PLC與變頻器技術(shù)在行車中的應(yīng)用畢業(yè)論文

1、plc與變頻器技術(shù)在行車中的應(yīng)用摘要：可編程序控制器(plc)是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，在現(xiàn)代工業(yè)過程控制中得到了廣泛應(yīng)用。行車作為起重設(shè)備，在大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)中使用廣泛，但傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和串級調(diào)速方式存在故障率高、調(diào)速精度差、重載起吊容易出現(xiàn)溜鉤等問題，可靠性得不到保證。本方案利用了西門子公司的s7-300 型plc結(jié)合abb公司acs800變頻器對15+5噸行車進(jìn)行了改造，獲得良好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能。論文主體 一引言：西門子公司的s7-300 型plc，從功能上看可以執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。體現(xiàn)出

2、了良好的靈活性和通用性，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，編程語言簡單易學(xué)，與外部設(shè)備連接簡單，使用方便，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短等特點(diǎn)。abb公司的acs800系列變頻器是基于直接轉(zhuǎn)矩控制的新一代交流調(diào)速設(shè)備，具有零速狀態(tài)下的100%額定轉(zhuǎn)矩輸出能力，同時(shí)利用其自帶的宏控制，可以在重載起重時(shí)避免溜鉤現(xiàn)象的出現(xiàn)。在吊鉤下降過程中利用能耗制動(dòng)回路的吸收可以避免因反電勢過高對電機(jī)繞組的損壞。利用該項(xiàng)技術(shù)對行車設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改造，有著重要意義。關(guān)鍵詞：plc 變頻器 行車 控制 改造q1 二、硬件構(gòu)成x11r s t主鉤變頻器acs 800u v wacs 800x221 di1 停止/啟動(dòng)2 di2

3、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)3 di3 能耗制動(dòng)4 di4 加/減時(shí)間5 di5 速度選擇6 di6 速度選擇11 di1l 啟動(dòng)聯(lián)鎖 x25制動(dòng)單元電源m1機(jī)械制 動(dòng)plc i0.0 i0.1 q0.0 i0.6 q0.5i0.7 q0.6i1.0 q0.7i1.1 q1.0i1.2 q1.1i1.3 q1.2i1.4i1.5i1.6i1.7i2.0緊停應(yīng)許啟動(dòng)啟動(dòng)停止正/反選擇點(diǎn)動(dòng)抱閘監(jiān)視速度選擇速度選擇速度選擇速度選擇上升限位下降限位q2r s t副鉤變頻器acs 800u v wacs 800x221 di1 停止/啟動(dòng)2 di2 正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)3 di3 能耗制動(dòng)4 di4 加/減時(shí)間5 di5 速度選擇

4、6 di6 速度選擇11 di1l 啟動(dòng)聯(lián)鎖 x25制動(dòng)單元m2機(jī)械制 動(dòng)緊停應(yīng)許啟動(dòng)啟動(dòng)停止正/反選擇點(diǎn)動(dòng)抱閘監(jiān)視速度選擇速度選擇速度選擇速度選擇上升限位下降限位x11plc i0.0 i0.2 q0.1 i2.1 q1.3i2.2 q1.4i2.3 q1.5i2.4 q1.6i2.5 q1.7i2.6 q2.0i2.7i3.0i3.1i3.2i3.3q3r s t大車變頻器acs 800u v wacs 800x221 di1 停止/啟動(dòng)2 di2 正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)3 di3 能耗制動(dòng)4 di4 加/減時(shí)間5 di5 速度選擇6 di6 速度選擇11 di1l 啟動(dòng)聯(lián)鎖 x25制動(dòng)單元m3機(jī)械制

5、 動(dòng)緊停應(yīng)許啟動(dòng)啟動(dòng)停止正/反選擇點(diǎn)動(dòng)速度選擇速度選擇向右限位終端限位向左限位終端限位x11plc i0.0 i0.3 q0.2 i3.4 q2.1i3.5 q2.2i3.6 q2.3i3.7 q2.4i4.0 q2.5i4.1 q2.6i4.2i4.3i4.4i4.5q4r s t小車變頻器acs 800u v wacs 800x221 di1 停止/啟動(dòng)2 di2 正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)3 di3 能耗制動(dòng)4 di4 加/減時(shí)間5 di5 速度選擇6 di6 速度選擇11 di1l 啟動(dòng)聯(lián)鎖 x25制動(dòng)單元m4機(jī)械制 動(dòng)緊停應(yīng)許啟動(dòng)啟動(dòng)停止正/反選擇點(diǎn)動(dòng)速度選擇速度選擇向前限位終端限位向后限位終端限位

6、x11plc i0.0 i0.4 q0.3 i4.6 q2.7i4.7 q3.0i5.0 q3.1i5.1 q3.2i5.2 q3.3i5.3 q3.4i5.4i5.5i5.6i5.7q5 備注；正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)選擇，0=正轉(zhuǎn)、1=反轉(zhuǎn)。加速/減速時(shí)間選擇，0選擇斜坡時(shí)間0，1選擇斜坡時(shí)間1。1 升降主電路升降主電路由三相交流電輸入、主鉤驅(qū)動(dòng)變頻器（acs800-75kw）、副鉤驅(qū)動(dòng)變頻器（acs800-45kw）、吊鉤電機(jī)、能耗制動(dòng)單元等組成。由于采用交-直-交變頻器。在負(fù)載自身重力下，制動(dòng)時(shí)回路的能量不能送回電網(wǎng)，為限制泵升電壓和負(fù)載下降時(shí)反電勢的升高采用能耗制動(dòng)單元。2 大、小車主電路 大、小

7、車主電路由大車驅(qū)動(dòng)變頻器（acs800-45kw）、小車驅(qū)動(dòng)變頻器、大車行走電機(jī)、小車行走電機(jī)、能耗制動(dòng)單元等組成。3 plc控制電路選用西門子公司的s7-300 型plc。plc接收來自行車主令控制器、限位開關(guān)的信號和變頻器的狀態(tài)。經(jīng)程序判斷與運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)行車的各控制功能。plc輸出監(jiān)控信號的同時(shí)，向各變頻器發(fā)送運(yùn)行方向、啟動(dòng)、速度調(diào)整、制動(dòng)的運(yùn)行指令。4 變頻器 acs 800變頻器的直接轉(zhuǎn)矩控制方式可以在無外接測速傳感器的情況下，利用檢測自身的輸出電流通過閉環(huán)構(gòu)成高精度的轉(zhuǎn)矩控制。在變頻器的選型方面，根據(jù)主鉤、副鉤電機(jī)容量，對變頻器的輸出功率選擇放大一檔，對于大、小車行走電機(jī)所選變頻器輸出

8、功率則按實(shí)際電機(jī)容量選擇即可。4 行車吊鉤制動(dòng)電路 行車作為一種吊裝各種貨物的工具。在物件位勢負(fù)載狀態(tài)下，要求安全可靠、 運(yùn)行平穩(wěn)、停車準(zhǔn)確。通過變頻器速度給定的選擇，操作人員可以使吊鉤上的物件到達(dá)指定位置。 本系統(tǒng)采用減速機(jī)，其減速比i=1/32,拽引輪直徑=580mm。電機(jī)額定轉(zhuǎn)速ned=1450r/min.吊鉤制動(dòng)采用電磁抱閘制動(dòng)和變頻器能耗制動(dòng)相結(jié)合。 5 行車吊鉤升降控制主要由rmio板、plc、變頻器、吊鉤升降電機(jī)、機(jī)械抱閘等組成。控制由plc發(fā)出指令進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)的控制。運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)，指示燈長亮。點(diǎn)動(dòng)時(shí)，其指示燈以1s的間隔閃爍。三 主吊鉤程序設(shè)計(jì) 吊鉤電機(jī)利用四個(gè)速度選擇按

9、鈕通過程序運(yùn)算后輸出到變頻器rmio板的di5、di6上進(jìn)行頻率給定方式的選擇。設(shè)定頻率用ai1給定、固定頻率50hz、固定頻率30hz、固定頻率15hz的選定。還要滿足使用者對貨物堆放的定位要求。利用機(jī)械制動(dòng)和變頻器能耗制動(dòng)相結(jié)合來保證吊鉤在負(fù)載勢能時(shí)不往下滑。當(dāng)行車運(yùn)行到個(gè)極限位時(shí)能夠及時(shí)的停止運(yùn)行。到達(dá)終點(diǎn)極限時(shí)切斷變頻器應(yīng)許啟動(dòng)信號，使對應(yīng)的變頻器不能啟動(dòng)。1 變頻器速度給定的選定x211 vref 給定值電壓10vdc2 gnd 電阻地3 ai1 速度給定值2 利用變頻器參數(shù)組12 constant speeds 設(shè)定。給定ai1、恒速1、恒速2、恒速3的頻率。通過plc輸入點(diǎn)i1.

10、3、i1.4、i1.5、i1.6來控制。每個(gè)選中信號用q4.5、q4.6、4.7、q5.0來對應(yīng)指示。給定的選擇如圖所示。di5di6輸出00通過ai1設(shè)定速度10恒速101恒速211恒速32 ai1的給定連線說明。ai1給定的可變電阻選擇10千歐，可變電阻兩個(gè)阻值固定的分別接vref 和gnd給定電壓10v,可變腳接ai1+。3 吊鉤的抱閘控制對于勢能類負(fù)載，沒有機(jī)械制動(dòng)器是絕對不行的，在電機(jī)突然斷電或中途啟動(dòng)時(shí)，必須靠機(jī)械制動(dòng)來控制負(fù)載的下落轉(zhuǎn)動(dòng)。為了克服前面提到的問題，制動(dòng)器必須在電機(jī)建立了一定的轉(zhuǎn)矩、電流和轉(zhuǎn)速后才能松開，在之前的控制系統(tǒng)中，電機(jī)得電則制動(dòng)器立即松開，電機(jī)失電則立即制動(dòng)

11、，制動(dòng)器的動(dòng)作快于電機(jī)轉(zhuǎn)矩的建立，在這種情況下，行車抖動(dòng)是必然的，更甚者會(huì)發(fā)生“溜車”事故。acs800變頻器有專用的制動(dòng)器編程控制功能，可以通過編程對制動(dòng)邏輯進(jìn)行設(shè)置，例如：可以通過變頻器的“42 brake control”參數(shù)對制動(dòng)器松開電流、制動(dòng)器松開頻率、制動(dòng)器松開/閉合時(shí)間、制動(dòng)器釋放轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行隨心所欲的修改。該參數(shù)共有10個(gè)用戶編程細(xì)目，以保證制動(dòng)器的可靠動(dòng)作。在實(shí)際調(diào)試中，我們把釋放電流確定為電機(jī)額定電流的90%，釋放頻率為0 hz，釋放轉(zhuǎn)矩為100%的額定轉(zhuǎn)矩。當(dāng)動(dòng)作條件滿足時(shí)，變頻器的可編程輸出繼電器ro1動(dòng)作，使制動(dòng)器制動(dòng)或釋放。除此之外，制動(dòng)器還可以接受外部接點(diǎn)的控制，

12、外部接點(diǎn)是供用戶增加功能時(shí)自行設(shè)計(jì)用的,在本例中，我們把緊急制動(dòng)、系統(tǒng)斷電等都作為外部接點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)信號。當(dāng)出現(xiàn)上述任一故障時(shí)，plc就會(huì)使外部接點(diǎn)斷開，使制動(dòng)器迅速制動(dòng)。本工程中的機(jī)械制動(dòng)器采用了電磁式抱閘，這種制動(dòng)器制具有較大制動(dòng)力，動(dòng)作迅速。制動(dòng)器接線如圖所示。1 ro12 ro13 ro1電源rmio板x25緊急制 動(dòng)m電機(jī)到plci1.2電磁抱 閘4 指示控制 在啟動(dòng)時(shí)，其指示燈長亮，點(diǎn)動(dòng)時(shí)其指示燈以1s的間隔閃爍。用四個(gè)指示燈分別指示其速度的選擇。機(jī)械抱閘的制動(dòng)，在機(jī)械動(dòng)作后其指示燈亮，沒有動(dòng)作發(fā)出報(bào)警信號。四 大、小車程序設(shè)計(jì) 1 大、小車的速度設(shè)定plc程序運(yùn)算設(shè)定兩個(gè)速度等級。速

13、度選擇0，設(shè)定頻率50hz、速度選擇1，設(shè)定頻率25hz。 2 在運(yùn)行和點(diǎn)動(dòng)時(shí)啟動(dòng)不同的加速減速斜坡時(shí)間使電機(jī)運(yùn)行相對平穩(wěn)。減小對機(jī)械部分沖擊。3 對大、小車的定位不是很苛刻，使用小電流的直流抱閘。就可以讓其停止在指定位置。 4 大、小車的限位控制，其運(yùn)行到限位時(shí)電機(jī)停止運(yùn)行。到終端限位時(shí)把變頻器應(yīng)許啟動(dòng)的信號切斷。5 運(yùn)行指示，在啟動(dòng)時(shí)，其指示燈長亮，點(diǎn)動(dòng)時(shí)其指示燈以1s的間隔閃爍。輸入點(diǎn)的分配表緊停操作按鈕 sb1i0.0主鉤變頻器合閘按鈕 sb2i0.1副鉤變頻器合閘按鈕 sb3i0.2大車變頻器合閘按鈕 sb4i0.3小車變頻器合閘按鈕 sb5i0.4電源指示 xt1i0.5主鉤啟動(dòng)操

14、作按鈕 sb6i0.6主鉤停止按鈕 sb7i0.7主鉤正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)選擇開關(guān) sb8i1.0主鉤點(diǎn)動(dòng)按鈕 sb9i1.1抱閘監(jiān)視i1.2速度選擇0級按鈕 sb10i1.3速度選擇1級按鈕 sb11i1.4速度選擇2級按鈕 sb12i1.5速度選擇3級按鈕 sb13i1.6主鉤上升限位 st1i1.7主鉤下降限位 st2i2.0副鉤啟動(dòng)按鈕 sb14i2.1副鉤停止按鈕 sb15i2.2副鉤正/反轉(zhuǎn)選擇開關(guān) sb16i2.3副鉤點(diǎn)動(dòng)按鈕 sb17i2.4抱閘監(jiān)視i2.5速度選擇0級按鈕 sb18i2.6速度選擇1級按鈕 sb19i2.7速度選擇2級按鈕 sb20i3.0速度選擇3級按鈕 sb21i3

15、.1副鉤上升限位 st3i3.2副鉤下降限位 st4i3.3大車啟動(dòng)按鈕 sb22i3.4大車停止按鈕 sb23i3.5大車正/反轉(zhuǎn)選擇開關(guān) sb24i3.6大車點(diǎn)動(dòng)按鈕 sb25i3.7速度選擇0級按鈕 sb26i4.0速度選擇1級按鈕 sb27i4.1向右限位開關(guān) st5i4.2向右終端限位開關(guān) st6i4.3向左限位開關(guān) st7i4.4向左終端限位開關(guān) st8i4.5小車啟動(dòng)按鈕 sb28i4.6小車停止按鈕 sb29i4.7小車正/反轉(zhuǎn)選擇開關(guān) sb30i5.0小車點(diǎn)動(dòng)按鈕 sb31i5.1速度選擇0級按鈕 sb32i5.2速度選擇1級按鈕 sb33i5.3向前限位開關(guān) st9i5.4

16、向前終端限位開關(guān) st10i5.5向后限位開關(guān) st11i5.6向后終端限位開關(guān) st12i5.7警鈴/警示燈i6.0輸出點(diǎn)分配表主鉤變頻器合閘q0.0副鉤變頻器合閘q0.1大車變頻器合閘q0.2小車變頻器合閘q0.3警鈴/警示燈q0.4主鉤啟動(dòng)/停止q0.5主鉤正/反轉(zhuǎn)選擇q0.6主鉤速度控制選擇q0.7主鉤速度控制選擇q1.0主鉤加/減速斜坡時(shí)間選擇q1.1主鉤直流抱閘啟動(dòng)信號q1.2副鉤啟動(dòng)/停止q1.3副鉤正/反轉(zhuǎn)選擇q1.4副鉤速度控制選擇q1.5副鉤速度控制選擇q1.6副鉤加/減速斜坡時(shí)間選擇q1.7副鉤直流抱閘啟動(dòng)信號q2.0大車啟動(dòng)/停止q2.1大車正/反轉(zhuǎn)選擇q2.2大車速度

17、控制選擇q2.3大車速度控制選擇q2.4大車加/減速斜坡時(shí)間選擇q2.5大車直流抱閘啟動(dòng)信號q2.6小車啟動(dòng)/停止q2.7小車正/反轉(zhuǎn)選擇q3.0小車速度控制選擇q3.1小車速度控制選擇q3.2小車加/減速斜坡時(shí)間選擇q3.3小車直流抱閘啟動(dòng)信號q3.4電源指示q3.5主鉤變頻器合閘指示q3.6副鉤變頻器合閘指示q3.7大車變頻器合閘指示q4.0小車變頻器合閘指示q4.1主鉤上升點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q4.2主鉤下降點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q4.3主鉤抱閘指示q4.4主鉤速度選擇0級指示q4.5主鉤速度選擇1級指示q4.6主鉤速度選擇2級指示q4.7主鉤速度選擇3級指示q5.0副鉤上升點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q5.1副鉤

18、下降點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q5.2副鉤抱閘指示q5.3副鉤速度選擇0級指示q5.4副鉤速度選擇1級指示q5.5副鉤速度選擇2級指示q5.6副鉤速度選擇3級指示q5.7大車向右點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q6.0大車向左點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q6.1大車限位指示q6.2大車速度選擇0級指示q6.3大車速度選擇1級指示q6.4小車向前點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q6.5小車向后點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q6.6小車限位指示q6.7小車速度選擇0級指示q7.0小車速度選擇1級指示q7.1主鉤限位指示q7.2副鉤限位指示q7.3五 、plc程序q0.0q0.00i0.1主鉤變頻器合閘i0.0q0.5i1.1i0.6i1.1i0.7i0.0m0.0i1.0q

19、0.6主鉤上升/下降選擇信號i1.1主鉤加/減速斜坡選擇q1.1i1.4i1.6q0.7i1.3i1.5q0.7主鉤速度選擇輸出i1.5i1.6q1.0i1.3i1.4q1.0主鉤速度選擇輸出主鉤上升/下降運(yùn)行小車向后q0.6i2.0q0.5m0.0q0.6i1.7q0.1q0.1i0.2副鉤變頻器合閘i0.0i2.3q1.4副鉤上升/下降選擇信號q1.3i2.4i2.1i2.4i2.2i0.0m0.1副鉤上升/下降運(yùn)行小車向后q1.4i3.3q1.3m0.1q1.4i3.2q0.5主鉤直流抱閘啟動(dòng)q1.2i2.4q1.7i2.7i3.1q1.5i2.6i3.0q1.5副鉤速度選擇輸出i3.0

20、i3.1q1.6i2.6i2.7q1.6副鉤速度選擇輸出q1.3q2.0副鉤加/減速斜坡選擇副鉤直流抱閘啟動(dòng)q0.2q0.2i0.3大車變頻器合閘i0.0i3.6大車向右/向左選擇信號q2.1i3.7i3.4i3.7i3.5i0.0i4.3i4.5大車向右/向左運(yùn)行小車向后q2.2i4.4m0.2q2.2i4.2q2.2m0.2q2.1i3.7大車加/減速斜坡選擇i4.0q2.3q2.4大車速度選擇輸出0i4.1q2.4q2.3大車速度選擇輸出1q2.1大車直流抱閘啟動(dòng)q2.5q2.3q2.4q2.6q0.3i0.4小車變頻器合閘i0.0i5.0小車向右/向左選擇信號q2.7i5.1i4.6i

21、5.1i4.7i0.0i5.5i5.7小車向右/向左運(yùn)行小車向后q3.0i5.6m0.3q3.0i5.4q0.3q3.0m0.3q2.7i5.1i5.2q3.1q3.2小車速度選擇輸出0i5.3q3.2q3.1小車速度選擇輸出1q2.7小車直流抱閘啟動(dòng)小車加/減速斜坡選擇q2.5q3.1q3.2q3.4q0.0主鉤變頻器啟動(dòng)指示i1.1主鉤上升點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q0.6m0.4q0.5i0.5電源指示q0.1副鉤變頻器啟動(dòng)指示q0.2大車變頻器啟動(dòng)指示q0.3小車變頻器啟動(dòng)指示q3.5q3.6q3.7q4.0q4.1q4.2i1.1主鉤下降點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q0.6m0.4q0.5i1.2主鉤抱閘指示

22、q0.7主鉤速度選擇0指示q1.0q0.7主鉤速度選擇1指示q1.0q0.7主鉤速度選擇2指示q1.0q0.7主鉤速度選擇3指示q1.0q1.2q4.3q4.4q4.5q4.6q4.7q5.0i2.4副鉤上升點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q1.4m0.4q1.3i2.4副鉤下降點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q1.4m0.4q1.3i2.5副鉤抱閘指示q1.5副鉤速度選擇0指示q1.6q1.5副鉤速度選擇1指示q1.6q1.5副鉤速度選擇2指示q1.6q2.0q5.1q5.2q5.3q5.4q5.5q5.6q1.5副鉤速度選擇3指示q1.6i3.7大車向右點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q2.2m0.4q2.1i3.7大車向左點(diǎn)動(dòng)/運(yùn)行指示q2.2m0.4q2.1q2.3大車速度選擇0指示q