畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于plc的橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于PLC控制的橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　內(nèi)容摘要：</b></p><p>　　本文研討基于可編程序控制器（PLC）和變頻器的橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)。闡述了交流橋式起重機(jī)在實(shí)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(jī)改造中的的控

2、制方案。與傳統(tǒng)控制方案相比，采用PLC控制的橋式起重機(jī)可以簡化繁重的設(shè)備，使控制更加安全可靠。從經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的角度分析，本設(shè)計(jì)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(yùn)行后的維修成本遠(yuǎn)低于原系統(tǒng)，并且節(jié)能可達(dá)30%左右。設(shè)計(jì)中變頻器通過PLC進(jìn)行無觸點(diǎn)控制，使設(shè)備運(yùn)行更加準(zhǔn)確，并且減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。</p><p>　　關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī) 變頻器 PLC 控制系統(tǒng)&l

3、t;/p><p>　　The Design of PLC-based Bridge Crane System</p><p>　　Abstract: </p><p>　　This text discussion the improved design of bridge crane control system based on PLC and frequency c

4、onverter. Introduced the application of Bridge crane, the application of PLC in reconstructive transform and choosing the device. The text takes Siemens S7-200 PLC series as an example, introduced the control project of

5、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 econo</p><p>　　Key words: bridge

6、 crane; frequency converter; PLC; control system</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)要求及方案選擇2</p><p>　　1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求2</p>

7、;<p>　　1.2 題目分析2</p><p>　　1.3 系統(tǒng)方案選擇2</p><p>　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 PLC實(shí)現(xiàn)的主令控制器4</p><p>　　2.2 限位器及安保電路5</p><p>　　2.2.1 限位器6</p>

8、<p>　　2.2.2 安保開關(guān)6</p><p>　　2.2.3 電磁抱閘6</p><p>　　2.3 可編程控制器6</p><p>　　2.3.1 可編程控制器特點(diǎn)6</p><p>　　2.3.2 可編程控制器選型7</p><p>　　2.3.3 I/O端口分配8<

9、/p><p>　　2.3.4 PLC系統(tǒng)接線方式9</p><p>　　2.4 變頻器10</p><p>　　2.4.1 變頻器控制方式的選擇10</p><p>　　2.4.2 變頻器容量的選擇10</p><p>　　2.4.3 變頻器制動(dòng)電阻11</p><p>　　2.

10、5 電動(dòng)機(jī)選擇11</p><p>　　2.6 安全裝置12</p><p>　　2.6.1 欄桿12</p><p>　　2.6.2 限位開關(guān)12</p><p>　　2.6.3 緩沖器12</p><p>　　2.6.4 排障板12</p><p>　　3 系統(tǒng)軟件

11、設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1 主程序13</p><p>　　3.2 公用程序14</p><p>　　3.3 大車控制程序16</p><p>　　3.4 其他子程序設(shè)計(jì)17</p><p>　　4 系統(tǒng)仿真及調(diào)試18</p><p>　　5 設(shè)計(jì)總結(jié)19<

12、;/p><p><b>　　附錄20</b></p><p>　　附錄1 橋式起重機(jī)PLC控制系統(tǒng)STL語言程序設(shè)計(jì)20</p><p>　　附錄2 橋式起重機(jī)PLC控制原理圖27</p><p>　　附錄3 橋式起重機(jī)PLC控制系統(tǒng)I/O口分配表27</p><p><b>

13、　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　橋式起重機(jī)是橋架在高架軌道上運(yùn)行的一種橋架型起重機(jī)，又稱天車。橋式起重機(jī)的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運(yùn)行，起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運(yùn)行，構(gòu)成一矩形的工作范圍，就可以充

14、分利用橋架下面的空間吊運(yùn)物料，不受地面設(shè)備的阻礙。</p><p>　　傳統(tǒng)橋式起重機(jī)采用繼電器控制與串電阻調(diào)速，使用凸輪控制器控制各臺(tái)電動(dòng)機(jī)。而橋式起重器一般在碼頭、廠房內(nèi)，工作環(huán)境相當(dāng)惡劣，并且重載下頻繁起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、變速等，要求有一定的調(diào)速范圍。所以傳統(tǒng)的繼電器控制與串電阻調(diào)速已呈現(xiàn)諸多弊端，有必要采用新的控制方法對(duì)其進(jìn)行改造。</p><p>　　隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，PLC、

15、變頻器在工廠設(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(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活，編程方便，易于使用，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修方便，維修工作量少等一系列的優(yōu)點(diǎn)。而變頻器可以提供頻率可調(diào)的交流電源，并且可以實(shí)現(xiàn)多段速度控制。因此，“PLC+變頻器”的控制方式在橋式起重機(jī)的改造中十分流行。</p><p>　　本文著重論述如何采用PLC作為控制核心，采用變頻器拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的繼電器控制橋式起重機(jī)

16、的改造。為降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，采用三檔位的主令控制器作為操作面板。PLC作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它接受主令控制器發(fā)出的向前、向后、零位、調(diào)速等控制信號(hào)，限位器輸入的限位信號(hào)，以及安保電路輸入的保護(hù)信號(hào)，經(jīng)PLC內(nèi)部運(yùn)算后分別發(fā)送給四臺(tái)變頻器。變頻器接受來自PLC的控制信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)按照操作人員的操作運(yùn)行。主令控制器的開關(guān)與常用的啟動(dòng)、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。</p><p>

17、　　經(jīng)改造的橋式起重機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?、艠蚴狡鹬貦C(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、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(fù)載波動(dòng)，安全性大幅提高。</p><p>　?、葡到y(tǒng)運(yùn)行的開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)了無觸點(diǎn)化，具有半永久性的壽命。</p><p>　?、怯捎陔妱?dòng)機(jī)啟動(dòng)電流限制得較小，頻繁啟動(dòng)和停止時(shí)電動(dòng)機(jī)熱耗減少，壽命延長。</p><p&

18、gt;　?、入姶胖苿?dòng)器在低速時(shí)動(dòng)作,其閘皮的磨損很小，使用壽命延長。⑸降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。</p><p>　?、使?jié)約能源，變頻調(diào)速的啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等過程中，電機(jī)運(yùn)行電流小。以本案來講，節(jié)能可達(dá)30%左右。</p><p>　　1 設(shè)計(jì)要求及方案選擇</p><p>　　1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　現(xiàn)有一臺(tái)15/3

19、t交流橋式起重機(jī)，采用起重用繞線式交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其中橫梁的移動(dòng)使用2臺(tái)相同的電動(dòng)機(jī)，小車的移動(dòng)使用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，主鉤和副鉤各使用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5臺(tái)電動(dòng)機(jī)均采用了轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，以增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減少啟動(dòng)電流。由于工作環(huán)境惡劣，空氣中的水分對(duì)電機(jī)滑環(huán)、碳刷及接觸器腐蝕較大，加上任務(wù)重，操作流程復(fù)雜，沖擊電流大，觸頭消蝕嚴(yán)重，碳刷冒火，電機(jī)及轉(zhuǎn)子繞組所串電阻燒損、斷裂故障時(shí)有發(fā)生，對(duì)生產(chǎn)影響較大。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時(shí)，

20、轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速效果差，所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。要求對(duì)其進(jìn)行改造，減少電路中的沖擊電流，改變調(diào)速方式，減少操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高系統(tǒng)效率。</p><p><b>　　1.2 題目分析</b></p><p>　　題目中原有的交流橋式起重機(jī)系統(tǒng)采用接觸器控制電源電路的啟動(dòng)、停止、限位；使用凸輪控制器控制大車、小車、副鉤電動(dòng)機(jī)的前進(jìn)、后退、零位、加速、減

21、速；而主鉤的前進(jìn)、后退、零位、加速、減速等動(dòng)作使用主令控制器完成，并且各電機(jī)均設(shè)電磁抱閘裝置剎車。5個(gè)電動(dòng)機(jī)都使用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，其中主鉤電動(dòng)機(jī)串有7級(jí)電阻，其余電動(dòng)機(jī)串有5級(jí)電阻。</p><p>　　經(jīng)分析，電路中凸輪控制器的觸點(diǎn)上流過的即是電動(dòng)機(jī)的工作電流，操作開關(guān)開合時(shí)容易出現(xiàn)沖擊電流，減少了接觸器觸點(diǎn)壽命。為了延長使用壽命，觸點(diǎn)往往做得十分笨重，不僅增加了設(shè)備體積，也給操作帶來了不變；轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方

22、式使機(jī)械特性變軟，所串電阻長期發(fā)熱，極大地浪費(fèi)了電能；每一臺(tái)電動(dòng)機(jī)配備一臺(tái)凸輪控制器或主令控制器的方式使得操作面板上的控制開關(guān)種類繁多，容易出現(xiàn)誤操作。</p><p>　　為了克服以上缺點(diǎn)，在改造中采用PLC代替接觸器開關(guān)，使設(shè)備體積減小，操作強(qiáng)度也隨之下降；使用橋式專用變頻器代替轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，增加了機(jī)械特性硬度，也不存在發(fā)熱問題，提高了系統(tǒng)效率；5臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用一臺(tái)主令控制器控制，減少了按鈕數(shù)量，從而提高了系

23、統(tǒng)可靠性。原有系統(tǒng)中的電磁抱閘裝置，過電流保護(hù)裝置，動(dòng)作限位開關(guān)，橫梁欄桿安全開關(guān)，艙門安全開關(guān)等安保裝置均予以保留，以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　1.3 系統(tǒng)方案選擇</p><p>　　從以上的題目分析來看，改造后的交流橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)包含如下幾個(gè)部分：主令控制器、限位器、保護(hù)輸入、PLC、4臺(tái)變頻器、5臺(tái)電動(dòng)機(jī)（大車電動(dòng)機(jī)兩臺(tái)），其控制框圖如下圖</p>

24、;<p>　　圖1 交流橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用PLC實(shí)現(xiàn)主令控制器的開合表的邏輯功能，以代替原有系統(tǒng)中為每臺(tái)電動(dòng)機(jī)設(shè)置一臺(tái)主令控制器或凸輪控制器的設(shè)計(jì)。為了避免主令控制器占用過多的I/O口，使用精簡后的3檔主令控制器。限位器與保護(hù)輸入均保留傳統(tǒng)的開關(guān)器件，并將其輸入到PLC中以便處理。</p><p>　　本系統(tǒng)共有輸入點(diǎn)25個(gè)，輸出點(diǎn)28

25、個(gè)，共53個(gè)I/O口。采用西門子S7-200（224）型PLC作為控制核心，該P(yáng)LC集成RS-485通信接口，具有較強(qiáng)的通信能力；擁有7個(gè)擴(kuò)展模塊，可連接外部數(shù)字量擴(kuò)展模塊；擁有繼電器輸出、晶體管輸出兩種方式，具有較強(qiáng)的控制功能。本系統(tǒng)使用晶體管輸出，壽命長，可適用于頻繁開合的場合。由于S7-200（224）型PLC的本機(jī)數(shù)字量I/O為14入/10出，不能滿足本系統(tǒng)對(duì)I/O口的要求，因此外部擴(kuò)展3個(gè)EM223（8入/8出）模塊。<

26、/p><p>　　由于起重機(jī)機(jī)構(gòu)多為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，故選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器。平移機(jī)構(gòu)慣量較大，負(fù)載變化相對(duì)小，屬于阻力性負(fù)載，故大車、小車選用U/f 開環(huán)控制方式的安川CIMR-F7B4045 型變頻器；起升機(jī)構(gòu)慣量較小，負(fù)載變化大，屬于位能性負(fù)載，為獲得快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié)，獲得理想的動(dòng)態(tài)性能，通常采用矢量控制方式，故主副鉤的升降機(jī)構(gòu)選用安川CIMR-G7B4055型變頻器，采用閉環(huán)矢量

27、控制方式可獲得穩(wěn)定的工作狀態(tài)和良好的機(jī)械特性。</p><p>　　橋式起重機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有大車電動(dòng)機(jī)兩臺(tái)、小車電動(dòng)機(jī)一臺(tái)、15噸主鉤、3噸副鉤提升電動(dòng)機(jī)各一臺(tái)，這次設(shè)計(jì)總的思路是用4臺(tái)變頻器來控制5臺(tái)電機(jī)。起重機(jī)提升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速比一般不大于1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)在60%以上，負(fù)載多為大慣量系統(tǒng)。因此起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)選用普通電機(jī)，提升機(jī)構(gòu)的電機(jī)選用適合頻繁起動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的變頻用

28、電機(jī)。電動(dòng)機(jī)功率的選擇，必須根據(jù)生產(chǎn)的需求來決定。一般來說，起重機(jī)用電動(dòng)機(jī)比一般工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械所用的電動(dòng)機(jī)的功率大10%左右。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于本設(shè)計(jì)采用一臺(tái)S7-200型PLC控制四臺(tái)變頻器操作5臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，因此，四臺(tái)變頻器所需的輸入口線均接在這臺(tái)PLC上，再由四臺(tái)變頻器分別控制相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)。下圖（圖

29、2）畫出了橋式起重機(jī)的PLC控制原理圖。為簡便起見，圖中并未畫出全部的I/O口線。</p><p>　　圖2 橋式起重機(jī)的PLC控制原理圖</p><p>　　2.1 PLC實(shí)現(xiàn)的主令控制器</p><p>　　繼電接觸器為基礎(chǔ)的橋式起重機(jī)電路，往往以凸輪控制器實(shí)現(xiàn)大車、小車、副鉤的操作，以主令控制器加繼電器屏實(shí)現(xiàn)主鉤的操作。但凸輪控制器操作中同時(shí)切換的觸點(diǎn)畢竟太

30、多，且切換的又多是電動(dòng)機(jī)主電路的觸點(diǎn)，為了切換大容量電流，觸點(diǎn)都制造得厚重，這就為操作帶來了阻力和很大的勞動(dòng)強(qiáng)度。另一方面，凸輪控制器中有形的觸點(diǎn)在頻繁的切除中很容易出故障，給維修帶來了不便。本設(shè)計(jì)中設(shè)法使用PLC實(shí)現(xiàn)起重機(jī)中各電動(dòng)機(jī)主輔電路的邏輯連接關(guān)系，將有形的觸點(diǎn)化為PLC內(nèi)部無形的邏輯關(guān)系。表1給出了一個(gè)經(jīng)精簡后的主令控制器的開合表，并為各擋位接通的觸點(diǎn)安排了PLC的輸入口。為滿足大電流切換的需要，PLC的輸出必須連接接觸器及繼

31、電器。</p><p>　　表1 三檔主令開關(guān)開合表</p><p><b>　　注 x--接通</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)使用圖3所示的一個(gè)三檔位主令控制器及兩只升降速按鈕作為操作器件，使用PLC及接觸器模擬凸輪控制器工作。三檔位的主令控制器的開合表如表1所示。該主令控制器可以實(shí)現(xiàn)

32、電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行選擇及反向運(yùn)行選擇間的機(jī)械互鎖，汽車檔位式的設(shè)計(jì)符合起重機(jī)操作人員的操作習(xí)慣，使用兩只按鈕進(jìn)行升降速也更加方便，其實(shí)現(xiàn)的控制要求主要有：</p><p>　?、?在按動(dòng)接于I1.1及I1.0的按鈕時(shí)，使加減速檔位存儲(chǔ)器VB100中存儲(chǔ)的數(shù)字在1～5間依順序變化，以控制輸入電動(dòng)機(jī)的電源頻率大小。實(shí)現(xiàn)方法是加1及減1指令，在VB100中數(shù)值小于5時(shí)可加操作，大于0時(shí)可減操作。</p>&l

33、t;p>　?、?電動(dòng)機(jī)的方向控制由主令控制器實(shí)現(xiàn)，手柄置向前位時(shí)，I0.5接通，正轉(zhuǎn)接觸器工作，驅(qū)動(dòng)變頻器帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；手柄置向后位時(shí)，I0.6接通，反轉(zhuǎn)接觸器工作，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)，或由反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)都必須經(jīng)過零位，手柄位于零位表示已關(guān)斷正在運(yùn)行的接觸器，準(zhǔn)備接通下一個(gè)接觸器，同時(shí)零位亦將VB100清零，變頻器將處于速度檔位為0的位置。</p><p>　　圖3 三檔主令控制器及變速按鈕示意

34、圖</p><p>　　2.2 限位器及安保電路</p><p>　　橋式起重機(jī)作為工礦、機(jī)械中重要的起吊設(shè)備，對(duì)安全性與可靠性的要求較高。起重機(jī)設(shè)有緊急開關(guān)，可以在出現(xiàn)事故時(shí)緊急停止，橫梁（大車，下同）設(shè)有欄桿安全開關(guān)，操作艙設(shè)有艙口安全開關(guān)，橫梁、小車、主副鉤均設(shè)有安全限位開關(guān)和電磁抱閘系統(tǒng)，電路設(shè)有過電流繼電器。這些保護(hù)可以保證起重機(jī)的安全運(yùn)行，現(xiàn)分別敘述這些保護(hù)模塊的功能。另外變

35、頻器中包含短路、過壓、缺相、失壓、過流、超速、接地等各種保護(hù)功能和故障自診斷及顯示報(bào)警功能，可在電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)這些故障時(shí)起保護(hù)作用，在此不再贅述。</p><p>　　2.2.1 限位器</p><p>　　橋式起重機(jī)限位器包含橫梁前后向限位開關(guān)、小車左右向限位開關(guān)、主鉤限位開關(guān)及副鉤限位開關(guān)。本系統(tǒng)的限位開關(guān)使用直動(dòng)式行程開關(guān)，它的動(dòng)作原理是靠移動(dòng)物體碰撞其可動(dòng)部件使常開觸頭接通、常閉觸頭

36、分?jǐn)?，?shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制。移動(dòng)物體一旦離開，行程開關(guān)復(fù)位，其觸點(diǎn)恢復(fù)為原始狀態(tài)。</p><p>　　各開關(guān)按照電動(dòng)機(jī)容量并留有一定余量選定，推薦選用LX31或JLXK1系列開關(guān)。</p><p>　　2.2.2 安保開關(guān)</p><p>　　安保開關(guān)包括橫梁欄桿安全開關(guān)、操作艙安全開關(guān)、緊急開關(guān)、各電動(dòng)機(jī)過電流保護(hù)開關(guān)等。將這些開關(guān)接在PLC輸入口上，構(gòu)成起重機(jī)

37、的安全保護(hù)電路。</p><p>　　2.2.3 電磁抱閘</p><p>　　起重機(jī)是一種間歇?jiǎng)幼鞯臋C(jī)械，要經(jīng)常地啟動(dòng)或制動(dòng)。為保證起重機(jī)安全準(zhǔn)確的吊物，無論起升機(jī)構(gòu)中或者運(yùn)行機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中都應(yīng)該設(shè)有制動(dòng)裝置。本設(shè)計(jì)采用機(jī)械抱閘裝置YA，將該裝置并聯(lián)在三相交流電源A、C兩相上。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，YA得電打開，按下停止按鈕時(shí)，YA抱緊，起制動(dòng)作用，YA與電動(dòng)機(jī)同步。</p>

38、<p>　　2.3 可編程控制器</p><p>　　PLC是本系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)接收主令控制器、限位器、開關(guān)等輸入器件和變頻器等輸出器件的開通與關(guān)斷。</p><p>　　2.3.1 可編程控制器特點(diǎn)</p><p>　　2.3.1.1 高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　?、潘械腎/O接口電路均采用光電隔離，

39、使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 </p><p>　　⑵各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms.</p><p>　?、歉髂K均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 </p><p>　　⑷采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 </p><p>　?、蓪?duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 </p><p&

40、gt;　?、柿己玫淖栽\斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 </p><p>　　⑺大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。 </p><p>　　2.3.1.2 豐富的I/O接口模塊 </p><p>　　PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)，如：交流或直流，開關(guān)量或模擬量

41、，電壓或電流，脈沖或電位， 強(qiáng)電或弱電等，有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。</p><p>　　另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊，為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等。 </p><p>　　2.3.1.3 采用模塊化結(jié)構(gòu) </p><p>　　

42、為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 </p><p>　　2.3.1.4 編程簡單易學(xué) </p><p>　　PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)

43、，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 </p><p>　　2.3.1.5 安裝簡單，維修方便</p><p>　　PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系

44、統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 </p><p>　　2.3.2 可編程控制器選型</p><p>　　在控制上，要求PLC可靠工作，基本實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)控制，方便整個(gè)系統(tǒng)升級(jí)，且更加節(jié)能。目前，國內(nèi)外有多家公司生產(chǎn)了一系列的PLC，它們都具有各自的特點(diǎn)。例如三菱公司生產(chǎn)的PLC環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，往往用于重工業(yè)領(lǐng)域等環(huán)境復(fù)雜的地方，典型應(yīng)用為機(jī)床；歐姆龍公司生產(chǎn)的PLC功能強(qiáng)大，系列齊全，但是環(huán)境適用能力不

45、如其他的PLC，通常用于電子行業(yè)；而西門子公司的PLC編程簡單，很容易實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編程，通信能力強(qiáng)，較適用于初學(xué)者適用。</p><p>　　綜合各種PLC的性能、價(jià)格以及易用性，本設(shè)計(jì)選用西門子的S7-200系列PLC。該系列的PLC屬于小型可編程控制器，有很強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中能充分發(fā)揮作用，方便日后整個(gè)起重機(jī)系統(tǒng)升級(jí)。</p><p>　　S7-200系列PLC提供5種不

46、同的基本單元（CPU），其中，CPU221型PLC不提供擴(kuò)展功能，其數(shù)字量I/O為6入/4出，無法滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。考慮到橋式起重機(jī)的I/O口較多，選擇CPU224或CPU226外加EM223模塊的PLC均可滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)選用CPU型號(hào)為CPU224的PLC，外加三個(gè)EM223（8入/8出）數(shù)字量擴(kuò)展模塊，這樣I/O數(shù)量擴(kuò)展就為38入/34出，滿足系統(tǒng)要求。日后若要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，只需增加數(shù)字量擴(kuò)展模塊即可。橋式起重機(jī)PL

47、C控制原理圖如圖2所示。</p><p><b>　　其主要功能如下：</b></p><p>　　1）變頻器運(yùn)行、停止控制；</p><p>　　2）控制制動(dòng)器，保證電動(dòng)機(jī)停止時(shí)能夠及時(shí)制動(dòng)，既不提前，也不延后； 3）升降變頻器控制方式切換；</p><p>　　4）電氣閉鎖保護(hù)控制；</p><

48、p>　　5）升降、開閉變頻器中任意一臺(tái)變頻器報(bào)警故障時(shí)，兩臺(tái)變頻器均能夠立即停止輸出，并同時(shí)制動(dòng)；</p><p>　　6）任何時(shí)刻斷電，系統(tǒng)將會(huì)立即停止運(yùn)行，制動(dòng)器制動(dòng)。</p><p>　　2.3.3 I/O端口分配</p><p>　　表2 I/O端口分配表</p><p&g

49、t;　　本系統(tǒng)的輸入口包括主回路啟停、主令控制器各位置、各電動(dòng)機(jī)限位、各電動(dòng)機(jī)啟停、各電動(dòng)機(jī)故障輸入、過電流保護(hù)、急停、復(fù)位等；輸出口包括主電路電源、急停輸出、復(fù)位輸出、各電動(dòng)機(jī)電源、各電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)、各電動(dòng)機(jī)變頻器輸出、過電流保護(hù)輸出等。</p><p>　　其中主回路啟停輸入由按鈕開關(guān)接入PLC，用以控制總電路的通斷，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)將完全停止，PLC中保存的檔位信息清零，各電動(dòng)機(jī)繼電接觸器斷開，電磁

50、抱閘機(jī)構(gòu)開通，各電動(dòng)機(jī)抱閘，保證現(xiàn)場工作人員的安全。主令控制器各位置接入PLC的輸入端口，操作人員可通過控制屏控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，加減速等操作。各電動(dòng)機(jī)限位開關(guān)保證電動(dòng)機(jī)在規(guī)定的位置內(nèi)移動(dòng)，過電流保護(hù)輸入是防止由于過電流造成的電動(dòng)機(jī)過載。各電動(dòng)機(jī)啟停與故障輸入接在PLC的輸入端口上，用以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止。急停與復(fù)位按鈕是出現(xiàn)緊急情況時(shí)的控制按鈕。</p><p>　　以上為輸入端口的分配方式，下面介紹輸出端

51、口的分配方式：主電路電源以及各電動(dòng)機(jī)電源為整個(gè)電路提供電源，由于各電動(dòng)機(jī)均設(shè)有獨(dú)立的電源，所以各電動(dòng)機(jī)可以單獨(dú)控制。當(dāng)電動(dòng)機(jī)緊急情況時(shí)使用急停輸出、復(fù)位輸出復(fù)位到初始狀態(tài)，它們接在PLC的輸出端口上，并通過繼電器接到變頻器上。各電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)、各電動(dòng)機(jī)變頻器輸出、過電流保護(hù)輸出是控制和保護(hù)各電動(dòng)機(jī)工作的口線。</p><p>　　將控制橋式起重機(jī)的線路接在PLC的I/O口上，通過軟件編程就可以控制系統(tǒng)的工作了。&l

52、t;/p><p>　　2.3.4 PLC系統(tǒng)接線方式</p><p>　　可編程控制器完成系統(tǒng)邏輯控制部分，含接受主令控制器送來的操作信號(hào)、對(duì)變頻器的控制及系統(tǒng)的安全保護(hù)，是系統(tǒng)的核心。現(xiàn)以大車為例說明PLC的接線及工作過程。</p><p>　　圖4 大車PLC及變頻器接線示意圖</p><p>　　大車PLC及變頻器的接線示意圖如圖4所示。

53、圖中電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)按鈕、停車按鈕，主令控制器的5個(gè)觸點(diǎn)，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(shí)，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(shí)，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、K5所連接的X001、X002、X003為變頻器

54、的多段頻率選擇端，利用這三個(gè)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(jì)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3所示：</p><p>　　表3 變頻器多段頻率端子狀態(tài)表</p><p>　　注： 0-斷 ，1-通</p><p><b>　　2.

55、4 變頻器</b></p><p>　　變頻器為電動(dòng)機(jī)提供頻率可調(diào)節(jié)的交流電源，是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備。本系統(tǒng)變頻器采用日本安川CIMR-G7B、CIMR-F7B系列起重專用變頻器。</p><p>　　2.4.1 變頻器控制方式的選擇</p><p>　　由于起重機(jī)機(jī)構(gòu)多為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，故選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器。</p&g

56、t;<p>　　大車、小車是普通反抗性負(fù)載，負(fù)載變化相對(duì)小，屬于阻力性負(fù)載，可以配用普通型或高功能型變頻器，故大車、小車選用U/f 開環(huán)控制方式的安川CIMR-F7B4045 型變頻器；而主鉤及副鉤負(fù)載變化大，屬于位能性負(fù)載，為獲得快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié)，獲得理想的動(dòng)態(tài)性能，通常采用矢量控制方式，故主鉤升降、副鉤升降選用安川CIMR-G7B4055型變頻器，采用閉環(huán)矢量控制方式以獲得穩(wěn)定的工作狀態(tài)和良好的機(jī)械

57、特性。</p><p>　　從變頻器工作頻率的控制來看，可以采用變頻器模擬量電壓控制端加接電位器方式，這樣電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是無極調(diào)速的。但這樣的方式與傳統(tǒng)的操作方式相差較遠(yuǎn)，考慮到轉(zhuǎn)速平滑調(diào)節(jié)對(duì)起重機(jī)來說并不重要，則可以采用變頻器機(jī)外開關(guān)多段速度選擇方式實(shí)現(xiàn)速度控制，這和選取主令控制器作為操作器件是配套的。采用變頻器后，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制也變得簡單的多了，不再需要使用接觸器交換電源的相序，只要操作變頻器的相序控制端口

58、就可以了。</p><p>　　2.4.2 變頻器容量的選擇</p><p>　　變頻器容量的選擇是以電動(dòng)機(jī)的額定功率為依據(jù)的。由于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)與通用鼠籠異步電動(dòng)機(jī)相比，其繞組的阻抗較小，因此使用變頻器調(diào)速時(shí)應(yīng)考慮紋波電流引起的過電流跳閘情況，同樣功率下的電動(dòng)機(jī)，繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)額定電流往往較大，所以選擇時(shí)應(yīng)考慮一定余量。雖然起重機(jī)升降機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，加速時(shí)間較短，但考慮到電

59、網(wǎng)電壓波動(dòng)的因素，以及安全勞動(dòng)部門對(duì)起重機(jī)1.25倍額定靜載荷檢測要求等因素來選擇起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的變頻器容量。大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)屬于大慣量負(fù)載，其加減時(shí)間一般不超過20 s，變頻器的短時(shí)過載能力為150％，不同的加速時(shí)間對(duì)變頻器容量的計(jì)算不同，當(dāng)加速時(shí)間>2 min時(shí)，變頻器功率選擇應(yīng)放大些，以此來選擇大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的變頻器容量。</p><p>　　2.4.3 變頻器制動(dòng)電阻</p>

60、;<p>　　起重機(jī)變頻器，特別是主鉤及副鉤變頻器，需配用制動(dòng)電阻。起重機(jī)放下重物時(shí)，由于重力作用電動(dòng)機(jī)將處于再生制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能要反饋到變頻器直流電路中去，使直流電壓不斷上升，甚至達(dá)到危險(xiǎn)的地步。因此，必須將再生到直流電路里的能量消耗掉，使直流電壓保持在允許的范圍內(nèi)。制動(dòng)電阻就是用于消耗這部分能量的。</p><p>　　2.5 電動(dòng)機(jī)選擇</p><p>　　橋

61、式起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)多為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，可以使用專用的變頻調(diào)速起重電機(jī)，也可以使用起重機(jī)原有的線繞轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，將轉(zhuǎn)子繞組短接就可以了。</p><p>　　提升機(jī)構(gòu)的電機(jī)選用適合頻繁起動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的變頻用電機(jī)。目前，國外以四極電機(jī)作變頻電機(jī)首選極數(shù)。電機(jī)功率為：</p><p><b>　　式1</b></p><p>　　式中P——功

62、率，kw；</p><p>　　W——額定起重量(最小幅度時(shí))＋吊釣重量＋鋼絲繩重量，N；</p><p>　　V——提開速度，m/s；</p><p><b>　　η——機(jī)械效率。</b></p><p>　　用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于變頻器的換向沖擊電壓及開關(guān)元件瞬間的開閉而產(chǎn)生沖擊電壓(浪涌電壓)引起電機(jī)絕緣惡

63、化，對(duì)電壓型PWM變頻器應(yīng)盡量縮短變頻器與電機(jī)間接線距離或者考慮加入阻尼回路(濾波器)。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)功率的選擇，必須根據(jù)生產(chǎn)的需求來決定。一般來說，起重機(jī)用電動(dòng)機(jī)比一般工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械所用的電動(dòng)機(jī)的功率大10%左右。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的選擇取決于下面兩個(gè)主要條件：</p><p>　　(1) 發(fā)熱 電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，一方面將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能而做

64、功，另一方面由于電動(dòng)機(jī)繞組本身的阻抗要消耗一部分電能轉(zhuǎn)變成熱能，使電動(dòng)機(jī)的溫度升高。電動(dòng)機(jī)由于受體積結(jié)構(gòu)等的限制，內(nèi)部絕緣材料的耐熱能力很差，極易造成老化。當(dāng)溫度超過電動(dòng)機(jī)所允許的限度時(shí)，絕緣能力被破壞，電動(dòng)機(jī)將燒毀。電動(dòng)機(jī)銘牌上都規(guī)定有電動(dòng)機(jī)的溫升，它指的是電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，定子發(fā)熱后的允許溫升與周圍環(huán)境溫度之差。</p><p>　　(2) 過載能力 各種電動(dòng)機(jī)都有一定的過載能力。交流電動(dòng)機(jī)的過載能

65、力tm是最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值，即一般起重機(jī)用的交流異步電動(dòng)機(jī)的過載能力為2.5～3.3。交流電動(dòng)機(jī)的過載能力為：</p><p><b>　　式2</b></p><p>　　式中，--電動(dòng)機(jī)允許的最大轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　--電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　各種電動(dòng)機(jī)的過載能力可從設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。&l

66、t;/p><p>　　電動(dòng)機(jī)因過載而發(fā)生溫升需要有一段時(shí)間，從發(fā)熱方面來說，容許有短時(shí)的過載。但就過載能力而言，即使在很短時(shí)間內(nèi)也是允許的。所以發(fā)熱和過載能力必須同時(shí)考慮。</p><p>　　橋式起重機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有大車電動(dòng)機(jī)兩臺(tái)、小車電動(dòng)機(jī)一臺(tái)、15噸大鉤、3噸小鉤提升電動(dòng)機(jī)各一臺(tái)，這次設(shè)計(jì)總的思路是用4臺(tái)變額器來控制5臺(tái)電機(jī)。根據(jù)分析計(jì)算后電機(jī)的基本選型見表4。</p>

67、<p>　　表4 電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p><b>　　2.6 安全裝置</b></p><p>　　起重小車的安全裝置主要有欄桿、限位開關(guān)、撞尺緩沖器、排障板等</p><p><b>　　2.6.1 欄桿</b></p><p>

68、　　橋式起重機(jī)起重小車運(yùn)行的軌道中間為鋼絲繩和吊鉤工作的空間，考慮到維修人員在小車上工作的安全，小車架朝著這個(gè)空間的兩邊都焊有保護(hù)欄，小車架的另兩邊朝著走臺(tái)，為方便維修人員的上下小車不設(shè)欄桿。</p><p>　　2.6.2 限位開關(guān)</p><p>　　當(dāng)起升機(jī)構(gòu)或運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到極端位置時(shí)，用限位開關(guān)來切斷電源開關(guān)，防止因操作失誤發(fā)生事故。</p><p>　　

69、2.6.3 緩沖器</p><p>　　為防止運(yùn)行機(jī)構(gòu)的行程限位開關(guān)失靈，小車架上安裝了彈簧緩沖器。在橋架小車軌道的極端位置處裝上擋鐵，用它來阻擋小車的運(yùn)動(dòng)并使緩沖器吸收碰撞時(shí)的能量。國家規(guī)定，容許的最大減速度為4m/s。當(dāng)小車速度不高時(shí)，也可用橡膠塊和木塊來緩沖。</p><p>　　2.6.4 排障板</p><p>　　焊在小車架上位于車輪外邊的鋼板，它的

70、作用是在運(yùn)行時(shí)排除小車軌道上可能存在的障礙物，如維修時(shí)遺忘而擱在軌道上的工具等。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　PLC程序的編制以實(shí)現(xiàn)PLC在系統(tǒng)中的任務(wù)為目的。整個(gè)橋式起重機(jī)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(gè)部分。主程序接收相應(yīng)的按鈕輸入，分別調(diào)用其余5個(gè)子程序。公用程序?qū)崿F(xiàn)PLC模擬

71、的主令控制器的功能，并將信息存入中間繼電器中。而大車、小車、主鉤、副鉤等程序分別具體控制各電機(jī)的運(yùn)行?，F(xiàn)分別介紹各程序的功能：</p><p><b>　　3.1 主程序</b></p><p>　　主程序功能簡單，主要是實(shí)現(xiàn)調(diào)用各子程序。當(dāng)PLC上電工作時(shí)，SM0.0接通，調(diào)用公用程序，完成初始化。另外，設(shè)有總電路開關(guān)，當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)I0.0接通，停止開關(guān)I0.1及過

72、電流保護(hù)開關(guān)I0.7常閉觸頭閉合時(shí)，接通總電源輸出開關(guān)Q0.0，并自保持。這時(shí)整個(gè)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(dòng)按鈕，啟動(dòng)相應(yīng)子程序。主程序梯形圖設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　圖5 主程序梯形圖程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.2 公用程序</b></p><p>　　設(shè)置公用程序可以

73、充分利用PLC的I/O點(diǎn)，減少外部接線，其程序主要是實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、提減速，用輔助繼電器輸出為后面的各子程序調(diào)用作準(zhǔn)備。</p><p>　　編程的基本思想是用比較傳送的方式，按下I1.0或I1.1時(shí)，使存儲(chǔ)器VB100中的數(shù)在1～5間順序變化，控制輸入到變頻器中的檔位變化實(shí)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(shí)，將使VB100置零。另外，在上電的第一個(gè)周期，SM0.1得電，V

74、B100亦將置零。</p><p>　　公用程序還將接收向前或者向后的輸入，實(shí)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：</p><p>　　TITLE = 公用程序</p><p>　　Network 1 上電及主令開關(guān)經(jīng)過零位時(shí)清檔位存儲(chǔ)器VB100</p><p>　　LD I0.2

75、//主令控制器零位開關(guān)I0.2</p><p>　　ED //出現(xiàn)下降沿</p><p>　　LD M11.2 //主令控制器處于向前位</p><p><b>　　ED</b></p><p><b>　　OLD</b></p>&

76、lt;p>　　LD M11.3 //主令控制器處于向后位</p><p><b>　　ED</b></p><p><b>　　OLD</b></p><p>　　O SM0.1 //上電的第一個(gè)周期</p><p>　　AN I0.1

77、 //停止按鈕按下時(shí)，不完成初始化</p><p>　　MOVB 0, VB100 //清檔位存儲(chǔ)器VB100</p><p>　　Network 2 VB100為0時(shí)M11.0置1</p><p>　　LDB= VB100, 0 //比較VB100中的數(shù)與0的大小</p><p>　　= M

78、11.0 //將比較后的結(jié)果存入M11.0</p><p>　　Network 3 VB100為5時(shí)M11.1置1</p><p>　　LDB= VB100, 5 //比較VB100中的數(shù)與5的大小</p><p>　　= M11.1 //將比較后的結(jié)果存入M11.1</p><p>

79、　　Network 4 I1.0接一次，VB100加1（VB100小于5）</p><p>　　LD I1.0 //加速開關(guān)I1.0</p><p>　　EU //出現(xiàn)上升沿</p><p>　　AN M11.1 //中間繼電器M11.1，VB100大于5時(shí)，M11.1通電<

80、;/p><p>　　INCB VB100 //VB100自增1,</p><p>　　Network 5 I1.1接一次，VB100減1（VB100大于0）</p><p>　　LD I1.1 //減速開關(guān)I1.1</p><p><b>　　EU </b></p&g

81、t;<p>　　AN M11.0 //中間繼電器M11.0，VB100小于0時(shí)，M11.0通電</p><p>　　DECB VB100 //VB100自減1</p><p>　　Network 6 速度輸出程序</p><p>　　LDN I0.1 //停止按鈕I0.1常閉觸點(diǎn)&l

82、t;/p><p>　　AN M11.3 //串聯(lián)正反轉(zhuǎn)中間繼電器，</p><p>　　AN M11.2 //防止按下正反轉(zhuǎn)時(shí),進(jìn)行加減速操作</p><p>　　A Q0.0 //主電源輸出點(diǎn)Q0.0</p><p><b>　　LPS</b></p&g

83、t;<p>　　LDB= VB100, 1</p><p>　　OB= VB100, 3</p><p>　　OB= VB100, 5</p><p><b>　　ALD</b></p><p>　　= M10.4 //變頻器速度選擇端X001</p>&

84、lt;p><b>　　LRD</b></p><p>　　LDB= VB100, 2</p><p>　　OB= VB100, 3</p><p><b>　　ALD</b></p><p>　　= M10.5 //變頻器速度選擇端X002</p>

85、<p><b>　　LPP</b></p><p>　　LDB= VB100, 4</p><p>　　OB= VB100, 5</p><p><b>　　ALD</b></p><p>　　= M10.6 //變頻器速度選擇端X003</p>

86、;<p>　　Network 7 主令控制器控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)</p><p>　　LDN I0.1</p><p>　　A Q0.0</p><p><b>　　LPS</b></p><p>　　AN I0.3 //前限位開關(guān)</p>&l

87、t;p>　　A I0.5 //主令控制器向前檔</p><p>　　AN M11.3 //并聯(lián)M11.3，與M11.2互鎖</p><p>　　= M11.2 //將主令控制器正轉(zhuǎn)信息保存在M11.2</p><p><b>　　LPP</b></p><

88、;p>　　AN I0.4 //后限位開關(guān)</p><p>　　A I0.6 //主令控制器向后檔</p><p>　　AN M11.2 </p><p>　　= M11.3 //將主令控制器反轉(zhuǎn)信息保存在M11.3</p><p>　　3.3 大車

89、控制程序</p><p>　　在設(shè)計(jì)各電動(dòng)機(jī)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(jī)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(jī)控制程序基本相同，只有主鉤控制程序加接單獨(dú)的過電流保護(hù)，且其程序簡單，故在此僅以大車控制程序介紹各電動(dòng)機(jī)控制程序的編程思路。大車運(yùn)行流程圖如下：</p><p>　　圖6 大車運(yùn)行流程圖</p><p&g

90、t;　　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。</p><p>　　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(jì)。其LOD梯形圖程序如7所示：</p><p>　　圖7 大車急停及復(fù)位梯形圖程序</p><p&g

91、t;　　大車電源控制程序是將大車啟動(dòng)按鈕常開觸點(diǎn)I1.4串聯(lián)大車停止按鈕常閉觸點(diǎn)I1.5以及大車故障按鈕常閉觸點(diǎn)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(shí)現(xiàn)繼電保持。其LOD梯形圖如圖8所示：</p><p>　　圖8 大車電源梯形圖程序</p><p>　　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(hào)輸入到變頻器的輸入口上。變頻器的正轉(zhuǎn)輸

92、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、X002、X003口。將中間繼電器的信號(hào)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(hù)電路，其梯形圖如圖9所示：</p><p>　　圖9 大車速度控制梯形圖程序</p><p>　　利用PLC控制的變頻器調(diào)速技術(shù)，橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的各檔速度、加速時(shí)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(fù)載變化時(shí)，各檔

93、速度基本不變，調(diào)速性能好。</p><p>　　3.4 其他子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　橋式起重機(jī)使用5臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，而各運(yùn)行機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)、制動(dòng)等操作基本類似，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，只需在原有基礎(chǔ)上稍加改動(dòng)即可。其中主鉤回路由于負(fù)載變化大，啟動(dòng)頻繁，因此加接過電流保護(hù)回路，具體的程序見附錄一，此處不再一一贅述。<

94、/p><p>　　4 系統(tǒng)仿真及調(diào)試</p><p>　　橋式起重機(jī)是大型設(shè)備，很難在現(xiàn)場對(duì)PLC程序進(jìn)行仿真調(diào)試，因此可以采用一些仿真軟件模擬PLC的工作情況。本次設(shè)計(jì)采用名為S7-200 version 2.0的仿真軟件進(jìn)行仿真。S7-200 version 2.0是一款專門為S7-200PLC設(shè)計(jì)的仿真軟件，界面簡單，功能實(shí)用。</p><p>　　圖10 軟件

95、仿真界面</p><p>　　經(jīng)仿真調(diào)試，原設(shè)計(jì)程序符合設(shè)計(jì)要求，輸出口指示燈可以按照輸入的要求正常的變化，整個(gè)系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際使用S7-200 version 2.0軟件仿真后發(fā)現(xiàn)，該軟件功能單一，只能指示I/O口的變化，且在子程序調(diào)用，中斷調(diào)用等方面不能完全兼容，仿真過程中不能監(jiān)控程序流程。因此，采用PLC實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行分部分仿真較好。</p><p>　　采用PLC實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行仿真過

96、程中，我發(fā)現(xiàn)實(shí)際上橋式起重機(jī)的PLC程序基本上都是對(duì)各輸入輸出開關(guān)進(jìn)行操作。這部分程序并不復(fù)雜，所涉及的邏輯思路較為簡單。因此，仿真的重點(diǎn)集中在子程序調(diào)用與公用程序上，這也是仿真軟件所不能完成的部分。</p><p>　　由于PLC實(shí)驗(yàn)箱上的I/O口數(shù)量不足，在本次仿真過程中，我采用了將整個(gè)程序分部份仿真的方法。首先是子程序調(diào)用，將源程序輸入STEP 7-MicroWIN編程軟件，通過下載線下載到PLC中，開啟程

97、序狀態(tài)監(jiān)控，就可以觀察到程序中的“能流”情況了。仿真后發(fā)現(xiàn)，子程序能夠正常調(diào)用。因此，這一部分程序是不存在問題的。</p><p>　　公用程序主要涉及到了初始化和速度控制程序。將程序下載到PLC中，開啟程序狀態(tài)監(jiān)控，運(yùn)行程序就可以看到SM0.1對(duì)VB100的初始化，觀察后發(fā)現(xiàn)，這部分程序也是正確的。速度控制程序是要將輸入的速度檔位信息保存在中間繼電器中，仿真開始后發(fā)現(xiàn)輸出到中間繼電器中的速度信息不正確，查看變頻

98、器頻率選擇狀態(tài)表后發(fā)現(xiàn)程序出現(xiàn)了錯(cuò)誤，改正后，程序就符合預(yù)想要求了。</p><p><b>　　5 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　橋式起重機(jī)作為工礦企業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的一種起重機(jī)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(duì)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(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子器件的迅

99、猛發(fā)展，電氣傳動(dòng)和自動(dòng)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(jī)拖動(dòng)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(jī)運(yùn)行的思路，這亦是現(xiàn)在流行的交流橋式起重機(jī)控制思路。</p><p>　　剛開始做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我對(duì)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的了解幾乎為零，完全不知道如何設(shè)計(jì)這樣一個(gè)系統(tǒng)。通過借閱書籍，查詢資料，我慢慢的

100、了解到一個(gè)完整的橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)該包含哪些部分，應(yīng)該如何去設(shè)計(jì)這些部分的內(nèi)容。設(shè)計(jì)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(shí)候不太方便，最終放棄了該方案，轉(zhuǎn)而采用西門子的S7-200系列PLC，方便程序調(diào)試。</p><p>　　PLC型號(hào)選定之后，就是各模塊功能的具體實(shí)現(xiàn)了。最初我考慮使用11檔位主

101、令控制器實(shí)現(xiàn)起重機(jī)主輔電路的邏輯連接關(guān)系。但是這樣將占用PLC的11個(gè)輸入口，這不僅是一種對(duì)I/O口的浪費(fèi)，也給編程帶來不便，使得程序變得十分冗長。采用精簡后的3檔位主令控制器，僅占用5個(gè)輸入口，這樣加減速、前后位等操作由PLC程序模擬實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，采用一個(gè)主令控制器控制四個(gè)變頻器的方式也可以進(jìn)一步簡化程序。</p><p>　　在實(shí)際編程的過程中，將各電動(dòng)機(jī)程序放在子程序中，并設(shè)計(jì)公用程序用以實(shí)現(xiàn)主令控制器的功能

102、，這樣整個(gè)程序就顯得條理清晰了。調(diào)試程序的時(shí)候我發(fā)現(xiàn)公用程序中的速度控制程序設(shè)計(jì)有誤，無法實(shí)現(xiàn)5段速度選擇，經(jīng)改正后程序就運(yùn)行正常了。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)給我留下了寶貴的東西。這是我第一次自己獨(dú)立完成一個(gè)課題，從收集資料開始，到方案選擇、程序設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試，再到最后的報(bào)告，經(jīng)歷了很長的時(shí)間，積累了很多的寶貴經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)將幫助我更加有效地攻克日后將會(huì)遇到的困難。</p><p&g

103、t;　　不積跬步，無以成千里。正是這樣一步步的積累，讓我們不斷地進(jìn)步。感謝老師們?cè)诎倜χ谐闀r(shí)間指導(dǎo)我完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)將讓我在日后的工作中更有信心地獨(dú)立思考，獨(dú)立完成更大的課題！</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄1 橋式起重機(jī)PLC控制系統(tǒng)STL語言程序設(shè)計(jì)</p><p>　　ORGANIZA

104、TION_BLOCK MAIN:OB1</p><p>　　TITLE=程序注釋</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p><b>　　Network 1</b></p><p><b>　　// 網(wǎng)絡(luò)注釋</b></p><p>

105、　　LD SM0.0</p><p>　　CALL SBR0</p><p>　　Network 2 </p><p><b>　　// 總電源開關(guān)</b></p><p>　　LD I0.0</p><p>　　O Q0.0</p><p>

106、　　AN I0.1</p><p>　　AN I0.7</p><p>　　= Q0.0</p><p>　　Network 3 </p><p><b>　　// 調(diào)用大車程序</b></p><p>　　LD I1.4</p><p>

107、　　CALL SBR1</p><p>　　Network 4 </p><p><b>　　// 調(diào)用小車程序</b></p><p>　　LD I1.7</p><p>　　CALL SBR2</p><p>　　Network 5 </p><p>&

108、lt;b>　　// 調(diào)用主鉤程序</b></p><p>　　LD I2.3</p><p>　　CALL SBR3</p><p>　　Network 6 </p><p><b>　　// 調(diào)用副鉤程序</b></p><p>　　LD I2.6</

109、p><p>　　CALL SBR4</p><p>　　END_ORGANIZATION_BLOCK</p><p>　　SUBROUTINE_BLOCK 公用程序:SBR0</p><p>　　TITLE=公用程序</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p

110、>　　Network 1 </p><p>　　// 上電及主令開關(guān)經(jīng)過零位時(shí)清檔位存儲(chǔ)器VB100</p><p>　　LD I0.2</p><p><b>　　ED</b></p><p>　　LD M11.2</p><p><b>　　ED</b&g

111、t;</p><p><b>　　OLD</b></p><p>　　LD M11.3</p><p><b>　　ED</b></p><p><b>　　OLD</b></p><p>　　O SM0.1</p>&l

112、t;p>　　AN I0.1 </p><p>　　MOVB 0, VB100</p><p>　　Network 2 </p><p>　　// VB100為0時(shí)M11.0置1</p><p>　　LDB= VB100, 0</p><p>　　= M11.0</p>&

113、lt;p>　　Network 3 </p><p>　　// VB100為5時(shí)M11.1置1</p><p>　　LDB= VB100, 5</p><p>　　= M11.1</p><p>　　Network 4 </p><p>　　// I1.0接一次，VB100加1（VB100小于5）&l

114、t;/p><p>　　LD I1.0</p><p><b>　　EU</b></p><p>　　AN M11.1</p><p>　　INCB VB100</p><p>　　Network 5 </p><p>　　// I1.1接一次，VB100減1