【基于PLC小型吊车的点动控制线路设计6100字（论文）】

基于PLC小型吊车的点动控制线路设计1绪论 12系统组成 23系统硬件设置 33.1变频调速 43.2电动机的选择 43.3可编程控制器 53.4.1PLC的概述 53.4.2PLC的选型——SIEMENSS7-200 73.4.3I/O端口分配 73.4.4PLC系统接线方式 94系统软件设计 124.1主程序 134.2公用程序 144.3大车控制程序 18结论 20参考文献 21

摘要本文以西门子S7-200系列PLC为例，讲述了PLC在小型吊车改造中的控制方案。本文主要用变频器与自动化的内容来制作小型吊车制动用PLC的线路时，可以做到简易化、多功能化和成本减小化，由变频器的交流调速系统可取代直流调速，本系统将塔式起重机控制系统由继电器控制改为PLC控制，四大机构采用变频器来调节速度。使用传感器来实现吊车吊臂与吊钩的防碰撞功能，防止吊车与吊车、吊车与吊塔、吊车与他物之间的碰撞。关键词：PLC；吊车；继电器；点动控制1绪论小型吊车是我们建筑机械的关键设备，在建设起着重要的作用，我们只花了五十年去对发达国家塔式吊车发展的几百年，现在已达到发达国家水平，在当代国际市场。随着高层建筑的发展，80年代，全国最大的塔式吊车建设突飞猛进。在90年代，加速现代化的进程中，对塔式吊车的要求越来越高，国内外市场，许多大型建筑物、桥梁和其他市水利电力，增加使用PLC控制的吊车，吊车可以使线和断层在一定程度上降低了。功能还可以扩展到一定程度。该plc具有可靠性高、抗干扰能力强、适应性强、应用灵活、编程方便、使用方便、控制系统设计、安装、调试、维护方便、维修少等一系列优点。变频器可提供频率可调的交流电源，从而控制电机的转速，实现塔式小型吊车的多段速度。因此，“plc+变频器”控制模式在塔式小型吊车的改造中非常流行。自PLC问世以来，人们就一直关注它。在不断发展和完善的过程中，PLC已广泛应用于机械工业等行业，特别是在小型吊车中。PLC作为整个系统的控制核心，采用变频器控制电机转速，实现传统继电器控制塔式微型吊车的改造。为了减轻工人的劳动强度，主三控制器作为操作面板。PLC作为整个控制系统的核心，它接受来自向前和向后的主控制器，零位置和速度控制信号，信号输入的极限，并通过PLC内部操作分别发送给四台变频器的输入信号电路保护的保护。变频器从PLC接收控制信号，并根据操作者的操作控制电机运行。主控器开关和公共启动按钮和停止按钮集中在控制舱的操作面板上，供操作员操作和使用。经改造的塔式小型吊车有以下优点：在运用学校与书本上的自动化操作的知识时，自身也可以得到许多的提高，在设计时的难点与错误发生时可以发现自身的不足。灵活运用导师的指导与文献的内容来充实自己，为以后的岗位做未雨绸缪。在完成本系统设计的意义在于它能够切实有效地提高工作人员的操作流程，更高效、快捷地实现小型吊车功能，保障系统的安全，提高安全水平和工作效率，进而减少安装成本与维修费用。2系统组成本设计系统的组成主要由大车控制系统、小车控制系统、主钩和副钩控制系统组成。使用主令控制器来支配各PLC程序的执行，来实现塔式小型吊车各机构的前进、后退、上升、下降。具体流程如图2.1所示。图2.1系统结构框图如图2.1使用一台主令控制器来支配可编程控制器，大量减少了每台PLC使用一台主令控制器的I\O口，减少了操作的强度，同时也极大限度的避免了一些误操作。本设计是使用四台PLC控制四个变频器来实现五台电动机的运行，从而来调动各部分机构。3系统硬件设置本设计使用PLC来控制四台变频器实现五台电动机的运转。其主电路接线图如图3.1所示。图3.1主电路接线图针对以上原理图，首先我需要对变频器做进一步的介绍。3.1变频调速表3.1各机构的变频器参数变频器型号额定功率/电流主起升机构6SE70272-ED6137KW/48A副起升机构6SE70274-7ED6122KW/47A大车运行机构6SE6440-2AD3115KW/30A小车运行机构6SE6440-2AD255.5KW/11.6A3.2电动机的选择表3.2电动机的选择电机型号电机功率主起升机构YZR250M1-830KW副起升机构YZR200L-815KW大车运行机构YZR160M1-62*5.5KW小车运行机构YZR1601-65.5KW3.3可编程控制器3.4.1PLC的概述可编程程序控制器，也称为PLC(programmableLogiccontroler)，即是可编程逻辑控制器。它采用计算机结构，主要包括存储器、CPU、通信接口模块、输入输出接口和模块、电源、编程器六部分。如图3.2所示，PLC使用总线结构来传输数据和指令。各种开关信号的仿真，各种外部信号，传感器作为PLC的输入变量，它们是PLC输入外部输入端，由PLC内部寄存器，内部逻辑或其他处理后送到输出端作为输出变量，作为PLC的输出变量，对现场设备进行各种控制。图3.2可编程控制器基本结构示意图常见的PLC有整体式和模块式两类。不论哪种结构，其内部组成是相似的，主要有以下几点：1、中央处理器CPU是PLC的“大脑”，它控制所有其它部件的操作，一般由寄存器、运算器、控制电路等组成，通过控制总线、数据总线和地址总线与I/O接口电路、存储器连接。2、存储器存储器是一种具有记忆功能的半导体电路。PLC存储器包括系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序是指控制和实现PLC的各种功能的程序。支持程序由用户通过程序员输入到PLC的读写存储器中，允许用户发起修改。3、输入/输出接口电路输入/输出接口电路将PLC主机与外部设备连接。提高抗干扰能力，一般的输入/输出光电隔离器件接口，侯泛应用光电隔离器由发光二极管和光敏三极管。4、电源部亶电源部件用来将外部供电电源转换成供PLC的CPU、存储器、I/O接口等电子电路工作所錀要的皴流电源，使PLC能正常工作。3.4.2PLC的选型——SIEMENSS7-200S7-200系列PLC速度快、功能强、具有极高的可靠性、良好的通信能力、具有模块化、实时特性、极丰富的指令集等。它强大的功能使得在单机操作或连接到网络中实现复杂的控制功能成为可能。可以根据不同的对象选择不同类型和不同数量的模块。并可以将这些模块安装在同一机架上。3.4.3I/O端口分配表3.3I\O端口分配表I\O点用途I\O点用途I\O点用途I\O点用途I0.0主回路启动I2.1小车停止按钮Q0.1小车电源Q2.2主钩正转I0.1主回路停止I2.2小车故障保护Q0.2主钩电源Q2.3主钩反转I0.2主令控制器零位I2.3小车左行限位Q0.3副钩电源Q2.4主钩变频1I0.3主令控制器向前I2.4小车右行限位Q0.4大车正转Q2.5主钩变频2I0.4主令控制器向后I2.5主钩过电流保护Q0.5大车反转Q2.6主钩变频3I0.5主令控制器加速I2.6主钩启动按钮Q0.6大车变频1Q2.7主钩急停I0.6主令控制器减速I2.7主钩停止按钮Q0.7大车变频2Q3.0主钩复位I0.7急停I3.0主钩故障保护Q1.0大车变频3Q3.1副钩正转I1.0复位I3.1主钩上升限位Q1.1大车急停Q3.2副钩反转I1.1大车过电流保护I3.2主钩下降限位Q1.2大车复位Q3.3副钩变频1I1.2大车启动按钮I3.3副钩过电流保护Q1.3小车正转Q3.4副钩变频2I1.3大车停止按钮I3.4副钩启动按钮Q1.4小车反转Q3.5副钩变频3I1.4大车故障保护I3.5副钩停止按钮Q1.5小车变频1Q3.6副钩急停I1.5大车前限位I3.6副钩故障按钮Q1.6小车变频2Q3.7副钩复位I1.6大车后限位I3.7副钩上升限位Q1.7小车变频3I1.7小车过电流保护I4.0副钩下降限位Q2.0小车急停I2.0小车启动按钮Q0.0大车电源Q2.1小车复位本设计的PLC控制的输入包括主令控制器的位置、主回路的启动和停止、电动机故障输入、电动机的限位、电动机启动和停止以及过电流复位、急停、保护等；输出包括急停输出、主电路电源、复位输出、电动机正反转、电动机电源、过电流保护输出、电动机变频器输出等。主回路的启动和停止按钮开关的输入与PLC连接，用于连接和断开控制电路，当按下启动按钮，系统准备待命，按下停止按钮时，系统将停止工作，PLC中存储的信息将失速零，电机停止运行。电磁制动机构的开启，起到安全保护的作用。PLC主控制器接入，允许操作者轻松控制电机的正、负、加减速等动作。每个电机故障输入也连接到PLC的输入口，从而控制电机的启动和停止。紧急停机和复位按钮是紧急情况下的控制按钮。限位开关是保证电动机处于安全位置的动作，过电流保护是防止电动机因过电流而过载。在PLC的输出口中，主告诉大车，以及主、副钩的变频速度，功率指示灯正常运转和电机的正反转，紧急停止、复位等。采用I\O型线控制塔式吊车的plc端口，通过软件编程实现系统控制。3.4.4PLC系统接线方式PLC总接线图见图3.3。图3.3PLC总接线图依照大车PLC及变频器的接线示意图为例来说明PLC的接线和工作过程，如图3.5所示。停止按钮、启动按钮、主控制器的5个触点以及系统中使用的各种安全装置连接到PLC的输入端口。输出连接到许多小继电器。它们被用来控制变频器的输出频率和相位，K1控制频率的正序列两端的反相端K2变频器控制，当K1和K2在接通电源，三相逆变器的输出，当两连接或不连接，变频器输出功率终止K7，K6，连接到变频器停止和复位端。K3、K4、K5所连接的X001、X002、X003为变频器的多段频率选择端，利用三端的组合，有七种速度可以选择，具体的速度值可通过变频器的功能码设置，本设计只使用5档速度，X1、X2、X3的组合关系与速度档位的关系如表3.4所示：表3.4变频器多段频率端子状态表速度档位01234567X00101010101X00200110011X00300001111注：0-断，1-通图3.5大车PLC及其变频器接线图4系统软件设计程序的编写是实现PLC在系统中的任务。塔式小型吊车的整个控制系统的程序分为主程序、大车程序、公用程序、小车程序、副钩程序、主钩程序6个部分。主程序用来接收相应的按钮输入，分别控制其余5个子程序。公用程序是实现PLC模拟的主令控制器的功能，并将信息存入中间继电器中，小车、大车、主钩、副钩程序分别控制各电机的运行。现分别介绍各程序的功能。系统总流程图如图4.1所示。图4.1系统总流程图4.1主程序主程序实现的是调用各子程序，其功能简单。当PLC上电工作时，SM0.0接通，调用公用程序，完成初始化。当启动开关I0.0接通时，停止开关I0.1及过电流保护开关I0.7常闭触头闭合时，接通总电源输出开关Q0.0，并自保持。这时整个电路将通电，公用程序完成初始化，等待操作人员按下大车、小车、主钩或副钩的启动按钮，启动相应子程序。主程序梯形图设计如下：图4.2主程序梯形图程序设计4.2公用程序公用程序的设置可以充分利用PLC的I/O点，减少外部接线。其程序主要是实现电动机的正反转、加减速。编程的基本思路是用比较传送的方式，按下I1.0或I1.1时，使存储器VB100中的数在1～5间顺序变化，控制档位的变化实现调速。当主令控制器处于零位，或输入到VB100中的数大于5或者小于0时，将使VB100置零。另外，在上电的第一个周期，SM0.1得电，VB100亦将置零。公用程序还将接收向前或者向后的输入，实现主令控制器的向前或者向后的功能。公用程序的STL语言如下：TITLE=公用程序Network1上电及主令开关经过零位时清档位存储器VB100LDI0.2//主令控制器零位开关I0.2ED//出现下降沿LDM11.2//主令控制器处于向前位EDOLDLDM11.3//主令控制器处于向后位EDOLDOSM0.1//上电的第一个周期ANI0.1//停止按钮按下时，不完成初始化MOVB0,VB100//清档位存储器VB100Network2VB100为0时M11.0置1LDB=VB100,0//比较VB100中的数与0的大小=M11.0//将比较后的结果存入M11.0Network3VB100为5时M11.1置1LDB=VB100,5//比较VB100中的数与5的大小=M11.1//将比较后的结果存入M11.1Network4I1.0接一次，VB100加1（VB100小于5）LDI1.0//加速开关I1.0EU//出现上升沿ANM11.1//中间继电器M11.1，VB100大于5时，M11.1通电INCBVB100//VB100自增1,Network5I1.1接一次，VB100减1（VB100大于0）LDI1.1//减速开关I1.1EUANM11.0//中间继电器M11.0，VB100小于0时，M11.0通电DECBVB100//VB100自减1Network6速度输出程序LDNI0.1//停止按钮I0.1常闭触点ANM11.3//串联正反转中间继电器，ANM11.2//防止按下正反转时,进行加减速操作AQ0.0//主电源输出点Q0.0LPSLDB=VB100,1OB=VB100,3OB=VB100,5ALD=M10.4//变频器速度选择端X001LRDLDB=VB100,2OB=VB100,3ALD=M10.5//变频器速度选择端X002LPPLDB=VB100,4OB=VB100,5ALD=M10.6//变频器速度选择端X003Network7主令控制器控制电动机正反转LDNI0.1AQ0.0LPSANI0.3//前限位开关AI0.5//主令控制器向前档ANM11.3//并联M11.3，与M11.2互锁=M11.2//将主令控制器正转信息保存在M11.2LPPANI0.4//后限位开关AI0.6//主令控制器向后档ANM11.2=M11.3//将主令控制器反转信息保存在M11.34.3大车控制程序在电机控制程序的设计过程中，只有实用程序对中间继电器的输出、电机的反转和传输信息都与变频器的相应输入端口相连接。由于电机控制程序基本相同，所以每个电机控制程序的编程思想只在大型车辆控制程序中引入。大车运行流程图如图4.3所示。图4.3大车运行流程图大车控制程序包含急停复位、大车电源及大车速度控制程序三部分。根据变频器的端口功能，EMS为急停输入口，RST为复位输入口，将控制面板的急停按钮接在PLC的输入端口，经PLC的输出端口接到变频器的EMS及RST端口即可完成急停及复位的程序设计。其LOD梯形图程序如图4.4所示：图4.4大车急停及复位梯形图程序大车电源控制程序是将大车启动按钮常开触点I1.4串联大车停止按钮常闭触点I1.5以及大车故障按钮常闭触点I1.6再输出到大车电源输出Q0.3，并将Q0.3并联在I1.4上实现继电保持。其LOD梯形图如图4.4所示：图4.5大车电源梯形图程序大车速度控制程序的功能是将主控制器的正、反向、加减速信号输入变频器。逆变器的输入正是前港，反相输入启口，和7档速度控制是X001，x002和x003端口。中间继电器的信号通过一个小继电器与变频器的相应输入端口相连，加上一个保护电路，梯形图如图4.6所示：图4.6大车速度控制梯形图程序利用PLC控制的变频器调速技术，塔式小型吊车拖动系统的各档速度、加速时间都可以根据现场情况由变频器设置，调整方便。负载变化时，各档速度基本不变，调速性能好。结论小型吊车广泛应用于工矿企业，起着非常重要的作用。传统的继电器和接触器控制电路已经得到了很好的发展，但随着企业控制要求的提高，传统的继电器和接触器控制电路存在许多弊端。近年来，随着计算机技术和电力电子器件的迅速发展，电气传动和自动控制领域日新月异。其中交流变频器和可编程控制器应用广泛，为plc控制变频调速技术在塔式吊车驱动系统中的应用提供了有利条件。提出了利用plc和变频器控制塔式小型吊车运行的思想，这也是交流塔式吊车的控制思想。当我开始我的毕业设计时，我对塔式吊车控制系统知之甚少，我也不知道如何设计这样一个系统。通过借阅书籍和查询数据，我慢慢了解了一个完整的塔式吊车控制系统应该包含哪些部分以及如何设计它们。在设计的初期，PLC的选择给了我很多困惑。从一开始，我将使用三菱公司的FX2N系列PLC作为控制核心。但是考虑到我不熟悉这个系列的PLC，在程序结束时不容易调试，最后我放弃了程序，选择了西门子的S7-200系列PLC。选择PLC模型后，对各个模块的功能进行具体实现。这就需要主控制器对变频器进行控制，进而控制电机实现机构的各种功能。在实际编程过程中，将每个电机程序置于子程序中，设计了实用程序来实现主控器的功能，使整个程序变得清晰明了。这个