行车控制设计文档(终).doc

基于PLC的行车控制设计文档覃毅力一、 设计概述行车作为物料搬运系统中一种典型设备，在企业生产活动中应用广泛作用显著 ， 因此对于提高行车的运行效率，确保运行的安全可靠性，降低物料搬运成本是十分重要。本设计要求设计一行车控制系统，能控制行车在水平面上进行运动。行车的大车的运动依靠两个15kw的三相交流异步电机。行车的小车的运动依靠一个15kw的三相交流异步电机。小车上有主钩和副钩两个吊钩，能分别依靠两个75kw的三相交流异步电机进行升降。主钩和副钩能进行单独操作和联机操作。采用可编程逻辑控制器PLC内部复杂逻辑的设计实现对变频器开关量端子的控制，变频逻辑的控制改变变频器输出电源的频率和电压这两个参数来实现了变频调速。 变频调速是一平滑的过程，在调节速度过程中是无级的，对振动不敏感。其本身具有控制接线简单，全过程可调整，调速精度高，启动力矩大，过载能力强等优点，从而满足生产要求，同时也起到了极好的节能效果。行车模型如下图1、图2所示：图1 行车俯视图图2 行车前视图二、 设计要求1. 列出所用的设备选型和材料的清单（所用的型号，数量，规格）。2. 设备的安装位置，包括传感器的安装位置。3. 操作台、控制柜的主电路图和控制电路图。4. 电机能进行5档调速，和正反转。5. 行车上的主吊钩和副吊钩能进行单机，或者联机工作。6. 控制面板的示意图。7. 各项报警指示。8. 采用开关，指示灯，台达触摸屏和操作杆等作为人机交互的途径。9. 应对行车各点进行限位，以使行车安全稳定地运行。*设计备注1.行车控制采用三菱或者台达PLC作为控制器，变频器采用安川的变频器2. 低电压电器采用施耐德公司的产品。三、系统分析本设计采用了1台三菱PLC作为总控制，通过控制4台变频器，控制5台电机，从而控制大车、小车和2台吊机的运动。其中负荷测量装置用于检测吊机是否超载，从而为安全运行提供保障。大车和小车上的限位开关作为大小车运行位置的限定。吊车上的限位开关作为吊钩上下运动时的限位。图3 系统框图四、主要设备选型4.1 PLC选型根据被控对象的 I/O 点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功等方面的考虑，为了实现适应工业环境下干扰多，强度大，控制器稳定性要求高的特点，主控制器选择三菱PLC。型号为：FX2N-80MR-001。继电器输出型。FX2N-80MR-001的I/O口数量为80个，其中基本输入40个，基本输出输出40个。通过挂接一个IO扩展模块，既可满足本设计所需的IO点数。IO扩展模块选择FX2n-32ER,可扩展16个输入口，16个输出口，在满足本设计需求的基础上，又有富余的IO口，可以为系统增添新的功能。电源模块采用A1SY28A，负载电压为220v，电流为1A。4.2电机选择共使用5个三相交流异步电机。机构电机型号及其功率/电流数量大车YTSZ160L-4-15KW/29A2小车YTSZ160L-4-15KW/29A1吊钩YTSZ280S1-4-75KW/136A24.3变频器选择变频器的选择主要考虑以下几个因素：1. 应用于恒压控制还是恒流控制；2. 变频器的负载类型；3. 变频器与负载是否匹配；4. 是否应用于一些高温、高海拔的情况。对于用于起重设备的电机，所驱动的负载属于重负载型，电机需要提供较大的转矩。并且在电机启动时常常要比较大的启动电流，在过载时也要求变频器能承受，因此对变频器的要求就比较高，一般选择大一个或几个档次的变频器。对于拖动大车和小车的电机，驱动的负载类型属于大惯性的负载，因此选用的变频器也应选大一个等级的变频器。本设计使用了4台安川变频器：为了适应380v工业电压和本项目控制上的要求，采用了安川的A1000系列的变频器。机构型号参数数量选择原因大车CIMR-AB4A0088400v/37kw1考虑到变频器控制的两个15k w的电机用于小车的牵引，因此选用重负载HD额定功率为37kw的变频器作为电机驱动。小车CIMR-AB4A0044400v/18.5kw1考虑到变频器控制的10kw的电机用于小车的牵引，因此选用重负载HD额定功率为118.5kw，型号为CIMR-AB4A0031的变频器。主、副吊机CIMR-AB4A0208400v/90kw2两台重负载HD额定功率为90kw的变频器，比电机额定功率大一个等级，是为了适应电机用于升降机常常出现的超负荷运行的情况。变频器的档位可以根据所驱动机构的不同而选择不同频率，原则是能让机构运行平稳和高效。机构型号档0档1档2档3档4大车CIMR-AB4A00880Hz10Hz25Hz35Hz50Hz小车CIMR-AB4A00440Hz10Hz25Hz35Hz50Hz主、副吊机CIMR-AB4A02080Hz5Hz15Hz25Hz35Hz4.4低压电器4.4.1接触器接触器的选择主要考虑接触器控制的电路的电流的大小，应选用接触器的最大电流在所控制电路的额定电流1.5倍左右的接触器。本设计所选择的主电路接触器KM0为常开型，型号为：NS1250，额定电流800A。操作人员在系统开机后可以通过PLC控制主电路的闭合，让主电路通电。4.3.2 塑料外壳断路器断路器主要用于保护电路。当电路中电流过大，超过额定值时，断路器动作，切断电路中的电流，以保护电器元件和人员安全。选择断路器时主要考虑断路电流，既能满足系统正常运行时通过电流，又能满足电流超载之后的自动断开。为了配合驱动电机的功率和所选用的变频器型号，为各回路选择了以下电抗器：所控制回路型号脱扣电流符号大车电机回路NF125100AQF4小车电机回路NF6350AQF3主钩回路NF250225AQF2副钩回路NF250225AQF1主电路回路NV630630AQF04.3.3 制动单元和制动电阻单元电机在制动过程中，由于惯性作用，会产生大量的再生电能，如果不及时消耗掉这部分再生电能，就会直接作用于变频器的直流电路部分，轻者，变频器会报故障，重者，则会损害变频器。因此变频器要配合制动单元和制动电阻使用。制动电阻的阻值主要根据最大允许通过电流和所需制动转矩的大小选择。器件名称机构型号数量制动单元小车变频器内置大车变频器CDBR-4045B1吊机变频器CDBR-4045B22制动电阻单元小车变频器LKEB- 40181大车变频器LKEB- 40301吊车变频器LKEB- 404524五、辅助设备选型 设备名型号作用备注负荷测量装置QCX-15轴承座传感器用于测量吊钩的拉力，在超载时报警传感器安装在轴承座上，比安装在吊钩末端更安全重锤式限位开关GX-1型高度限位器吊钩的限位施耐德限位开关XCMN2102L1限位开关用于限制大车和小车的运动范围台达触摸屏DOP-B07S200用于显示一些设备运行状态和一些报警信息机械制动器当大车和小车、起重装置要停止时，提供一个机械制动力应该选用驻车制动器，在大车和小车需要运动时，才控制制动器打开，平时状态下关闭；吊车制动器也应该采用常闭合型，以防止在吊装货物时突然断电，货物脱落AC电抗器小车：X002504大车：X002506吊机：X002568变频器在工作的过程中采用先整流，再逆变的方式变频，会对电网中产生很强的高频干扰。因此在输入端加装电抗器，以滤掉这些高频干扰根据安川变频器手册，在大于22kw的变频器中已经内置有DC电抗器。再加上AC电抗器，让系统运行更稳定。三相电源控制器三相电源和电机温度控制继电器RM 35TM主要用来保护三相电机的运行，可以及时检测三相电源的网络故障，包括单相模式和三相电源网络故障导致的马达过热六、PLC I/O分配表输入口（42）输出口(34)主电路开关输入B1X0变频器1速度选择Y0-Y2大车急停按钮B2X1变频器1方向选择Y3 Y37副吊急停按钮B5X4变频器2反向选择Y8 Y38小车急停按钮B7X6变频器3速度选择Y10-Y12主吊急停按钮B8X7变频器3方向选择Y13 Y39小车摇杆档位0X9变频器4速度选择Y15-Y17小车摇杆档位1X10变频器4方向选择Y18 Y40小车摇杆档位3X12接触器KM0Y20小车摇杆档位4X13变频器1RSTY21小车运动方向X15变频器2RSTY23大车摇杆档位0X16变频器3RSTY24大车摇杆档位1X17大车机械制动Y25大车摇杆档位2X18小车机械制动Y26大车摇杆档位3X19电机1散热风扇Y27大车摇杆档位4X20电机2散热风扇Y28大车运动方向X21电机3散热风扇Y29主吊摇杆档位0X22电机4散热风扇Y30主吊摇杆档位1X23电机5散热风扇Y31主吊摇杆档位2X24主吊机械制动Y32主吊摇杆档位3X25副吊机械制动Y33主吊摇杆档位4X26变频器4RSTY35主吊运动方向X27 接触器KM1Y4副吊摇杆档位0X28接触器KM2Y9副吊摇杆档位1X29接触器KM3Y14副吊摇杆档位2X30接触器KM4Y19副吊摇杆档位3X31接触器KM5Y36副吊摇杆档位4X32副吊运动方向X33主吊点动按钮B10X34副吊电动按钮B11X35大车限位器X1,X3X36大车限位器X2,X4X37小车限位器X5X38小车限位器X6X39主吊限位器X7X40 副吊限位器X8X41变频器1故障输入X42变频器2故障输入X43变频器3故障输入X44变频器4故障输入X45七、 传感器安装位置7.1大小车限位器安装示意图图4 传感器安装位置7.2吊钩限位器（行程开关）安装示意图：图5 吊钩限位器安装图八、控制面板示意图图6 控制面板示意图九、报警提示功能触摸屏主要用于系统一些参数的显示和设置，并且在系统出现故障时用于故障的报警。主要显示以下一些参数：1. 大车、小车的运行速度2. 吊钩单机/联机模式切换3. 控制柜内温度4. 电机温度等等主要有以下一些报警信息：5. 大车电机故障报警6. 小车电机故障报警7. 主钩电机故障报警8. 副钩电机故障报警9. 电机温度过高报警10. 电路过/欠电压报警等等十、本设计实现功能本设计完成之后，能控制行车在限位器限定的范围内通过吊钩，进行物品的运送。操作人员可通过以下过程实现安全操作行车：1. 操作人员操作行车时，首先应该按下“控制面板”中的“控制电路开关”，开关接通PLC的控制回路，控制回路上电，三菱PLC开始进入工作状态。2. 接着操作人员按下“控制面板”中的“主电路开关”按钮，按钮传送一开关量（24v直流电平）至PLC，PLC向控制主电路通断的接触器KM0输出控制量，将KM导通。主电路导通三相交流电。3. 操作人员通过控制“主吊摇杆”和“副吊摇杆”可以分别向PLC输入吊钩运动的速度和方向，通过5个输入口将数字量的速度信号传送给PLC， PLC接收到控制信号之后，向相应的变频器输出3个数字量的24v直流信号，表示电机应该运行的频率。并且输出一个表示电机运行方向的开关量。变频器接收信号，向电机输出相应频率和相位的三向交流电流，以控制电机运动。吊钩上下都有限位，当超过限位时，重锤式限位开关将动作，输入一个开关量到PLC。PLC在获取信号后，控制变频器的输出频率为0HZ，电机将停止运转，同时机械制动器工作，将吊钩锁定。在吊取重物的过程中，负荷传感器始终监测着负载的状况。如果出现过载的危险情况，负荷传感器将会传送信号至PLC，此时PLC将会输出一个一定频率的信号，让控制面板上的指示灯“主钩超载/副钩超载”闪烁，并且发出警报声，以警告操作人员。4. 操作人员吊起重物后，可以通过控制“大车摇杆/小车摇杆”从而控制大车的前进和后退，小车的左行和右行。摇杆都设置了5级调速，通过5个输入口与PLC相连，PLC可以获知当前所需速度。 PLC获取行相应速度和方向后，向变频器输出相应的数值，从而控制电机运动。 运行过程中当大车或者小车到达限位时，限位开关动作，输送一个开关量给PLC，PLC关闭相应电机变频器，电机将停止，同时刹车装置动作，将车子停下。5. 若操作过程中某部分电路出现问题，操作人员可以通过“控制面板”上断掉相应部分电路的按钮的操作，通过PLC控制相应部分的接触器KM2-KM4,从而切断，或者闭合相应部分电路。6. 若运行过程中出现什么危险或者故障，将会在触摸屏上显示相应的故障信息和报警。十一、电路图11.1主回路图11.1变频器控制电路图 11.3限位器控制电路图11.3散热风扇控制电路图十二、器件清单类别型号数量单价合计三菱PLCFX2N-80MR-0011IO扩展模块FX2n-32ER1变频器1CIMR-AB4A00881变频器2CIMR-AB4A00311变频器3CIMR-AB4A02082负荷测量传感器QCX-15型轴承座传感器2高度限位开关GX-1 2限位开关XCMN