【基于PLC的電動葫蘆起重機控制系統(tǒng)設計12000字（論文）】

基于PLC的電動葫蘆起重機控制系統(tǒng)設計目錄TOC\o"1-2"\h\u18923基于PLC的電動葫蘆起重機控制系統(tǒng)設計 125952摘要 1215721緒論 2294401.1電動葫蘆起重機的系統(tǒng)設計研究的意義 217911.2電動葫蘆課題背景 289861.3電動葫蘆起重機的發(fā)展趨勢 431842PLC的應用 514532.1PLC的構成 5285852.2CPU的構成 541702.3I/O模塊 659462.4電源模塊 6112942.5PLC系統(tǒng)的其它設備 6299162.6PLC的通信聯(lián)網(wǎng) 7287552.7PLC的應用現(xiàn)狀 7309873系統(tǒng)方案設計 8145893.1系統(tǒng)總體控制方案的選擇 8185643.2控制模塊（PLC）的選型及其相關介紹 10211913.3電動機的選型 10216684系統(tǒng)硬件電路設計 13193445結論 185623參考文獻 19摘要 隨著科技進步與經(jīng)濟發(fā)展，電能的應用越來越廣泛，電氣對電能的生產(chǎn)、運輸、分配與應用起著控制、調節(jié)、檢測與保護的作用。而PLC的引入使得電器控制變得簡單方便，只能可靠。 電動葫蘆起重機又稱電動提升機，是一種輕小型起重設各，廣泛應用于重物的提升、下降、平移搬運，可以減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件的必各機械，如在工廠、礦山、車站、港口、建筑卜地、水電站、倉庫等生產(chǎn)部門中得到應用。它具有自重輕、構造緊湊、體積小、維修方便、經(jīng)久耐用等特點。主要結構是減速器、起升電機、運行電機、斷火器、電纜滑線、卷筒裝置、吊鉤裝置、聯(lián)軸器、軟纜電流引入器等集動力與制動于一體。它的執(zhí)行機構主要由提升機構和水平移動裝置組成，機構由錐型電動機、減速器、鋼絲卷筒等組成。提升電動機通過減速箱拖動鋼絲卷筒，電動機正轉或者反轉，拖動卷筒，可以使吊在鋼絲繩上的吊鉤上升或下降，實現(xiàn)提升和下放對象，水平移動裝置由電動機，減速箱，導輪，“工”字梁等組成。平移電動葫蘆可以在上字梁上來回移動，用機械撞塊限制前后兩個方向的移動行程。本文主要是關于電動葫蘆起重機控制系統(tǒng)的的設計。通過對電動葫蘆的控制設計以及PLC控制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設計、編程、及上機調試工作的實踐，了解機器控制系統(tǒng)的一般設計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設計的方法，并掌握利用PC對PLC工作狀況進行監(jiān)控的方法。關鍵字：電動葫蘆，PLC，變頻器，無極調速1緒論 1.1電動葫蘆起重機的系統(tǒng)設計研究的意義電動葫蘆起重機是集電動機，減速機和鋼絲繩卷筒(或環(huán)漣)為一體的小型起重設備，大多數(shù)還帶有行走小車，配合單梁橋式或門式起重機，組成一個完整的起重機械。電動葫蘆的主體，是鋼絲繩卷筒居中，一端是電動機，通過中間的轉動軸，將動力傳遞到另一端的減速機，減速機帶動卷筒(或環(huán)鏈)鋼絲繩起重?，F(xiàn)在電動葫蘆的電動機多采用錐形轉子電動機，這種電動機能夠在斷電時自行制動。傳統(tǒng)的電動葫蘆控制系統(tǒng)都采用繼電器一接觸器等元件組成的硬件邏輯控制電路，不但接線復雜，而且經(jīng)常出現(xiàn)故障，可靠性較差，所以要對其系統(tǒng)進行升級改造。電動葫蘆近幾年的發(fā)展十分緩慢。從上個世紀60到70年代初，我國從前蘇聯(lián)引入了TV型鋼絲繩電動葫蘆，在70年代初我國自行設計了CD1型鋼絲繩電動葫蘆，迄今為止CD1型在國內(nèi)生產(chǎn)制造、使用已有30多年。在這之間，有一些廠家引入國外先進的生產(chǎn)制造技術，但均未獲得廣泛的推廣應用。其中電動葫蘆控制系統(tǒng)技術水平在國內(nèi)發(fā)展遲緩，其原因是多方面的:(1)國內(nèi)電動葫蘆企業(yè)生產(chǎn)、制造水平及配套的機械、電氣及標準件技術基礎較低;(2)近20年來，國內(nèi)經(jīng)濟體制由計劃經(jīng)濟轉向市場經(jīng)濟，許多國營企業(yè)在轉制初期不可能將大量的資金投入到產(chǎn)品開發(fā)上;C3)CD1型鋼絲繩電動葫蘆H前仍有一定的市場占有率。近年來，國外的電動葫蘆制造技術水平快速發(fā)展。隨著我國加入WTO，外資企業(yè)紛紛搶占中國市場，國外產(chǎn)品對國內(nèi)的沖擊將越來越嚴重。價格和檔次低的國內(nèi)產(chǎn)品，已不再有足夠大的市場，用戶越來越重視產(chǎn)品的性價比。因此，國內(nèi)電動葫蘆如不及時地調整國內(nèi)、國際市場的要求進行產(chǎn)品更新?lián)Q代，將很快被淘汰。1.2電動葫蘆課題背景在生產(chǎn)實踐中，我們越來越依賴流水作業(yè)。對于輕工業(yè)，流水線發(fā)展非常迅速，一般的可以用傳送帶來完成。但對于重工業(yè)生產(chǎn)，大批量物資需要生產(chǎn)、搬運，利用傳送帶傳送工件不太實用。為了提高勞動效率、改善勞動條件，輕型起重設備電動葫蘆起重機用途廣泛，深受歡迎。已是將電動機、減速器、卷筒、制動器和運行小車等緊湊地合為一體的起重機械，其有輕巧、靈活、成本較低、并且安全可靠，加上零部件通用程度大，互換性強，起重能力高，維護方便等特點，它被廣泛應用于工廠、礦山、港口、倉庫、貨場、商店等場所的搬移、起吊和裝卸。 電動葫蘆起重機是集電動機，減速機和鋼絲繩卷筒(或環(huán)鏈)為一體的小型起重設備，大多數(shù)還帶有行走小車，配合單梁橋式或門式起重機，組成一個完整的起重機械。電動葫蘆的主體，是鋼絲繩卷筒居中，一端是電動機，通過中間的轉動軸，將動力傳遞到另一端的減速機，減速機帶動卷筒(或環(huán)鏈)鋼絲繩起重?，F(xiàn)在電動葫蘆起重機的電動機多采用錐形轉子電動機，這種電動機能夠在斷電時自行制動。傳統(tǒng)的電動葫蘆控制系統(tǒng)都采用繼電器一接觸器等元件組成的硬件邏輯控制電路。上世紀80年代在國外，特別是德國、芬蘭、日本、英國、法國及保加利亞等國家的廠家，不僅相繼研制生產(chǎn)出性能先進的電動單梁、懸掛和電動葫蘆橋式起重機，還派生出先進適用的葫蘆門式起重機、葫蘆式抓斗起重機、葫蘆吊鉤抓斗兩用起重機、葫蘆吊鉤抓斗電磁三用起重機、葫蘆式旋臂起重機、葫蘆式壁行起重機、葫蘆橋式堆垛起重機及立體倉庫用葫蘆式巷逍堆垛起重機。葫蘆式起重機品種、類型、規(guī)格的不斷擴展及在起熏運輸設備中所占比重的增加，將使各種類型的葫蘆式起重機形成一種獨立而重的起重運輸設各體系。世界工程起重機行業(yè)在最近的二十年發(fā)生了巨大的變化。RT(越野輪胎起重機)和AT(全地而起重機)產(chǎn)品的快速發(fā)展，在經(jīng)濟發(fā)展的趨勢和市場檄烈的競爭下，導致一世界市場的進一步整合。目前，世界工程起重機年度銷售已達約75億美元。主要生產(chǎn)國為美國、日本、德國、法國、意大利等，世界頂級公司有10多家，世界市場主要集中在北美、日本/亞洲和歐洲。美國既是生產(chǎn)工程起重機的主要國家，又是最大的世界市場之一。由于起重機行業(yè)在日本、德國的崛起以及RT和AT產(chǎn)品的迅速發(fā)展，美國制造商已經(jīng)在60年代到70年代的世界市場占據(jù)了主導地位受到削弱，形成鼎足之勢的美國、日本和德國。近年來，美國經(jīng)濟好轉，市場活躍，外國公司參與竟爭。美國制造商強度也增加，特雷克斯起重機公司的崛起就是一個例子。特雷克斯起重機公司前身是美國科林起重機廠，自1995年以來，通過一系列的合井和收購(并購)活動，己經(jīng)發(fā)展成為一個世界頂尖的公司，年銷售額從1992年的1992美元到1998年的7.71億美元，預計將在1999年超過10億美元。日本從70年代成為一個建筑起重機生產(chǎn)國家，產(chǎn)品質量和數(shù)量迅速增加，已出口到歐洲和美國市場，年度生產(chǎn)居世界第一。自1992年以來，由于日元升值，國內(nèi)基礎設施投資下降和亞洲金融危機，每年的產(chǎn)量在下降，年總產(chǎn)值從1991年約5100億日元下降到1997年的3100億日元左右1998年又比1997年下降1/3以上。1998年日本工程起重機總產(chǎn)量為25560臺，其中，RT產(chǎn)品2087臺，汽車起重機820臺，履帶起重機692臺，隨車起重機15032臺，其他兩類機種共7029臺。RT產(chǎn)品年總產(chǎn)值達550億日元，為各機種之首，其次為履帶起重機，約400億日元。日本5t以上的輪式起重機市場總銷售量達6700臺，目前日本市場年需求量為3000臺。歐洲市場是潛力很大的市場。歐洲各工業(yè)國既是工程起重機的出口國，也是重要的進口國，德國是歐洲最大的市場，其次是英國、法國、意大利和其他國家。在德國產(chǎn)品的市場份額，利勃海爾占53%，格魯夫(16%),德馬泰克14%,多田野和特雷克斯分別占了10%和5%。國際聯(lián)合工程起重機行業(yè)欲激蕩，在聯(lián)合風和起重機制造行業(yè)相似，在汽車工業(yè)、通用汽車、福特、雷諾、寶馬、奔馳、大眾和其他大公司的道路上聯(lián)合，世界市場在這兩個行業(yè)正在成為集成。想在成熟的世界市場取得增長和市場份額，快捷方式是收購競爭對手，其長期目標是爭奪世界市場的主導地位。在起重機行業(yè)，進入世界市場意味著進入北美和日本/亞洲和歐洲市場。世界頂尖企業(yè)在世界市場擁有強大的影響力，但迄今還沒有一個公司在三個市場處于主導地位。有四家公司已經(jīng)建立了一個基地兩大市場:格魯夫和特雷克斯在北美和歐洲，許多領域在亞洲和歐洲，住友建機在亞洲和北美。國內(nèi)電動葫蘆起重機以模仿形式生產(chǎn)和發(fā)展開始于1950年代。1949年7月,上海通用機械廠試制成功第一個復制德國德馬格公司K型1.5t和3t一般使用鋼絲繩電動葫蘆，并開始小批量生產(chǎn),但工廠切換到汽輪機是在1954年。1953年天津起重設備廠(原天津第七機械廠)復制前蘇聯(lián)在40年代的結核病式起重機試制1t和2t一般使用鋼絲繩電動葫蘆,定型為TV型電動葫蘆。1954年,發(fā)明了一種3t和5t起重機,在1957年完成了0.25噸到5t修改設計和生產(chǎn)的一系列產(chǎn)品,而現(xiàn)在TV已經(jīng)作為中國第一代的葫蘆。以葫蘆為起升機構的電動單梁，國內(nèi)以天津起重設備廠為最早仿造原蘇聯(lián)40年代HK型桁架式單梁起重機，1954年開始試制，1956年批量生產(chǎn)，1957年由天津起重設備廠與北京起重機器廠聯(lián)合對生產(chǎn)圖紙進行了第一次修改，定型為A571型（1957年第一次整頓），為我國第一代電動單梁起重機，一直生產(chǎn)到1987年才被淘汰而停產(chǎn)（1987年1月起不準再生產(chǎn)）。以葫蘆為起升機構的電動單梁懸掛起重機，國內(nèi)仍以天津起重設備廠為最早仿造原蘇聯(lián)40年代∏K型桁架式單梁起重機，并進行了系列生產(chǎn)，為我國第一代電動單梁懸掛起重機，起重鏈條，也一直生產(chǎn)到1987年才被淘汰而停產(chǎn)（1987年1月起不準再生產(chǎn)）。于1963年在天津的防爆電動葫蘆起重設備廠開始生產(chǎn)設計,并先后出現(xiàn)了防爆電動單梁懸掛起重機系列產(chǎn)品。它于1964年由天津起重機起重設備廠設備廠、上海、重慶、定西起重機廠工廠,西安市起重機廠起重運輸機械,起重機廠在沈陽和北京研究所聯(lián)合設計、制備和開始生產(chǎn)CD,MD系列提升機,CD,MD型絞車為中國第二代葫蘆,手扳葫蘆,是目前的主流產(chǎn)品。A571型電動單聊起重機和∏K型電動單梁懸掛起重機與CD、MD型葫蘆配套使用，由于結構和性能等原因存在不少問題。1974年由天津起重設備廠對A571型電動單梁起重機和K電動單梁懸掛起重機進行了更新，自行設計生產(chǎn)了配用CD、MD型葫蘆的DL型電動單梁起重機和DX型電動單梁懸掛起重機。1976年在DL型和DX型產(chǎn)品基礎上經(jīng)天津起重設備廠、開源起重機廠、重慶起重機廠、長沙起重機廠、洛陽起重機廠和北京起重運輸機械研究所聯(lián)合設計試制與生產(chǎn)，1977年定型為LD型電動單梁起重機和LX型電動單梁懸掛起重機，成為我國第二代電動單梁起重機和懸掛起重機產(chǎn)品，一直生產(chǎn)至今仍為國內(nèi)主導產(chǎn)品。上世紀70年代我國又相繼開發(fā)了LB型防爆電動單梁起重機、LXB型防爆電動單梁懸掛起重機以及LH型電動葫蘆雙梁起重機系列產(chǎn)品等。國產(chǎn)CD1/MD1電動葫蘆串聯(lián)結構的改進是在1975年，主要配置有：錐形電機、直齒調質齒輪、鑄鐵卷筒、鑄造外殼、錐形盤式制動器、上掛運行小車；國產(chǎn)HC、QH、ZH型串聯(lián)結構的改進是在1990年，配置和75年的是一樣的；國產(chǎn)AS型電動葫蘆引進串聯(lián)結構是在1983年，配置有：錐形電機、直齒調質齒輪、鑄鐵卷筒、焊接框架外殼、錐形盤式制動器、上掛或側掛運行小車。LH型電動葫蘆雙梁起重機則是在70年代以武漢起重機廠為代表，自行開發(fā)設計的HC性電動葫蘆作為起升機構的我國第一代電動葫蘆雙梁起重機。從上世紀70年代末到80年代初，葫蘆式起重機已進入到一個引進開發(fā)的新階段。天津起重設備廠引進了德國STAHL公司的AS型全系列鋼絲繩電動葫蘆技術；南京廠、北京起重設備廠和山海關起重設備廠三家聯(lián)合引進了德國DEMAG公司的環(huán)鏈葫蘆技術；進入80年代中期，以南京起重機械長為主聯(lián)合設計開發(fā)了H型鋼絲繩電動葫蘆，重慶起重機廠為主聯(lián)合設計開發(fā)了葫蘆門式起重機系列產(chǎn)品,河北奔騰起重。引進的AS型葫蘆技術具有80年代世界先進水平，我國的第三代葫蘆必將以AS型為代表。相比之下，鑒于電動葫蘆控制系統(tǒng)的重要性，其國內(nèi)控制系統(tǒng)技術研究方面無論從資金、人力、政策上投入的還遠遠不夠?？赡苁怯捎趪鴥?nèi)相關研究起步較晚，學術研究論文數(shù)量與國外相比相差很遠，專利申請更不樂觀，產(chǎn)品性能與國外也有一定差距。為了改變這一局面，我們的高等院校和科研單位以及企業(yè)都應該自強不息，搞出自己的產(chǎn)品，徹底打破國外的壟斷，為民族企業(yè)和走向國際化做出相應的貢獻。1.3電動葫蘆起重機的發(fā)展趨勢以葫蘆為起升機構的電動單梁懸掛起重機，國內(nèi)仍以天津起重設備廠為最早仿造原蘇聯(lián)40年代∏K型桁架式單梁起重機，并進行了系列生產(chǎn)，為我國第一代電動單梁懸掛起重機,起重鏈條，也一直生產(chǎn)到1987年才被淘汰而停產(chǎn)（1987年1月起不準再生產(chǎn)）。1963年開始天津起重設備廠設計生產(chǎn)了防爆型電動葫蘆，并相繼出現(xiàn)了防爆電動單梁和懸掛起重機系列產(chǎn)品。1964年又開始由天津起重設備廠、上海起重設備廠、重慶起重機廠、定西起重機廠、西安起重機廠、沈陽起重機廠和北京起重運輸機械研究所聯(lián)合設計、試制并開始生產(chǎn)CD、MD型系列葫蘆，CD、MD型葫蘆為我國第二代葫蘆,手扳葫蘆，是目前的主流產(chǎn)品。A571型電動單聊起重機和∏K型電動單梁懸掛起重機與CD、MD型葫蘆配套使用，由于結構和性能等原因存在不少問題。1974年由天津起重設備廠對A571型電動單梁起重機和K電動單梁懸掛起重機進行了更新，自行設計生產(chǎn)了配用CD、MD型葫蘆的DL型電動單梁起重機和DX型電動單梁懸掛起重機。1976年在DL型和DX型產(chǎn)品基礎上經(jīng)天津起重設備廠、開源起重機廠、重慶起重機廠、長沙起重機廠、洛陽起重機廠和北京起重運輸機械研究所聯(lián)合設計試制與生產(chǎn)，1977年定型為LD型電動單梁起重機和LX型電動單梁懸掛起重機，成為我國第二代電動單梁起重機和懸掛起重機產(chǎn)品，一直生產(chǎn)至今仍為國內(nèi)主導產(chǎn)品。上世紀70年代我國又相繼開發(fā)了LB型防爆電動單梁起重機、LXB型防爆電動單梁懸掛起重機以及LH型電動葫蘆雙梁起重機系列產(chǎn)品等。國產(chǎn)CD1/MD1電動葫蘆串聯(lián)結構的改進是在1975年，主要配置有：錐形電機、直齒調質齒輪、鑄鐵卷筒、鑄造外殼、錐形盤式制動器、上掛運行小車；國產(chǎn)HC、QH、ZH型串聯(lián)結構的改進是在1990年，配置和75年的是一樣的；國產(chǎn)AS型電動葫蘆引進串聯(lián)結構是在1983年，配置有：錐形電機、直齒調質齒輪、鑄鐵卷筒、焊接框架外殼、錐形盤式制動器、上掛或側掛運行小車。從上世紀70年代末到80年代初，葫蘆式起重機已進入到一個引進開發(fā)的新階段。天津起重設備廠引進了德國STAHL公司的AS型全系列鋼絲繩電動葫蘆技術；南京廠、北京起重設備廠和山海關起重設備廠三家聯(lián)合引進了德國DEMAG公司的環(huán)鏈葫蘆技術；進入80年代中期，以南京起重機械長為主聯(lián)合設計開發(fā)了H型鋼絲繩電動葫蘆，重慶起重機廠為主聯(lián)合設計開發(fā)了葫蘆門式起重機系列產(chǎn)品,河北奔騰起重。引進的AS型葫蘆技術具有80年代世界先進水平，我國的第三代葫蘆必將以AS型為代表。國外電動葫蘆是由芬蘭KONE公司、日本Meiden公司、德國SWF公司在2000年到2001年才改進的。主要配置有：拄鼠籠型圓柱電機、斜齒硬齒面齒輪、鋼管卷2000焦并聯(lián)結構、電機置于卷筒內(nèi)部筒、桿式框架組裝式外殼、平面盤式制動器、平2000焦衡重式側掛運行小車、水平輪導向。2PLC的應用 2.1PLC的構成從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。2.2CPU的構成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。2.3I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。2.4電源模塊路提供電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。底板或機架大多數(shù)模塊PLC式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。2.5PLC系統(tǒng)的其它設備編程設備：編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。2.6PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡就是控制器"的觀點說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)。2.7PLC的應用現(xiàn)狀自20世紀60年代中期以來PLC產(chǎn)品在電力、冶金、化工等行業(yè)發(fā)揮了重大作用,尤其近20年來計算機和信息技術的飛速發(fā)展,不斷成倍擴大的功能和成倍降低的價格,使PLC、通訊聯(lián)網(wǎng)技術、過程控制軟件都獲得了長足進步,也使PLC的廣泛應用成為可能。下面通過兩組數(shù)據(jù)(引自工控網(wǎng))說明PLC的應用現(xiàn)狀。PLC在冶金行業(yè)的市場將持續(xù)增加2003年中國的工業(yè)出現(xiàn)了快速增長,工業(yè)產(chǎn)值同比增長在12%以上,而且中國的最大鋼鐵出口對象—美國在2003年下半年取消了鋼鐵附加稅自20世紀60年代中期以來PLC產(chǎn)品在電力、冶金、化工等行業(yè)發(fā)揮了重大作用,尤其近20年來計算機和信息技術的飛速發(fā)展,不斷成倍擴大的功能和成倍降低的價格,使PLC、通訊聯(lián)網(wǎng)技術、過程控制軟件都獲得了長足進步,也使PLC的廣泛應用成為可能。下面通過兩組數(shù)據(jù)(引自工控網(wǎng))說明PLC的應用現(xiàn)狀。PLC在冶金行業(yè)的市場將持續(xù)增加2003年中國的工業(yè)出現(xiàn)了快速增長,工業(yè)產(chǎn)值同比增長在12%以上,而且中國的最大鋼鐵出口對象—美國在2003年下半年取消了鋼鐵附加稅鋼材對其出口也將迅速回升。這些有利因素刺激了中國冶金行業(yè)的投資。據(jù)調查,中國冶金行業(yè)對設備的投資同比增長接近50%。冶金設備的大量增長帶動了PLC在該行業(yè)的增長,2003年PLC在冶金行業(yè)的市場達到216億元,2004年有望達到3億元。PLC在紡織行業(yè)的應用分析。在中國,PLC在紡織機械上的運用已經(jīng)有17年的歷史了,從最早的進口合成纖維生產(chǎn)設備到目前的中小型紡機,PLC無處不在。占各類紡織機械60%以上的織機平均每臺帶有一個小型的PLC,主要用于檢測、報警、速度控制和機器啟?？刂啤＜彊C的比例在紡織機械中不到5%,卻用到更多的PLC,單臺紡紗機最多用到17臺PLC,主要是60個IO點以下的微型產(chǎn)品。梳棉機也用微小型PLC控制。其它各類紡織機械基本上都采用PLC控制,只有一些相對簡單的設備采用單片機或者其它控制方式。紡織機械的輔助設備也主要由PLC控制,如循環(huán)水系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、蒸氣系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、包裝線等。實際上PLC在中國的應用已分布到各行各業(yè),根據(jù)工控網(wǎng)的調查,2003年中國控制類產(chǎn)品市場PLC的占有率已超過50%,而且保持著10%～15%的發(fā)展速度。3系統(tǒng)方案設計 對畢業(yè)設計題目進行分析后，總結出電動葫蘆起重機控制系統(tǒng)由以下各部分組成： 控制模塊：PLC（S7-200）; 調速模塊：變頻器（MM440）; 執(zhí)行機構：三相電機（2臺）。以及若干按鈕、電纜等其它元件構成。 3.1系統(tǒng)總體控制方案的選擇對于電氣控制系統(tǒng)，其控制方案有很多種，如早期的繼電器控制系統(tǒng)，還有現(xiàn)在的可編程控制器-PLC控制系統(tǒng)等，下面對其一一分析比較，并最終確立本系統(tǒng)所選用的控制方案。3.1.1繼電器-接觸器的控制電氣控制課程是電專業(yè)的基礎必修課，是繼電接觸器控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。它包含控制線路、主電路、照明電路及輔助電路組成，該系統(tǒng)是由接觸器-繼電器、主令電器和保護電器等元件組成，按照一定的控制邏輯接線組成的控制系統(tǒng)。其工作原理就是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時繼電器的滯后動作等組成控制邏輯，從而實現(xiàn)對電動機或其他機械設備的起動、停止，反向、調速及多臺設備的我順序控制和自保護功能。傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由輸入設備（按鈕、開關等）、控制線路（由各類繼電器、接觸器、導線連接而成，執(zhí)行各種邏輯功能的線路）和輸出設備（接觸器線圈、指示燈等）三部分組成。這是一種由物理器件連接而成的控制系統(tǒng)。繼電器控制線路成本低廉，控制方式直觀、操作簡單、維護調整方便，現(xiàn)場人員容易掌握使用等優(yōu)點，它被廣泛用于工礦企業(yè)的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。但它體積較大，控制速度慢，改變控制功能必須通過改變接線來完成，比較麻煩和困難。適合簡單控制。3.1.2PLC的控制一直以來都是繼電器-接觸器來控制，20世紀60年代PLC誕生，它是一種新型的自動化控制裝置，所以PLC控制是由繼電器接觸器控制發(fā)展而來的。目前隨著PLC技術的發(fā)展和應用，PLC控制系統(tǒng)逐漸取代繼電器接觸器控制系統(tǒng)，在實際工作中，如何選擇使用哪種方法，我們就要弄清楚這個產(chǎn)品要實現(xiàn)的功能，另外還有價格問題，如果是功能相對簡單的就沒有必要使用PLC了，還是用繼電器－接觸器控制?？删幊炭刂破鱌LC是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術想結合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差得缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能和習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需要按照說明說的提示，做少量的接線盒簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產(chǎn)實踐。采用PLC控制,電動絞車運動過程如下：當按下啟動按鈕,電動葫蘆從原點開始下降,下降到底,直到碰到下限位開關停止。同時打開定時器,定時器電動葫蘆,上升到頂部,碰到上限開關,停止上升。此時,電動葫蘆右移,直到遇到正確的限位開關,這時右移停止。電動葫蘆下降碰到下限開關而停止。結束時的開關在計時器同時定時,電動葫蘆上升,上升到頂部直到遇到上限位開關,而停止上升。在這一點上,電動葫蘆左移、左移遇到左起源限位開關,左移停止。電動葫蘆一個運動周期完成。圖3.1電動葫蘆的動作過程繼電器－接觸器控制是電專業(yè)必須科目，是基礎科目。是學習ＰＬＣ的前奏，學PLC可編程控制不能脫離繼電器－接觸器控制，兩者緊密相關。初次接觸電氣控制此學科，必須先從低壓電氣入手，掌握各元件的性能結構、用途，并能正常使用與維護，有了這些基礎根據(jù)需要構成線路，從而帶動電動機運轉，實現(xiàn)工業(yè)的需要。3.1.3PLC控制與繼電器-接觸器控制相結合由于PLC控制方案與繼電器－接觸器控制方案存在區(qū)別：控制中采用的邏輯部件不同，繼電器－接觸器控制全部用硬觸點和“硬”線連接；PLC內(nèi)部大部分采用“軟”觸點和“軟”線控制；控制系統(tǒng)的結構和體積不同，繼電器－接觸器控制系統(tǒng)使用的電氣元件多，體積大且故障率大，PLC控制系統(tǒng)結構緊湊，使用的電氣元件少，體積小?？刂浦须娖鞯挠|點不同，繼電器－接觸器控制中全部以機械式的硬觸點，動作慢，弧光放電嚴重，壽命短，而且使用次數(shù)有限；PLC內(nèi)部全部為“軟”觸點，動作快、壽命長，使用次數(shù)無線。靈活性不同，繼電器－接觸器控制方案的改變，需拆線，重新再接線，乃至更換元器件，比較麻煩；PLC控制方案的改變，一般不需要修改硬件，只需要修改程序即可，及其方便。難度程度不同，繼電器－接觸器元件使用簡單易懂，PLC指令多，復雜。所以，在三種控制方案中，綜合考慮各方面因素，應該選擇一種綜合性控制方案：PLC控制與繼電器-接觸器控制相結合的方案。這種方案既結合了兩者的優(yōu)點，又避免了兩者的缺點，是最佳方式。3.2控制模塊（PLC）的選型及其相關介紹 3.2.1PLC的選型 PLC（可編程控制器）廣泛應用于目前的工業(yè)控制領域，在可編程控制器出現(xiàn)之前，一般要使用成百上千的繼電器以及計數(shù)器再能組成有相同功能的自動化系統(tǒng)，而現(xiàn)在，經(jīng)過簡單的可編程控制器模塊基本上已經(jīng)代替了這些大型裝置?？删幊炭刂破鞯南到y(tǒng)程序一般在出廠前已經(jīng)初始化完畢，用戶可以根據(jù)自己的需要自行編輯相應的用戶程序來滿足不同的自動化生產(chǎn)要求。 現(xiàn)在，PLC的種類繁多功能強大，因此用戶們選擇的余地也比較多，同樣的選擇一款合適的PLC控制器也是對整個自動化系統(tǒng)相當重要。 本設計的電動葫蘆起重機采用西門子S7-200系列可編程控制器，且選擇CPU型號為CPU224。3.2.2PLC的相關介紹 PLC的定義：可編程控制器（PLC）是一種數(shù)字用算的操作的電子系統(tǒng)，轉為工業(yè)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作命令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，都極易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。 PLC的分類，可按結構分類:1）3.3電動機的選型3.3.1電動機的類型電動葫蘆屬于小型起重機械，通常選用交流異步電動機，常用的電機型號為YZR、YZ、YEJ、ZD等。參考業(yè)內(nèi)對于電動葫蘆起升機構所選用的電動機類型，在本設計中將采用ZD型錐形轉子異步電動機。這種電動機由錐形定子，錐形轉子，制動彈簧和裝在風扇及端蓋上的制動環(huán)組成。當電動機通電后，除產(chǎn)生使轉子旋轉的電磁力外，氣隙磁場還在轉子錐形面產(chǎn)生軸向力，使轉子產(chǎn)生軸向位移，壓縮彈簧并使錐形制動環(huán)與后蓋分離，電機正常運轉。斷電后，軸向磁力消失，轉子在制動彈簧壓力下軸向復位，使錐形制動環(huán)與后蓋制動體接觸，產(chǎn)生摩擦制動力矩，使轉子停止。3.3.2電動機容量的確定電動機容量的確定原則是在規(guī)定的工作方式下，電動機溫升不超過容許值，保證有足夠的啟動轉矩和過載能力。1）電動機初選型號 首先應該計算穩(wěn)態(tài)平均功率，對于不同的工作機構，可根據(jù)載荷和速度，按下式求出穩(wěn)態(tài)的平均功率。對于起升機構：式中——起升機構電動機的穩(wěn)態(tài)平均功率；——穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù)，；——額定起升載荷，；——起升速度，；——機械總效率，取。即所以，初選ZD31-4型號的電動機，額定功率。2）電動機的過載校核起升機構電動機的過載校核公式為：式中——基準接電持續(xù)率時的電動機額定功率；——額定起升載荷，；——起升速度，；——機械總效率，??；——基準接電持續(xù)率時，電動機轉矩允許的過載倍數(shù)，取；——考慮電壓降、最大轉矩存在誤差等因素的系數(shù)，取。即初選的電動機不能滿足要求，所以電動機選用ZD32-4型，額定功率。3）電動機的發(fā)熱校核設電動葫蘆的使用年限為8年，每年工作300天，每天八小時工作制，兩班倒，則電動葫蘆的預期壽命。對電動機進行發(fā)熱校核時，首先按下式計算電動機所需的接電持續(xù)率：式中——電動機所需的接電持續(xù)率；——計算得到的穩(wěn)態(tài)