畢業(yè)設(shè)計(jì) 第3章 硬件設(shè)計(jì) 甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

畢業(yè)設(shè)計(jì)第3章硬件設(shè)計(jì)甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第3章硬件設(shè)計(jì)甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第3章硬件設(shè)計(jì)甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院xxx公司畢業(yè)設(shè)計(jì)第3章硬件設(shè)計(jì)甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度第3章基于PLC的橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則及主要任務(wù)設(shè)計(jì)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(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，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(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(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?cái)U(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(jì)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(jì)時(shí)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(shí)，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(jì)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(jì)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.設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)。(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接線圖。(3)進(jìn)行PIC系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)，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(jì)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(shí)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(jì)主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計(jì)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(jì)必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止?？傮w方案設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)中可以考慮以下方案：方案一：只改主令控制為PLC控制橋式起重機(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。第二種方案下所用器件：1、小車電動機(jī)M1，正反轉(zhuǎn)控制接觸器KM1、KM2，電磁抱閘制動YB1，終端限位保護(hù)SQ1、SQ22、大車電動機(jī)M2、M3,正反轉(zhuǎn)控制接觸器KM3、KM4，電磁抱閘制動器YB2、YB3，終端限位保護(hù)SQ3、SQ43、主鉤電動機(jī)M4,主鉤正反轉(zhuǎn)接觸器KM5、KM6，電磁抱閘制動YB4,上升限位保護(hù)SQ54、副鉤電動機(jī)M5，副鉤正反轉(zhuǎn)控制接觸器KM7、KM8，電磁抱閘制動YB5，上升限位保護(hù)SQ85、電源控制接觸器KM6、艙門安全開關(guān)SQ67、橫梁欄桿門安全開關(guān)SQ78、照明、信號指示設(shè)備控制系統(tǒng)要求1、副鉤、主鉤能夠?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)功2、大車能夠沿車間兩側(cè)立柱上的軌道實(shí)現(xiàn)縱向（前后）移動3、小車能夠沿大車上的軌道實(shí)現(xiàn)橫向（左右）運(yùn)動選型時(shí)的注意事項(xiàng)(1)在PLC選型時(shí)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(shí)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(shí)容量選擇大一些。(4)儲存時(shí)間、維持時(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和PLC之間互聯(lián)網(wǎng)兩種。與計(jì)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(jì)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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。PLC的型號選擇小車運(yùn)行控制機(jī)構(gòu)包括：1臺電動機(jī)、2個接觸器、1個電磁閥、2個限位保護(hù)開關(guān)、2個呼叫按鈕、1個制動按鈕,為4點(diǎn)輸出、5點(diǎn)輸入。大車運(yùn)行控制機(jī)構(gòu)包括：2臺電動機(jī)、2個接觸器、2個電磁閥、2個限位保護(hù)開關(guān)、2個呼叫按鈕、1個制動按鈕,為6點(diǎn)輸出、5點(diǎn)輸入。主鉤運(yùn)行控制機(jī)構(gòu)包括：1臺電動機(jī)、2個接觸器、1個電磁閥、1個限位保護(hù)開關(guān)、2個呼叫按鈕、1個制動按鈕,為4點(diǎn)輸出、4點(diǎn)輸入。艙門安全開關(guān)及欄桿門安全開關(guān)為2點(diǎn)輸入。電源控制接觸器為1點(diǎn)輸出，總啟動/停止為2點(diǎn)輸入。其中照明燈可與電源接觸器共用一個輸出口，同樣各種信號指示及電磁制動閥也可與各運(yùn)行機(jī)構(gòu)接觸器共用輸出口，因此不做重復(fù)地址分配和程序涉及。特別說明的是各臺電動機(jī)也不需要進(jìn)行地址分配和程序設(shè)計(jì)。所以總輸出為7點(diǎn)，總輸入為18點(diǎn)。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(jì)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。根據(jù)此前所述輸入/輸出分別為18點(diǎn)和7點(diǎn)，總數(shù)為25點(diǎn)，從輸入/輸出點(diǎn)數(shù)及控制過程看，選擇S7-200系列的CPU226是比較合適的。PLC的I/O地址分配I/O地址分配表序號元件名稱元件符號輸入地址編號序號元件名稱元件符號輸出地址編號1總起動按鈕SB1電源控制接觸器KM2總停止按鈕SB12小車正轉(zhuǎn)(左)接觸器KM13小車左呼叫按鈕SB23小車反轉(zhuǎn)（右）接觸器KM24小車右呼叫按鈕SB34大車正轉(zhuǎn)（前）接觸器KM