基于PLC橋式起重機控制系統(tǒng)

1、題目： 基于PLC橋式起重機控制系統(tǒng)基于PLC橋式起重機控制摘 要 本文研討基于可編程序控制器（PLC）和變頻器的橋式起重機控制系統(tǒng)的改進。闡述了交流橋式起重機在實際中的應(yīng)用以及PLC在改造方案中的確定，亦涉及在改造過程中設(shè)備的選型。本文以西門子S7-200系列PLC為例，講述了PLC在交流橋式起重機改造中的的控制方案。與傳統(tǒng)控制方案相比，采用PLC控制的橋式起重機可以簡化繁重的設(shè)備，使控制更加安全可靠。從經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的角度分析，本設(shè)計雖然前期投入一部分資金用于購買PLC及變頻器等設(shè)備，但是長期運行后的維修成本遠低于原系統(tǒng)，并且節(jié)能可達30%左右。設(shè)計中變頻器通過PLC進行無觸點控制，使

2、設(shè)備運行更加準(zhǔn)確，并且減輕了人員的勞動強度，提高了工作效率。關(guān)鍵詞 橋式起重機 變頻器 PLC 控制系統(tǒng)ABSTRACTThis text discussion the improved design of bridge crane control system based on PLC and frequency converter. Introduced the application of Bridge crane, the application of PLC in reconstructive transform and choosing the device. The text t

3、akes Siemens S7-200 PLC series as an example, introduced the control project of Bridge crane system. Compared with traditional control scheme，PLC-based Bridge Crane can Simplify the heavy equipment，and make control more safety and reliable. Analysis from economic benefits and environmental benefits,

4、 The maintenance cost is far below original system after long-term operation，and Saves about 30% of energy，beside a fond musts put into buying PLC and inverter and other equipment . In this design, Inverter non-contact programmable controller controls the equipment to run more accurate, as well as r

5、educed labor strength, increased efficiency.Key words: bridge crane; frequency converter; PLC; control system目錄第一章 緒論11.1 橋式起重機的簡介11.2 主要研究內(nèi)容及意義1第二章 控制方案設(shè)計42.1系統(tǒng)組成42.2 大車控制系統(tǒng)的設(shè)計4第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)置63.1變頻調(diào)速73.1.1變頻調(diào)速的基本原理73.1.2變頻器的選用93.2電動機的選擇123.3 常用輔助器件的選擇143.4 可編程控制器173.4.1 PLC的概述173.4.2 PLC的選型SIEMENS S7-2

6、00183.4.3 I/O端口分配203.4.4 PLC系統(tǒng)接線方式21第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計234.1 主程序244.2 公用程序254.3 大車控制程序274.4 其他子程序設(shè)計29第五章 設(shè)計總結(jié)30參考文獻32附錄33致謝41第1章 緒論1.1 橋式起重機的簡介橋式起重機廣泛應(yīng)用在室內(nèi)廠房、倉庫、室外碼頭、儲料場等，是很重要的起吊、搬運設(shè)備，為此要求其具有高效、靈活并且安全可靠。本課題研究的是電動雙梁橋式起重機，它主要由橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運行機構(gòu)和電氣控制設(shè)備部分組成。大車運行機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、主鉤起升機構(gòu)、副鉤起升機構(gòu)共同組成了橋架運行機構(gòu)。電氣控制部分的設(shè)備主要集中在操作室內(nèi)，用于

7、操縱控制橋式起重機的運行。其主要結(jié)構(gòu)如圖1.1所示圖1.1 起重機結(jié)構(gòu)圖1.2 主要研究內(nèi)容及意義橋式起重機作為物料吊運的起重設(shè)備在國民經(jīng)濟中有著十分重要的地位。傳統(tǒng)的橋式起重機控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制與轉(zhuǎn)子回路串電阻來實現(xiàn)對橋式起重機的調(diào)速，這種控制沖擊頻繁，震蕩劇烈，而且橋式起重機工作環(huán)境比較惡劣，又多是在重載下頻繁啟動、制動、正反轉(zhuǎn)、變速等，這種控制對其設(shè)備及其生產(chǎn)效率都會有影響甚至?xí)婕暗饺松戆踩?，所以繼電器控制已經(jīng)不是機械工業(yè)的主導(dǎo)了，有必要對其進行改進。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，PLC、變頻器在工業(yè)設(shè)備改造中得到了廣泛應(yīng)用。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強，適應(yīng)性強，應(yīng)用靈活，編程方

8、便，易于使用，控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試、維修方便，維修工作量少等一系列的優(yōu)點。變頻器的導(dǎo)入則可以提供頻率可調(diào)的交流電源，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)橋式起重機的多段速。因此，“PLC+變頻器”的控制方式在橋式起重機的改造中非常流行。 自PLC問世以來一直受到人們的關(guān)注，在不斷的發(fā)展和改進中PLC已經(jīng)在機械工業(yè)及其他行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在起重機中得到了很好的體現(xiàn)。PLC作為整個系統(tǒng)的控制核心，采用變頻器調(diào)速來控制電動機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對傳統(tǒng)繼電器控制橋式起重機的改造。為降低工作人員的勞動強度，采用三檔位的主令控制器作為操作面板。PLC作為整個控制系統(tǒng)的核心，它接受主令控制器發(fā)出的向前、向后、零

9、位、調(diào)速等控制信號，限位器輸入的限位信號，以及保護電路輸入的保護信號，經(jīng)PLC內(nèi)部運算后分別發(fā)送給四臺變頻器。變頻器接受來自PLC的控制信號，控制電動機按照操作人員的操作運行。主令控制器的開關(guān)與常用的啟動、停止等按鈕集中于控制艙內(nèi)的操作面板上，供操作人員操作使用。經(jīng)改造的橋式起重機有以下優(yōu)點：（1）橋式起重機的啟動、制動、加速、減速等過程更加平穩(wěn)快速，定位更加準(zhǔn)確，減少了負載波動，安全性大幅提高。（2）系統(tǒng)運行的開關(guān)器件實現(xiàn)了無觸點化，具有半永久性的壽命。（3）電動機啟動電流限制得較小，減少了頻繁啟動所帶來的熱耗，使電機壽命延長。（4）降低了對電網(wǎng)的沖擊。（5）節(jié)約能源，變頻調(diào)速的啟動、制動、

10、加速、減速等過程中，電機運行電流小。以本案來講，節(jié)能可達30%左右 第二章 控制方案設(shè)計2.1系統(tǒng)組成本設(shè)計系統(tǒng)的組成主要由大車控制系統(tǒng)、小車控制系統(tǒng)、主鉤和副鉤控制系統(tǒng)組成。使用主令控制器來支配各PLC程序的執(zhí)行，來實現(xiàn)橋式起重機各機構(gòu)的前進、后退、上升、下降。具體流程如圖2.1所示 圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1使用一臺主令控制器來支配可編程控制器，大量減少了每臺PLC使用一臺主令控制器的IO口，減少了操作的強度，同時也極大限度的避免了一些誤操作。本設(shè)計是使用四臺PLC控制四個變頻器來實現(xiàn)五臺電動機的運行，從而來調(diào)動各部分機構(gòu)。2.2 大車控制系統(tǒng)的設(shè)計大車是橫架于主梁上的移動設(shè)備，它的

11、運行是依靠梁上的兩臺相同的電動機轉(zhuǎn)動來移動的，大車的加、減速則依賴變頻器的調(diào)速作用，當(dāng)大車加（減）速時，增加（減小）變頻器的輸出頻率就能達到加速的（減速）目的。無休止的加減速會導(dǎo)致機構(gòu)的脫離，考慮到這一點就必須配備限位裝置。起重機屬于大型的機械設(shè)備，都應(yīng)該設(shè)有過電流保護?；诖筌嚳刂葡到y(tǒng)，小車，主副鉤的控制系統(tǒng)和大車類似，在這里就不一一介紹了。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)置本設(shè)計使用PLC來控制四臺變頻器實現(xiàn)五臺電動機的運轉(zhuǎn)。其主電路接線圖如圖3.1所示圖3.1 主電路接線圖針對以上原理圖，首先我需要對變頻器做進一步的介紹。3.1變頻調(diào)速3.1.1變頻調(diào)速的基本原理異步電機的轉(zhuǎn)速公式為: = （1S）

12、 （式3.1）式中 N異步電動機的轉(zhuǎn)速，r/min F定子的電源頻率，HZ P電機極對數(shù) S電機轉(zhuǎn)速滑差率由（式3.1）可知，如果改變輸入電機的電源頻率，則可相應(yīng)改變電機的輸出轉(zhuǎn)速。電動機調(diào)速時，一個重要的因素是保持每極磁通量為額定值不變。磁通太弱，沒有充分利用電機的磁心，是一種浪費:若要增大磁通，又會使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴重時會因為繞組過熱而損壞電機。對于直流電機來說，勵磁系統(tǒng)是獨立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補償合適，保持不變是很容易做到的。在交流異步電機中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。三相異步電動機每相電動勢的有效值是: （式3.2）式中: 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢有效

13、值，單位為V;定子頻率，單位為Hz;定子每線繞組串聯(lián)匝數(shù);基波繞組系數(shù);每級氣隙磁通量，單位為Wb;由公式可知，只要控制好和便可以控制磁通不變，需要考慮基頻(額定頻率)以下和基頻以上兩種情況;1基頻以下調(diào)速即采用恒定的電動勢。由上式可知，要保持不變，單頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低然而繞組中的感應(yīng)電動勢是難以控制的，但電動勢較高時，可以忽略電子繞組的漏磁阻抗壓降，而認為定子相電壓U1 E，則得U1 /f1=常值。低頻時，U1和讀數(shù)較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。這時，可以人為的把電壓U抬高一些，以便近似的不補償定子壓降。帶定子壓降補償?shù)暮愎β时瓤刂铺匦詾閎線()，無補

14、償?shù)臑閍線()。如圖3.2所示:圖3.2 恒壓頻比控制特性2基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時，頻率f可以往上增高，但電壓u磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)于與直流電機弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機的變頻調(diào)速控制特性，如圖3.3。如果電動機在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動機都能在溫升容許的條件下長期運行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)速，而在基頻以上基本上屬于“恒功率調(diào)速”。圖3.3異步電動機變頻調(diào)速控制特性3.1.2變頻器的選用1變頻器選型橋式起重機各機構(gòu)轉(zhuǎn)矩均為恒轉(zhuǎn)矩負載，選用低速轉(zhuǎn)矩提升功能的變頻器較好，如日本的安川，三菱，德

15、國的西門子和丹麥的丹佛斯等。本設(shè)計選用西門子變頻器，西門子變頻器具有可靠性高，故障率小，具有較合理的價格，有利于用戶合理選用。2變頻器容量選擇起升機構(gòu)平均起動轉(zhuǎn)距一般為額定力矩值的1.3到1.6倍?？紤]到電源電壓波動的因素和125%超載試驗要求等因素，其最大轉(zhuǎn)距必須是1.8到2倍的負載力矩值，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或同時提高變頻器和電機容量來獲得200%力矩值。此時變頻器容量為 式中電機的功率因數(shù)，= 0.25 起升額定負載所需功率，kw 電機效率， =0. 85 變頻器容量，KVA 系數(shù)，K=2起升機構(gòu)變頻器容量依據(jù)負載功率

16、計算，并考慮2倍安全力矩。若用在電機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: 式中一變頻器額定電流，A 電機額定電流，A當(dāng)運行電機在300s內(nèi)有小于60s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：式中電流波形補償系數(shù)，PWM方式K=1.051.1 負載轉(zhuǎn)距，N.m 一總轉(zhuǎn)動慣量對電機軸的折算值，kg.m 加速時間，s 電機額定轉(zhuǎn)速，r/min當(dāng)運行電機在300s內(nèi)電機有大于60s加速時間時，變頻器容量按下式取值： 電流驗證:以上公式均以負載功率作為變頻器容量計算的基本參

17、數(shù)，相同功率不同極數(shù)的電機有不同的額定電流。故最終尚需驗證電機和變頻器額定電流，即多電機驅(qū)動時變頻器容量的選擇 電壓型變頻器可以一臺變頻器驅(qū)動多臺電機，其并聯(lián)運行且變頻器短時過載能力為150%、 60%時，如電機加速時間在300s內(nèi)有小于60s的加速時間，則并要求 式中負載所要求的電機軸輸出功率并聯(lián)電機的臺數(shù)同時啟動的臺數(shù)電機效率，=0.8電動啟動電流與電機額定電流之比值變頻器容量，KVA變頻器額定電流，A根據(jù)起重機電機驅(qū)動的特性和技術(shù)要求，采用帶測速反饋接口的MASTERDRIVE6SE70系列變頻器作為主、副起升機構(gòu)的電機驅(qū)動，MASTERDRI Vector 6SE440系列變頻器作為大

18、、小行車行走機構(gòu)的電機驅(qū)動，6SE440系列是一種通用性高性能矢量控制型變頻器，功能強，價格低，完全滿足行走機構(gòu)的需求。通過利用上述公式的計算，橋式起重機各執(zhí)行機構(gòu)的變頻器如表1所示: 表1 各機構(gòu)的變頻器參數(shù)變頻器型號額定功率/電流主起升機構(gòu)6SE70272-ED6137KW/48A副起升機構(gòu)6SE70274-7ED6122KW/47A大車運行機構(gòu)6SE6440-2AD3115KW/30A小車運行機構(gòu)6SE6440-2AD255.5KW/11.6A3.2電動機的選擇 橋式起重機的運行機構(gòu)多為恒轉(zhuǎn)矩負載，可以使用專用的變頻調(diào)速電機，也可以使用原有的線繞式轉(zhuǎn)子電動機，將轉(zhuǎn)子繞組短接就可以了。升降

19、機構(gòu)的電機選用必需適合反復(fù)起動、起動轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)動慣量小的變頻用電動機。目前，國外以四極電動機作變頻電機的首選。電動機功率為： 式1式中P功率，kw； W額定起重量吊釣重量鋼絲繩重量； V提升速度，m/s； 機械效率。變頻器驅(qū)動異步電動機時，由于變頻器的換向沖擊電壓和開關(guān)元件的開閉瞬間而產(chǎn)生的沖擊電壓會引起電機絕緣惡化，對電壓型變頻器應(yīng)考慮盡量縮短電機與變頻器間接線的距離或者是考慮加入阻尼回路(濾波器)。 電動機功率的選擇，須按照生產(chǎn)的需求來決定。一般來說，起重用電動機比一般工業(yè)機械生產(chǎn)所用電動機的功率大10%左右。 電動機的選擇主要取決于下面兩個因素：(1)發(fā)熱：電機工作時，一方面將電能轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

20、機械能做功，另一方面由于電機自身阻抗要消耗一部分電能而轉(zhuǎn)變成熱能，使得電動機的發(fā)熱升溫，所以電機選用的不合適將會對內(nèi)部絕緣材料造成損壞，當(dāng)溫度過于高時絕緣被破壞，電動機將燒毀。電動機銘牌上都規(guī)定有電動機的溫升（即是電動機在額定負載下運行時，定子發(fā)熱后的允許的溫升與周圍環(huán)境溫度之差）(2)過載能力：電動機都有一定的過載能力。交流電動機的過載能力tm是最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值，即一般起重機用的交流異步電動機的過載能力為2.53.3。交流電動機的過載能力為：    式2式中電動機允許的最大轉(zhuǎn)矩；    電動機的額定轉(zhuǎn)矩。電動機過載發(fā)熱升溫需有一段時間，從發(fā)熱方

21、面來講，容許有短時的過載。但就過載能力而言，在很短時間內(nèi)的過載也是允許的。所以發(fā)熱和過載能力必須同時考慮。 橋式起重機控制系統(tǒng)有大車電動機兩臺、小車電動機一臺、20噸主鉤、5噸副鉤提升電動機各一臺，所以經(jīng)分析計算后電動機的基本選型見下表2。表2 電動機的選擇電機型號電機功率主起升機構(gòu)YZR250M1-830KW副起升機構(gòu)YZR200L-815KW大車運行機構(gòu)YZR160M1-62*5. 5KW小車運行機構(gòu)YZR1601-65. 5KW3.3 常用輔助器件的選擇變頻器系統(tǒng)器件由斷路器、接觸器、電抗器、變頻器、制動電阻及制動單元組成。1、斷路器為避開變頻器投入時直流回路電容器的充電電流峰值，為此變

22、頻器配置的斷路器容量應(yīng)為電機額定電流的1.31.4倍，整定值為斷路器額定值的34倍。 2、接觸器 接觸器在變頻器主回路中僅在變頻器輔助器件或控制回路故障時起斷開主回路的作用，一般不作回路開斷器件用，故可按電機額定電流選用接觸器容量，無須按開斷次數(shù)考核其壽命。 3、交流電抗器 在變頻器的輸入端加接交流電抗器，以抑制變頻器造成的高頻峰值電流，或電容器開斷造成的峰值電流對變頻器的危害。同時，交流電抗器的接入還可起到降低電機噪聲、改善起動轉(zhuǎn)矩、在電機輕載時改善電機功率因數(shù)的作用。 4、制動單元 為減小大慣性系統(tǒng)的減速時間，解決變頻器直流電路上的過電壓問題。常在其直流電路中加接一檢測直流電壓的晶體管。一

23、旦直流回路電壓超過一定的界限，該晶體管導(dǎo)通，并將過剩的電能通過與之相接的制動電阻器轉(zhuǎn)化為熱能耗。在能量消耗的同時加速了轉(zhuǎn)速的減小，該能量消耗得愈多，制動時間愈小，此裝置即為變頻器的制動單元。5.制動電阻器借助制動單元，消耗電機發(fā)電制動狀態(tài)下從動能轉(zhuǎn)換來的能量。5.1 電阻值的計算式中 一直流回路電壓，V 一制動轉(zhuǎn)矩，N.m 一電機額定轉(zhuǎn)矩(在附加電阻制動的情況下，電機自損耗約為電機額定功率的20%左右)，N.m 一電機額定轉(zhuǎn)矩(在附加電阻制動的情況下，電機額定轉(zhuǎn)速),r/min在制動晶體管和制動電阻構(gòu)成的能耗回路中最大電流受晶體管許用電流Ic的限制，因此在選擇制動電阻值時不可小于其最小制動電阻

24、值Rmin，即 ()式中一直流回路電壓，V 一制動晶體管允許的最大電流，A因此，制動電阻應(yīng)按 > > 的關(guān)系選用。5.2 制動轉(zhuǎn)矩的計算式中一電機轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩之和，N.m 一負載轉(zhuǎn)矩，N.m 一減速開始時轉(zhuǎn)速，r/min 一減速結(jié)束時轉(zhuǎn)速，r/min 一減速時間，S6.電纜選擇 由于高次諧波的驅(qū)動效應(yīng)，電纜的實際使用面積減少，單位實際工作電阻增大，電纜壓降有增大的趨勢，故所配電纜一般大于常規(guī)使用值。3.4 可編程控制器3.4.1 PLC的概述可編程程序控制器，也稱為PLC(programmable Logic controler)，即是可編程邏輯控制器。其采用計算機結(jié)構(gòu)，主要包括C

25、PU,存儲器、輸入、輸出接口及模塊、通訊接口模塊、編程器和電源六個部分。如圖3.4所示，PLC內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入變量，他們經(jīng)PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運算或其他各種運算處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出變量，對現(xiàn)場設(shè)備進行各種控制。圖3.4 可編程控制器基本結(jié)構(gòu)示意圖3.4.2 PLC的選型SIEMENS S7-200(1)S7-200系列PLC介紹 S7-200系列PLC功能強、速度快、具有模塊化、具有極高的可靠性、極豐富的指令集、實時特性、良好的通信能力等。 它的強大功能使

26、其無論是在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能?？梢愿鶕?jù)對象的不同，選用不同的型號和不同數(shù)量的模塊。并可以將這些模塊安裝在同一機架上。 (2) Siemens S7-200主要功能模塊介紹 1. CPU模塊S7-200的CPU模塊包括一個中央處理單元、電源以及數(shù)字I/0點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。CPU負責(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)動外部負載。從CPU模塊的功能來看，CPU模塊為CPU222。這里介紹CPU222。CPU222它有8輸入/6輸出，I/0共計14點。和CPU 221相比，它可以進行一定的模擬量控制和2個模塊的擴展，因此

27、是應(yīng)用更廣泛的全功能控制器。 2.I/0擴展模塊 當(dāng)CPU的I/O點數(shù)不夠用或需要進行特殊功能的控制時，就要進行I/0擴展，I/O擴展包括I/0點數(shù)的擴展和功能模塊的擴展。典型的數(shù)字量I/0擴展模塊有:輸入擴展模塊EM221有兩種:8點DC, 8點AC輸入;輸出擴展模塊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主機可以擴展特殊功能模塊.如要

28、求進行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。 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。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。Siemens S7 - 200PLC的工作過程:PLC上電

29、后，首先進行初始化，然后進入循環(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/0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機本身性能有關(guān)。 3.4.3 I/O端口分配表3 IO端口分配表IO點用途IO點用途IO點用途IO點用途I0.0主回路啟動I2.1小車停止按鈕Q0.1小車電源Q2.2主鉤正轉(zhuǎn)I0.1主回路停止I2.2小車故障保護Q0.2主鉤電源Q2.3主鉤反轉(zhuǎn)I0.2主令控制器零位I2.3小車左行限位Q0.3副鉤電源Q2.4主鉤變頻1I0.3主令控制器向前I2.4小車右行限位Q0.4大車正轉(zhuǎn)Q

30、2.5主鉤變頻2 I0.4主令控制器向后I2.5主鉤過電流保護Q0.5大車反轉(zhuǎn)Q2.6主鉤變頻3I0.5主令控制器加速I2.6主鉤啟動按鈕Q0.6大車變頻1Q2.7主鉤急停I0.6主令控制器減速I2.7主鉤停止按鈕Q0.7大車變頻2Q3.0主鉤復(fù)位I0.7急停I3.0主鉤故障保護Q1.0大車變頻3Q3.1副鉤正轉(zhuǎn)I1.0復(fù)位I3.1主鉤上升限位Q1.1大車急停Q3.2副鉤反轉(zhuǎn)I1.1大車過電流保護I3.2主鉤下降限位Q1.2大車復(fù)位Q3.3副鉤變頻1I1.2大車啟動按鈕I3.3副鉤過電流保護Q1.3小車正轉(zhuǎn)Q3.4副鉤變頻2I1.3大車停止按鈕I3.4副鉤啟動按鈕Q1.4小車反轉(zhuǎn)Q3.5副鉤變

31、頻3I1.4大車故障保護I3.5副鉤停止按鈕Q1.5小車變頻1Q3.6副鉤急停I1.5大車前限位I3.6副鉤故障按鈕Q1.6小車變頻2Q3.7副鉤復(fù)位I1.6大車后限位I3.7副鉤上升限位Q1.7小車變頻3I1.7小車過電流保護I4.0副鉤下降限位Q2.0小車急停I2.0小車啟動按鈕Q0.0大車電源Q2.1小車復(fù)位本設(shè)計的PLC控制的輸入包括主回路的啟動和停止、主令控制器的位置、電動機的限位、電動機故障輸入、電動機啟動和停止以及過電流保護、急停、復(fù)位等；輸出包括主電路電源、急停輸出、復(fù)位輸出、電動機電源、電動機正反轉(zhuǎn)、電動機變頻器輸出、過電流保護輸出等。主回路啟動和停止的輸入將由按鈕開關(guān)與PL

32、C相連，用來控制總電路的接通和斷開，當(dāng)按下啟動按鈕時，系統(tǒng)準(zhǔn)備待命，當(dāng)按下停止按鈕時，整個系統(tǒng)將會停止工作，此時PLC中儲存的檔位信息會清零，各電動機停止運行，電磁制動機構(gòu)開通，這樣現(xiàn)場工作人員的安全有了保障。PLC中主令控制器的接入，能讓操作人員簡便易行的控制電動機的正反轉(zhuǎn)，加減速等動作。各電動機故障輸入也接在PLC的輸入口上，以便控制電動機的啟停。急停和復(fù)位按鈕是出現(xiàn)緊急情況時的控制按鈕。限位開關(guān)是保證電動機在安全位置內(nèi)的移動，過電流保護是防止由于過電流而引起的電動機過載。在PLC輸出端口，主要講述了大小車以及主副鉤的變頻調(diào)速，電源指示燈是否正常運行和各電機的正反轉(zhuǎn)，急停、復(fù)位等。將IO線

33、接入控制橋式起重機的PLC端口上，再經(jīng)過軟件的編程就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的控制了。3.4.4 PLC系統(tǒng)接線方式PLC總接線圖見附錄二 依照大車PLC及變頻器的接線示意圖為例來說明PLC的接線和工作過程如圖3.5所示。圖中電動機的啟動按鈕、停車按鈕，主令控制器的5個觸點，以及系統(tǒng)安保用的各種限位設(shè)備都接在PLC的輸入口上。輸出口上接的是許多小型繼電器。它們是用來控制變頻器的輸出相序及頻率的，其中K1控制變頻器的正向相序端，K2控制變頻器的反向相序端，當(dāng)K1及K2中其一接通時，變頻器輸出一定相序的電源，當(dāng)二者都接通或都不接通時，變頻器終止電源的輸出，K6、K7連接的是變頻器的急停及復(fù)位端子。而K3、K4

34、、K5所連接的X001、X002、X003為變頻器的多段頻率選擇端，利用這三個端子的組合，可有七種速度可選擇，具體的速度值可以通過變頻器的功能碼設(shè)定，本設(shè)計中只利用其中5檔速度，X1、X2、X3的組合關(guān)系與速度檔位的關(guān)系如表4所示：表4 變頻器多段頻率端子狀態(tài)表速度檔位01234567X00101010101X00200110011X00300001111注： 0-斷 ，1-通圖3.5大車PLC及其變頻器接線圖第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計程序的編寫是實現(xiàn)PLC在系統(tǒng)中的任務(wù)。橋式起重機的整個控制系統(tǒng)的程序分為主程序、公用程序、大車程序、小車程序、主鉤程序、副鉤程序6個部分。主程序用來接收相應(yīng)的按鈕輸入

35、，分別控制其余5個子程序。公用程序是實現(xiàn)PLC模擬的主令控制器的功能，并將信息存入中間繼電器中，大車、小車、主鉤、副鉤程序分別控制各電機的運行?，F(xiàn)分別介紹各程序的功能。系統(tǒng)總流程圖如圖4.1所示圖4.1 系統(tǒng)總流程圖4.1 主程序主程序?qū)崿F(xiàn)的是調(diào)用各子程序，其功能簡單。當(dāng)PLC上電工作時，SM0.0接通，調(diào)用公用程序，完成初始化。當(dāng)啟動開關(guān)I0.0接通時，停止開關(guān)I0.1及過電流保護開關(guān)I0.7常閉觸頭閉合時，接通總電源輸出開關(guān)Q0.0，并自保持。這時整個電路將通電，公用程序完成初始化，等待操作人員按下大車、小車、主鉤或副鉤的啟動按鈕，啟動相應(yīng)子程序。主程序梯形圖設(shè)計如下：圖4.2 主程序梯形

36、圖程序設(shè)計 4.2 公用程序 公用程序的設(shè)置可以充分利用PLC的I/O點，減少外部接線。其程序主要是實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)、加減速。編程的基本思路是用比較傳送的方式，按下I1.0或I1.1時，使存儲器VB100中的數(shù)在15間順序變化，控制檔位的變化實現(xiàn)調(diào)速。當(dāng)主令控制器處于零位，或輸入到VB100中的數(shù)大于5或者小于0時，將使VB100置零。另外，在上電的第一個周期，SM0.1得電，VB100亦將置零。公用程序還將接收向前或者向后的輸入，實現(xiàn)主令控制器的向前或者向后的功能。公用程序的STL語言如下：TITLE = 公用程序Network 1 上電及主令開關(guān)經(jīng)過零位時清檔位存儲器VB100LD I0

37、.2 /主令控制器零位開關(guān)I0.2ED /出現(xiàn)下降沿LD M11.2 /主令控制器處于向前位EDOLDLD M11.3 /主令控制器處于向后位EDOLDO SM0.1 /上電的第一個周期AN I0.1 /停止按鈕按下時，不完成初始化MOVB 0, VB100 /清檔位存儲器VB100Network 2 VB100為0時M11.0置1LDB= VB100, 0 /比較VB100中的數(shù)與0的大小= M11.0 /將比較后的結(jié)果存入M11.0Network 3 VB100為5時M11.1置1LDB= VB100, 5 /比較VB100中的數(shù)與5的大小= M11.1 /將比較后的結(jié)果存入M11.1Ne

38、twork 4 I1.0接一次，VB100加1（VB100小于5）LD I1.0 /加速開關(guān)I1.0EU /出現(xiàn)上升沿AN M11.1 /中間繼電器M11.1，VB100大于5時，M11.1通電INCB VB100 /VB100自增1,Network 5 I1.1接一次，VB100減1（VB100大于0）LD I1.1 /減速開關(guān)I1.1EU AN M11.0 /中間繼電器M11.0，VB100小于0時，M11.0通電DECB VB100 /VB100自減1Network 6 速度輸出程序LDN I0.1 /停止按鈕I0.1常閉觸點AN M11.3 /串聯(lián)正反轉(zhuǎn)中間繼電器，AN M11.2 /

39、防止按下正反轉(zhuǎn)時,進行加減速操作A Q0.0 /主電源輸出點Q0.0LPSLDB= VB100, 1OB= VB100, 3OB= VB100, 5ALD= M10.4 /變頻器速度選擇端X001LRDLDB= VB100, 2OB= VB100, 3ALD= M10.5 /變頻器速度選擇端X002LPPLDB= VB100, 4OB= VB100, 5ALD= M10.6 /變頻器速度選擇端X003Network 7 主令控制器控制電動機正反轉(zhuǎn)LDN I0.1A Q0.0LPSAN I0.3 /前限位開關(guān)A I0.5 /主令控制器向前檔AN M11.3 /并聯(lián)M11.3，與M11.2互鎖=

40、M11.2 /將主令控制器正轉(zhuǎn)信息保存在M11.2LPPAN I0.4 /后限位開關(guān)A I0.6 /主令控制器向后檔AN M11.2 = M11.3 /將主令控制器反轉(zhuǎn)信息保存在M11.3 4.3 大車控制程序 在設(shè)計各電動機控制程序的過程中，只需要將公用程序輸出到中間繼電器中的電機正傳、反轉(zhuǎn)以及變速信息接到相應(yīng)的變頻器輸入端口上即可。鑒于各電機控制程序基本相同，故在此僅以大車控制程序介紹各電動機控制程序的編程思路。大車運行流程圖如圖4.3所示圖4.3 大車運行流程圖 大車控制程序包含急停復(fù)位、大車電源及大車速度控制程序三部分。根據(jù)變頻器的端口功能，EMS為急停輸入口，RST為復(fù)位輸入口，將控

41、制面板的急停按鈕接在PLC的輸入端口，經(jīng)PLC的輸出端口接到變頻器的EMS及RST端口即可完成急停及復(fù)位的程序設(shè)計。其LOD梯形圖程序如圖4.4所示：圖4.4 大車急停及復(fù)位梯形圖程序 大車電源控制程序是將大車啟動按鈕常開觸點I1.4串聯(lián)大車停止按鈕常閉觸點I1.5以及大車故障按鈕常閉觸點I1.6再輸出到大車電源輸出Q0.3，并將Q0.3并聯(lián)在I1.4上實現(xiàn)繼電保持。其LOD梯形圖如圖4.4所示：圖4.5 大車電源梯形圖程序 大車速度控制程序的功能是將主令控制器輸出的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加減速等信號輸入到變頻器的輸入口上。變頻器的正轉(zhuǎn)輸入口為FWD口，反轉(zhuǎn)輸入口為REV口，7檔位速度輸出控制為X001

42、、X002、X003口。將中間繼電器的信號經(jīng)小型繼電器接在變頻器上相應(yīng)的輸入口上，并加上一定的保護電路，其梯形圖如圖4.6所示：圖4.6 大車速度控制梯形圖程序利用PLC控制的變頻器調(diào)速技術(shù)，橋式起重機拖動系統(tǒng)的各檔速度、加速時間都可以根據(jù)現(xiàn)場情況由變頻器設(shè)置，調(diào)整方便。負載變化時，各檔速度基本不變，調(diào)速性能好。4.4 其他子程序設(shè)計橋式起重機使用4臺變頻器來控制5臺電動機進而控制各機構(gòu)的運行，而各個運行機構(gòu)的操作基本相似，只有主鉤控制程序稍有不同。因此，小車、主鉤、副鉤的控制程序和大車的控制程序類似，只需在大車基礎(chǔ)上稍加改動即可，具體的程序見附錄一。第5章 設(shè)計總結(jié) 橋式起重機作為工礦企業(yè)中

43、應(yīng)用十分廣泛的一種起重機械，承擔(dān)著十分重要的作用。傳統(tǒng)的繼電接觸器控制電路現(xiàn)已發(fā)展得十分成熟，但是隨著企業(yè)對控制要求的提高，傳統(tǒng)的繼電接觸器控制電路已出現(xiàn)諸多弊端。近年來，隨著計算機技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，電氣傳動和自動控制領(lǐng)域也日新月異。其中，具有代表意義的是交流變頻器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)在橋式起重機拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了有利條件。本文提出了以PLC和變頻器控制橋式起重機運行的思路，這亦是現(xiàn)在流行的交流橋式起重機控制思路。 一開始做畢業(yè)設(shè)計的時候，我對橋式起重機控制系統(tǒng)的了解幾乎為零，完全不知道如何設(shè)計這樣一個系統(tǒng)。通過借閱書籍，查詢資料，我慢慢的

44、了解到一個完整的橋式起重機控制系統(tǒng)應(yīng)該包含哪些部分，應(yīng)該如何去設(shè)計這些部分的內(nèi)容。設(shè)計之初，PLC選型給我?guī)砹撕芏嗬Щ?。一開始，我準(zhǔn)備使用三菱公司的FX2N系列PLC作為控制核心。但是考慮到我并不熟悉該系列的PLC，并且后期程序調(diào)試的時候不太方便，最終放棄了該方案，選擇了西門子的S7-200系列PLC。PLC型號選定之后，就是各模塊功能的具體實現(xiàn)了。這就需要主令控制器來控制各變頻器進而控制電動機來實現(xiàn)機構(gòu)的各個功能。在實際編程的過程中，將各電動機程序放在子程序中，并設(shè)計公用程序用以實現(xiàn)主令控制器的功能，這樣整個程序就顯得條理清晰了。這次畢業(yè)設(shè)計給我留下了寶貴的東西。這是我第一次自己獨立完成一

45、個課題，從收集資料開始，到方案選擇、程序設(shè)計，再到最后的報告，經(jīng)歷了很長的時間，積累了很多的寶貴經(jīng)驗。這些經(jīng)驗將幫助我更加有效地攻克日后將會遇到的困難，也會讓我在日后的工作中更有信心地獨立思考，獨立完成更大的課題！參考文獻1 張萬忠,劉明芹電器與PLC控制技術(shù)第二版北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20082 西門子公司SIMATIC S7-200系統(tǒng)手冊,20023 張萬忠,孫晉可編程控制器入門與應(yīng)用實例北京：中國電力出版社，20054 王永華現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社,20005 李長久PLC原理及應(yīng)用北京：機械工業(yè)出版社，20066廖常初PLC編程及應(yīng)用北京：機械工業(yè)出

46、版社，20057張桂香電氣控制與PLC應(yīng)用 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20068王淑英電器控制與PLC控制技術(shù)北京：機械上業(yè)出版社，20059李永樂交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)機械工業(yè)出版社，200210韓安榮通用變頻器及應(yīng)用北京:機械工業(yè)出版社，200011趙洪恕,王忠石,簡維新PLC控制交流調(diào)速控制系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用,基礎(chǔ)自動化2002年2月第七期12許正軍，曾獻輝，陳瑞琦變頻器的PC控制電氣自動化，200013馬寅起重機的變頻調(diào)速起重運輸機械，2001 14韓安榮通用變頻器及其應(yīng)用北京:機械上業(yè)出版社，200415王兆義小型可編程控制器實用技術(shù)北京:機械工業(yè)業(yè)出版社,200716劉曉慶基于PLC控制

47、的變頻調(diào)速在橋式起重機中的應(yīng)用機械工業(yè)出版社，200117吳中俊，黃永紅可編程序控制器原理及應(yīng)用北京:機械工業(yè)出版社，200318張燕賓PWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)北京:機械工業(yè)出版社(第2版)，200219倪遠平現(xiàn)代低壓電器及其控制技術(shù)重慶：重慶大學(xué)出版社，200320汪道輝編著邏輯與可編程控制系統(tǒng)北京:機械工業(yè)出版社，2001附錄附錄一 橋式起重機PLC控制系統(tǒng)STL語言程序設(shè)計ORGANIZATION_BLOCK MAIN:OB1TITLE=程序注釋BEGINNetwork 1/ 網(wǎng)絡(luò)注釋LD SM0.0CALL SBR0Network 2 / 總電源開關(guān)LD I0.0O Q0.0AN I0.

48、1AN I0.7= Q0.0Network 3 / 調(diào)用大車程序LD I1.4CALL SBR1Network 4 / 調(diào)用小車程序LD I1.7CALL SBR2Network 5 / 調(diào)用主鉤程序LD I2.3CALL SBR3Network 6 / 調(diào)用副鉤程序LD I2.6CALL SBR4END_ORGANIZATION_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK 公用程序:SBR0TITLE=公用程序BEGINNetwork 1 / 上電及主令開關(guān)經(jīng)過零位時清檔位存儲器VB100LD I0.2EDLD M11.2EDOLDLD M11.3EDOLDO SM0.1AN I0.1 MO

49、VB 0, VB100Network 2 / VB100為0時M11.0置1LDB= VB100, 0= M11.0Network 3 / VB100為5時M11.1置1LDB= VB100, 5= M11.1Network 4 / I1.0接一次，VB100加1（VB100小于5）LD I1.0EUAN M11.1INCB VB100Network 5 / I1.1接一次，VB100減1（VB100大于0）LD I1.1EUAN M11.0DECB VB100Network 6 / 速度輸出程序LDN I0.1AN M11.3AN M11.2A Q0.0LPSLDB= VB100, 1OB= VB100, 3OB= VB100, 5ALD= M10.4LRDLDB= VB100, 2OB= VB100, 3ALD= M10.5LPPLDB= VB100, 4OB= VB100, 5ALD= M10.6Network 7 / 主令控制器控制電動機正反轉(zhuǎn)LDN I0.1A Q0.0LPSAN I0.3A I0.5AN