PLC在行車電氣控制回路改造中的應(yīng)用

1、國家職業(yè)資格全?。ɑ蚴校┙y(tǒng)一鑒定 維修電工 論文(國家職業(yè)資格 ii 級)論文題目：plc在行車電氣控制回路改造中的應(yīng)用 姓 名： 身份證號： 準(zhǔn)考證號： plc在行車電氣控制回路改造中的應(yīng)用楊少濤江蘇省鹽城技師學(xué)院摘要 plc可編程控制器以其軟件簡單易學(xué)、使用簡便、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了以plc和變頻器為核心部件對工廠常用的5t行車進(jìn)行改造，并設(shè)計(jì)了行車plc控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件控制程序。關(guān)鍵字 plc 行車 變頻調(diào)速引言 目前大多數(shù)工廠的行車還是采用繞線式三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻進(jìn)行啟動和調(diào)速，這種老式的啟動、調(diào)速方式在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中存

2、在很多缺點(diǎn)，比如：電動機(jī)調(diào)速后的機(jī)械特性軟、接觸器繼電器控制方式的可靠性差、運(yùn)行中電阻長期發(fā)熱浪費(fèi)電能等。所以采用以plc的程序控制取代老式的接觸器繼電器控制，以變頻器的變頻調(diào)速取代了電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。以獨(dú)特的編程，設(shè)計(jì)出了一個同步精度高、調(diào)速性能好、運(yùn)行可靠、故障維修率低的行車系統(tǒng)，讓行車實(shí)現(xiàn)了半自動化。一、認(rèn)識行車1.行車的分類起重設(shè)備按結(jié)構(gòu)分，有橋式、塔式、門式、旋轉(zhuǎn)式和纜索式等多種，不同結(jié)構(gòu)的起重設(shè)備分別應(yīng)用于不同的場合。生產(chǎn)車間內(nèi)使用的是橋式起重機(jī)，常見的有5t、10t單鉤和15/3t、20/5t雙鉤等，它是一種工廠、車間用來吊起或放下重物，并使重物在短距離內(nèi)水平移動的起重、搬運(yùn)

3、設(shè)備，俗稱吊車、行車或天車。2.行車的主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動形式行車橫跨在廠房的上部如圖1-1-1所示。主要組成部分有大車、小車、起重吊鉤三部分組成。大車的軌道敷設(shè)在車間兩側(cè)的立柱上，大車可以在軌道上沿車間縱向移動；大車上裝有小車軌道，供小車橫向移動；主鉤用來提升重物，5t的行車沒有副鉤，如果有副鉤的，副鉤除可以提升輕物外，還可以協(xié)同主鉤完成工件的吊運(yùn)，但不允許主、副鉤同時提升兩個物件。當(dāng)主、副鉤同時工作時，物件的重量不允許超過主鉤的額定起重量。這樣，行車可以在大車能夠行走的整個車間范圍內(nèi)進(jìn)行起重運(yùn)輸。圖1-1-1 行車結(jié)構(gòu)示意圖3.行車的供電形式行車采用三相交流電源供電，由于起重機(jī)工作時經(jīng)常移動，因

4、此需采用可移動的電源供電。一般車間行車都是采用軟電纜供電，電纜可以隨大、小車的移動而伸展和疊卷。這種供電方式這大大提高了供電的安全性和方便性。二、行車的改造要求1.行車的工作環(huán)境比較惡劣，經(jīng)常需帶負(fù)載啟動，要求電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流小，且有一定的調(diào)速要求。2要有合理的升、降速度，空載、輕載速度要快，重載速度要慢。3提升開始和重物下降到預(yù)定位置附近時，需要低速。因此行車的運(yùn)行速度應(yīng)分為幾檔，以便靈活操作。4.為保證人身和設(shè)備安全，停車必須采用安全可靠的制動方式，因此要采用機(jī)械抱閘制動。5.plc要有保護(hù)啟動功能，操作員在啟動設(shè)備前必須把主令控制器全部切至零位，然后才能按上電按鈕接通主電源。

5、6.吊鉤的升、降要有限位保護(hù)，大、小車行程終端也要有限位保護(hù)。7.吊鉤的升、降，大車的進(jìn)、退，小車的左、右行都得有操作互鎖。三、行車改造系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)及元器件選擇1.硬件設(shè)計(jì)行車的大車電機(jī)、小車電機(jī)、吊鉤提升電機(jī)都需獨(dú)立運(yùn)行，大車有兩臺電機(jī)同時運(yùn)行，小車、吊鉤提升各為一臺電機(jī)驅(qū)動，整個系統(tǒng)需要4臺電機(jī)。為了保證各部分安全運(yùn)行互不影響，所以采用3臺變頻器分別控制電機(jī)，共用1臺plc加以控制，系統(tǒng)組成如圖1-1-2所示:圖1-1-2 plc控制變頻器拖動系統(tǒng)2.行車plc控制線路的外部接線圖行車plc控制系統(tǒng)的外部接線圖如1-1-3所示。圖1-1-3中可編程控制器采用三菱fx2n系列的fx2n

6、-64mr機(jī)型作為基本模塊，控制3個變頻器，3個變頻器又控制4臺電機(jī)。1-1-3 行車plc外部接線圖3.硬件選擇（1）plc機(jī)型的選擇：plc以其編程方便，簡單易學(xué)，現(xiàn)場可修改程序；維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)，擁有豐富的i/o接口模塊；可靠性高于繼電器控制裝置；數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；在擴(kuò)展時，原系統(tǒng)只要很小的變更；用戶程序存儲容量至少能擴(kuò)展到4k；體積小、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)。plc是完成系統(tǒng)邏輯控制的部分，控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，調(diào)速等控制信號進(jìn)入plc，經(jīng)plc處理后，再向變頻器發(fā)出起停、調(diào)速等信號，使電動機(jī)工作，是系統(tǒng)的核心部分。根據(jù)plc設(shè)計(jì)選型的一般原則(選擇自己熟悉的機(jī)種和機(jī)型，不要

7、大材小用)，三菱plc以其體積小，結(jié)構(gòu)緊湊；處理能力強(qiáng)；豐富的硬件資源；功能強(qiáng)大的用戶指令集；易學(xué)易懂，良好的售后服務(wù)等優(yōu)點(diǎn)所以選擇了三菱fx2n系列的plc。本方案根據(jù)所需要的i/o點(diǎn)所以選擇了fx2n-64mr機(jī)型。（2）變頻器的選擇異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為n=60f/p(1-s),其中f為頻率，p為極對數(shù)，由此式可以看出，如果要實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的調(diào)速，只要改變頻率及極對數(shù)就能實(shí)現(xiàn)調(diào)速，一般電動機(jī)無極調(diào)速以改變頻率為主。變頻器以其體積小、通用性強(qiáng)、動態(tài)響應(yīng)快、工作頻率高、保護(hù)性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式。而且使用變頻器來對電機(jī)進(jìn)行控制，電機(jī)可以進(jìn)行軟啟動，而讓電

8、機(jī)具有很快的動態(tài)響應(yīng)并且實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。另外能對電機(jī)的一些參數(shù)做到補(bǔ)償，對電源的缺相、欠壓、過壓、過流等都能做到很及時很準(zhǔn)確的檢測而自動采取應(yīng)變措施，可以更好的保護(hù)電機(jī)。變頻器的容量通常用額定輸出電流（a）、輸出容量（kva）、適用電動機(jī)功率（kw）表示。變頻器的容量選擇最重要，對于標(biāo)準(zhǔn)4極電動機(jī)拖動的連續(xù)恒定負(fù)載，變頻器的容量可根據(jù)適用電動機(jī)的功率選擇。對于其他極數(shù)的電動機(jī)拖動的負(fù)載、變動負(fù)載、斷續(xù)負(fù)載和短時負(fù)載，因其額定電流比標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)大，不能根據(jù)適用電動機(jī)的功率選擇變頻器的容量。變頻器的容量應(yīng)按運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇，即inimmax式中 in 變頻器的額定電流，a;imm

9、ax 電動機(jī)的最大工作電流，a。不論作什么用途都不允許連續(xù)輸出超過額定值的電流。所以根據(jù)異步電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的電流最大值來選擇變頻器，經(jīng)過同類變頻器的性能與價格比較以及售后的服務(wù)等綜合考慮，變頻器還是選用三菱公司的fr-e700和fr-a700系列變頻器。另外，在變頻器的選擇上之所以選擇三臺變頻器進(jìn)行控制，是因?yàn)槭褂脝为?dú)的變頻器控制電動機(jī)，行車可以不同方向同時運(yùn)行，而如果使用一臺變頻器控制三臺電動機(jī)，這樣行車只能單獨(dú)方向運(yùn)行，降低了行車的工作效率，而在變頻器和電動機(jī)之間串入接觸器進(jìn)行控制，接觸器經(jīng)常的閉合、分?jǐn)啵@樣會增加行車的故障率。（3）電機(jī)的選擇電動機(jī)的選擇容量很重要，如果容量不足，一方

10、面電動機(jī)會過熱，以至很快的損壞，另一方面因起動力矩不足，起動緩慢，不能達(dá)到所需要的速度，影響行車的生產(chǎn)效率。如果容量過大，一方面浪費(fèi)電能，另一方面因起動過猛，產(chǎn)生較大的慣性載荷。因此確定電動機(jī)的容量原則是：在正常的工作狀態(tài)下，電動機(jī)的溫升不能超過容許值；還要保證所需要的起動力矩。電機(jī)的種類和型號有很多，起重設(shè)備用的比較多的就是繞線式三相異步電動機(jī)，繞線式電動機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)就是起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流小，調(diào)速性能較好，一般適合起動轉(zhuǎn)矩要求比較高，需要調(diào)速的場合。所以根據(jù)行車的載重量，以及可能出現(xiàn)的最大負(fù)載量，選擇一臺額定功率為7.5kw的普通繞線式異步電動機(jī)，大車選用兩臺額定功率為1.5kw的普通繞線

11、式異步電動機(jī)，小車選用一臺額定功率為0.8kw的普通繞線式異步電動機(jī)。另外除了以上3樣核心部件之外還有：行車的機(jī)械制動裝置、制動電阻，電動機(jī)供電線、限位開關(guān)、減速器等部件在這就不一一舉例了，使用原來行車所自有的。（4）i/o地址分配i/o地址分配見表1-1-4。表1-1-4 i/o地址分配輸 入輸 出xo上電按鈕y0前后行高速x1急停按鈕y1前后行低速x2行車左行y2行車前進(jìn)x3行車右行y3行車后退x4行車前進(jìn)y4左右行高速x5行車后退y5左右行低速x6吊鉤上升y6行車左行x7吊鉤下降y7行車右行x1o行車左限位y10上下行高速x11行車右限位y11上下行低速x12行車左極限y12吊鉤上升x1

12、3行車右極限y13吊鉤下降x14吊鉤上限位y14前后行制動器x15吊鉤下限位y15左右行制動器x16行車前限位y16上下行制動器x17行車后限位y17上電指示燈x2o行車前極限y20超載報警燈x21行車后極限x22前后行高速x23前后行低速x24左右行高速x25左右行低速x26上下行高速x27上下行低速x30超載保護(hù)4.軟件設(shè)計(jì)（1）行車系統(tǒng)控制流程行車工作流程圖如圖1-1-5所示。當(dāng)系統(tǒng)一上電，就開始自檢測各方面是否正常，比如：電源是否正常、行車的吊鉤是否過載、行車是否已經(jīng)行駛到了極限保護(hù)開關(guān)等。有任何異常的原因行車都不會啟動，從而杜絕行車在生產(chǎn)過程中引發(fā)一系列的事故。開始急停按下yn電源正

13、常ny超載yn速度選擇升/降運(yùn)行超速yn切換速度限位開關(guān)yn速度選擇左/右運(yùn)行切換速度速度選擇前/后運(yùn)行切換速度零位停止1-1-5 行車系統(tǒng)控制流程圖（2）行車的plc控制梯形圖行車的plc控制梯形圖如圖1-1-6所示。圖1-1-6 行車plc控制梯形圖（3）變頻器參數(shù)設(shè)置變頻器設(shè)置參數(shù)見表1-1-7表1-1-7 變頻器參數(shù)設(shè)置表參數(shù)號參數(shù)名稱設(shè)定值1上限頻率60hz4多段速度（高速）rh40hz5多段速度（中速）rm25hz7加速時間2s8減速時間2s77參數(shù)禁止寫入選擇179操作模式選擇3因?yàn)樽冾l器都是選用的三菱的，設(shè)置參數(shù)基本相同，所以以大車的變頻器參數(shù)設(shè)置為例，另外，因?yàn)樾熊囀怯胮lc來控制，所以變頻器的操作模式選擇了3，是組合模式。參數(shù)禁止寫入選擇了1，是禁止寫入。是防止非專業(yè)人員對變頻器參數(shù)的誤設(shè)定，對參數(shù)進(jìn)行寫保護(hù)操作。四、結(jié)束語通過這幾個月的設(shè)計(jì)，使我對這個幾年來所學(xué)的知識和技能有了一個較全面的復(fù)習(xí)。本次設(shè)計(jì)中為了使行車運(yùn)行的更加安全可靠，采用了plc和變頻器改造，在這個過程中，對plc和變頻器的原理以及結(jié)構(gòu)都有了進(jìn)一步的了解。改造后的行車從運(yùn)行情況來看，運(yùn)行情況良好，負(fù)載變化時。電動機(jī)速度運(yùn)行平穩(wěn)，設(shè)配的故障率大幅度