橋式起重機(jī)PLC控制改造設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(論文)

畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定書畢業(yè)設(shè)計（論文）課題：橋式起重機(jī)PLC控制改造設(shè)計經(jīng)畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯，評定該同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計（論文）成績?yōu)楫厴I(yè)設(shè)計（論文）答辯委員：2012年月日畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名：日期：

畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)如下：1、畢業(yè)設(shè)計（論文）課題：橋式起重機(jī)PLC控制改造設(shè)計2、原始資料：橋式起重機(jī)電路原理圖3張，起重機(jī)電氣元件表一個，該起重機(jī)的主鉤采用主令控制器控制，副鉤、大車、小車行走機(jī)構(gòu)采用凸輪控制器控制，該起重機(jī)過載保護(hù)采用過流繼電器，各方向均設(shè)有行程限位開關(guān)。整個起重機(jī)控制系統(tǒng)共有5臺電動機(jī)。3、設(shè)計要求：把上述起重機(jī)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)改造成PLC控制，完成控制系統(tǒng)圖繪制和PLC接線圖的設(shè)計，主要完成PLC的選型設(shè)計和地址分配。4、設(shè)計時間：指導(dǎo)教師：教務(wù)處主任：年月日指導(dǎo)人評語：成績：指導(dǎo)人：年月日評閱人評語：成績：評閱人：年月日PAGE54目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第1章緒論 11.1過程控制技術(shù)的發(fā)展概述 21.2對起重機(jī)控制電路進(jìn)行PLC改造的意義 31.3本設(shè)計的主要內(nèi)容 4第2章橋式起重機(jī)電氣控制 52.1橋式起重機(jī)簡介 52.2橋式起重機(jī)對電力拖動和電氣控制的要求 72.3起重機(jī)電動機(jī)的工作狀態(tài)分析 82.4起重機(jī)控制原理分析 10第3章起重機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 213.1可編程序控制器的功能和特點(diǎn) 213.2PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則與主要內(nèi)容 223.3PLC硬件的選擇 243.4節(jié)省PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)的方法 273.5PLC的選型設(shè)計 29第4章橋式起重機(jī)PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計 394.1PLC控制程序設(shè)計的一般步驟 394.2橋式起重機(jī)控制程序的設(shè)計 40第5章橋式起重機(jī)PLC控制系統(tǒng)的檢修 495.1橋式起重機(jī)常見故障及可能原因 495.220/5T橋式起重機(jī)電氣控制線路的常見故障檢修 50參考文獻(xiàn) 53結(jié)束語 54第1章緒論1.1過程控制技術(shù)的發(fā)展概述在現(xiàn)代工業(yè)控制中,過程控制技術(shù)是一歷史較為久遠(yuǎn)的分支。在本世紀(jì)30年代就已有應(yīng)用。過程控制技術(shù)發(fā)展至今天,在控制方式上經(jīng)歷了從人工控制到自動控制兩個發(fā)展時期。在自動控制時期內(nèi)，過程控制系統(tǒng)又經(jīng)歷了三個發(fā)展階段,它們是：分散控制階段,集中控制階段和集散控制階段。從過程控制采用的理論與技術(shù)手段來看，可以粗略地把它劃為三個階段：開始到70年代為第一階段，70年代至90年代初為第二階段，90年代初為第三階段開始。其中70年代既是古典控制應(yīng)用發(fā)展的鼎盛時期，又是現(xiàn)代控制應(yīng)用發(fā)展的初期，90年代初既是現(xiàn)代控制應(yīng)用發(fā)展的繁榮時期，又是高級控制發(fā)展的初期。第一階段是初級階段，包括人工控制，以古典控制理論為主要基礎(chǔ)，采用常規(guī)氣動、液動和電動儀表，對生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力和液位進(jìn)行控制，在諸多控制系統(tǒng)中，以單回路結(jié)構(gòu)、PID策略為主，同時針對不同的對象與要求，創(chuàng)造了一些專門的控制系統(tǒng)，如：使物料按比例配制的比值控制，克服大滯后的Smith預(yù)估器，克服干擾的前饋控制和串級控制等等，這階段的主要任務(wù)是穩(wěn)定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定值控制。這與當(dāng)時生產(chǎn)水平是相適應(yīng)的。第二階段是發(fā)展階段，以現(xiàn)代控制理論為主要基礎(chǔ)，以微型計算機(jī)和高檔儀表為工具，對較復(fù)雜的工業(yè)過程進(jìn)行控制。這階段的建模理論、在線辨識和實(shí)時控制已突破前期的形式，繼而涌現(xiàn)了大量的先進(jìn)控制系統(tǒng)和高級控制策略，如克服對象特性時變和環(huán)境干擾等不確定影響的自適應(yīng)控制，消除因模型失配而產(chǎn)生不良影響的預(yù)測控制等。這階段的主要任務(wù)是克服干擾和模型變化，滿足復(fù)雜的工藝要求，提高控制質(zhì)量。1975年，世界上第一臺分散控制系統(tǒng)在美國Honeywe公司問世，從而揭開了過程控制嶄新的一頁。分散控制系統(tǒng)也叫集散控制系統(tǒng)，它綜合了計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)，采用多層分級的結(jié)構(gòu)形式,按總體分散、管理集中的原則，完成對工業(yè)過程的操作、監(jiān)視、控制。由于采用了分散的結(jié)構(gòu)和冗余等技術(shù)，使系統(tǒng)的可靠性極高，再加上硬件方面的開放式框架和軟件方面的模塊化形式，使得它組態(tài)、擴(kuò)展極為方便，還有眾多的控制算法(幾十至上百種)、較好的人—機(jī)界面和故障檢測報告功能。經(jīng)過20多年的發(fā)展，它已日臻完善，在眾多的控制系統(tǒng)中，顯示出出類拔萃的風(fēng)范，因此，可以毫不夸張地說，分散控制系統(tǒng)是過程控制發(fā)展史上的一個里程碑。第三階段是高級階段，目前正在來到。1.2對起重機(jī)控制電路進(jìn)行PLC改造的意義目前，在企業(yè)中運(yùn)行著的許多生產(chǎn)設(shè)備在控制技術(shù)方面都趨于落后和老化，但并未完成設(shè)備的設(shè)計壽命。特別是設(shè)備主體的工作性能還十分穩(wěn)定和可靠，只是在新技術(shù)的應(yīng)用上跟不上時代的發(fā)展，運(yùn)行中的消耗偏高，效率較低，控制性能不夠優(yōu)越。在這種情況下，若只為追求新技術(shù)的應(yīng)用而提前進(jìn)行設(shè)備的更新?lián)Q代，將造成極大的浪費(fèi)，同時增大設(shè)備投資的回收難度，提高企業(yè)的產(chǎn)品成本。本設(shè)計中20/5噸橋式起重機(jī)電氣驅(qū)動系統(tǒng)分為主鉤、副鉤、小車、大車四部分。在原傳動控制中，采用轉(zhuǎn)子串接電阻的調(diào)速方式，其設(shè)備存在缺點(diǎn)如下：起重機(jī)每天需進(jìn)行大量的裝卸操作，由于繞線式電機(jī)調(diào)速是通過電氣驅(qū)動系統(tǒng)中的主要控制元件——交直流接觸器和斷開電動機(jī)上的串接電阻，切換十分頻繁，在電流比較大的狀態(tài)下，容易燒壞觸頭。同時因工作環(huán)境惡劣，轉(zhuǎn)子回路串接的電阻因灰塵、設(shè)備震動等原因經(jīng)常燒壞、斷裂。因而設(shè)備故障率比較高，維修工作量比較大。拖動電動機(jī)容量大，啟動時電流對電網(wǎng)沖擊大，而且都是慣性負(fù)載，機(jī)械沖擊也較大，機(jī)械設(shè)備使用壽命短，操作人員的安全系數(shù)較差，設(shè)備運(yùn)行可靠性低。起重機(jī)工作的協(xié)調(diào)性主要靠操作人員的熟練程度。由于由于副鉤、大車、小車凸輪控制器之間沒有固定的聯(lián)系，在起重機(jī)工作時操作人員勞動強(qiáng)度比較大，容易疲勞，易產(chǎn)生誤操作。要解決上述問題，最有前途的作法是對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，提高舊設(shè)備的新技術(shù)含量。這樣既能有效地發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備主體的工作性能，又能降低成本、提高效率。采用PLC（可編程控制器）來控制橋式起重機(jī)的運(yùn)行，可以充分體現(xiàn)出PLC所具有的功能強(qiáng)，可靠性高、編程簡單、使用方便、體積小巧等優(yōu)點(diǎn)。起重機(jī)采用PLC控制，還能解決傳統(tǒng)控制方式下在操作方面的許多麻煩，包括開閉電機(jī)和起升電機(jī)在抓斗剛裝料閉合起升時難以同步等問題。同時，通過采用PLC控制可以減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高抓斗橋式起重機(jī)的工作性能。因此，PLC在該方面的應(yīng)用具有重要的實(shí)用意義和推廣價值。1.3本設(shè)計的主要內(nèi)容1)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方法2)繼電接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計的一般要求3)橋式起重機(jī)電路的設(shè)計4)橋式起重機(jī)控制電路的工作原理5)橋式起重機(jī)電路控制器件的選擇6)橋式起重機(jī)電路的檢修第2章橋式起重機(jī)電氣控制2.1橋式起重機(jī)簡介2.1.1橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類起重機(jī)是一種用于起吊和放下重物并使重物在短距離內(nèi)水平移動的起重設(shè)備。起重設(shè)備有多種形式，有橋式、塔式、門式、旋轉(zhuǎn)式和纜索式等。橋式起重機(jī)通常分為單主梁、雙梁起重機(jī)兩大類。按吊具不同又可分為吊鉤、抓斗、電磁、兩用(吊鉤和可換的抓斗)橋式起重機(jī)。此外還有防爆、絕緣、雙小車、掛梁等橋式起重機(jī)。不形式的起重機(jī)分別用在不同的場合。如車站貨場使用的門式起重機(jī)；建筑工地使用的塔式起重機(jī)；生產(chǎn)車間使用橋式起重機(jī)。橋式起重機(jī)一般通稱行車或天車。圖2.1橋式起重機(jī)示意圖1-駕駛室2-輔助滑線架3-交流磁力控制屏4-電阻箱5-起重小車6-大車拖動電動機(jī)7-端粱8-主滑線9-主粱橋式起重結(jié)構(gòu)示意如圖2.1圖2.1橋式起重機(jī)示意圖1-駕駛室2-輔助滑線架3-交流磁力控制屏4-電阻箱5-起重小車6-大車拖動電動機(jī)7-端粱8-主滑線9-主粱大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)有分別驅(qū)動和集中驅(qū)動兩種，目前我國生產(chǎn)的橋式起重機(jī)大都采用分別驅(qū)動方式。小車由起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成，小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用集中驅(qū)動方式。2.1.2橋式起重機(jī)的供電特點(diǎn)起重機(jī)的電源為380V，由公共的交流電源供給。由于起重機(jī)在工作時是經(jīng)常移動的，同時，大車與小車之間、大車與廠房之間都存在相對運(yùn)動，因此，要采用可移動的電源設(shè)備供電。一般采用軟電纜供電。軟電纜可隨大、小車的移動而伸展和疊卷。另一種方法是采用滑觸線和集電刷供電。三根交流電源經(jīng)由三根主滑觸線與滑動的集電刷，引進(jìn)起重機(jī)駕駛室內(nèi)的保護(hù)控制柜上再從保護(hù)控制柜引出兩相電源至凸輪控制器，另一相稱為電源的公用相，它直接從保護(hù)控制柜接到各電動機(jī)的定子接線端?；|線通常采用角鋼、圓鋼或工字鋼等鋼性導(dǎo)體制成。2.1.3橋式起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)橋式起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)有起重量、跨度、起升高度、起升速度、運(yùn)行速度和工作級別等。1、起重量系指被起升物的重量，有額定起重量和最大起重量兩個參數(shù)。額定起重量是指起重機(jī)允許吊起的物品連同可分吊具重量的總和。最大起重量是指在正常工作條件下允許吊起的最大額定起重量。起重機(jī)械最大起重量在國家標(biāo)準(zhǔn)GB783-87中已有規(guī)定。2、跨度起重機(jī)主梁兩端車輪中心線間的距離，即大車軌道中心線間的距離稱作跨度。3、起升高度吊具或抓取裝置的上極限位置與下極限位置之間的距離，稱為起升高度。4、工作速度橋式起重機(jī)的工作速度包括起升速度及大、小車運(yùn)行速度。起升速度指吊物(或其它取物裝置)在穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài)下，額定載荷時的垂直位移速度。中、小起重量的起重機(jī)起升速度一般為8～20m/min。小車運(yùn)行速度一般為30～50m／min。大車運(yùn)行速度一般為80～120m/min。5、工作級別起重機(jī)的工作級別是根據(jù)起重機(jī)利用等級和載荷狀態(tài)劃分的，它反映了起重機(jī)的特性。按工作級別使用起重機(jī)，可安全又充分發(fā)揮起重機(jī)的功能。關(guān)于工作級別可參閱GB3811-83起重設(shè)計規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定。2.2橋式起重機(jī)對電力拖動和電氣控制的要求橋式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣，粉塵大，溫度高，空氣潮濕，其工作性質(zhì)為重復(fù)短時工作制。因此，拖動電動機(jī)經(jīng)常處于起動、制動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)；同時，負(fù)載很不規(guī)律，經(jīng)常承受大的過載和機(jī)械沖擊；另外，起重機(jī)要求有一定的調(diào)速范圍。為此，專門設(shè)計制造了YZR系列起重及冶金用三相感應(yīng)電動機(jī)。為了更好地起重行業(yè)更新橋式起重機(jī)配套電機(jī)的需要，在YZR系列基礎(chǔ)上運(yùn)用計算機(jī)重新設(shè)計其電磁方案，研究出了YZR-Z系列起重專用電機(jī)。2.2.1起重用電動機(jī)的特點(diǎn)1)電動機(jī)按斷續(xù)周期工作制設(shè)計制造，其代號為S3。在斷續(xù)工作狀態(tài)下用負(fù)載持續(xù)率FC%表示。(2-1)一個周期通常是為10min，標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)載持續(xù)率有15%、25%、40%、60%等幾種。2)具有較大的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，適應(yīng)重載下的起動、制動和反轉(zhuǎn)。3)電動機(jī)轉(zhuǎn)子制成細(xì)長形，轉(zhuǎn)動慣量小，減小了起、制動時的能量損耗。4)制成封閉型，具有較強(qiáng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，有較大的氣隙，以適應(yīng)多塵土和較大機(jī)械沖擊的工作環(huán)境；具有較高的耐熱絕緣等級，允許溫升較高。2.2.2提升機(jī)構(gòu)與移動機(jī)構(gòu)對電力拖動自動控制的要求為了提高起重機(jī)的生產(chǎn)率和生產(chǎn)安全，對起重機(jī)提升機(jī)構(gòu)電力拖動自動控制提出如下要求：1)具有合適的升降速度，空鉤能快速升降，輕載提升速度應(yīng)大于額定負(fù)載的提升速度。2)具有一定的調(diào)速范圍，普通起重機(jī)調(diào)速范圍為3:1，對要求較高的起重機(jī)，調(diào)速范圍可達(dá)(5～10):1。3)適當(dāng)?shù)牡退賲^(qū)，提升重物開始或下降重物到預(yù)定位置附近，都需要低速。為此，在30%額定速度內(nèi)應(yīng)分成幾檔，以便靈活操作。高速向低速過渡應(yīng)逐級減速，保持穩(wěn)定運(yùn)行。4)提升的第一檔為預(yù)備檔，用以消除傳動間隙，將鋼絲張緊，避免過大的機(jī)械沖擊。但預(yù)備級的起動轉(zhuǎn)矩不能大，一般限制在額定轉(zhuǎn)矩的一半以下。5)負(fù)載放下時，依據(jù)負(fù)載大小，拖動電動機(jī)可以是電機(jī)狀態(tài)、倒拉反接制動狀態(tài)與再生發(fā)電制動狀態(tài)。圖2.2提升物品時的正向電動狀態(tài)6)為了安全，有機(jī)械抱閘的機(jī)械制動，以減輕機(jī)械抱閘的負(fù)擔(dān)。不允許只有電氣制動而無機(jī)械制動，不然發(fā)生電源事故停電時，在無制動力矩作用下，重物將自由下落，造成設(shè)備或人身事故。圖2.2提升物品時的正向電動狀態(tài)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)與小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)對電力拖動自動控制的要求比較簡單，只要有一定的調(diào)速范圍，分幾檔進(jìn)行控制即可。為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車，應(yīng)采取制動停車。2.3起重機(jī)電動機(jī)的工作狀態(tài)分析圖2.3下放空鉤或輕載時的反向電動狀態(tài)2.3.1大車、小車行走機(jī)構(gòu)電動機(jī)的正、反向電動狀態(tài)運(yùn)行圖2.3下放空鉤或輕載時的反向電動狀態(tài)起重機(jī)大車和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為運(yùn)行傳動機(jī)構(gòu)和車輪滾動時的摩擦阻力矩，其值為一常數(shù)，方向始終與運(yùn)動方向相反。因此，大車與小車來回移動時，拖動電動機(jī)處于正向與反向電動狀態(tài)運(yùn)行。2.3.2提升重物時的正向電動工作狀態(tài)提升物品時，電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL由重力轉(zhuǎn)矩TW及提升機(jī)構(gòu)摩擦阻轉(zhuǎn)矩Tf兩部分組成，當(dāng)電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL時，重物將被提升；當(dāng)二者相等時，重物以恒定速度提升。特性如圖2.2所示特性，此時電動機(jī)處于正向電動狀態(tài)。圖2.4下放在中載或重時的再生制動狀態(tài)2.3.3當(dāng)空鉤或輕載下放時的反向電動狀態(tài)圖2.4下放在中載或重時的再生制動狀態(tài)圖2.5下放重載時的倒拉反接制動狀態(tài)當(dāng)空鉤或輕載下放時，由于負(fù)載重力轉(zhuǎn)矩小于提升機(jī)構(gòu)摩擦阻轉(zhuǎn)矩，此時依靠重物自身重量不能下降。為此，電動機(jī)必須向著重物下降方向產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并與重力轉(zhuǎn)矩一起共同克服摩擦阻轉(zhuǎn)矩，強(qiáng)使空鉤或輕載下放，這在起重機(jī)中常叫做強(qiáng)迫下降。電動機(jī)工作在反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，如圖2.3所示。電動機(jī)運(yùn)行在-na下，以na速度下放重物。圖2.5下放重載時的倒拉反接制動狀態(tài)2.3.4在中載或重時的再生制動狀態(tài)圖2.6單相電動狀態(tài)機(jī)械特性在中載或重載長距離下降重物時，可將提升電動機(jī)按反轉(zhuǎn)相序接線，產(chǎn)生下降方向的電磁轉(zhuǎn)矩，此時電磁轉(zhuǎn)矩T與重力轉(zhuǎn)矩TW的方向一致，仍如圖2.3所示，使電動機(jī)很快加速并超過電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。此時，轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)電動勢和電流均改變方向，產(chǎn)生阻止重物下降的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩=負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，電動機(jī)以高于同步轉(zhuǎn)速的速度穩(wěn)定運(yùn)行，所以也可稱為超同步制動，如圖2.4所示。圖2.6單相電動狀態(tài)機(jī)械特性2.3.5下放重載時的倒拉反接制動狀態(tài)在下放重型載荷時，為獲得低速下降，確保起重機(jī)工作安全平穩(wěn)，常采用倒拉反接制動。此時，電動機(jī)定子仍按正轉(zhuǎn)提升相序接線，但在轉(zhuǎn)子電路中串接較大電阻，這時電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，因此電動機(jī)就被載荷拖動，迫使電動機(jī)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)以后電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子的電動勢和電流都加大，轉(zhuǎn)矩也隨之加大，直至T=TL，如圖2.5所示。2.3.6低速下放或中載時的單相制動狀態(tài)單相制動狀態(tài)是將電動機(jī)定子三相繞組中的任意兩相并聯(lián)后與第三相繞組串聯(lián)接在電源線電壓上，使電動機(jī)構(gòu)成單相接電狀態(tài)。這時，電動機(jī)定子產(chǎn)生一個脈動磁場，將這個脈動磁場分解為兩個轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場。這兩個旋轉(zhuǎn)磁場都要產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。所以，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩將是這兩個旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。圖2.6中曲線1、2分別為正向和反向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的機(jī)械特性，曲線3為合成機(jī)械特性。由曲線3可知，當(dāng)n=0時，T=O，故此時電動機(jī)通電后不能起動旋轉(zhuǎn)，但若在外力作用下使電動機(jī)起動，可使電動機(jī)工作。如果加大電動機(jī)轉(zhuǎn)子外加電阻，使其正向與反向特性變軟，則合成特性為一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)在二、四象限的直線，如圖2.7所示，此時電動機(jī)處于制動狀態(tài)。這時，如果電動機(jī)在重力負(fù)載作用下，電動機(jī)將處于第四象限的倒拉制動狀態(tài)，稱為單相倒拉制動，適用于輕載低速下降。與倒拉反接制動下放物件相比，不會出現(xiàn)輕載不但不下降反而上升之弊端。但不適用于重載下放，因此時將發(fā)生高速下降的飛車事故。圖2.7單相制動狀態(tài)機(jī)械特性2.4起重機(jī)控制原理分析圖2.7單相制動狀態(tài)機(jī)械特性2.4.1起重機(jī)的保護(hù)箱起重機(jī)電氣控制一般具有下列保護(hù)與聯(lián)鎖環(huán)節(jié)：電動機(jī)過載保護(hù)；短路電流保護(hù)；失壓保護(hù)；控制器的零位保護(hù)；行程限位保護(hù)；艙蓋、欄桿安全開關(guān)及緊急斷電保護(hù)等。另外，起重機(jī)有關(guān)機(jī)構(gòu)安裝各類可靠靈敏的安全裝置，常用的有緩沖器、起升高度限位器、負(fù)荷限制器及超速開關(guān)等。采用凸輪控制器或凸輪、主令兩種控制器操作的交流橋式起重機(jī)，廣泛使用保護(hù)箱。保護(hù)箱由刀開關(guān)、接觸器、過電流繼電器等組成，用于控制保護(hù)起重機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)過流保護(hù)，以及失壓、零位、限位等保護(hù)。起重機(jī)上用的標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)盤為XQB1系列。圖2.8為XQB1-250-4F/口型保護(hù)箱的電氣原理圖。它用來保護(hù)5臺繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)，大車為分別驅(qū)動。圖中Q為三相刀開關(guān)，KM為線路接觸器，KOC0為總過電流繼電器，KOC1～KOC5為各機(jī)構(gòu)電動機(jī)過電流繼電器，SA1、SA2、SA3、SA4分別為小車、主鉤、大車、副鉤的零位保護(hù)觸點(diǎn)，SQ1-SQ8分別為大車、小車和提升機(jī)構(gòu)的限位開關(guān)，SQ11為緊急事故開關(guān)，SQ9、SQ10為艙口門和橋架門安全開關(guān)，HL為電源信號燈，AL為電鈴，XS1～XS3為電源(36V、220V)插座，EL1～EL4為照明燈。圖2.8圖2.8XQB1-250-4F/口型保護(hù)箱的電氣原理圖橋式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)一般采用凸輪控制器或主令控制器操作，由于主令控制器與磁力控制屏組成的控制電路較復(fù)雜，使用元件多，成本高，故一般在以下情況下采用主令控制器控制：1)拖動電動機(jī)容量大，凸輪控制器容量不夠。2)操作頻率高，每小時通斷次數(shù)接近或超過600次。3)起重機(jī)工作繁重，操作頻繁，要求減輕司機(jī)勞動強(qiáng)度，要求電氣設(shè)備具有較高壽命。4)起重機(jī)要求有較好的調(diào)速、點(diǎn)動等運(yùn)行性能。本設(shè)計中，20/5t交流橋式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)主鉤采用的是POS1型主令控制電路，如圖2.9所示，它是由主令控制器發(fā)出動作指令，使磁力控制屏中各相應(yīng)接觸器動作，來換接電路，控制起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)按與之相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)來完成各種起重吊運(yùn)工作。副鉤也采用主令控制器來控制其原理與與主鉤的控制原理大體相同，副鉤中沒有點(diǎn)動操作，其制動采用電磁抱閘，如圖2.10所示?？刂齐娐诽攸c(diǎn)1)可逆不對稱電路；2)主令控制器檔數(shù)為3-0-3，12個回路；3)電動機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻級數(shù)：當(dāng)被控制電動機(jī)功率為100kW及其以下時為4級可短接電阻，125kW以上時為5級；其中第一、二級電阻系手動控制切除，其余由時間繼電器自動控制切除，其延時整定值為0.6s、0.3s、0.15s；4)下降“1”檔為倒拉反接制動檔，可實(shí)現(xiàn)重型負(fù)載的低速下降。當(dāng)主令控制器手柄由：“0”扳到下降“1”檔時，電路不動作，只有當(dāng)控制器手柄由下降“2”或下降“3”檔返回下降“1”檔時，電路才動作，以避免發(fā)生輕載在該檔發(fā)生不但不下降反而上升的現(xiàn)象；5)下降“2”檔為單相制動檔，實(shí)現(xiàn)輕載時的低速下降；輸入點(diǎn)數(shù)為56個，輸出點(diǎn)數(shù)為39個；6)下降“3”檔為再生制動檔，可獲得高于同步轉(zhuǎn)速的高速下降。主令控制器主要用于要求按一定順序頻繁操縱的控制線路中，如繞線電動機(jī)按順序切除轉(zhuǎn)子附加電阻，也可實(shí)現(xiàn)與其它控制線路聯(lián)鎖、轉(zhuǎn)換的目的。它的結(jié)構(gòu)與萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)有些類似，也是通過手柄操作凸輪，使觸點(diǎn)按規(guī)定的接通表也是通過手柄操作凸輪，使觸點(diǎn)按規(guī)定的接通表閉合或斷開電路，但其觸點(diǎn)對數(shù)較多。主令控制器的觸點(diǎn)沒有滅弧裝置，使觸點(diǎn)分?jǐn)嗄芰χ槐劝粹o稍大。在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。設(shè)計中應(yīng)用的i/o端子數(shù)分別是：輸入點(diǎn)數(shù)為56個，輸出點(diǎn)數(shù)為39個；圖2.9POS1型主令控制電路原理圖7)停車時，電路保證制動器驅(qū)動元件先于電動機(jī)0.6s停電，防止溜鉤；8)采用時間繼電器KT1延遲電動機(jī)可逆運(yùn)行轉(zhuǎn)換時間，防止接觸器KM1-KM3、KM3-KM2可逆轉(zhuǎn)換時可能造成的相間短路。同時，由于KT1的短暫延時，在控制器手柄由“0”扳到下降“3”位時，接觸器KM3不動作；9)重型載荷時，在某些場合需經(jīng)常使用點(diǎn)動操作，為此可對控制器進(jìn)行在某些場合需經(jīng)常使用點(diǎn)動操作重型載荷時，在某些場合需經(jīng)常使用點(diǎn)動操作，為此可對控制器進(jìn)行在某些場合需經(jīng)常使用點(diǎn)動操作，為此可對控制器“0”-下降“2”-“0”的操作。為簡化操作在某些場合需經(jīng)常使用點(diǎn)動操作，為此可對控制器，可在圖2.9中按加接ab與cd環(huán)節(jié)，此時可操作腳踏開關(guān)SF，使SF常開觸點(diǎn)閉合，然后扳動控制器手柄進(jìn)行“0”-下降“1”-“0”的操作，即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動控制。使SF常開觸點(diǎn)閉合，然后扳動控制器手柄進(jìn)行“0”-下降“1”-“0”的操作，即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動控制。圖2.10POS1型副鉤主令控制電路原理圖電路工作情況分析合上電源開關(guān)Q1、Q2，主令控制器SA置于“0”位，零電壓繼電器KHV1通電吸合并自鎖，直流電磁式時間繼電器KT3、KT4、KT5通電吸合，其常閉斷電延時閉合觸點(diǎn)斷開，為斷電延時做準(zhǔn)備。(1)提升重物的控制1)控制器手柄由“0”位扳至上升“1”位時，由于觸點(diǎn)KM1斷開，使時間繼電器KT3斷電釋放，其觸點(diǎn)KT3（SA8支路）經(jīng)0.6s延時后閉合，使KM4通電吸合，短接一段轉(zhuǎn)子電阻R1，電動機(jī)運(yùn)行在圖2.11“上1”特性曲線上。短接一段轉(zhuǎn)子電阻R1，電動機(jī)運(yùn)行在圖2.11“上1”特性曲線上。短接一段轉(zhuǎn)子電阻R1，電動機(jī)運(yùn)行在圖2.11“上1”特性曲線上。短接一段轉(zhuǎn)子電阻R1，電動機(jī)運(yùn)行在圖2.11“上1”特性曲線上。在KM8通電吸合后，經(jīng)KM8、KM1觸點(diǎn)使KT2通電吸合，觸點(diǎn)KT2（SA5支路）、KT2（SA11支路）瞬時閉合，前者為KM8延時斷電，制動器延時閉合準(zhǔn)備，后者為KM1通電提供又一通道。圖2.11起升電機(jī)的機(jī)械特性2)當(dāng)控制器手柄由提升“1”位扳到提升“2”位時，接觸器KM5通電吸合，短接轉(zhuǎn)子電阻R2，電動機(jī)運(yùn)行在圖2.11的上2特性曲線上。同時，觸點(diǎn)KM5（KT4線圈支路）斷開，使時間繼電器KT4斷電釋放，觸點(diǎn)KT4(SA10支路)經(jīng)0.3s延時后閉合，為進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速做準(zhǔn)備。圖2.11起升電機(jī)的機(jī)械特性3)控制器手柄由提升“2”位扳至提升“3”位時，接觸器KM6通電吸合，再短接一段轉(zhuǎn)子電阻R3，進(jìn)入圖2.11“上3’”特性上，但這并不是電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。因?yàn)榇藭r觸點(diǎn)KM6（KT5線圈支路）斷開，使時間繼電器KT5斷電釋放，經(jīng)0.15s延時后又使接觸器KM7通電吸合，再短接一段轉(zhuǎn)子電阻R4，只剩一段常接電阻R5，電動機(jī)穩(wěn)定工作在圖2.10“上3”特性曲線上。當(dāng)控制器手柄由提升“3”位依次扳回提升“2”位與提升“1”位時，電動機(jī)相應(yīng)工作在圖2.11“上2、上1”特性上。但當(dāng)由提升“1”位扳回“0”位時，電路保證KM8先斷電，經(jīng)KT2延時觸點(diǎn)斷開才使KM1斷電釋放，這就使制動器先進(jìn)行制動，然后再切斷電動機(jī)提升相序電源，保證有效地制動。(2)下降重物的控制1)當(dāng)控制器手柄由“0”位扳到下降“1”位時，接觸器KM1、KM8仍處于斷電釋放狀態(tài)。所以，電動機(jī)未接電源，制動器未打開，不致引起重載下降，也不會引起輕載不但不下降反而上升的現(xiàn)象發(fā)生。但此時時間繼電器KT3、KT4、KT5通電吸合，為斷電延時做準(zhǔn)備。2)當(dāng)控制器手柄由下降“1”位扳至下降“2”位時，將上升限位開關(guān)SQ1短接；時間繼電器KT1通電吸合，經(jīng)延時后使接觸器KM3通電吸合，相繼使接觸器、繼電器KM8、KT2通電吸合；接觸器KM4通電吸合，使電動機(jī)轉(zhuǎn)子電阻R1短接。在串入較大轉(zhuǎn)子電阻情況下，制動器松開，電動機(jī)定子接入單相交流電源，處于單相制動狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)輕型載荷的低速下降。電動機(jī)運(yùn)行在圖2.11單相制動特性曲線上，即“下2”曲線上。3)當(dāng)控制器手柄由下降“2”位扳向下降“3”位時，KM3、KT1同時斷電釋放，經(jīng)KT1（0.11～0.16s）的延時后，使KM2通電吸合，以保證在KM3斷電釋放后，KM2才通電吸合，避免發(fā)生三相短路。并使KT2、KM4、KM5、KM8相繼通電吸合。電動機(jī)定子按下降相序接線，轉(zhuǎn)子短接電阻R1、R2兩段電阻，制動器松開，電動機(jī)運(yùn)行在圖2.11“下3’”特性上。另外，觸點(diǎn)KM5（KT4線圈支路）斷開，使KT4斷電釋放，經(jīng)0.3s延時使KM6通電吸合，短接轉(zhuǎn)子電阻R3，電動機(jī)運(yùn)行在圖2.10“下3’”特性上，而觸點(diǎn)KM6（KT5線圈支路）斷開，又使KT5斷電釋放，經(jīng)0.15s延時后，使KM7通電吸合，又短接一段電阻R4，電動機(jī)運(yùn)行在圖2.11“下3”特性上。該檔可用于任何負(fù)載的強(qiáng)力下降或再生制動下降。一般來說，對于重型載荷的短距離下降，可選擇下降“1”檔，以倒拉反接制動下降為宜；對于輕型載荷的矩距離下降，可選擇下降“2”檔，以單相制動下降；對于輕型和中型載荷的長距離下降，可選擇下降“3”，以強(qiáng)力或再生制動下降；對于重型載荷的長距離下降，可選將控制器手柄扳至下降“3”檔作高速下降，當(dāng)距離落放點(diǎn)較近時，再將手柄扳回下降“1”檔，以低速來完成余下行程的下放，這樣既安全、平穩(wěn)而又經(jīng)濟(jì)。4)當(dāng)控制器手柄由下降“3”位扳到下降“2”位時，電動機(jī)處于單相制動狀態(tài)，獲得低速下降。5)當(dāng)控制器手柄由下降“2”位扳回到下降“1”位時，KM3、KT1、KM4斷電釋放，KT2相繼斷電釋放，但因觸點(diǎn)KT2（SA5支路）延時0.6s才斷開，觸點(diǎn)KT1（SA4支路）經(jīng)0.11-0.16s延時閉合，這就使KM1通電吸合，電動機(jī)按提升相序接通電源，轉(zhuǎn)子電阻全部串入。同時，由于KM8相繼通電吸合，在KM1、KM8輔助觸點(diǎn)作用下，使KT2恢復(fù)通電吸合，又保持KM1、KM8的通電吸合。此時，電動機(jī)工作在倒拉反接制動狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)重型載荷的低速下降。6)當(dāng)控制器手柄由提升或下降各檔位扳回到“0”位時，制動器制動，但觸點(diǎn)KT2（SA4支路）需經(jīng)0.6s延時才斷開，在延時期間KM1仍保持通電吸合，電動機(jī)仍產(chǎn)生提升的電磁轉(zhuǎn)矩，在該轉(zhuǎn)矩與制動器共同作用下防止溜鉤現(xiàn)象。7)換向時間繼電器KT1(動合延時0.11-0.16s，開斷延時0.15-0.20s)，以延長可逆轉(zhuǎn)換時間，防止接觸器KM1-KM3、KM3-KM2可逆轉(zhuǎn)換時可能造成的相間短路。同時，由于KT1的短暫延時，在主令控制器手柄快速由“0”位扳到下降“3”位途徑下降“2”位時，KM3不動作，不會進(jìn)行單相制動。8)點(diǎn)動操作控制在圖2.9電路中按圖2.12接入ab與cd環(huán)節(jié)。圖中ab與cd環(huán)節(jié)中的SF為腳踏開關(guān)，KM為接觸器。點(diǎn)動時，踏下腳踏開關(guān)SF，操縱主令控制器手柄在“0”-下降“1”-“0”間方便地進(jìn)行。圖2.12點(diǎn)動操作接線圖當(dāng)SF壓下，控制器手柄從“0”位扳到下降“1”位時，觸電SA5、SA11閉合，KM通電吸合，KM1通電吸合，KM8、KT2相繼通電吸合。電磁抱閘松開，轉(zhuǎn)子串入全部電阻，電動機(jī)運(yùn)行在圖2.10中下1特性曲線上，對重載進(jìn)行倒拉反接制動下降。當(dāng)控制器手柄由下降“1”位扳回“0”位時，KM9、KM8、KT2斷電釋放，電磁抱閘進(jìn)行制動，KM1經(jīng)KT2延時0.6s斷開觸點(diǎn)斷開后才斷電釋放，以防止溜鉤。若重復(fù)上述操作，便可獲得重載下的點(diǎn)動下降重物的控制。接入點(diǎn)動控制環(huán)節(jié)，若要實(shí)現(xiàn)輕載下降重物的點(diǎn)動控制，可操作主令控制器手柄在“0”位-下降“2”位-“0”位間進(jìn)行。這時電動機(jī)運(yùn)行在單相制動下降狀態(tài)。2.4.3運(yùn)行機(jī)構(gòu)控制原理大車與小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)在工作中要求有一定的調(diào)速范圍，能獲得幾檔運(yùn)行速度。它安有制動器與限位行程開關(guān)，設(shè)有能吸收車體運(yùn)動動能的緩沖器，其電氣控制有凸輪控制型控制電路與PQY系列主令控制電路。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用KT14-25J/1型凸輪控制器，其電氣原理圖如圖2.12所示。圖2.12凸輪控制器控制電路如圖2.12可知凸輪控制器左右各有5個工作位置，共有9對常開觸點(diǎn)、3對常閉觸點(diǎn)，采用對稱接法。其中4對主觸點(diǎn)接于電動機(jī)定子電路進(jìn)行倒檔控制，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)；另5對主觸點(diǎn)接于電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電阻的接入和切除。另外，在凸輪控制器控制電路中，過流繼電器KOC實(shí)現(xiàn)過載與短路保護(hù)；緊急開關(guān)SEM作事故情況下的緊急停電保護(hù)；在起重機(jī)端梁上欄桿門與司機(jī)室艙口門上裝有安全開關(guān)SQ3，防止人人在橋架上開車以確保人身安全；電磁抱閘YB實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的機(jī)械制動。緊急開關(guān)SEM作事故情況下的緊急停電保護(hù)；在起重機(jī)端梁上欄桿門與司機(jī)室艙口門上裝有安全開關(guān)SQ3，防止人人在橋架上開車以確保人身安全；故情況下的緊急停電保護(hù)；在起重機(jī)端梁上欄桿門與司機(jī)室艙口門上裝有安全開關(guān)SQ3，防止人人在橋架上開車以確保人身安全；防止人人在橋架上開車以確保人身安全電磁抱閘YB實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的機(jī)械制動。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用KT14-25J/2型凸輪控制器，其控制箱有PQY系列主令控制器等，PQY系列主令控制電路如圖2.13所示。圖2.13PQY系列主令控制電路下面以PQY系列主令控制電路為例進(jìn)行分析。PQYPQY系列運(yùn)行機(jī)構(gòu)控制電路按控制電動機(jī)臺數(shù)和線路特征分為4種；PQY1型：控制1臺電動機(jī)；PQY2型：控制2臺電動機(jī)；POY3型：控制3臺電動機(jī)，允許1臺電動機(jī)單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)；POY4型：控制4臺電動機(jī)，分成兩組，允許每組電動機(jī)單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)。POY2型主令控制電路分析PQY2型主令控制電路是用來控制兩臺拖動電動機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)，圖2.13為PQY2型主令控制電路圖，該電路特點(diǎn)是：1)可逆對稱電路；2)主令控制器檔數(shù)為3-0-3，6個回路；3)電動機(jī)轉(zhuǎn)子串接起動與調(diào)速電阻級數(shù)(不包括軟化級)按電動機(jī)功率分為兩種：100kW及以下時為4級；第一、二級由主令控制器手動控制，后兩級由繼電器接觸器控制自動切除，其延時繼電器延時整定為3s、1.5s或2s、1s。電動機(jī)功率為125kW及以上時為五級，第一、二級系手動切除，其余各級為自動切除，其延時整定值為3s、1.5s、0.75s或2s、或2s、1s、0.5s。4)制動器驅(qū)動元件沒有專門接觸器控制，而是由電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)接觸器KM10、KM11主觸點(diǎn)控制，它與電動機(jī)同時通電與斷電。主令控制器反向第一檔為反接制動停車。如要快速停車，可將手柄由正轉(zhuǎn)第一位推向反轉(zhuǎn)第一位。這時，在轉(zhuǎn)子回路中串入全部電阻，電流不會超過容許值，當(dāng)轉(zhuǎn)速快接近零時，迅速將手柄扳回“0”位圖中SQ3、SQ4為正反向限位開關(guān)。第3章起重機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1可編程序控制器的功能和特點(diǎn)PLC是電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯自動控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。它不僅充分發(fā)揮了計算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，以滿足各種工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制的需要，同時又照顧到一般電氣操作人員的技術(shù)水平和習(xí)慣，采用梯形圖或狀態(tài)流程圖等編程方式，使PLC的使用始終保持大眾化的特點(diǎn)。PLC的型號繁多，各種型號的PLC功能不盡相同，但目前的PLC一般都具有下列功能：(1)條件控制PLC具有邏輯運(yùn)算功能，它能根據(jù)輸入繼電器觸點(diǎn)的與（AND）、或（OR）等邏輯關(guān)系決定輸出繼電器的狀態(tài)（ON或OFF），故它可代替繼電器進(jìn)行開關(guān)控制。(2)定時控制為滿足生產(chǎn)工藝對定時控制的要求，一般PLC都為用戶提供足夠的定時器．如三菱FX2型PLC共有256個定時器。所有定時器的定時值可由用戶在編程時設(shè)定，即使在運(yùn)行中定時值也可被讀出或修改，使用靈活，操作方便。(3)計數(shù)控制為滿足對計數(shù)控制的需要，PLC向用戶提供上百個功能較強(qiáng)的計數(shù)器，如FX2型PLC可向用戶提供241個計數(shù)器。其中6個高速計數(shù)器，121個電池后備計數(shù)器。所有計數(shù)器的設(shè)定值可由用戶在編程時設(shè)定，且隨時可以修改。(4)步進(jìn)控制步進(jìn)順序控制是PLC的最基本的控制方式，但是許多PLC為方便用戶編制較復(fù)雜的步進(jìn)控制程序，設(shè)置了專門的步進(jìn)控制指令。如FX2型PLC中擁有上千個狀態(tài)元件，為用戶編寫較復(fù)雜的步進(jìn)順控程序提供了極大的方便。(5)數(shù)據(jù)處理PLC具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，除能進(jìn)行加減乘除運(yùn)算甚至開方運(yùn)算外，還能進(jìn)行字操作、移位操作、數(shù)制轉(zhuǎn)換、譯碼等數(shù)據(jù)處理。(6)通信和聯(lián)網(wǎng)由于PLC采用了通信技術(shù)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程的I／O控制。多臺PLC之間可進(jìn)行同位鏈接(PLCLink)，還可用計算機(jī)進(jìn)行上位鏈接(HostLink)，接受計算機(jī)的命令，并將執(zhí)行結(jié)果告訴計算機(jī)。一臺計算機(jī)與多臺PLC可構(gòu)成集中管理、分散控制的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。(7)對控制系統(tǒng)的監(jiān)控PLC具有較強(qiáng)的監(jiān)控功能，它能記憶某些異常情況或在發(fā)生異常情況時自動終止運(yùn)行。操作人員通過監(jiān)控命令，可以監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，可以改變設(shè)定值等，片便了程序的調(diào)試。可編程序控制器被認(rèn)為是真正的工業(yè)控制計算機(jī)，在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中占有極其重要的地位，其主要特點(diǎn)有：1.編程方法簡單易學(xué)梯形圖是使用最多的PLC的編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只需花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。2.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可以減少到繼電器控制系統(tǒng)的十分之一甚至百分之一，因?yàn)橛|點(diǎn)不良造成的故障大為減少。3.系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少PLC的梯形圖程序可以用順序控制設(shè)計法萊設(shè)計。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。對復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如果掌握了正確的設(shè)計方法。設(shè)計梯形圖的時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少的多。可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試PLC的用戶程序，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多?；蛲獠康妮斎胙b置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程設(shè)備提供的信息方便地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。3.2PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則與主要內(nèi)容3.2.1設(shè)計的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和控制精度。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：1)最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點(diǎn)問題和疑難問題。2)保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確保控制系統(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。3)力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。4)適應(yīng)發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。當(dāng)然對于不同的用戶要求的側(cè)重點(diǎn)有所不同，設(shè)計的原則應(yīng)有所區(qū)別，如果要求系統(tǒng)改善信息管理則應(yīng)將系統(tǒng)通信能力與總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計加以強(qiáng)化；如果是對原有控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，還要注意操作人員對原有設(shè)備的操作習(xí)慣3.2.2設(shè)計的主要內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶的輸入、輸出設(shè)備連接而成的，用以完成預(yù)期的控制目的和相應(yīng)的控制要求。因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括：(1)根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的工藝要求，以及所提出的各項(xiàng)控制指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)預(yù)算等內(nèi)容，首先進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計。(2)根據(jù)控制要求，基本確定開關(guān)、數(shù)字I/O點(diǎn)和模擬量通道數(shù)，進(jìn)行I/O點(diǎn)初步分配，繪制I/O使用資源圖。(3)進(jìn)行PIC系統(tǒng)配置設(shè)計，主要是PLC的選擇，PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。PLC的選擇，應(yīng)包括機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊等的選擇。(4)選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機(jī)、電磁閥等），這些設(shè)備屬于一般的電器元件。(5)設(shè)計控制程序。在深入了解和掌握控制要求、主要控制的基本方式以及應(yīng)完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等各方面情況之后。對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可用狀態(tài)流程圖的形式全面地表達(dá)出來。必要時還可將控制任務(wù)分成幾個獨(dú)立部分，這樣可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。程序設(shè)計主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計梯形圖、編制語句表程序清單?？刂瞥绦蚴强刂普麄€系統(tǒng)工作的條件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全、可靠的關(guān)鍵。因此，控制系統(tǒng)的設(shè)計必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。3.3PLC硬件的選擇硬件選購目前市場上的PLC產(chǎn)品眾多，除國產(chǎn)品牌外，國外有：日本的OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、德國的SIEMENS，韓國的LG等。近幾年，PLC產(chǎn)品的價格有較大的下降，其性價比越來越高，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各有特點(diǎn)，適用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)擠指標(biāo)起著重要的作用。在選擇PLC并用其控制一臺機(jī)器或一個過程時，不僅要考慮應(yīng)用系統(tǒng)目前的需求，還應(yīng)考慮到未來發(fā)展的需要。如果能夠考慮到未來的發(fā)展將會用最小的代價對系統(tǒng)進(jìn)行革新和增加新功能。若考慮周到，則存儲器的擴(kuò)充需求也許只要再安裝一個存儲器模塊即可滿足；如果具有可用的通信口，就能滿足增加一個外圍設(shè)備的需要。對局域網(wǎng)的考慮可允許在將來將單個控制器集成為一個廠級通信網(wǎng)。若未能合理估計現(xiàn)在和將來的目標(biāo)，PLC控制系統(tǒng)將會很快變?yōu)椴缓线m或者過時。3.3.1選擇PLC機(jī)型注意要點(diǎn)(1)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對象的復(fù)雜程度；(2)對I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類型(數(shù)字量、模擬量等)統(tǒng)計；(3)適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量估計的基礎(chǔ)上，確定留有適當(dāng)?shù)挠嗔慷焕速M(fèi)資源的機(jī)型(小、中、大形機(jī)器)；(4)結(jié)合市場情況，考察PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定價格性能比較好的PLC機(jī)型。在PLC實(shí)際應(yīng)用中，是以其為控制核心組成電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)、工業(yè)過程的控制。3.3.2PLCPLC容量包括兩個方面：一是I/O的點(diǎn)數(shù)，二是用戶存儲器的容量。(1)I/O點(diǎn)數(shù)的估算根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)加上10％～15％的備用量。(2)用戶存儲器容量的估算用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素（如I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等）有關(guān)，存儲器容量的選擇一般有兩種方法：①根據(jù)編程實(shí)際使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)計算。這種方法可精確地計算出存儲器實(shí)際使用容量，但需編完程序之后才能計算出結(jié)果。②估算法。用戶可根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用的目的，存儲器的字?jǐn)?shù)可按以下公式進(jìn)行估算。開關(guān)量輸入：所需存儲器字?jǐn)?shù)-輸入點(diǎn)數(shù)×10開關(guān)量輸出：所需存儲器字?jǐn)?shù)-輸出點(diǎn)數(shù)×8定時器/計數(shù)器：所需存儲器字?jǐn)?shù)-定時器/計數(shù)器數(shù)量×2模擬量：所需存儲器字?jǐn)?shù)-模擬量通道數(shù)×100通信接口：所需存儲器字?jǐn)?shù)-接口個數(shù)×300根據(jù)上述計算得到的存儲器的總字?jǐn)?shù)再加上備用量即為用戶存儲器的容量。3.3.3選型時的注意事項(xiàng)(1)在PLC選型時主要是根據(jù)所需功能和容量進(jìn)行選擇，并考慮維護(hù)的方便性，備件的通用性，是否易于擴(kuò)展，有無特殊功能要求等。(2)PLC輸入/輸出點(diǎn)確定：I/O點(diǎn)數(shù)選擇時要留出10%～15%的余量。(3)PLC儲存容量：系統(tǒng)有模擬量信號存在或進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理時容量選擇大一些。(4)儲存時間、維持時間：一般儲存期保持1～3年(與使用次數(shù)有關(guān))。若要長期或斷電保持應(yīng)選用eeprom儲存(不需備用電源)，也可選外用儲存卡盒。(5)PLC的擴(kuò)展：可通過增加擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展單元與主單元連接的方式。擴(kuò)展模塊有輸入單元、輸出單元，輸入/輸出一體單元。擴(kuò)展部分超出主單元驅(qū)動能力時應(yīng)選用帶電源的擴(kuò)展模塊或另外加電源模塊給予支持。(6)PLC的聯(lián)網(wǎng)：PLC的聯(lián)網(wǎng)方式分為PLC與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和PLC之間互聯(lián)網(wǎng)兩種。與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)可通過RS-232c接口直接連接，RS-422+rs-232c。一臺計算機(jī)與多臺PLC聯(lián)網(wǎng)，可通過采用通訊處理器，網(wǎng)絡(luò)適配器等方式進(jìn)行連接，連接介質(zhì)為雙絞線或光纜；PLC之間互聯(lián)時可通過專用通訊電纜直接連接，通訊板卡或模塊+數(shù)據(jù)線連接等方式。(7)不要將交流電源線接到輸入端子上，以免燒壞PLC。(8)充分合理利用軟、硬件資源。(9)不參與控制循環(huán)前已經(jīng)投入的指令可不接入PLC。(10)多重指令空閑等待一個任務(wù)時，可在PLC外部將它們并聯(lián)后再接入一個輸入點(diǎn)。(11)盡量利用PLC內(nèi)部功能軟件，充分調(diào)用中間狀態(tài)，使程序具有完整連貫性，易于開發(fā)。同時也能減少硬件投入，降低成本。(12)條件允許的情況下最好獨(dú)立每一路輸出，便于控制和檢查，也保護(hù)其它輸出回路；當(dāng)一個輸出點(diǎn)出現(xiàn)故障時只會導(dǎo)致相應(yīng)輸出回路失控。(13)輸出若為正/反向控制的負(fù)載，不僅要從PLC內(nèi)部程序上聯(lián)鎖，并要在PLC外部采取措施，防止負(fù)載在兩方向動作。(14)PLC緊急停止應(yīng)使用外部開關(guān)切斷，以確保安全。3.4節(jié)省PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)的方法圖3.1分時分組輸入可編程控制器輸入、輸出的點(diǎn)數(shù)是有限的，而每一個輸入/輸出（I/O）點(diǎn)的平均價格高達(dá)幾十元甚至上百元，減少所需的輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)是降低系統(tǒng)投資的主要措施之一。圖3.1分時分組輸入3.4.1減少所需輸入點(diǎn)數(shù)的方法分時分組輸入自動程序和手動程序同時執(zhí)行，自動和手動這兩種工作方式分別使用的輸入量可以分成兩組輸入（見圖3-1）。X0用來輸入自動，手動命令信號，供自動程序和手動程序切換之用。圖中的二極管用來防止出現(xiàn)寄生電路。假設(shè)圖中沒有二極管，且系統(tǒng)處于自動狀態(tài)，當(dāng)K1、K2、K3閉合，K4斷開時，電流可通過COM端子，經(jīng)K3、K1、到K2形成的寄生電路，致使輸入繼電器X1錯誤地變?yōu)镺N。各開關(guān)串聯(lián)了二極管后，切斷了寄生回路，避免了錯誤輸入信號的產(chǎn)生。圖3.2輸入點(diǎn)合并使用輸入觸點(diǎn)的合并如果某些外部輸入信號總是以某種“與或非”組合的整體形式出現(xiàn)在梯形圖中，則可將它們對應(yīng)的觸點(diǎn)在PLC外部串、并聯(lián)后作為一個整體輸入PLC，只占PLC的一個輸入點(diǎn)。圖3.2輸入點(diǎn)合并使用例如某負(fù)載可在多處起動和停止，可以將多個起動用的常開觸點(diǎn)并聯(lián)，將多個停止用的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，分別送給PLC的兩個輸入點(diǎn)。與每一個起動信號或停止信號分別占用一個輸入點(diǎn)的方法相比，既節(jié)約了輸入點(diǎn)，還簡化了梯形圖電路。圖3.3交替指令如某負(fù)載在三個地點(diǎn)控制起動和停止，將三個起動信號（觸點(diǎn)）并聯(lián)，將三個停止信號（觸點(diǎn)）串聯(lián)，分別輸送給PLC的兩個輸入點(diǎn)，如圖3-2所示，與每一個起動信號、停止信號各占用一個輸入點(diǎn)的方法比，節(jié)省了輸入點(diǎn)，同時還簡化了梯圖電路。圖3.3交替指令用單個按鈕實(shí)現(xiàn)起動、停止控制一般情況起動、停止控制需要兩個按鈕，使用交替輸出指令（ALT指令），只用一個按鈕X0就可以控制Y0的接通和停止，以減少一個輸入點(diǎn)，如圖3-3所示。矩陣輸入矩陣輸入可顯著地減少所需PLC的輸入點(diǎn)數(shù)。FX系列可編程控制器提供了三種可選擇的矩陣輸入指令。矩陣輸入指令MTR（指令編號：FNC52）。利用該指令，可用連續(xù)8點(diǎn)輸入與n點(diǎn)（n=2～8）輸出組成n行8列的輸入矩陣?？奢斎?6～64個信號。16鍵輸入指令HKY（指令編號：FNC71），利用該指令，只需4個輸入和4個輸出點(diǎn)，就可輸入10個數(shù)字鍵和6個功能鍵的信號。數(shù)字開關(guān)指令DSW（功能指令編號：FNC72），利用該指令，只需4個或8個輸入點(diǎn)4個輸出點(diǎn)，就可讀入1個或2個4位BCD碼數(shù)字開關(guān)提供的信息。將信號設(shè)置在PLC之外系統(tǒng)的某些輸入信號，如手動操作按鈕、需手動復(fù)位的熱繼電器KR的常閉觸點(diǎn)等提供的信號，可以設(shè)置在PLC外部的硬件電路中（如圖3-4）。某些手動按鈕還需要串接一些安全聯(lián)鎖觸點(diǎn)等，如果外部硬件聯(lián)鎖電路過于復(fù)雜，則應(yīng)考慮仍將有關(guān)信號送入PLC，用梯形圖實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。3.4.2減少所需輸出點(diǎn)數(shù)的方法在PLC的輸出功率允許的條件下，通/斷狀態(tài)完全相同的負(fù)載可以并聯(lián)連接，即共用一個輸出點(diǎn)。如在需要用指示燈顯示PLC驅(qū)動的負(fù)載（如接觸器線圈）狀態(tài)時，可以將指示燈與負(fù)載并聯(lián)，并聯(lián)時其指示燈應(yīng)與負(fù)載的額定電壓相同，但總電流不應(yīng)超過PLC的允許值。(2)通過外部的或PLC控制的轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換，一個輸出點(diǎn)可以控制兩個或多個不同時工作的負(fù)載。(3)與外部元件的觸點(diǎn)配合，可以用一個輸出點(diǎn)控制兩個或多個有不同要求的負(fù)載。(4)用一個輸出點(diǎn)控制指示燈常亮或閃爍，可以顯示兩種不同的信息。(5)用接觸器的輔助觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)PLC外部的硬件聯(lián)鎖，或控制指示燈。(6)用數(shù)字顯示器代替指示燈，如果工作狀態(tài)指示燈或程序步比較多，可用數(shù)字顯示代替指示燈。如用8個輸出點(diǎn)驅(qū)動兩個數(shù)字顯示器，而這兩個數(shù)字顯示器可顯示00～99，即100個狀態(tài)。(7)系統(tǒng)中某些相對獨(dú)立或比較簡單的部分，可以不進(jìn)PLC，直接用繼電器電路來控制。所有這些措施都可以節(jié)省PLC的輸出點(diǎn)數(shù)。3.5PLC的選型設(shè)計3.5.1控制方案的選擇隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展改進(jìn)，特別是計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著電氣控制技術(shù)的面貌。在控制方法上，從手動控制發(fā)展到自動控制；在控制功能上，從簡單控制發(fā)展到智能化控制；在操作上，從策重發(fā)展到信息化處理；在控制原理上，從單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微型計算機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)化自動控制系統(tǒng)。在本次設(shè)計中可以考慮以下方案：方案一：只改主令控制為PLC控制題選20/5t橋式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)采用了主令控制器控制，而大、小車、副鉤運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用的仍是凸輪控制器控制，另外還專門設(shè)置了保護(hù)箱。如果只將主令控制器控制的主鉤改為PLC主令控制，接觸器器觸點(diǎn)相連接依然存在，使整個系統(tǒng)的接線仍然很復(fù)雜，日常的維修工作量和困難程度還將很大。方案二：綜合考慮整個系統(tǒng)，將控制和保護(hù)均由PLC控制實(shí)現(xiàn)采用此方案會使技術(shù)改造的工作量增大，程序也將變得比較復(fù)雜，但會使系統(tǒng)的接線明顯清晰簡單，雖然PLC的容量有所加大，但資金投入的增加不會太大，因?yàn)閺?fù)雜的控制過程是由PLC的控制程序?qū)崿F(xiàn)的，起重機(jī)的控制系統(tǒng)都是開關(guān)量控制，所以仍可考慮選擇一臺PLC的基本單元，I/O數(shù)量的增加可以由增加PLC的擴(kuò)展模塊來解決，PLC的成本增加不多，當(dāng)然，把凸輪控制器去掉以后，把凸輪控制器去掉以后還需要增加PLC控制所必須的接觸器和中間繼電器。通過綜合分析和比較，認(rèn)為第二種方案是可行的。3.5.2輸入、輸出點(diǎn)的確定以第二種方案的改造思路為出發(fā)點(diǎn)，對PLC的I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行以下考慮：保護(hù)箱如圖2.8所示，保護(hù)箱中的控制變壓器回路主要是照明燈、電鈴和插座，它可以脫離PLC工作，所以PLC的I/O點(diǎn)不需考慮；保護(hù)箱中的各進(jìn)線開關(guān)均為手動操作，也可以不接入PLC，但其中的QS1在控制電路中有一個串聯(lián)的輔助常開接點(diǎn)，該接點(diǎn)從原理上分析其作用不是很大，可以不考慮；用于過載保護(hù)、限位保護(hù)的各過流繼電器、行程開關(guān)和倉門、橋架門行程開關(guān)以及起動和急停按鈕需占用PLC的I/O點(diǎn)。由保護(hù)電路可知，5臺電動機(jī)中的任何一臺過流進(jìn)線接觸器線圈都將斷電，使整個系統(tǒng)停止工作，從這一角度出發(fā)，將所有過流繼電器的觸點(diǎn)合并用一個輸入點(diǎn)就可以了，但這樣不能反映是哪一臺電動機(jī)發(fā)生了過流，為解決這一問題，可以在設(shè)計時使每一臺電動機(jī)的過流繼電器占用一個輸入點(diǎn)，在相應(yīng)電動機(jī)發(fā)生過流時，使相應(yīng)的電動機(jī)停止工作，同時發(fā)出燈光報警信號，這樣過流繼電器需要6個輸入點(diǎn)。對其工作限位（主鉤、副鉤、大車、小車）的行程開關(guān)做同樣處理，需要4個輸入點(diǎn)。倉門、橋架門行程開關(guān)需要2個輸入點(diǎn)。起動按鈕需要1個輸入點(diǎn)。欠壓繼電器和急停開關(guān)和用1個輸入點(diǎn)，指示信號復(fù)位需要1個輸入點(diǎn)。進(jìn)線接觸器需要1個輸出點(diǎn)，過流報警需要6個輸出點(diǎn)，工作限位報警需要4個輸出點(diǎn)，倉門、橋架門狀態(tài)指示需要2個輸出點(diǎn)。由保護(hù)電路可知，5臺電動機(jī)中的任何一臺過流進(jìn)線接觸器線圈都將斷電，使整個系統(tǒng)停止工作，從這一角度出發(fā)，將所有過流繼電器的觸點(diǎn)合并用一個輸入點(diǎn)就可以了。因此，保護(hù)箱部分需要15個輸入點(diǎn)和13個輸出點(diǎn)因此，保護(hù)箱部分需。起升機(jī)構(gòu)(主鉤和副鉤）由圖2.11可知，主鉤的主令控制器有上升、下降及零位7個擋位，由11組觸點(diǎn)控制起升電動機(jī)的運(yùn)行，通過合理程序設(shè)計，只需要7個輸入點(diǎn)，若考慮點(diǎn)動控制需要而設(shè)置的腳踏開關(guān)，還需要1個輸入點(diǎn)。主鉤控制電路中有9個接觸器（KM1～KM9）和1個零壓繼電器（KHV1），零壓繼電器可以用PLC內(nèi)部的輔助繼電器代替，用于點(diǎn)動控制的接觸（KM9）也可以用PLC內(nèi)部的輔助繼電器代替，所以主鉤需要8個輸出點(diǎn)。副鉤主令器有上升、下降及零位7個擋位，只需要7個輸入點(diǎn)。副鉤中沒有點(diǎn)動，其輸出有7個接觸器。因此有7個輸出點(diǎn)。因此，起升機(jī)構(gòu)需要15個輸入點(diǎn)和15個輸出點(diǎn)。行走機(jī)構(gòu)原起重機(jī)的大、小車行走機(jī)構(gòu)均采用凸輪控制器控制，在本次設(shè)計中擬采用PLC控制，PLC控制系統(tǒng)及程序的設(shè)計將仿照圖2.13所示的PQY系列主令控制電路進(jìn)行。由圖2.13可知，控制大車行走機(jī)構(gòu)的主令控制器也有向前、向后及零位7個擋位，也7個輸入點(diǎn)。大車行走機(jī)構(gòu)的控制電路中有10個接觸器（KM10～KM19）和1個零壓繼電器（KHV2），零壓繼電器仍可用PLC內(nèi)部的輔助繼電器代替，用于正反轉(zhuǎn)的兩臺個接觸器（KM10和KM11）需要2個輸出點(diǎn)，用于兩臺電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路的8個接觸器（KM12～KM19）線圈是分成4組并聯(lián)使用的，它們需要4個輸出點(diǎn)。小車行走機(jī)構(gòu)的控制電路與大車行走機(jī)構(gòu)的控制電路類似，只是由一臺電動機(jī)拖動，切換轉(zhuǎn)子電阻的接觸器數(shù)量有所減少，若轉(zhuǎn)子回路的電阻仍按5段考慮，也需要4臺接觸器，加上電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制共需要6臺接觸器，這樣，也需要7個輸入點(diǎn)和6個輸出點(diǎn)。即大、小車行走機(jī)構(gòu)均需要14個輸入點(diǎn)和12個輸出點(diǎn)。由以上分析可知，該橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)共需44個輸入點(diǎn)和40個輸出點(diǎn)。小車行走機(jī)構(gòu)的控制電路與大車行走機(jī)構(gòu)的控制電路類似，只是由一臺電動機(jī)拖動，切換轉(zhuǎn)子電阻的接觸器數(shù)量有所減少，若轉(zhuǎn)子回路的電阻仍按5段考慮，也需要4臺接觸器，加上電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制共需要6臺接觸器，這樣，也需要7個輸入點(diǎn)和6個輸出點(diǎn)。3.5.3PLC根據(jù)橋式起重機(jī)的控制原理分析，在起重機(jī)的一般工作過程中，對起重機(jī)的控制只需要開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出（本次設(shè)計沒有考慮提升重量限制及顯示部分），所需程序存儲量不大，因此可以只按輸入輸出點(diǎn)數(shù)來選擇PLC。從輸入輸出點(diǎn)數(shù)看，若按10％～20％的裕量考慮，則其輸入輸出點(diǎn)數(shù)為：44×(1+10％～20％)=48.4～52.8(點(diǎn))40×(1+10％～20％)=44～48(點(diǎn))所以，選擇輸入、輸出點(diǎn)數(shù)分別為50的PLC即可，經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計選擇了三菱FX2N系列PLC，型號為FX2N-128MR。PLC的地址分配如表3-1所示。表3-1PLC輸入、輸出地址分配表序號元件名稱原系統(tǒng)中的符號輸入地址編號序號元件名稱原系統(tǒng)中的符號輸出地址編號1總起動按鈕SB1X001進(jìn)線主接觸器KMY002急停、欠壓SQ11、KHVX013倉門行程開關(guān)SQ9X022倉門開關(guān)狀態(tài)指示Y024橋架門行程開關(guān)SQ10X033橋架開關(guān)狀態(tài)指示Y035主鉤限位行程開關(guān)SQ1、SQ2X044主鉤限位動作指示Y046大車限位行程開關(guān)SQ3、SQ4X055大車限位動作指示Y057小車限位行程開關(guān)SQ5、SQ6X066小車限位動作指示Y068副鉤限位行程開關(guān)SQ7、SQ8X077副鉤限位動作指示Y079總過流繼電器KOC0X108總過流動作指示Y1010主鉤過流繼電器KOC1X118主鉤過流動作指示Y1111大車過流繼電器1KOC2X129大車過流動作指示1Y1212大車過流繼電器2KOC3X1310大車過流動作指示2Y1313小車過流繼電器KOC4X1411小車過流動作指示Y1414副鉤過流繼電器KOC5X1512副鉤過流動作指示Y1515指示信號復(fù)位按鈕X1616主鉤主令控制器SA1-上3X2013起升正轉(zhuǎn)接觸器KM1Y2017SA1-上2X2114起升反轉(zhuǎn)接觸器KM2Y2118SA1-上1X2215起升單相制動接觸器KM3Y2219SA1-0位X2316起升第一加速接觸器KM4Y2320SA1-下1X2417起升第二加速接觸器KM5Y2421SA1-下2X2518起升第三加速接觸器KM6Y2522SA1-下3X2619起升第四加速接觸器KM7Y2623主鉤點(diǎn)動腳踏開關(guān)SFX2720起升電磁制動接觸器KM8Y2724大車主令控制器SA2-前3X3021大車正轉(zhuǎn)接觸器KM10Y3025SA2-前2X3121大車反轉(zhuǎn)接觸器KM11Y3125SA2-前1X3223大車第一加速接觸器KM12、KM16Y3226SA2-0位X3324大車第二加速接觸器KM13、KM17Y3327SA2-后1X3425大車第三加速接觸器KM14、KM18Y3428SA2-后2X3526大車第四加速接觸器KM15、KM19Y35續(xù)表3-1序號元件名稱原系統(tǒng)中的符號輸入地址編號序號元件名稱原系統(tǒng)中的符號輸出地址編號29SA2-后3X3630副鉤主令控制器SA3-上3X4034副鉤正轉(zhuǎn)接觸器KM20Y4031SA3-上2X4135副鉤反轉(zhuǎn)接觸器KM21Y4132SA3-上1X4236副鉤單相制動接觸器KM22Y4233S3-0位X4337副鉤第一加速接觸器KM23Y4334SA3-下1X4438副鉤第二加速接觸器KM24Y4435SA3-下2X4539副鉤第三加速接觸器KM25Y4536SA3-下3X4640副鉤第四加速接觸器KM26Y4637小車主令控制器SA4-左3X5027小車正轉(zhuǎn)接觸器KM30Y5038SA4-左2X5128小車反轉(zhuǎn)接觸器KM31Y5140SA4-左1X5229小車第一加速接觸器KM32Y5241SA4-0位X5330小車第二加速接觸器KM33Y5342SA4-右1X5431小車第三加速接觸器KM34Y5443S4-右2X5532小車第四加速接觸器KM35Y5544SA4-右3X56333.5.4器件選擇從技術(shù)改造出發(fā)，首先要考慮最大限度地利用原有設(shè)備和器件，用最小的投入產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)效益。原橋式起重機(jī)的器件明細(xì)如表3-2所示。表3-220/5t交流橋式起重機(jī)電器元件明細(xì)表符號名稱型號數(shù)量備注M5主鉤電動機(jī)YZR-315M-10、75kW1M1副鉤電動機(jī)YZR-200L-8、15KW1M2小車電動機(jī)YZR-132MB-6、3.7kW1M3、M4大車電動機(jī)YZR-160MB-6、7.5kW2AC1副鉤凸輪控制器K1、J1-50／11控制副鉤電動機(jī)AC2小車凸輪控制器K1、J1-50／11控制小車電動機(jī)AC3大車凸輪控制器K1、J1-50／51控制大車電動機(jī)AC4主鉤主令控制器LK1-12／901控制主鉤電動機(jī)YB1副鉤電磁制動器MZD1-300制動副鉤YB2小車電磁制動器MZD1-1001制動小車YB3、YB4大車電磁制動器MZD1-2002制動大車YB5、YB6主鉤電磁制動器MZS1-45H2制動主鉤1R副鉤電阻器2K1-41-8/21副鉤電動機(jī)啟動調(diào)速2R小車電阻器2K1-12-6／11小車電動機(jī)啟動調(diào)速3R、4R大車電阻器4Kl-22-6／12大車電動機(jī)啟動調(diào)速5R主鉤電阻器4P15-63-10／91主鉤電動機(jī)啟動調(diào)速續(xù)表3-2符號名稱型號數(shù)量備注QS1總電源開關(guān)HD-9-400／31接通總電源QS2主鉤電源開關(guān)HD11-200／21接通主鉤電源QS3主鉤控制電源開關(guān)DZ5-501接通主鉤電動機(jī)控制電源SQ4緊急開關(guān)A-31611發(fā)生緊急情況斷開SB啟動按鈕LA19-111啟動主接觸器KM主接觸器CJ2-300／31接通大車、小車電源KOC0總過電流繼電器JL4-150／11總過流保護(hù)KOC1小車過電流繼電器JL4-152過流保護(hù)KOC2、KOC3大車電流繼電器JL4-404過流保護(hù)KOC4主鉤過流繼電器JL4-1502過流保護(hù)KOC5副鉤過流繼電器JL4-40過流保護(hù)FU1控制電源熔斷器RL1-151短路保護(hù)KM1、KM2主鉤升降接觸器CJ2-2502控制主鉤電動機(jī)旋轉(zhuǎn)KM3主鉤制動接觸器CJ2-75／21控制主鉤制動電磁鐵KM6~KM9主鉤加速級接觸器CJ2-75／34控制主鉤附加電阻KV欠電壓繼電器JT4-10P1欠壓保護(hù)SQ5主鉤上升位置開關(guān)LK4-311限位保護(hù)SQ1~SQ4大、小車位置開關(guān)LK4-114限位保護(hù)SQ7艙門安全開關(guān)LX2-11H1艙門安全保護(hù)SQ8~SQ9橫梁安全開關(guān)LX2-1112橫梁欄桿門安全保護(hù)KM4、KM5主預(yù)備級接觸器CJ2-75／32進(jìn)行PLC接線設(shè)計首先要考慮的問題是PLC的帶載能力和負(fù)載的性質(zhì)，從控制系統(tǒng)知，PLC所驅(qū)動的負(fù)載除各信號指示部分之外，都是接觸器線圈，它們都屬于感性負(fù)載，而一般PLC對于阻性負(fù)載的驅(qū)動能力是2A/點(diǎn)，對于感性負(fù)載的驅(qū)動能力是80VA/點(diǎn)，所以，需要分析負(fù)載的需用驅(qū)動能力。從上表可知，主接觸器、起升電動機(jī)加速接觸器、行走機(jī)構(gòu)凸輪控制器的型號以及各電動機(jī)的功率都已給出，根據(jù)表中電動機(jī)型號可查得參數(shù)如表3-3所示。原起重機(jī)所選接觸器是CJ2系列接觸器，它屬于老型號。表3-320/5t橋式起重機(jī)電動機(jī)參數(shù)表名稱型號功率（W）電流（A）轉(zhuǎn)速（r/min）重量（kg）定子轉(zhuǎn)子主鉤電動機(jī)YZR-315M-1075kW160149.35791180副鉤電動機(jī)YZR-200L-815kw33.553.5712129小車電動機(jī)YZR-132MB-63.7kW9.214.5908108大車電動機(jī)YZR-160MB-67.5kW1826.5940160表3-420/5t橋式起重機(jī)原接觸器及起升制動電磁鐵數(shù)據(jù)名稱型號數(shù)量額定電壓額定電流參照（A-3）線圈容量（VA/W）型號電流起動吸持主鉤升降接觸器CJ2-2502380V250ACJ20-250250A570/175152/65起升制動接觸器CJ2-75/21380V75ACJ20-100100A570/17561/21.5主鉤加速接觸器CJ2-75/34380V75ACJ20-100100A570/17561/21.5主接觸器CJ2-300/31380V300ACJ20-400400A3578/790250/118起升制動電磁鐵MZS1-45H1380V330002100/530從表3-4可知，起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子額定電流是149.3A，而加速接觸器的額定電流只有75A，所以明顯偏小，應(yīng)進(jìn)行重新選擇。起升制動電磁鐵的起動容量是33000VA，380V時的電流是86.84A，其控制接觸器的額定電流只有75A，雖然偏小，考慮到起動是瞬間完成的，吸持容量才只有2100VA，380V時的吸持電流是5.53A，現(xiàn)在若按100A的CJ20-100接觸器考慮還是可以的。對于行走機(jī)構(gòu)，因在設(shè)計改造中采用了PLC控制，電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)工作和調(diào)速等又都需要接觸器控制，所以，首先需要根據(jù)電動機(jī)的參數(shù)選擇接觸器。根據(jù)起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子額定電流和行走電動機(jī)參數(shù)選擇接觸器的技術(shù)數(shù)據(jù)如表3-5所示。表3-5起升機(jī)構(gòu)加速接觸器和行走機(jī)構(gòu)接觸器數(shù)據(jù)名稱數(shù)量型號（A-3）額定電壓額定電流線圈容量（VA/W）起動吸持大車進(jìn)線接觸器2CJ20-40380V40A175/82.319/15.7大車加速接觸器8CJ20-40380V40A175/82.319/15.7小車進(jìn)線接觸器2CJ20-10380V10A65/47.68.3/2.5小車加速接觸器4CJ20-16380V16A65/47.