机电一体化毕业设计（论文）-桥式起重机电路改造.doc

河南职业技术学院毕业设计（论文）题 目桥式起重机电路改造 系（分院） 机电工程系 学生姓名 学 号 11511021 专业名称 机电一体化 指导教师 2013 年 3 月 5 日毕业设计（论文）任务书姓 名刘哲专 业机电一体化班 级103毕业设计（论文）题 目桥式起重机电路改造毕业设计（论文）选题的目的与意义利用所学知识分析了桥式起重机的电气控制要求及继电接触器电气控制系统的工作原理，总结了继电接触器电气控制系统的不足，并利用PLC和变频器技术，对桥式起重机的电气控制系统进行了改造，以程序控制取代继电器接触器控制，交流电动机调速方式采用变频调速，从而实现了起重机的半自动化控制。因此在此桥式起重机电路改造为题来做一篇论文，希望能学习和巩固专业知识毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）.电力拖动控制线路（第二版） 中国劳动出版社 .可编程控制技术 中国劳动社会保障出版社 .电力拖动控制线路与技能训练 中国劳动社会保障出版社 主编：宋长池 出版时间：2001.4.电器控制与PLC技术 清华大学出版社 主编：王兆明 出版时间：2001.4.流行实用程序西安电子科技大学出版社主编：贺哲荣出版时间：2006.变频技术中国劳动社会保障出版社主编：宋峰青出版时间：2004.实用变频调速技术 机械工业出版社 张燕宾编写 出版时间：2003.8毕业设计（论文）工作进度计划2012年10月1日 接受毕业论文任务书，查阅相关书籍并通过互联网收集资料 2012年10月15日 2012年11月31日 整理收集到的资料，写初稿 2012年12月10日 2012年12月31日 交初稿，并在老师的指导下修改和完善初稿 2013年2月1日 2013年3月5日 进一步完善后，交定稿接受任务日期 2012 年10 月1 日要求完成日期 2013 年3 月 5日学 生签名： 年 月 日指导教师签名：年 月 日 系（分院）主任（院长）签名：年 月 日毕业设计（论文）指导教师评阅意见表姓 名学 号性 别专 业班 级毕业设计（论文）题 目评阅意见 成绩指导教师签字年 月 日毕业设计（论文）答辩意见表姓 名学 号性 别专 业班 级毕业设计（论文）题 目答辩时间地 点答辩小组成员姓 名职 称学 历从事专业组 长成 员秘 书答辩小组意见 答 辩 成 绩：答辩小组组长签名：年 月 日桥式起重机电路改造刘哲摘要本文分析了桥式起重机的电气控制要求及继电接触器电气控制系统的工作原理，总结了继电接触器电气控制系统的不足，并利用PLC和变频器技术，对桥式起重机的电气控制系统进行了改造，以程序控制取代继电器接触器控制，交流电动机调速方式采用变频调速，从而实现了起重机的半自动化控制。文中还详细介绍了变频器与相关配套元器件的选用方法，PLC多段速控制程序及PLC与变频器控制系统的接线方法，桥式起重机PLC与变频器控制系统的工作过程。关键词：可编程控制器 变频器 起重机电气控制系统 桥式起重机电路改造概述 主钩最大起重20T,副钩最大起重5T，桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横行运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库，厂房，码头和露天料场等处。随着工业自动化的发展，PLC、变频器工厂设备中的应用越来越广泛。由于PLC的工作可靠性高，因此用PLC来代替传统的交流控制器已成为一种必然趋势。 桥式起重机可分为普通桥式起重机，简易梁桥式起重机和治金专用桥式起重机三种。普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构。起重小车又有起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。 起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接机构。 普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操作，也有远距离操作。起重量可达五百吨，跨度可达60米。简易梁桥式起重机又称梁式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似、起重量、跨度和工作速度均小，桥架主梁是由工字钢或其他型钢和板钢组成的简单截面梁，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字梁的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂梁式起重机。治金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。一、系统改造方案 桥式起重机的主要设备有:大车电机2台、小车电机1台、主钩电机1台、副钩电机1台，若仍采用绕线式电动机进行控制，则可以只选用PLC进行改造。若车间工 作环境比较恶劣，如腐蚀性粉尘，容易对电阻箱及电动机碳刷等设备部件腐蚀和过早老化，则可以采用鼠笼式电动机进行控制。此时可以采用PLC加变频器进行改造。桥式起重机有大车2台、小车电机1台、主钩电机1台、副钩电机1台，共五台电机，由于大车2台电机是同步，因此在改造过程中共用一对频器进行控制，这样共需要4台变频器。结构图2所示。 结构图2 第一种方案优点是改造过程简单，可以节约部分设备费用。缺点是:电动机转子所串电阻易烧损和断裂; 转子串电阻调速，机械特性比较软，负载变化时转速也变化，调速效果不理想;所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。而第二种方案中鼠笼式电动机价格便宜、经久耐用，在生产中受到工程欢迎，并且由PLC加变频器进行控制，其调速效果更加稳定，电能可以充分利用。根据以上两种性价比选择，该选用第二种方案。二、桥式起重机继电接触器电气控制系统（1）桥式起重机的主要结构及运动形式桥式起重机由大车、小车、提升机构（主钩、副钩及传动变速机构）等部分组成。桥式起重机的桥架称为大车，大车可以沿车间两侧立柱上的轨道做纵向移动；大车上设有小车专用轨道，供小车沿轨道做横向移动；主钩和副钩都装在小车上，副钩用来提升5吨以下较轻物件，主钩用来提升不大于20吨的重物；副钩在其额定负载范围内可协同主钩完成吊运工作，但不允许主、副钩同时提升两个物件；当两个吊钩同时使用时，起吊总重量大不能超过主钩额定质量。桥式起重机的主要运动有大车的纵向运动、小车的横向运动及主钩、副钩的升降运动。（2）桥式起重机的电气控制特点1) 三相电源是从沿着平行于大车轨道方向敷设在车间厂房一侧的三根主滑触线上，通过滑动集电刷引入；小车上电气设备的供电以及电气设备之间的连接是通过在桥架的一侧装设的21根小车导电滑线并经滑动集电刷引入。2) 桥式起重机选用绕线转子异步电动机，以适应在重载下频繁启动、制动、反转、变速等操作，绕线转子异步电动机转子回路串电阻可得到较大的启动转矩，减小启动电流，并具有一定的调速范围。3) 主钩与副钩要有合理的升降速度，空载、轻载要求速度快，以减小辅助工时；重载要求速度慢，转速可降低为额定转速的50%-60%；提升开始或重物下降至预定位置附近时采用低速，在30%额定速度附近分成几档，方便灵活操作。4) 吊钩提升的第一级作为预备级，启动转矩不能太大，一般限制在额定转矩的50%以内，这是为了消除传动间隙和张紧钢丝绳，以避免过大的机械冲击。5) 当下放负载时，负载力矩为位能性阻力矩，电动机可运转在电动状态、负载倒拉反接状态或再生发电制动状态。6) 有完备的零位、短路、过载保护。（3）、桥式起重机的对电力拖动的要求1）低压电器的分类电器是指用于接通和断开电路或对电路和电器设备进行保护，控制和调节的电工器件。在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中，电器的应用极为广泛。2）低压配电电器和低压控制电器低压配电电器用于低压配电系统中，对电器及用电设备进行保护和通断，转换电源和负载。工作可靠，在系统发生异常情况下动作准确，并有足够的热稳定性和动稳定性。如：熔断器，刀开关，低压断路器等。低压断路器用于低压电力传动，自动控制系统和用电设备中，使其达到预期工作状态。它体积小，重量轻，工作可靠。如:按钮，行程开关，接触器，继电器等。低压断路器的额定电压在工厂电器控制中，采用三相四线制供电，动力线路电压为380v，照明线路电压220v。3）熔断器低压熔断器是低压配电系统和控制系统中最常用的安全保护电器。主要用于短路保护，有时也可用于过载保护。其主体是用低熔点的金属丝或金属片制成的熔体，串联在被保护电路中。在正常情况下，熔体相当于一根导线，当电路短路或过载时，电流很大，熔体因过热而熔化，从而切断电路，起到保护作用。1）熔断器的技术参数低压熔断器的主要技术参数有额定电压，熔断器的额定电流，熔体的额定电流2）熔断器额定电压是指熔断器长期正常工作能承受的最大电压。3）熔断器额定电流是指熔断器( 绝缘底座)允许长期通过的电流。4）熔体额定电流是指熔体长期正常工作并不熔断电流，熔断器的额定电流和熔体额定电流三项参数。5）低压熔断器的额定电压应不小于电路的工作电压。6）低压熔断器的额定电流应不小于所装熔体的额定电流。（4）熔体额定电流选用1）. 电炉和照明等电阻性负载熔体额定电流IBN不小于电路的工作电流IN，即IBN=IN。2）. 配电电路为防止越级动作而扩大停电范围后一级（近电源）熔体的额定电流比前一级熔体的额定电流至少要大一级，同时，必须要校核熔断器的极限分断能力。3). 电动机 1）对于单台电动机熔体的额定电流不小于电动机额定电流的1.5-2.5倍，即IBN=（1.5-2.5）IN。 2）对于多台电动机熔体的额定电流不小于最大一台电动机额定电流INmax的1.5-2.5倍，加上同时使用的其它电动机额定电流之和IN，即IBN=（1.5-2.5）Inmax+IN.4)轻载起动或起动时间短时，系数可取小些，重载起动或起重时间长时，系数可取大些。5)因电动机的起动电流很大，熔体的额定电流应保证熔断器不会因电动机起动而熔断，熔断器一般用于短路保护。（5）刀开关1）刀开关的技术参数主要有额定电压，额定电流和分断能力。刀开关的额定电压是刀开关长期正常工作承受的最大电压。刀开关的额定电流是刀开关在合闸位置上允许长期通过的最大工作电流。刀开关的分断能力是刀开关在额定电压下能可靠分断的最大电流。2）刀开关的选用刀开关的选用一般考虑刀开关的额定电压，额定电流等。刀开关的额定电压应不小于电路实际工作的最高电压。刀开关的额定电流 1）当用作隔离开关或控制一般照明，电热等电阻性负载时，其额定电流应等于或稍高于负载的额定电流。3）当用于电动机直接起动控制时，瓷底胶盖闸刀开关只能控制容量小于5.5kw的电机，其额定电流应大于电动机的额定电流，组合开关的额定电流应不小于电动机额定电流的2-3倍。1.4 20/5t桥式起重机变频调速系统主要辅件选用起动机变频调速系统只要辅件包括断路器，交电流电抗器，制动电阻器等。为避开变频器投入时直流回路电容器的峰值，变频器配制的断路器容量为电动机额定电流的1.3-1.4倍，整定值为断路器额定值的3-4倍。接触器在变频器主回路中仅在变频器辅助器件或控制回路故障时起断开主回路的作用，一般不作回路开断器件用，故可按电动机额定电流选用接触器容量，无须按开断次数考核其寿命。为抑制变频器造成的高峰电流，在变频器的输入端加交流电抗器。同时，交流电抗器的进入端还可以起到降低电动机的噪声，改善起动转矩，在电动机轻载时改善功率因数的作用。交流电抗器容量电动机容量配置，计算公式如下：L-（2%-5%）U/2TFI,式中L-电抗器容量（H）U-额定电压（V）I-电动机额定电流（A）,电抗电流值为电动机额定电流值的1.1-1.2倍F-最大周次数(HZ),(2%-5%)U的选择根据速比要求定，速比愈大百分比愈大。制动电阻借助制动单元消耗电动机发电制动状态下从动能转换来的能量。计算公式如下：RBO-UC/1.047(TB-0.2TM)n式中：UC-直流回路电压（V）TB-制动转矩（N.m）TM-电动机额定转矩（N.m）n-电动机额定转速（r/min）在制动晶体管和制动电阻构成的能耗回路中沉区最大电流受晶体管用电流ic的阻值，因此在选择制动电阻时不可小于其最小制动电阻。（4）20/5t桥式起重机的电路工作原理，20/5t桥式起重机的电路原理图见附录(1）20/5t桥式起重机电气设备及保护装置桥式起重机的大车桥架跨度较大，两侧装置两个主动轮，分别由两台同型号、同规格的电动机M3和M4驱动，两台电动机的定子并联在同一电源上，由凸轮控制器AC3控制，沿大车轨道纵向两个方向同速运动。位置开关SQ3和SQ4作为大车前后两个方向的终端限位保护，安装在大车端梁的两侧。YB3和YB4分别为大车两台电动机的电磁抱闸制动器，当电动机通电时，电磁抱闸制动器的线圈获电，使闸瓦与闸轮分开，电动机可以自由旋转；当电动机断电时，电磁抱闸制动器失电，闸瓦抱住闸轮使电动机被制动停转。小车移动机构由电动机M2驱动，由凸轮控制器AC2控制，沿固定在大车桥架上的小车轨道横向两个方向运动。YB2为小车电磁抱闸制动器。位置开关SQ1、SQ2、为小车终端限位提供保护，安装在小车上升轨道的两端。 副钩升降由电动机M1驱动，由凸轮控制器AC1控制。YB1为副钩电磁抱闸制动器，位置开关SQ6为副钩提供上升限位保护。主钩升降由电动机M5驱动，主令控制器AC4配合交流电磁控制柜完成对主钩电动机M5的控制。YB5、YB6为主钩三相电磁抱闸制动器，位置开关SQ5为主钩上升限位保护。起重机的保护环节由交流保护控制柜和交流电磁控制柜来实现，各控制电路用熔断器FU1、FU2作为短路保护。总电源及各台电动机分别采用过电流继电器实现过载和过流保护，过电流继电器的整定值一般整定在被保护的电动机额定电流的2.25-2.5倍。总电流过载保护的过电流继电器KA0串接在公用线的W12相中，它的线圈将流过所有电动机定子电流的和，它的整定值一般整定为全部电动机额定电流总和的1.5倍。电源总开关QS1、熔断器FU1与FU2、主接触器KM、紧急开关QS4以及过电流器KA0KA5都安装在保护控制柜中。保护控制柜、凸轮控制器及主令控制器均安装在驾驶室内，以便于司机操作。交流电磁控制柜、绕线转子异步电动机串联的电阻箱安装在起重机的接地保护接与大车轨道上。(2)主接触器KM的控制在起动主接触器KM之前，应将副钩、小车、大车凸轮控制器的手柄置于“0”位零位连锁触头AC1-7、AC2-7、AC3-7处于闭合状态；关好横梁栏杆门（SQ8、SQ9闭合）及驾驶舱门盖（SQ7闭合），合上紧急开关SQ4。在各过电流继电器没有动作的情况下，按下启动按钮SB，接触器KM线圈得电主触电闭合，两副常开辅助触电闭合自锁。（3）副钩控制电路两幅凸轮控制器AC1共有11个位置，中间位置是零位，左、右两边个有5个位置，用来控制电动机M1在不同转速下的正、反转即用来控制副钩的升降。AC1共用了12副触头，其中4对常开触头控制M1定子绕组的电源，并转换电源相序实现M1的正反转；5对常开辅助触头控制M1转子电阻1R的切换；三对常开辅助触头相序作为联锁触头，其中AC1-5和AC1-6为M1正反转联锁触头，AC1-7为零位联锁触头（4）副钩上升控制在主接触器KM线圈获得电吸合的情况下，转动凸轮控制器AC1的手轮至向上“1”档，AC1的主触头V1-3W和 U1-3U闭合，触头AC1-5闭合，AC1-6和 AC1-7断开，电动机M1接通三相电源正转，同时电磁抱闸制动器线圈YB1获电，闸瓦与闸轮分开，M1转子回路中串接的全部外接电阻器1R启动，M1以最低转速、较大的启动力矩带动副钩上升。转动AC1手轮，依次到向上的“2”“5”档位时，AC1的5对常开辅助触头依次闭合，短接电阻1R51R1，电动机M1的提升转速逐渐升高，直接预定转速。（5）副钩下降控制凸轮控制器AC1的手轮转至向下档位时，触头V13-1U和U13-1W闭合，改变接入电动机M1的电源的相序，M1反转，带动副钩下降。依次转动手轮，AC1的5对常开辅助触头依次闭合，短接电阻1R51R1,电动机M1的下降转速逐渐升高，直到预定转速。将手轮依次回拨时，电动机转子回路串入的电阻增加，转速逐渐下降。将手轮转至“0”位时，AC1的主触头切断电动机M1电源，同时电磁抱闸制动器YB1也断电，M1被迅速制动停转。（6）主钩控制电路主钩电动机是桥式起重机容量最大的一台电动机，一般采用主令控制器配合电磁控制柜进行控制，即用主令控制器控制接触器，再由接触器控制电动机。主令控制器类似凸轮控制器，不过它的触头小，操作较灵活，可操作频率高，为提高主钩电动机运行的稳定性，在切除转子外接电阻时，采取三相平衡切除，使三相转子电流平衡。1）主钩启动准备合上电源开关QS1、QS2、QS3,接通主电路和控制电路的电源，将主令控制器AC4手柄置于零位，触头S1处于闭合状态，电压继电器KV线圈得电吸合，其常开触头闭合自锁，为主钩电动机M5启动控制做好准备。KV为电路提供失压与欠压保护以及主令控制器的零位保护。2） 主钩上升控制 主钩上升与副钩凸轮控制器的上升动作基本相似，但它是由主令控制器AC4通过接触器控制的。控制流程如下： 若将AC4手柄逐级扳向“2”“3”“4”“5”“6”档，主令控制器的常开触头S8、S9、S10、S11、S12逐次闭合依次使交流接触器KM5KM6线圈得电，使主钩 上升速度逐步增加。3）主钩下降控制 主钩下降有6档位置。“J”“1”“2”档为制动下降位置，防止在吊有重载下降时速度过快，电动机处于倒拉反接制动运行状态；“3”“4”“5”档为强力下降位置，主要用于轻负载时快速强力下降。主令控制器在下降位置时，6个挡次的工作情况如下：1、制动下降“J”档制动下降“J”挡是准备挡，虽然电动机M5加上正相序电压，由于电磁抱闸未打开，电动机不能启动旋转。该挡停留时间不宜过长，以免电动机烧坏。2、制动下降“1”档主令控制器AC4的手柄扳到制动下降“1”档，触头S3、S4、S6、S7闭合，和主钩上升“1”档触头闭合一样，此时电磁抱闸器松开，电动机可运转于正向电动状态或倒拉反接制动状态。当重物产生的负载倒拉力矩大于电动机产生的正向电磁转矩时，电动机M5运转在堵在倒拉反接制动状态。低速下放重物；反之，则重物不但不能下降反而被提升，这时必须把AC4的手柄迅速扳到制动下降“2”档。接触器KM3通电吸合后，与KM2和KM1辅助常开触点并联的KM3的自锁触点闭合自锁，以保证主令控制器AC4从制动下降“2”档回强力下降“3”档转换时，KM3线圈仍通电吸合，电磁抱闸制动器YB5和YB6保持得电状态，防止换挡时出现高速制动而产生强烈的机械冲击。3、 制动下降“2”档 主令控制器触头S3、S4、S6闭合，触头S7分断，接触器KM4线圈断电释放，外接电阻器全部接入转子回路，使电动机产生正向电磁转矩减小，重负载下降速度比“1”档时加快。4、 强力下降“3”档 下降速度与负载质量有关，若负载较轻，电动机M5处于反转电动状态若负载较重，下放重物的速度会很高，可能使电动机转速超过同步转速，电动机M5将进入再生发电制动状态。负载越重，下降速度越大，应注意操作安全。5、 强力下降“4”档主令控制器AC4的触头在强力下降“3”档闭合的基础上，触头S9又闭合，使接触器KM6线圈得电吸合，电动机转子回路电阻5R4被切除，电动机M5进一步加速反向旋转，下降速度加快。另外KM6辅助常开触头闭合，为接触器KM7线圈获电做好准备。6、 强力下降“5”档 主令控制器AC4的触头在强力下降“4”档闭合的基础上，又增加了触头S10，S11，S12闭合，接触器KM7KM9线圈依次得电吸合，电动机转子回路电阻5R3,5R2,5R1依次逐级切除，以避免过大的冲击电流，同时电动机M5旋转速度逐渐增加，待转子电阻全部切除后，电动机以最高速度转速运行，负载下降速度最快。 此档若下降的负载很重，当实际下降速度要超过电动机的同步转速时，电动机将会进入再发电制动状态，电磁力矩变成制动力矩，由于转子回路未串任何电阻，保证了负载的下降速度不至于太快，且在同一负载下“5”档下降速度要比“4”档和“3”档速度低。 再生发电制动后，如果需要降低下降速度，就需要把主令控制器手柄扳回到制动下降位置“1”档或“2”档，进行反接制动下降。这时必然要通过强力下降“4”档和“3”档，由于“4”档、“3”档转子回路串联的电阻增加，根据绕线式电动机的机械特性可知，那么正在告诉下降的负载速度不但得不到控制，反而使下降速度增加，很可能造成恶性事故。为了避免在主令控制器转换过程中或操作人员不小心，误把手柄停在强力下降“4”档或“3”档，导致发生过高的下降速度，在接触器KM9电路中辅助常开触点KM9自锁，同时在该支路中再串联一个常开辅助触点KM1，这样可以保证主令控制器手柄由强力下降位置向制动下降位置转换时，接触器KM9线圈始终得电，切除所有转子回路电阻。另外，在主令控制器AC4触头分合表中可以看到，强力下降位置“4”档“3”档上有“0”的符号，表示手柄由强力下降“5”档向制动“2”档回转时，触头S12保持接通，只有手柄扳至制动下降位置后，接触器KM9线圈才断电。三、PLC、变频器控制系统的软硬件设计（1 ）PLC简介及特点PLC控制的工作方式是用了循环扫描，其扫描的过程一般包括5个阶段：内部处理、通信操作、输入处理、执行处理、输出处理。当PLC方式开关置于运行时，执行所以阶段；PLC方式开关置于停止时，不执行后面的三个阶段，此时可进行通信操作，对PLC编程等。对于不同的PLC，扫描过程中各步执行的顺序不同，由PLC内部的系统程序决定。进行一次全过程扫描所需的时间称为扫描周期。内部处理：CPU检查主机硬件和所有的输入模块、输出模块，在运行模式下，还检查用户程序存贮器。如果发现异常，就停止显示错误；如果自诊断正常，就继续向下扫描。通信操作：在通信操作阶段，CPU自动检查并处理各通信端口接收到信息，完成数据通信任务。即检查是否有计算机、编程器的通信请求，若有则进行相应的粗处理。执行程序：输入处理又称为输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入点的通断状态，并将读入的信号存入输入映像寄存器，输入映像寄存器被刷新。程序执行时，输入映像寄存器与外界隔离，即使外界信号变化，其内容也保持不变。用户程序在PLC中是顺序存放的。在这一阶段，CPU根据PLC用户程序从第一条指令开始顺序取指令并执行，直到执行最后一条指令结束。执行指令时，从输入映像寄存器读取各输入点的状态，执行指令对各数据进行算术运算或逻辑运算，然后将运算结果送输出影响寄存器，输出影响寄存器的内容会随着程序的运行而改变。输出处理：程序执行完毕后，将输出映像寄存器的状态转存到输出锁存器，集中对输出点进行刷新，通过隔离电路，驱动功率放大器，使输出点向外界输出控制信号，驱动外部负载。PLC循环扫描的工作方式，说明PLC是“串行”工作点，这和继电接触控制系统“并行”工作有质的区别。PLC的串行工作方式避免了继电控制的触点竞争问题。由于PLC循环扫描的工作方式，在程序执行阶段，输入的变化不会影响输入映像寄存器的内容，输出映像区的输出信号要等到执行程序结束后才会被送到输出锁存器，由此可见，改变全部的输入、输出状态需要一个扫描周期，即输入、输出状态保持一个扫描周期。扫描周期是PLC的重要指标之一，小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。扫描周期的长短取决于扫描速度和用户程序的长短。选择高速CPU可以提高扫描速度，合理地设计程序也可以缩短扫描周期。可编程控制器为了适应在工业环境中使用有如下特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强可编程控制器专为控制而设计，除了对元件进行严格的筛选和老化处理外，在硬件和软件两个方面还采用了隔离、滤波、屏蔽、故障自动诊断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰性，其平均无故障时间有（35）100000以上。(2)控制程序可变,具有很好的柔性。(3)编程简单，使用方便。可编程控制器采用的是面向技术工人、面向控制过程的梯形图语言。梯形图语言与继电接触控制电路图相似，形象直观、简单易学，一般的电气技术人员、工人都可以在短时间学会，软件编程简单。可编程控制器通过程序实现控制，当控制要求发生改变时，只要修改程序即可编程控制器产品已经标准化、系列化、模块化，因而能灵活方便地进行系统配置，组成规模不同、功能各异的控制系统。既可以单机控制，也可以联网群控；既可以现场控制，也可以远距离控制。(4)功能完善(5)扩充方便，组合灵活(6)减少控制系统设计施工的工作量(7)体积小，重量轻，是机电一体化的特有产品(2) 变频器简介及特点变频器主要用于交流电动机（异步电机或同步电机）转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。变频器原理是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。可分为交交变频器，交直交变频器。交交变频器可直接把交流电变成频率和电压都可变的交流电；交直交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电，再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。变频器的设定参数较多，每个参数均有一定的选择范围，使用中常常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的现象，因此，必须对相关的参数进行正确的设定。（1）控制方式即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根据控制精度进行静态或动态辨识。 （2）最低运行频率即电机运行的最小转速，电机在低转速下运行时，其散热性能很差，电机长时间运行在低转速下，会导致电机烧毁。而且低速时，其电缆中的电流也会增大，也会导致电缆发热。 （3）最高运行频率一般的变频器最大频率到60Hz，有的甚至到400Hz，高频率将使电机高速运转，这对普通电机来说，其轴承不能长时间的超额定转速运行，电机的转子是否能承受这样的离心力。 （4）载波频率载波频率设置的越高其高次谐波分量越大，这和电缆的长度，电机发热，电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。 （5）电机参数 变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率，这些参数可以从电机铭牌中直接得到。 5、变频器中常用的控制方式非智能控制方式 在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。 （1）V/f控制V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。 （2）转差频率控制 转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。 （3）矢量控制 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。 无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。 （4）直接转矩控制 直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩。 （5）最优控制 最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。 其他非智能控制方式 在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。 智能控制方式 智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。在变频器的控制中采用智能控制方式在具体应用中有一些成功的范例。 神经网络控制 （1）神经网络控制方式应用在变频器的控制中，一般是进行比较复杂的系统控制，这时对于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网络控制方式可以同时控制多个变频器，因此在多个变频器级联时进行控制比较适合。但是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具体应用中带来不少实际困难。 （2）模糊控制模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，使电动机的升速时间得到控制，以避免升速过快对电机使用寿命的影响以及升速过慢影响工作效率。模糊控制的关键在于论域、隶属度以及模糊级别的划分，这种控制方式尤其适用于多输入单输出的控制系统。 （3）专家系统专家系统是利用所谓“专家”的经验进行控制的一种控制方式，因此，专家系统中一般要建立一个专家库，存放一定的专家信息，另外还要有推理机制，以便于根据已知信息寻求理想的控制结果。专家库与推理机制的设计是尤为重要的，关系着专家系统控制的优劣。应用专家系统既可以控制变频器的电压，又可以控制其电流。 （4）学习控制 学习控制主要是用于重复性的输入，而规则的PWM信号(例如中心调制PWM)恰好满足这个条件，因此学习控制也可用于变频器的控制中。学习控制不需要了解太多的系统信息，但是需要12个学习周期，因此快速性相对较差，而且，学习控制的算法中有时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的，同时，学习控制还涉及到一个稳定性的问题，在应用时要特别注意。（3）PLC的机型选择及变频器的机型选择根据I/O信号的数量、类型以及控制要求，同时考虑到维护、改造和经济等诸多因素，决定选用2个三菱的FX2N-64MR系列PLC来满足控制要求。 根据20/5t的功率，同时考虑到维护、改造和经济等诸多因素，决定选用FRF700CH系列变频器来满足控制要求。四、主钩电气控制线路（1）主钩电气控制线路如图4-1所示。图4-1 主钩电气控制线路 表4-1 I/O分配表如图4-2所示：I/O点用途I/O点用途X20主钩上升Y25主钩变频器工作X21主钩下降Y26主钩上升X221速 Y27主钩下降X232速Y30接变频器转速输入X243速Y31X254速Y32X265速Y33制动电磁铁X276速Y34主钩故障报警X30制动电磁铁控制X31故障停车、主钩急停X36上限位开关图4-2主钩控制程序图4-3五、副钩电气控制线路 （一）副钩电气控制线路图5-1图5-1（二）副钩I/O分配5-2表和副钩梯形图5-3所示I/O点用途I/O点用途X0向上启动Y0副钩变频器工作X1向下启动Y2副钩向上X2停止 Y3副钩向下X32速Y4接变频器转速输入X43速Y5X54速Y6X65速Y1副钩故障报警X7故障停车X10副钩启动图5-2图5-3六、小车电气控制线路（一）小车控制线路如图6-1所示图6-1（二）小车控制程序I/O图6-2分配表和梯形图图6-3I/O点用途I/O点用途X11向左启动Y7小车变频器工作X12向右启动Y10小车向上X13停止 Y11小车向下X142速Y12接变频器转速输入X153速Y13X164速Y14X175速Y15小车故障报警X32故障停车X33小车启动图6-3七、 大车电气控制线路 （一）大车控制线路如图7-1所示7-1（二）大车I/O分配表大车梯形图如图7-2所示I/O点用途I/O点用途X34向后启动Y35大车变频器工作X35向前启动Y36大车向后X37停止 Y37大车向前X402速Y40接变频器转速输入X413速Y41X424速Y42X435速Y43大车故障报警X44故障停车X45大车启动图7-2结束语通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的最后