基于變頻器和PLC的橋式起重機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、摘要(200字左右本文是基于變頻器和PLC的橋式起重機控制系統(tǒng),由運行機構(gòu)、起重機構(gòu)和活叉機構(gòu)組成。起升和運行部分由變頻調(diào)速控制,大車、小車的進退和貨叉的升和降由相應(yīng)的限位開關(guān)進行定位,由PLC程序進行整機控制。首先分析和制定了生產(chǎn)線的整體設(shè)計思想和方案,并借鑒其他行業(yè)的自動控制技術(shù)確保該生產(chǎn)線系統(tǒng)具有自動控制的能力。采用西門子PLC S7-200進行自動化控制生產(chǎn)線,在綜合分析和考慮硬軟件的設(shè)計部分,給出了系統(tǒng)硬件的連接圖,PLC的I/O借口的引腳分配表及整體程序流程圖等。在該系統(tǒng)的控制部分中,實現(xiàn)了高可靠性,高性能,高穩(wěn)定性,編程簡單,易于實現(xiàn),并且采用了廣泛應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)中的PLC。通過

2、詳細分析輸送設(shè)備保護控制電動機原理圖、程序框圖、PLC系統(tǒng)外部連接圖。分析了整個高度自動化的輸送系統(tǒng)的目標及功能,讓高度制動化的輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰、層次分明,并且具有非常強的實用性。關(guān)鍵詞:PLC,變頻器,變頻調(diào)速,自動控制ABSTRACTThis article is based on frequency converter and PLC of the bridge crane control system, the running mechanism, hoisting mechanism and live fork. Lifting and running parts controll

3、ed by frequency control of motor speed, in a cart, trolley and pallet fork the rise and fall of the corresponding position limit switch, the machine by PLC program control.First analysis and made the overall design idea and scheme of production line, and draw lessons from other industries in the aut

4、omatic control technology to ensure that the system has the ability of automatic control of the production line. Siemens PLC S7-200 is adopted to improve the automation production line, in the hardware software design part of the comprehensive analysis and consideration, gives the system hardware co

5、nnection diagram, PLC I/O excuse pinout chart and program flow chart, etc. In the control part of the system to achieve the high reliability, high performance, high stability, simple programming and easy to implement, and adopted PLC is widely used in industrial production. Through detailed analysis

6、 of transportation equipment protection principle diagram, program block diagram, PLC control motor system externalconnection diagram. Analyzed the goal and function of the highly automated conveying system, make highly brake transmission system structure is clear, distinct, and has very strong prac

7、ticability.Key words: PLC, frequency converter, frequency control, automatic control目錄1 前言 (11.1 PLC簡介 (11.2變頻器簡介 (12 搬運車簡介 (22.1起重機的原理 (22.2生產(chǎn)線起重機簡介 (32.3設(shè)計思想 (53變頻器調(diào)速控制 (93.1變頻器概念 (93.2變頻器工作原理 (93.2.1主電路 (93.2.2控制電路 (103.3變頻器的調(diào)速原理 (104 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 (144.1.1PLC概述 (144.1.2PLC工作原理 (154.2PLC輸入輸出連接圖 (165.

8、2PLC梯形圖 (195.3系統(tǒng)抗干擾措施 (246結(jié)論 (24參考文獻 (25致謝 (261 前言基于變頻器和PLC的橋式起重機在很多工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。該文著重對該生產(chǎn)線的搬運車的電氣系統(tǒng)進行討論和設(shè)計。根據(jù)這個控制方案的特點和復雜程度,可使用可編程邏輯器件(PLC和變頻器的技術(shù)對其進行局部和整體的設(shè)計和控制。為了應(yīng)用及介紹方便,下面簡要介紹可編程邏輯器件(PLC和變頻器并對該設(shè)計運用的理由加以簡介。1.1 PLC簡介可編程邏輯器件(PLC是以計算機技術(shù)為核心的通用自動控制裝置。它功能性強,可靠性高,編程簡單,使用方便,體積小。近年來在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用,被譽為當代工業(yè)自動化的主要支柱

9、之一。在設(shè)計過程和實際應(yīng)用過程中使用最多的PLC的編程語言是梯形圖,而梯形圖語言形象直觀,易學,易懂,故很容易被編程者和讀者掌握。一臺可編程邏輯器件內(nèi)由成百上千個內(nèi)部繼電器,幾十個幾百個定時器和計數(shù)器,具有很強的功能,針對生產(chǎn)線搬運這種復雜的控制亦可實現(xiàn)?？删幊踢壿嬈骷密浖娲罅恐虚g繼電器,時間繼電器。這樣因觸點接觸不良造成的故障會減少很多。另外PLC還采取了一系列硬件和軟件相結(jié)合抗干擾措施,具有很強抗干擾能力,可直接應(yīng)用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場?？删幊踢壿嬈骷某绦蜻€可以在實驗室模擬調(diào)試,可以在調(diào)試好后在進行現(xiàn)場統(tǒng)一調(diào)試,所以可以方便快捷地發(fā)現(xiàn)故障,并進行維修。類似搬運車控制的復雜系統(tǒng)

10、,可以用可編程邏輯器件減少大量中間繼電器和時間繼電器?？s小體積,易于實現(xiàn)機電一體化。1.2變頻器簡介因為該控制系統(tǒng)出現(xiàn)了大量速度變化、起重機的起升和停止等問題,所以要用到變頻器。變頻器技術(shù)是家用電器和工業(yè)企業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種新技術(shù),也是在高科技中廣泛應(yīng)用的綜合技術(shù)。當今變頻技術(shù)得到飛速發(fā)展,其產(chǎn)業(yè)化規(guī)模日益擴大,而從20世紀90年代以來隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的增強,變頻器的應(yīng)用愈加普及。變頻器可以在零速零電壓下啟動,向通過電機通過工頻直接啟動時產(chǎn)生7到8倍的電機額定電流,變頻器能充分降低啟動電流從而提高繞組承受啟動電流,對于該系統(tǒng)尤其受用。此外,啟動的特點還能很大程度消除電壓下降,使啟動功率更低

11、。變頻器能讓工業(yè)生產(chǎn)的需要進行光滑加速,而且其加速曲線亦可選擇。對于運行速度,變頻器可根據(jù)工藝過程迅速改變,還能通過遠控PLC來實現(xiàn)速度變化。通過變頻調(diào)速后能夠設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限來保護機械不致被損壞,從而保證工藝過程的連續(xù)性,產(chǎn)品的可塑性。和可控的加速一樣,在變頻調(diào)速中停止方式也可控?？筛鶕?jù)不同需要進行選擇減速停止或自由停止等。這樣也可減少機械部件對電機的沖擊,使整個系統(tǒng)可靠運行。在生產(chǎn)過程中只需改變輸入電壓的相序即可實現(xiàn)可逆運行的控制,降低了成本,節(jié)省安裝空間。另外,在實際生產(chǎn)過程中,采用變頻器,可以降低能耗,節(jié)約資源。2 搬運車簡介2.1起重機的原理起重機有塔式和主臂兩種基本組合形式,每種

12、組合形式又可以組裝成不同的高度和幅度,所以本機具有很多種其中特性,能滿足不同工程需要。本機有40多個部件組成。上部結(jié)構(gòu)由主臂、主撐臂、副臂、副撐臂、及各種撐桿、拉索組、伴起駕、饒繩、機臺、電器室、操縱室以及主臂頭部。下部有門架,運行臺車、回轉(zhuǎn)支撐及平衡梁,還有電纜卷筒和中心導線裝置。取物裝置為吊鉤,共配用了三種噸位的吊鉤。II型還有一個副鉤。轉(zhuǎn)動部分主要有運行機構(gòu),回轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)、主副起重機構(gòu)、主副變頻機構(gòu)。安全保護裝置由夾軌器、起升高度限位器、臂架變幅檢測及臂架傾角限位裝置、限位裝置、起升繩和變頻拉力傳感器、電子式力矩限制器以及過載、短路失壓和聯(lián)鎖保護。此外,還有電器系統(tǒng)和平衡梁。上部結(jié)構(gòu)中主

13、要承受壓力構(gòu)件為管桁結(jié)構(gòu)。主副臂分段制造后用銷軸連接,各分段都可以互換裝配。受拉件為帶鋁合金壓制接頭的鋼絲繩拉鎖組,它有重量輕、風阻力小、安裝方便、受力明確等優(yōu)點。下部結(jié)構(gòu)是空間矩形板梁式的門架,具有很好的剛度和扭曲性能。在門架下的四個門腿上裝有四套雙規(guī)式運行機構(gòu),用電動機單獨驅(qū)動。下部回轉(zhuǎn)用直徑11m滾子夾套轉(zhuǎn)盤式的轉(zhuǎn)支撐裝置,它使下部環(huán)形軌道和上部弧形軌道同時接觸,且能支撐上部回轉(zhuǎn)部分。使陸路運輸更加方便,結(jié)構(gòu)分件都制造為拆拼形式,用精制的交制孔螺栓進行連接。I型起升機機構(gòu)是用電動機來驅(qū)動。一個大的一個小的電動機分別連接在減速器的減速器雙身軌道上,起重時兩個兩個電動機要同時驅(qū)動?？浙^或輕載

14、時小電動機單獨驅(qū)動,大電動機空轉(zhuǎn),將八級換到四級狀態(tài)就可以2倍額定速度運行。本機II型是有兩個起升機構(gòu),均為一個電動機驅(qū)動。如果起重重量在10t及以下時,用副起升機構(gòu)進行作業(yè),可以把起升速度設(shè)為20m/min。當起重重量小于主鉤的60%額定重量時,允許主副鉤聯(lián)合動作,進而提高吊裝效率,擴大了作業(yè)的范圍,本機I型也可以裝15t副鉤,起升速度是20m/min。兩種形式起重機的起升機構(gòu)都采用過流制動器的調(diào)速,起重和制動平穩(wěn)且無沖突,并可以實現(xiàn)較低就為速度。為防止臂架的運動超過極限位置和吸收沖量,副臂采用碟黃式撐桿限位。I型機的主臂和主臂撐桿為液壓式的,II型機全部改造為結(jié)構(gòu)簡單碟黃式。I型機是手動的

15、夾軌器。II型機增加了一套電動夾軌器,更加方便操作。起重機的全部操作都在操作室進行。在工地和現(xiàn)場的統(tǒng)裝方式是先在地面進行分件組裝,再整理扳起到自立的狀態(tài)。和其他大型的塔式起重機進行比較,“扳機式”具有明顯的拆裝方便的優(yōu)點。起重機運行機構(gòu)驅(qū)動方式可分為兩大類:一類為集中驅(qū)動,就是用一臺電動機來帶動長傳動軸來驅(qū)動來驅(qū)動兩邊的主動車輪;二類為分別驅(qū)動,就是兩邊主動車輪分別用一臺電動機類驅(qū)動。小、中型橋式起重機大多采用制動器、電動機和起重機組成一體的“三合一”驅(qū)動方式,起重量大的普通橋式起重機為便于調(diào)整和安裝,驅(qū)動裝置通常采用萬向聯(lián)軸器。2.2生產(chǎn)線起重機簡介起重機的主要性能指標:對于臂架類起重機來說

16、,他額定起重量隨幅度而變化,起重特性指標用起重力矩來表征。標牌上標示的值為最大起重量。起重機銘牌上表示的起重量,常是起重機的額定起重量,應(yīng)該醒目的表示在起重機結(jié)構(gòu)明顯的位置。當取物裝置放到地面或軌道頂面以下時,它的下放速度為下降深度。就是吊具最低工作位置和起重機水平支撐面之間的垂直距離。起重機主要參數(shù)表征起重機的主要技術(shù)參數(shù),是起重機為起重機設(shè)計的依據(jù),也是起重機安全技術(shù)要求重要依據(jù)。1.起重量G起重量是指被起升重物的質(zhì)量,單位kg或t?？煞譃樽畲笃鹬亓?、額定起重量、有效起重量、總起重量等。1 額定起重量Gn額定起重量是起重機能吊起的物料和可分吊具或者屬具(比如抓斗、電磁吸盤、平衡梁等質(zhì)量的總

17、和。2.有效起重量Gp有效起重量是起重機能吊起物料的凈質(zhì)量生產(chǎn)線搬運車起重機結(jié)構(gòu)如圖1-1所示,主要有起升機構(gòu)(如圖1-2所示、運行機構(gòu)、夾緊機構(gòu)(如圖1-3所示組成。起升機構(gòu)由兩臺電動機進行控制其上升和下降運動,運行機構(gòu)包括大車、小車,大車是由兩臺電動機控制的前進后退,小車設(shè)計中由于管道長度一定,不需頻繁操作,故沒有用到,夾緊機構(gòu)是由雙向液壓的電磁閥控制它的加緊和釋放。 圖2-1 生產(chǎn)線搬運車起重機示意圖 圖2-2生產(chǎn)線搬運車起重機起升機構(gòu)示意圖 圖2-3生產(chǎn)線搬運車起重機起重貨叉結(jié)構(gòu)示意圖3.總起重量Gz總起重量是起重機能夠吊起的物料連同可分吊具及長期固定在起重機上的和包括吊鉤、起重鋼繩、

18、滑輪組及在起重小車以下其他起吊物的質(zhì)量總和。2.3設(shè)計思想運行機構(gòu)負責起重機整體前后移動,由左右兩個電動機正反轉(zhuǎn)帶動來完成,將工件運送到下件工位處。小車則負責調(diào)整左右兩個起升機構(gòu)間的距離,在生產(chǎn)線搬運車起重機中,小車實際調(diào)節(jié)的是兩個貨叉間的距離,跟管道長度有關(guān),在此認為管道長度一定,小車調(diào)好后不用動,故設(shè)計沒用到小車。起升機構(gòu)負責工件提升與下降,由左右兩個電機的正反轉(zhuǎn)來帶動。貨叉機構(gòu)負責的是工件的抓取與釋放。起升和運行機構(gòu)用變頻器調(diào)速控制要實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動運行的功能,有很多方法,但在與實際情況結(jié)合補充后,確定了一個比較完善方案。設(shè)計中將所有吊具上升和減速開關(guān)并聯(lián)起來,用一個輸入點,把所有吊具的

19、下降減速開關(guān)并聯(lián)起來后作為一個輸入點,三工位的高限位開關(guān)與低限位開關(guān)互相并聯(lián)起來,用兩個輸入點,可以節(jié)省輸入點。其余限位開關(guān)不能并聯(lián),因大車是循環(huán)往復運動的,搬運完一次后下次那個工位有工件不確定,若把其余任意兩個并聯(lián)在一起,當大車運行時可能碰到很多開關(guān),并聯(lián)的任一個開關(guān)動作,輸出點就有信號的輸入,這樣便會造成控制混亂,故其余開關(guān)要分別和PLC輸入口相連接。 SQ17SQ22SQ21SQ18SQ10SQ11SQ12SQ4SQ5SQ6SQ7SQ8SQ9SQ14SQ14SQ14SQ16SQ16SQ16SQ16SQ15SQ15SQ15SQ15SQ13SQ13SQ13SQ1SQ2 SQ3SQ19 SQ2

20、0高限位開關(guān)高限位開關(guān)低限位開關(guān)低限位開關(guān)初始位等待貨位開關(guān)下件工位1號生產(chǎn)線2號生產(chǎn)線3號生產(chǎn)線停車開關(guān)減速開關(guān)停車開關(guān)停車開關(guān)停車開關(guān)減速開關(guān)減速開關(guān)減速開關(guān)減速開關(guān)減速開關(guān)減速開關(guān)減速開關(guān)停車開關(guān)圖2-4運行控制流程圖根據(jù)工藝要求,生產(chǎn)線搬運車的工藝流程說明如下:設(shè)備在初始位置時貨叉處于縮回狀態(tài),操作人員在按下啟動鍵后運行過程開始。 1.設(shè)備自動向生產(chǎn)線運行,遇到減速撞塊后,減速開關(guān)動作,設(shè)備低速運行,當撞到停止撞塊,運行停止;2.設(shè)備開始快速下降,當遇見下降減速開關(guān)之后換為慢速,到低限位時下降停止;3.貨叉伸出,延時兩秒直到確定到位;4.吊具過渡到快速上升,當遇到上升減速開關(guān)后切換為慢

21、速,到達高限位時上升停止;5.運行機構(gòu)向下件工位(下方工件的位置運行,當接近下件工位時碰到減速撞快,減速開關(guān)動作,設(shè)備開始低速運行。碰到停止撞塊時停止運行,即到達下件工位;6.吊具即起升機構(gòu)快速下降,碰到下降減速開關(guān),切換為慢速運行,到達低限位即停止下降;7.把工件放到下降位置,延時2秒;8.吊具開始快速上升,遇見上升減速開關(guān)后切換到慢速上升,到達高限位時就停止上升;這樣,整個生產(chǎn)線搬運就完成一次循環(huán)。采用對生產(chǎn)線優(yōu)先級的設(shè)置,決定優(yōu)先執(zhí)行順序進而完成一個有一個循環(huán),直到各生產(chǎn)線上沒有工件,它將回到初始位置等待下一次搬運操作,當有操作人員按下啟動按鈕時,在進行工作循環(huán)。其流程圖為: 圖2-5

22、運行流程圖(viso3變頻器調(diào)速控制3.1變頻器概念變頻器是用電力半導體器件通斷將工頻50HZ交流電源變?yōu)榱硪活l率的交流電的控制開關(guān),交流交流變流電路分為直接方式(交交變頻,間接方式(交直交變頻。它有兩部分電路構(gòu)成,一是主電路有電解電容、整流模塊、逆變模塊,二是控制電路有開關(guān)電源板、控制電路板。CPU安裝在控制電路板上,變頻器的操作程序燒錄在CPU上,同一型號變頻器軟件固定,唯一不同的是三菱變頻器,軟件可根據(jù)需要變更。一、變頻器的組成部分通常有:高容量電容、整流電容、逆變器、控制器。1.整流單元把工作頻率一定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。2.高容量電容用來儲存轉(zhuǎn)換后的電能。3.逆變器是由一系列大功率開

23、關(guān)晶體管組成的電子開關(guān),用來將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波。4.控制器由程序控制工作,控制輸出的方波的幅度、脈寬,使疊加后近似為正弦波的交流電,驅(qū)動交流電動機。二、變頻器的作用,變頻器因集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)而得到廣泛應(yīng)用。變頻器用來改變交流電機供電的頻率和幅值的,因而改變運動磁場的周期,達到平滑的調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。變頻器使復雜的調(diào)速控制簡單化,用變頻器和和鼠籠式電動機組合來代替原先只能用直流電機完成的工作,不僅縮小了體積,還降低了維修率,使傳動技術(shù)得到了新的發(fā)展。3.2變頻器工作原理3.2.1主電路一、電子器件開關(guān)電子半導體器件分為不可控器件(電力二極管,半控器

24、件(晶體管,全控器件(可關(guān)斷晶閘管(GTO,巨型晶體管(GTR,電力MOSFET,雙極性集體管(IGBT。從晶閘管到功率集成器件(PID,功率集成器件(PIC。通過門極或柵極控制脈沖可實現(xiàn)器件通斷的全控型器件。按驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號的性質(zhì),可以將電力電子器件分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型兩類。從電流型控制模式到電壓型控制模式,大大降低了門極、柵極的控制功率,且大大提高器件導通和通斷速度,使器件工作頻率大大提高。二、整流電路通常三相變頻器整流電路有三相全控整流橋式電路組成。其主要作用是對50HZ的外部電源進行整流,給逆變電路和控制電路提供直流電源。整流電路按其控制方式,可以

25、分為是直流電壓電源和直流電流電源。三、逆變電路逆變電路利用六個半導體開關(guān)器件組成三相橋式逆變電路,進行有規(guī)律控制逆變器中的主開關(guān)器件通斷,可以得到任意頻率的三相交流電,它在控制電路控制下將直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓任意可調(diào)的交流電。逆變電路的輸出就是逆變器的輸出,它用來對異步電動機調(diào)速控制。3.2.2控制電路控制電路包括主控制電路、門極驅(qū)動電路、信號檢測電路、外部接口電路、保護電路,是變頻器的核心部分。它的好壞決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？刂齐娐酚袑φ麟娐返碾妷嚎刂?、逆變器開關(guān)控制及各種保護功能。隨著電力電子器件和微型計算機控制技術(shù)的發(fā)展,電力變頻技術(shù)也得到新的突破,在70年代發(fā)展起來的脈寬調(diào)制即

26、PWM技術(shù)成為最常用的變頻器的功率開關(guān)器件。SPWM是較為常用的是脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形。SPWM通常采用正弦波作為調(diào)制信號的調(diào)制方法,把接受調(diào)制的信號作為載波,通過對載波的調(diào)制可以得到SWM波形。常采用等腰三角形作為載波,因為等腰三角形上下寬度成線性關(guān)系并且左右對稱,它與調(diào)制信號的正弦波交點處控制開關(guān)器件的通斷,就可以得到寬度正比于正弦波和調(diào)制信號的頻率fr,之幅值的脈沖,這樣就得到SPWM控制的要求。三角波的頻率fc,比稱為載波比。用生成的SPWM波來控制逆變器開關(guān)的通斷,就能得到幅值相等,寬度按改變fr,正弦規(guī)律變化的一系列矩形輸出電壓。正弦波的頻率fr,就是逆

27、變器的輸出頻率f1就可以改變輸出頻率,三角載波的幅值恒定,改變正弦調(diào)制波的幅值便可以改變矩形脈沖面積,從而改變輸出電壓的幅值。3.3變頻器的調(diào)速原理 ; ;其中:n異步電動機轉(zhuǎn)速,單位r/min;f定子頻率,單位Hz;s電機轉(zhuǎn)差率;p磁極對數(shù);由公式可知,若改變輸入電機電源頻率f ,就可改變電機轉(zhuǎn)速。為額定值,磁極太弱不能充分利用電機的磁 芯,若增大磁通,又可能使磁通飽和,從而導致過大的勵磁電流,甚至因為繞組過熱而損壞電機。對直流電機而言,勵磁系統(tǒng)獨立,在交流異步電機中, 磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生。三相異步電動機相電動勢有效值為: 氣隙磁通在定子相電動勢有效值,單位V; Hz ; 定子每相繞組

28、匝數(shù); 基波繞組系數(shù); Wb; ,需要考慮額定頻率。額定頻率 以下調(diào)速,保持U1/f1為常數(shù)。 f ,因為繞組中感應(yīng)電動勢難以控制,在忽略漏阻抗上的壓降時,認為定子相電壓U1E ,則U1/F1=常值。低頻 時U1讀數(shù)較小,定子漏阻抗上的壓降比較顯著,因而不能忽略?？梢圆捎谜J為將電壓U 提高些的方法近似補償定子電壓。有定子壓降補償?shù)暮愎β时瓤刂铺匦詾閎 線 ,無定子電壓補償?shù)臑閍 。如圖: I0.6I0.7I4.2I0.7I4.3I0.6Q0.4( S 1Q0.4( R 1手動程序I0.0( RET NETWORK 5NETWORK 6NETWORK 7貨叉夾緊貨叉釋放圖3-1頻比控制特性(2額

29、定頻率以上調(diào)速,保持 在額定頻率以上調(diào)速時,因為電壓不允許額定電壓,所以要保持電壓等于額定電壓,頻率增加時,轉(zhuǎn)速隨之增加。把額定頻率以下和額定頻率以上調(diào)速結(jié)合起來看,可知異步電動機的變頻調(diào)速特性,如圖3-2時為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,由于U1/F1=常值,所以磁通量為定值,即為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 時為恒功率調(diào)速。 I0.6I0.7I4.2I0.7I4.3I0.6Q0.4( S 1Q0.4( R 1手動程序I0.0( RET NETWORK 5NETWORK 6NETWORK 7貨叉夾緊貨叉釋放圖3-2異步電動機變頻調(diào)速特性 3.4變頻器基本結(jié)構(gòu)及功能 變頻器結(jié)構(gòu)示意如圖3-3I0.6I0.7I4.2I0.7I4

30、.3I0.6Q0.4( S 1Q0.4( R 1手動程序I0.0( RET NETWORK 5NETWORK 6NETWORK 7貨叉夾緊貨叉釋放 圖3-3變頻器結(jié)構(gòu)圖變頻器的功能是為電動機提供頻率可變的電源,可以實現(xiàn)電動機的無極調(diào)速。變頻器可保護電機和自身的過熱、過載、過流、過壓、接地、缺相等,進而避免設(shè)備在非正常狀態(tài)下長期運行而損壞。3.5變頻器在大行車中的應(yīng)用隨著在工業(yè)生產(chǎn)中對起重機調(diào)速性能要求的不斷提高,常用的起重機的調(diào)速方法有:繞線型電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速和串級調(diào)速等調(diào)速方式的共同缺點是轉(zhuǎn)子異步電動機有集電環(huán)和電刷,他們需要定期維護,由于集電環(huán)和電刷故障較常見,再加

31、上大量繼電器和接觸器的使用,導致維護工作量大,調(diào)速系統(tǒng)故障率較高且綜合技術(shù)指標較差,不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)要求。交流變頻調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用為交流電動機驅(qū)動的橋式起重機的大范圍、高質(zhì)量調(diào)速提供了全新方案。它可使用結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、工作可靠的鼠籠型異步電動機,其外圍控制線路簡單,維護工作量小,運行可靠性高。故采用交流變頻調(diào)速是起重機交流調(diào)速技術(shù)主流發(fā)展方向。變頻器在大車中的運用,如圖3-4.三相電壓經(jīng)過變頻器轉(zhuǎn)換成可變交流電壓,進而控制電動機的旋轉(zhuǎn)速度,制動單元用來控制大車的前后電動機的制動。I0.6I0.7I4.2I0.7I4.3I0.6Q0.4( S 1Q0.4( R 1手動程序I0.0(

32、RET NETWORK 5NETWORK 6NETWORK 7貨叉夾緊貨叉釋放 圖3-4 變頻器在大車中的運用變頻器在夾具中的運用如圖3-5.三相電壓經(jīng)過變頻器轉(zhuǎn)換成可變交流電壓,可以控制吊具電動機運轉(zhuǎn)速度,制動單元用來控制電動機的制動。I0.6I0.7I4.2I0.7I4.3I0.6Q0.4( S 1Q0.4( R 1手動程序I0.0( RET NETWORK 5NETWORK 6NETWORK 7貨叉夾緊貨叉釋放 圖3-5 變頻器在控制電路中的運用4 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計4.1PLC 技術(shù)簡介 4.1.1PLC 概述可編程程序控制器(Programmable controler ,也稱為P

33、LC ,即可編程邏輯控制器。它采用計算機結(jié)構(gòu),主要包括CPU 、輸入輸出接口及模塊、存儲器、編程器、通訊接口及電源六部分組成。如圖4-1所示,PLC 內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu),用來進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。外部各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的信號都可作為PLC 的輸入信號,它們經(jīng)過PLC 外部端子輸入到內(nèi)部寄存器,再經(jīng)過邏輯運算或其他運算處理后送到輸出端子輸出,對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。 圖4-1PLC基本結(jié)構(gòu)示意圖(viso畫4.1.2PLC工作原理PLC投入運行后,工作過程分三個階段,即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新。完成這三個階段稱為一個掃描周期。整個運行期間,PLC以一定掃描速率重復執(zhí)行上述三個階

34、段。1.輸入采樣PLC以掃描方式依次進行讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),且把它們存入I/O相應(yīng)單元內(nèi)。采樣結(jié)束后進行用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中,即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化,I/O相應(yīng)單元內(nèi)容也不會改變。因此,若輸入的是脈沖信號,必須保證這個脈沖信號寬度大于一個掃描周期,保證在任何情況下,這個信號都能被讀入。為提高PLC抗干擾能力,提高可靠性能,PLC每個開關(guān)量輸入端都要采用光電隔離技術(shù)。此外,PLC還采用了不同于一般計算機的運行方式掃描技術(shù)。以上兩方面技術(shù)使得PLC得到I/O響應(yīng)比一般計算機慢的多,響應(yīng)時間至少要等一個周期。2.用戶程序執(zhí)行PLC總是按由上而下順序依次地進行掃描用戶程序

35、。在掃描每個梯形圖時又總是先掃描梯形圖左邊的由各接觸構(gòu)成的控制線路,并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ山佑|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算,再根據(jù)邏輯運算結(jié)果,刷新邏輯線圈在RAM中對應(yīng)的狀態(tài);或刷新邏輯線圈在I/O中對應(yīng)位的狀態(tài);或者確定是否執(zhí)行階梯圖形所規(guī)定的的特殊功能。也就是在用戶程序執(zhí)行過程中,若輸入點在I/O映像區(qū)內(nèi)狀態(tài)和數(shù)據(jù)不發(fā)生變化,其他輸出點和軟設(shè)備在I/O 映像區(qū)或RAM 內(nèi)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)都可能發(fā)生變化,且上邊梯形圖會對下邊梯形圖的線圈或數(shù)據(jù)起作用;但下邊梯形圖不會對上邊梯形圖起作用。3.輸出刷新掃描用戶程度結(jié)束后,PLC 的CPU 按I/O 映像區(qū)內(nèi)對應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有輸出鎖存

36、電路,經(jīng)過輸出鎖存電路驅(qū)動響應(yīng)外設(shè)。這才是PLC 的輸出。所有程序執(zhí)行完畢后,進入輸出處理階段。 4.2PLC 輸入輸出連接圖設(shè)計采用西門子S7-200系列PLC ,其中輸入點34個,輸出點13個。I0.6I0.7I4.2I0.7I4.3I0.6Q0.4( S 1Q0.4( R 1手動程序I1.0I1.1I1.0I1.0I1.1M0.3( NETWORK 1NETWORK 2 NETWORK 3子程序 SUB 0I0.0( RET NETWORK 5NETWORK 6NETWORK 7貨叉夾緊貨叉釋放I1.2M0.4( M0.5( 優(yōu)先級判斷I3.3I3.0NETWORK 4Q0.1( S 1

37、Q0.5( S 1Q0.0( S 1Q0.5( S 1大車高速后退大車高速前進圖4-2PLC 輸入輸出連接圖 5軟件程序設(shè)計5.1I/O 地址分配和流程控制系統(tǒng)應(yīng)該具備輸入輸出點數(shù),代碼、名稱、地址編號如表5-1和表5-2所示。 表 5-1 輸入地址分配表 5.2PLC梯形圖 I0.6I0.7I4.2I0.7I4.3I0.6Q0.4( S 1Q0.4( R 1手動程序I0.0( RET NETWORK 5NETWORK 6NETWORK 7貨叉夾緊貨叉釋放 M0.3M0.4M0.5I1.5I1.4I1.3Q0.6( S 1Q0.5( R 1NETWORK 5NETWORK 6Q0.0M0.3I

38、1.6Q0.1M0.4I1.7M0.5I2.0Q0.5( R 1Q0.6( S 1大車低速前進大車低速后退I2.3I2.2I2.1Q0.1( R 1大車停止吊具高速下降Q0.0( R 1Q0.3( S 1Q0.7( S 1Q0.6( R 1吊具低速下降I2.6Q0.7( R 1 Q1.0( S 1NETWORK 7NETWORK 8 吊具高速上升吊具低速上升吊具上升停止大車高速前進大車低速前進貨叉夾緊延時吊具下降停止I2.7Q0.2( R 1Q1.0( S 1I3.0I0.1( RET I3.0Q0.6( S 1Q0.1( S 1Q0.5( S 1I3.2Q0.5( R 1Q0.1( R 1Q

39、0.6( R 1I3.3( RET Q0.7( R 1Q1.0( R 1NETWORK 18NETWORK 19NETWORK 20NETWORK 1子程序 SUB 2NETWORK 2NETWORK 3NETWORK 4自動程序吊具低速上升吊具上升停止大車高速后退大車低速后退大車后退停止無工件,回原位停車等待圖5-3梯形圖行車過程概述:1.自動運行當通電后,默認為自動運行,先按程序判斷那個生產(chǎn)線有工件,大車朝有工件的生產(chǎn)線運行,初始狀態(tài)下大車停在原位大車前進吊具下降大車前進下件吊具下降釋放工件吊具上升判斷去哪個工位抓取工件原位停車。 2.手動操作 當按下 SB1，關(guān)上自動擋，按下 SB2 打

40、開手動擋，就可以進行手動操作，之所以先按 SB1 再按 SB2 是為了防止誤操作。SB9 是前進點動開關(guān)按鈕，SB10 是大車后退點動按鈕， SB11 是吊具上升點動開關(guān)，SB12 是吊具下降點動按鈕，他們都是按下時通電，釋放后斷 電。 5.3 系統(tǒng)抗干擾措施 PLC 主要應(yīng)用的場合是工業(yè)現(xiàn)場，這樣的工作環(huán)境中各種干擾對設(shè)備的正常工作存在 嚴重影響。所以本系統(tǒng)有必要考慮 PLC 的抗干擾措施。 抗干擾的措施有： 1.輸入信號電纜和輸出信號電纜和電力電纜都分開敷設(shè)，不能扎在一起。 2.必要時要選用帶有屏蔽層的輸入輸出信號電纜，并注意一端接地。 3.多芯電纜中備用線芯也要一端接地，其作用有二：一是

41、擴大屏蔽作用，二是抑制線 芯間的信號串級及外部干擾。 4.為避免干擾，同一電平等級的信號才能用一條多芯電纜進行傳輸。所以，對于數(shù)字 信號和模擬信號，在任何情況下，都要分電纜進行傳輸。低電平信號要與其他信號分開。 因該盡量縮短模擬量 I/O 信號線的長度，并用雙芯平屏蔽線作為信號線。 5.PLC 電柜應(yīng)有獨立接地線，接地電阻應(yīng)小于 10 歐。 6.接到 PLC 柜的電纜要盡量遠離那些會產(chǎn)生電磁干擾的裝置。 7.一般要把 PLC 裝到專門的電柜中，且 PLC 周圍留一定空間，保持通風，盡量不將 PLC 置于多塵、有導電灰塵、有油煙、有腐蝕氣體、熱源、潮濕的地方。 6 結(jié)論 通過對生長線搬運車系統(tǒng)的

42、學習和研究，這次采用 PLC 控制實現(xiàn)自動運行，大車和吊 具的運行采用變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速控制，為使系統(tǒng)穩(wěn)定運行穩(wěn)定有效運行，要考慮各種因 素，進而實現(xiàn)對搬運車的精確控制。在這次設(shè)計中感受到 PLC 控制功能之強大，變頻調(diào)速 控制的重要性和在工業(yè)領(lǐng)域占有重要地位，我感受到要學習的東西還有很多。 在生產(chǎn)線行車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計中，實現(xiàn)了兩個目標： （1）使我著重訓練了我查閱資 料的能力、計算機運用能力、工程制圖能力、元件選擇能力、軟件使用和開發(fā)及文字表達 能力。同時，讓我重溫已學過的電機拖動、電力電子等電氣控制與 PLC 的知識，并對知識 24 從新組合、靈活運用。讓我能通過畢業(yè)設(shè)計對電氣控制和 PLC 知識溫故知新