(guān)在此系統(tǒng)中，共用了6個(gè)限位開關(guān)：前進(jìn)限位開關(guān)、后退限位開關(guān)、左移限位開關(guān)、右移限位開關(guān)、上升限位開關(guān)和下降限位開關(guān)。限位開關(guān)主要是用來控制設(shè)備在運(yùn)動(dòng)過程中的停止時(shí)刻和位置。（1）大車前進(jìn)限位開關(guān)。 前進(jìn)限位開關(guān)用于控制大車在向前運(yùn)行時(shí)的位置，防止大

31、車向前運(yùn)動(dòng)超出范圍。事先在縱向軌道一端的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)大車向前運(yùn)行時(shí)，如果未進(jìn)行停車操作，當(dāng)接觸到軌道前方的限位開關(guān)時(shí)，PLC控制大車停止運(yùn)行。（2）大車后退限位開關(guān)。 后退限位開關(guān)用于控制大車在向后運(yùn)行時(shí)的位置，防止大車向后運(yùn)動(dòng)超出范圍。事先在縱向軌道一端的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)大車向后運(yùn)行時(shí)，如果未進(jìn)行停車操作，當(dāng)接觸到軌道后方的限位開關(guān)時(shí)，PLC控制大車停止運(yùn)行。（3）小車左移限位開關(guān)。 左移限位開關(guān)用于控制小車在向左運(yùn)行時(shí)的位置，防止小車向左運(yùn)動(dòng)超出范圍。事先在橫向軌道一端的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)小車向后左運(yùn)行時(shí)，如果未進(jìn)行停車操作，當(dāng)接觸到軌道左邊的限位開關(guān)

32、時(shí)，PLC控制小車停止運(yùn)行。（4）小車右移限位開關(guān)。 右移限位開關(guān)用于控制小車在向右運(yùn)行時(shí)的位置，防止小車向右運(yùn)動(dòng)超出范圍。事先在橫向軌道一端的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)小車向右運(yùn)行時(shí)，如果未進(jìn)行停車操作，當(dāng)接觸到軌道右邊的限位開關(guān)時(shí)，PLC控制小車停止運(yùn)行。（5）重物上升限位開關(guān)。 上升限位開關(guān)用于控制升降機(jī)在向上運(yùn)行時(shí)的位置，防止升降機(jī)向上運(yùn)動(dòng)超出范圍。事先在工作臺(tái)上端的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)升降機(jī)向上運(yùn)行時(shí)，如果未進(jìn)行停車操作，當(dāng)接觸到工作臺(tái)上端的限位開關(guān)時(shí)，PLC控制升降機(jī)停止運(yùn)行。（6）重物下降限位開關(guān)。 下降限位開關(guān)用于控制升降機(jī)在向下運(yùn)行時(shí)的位置，防止升降機(jī)向下運(yùn)動(dòng)超出范

33、圍。事先在工作臺(tái)下端的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)升降機(jī)向下運(yùn)行時(shí)，如果未進(jìn)行停車操作，當(dāng)接觸到工作臺(tái)下端的限位開關(guān)時(shí)，PLC控制升降機(jī)停止運(yùn)行。第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)編程軟件采用西門子公司為S7-200系列PLC開發(fā)的STEP 7-Micro-WIN32。以上介紹了橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)，以及PLC外圍電路連接，這些是橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，該部分的設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)是否能實(shí)現(xiàn)其預(yù)想的功能有很大關(guān)系。在完成硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，就可以根據(jù)起重機(jī)的控制要求，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)采用自上而下的設(shè)計(jì)方法，需要先設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)的功能流程圖，然后根據(jù)具體的要求，逐步細(xì)化控制框圖，最后完成每個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，然

34、后進(jìn)行編譯、調(diào)試、修改過程。4.1 總體流程設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過程全部在人工控制下進(jìn)行，每個(gè)設(shè)備可單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)進(jìn)行，以測(cè)試設(shè)備的性能，橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)流程圖如圖4-1所示。運(yùn)行啟動(dòng)大車運(yùn)行起重機(jī)運(yùn)行小車運(yùn)行 圖4-1 橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)流程圖可以通過按鈕對(duì)大車、小車和起重機(jī)進(jìn)行起?？刂疲⑶铱梢酝ㄟ^按鈕增大或減小變頻器的頻率來改變其速度，以檢測(cè)調(diào)速性能。4.1.1大車控制系統(tǒng)人工操作大車的運(yùn)行、停止、加速及減速，按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)開始上電工作，其工作過程主要包括以下幾個(gè)方面。（1） 通過按鈕控制大車的運(yùn)行。（2） 通過按鈕控制大車的停止。（3） 通過按鈕控制大車的加速。（

35、4） 通過按鈕控制大車的減速。（5） 前進(jìn)限位開關(guān)防止大車向前運(yùn)行超出范圍。（6） 后退限位開關(guān)防止大車向后運(yùn)行超出范圍。以上工作過程并不是順序控制過程，而是按照PLC檢測(cè)到按鈕狀態(tài)進(jìn)行啟動(dòng)，大車控制系統(tǒng)流程圖如圖4-2所示。4.1.2小車控制系統(tǒng)人工操作小車的運(yùn)行、停止、加速及減速，按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)開始上電工作，其工作過程主要包括以下幾個(gè)方面。（1） 通過按鈕控制小車的運(yùn)行。（2） 通過按鈕控制小車的停止。（3） 通過按鈕控制小車的加速。（4） 通過按鈕控制小車的減速。（5） 左移限位開關(guān)防止小車向左運(yùn)行超出范圍。（6） 右移限位開關(guān)防止小車向右運(yùn)行超出范圍。 以上工作過程并不是順序控制

36、過程，而是按照PLC檢測(cè)到按鈕狀態(tài)進(jìn)行啟動(dòng)，小車控制系統(tǒng)流程圖如圖4-3所示。 前進(jìn)？后退？大車控制子程序停止？停止運(yùn)行YNNN Y Y YN到達(dá)反向限位開關(guān)？停止大車運(yùn)行加速？到達(dá)正向限位開關(guān)？增加變頻器的輸出頻率停止大車運(yùn)行接通正向接觸器接通反向接觸器減小變頻器的輸出頻率NY YN圖4-2 大車控制系統(tǒng)流程圖小車控制子程序停止？停止運(yùn)行左移？右移？接通正向接觸器接通反向接觸器到達(dá)左側(cè)限位開關(guān)？停止小車運(yùn)行加速？增加變頻器的輸出頻率到達(dá)右側(cè)限位開關(guān)？停止小車運(yùn)行減小變頻器的輸出頻率YNNYYNNYYNYN圖 4-3小車控制系統(tǒng)流程圖4.1.3升降機(jī)控制系統(tǒng)人工操作升降機(jī)的運(yùn)行、停止、加速及減

37、速，按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)開始上電工作，其工作過程主要包括以下幾個(gè)方面。（1） 通過按鈕控制升降機(jī)的運(yùn)行。（2） 通過按鈕控制升降機(jī)的停止。（3） 通過按鈕控制升降機(jī)的加速。（4） 通過按鈕控制升降機(jī)的減速。（5） 上升限位開關(guān)防止升降機(jī)向上運(yùn)行超出范圍。（6） 下降限位開關(guān)防止升降機(jī)向下運(yùn)行超出范圍。 以上工作過程并不是順序控制過程，而是按照PLC檢測(cè)到按鈕狀態(tài)進(jìn)行啟動(dòng)，起重機(jī)控制系統(tǒng)流程圖如圖4-4所示。升降機(jī)控制子程序停止？停止升降機(jī)運(yùn)行子程序下降？上升？接通正向接觸器接通反向接觸器到達(dá)下位限位開關(guān)？加速？升降機(jī)停止運(yùn)行子程序增加變頻器的輸出頻率減小變頻器的輸出頻率到達(dá)上位限位開關(guān)？升降機(jī)

38、停止運(yùn)行子程序YNNYNYNYNYNY 圖 4-4 起重機(jī)控制流程圖4.1.4升降機(jī)懸?？刂葡到y(tǒng)人工操作升降機(jī)在空中的停止，按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)開始上電工作，其工作過程主要包括以下幾個(gè)方面。（1） 重物停止時(shí)，變頻器頻率逐漸降低，下降至某設(shè)定值后，停止下降，啟動(dòng)定時(shí)器。（2） 定時(shí)到，啟動(dòng)電磁制動(dòng)器。（3） 電磁制動(dòng)器啟動(dòng)后，變頻器頻率降低至0Hz。（4） 重物啟動(dòng)時(shí)，變頻器頻率逐漸升高，上升至某設(shè)定值后，停止上升，啟動(dòng)定時(shí)器。（5） 定時(shí)到，停止電磁制動(dòng)器。（6） 電磁制動(dòng)器停止后，變頻器頻率逐漸上升，重物在空中啟動(dòng)。以上工作過程根據(jù)重物所處的位置，并按照PLC讀取的變頻器參數(shù)進(jìn)行控制，升降

39、機(jī)懸?？刂屏鞒虉D如圖4-5所示。4.2 各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)程序過程中，會(huì)使用到許多寄存器、中間繼電器、定時(shí)器等軟元件，為了便于編程及修改，在程序編寫前應(yīng)先列出可能用到的軟元件，如表1-4所示。 1-4 元件設(shè)置元件意義內(nèi)容備注M0.0起重機(jī)停止標(biāo)志on有效M0.1起重機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志on有效M0.2起重機(jī)電磁制動(dòng)器啟動(dòng)標(biāo)志on有效M0.3大車電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志on有效M0.4大車電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)標(biāo)志on有效M0.5大車停止標(biāo)志on有效M0.6小車電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志on有效M0.7小車電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)標(biāo)志on有效M1.0小車停止標(biāo)志on有效M1.1升降機(jī)上升標(biāo)志on有效M1.2升降機(jī)下降標(biāo)志on有效M1.3升降機(jī)停

40、止標(biāo)志on有效M2.0到達(dá)升降機(jī)下限頻率標(biāo)志on有效M2.1電磁制動(dòng)器啟動(dòng)標(biāo)志on有效M2.2送0Hz到升降機(jī)變頻器標(biāo)志on有效M2.3到升降機(jī)上限頻率標(biāo)志on有效M2.4送上限頻率標(biāo)志on有效M2.5斷開電磁制動(dòng)器標(biāo)志on有效M3.0電磁制動(dòng)器運(yùn)行標(biāo)志on有效M4.0USS_INIT指令完成標(biāo)志on有效M4.1確認(rèn)大車變頻器的響應(yīng)標(biāo)志on有效M4.2指示大車變頻器的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志on為運(yùn)行；off為停止M4.3指示大車變頻器的運(yùn)行方向標(biāo)志on為逆時(shí)針；off為順時(shí)針M4.4指示大車變頻器禁止位狀態(tài)標(biāo)志on為被禁止；off為不禁止M4.5指示大車變頻器故障位狀態(tài)標(biāo)志on為故障；off為無故障M5

41、.0USS_INIT指令完成標(biāo)志on有效M5.1確認(rèn)小車變頻器的響應(yīng)標(biāo)志on有效M5.2指示小車變頻器的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志on為運(yùn)行；off為停止M5.3指示小車變頻器的運(yùn)行方向標(biāo)志on為逆時(shí)針；off為順時(shí)針M5.4指示小車變頻器禁止位狀態(tài)標(biāo)志on為被禁止；off為不禁止M5.5指示小車變頻器故障位狀態(tài)標(biāo)志on為故障；off為無故障M6.0USS_INIT指令完成標(biāo)志on有效M6.1確認(rèn)升降機(jī)變頻器的響應(yīng)標(biāo)志on有效M6.2指示升降機(jī)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志on為運(yùn)行；off為停止M6.3指示升降機(jī)變頻器的運(yùn)行方向標(biāo)志on為逆時(shí)針；off為順時(shí)針M6.4指示升降機(jī)變頻器禁止位狀態(tài)標(biāo)志on為被禁止；of

42、f為不禁止M6.5指示升降機(jī)變頻器故障位狀態(tài)標(biāo)志on為故障；off為無故障T37頻率降低定時(shí)器T38頻率升高定時(shí)器VD10下降頻率閾值寄存器VD20上升頻率閾值寄存器VD30大車頻率寄存器VD40小車頻率寄存器VD50升降機(jī)頻率寄存器VD60升降機(jī)頻率反饋值寄存器VB400USS_INIT指令執(zhí)行結(jié)果VB402USS_CTRL錯(cuò)誤狀態(tài)字節(jié)VW404大車變頻器返回的狀態(tài)字原始值VD406大車全速度百分值的變頻速度-200%200%VB500USS_INIT指令執(zhí)行結(jié)果VB502USS_CTRL錯(cuò)誤狀態(tài)字節(jié)VW504小車變頻器返回的狀態(tài)字原始值VD506小車全速度百分值的變頻速度-200%200%

43、VB600USS_INIT指令執(zhí)行結(jié)果VB602USS_CTRL錯(cuò)誤狀態(tài)字節(jié)VW604升降機(jī)變頻器返回的狀態(tài)字原始值VD606升降機(jī)全速度百分值的變頻速度-200%200%4.2.1大車控制程序系統(tǒng)上電后，通過操作面板上的控制按鈕操作大車的運(yùn)行，大車控制梯形圖程序如圖4-6所示。與圖4-6所示的梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語句表程序如下： LD M0.1 ;起重機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志A I0.2 ；大車前進(jìn)按鈕O M0.3AN I0.3 ；大車后退按鈕AN M0.5 ；大車停止標(biāo)志AN M0.0 ；起重機(jī)停止標(biāo)志AN I2.1 ；大車前進(jìn)限位開關(guān)= M0.3 ；大車電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志LD M0.1A I0.3 ；大車后

44、退按鈕O M0.4AN I0.2 ；大車前進(jìn)按鈕AN M0.5AN M0.0AN I2.2 ；大車后退限位開關(guān)= M0.4 ；大車電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)標(biāo)志LD M0.1A I0.6 ；大車停止按鈕O I2.1O I2.2= M0.5MOVR 0.0,VD30 ；大車變頻器輸出頻率置0LD M0.1 LPS A I0.5 ；大車電動(dòng)機(jī)加速按鈕A SM0.5 ；周期為 1s的時(shí)鐘脈沖EU 1+R 5.0,VD30 ；在每個(gè)上升沿速度增加5%LPP A I0.6 ；大車電動(dòng)機(jī)減速按鈕A SM0.5EU -R 5.0,VD30 ；在每個(gè)上升沿速度減小5%升降機(jī)停止子程序重物停止？重物啟動(dòng)？保持原有狀態(tài)變頻器頻率逐漸下降變頻器頻率逐漸上升到達(dá)設(shè)定值？頻率停止下降定時(shí)1s啟動(dòng)延時(shí)到？電磁制動(dòng)器啟動(dòng)變頻器頻率降低到0，重物在空中停止到達(dá)設(shè)定值？頻率停止上升定時(shí)1s啟動(dòng)延時(shí)到？電磁制動(dòng)器停止變頻器頻率上升到設(shè)定值，重物在空中開始啟動(dòng)NNNNNNYYYYYY 圖4-5升降機(jī)懸?？刂屏鞒虉D 圖 4-6 大車控制梯形圖程序4.2.2小車控制程序系統(tǒng)上電后，通過操作面板上的控制按鈕操作小車的運(yùn)行，小車控制梯形圖程序如圖4-7所示