5噸橋式起重機(jī)plc與變頻器設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、. . . . 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書20 屆 工科類設(shè)計(jì)題目：橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)學(xué)生：指導(dǎo)教師： 云英 層次：本科技術(shù)職稱： 副教授 號(hào)：學(xué)生專業(yè)：機(jī)械制造與自動(dòng)化助學(xué)中心名稱：工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院設(shè)計(jì)時(shí)間： 2013年5月 15日2013年8月 30日目錄第一部分概述31.1橋式起重機(jī)簡(jiǎn)介31.2 橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的功能要求4第二部分系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)52.1 橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)52.2 橋式起重機(jī)的工作原理7第三部分硬件系統(tǒng)配置8第四部分軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)114.1 PLC選型114.2 PLC的I/O資源配置124.3 總體流程設(shè)計(jì)144.4 各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì)18第五部分設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

2、與解決方法33第六部分小結(jié)33致34參考文獻(xiàn)34第一部分 概述1.1 橋式起重機(jī)簡(jiǎn)介橋式起重機(jī)是橋架式起重機(jī)的一種用途很廣的起重機(jī)械，橋式起重機(jī)安裝在廠房高處兩側(cè)的吊車梁上，它依靠升降機(jī)構(gòu)和水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在兩個(gè)相互垂直的方向運(yùn)動(dòng)，能在矩形場(chǎng)地與上空完成操作，是各種生產(chǎn)企業(yè)廣泛使用的一種起重運(yùn)輸設(shè)備。它具有承載能力大、可靠性高、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，用戶對(duì)起重機(jī)的性能要求越來(lái)越高，而早期的起重機(jī)已無(wú)法滿足要求，因此需要對(duì)起重機(jī)的控制方式進(jìn)行改進(jìn)，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。傳統(tǒng)起重機(jī)的控制系統(tǒng)一般采用六種調(diào)速方式：直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)、改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速、轉(zhuǎn)自串電阻調(diào)速、渦流制動(dòng)器調(diào)速、可控

3、硅串級(jí)調(diào)速、直流調(diào)速。前四種為有極調(diào)速，調(diào)速圍小，且只能在額定轉(zhuǎn)速下調(diào)速。采用轉(zhuǎn)子回路串電阻等方式進(jìn)行調(diào)速，啟動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖擊很大，導(dǎo)致機(jī)械沖擊頻繁，振動(dòng)劇烈，容易造成機(jī)械疲勞，導(dǎo)致意外事故發(fā)生。因此需要采用無(wú)級(jí)調(diào)速可以較好地解決以上問(wèn)題，如可控硅串級(jí)調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，并減少啟動(dòng)、制動(dòng)沖擊，但其控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。采用直流電動(dòng)機(jī)也是一種較好的調(diào)速手段，但由于直流電動(dòng)機(jī)制造工藝復(fù)雜、維護(hù)要求高、故障率高等缺點(diǎn)，故使用較少。早期的起重機(jī)采用接觸器、繼電器系統(tǒng)控制，由于頻繁的動(dòng)作和高壓作用，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)燒損的現(xiàn)象，電阻箱受工作環(huán)境的影響容易出現(xiàn)腐蝕、老化，造成頻繁的

4、事故。隨著電力、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，變壓變頻調(diào)速技術(shù)（VVVF）和可編程邏輯控制器（PLC）已廣泛應(yīng)用于電氣傳動(dòng)領(lǐng)域。目前有以下3種調(diào)速系統(tǒng)。直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)：該系統(tǒng)通過(guò)將給定模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過(guò)速度環(huán)、電流環(huán)到SCR移相觸發(fā)的邏輯無(wú)環(huán)流調(diào)速，可用測(cè)速反饋或電壓反饋。交流調(diào)速系統(tǒng)：這是國(guó)普遍采用的一種調(diào)速方式，是利用繞線式轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，隨著晶閘管定子調(diào)壓、調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)逐漸成熟，進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。變頻調(diào)速“大功率的IGBT模塊是變頻技術(shù)在升降設(shè)備中的控制成為可能，變頻調(diào)速法現(xiàn)在有恒壓頻比控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等。我們這次設(shè)計(jì)采用變頻調(diào)速。1.2 橋式

5、起重機(jī)控制系統(tǒng)的功能要求橋式起重機(jī)的功能主要是完成大型物品的運(yùn)輸功能。其主要涉與兩方面的功能：檢測(cè)輸入信號(hào)、控制輸出。1.2.1檢測(cè)輸入信號(hào) 橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)主要完成對(duì)操作按鈕輸入的檢測(cè)、限位開關(guān)的檢測(cè)、變頻器反饋值的檢測(cè)等。 （1）操作按鈕輸入的檢測(cè)。完成對(duì)人工操作臺(tái)的輸入按鈕檢測(cè)，主要的輸入按鈕有急停旋鈕和啟動(dòng)按鈕、大車運(yùn)行和停止和加速與減速按鈕、小車運(yùn)行和停止和加速與減速按鈕、升降機(jī)運(yùn)行與停止和加速與減速按鈕等。 （2）限位開關(guān)的檢測(cè)。限位開關(guān)一共包括三組：大車前進(jìn)、后退限位開關(guān)；小車左移、右移限位開關(guān)；升降機(jī)上升、下降限位開關(guān)。 大車前進(jìn)、后退限位開關(guān)主要檢測(cè)大車的位置，防止大車運(yùn)行

6、超出允許圍。 小車左移、右移限位開關(guān)主要檢測(cè)小車的位置，防止小車運(yùn)行超出允許圍。 升降機(jī)上升、下降限位開關(guān)主要檢測(cè)升降機(jī)的位置，防止升降機(jī)運(yùn)行超出允許圍。（3）變頻器反饋值的檢測(cè)。檢測(cè)變頻器的反饋值主要是為了防止溜鉤的發(fā)生，在電磁制動(dòng)器抱住之前和松開之后，容易發(fā)生重物由停止?fàn)顟B(tài)下滑的現(xiàn)象，稱為溜鉤。之所以會(huì)出現(xiàn)溜鉤是因?yàn)椋弘姶胖苿?dòng)器在通電到斷電或者斷電到通電是需要時(shí)間的，大約0.6s（根據(jù)不同型號(hào)和大小改變），如果變頻器較早停止輸出，將很容易出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。 溜鉤現(xiàn)象的出現(xiàn)主要分兩種情況，其控制方法也分為以下兩種。 重物懸空停止過(guò)程。設(shè)定一個(gè)停止頻率，當(dāng)變頻器的工作頻率下降至該頻率時(shí)，變頻器輸出

7、一個(gè)頻率到達(dá)信號(hào)，發(fā)出啟動(dòng)電磁制動(dòng)器運(yùn)行的指令，然后延遲一段時(shí)間，該時(shí)間應(yīng)略大于電磁制動(dòng)器完全抱住重物所需時(shí)間，使得電磁制動(dòng)器抱住重物，最后將變頻器工作頻率降低到0。 重物懸空啟動(dòng)過(guò)程。設(shè)定一個(gè)上升啟動(dòng)頻率，當(dāng)變頻器工作頻率上升至該頻率，時(shí)，暫停上升，變頻器輸出一個(gè)頻率到達(dá)的信號(hào)，發(fā)出停止電磁制動(dòng)器運(yùn)行的指令，然后延遲一段時(shí)間，該時(shí)間應(yīng)略大于電磁制動(dòng)器完全松開重物所需時(shí)間，使得電磁制動(dòng)器松開重物，變頻器工作頻率逐漸升高至所需頻率。1.2.2控制輸出 控制輸出主要有大車電動(dòng)機(jī)的控制、小車電動(dòng)機(jī)的控制、升降機(jī)電動(dòng)機(jī)的控制和電磁制動(dòng)器的控制等。 （1）大車電動(dòng)機(jī)的控制?？刂圃撾妱?dòng)機(jī)的運(yùn)行方向、停止，

8、以與加減速，實(shí)現(xiàn)重物前后運(yùn)輸?shù)男枰?（2）小車電動(dòng)機(jī)的控制?？刂圃撾妱?dòng)機(jī)的運(yùn)行方向、停止，以與加減速，實(shí)現(xiàn)重物左右運(yùn)輸?shù)男枰?（3）升降機(jī)的控制。控制該電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方向、停止，以與加減速，實(shí)現(xiàn)重物運(yùn)輸?shù)男枰?（4）電磁制動(dòng)器的控制。控制電磁制動(dòng)器的運(yùn)行和停止，用于輔助控制重物的停止。第二部分 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)重要的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，一臺(tái)效率高、可靠性高的橋式起重機(jī)將會(huì)使工廠生產(chǎn)效率大大提高。 2.1.1組成圖1 橋式起重機(jī)基本組成橋式起重機(jī)一般由橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)和電氣控制結(jié)構(gòu)等三部分組成，運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般包括大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和升降

9、機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，電氣控制系統(tǒng)包括一些電纜、電氣柜等設(shè)備，還有一些保護(hù)裝置。機(jī)械組成部分簡(jiǎn)單示意圖如圖所示。 （1）大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的大車采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，使用一臺(tái)變頻器進(jìn)行控制，由于大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作頻率較小，因此采用一臺(tái)變頻器控制兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，以節(jié)約成本，變頻器的選擇以所選電動(dòng)機(jī)的額定功率為根據(jù)，通常選額定功率大一級(jí)的變頻器，其控制電路示意圖如圖所示。 （2）小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為一臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，使用一臺(tái)變頻器，變頻器圖3圖2的選擇以所選電動(dòng)機(jī)的額定功率為根據(jù)、通常選額定功率大一級(jí)的變頻器，采用V/F控制方式，其剎車方式與大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)一樣，可采用自由停車的方式，機(jī)構(gòu)開展示意圖如圖

10、2所示類似。 （3）升降機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)。升降機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，使用一臺(tái)變頻器，可采用專用變頻器進(jìn)行重物提升控制，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)要求迅速、平穩(wěn)，同時(shí)電氣制動(dòng)方式可采用外接剎車方式，升降機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)控制電路示意圖如圖2所示。2電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板和電氣控制柜等單元。在該系統(tǒng)中需要檢測(cè)較多的數(shù)字輸入量，根據(jù)設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制信號(hào)，因此系統(tǒng)的操作面板與電氣控制柜各自獨(dú)立，其示意圖4所示。圖4 橋式起重機(jī)操作面板電氣控制柜操作面板電機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)2.2 橋式起重機(jī)的工作原理2.2.1控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)橋式起重機(jī)系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總體框圖如圖5所示，PLC為核心控

11、制器，通過(guò)檢測(cè)操作面板按鈕的輸入、各個(gè)限位開關(guān)的輸入，完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止和調(diào)速控制。圖5 橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)PLC操作面板限位開關(guān)輸入各類執(zhí)行機(jī)構(gòu)變頻器2.2.2工作過(guò)程在啟動(dòng)狀態(tài)下，各類設(shè)備的控制應(yīng)根據(jù)操作面板上的按鈕輸入來(lái)控制，升降機(jī)在啟動(dòng)和停止時(shí)，通過(guò)檢測(cè)變頻器輸出的頻率，控制電磁制動(dòng)器的運(yùn)行，其工作過(guò)程如下。（1）接通電源，啟動(dòng)系統(tǒng)。（2）按下大車運(yùn)行按鈕，大車啟動(dòng)，通過(guò)加速、減速按鈕改變大車速度。（3）按下小車運(yùn)行按鈕，小車啟動(dòng)，通過(guò)加速、減速按鈕改變小車速度。（4）按下升降機(jī)運(yùn)行按鈕，升降機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)加速、減速按鈕改變升降機(jī)速度；當(dāng)需要重物懸停半空時(shí)，減小變頻器輸出頻率，

12、直到設(shè)定值，頻率停止下降，啟動(dòng)電磁制動(dòng)器，將重物抱住，防止溜鉤現(xiàn)象；當(dāng)重物需從半空開始上升或下降時(shí)，增加變頻器的輸出頻率，到達(dá)某設(shè)定值時(shí)，頻率停止上升，停止電磁制動(dòng)器工作，松開重物，變頻器輸出頻率持續(xù)增加到所需值。第三部分 硬件系統(tǒng)配置根據(jù)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)與其相關(guān)設(shè)備、工作原理和控制系統(tǒng)的功能要求，如何設(shè)計(jì)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)和所需的各種硬件設(shè)備的連接方式，因此設(shè)計(jì)出其電氣控制系統(tǒng)框圖如圖6所示，在此控制系統(tǒng)中核心處理器是PLC,其輸入和輸出量都為數(shù)字量，變頻器的控制采用RS-485通信。可編程邏輯控制器PLC操作面板限位開關(guān)小車運(yùn)行大車運(yùn)行變頻器升降機(jī)運(yùn)行圖6 電氣控制系統(tǒng)框3.1

13、接觸器 在起重機(jī)控制系統(tǒng)中，其中所有的設(shè)備的運(yùn)行都不是連續(xù)的，而是根據(jù)控制面板上的按鈕情況進(jìn)行動(dòng)作的，因此需要PLC根據(jù)當(dāng)前的工作情況，一級(jí)按鈕的情況來(lái)控制所有設(shè)備的啟停，共需要4個(gè)接觸器：大車電動(dòng)機(jī)接觸器、小車電動(dòng)機(jī)接觸器、升降機(jī)電動(dòng)機(jī)接觸器、電磁制動(dòng)器接觸器。 （1）大車電動(dòng)機(jī)接觸器。大車電動(dòng)機(jī)接觸器包括兩個(gè)部分：一個(gè)是控制正轉(zhuǎn)的接觸器；另一個(gè)是控制反轉(zhuǎn)的接觸器，通過(guò)PLC輸出的指令控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止，從而控制大車的運(yùn)行與停止。 （2）小車電動(dòng)機(jī)接觸器。小車電動(dòng)機(jī)接觸器包括兩個(gè)部分：一個(gè)是控制正轉(zhuǎn)的接觸器；另一個(gè)是控制反轉(zhuǎn)的接觸器，通過(guò)PLC輸出的指令控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止，從而控

14、制小車的運(yùn)行與停止。 （3）升降機(jī)電動(dòng)機(jī)接觸器。升降機(jī)接觸器包括兩個(gè)部分：一個(gè)是控制正轉(zhuǎn)的接觸器；另一個(gè)是控制反轉(zhuǎn)的接觸器，通過(guò)PLC輸出的指令控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止，從而控制升降機(jī)的運(yùn)行與停止。 （4）電磁制動(dòng)器接觸器。電磁制動(dòng)器接觸器通過(guò)PLC輸出的指令控制接觸器的斷開和閉合，從而控制電磁制動(dòng)器的運(yùn)行和停止。3.2變頻器 在該系統(tǒng)中，采用西門子公司的MM4系列變頻器，該系列變頻器是最常用也是功能較強(qiáng)的一種變頻器，主要應(yīng)用于各種工業(yè)、冶金、建筑、水利、紡織、交通等領(lǐng)域，性能良好，借個(gè)實(shí)惠，是一種性價(jià)比較高的變頻器。 該系列中的MM440變頻器是一種通用變頻器，能適用于一切傳動(dòng)系統(tǒng)，采用了現(xiàn)

15、代先進(jìn)的矢量控制系統(tǒng)，使得當(dāng)負(fù)載突然增加時(shí)仍能保持控制穩(wěn)定性。 如果對(duì)變頻器進(jìn)行同性控制，需要先對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要對(duì)以下幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如表1所示。表1 變頻器參數(shù)設(shè)置表參數(shù)號(hào)參數(shù)值說(shuō)明P000521顯示實(shí)際頻率P07005COM鏈路的USS設(shè)置P201069600baudP20111USS地址P0300根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置電動(dòng)機(jī)類型P0304根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置電動(dòng)機(jī)額定電壓P0305根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置電動(dòng)機(jī)額定電流P0310根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置電動(dòng)機(jī)額定頻率P0311根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速P10005通過(guò)COM鏈路的USS設(shè)定 對(duì)于在此系統(tǒng)中的三個(gè)變頻器，都采用通信控制，對(duì)

16、于不同的變頻器的控制，只需要將這三個(gè)變頻器進(jìn)行地址編號(hào)，在程序控制當(dāng)中，通過(guò)對(duì)不同地址變頻器發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同變頻器的控制，即對(duì)于控制不同設(shè)備的變頻器，改變參數(shù)P2011中的值，在此系統(tǒng)中，控制大車變頻器的地址為1，控制小車變頻器的地址為2，控制升降機(jī)的變頻器地址為3。3.3 各類按鈕 在這個(gè)控制系統(tǒng)自動(dòng)操作中，采用三個(gè)機(jī)械按鈕，控制煙支裝盤機(jī)系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止，手動(dòng)/自動(dòng)按鈕使用旋鈕，即旋到一邊接通，旋到另一邊就斷開；自動(dòng)啟動(dòng)按鈕采用觸點(diǎn)觸發(fā)式按鈕；急停按鈕使用旋轉(zhuǎn)復(fù)位按鈕，按下后系統(tǒng)停止，旋轉(zhuǎn)后自動(dòng)彈起復(fù)位。 在手動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，對(duì)于每個(gè)設(shè)備都對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)按鈕，采用觸點(diǎn)觸發(fā)式按鈕，即按下

17、接通，松開復(fù)位。 3.4 限位開關(guān) 在此系統(tǒng)中，公用了6個(gè)限位開關(guān)：前進(jìn)限位開關(guān)、后退限位開關(guān)、左移限位開關(guān)、右移限位開關(guān)、上升限位開關(guān)和下降限位開關(guān)。限位開關(guān)主要是用來(lái)控制設(shè)備在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的停止時(shí)刻和位置。 （1）大車前進(jìn)限位開關(guān)。前進(jìn)限位開關(guān)用于控制大車在向前運(yùn)行時(shí)的位置，防止大車向前運(yùn)動(dòng)超出圍。事先在縱向軌道一端的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)大車向前運(yùn)行時(shí)，如果未進(jìn)行停車操作，當(dāng)接觸到軌道前方的限位開關(guān)時(shí)，PLC控制大車停止運(yùn)行。 （2） 大車后退限位開關(guān)。后退限位開關(guān)用于控制大車在向后運(yùn)行時(shí)的位置，防止大車向后運(yùn)動(dòng)超出圍。事先在縱向軌道另外一端的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)大車向后運(yùn)行

18、時(shí)，如果未進(jìn)行停車操作，當(dāng)接觸到軌道后方的限位開關(guān)時(shí)，PLC控制大車停止運(yùn)行。 （3）小車左移限位開關(guān)。左移限位開關(guān)用于控制小車在向左運(yùn)行時(shí)的位置，防止小車向左運(yùn)動(dòng)超出圍。事先在橫向軌道一端的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)小車向左運(yùn)行時(shí)，如果未進(jìn)行停車操作，當(dāng)接觸到軌道左邊的限位開關(guān)時(shí)，PLC控制小車停止運(yùn)行。 （4）小車右移限位開關(guān)。右移限位開關(guān)用于控制小車在向右運(yùn)行時(shí)的位置，防止小車向右運(yùn)動(dòng)超出圍。事先在橫向軌道另外一端的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)小車向右運(yùn)行時(shí)，如果未進(jìn)行停車操作，當(dāng)接觸到軌道右邊的限位開關(guān)時(shí)，PLC控制小車停止運(yùn)行。 （5）重物上升限位開關(guān)。上升限位開關(guān)用于控制升降機(jī)向

19、上運(yùn)行時(shí)的位置，防止升降機(jī)向上運(yùn)動(dòng)超出圍。事先在工作臺(tái)上端的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)升降機(jī)向上運(yùn)行時(shí)，如果未進(jìn)行停車操作，當(dāng)接觸到工作臺(tái)上端的限位開關(guān)時(shí)，PLC控制升降機(jī)停止運(yùn)行。 （6）重物下降限位開關(guān)。下降限位開關(guān)用于控制升降機(jī)向下運(yùn)行時(shí)的位置，防止升降機(jī)向下運(yùn)動(dòng)超出圍。事先在工作臺(tái)下端的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)升降機(jī)向下運(yùn)行時(shí)，如果未進(jìn)行停車操作，當(dāng)接觸到工作臺(tái)下端的限位開關(guān)時(shí)，PLC控制升降機(jī)停止運(yùn)行。第四部分 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)編程軟件依然采用西門子公司為S7200系列PLC開發(fā)的STEP7-Micro/WIN32。4.1 PLC選型根據(jù)橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的功能要求，以與其復(fù)雜

20、程度，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來(lái)考慮，選擇西門子S7-200系列PLC作為橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。由于橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)涉與較多的輸入/輸出端口，其控制過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，因此采用CPU224作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點(diǎn)比較多，因此除了PLC主機(jī)自帶的I/O外，還需擴(kuò)展一定數(shù)量的I/O擴(kuò)展模塊。在此采用EM223輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊，16點(diǎn)DC輸入/16點(diǎn)DC輸出型，可以滿足控制系統(tǒng)輸入點(diǎn)的要求，雖然輸出點(diǎn)有較多空閑，但能為后期擴(kuò)展功能提供硬件條件。4.2 PLC的I/O資源配置根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對(duì)PLC的I/O進(jìn)行配置，具體分配將下面的介紹體現(xiàn)。4

21、.2.1 數(shù)字量輸入部分在此控制系統(tǒng)中，所需要的輸入量基本上都屬于數(shù)字量，主要包括各種控制按鈕、旋鈕和各種限位開關(guān)，共有26個(gè)數(shù)字輸入量，如表2所示。表2 數(shù)字輸入量地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸入設(shè)備I0.0急停I1.5重物下降I0.1啟動(dòng)I1.6重物加速I0.2大車前進(jìn)I1.7重物減速I0.3大車后退I2.0重物停止I0.4大車加速I2.1大車前進(jìn)限位I0.5大車減速I2.2大車后退限位I0.6大車停止I2.3小車左移限位I0.7小車左移I2.4小車右移限位I1.0小車右移I2.5重物上升限位I1.1小車加速I2.6重物下降限位I1.2小車減速I2.7大車變頻器復(fù)位I1.3小車急止I3

22、.0小車變頻器復(fù)位I1.4重物上升I3.1升降機(jī)變頻器復(fù)位4.2.2數(shù)字量輸出部分在這個(gè)控制系統(tǒng)中，主要輸出控制的設(shè)備有各種接觸器、電動(dòng)機(jī)等，共有7個(gè)輸出點(diǎn)，其具體分配如表3所示表3 數(shù)字輸出量地址分配輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備Q0.0大車正向運(yùn)行接觸器Q0.4升降機(jī)正向運(yùn)行接觸器Q0.1大車反向運(yùn)行接觸器Q0.5升降機(jī)反向運(yùn)行接觸器Q0.2小車正向運(yùn)行接觸器Q0.6電磁制動(dòng)器Q0.3小車反向運(yùn)行接觸器根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求、如表2和表3所示的I/O分配情況，以與如圖所示的硬件結(jié)構(gòu)框圖，設(shè)計(jì)出橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的硬件接線圖，如圖所示，此控制面板上的按鈕全部為手動(dòng)控制方式。小小4.2.3其

23、他資源配置 要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要PLC主機(jī)與擴(kuò)展模塊之外，還需要各種限位開關(guān)、接觸器和變頻器等儀器設(shè)備。以上介紹了橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)，以與PLC外圍電路連接，這些是橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，該部分的設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)是否能實(shí)現(xiàn)其預(yù)想的功能有很大關(guān)系。在完成硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，就可以根據(jù)起重機(jī)的控制要求，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)采用自上而下的設(shè)計(jì)方法，需要先設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)的功能流程圖，然后根據(jù)具體的控制要求，逐步細(xì)化控制框圖，最后完成每個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行編譯、調(diào)試、修改過(guò)程。4.3 總體流程設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過(guò)程全部在人工控制下運(yùn)行，每個(gè)設(shè)備可單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行，以測(cè)試設(shè)

24、備的性能，橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)流程圖如圖8所示。圖8 控制系統(tǒng)流程圖運(yùn)行啟動(dòng)大車運(yùn)行起重機(jī)運(yùn)行小車運(yùn)行可以通過(guò)按鈕對(duì)打車、小車和起重機(jī)進(jìn)行啟?？刂疲⑶铱梢酝ㄟ^(guò)按鈕增大或減小變頻器的頻率來(lái)改變其速度，以檢測(cè)調(diào)速性能。4.3.1 大車控制系統(tǒng)人工操作大車的運(yùn)行、停止、加速與減速，按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)開始上電工作，其工作過(guò)程主要包括以下幾個(gè)方面。（1）通過(guò)按鈕控制大車的運(yùn)行。（2）通過(guò)按鈕控制大車的停止。（3）通過(guò)按鈕控制大車的加速。（4）通過(guò)按鈕控制大車的減速。（5）前進(jìn)限位開關(guān)防止大車向前運(yùn)行超出圍。（6）后退限位開關(guān)防止大車向后運(yùn)行超出圍。以上工作過(guò)程并不是順序控制方式，而是按照PLC檢測(cè)到按

25、鈕狀態(tài)進(jìn)行啟動(dòng)，大車控制系統(tǒng)流程圖如圖9所示。YNYYNNNYNYY停止運(yùn)行增加變頻器的輸出頻率停止大車運(yùn)行加速？前進(jìn)？后退？停止？接通正向接觸器到達(dá)正向限位開關(guān)？接通反向接觸器到達(dá)反向限位開關(guān)？停止大車運(yùn)行大車控制子程序減小變頻器的輸出頻率圖9大車控制系統(tǒng)流程圖N4.3.2 小車控制系統(tǒng)人工操作小車的運(yùn)行、停止、加速與減速，按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)開始上電工作，其工作過(guò)程主要包括以下幾個(gè)方面。（1）通過(guò)按鈕控制小車的運(yùn)行。（2）通過(guò)按鈕控制小車的停止。（3）通過(guò)按鈕控制小車的加速。（4）通過(guò)按鈕控制小車的減速。（5）左移限位開關(guān)防止小車向左運(yùn)行超出圍。（6）右移限位開關(guān)防止小車向右運(yùn)行超出圍。以

26、上工作過(guò)程并不是順序控制方式，而是按照PLC檢測(cè)到按鈕狀態(tài)進(jìn)行啟動(dòng)，小車控制系統(tǒng)流程圖如圖所示。 YNYYNNNYNYY停止運(yùn)行增加變頻器的輸出頻率停止小車運(yùn)行加速？左移？右移？停止？接通正向接觸器到達(dá)左側(cè)限位開關(guān)？接通反向接觸器到達(dá)右側(cè)限位開關(guān)？停止小車運(yùn)行小車控制子程序減小變頻器的輸出頻率圖10 小車控制系統(tǒng)流程圖N4.3.3 升降機(jī)控制系統(tǒng)人工操作升降機(jī)的運(yùn)行、停止、加速與減速，按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)開始上電工作，其工作過(guò)程主要包括以下幾個(gè)方面。（1）通過(guò)按鈕控制升降機(jī)的運(yùn)行。（2）通過(guò)按鈕控制升降機(jī)的停止。（3）通過(guò)按鈕控制升降機(jī)的加速。（4）通過(guò)按鈕控制升降機(jī)的減速。（5）上升限位開關(guān)

27、防止升降機(jī)向上運(yùn)行超出圍。（6）下降限位開關(guān)防止升降機(jī)向下運(yùn)行超出圍。以上工作過(guò)程并不是順序控制方式，而是按照PLC檢測(cè)到按鈕狀態(tài)進(jìn)行啟動(dòng)，起重機(jī)控制流程圖如圖所11示。YNYYNNNYNYY停止升降機(jī)運(yùn)行子程序增加變頻器的輸出頻率停止升降機(jī)運(yùn)行子程序加速？下降？上升？停止？接通正向接觸器到達(dá)下位限位開關(guān)？接通反向接觸器到達(dá)上位限位開關(guān)？停止升降機(jī)運(yùn)行子程序升降機(jī)控制子程序減小變頻器的輸出頻率圖11 起重機(jī)控制系統(tǒng)流程圖N4.3. 4 升降機(jī)懸?？刂葡到y(tǒng)人工操作升降機(jī)在空中停止，按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)開始上電工作，其工作過(guò)程主要包括以下幾個(gè)方面。（1）重物停止時(shí)，變頻器頻率逐漸降低，下降至某設(shè)定

28、值后，停止下降，啟動(dòng)定時(shí)器。（2）定時(shí)到，啟動(dòng)電磁制動(dòng)器。（3）電磁制動(dòng)器啟動(dòng)后，變頻器頻率降低至0Hz。（4）重物啟動(dòng)時(shí)，變頻器頻率逐漸升高，上升至某設(shè)定值后，停止上升，啟動(dòng)定時(shí)器。（5）定時(shí)到，停止電磁制動(dòng)器。（6）電磁制動(dòng)器停止后，變頻器頻率逐漸上升，重物在空中啟動(dòng)。以上工作過(guò)程根據(jù)重物所處的位置，并按照PLC讀取的變頻器參數(shù)進(jìn)行控制，升降機(jī)懸停控制流程圖如圖12所示。YYNYNYYNNNYNYY重物停止電磁制動(dòng)器停止電磁制動(dòng)器啟動(dòng)延時(shí)到？變頻器頻率逐漸下降變頻器頻率逐漸上升重物啟動(dòng)到達(dá)設(shè)定值？頻率停止下降1s啟動(dòng)到達(dá)設(shè)定值？延時(shí)到？頻率停止上升1s啟動(dòng)升降機(jī)控制子程序變頻器頻率降低到0

29、，重物在空中停止圖12 升降機(jī)懸停控制系統(tǒng)流程圖變頻器頻率上升到設(shè)定值，重物在空中啟動(dòng)保持原有狀態(tài)4.4 各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)程序過(guò)程中，會(huì)使用到許多寄存器、中間繼電器、定時(shí)器等軟元件，為了便于編程與修改，在程序編寫前應(yīng)先列出可能用到的軟元件，如表4所示。表4 元件設(shè)置元件意義容備注M0.0起重機(jī)停止標(biāo)志ON有效M0.1起重機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志ON有效M0.2起重機(jī)電磁制動(dòng)器啟動(dòng)標(biāo)志ON有效M0.3大車電動(dòng)機(jī)正傳標(biāo)志ON有效M0.4大車電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)標(biāo)志ON有效M0.5大車停止標(biāo)志ON有效M0.6小車電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志ON有效M0.7小車電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)標(biāo)志ON有效M1.0小車停止標(biāo)志ON有效M1.1升降機(jī)上升標(biāo)

30、志ON有效M1.2升降機(jī)下降標(biāo)志ON有效M1.3升降機(jī)停止標(biāo)志ON有效M2.0達(dá)到升降機(jī)下限額頻率標(biāo)志ON有效M2.1電磁制動(dòng)器啟動(dòng)標(biāo)志ON有效M2.2送0 Hz到升降機(jī)變頻器標(biāo)志ON有效M2.3到升降機(jī)上限頻率標(biāo)志ON有效M2.4送上限頻率標(biāo)志ON有效M2.5斷開電磁制動(dòng)器標(biāo)志ON有效M3.0電磁制動(dòng)器運(yùn)行標(biāo)志ON有效M4.0USS_INIT指令完成標(biāo)志ON有效M4.1確認(rèn)大車變頻器的響應(yīng)標(biāo)志ON有效M4.2指示大車變頻器的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志On為運(yùn)行;off為停止M4.3指示大車變頻器的運(yùn)行方向標(biāo)志on為逆時(shí)針;off為順時(shí)針M4.4指示大車變頻器上的禁止位狀態(tài)標(biāo)志On為被禁止;off為不禁止M

31、4.5指示大車變頻器故障位狀態(tài)標(biāo)志On為故障;off為無(wú)故障M5.0USS_INIT指令完成標(biāo)志ON有效M5.1確認(rèn)小車變頻器的響應(yīng)標(biāo)志ON有效M5.2指示小車變頻器的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志On為運(yùn)行;off為停止M5.3指示小車變頻器的運(yùn)行方向標(biāo)志On為逆時(shí)針;off為順時(shí)針M5.4指示小車變頻器上的禁止位狀態(tài)標(biāo)志On為被禁止;off為不禁止M5.5指示小車變頻器故障位狀態(tài)標(biāo)志On為故障;off為無(wú)故障M6.0USS_INIT指令完成標(biāo)志ON有效M6.1確認(rèn)升降機(jī)變頻器的響應(yīng)標(biāo)志ON有效M6.2指示升降機(jī)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志On為運(yùn)行;off為停止M6.3指示升降機(jī)變頻器的運(yùn)行方向標(biāo)志On為逆時(shí)針;o

32、ff為順時(shí)針M6.4指示升降機(jī)變頻器上的禁止位狀態(tài)On為被禁止;off為不禁止M6.5指示升降變頻器故障位狀態(tài)標(biāo)志On為故障;off為無(wú)故障T37頻率降低定時(shí)器T38頻率升高定時(shí)器VD10下降頻率閾值寄存器VD20上升頻率閾值寄存器VD30大車頻率寄存器VD40小車頻率寄存器VD50升降機(jī)頻率寄存器VD60升降機(jī)頻率反饋值寄存器VB400USS_INIT指令執(zhí)行結(jié)果VB402USS_CTRL錯(cuò)誤狀態(tài)字節(jié)VW404大車變頻器返回的狀態(tài)字原始值VD406大車全速度百分值的變頻速度-200%200%VB500USS_INIT指令執(zhí)行結(jié)果VB502USS_CTRL錯(cuò)誤狀態(tài)字節(jié)VW504小車變頻器返回的

33、狀態(tài)字原始值VD506小車全速度百分值的變頻速度-200%200%VB600USS_INIT指令執(zhí)行結(jié)果VB602USS_CTRL錯(cuò)誤狀態(tài)字節(jié)VW604升降機(jī)變頻器返回的狀態(tài)字原始值VD606升降機(jī)全速度百分值的變頻速度-200%200%4.4.1大車控制程序系統(tǒng)上電后,通過(guò)操作面板上的控制按鈕操作大車的運(yùn)行,大車控制梯形圖程序如圖所示.與圖所示的梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下:LD M0.1 ;起重機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志A I0.2 ;大車前進(jìn)按鈕O M0.3 AN I0.3 ;大車后退按鈕 AN M0.5 ;大車停止標(biāo)志 AN M0.0;起重機(jī)停止標(biāo)志ANI2.1;大車前進(jìn)限位開關(guān)=M0.3;大車電

34、動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志LDM0.1AI0.3;大車后退按鈕OM0.4ANI0.2;大車前進(jìn)按鈕ANM0.5ANM0.0ANI2.2;大車后退限位開關(guān)=M0.4;大車電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)標(biāo)志LDM0.1AI0.6;大車停止按鈕OI2.1OI2.2=M0.5MOVR0.0,VD30;大車變頻器輸出頻率置0LDM0.1LPSAI0.5;大車電動(dòng)機(jī)加速按鈕ASM0.5;周期為1s的時(shí)鐘脈沖EU+R5.0,VD30在每個(gè)上升沿速度增加5%LPPAI0.6大車電動(dòng)機(jī)減速按鈕ASM0.5EU-R5.0,VD30;在每個(gè)上升沿速度減少5%圖13 大車控制梯形圖程序44.2 小車控制程序系統(tǒng)上電后,通過(guò)操作面板上的控制按鈕操作小車

35、的運(yùn)行,小車控制梯形圖程序如圖9-14所示.與圖所示的梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下:LDM0.1AI0.7;小車左移按鈕OM0.6ANI1.0;小車右移按鈕ANM1.0;小車停止標(biāo)志ANM0.0ANI2.3;小車左移限位開關(guān)=M0.6;小車電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志LDM0.1AI1.0;小車右移按鈕OM0.7ANI0.7;小車左移按鈕ANM1.0ANM0.0ANI2.4;小車右移限位開關(guān)=M0.7;小車右移標(biāo)志LDM0.1AI1.3;小車停止按鈕O 12.3O 12.4= M1.0 ；小車停止標(biāo)志MOVR 0.0，VD40 ；小車變頻器輸出頻率置0LD M0.1LPSA I1.1 ；小車加速按鈕A

36、SM0.5EU+R 5.0，VD40 ；小車速度增加5%LPPA I1.2 ；小車減速按鈕A SM0.5EU-R 5.0，VD40 ；小車速度減少5%圖14 小車控制梯形圖程序4.4.3 升降機(jī)控制程序系統(tǒng)上電后，通過(guò)操作面板上的控制按鈕操作升降機(jī)的運(yùn)行，升降機(jī)控制梯形圖程序如圖梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下：LD M0.1A I1.4 ;重物上升按鈕O M1.1AN I1.5 ；重物下降按鈕AN M1.3 ；升降機(jī)停止標(biāo)志AN M0.0AN I2.5 ；重物上升限位開關(guān)= M1.1 ；重物上升標(biāo)志LD M0.1A I1.5 ；重物下降按鈕O M1.2AN I1.4AN M1.3AN M0.

37、0AN I2.6 ；重物上升限位開關(guān)= M1.2 ；重物下降標(biāo)志LD M0.1A I2.0 ；重物停止按鈕O I2.5O I2.6= M1.3 ；重物停止標(biāo)志MOVR 0.0，VD50 ；升降機(jī)變頻器輸出頻率置0LD M0.1LPSA I1.6 ；升降機(jī)加速按鈕A SM0.5AN M2.3 ；到升降機(jī)上限頻率標(biāo)志EU+R 5.0，VD50 ；升降機(jī)速度增加5%LPPA I1.7 ；升降機(jī)減速按鈕A SM0.5AN M2.0 ；到升降機(jī)下限頻率標(biāo)志EU*R 5.0，VD50+R 5.0，VD50 ；升降機(jī)速度減少5%圖15 升降機(jī)控制梯形圖程序4.4.4升降機(jī)懸停/啟動(dòng)控制程序 系統(tǒng)上電后，升降

38、機(jī)在半空進(jìn)行停止和啟動(dòng)的控制，升降機(jī)懸停/啟動(dòng)控制梯形圖程序如圖 梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下：LD M0.1AR= VD60，VD10 ；升降機(jī)速度降至設(shè)定值= M2.0= M2.1 ；電磁制動(dòng)器啟動(dòng)標(biāo)志MOVR VD10，VD50 ；將下降頻率閥值送入變頻器LD M0.1A M2.0TON T37,10 ；升降機(jī)速度降至設(shè)定值后延時(shí)LD M1.0A T37= M2.2 ；升降機(jī)速度降至0標(biāo)志MOVR 0.0，VD50 ；升降機(jī)變頻器輸出頻率置0LD M0.1A M3.0AR= VD60，VD20 ；升降機(jī)速度升至設(shè)定值= M2.3 ；升降機(jī)速度升至設(shè)定值標(biāo)志= M2.4 TON T38

39、,10 ；升降機(jī)速度升至設(shè)定值后延時(shí)LD M0.1A M2.4MOVR VD20，VD50 ；升降機(jī)變頻器輸出置設(shè)定值LD M0.1A T38= M2.5 ；時(shí)間到，松開電磁制動(dòng)器圖16 升降機(jī)懸停/啟動(dòng)控制梯形圖程序4.45設(shè)備變頻器控制程序大車變頻器控制通信梯形圖程序如圖16所示SM 0.0SM0.0SM0.0SM0.0I2.7SM0.0960016#13#USS-INITENMode doneBaud ErrorActiveM4.0VB 400USS_CTRLENRUNOFF_2OFF_3F_ACKDIRDrive Type resp_RSpeed ErrorStatusSpeedRun

40、_END_DirInhibitFault11 VD30M4.1VB 402VB 404VD 406M4.2M4.3M4.4M4.5圖16大車變頻器控制通信梯形圖程序與圖所示的梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下：LD SM0.1CALL USS_INIT,1,9600,16#01,M4.0，VB400;Mode=1使用USS協(xié)議，波特率為9600baud，變頻器地址為1LD SM0.0= L60LD SM0.0= L63.7LDN SM0.0= L63.6LDN SM0.0= L63.5LD I2.7= L63.4LD SM0.0= L63.3LD L60.0CALL USS_CTRL,L63.7

41、，L63.6，L63.5，L63.4，L63.3,1,1，VD30，M4.1，VB402，VW404，VD406，M4.2，M4.3，M4.4，M4.5；Drive=1表示變頻器地址為1，Type=1表示所使用的變頻器是MM4系列， ；Speed=VD30是變頻器的速度百分比小車變頻器控制通信梯形圖程序如圖SM 0.0SM0.0SM0.0SM0.0I2.7SM0.0960016#013#USS-INITENMode doneBaud ErrorActiveM5.0VB 500USS_CTRLENRUNOFF_2OFF_3F_ACKDIRDrive Type resp_RSpeed ErrorS

42、tatusSpeedRun_END_DirInhibitFault21 VD40M5.1VB 502VB 504VD 506M5.2M5.3M5.4M5.5圖17小車變頻器控制通信梯形圖程序所示的梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下：LD SM0.1CALL USS_INIT,1,9600,16#02，M5.0,VB500；Mode=1使用USS協(xié)議，波特率為；9600baud，變頻器地址為2LD SM0.0= L60.0LD SM0.0= L63.7LDN SM0.0= L63.6LDN SM0.0= L63.5LD I2.7= L63.4LD SM0.0= L63.3LD L60.0CALL USS_CTRL,L63.7，L63.6，L63.5，L63.4，L63.3,2,1，VD40，M5.1，VB502，VW504，VD506，M5.2，M5.3，M5.4，M5.5；Drive=2表示變頻器地址為2，Type=1表示所使用的變頻器是MM4系列；Speed=VD40是變頻器的速度百分比4.4.6升降機(jī)變頻器控制程序升降機(jī)變頻器控制通信梯形圖程序如圖所示。與圖所示的梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下：LD SM0.1C