【《基于PLC的桥式起重机控制系统设计》9000字（论文）】

大车变频器进行过载和短路保护，变频器的额定电流为74A，因此断路器QF1选择的额定电流为100A。其中断路器QF2是对小车变频器进行过载和短路保护，变频器的额定电流为22A，因此断路器QF2选择的额定电流为32A。其中断路器QF3是对吊钩变频器进行过载和短路保护，变频器的额定电流为11A，因此断路器QF3选择的额定电流为20A。2.7开关电源选型该设计需要选用开关电源，开关电源可以将交流220V转化为直流24V，由于该设计选用的PLC的类型是直流24V供电，输入是直流24V，选用的指示灯也是直流24V供电。所以选用的开关电源品牌为明纬，具体型号为LRS-50-24，该开关电源价格优惠，体积小等特点，具体的参数见表2.2。表2.2开关电源规格参数型号输入电压(V)输出电压(V)输出电流(A)功率(W)LRS-50-24AC220DC242.5502.8中间继电器选型 中间继电器主要是根据被控制电路的电压等级、所需触头的数量、种类和容量等要求来进行选择的。中间继电器线圈通电、断电时的信号作为中间继电器的输入信号，触头动作作为输出信号，当线圈通电，触点接通，线圈断电，触点断开，由触点的动作带动各个控制电路的动作。该设计中选用施耐德公司生产的RXM2LB2BD的中间继电器，它在交流和直流控制电路中均可使用，该设计选用线圈为直流24V符合要求，具体的参数见表2.3。表2.3中间继电器规格参数型号引脚数目额定工作电流(A)线圈电压RXM2LB2BD8脚5A/3ADC24V2.9EMI滤波器选型由于电子设备在工作时会产生不同程度的噪声，这样会导致频率及其不稳定，会导致输出电流不够纯净，因此选用滤波器可以将频率稳定，输出纯净的电流，确保生产排除外界干扰作为选择条件。该设计选择的是国产SJD-710-10单相滤波器，实物如图2.4所示。图2.4EMI滤波器2.10I/O分配表该设计有30个开关量输入，其中3个为备用，9个开关量输出，I/O分配表如2.4所示。表2.4输入输出I/O分配表输入地址分配输出地址分配输入地址对应外部设备输出地址对应外部设备I0.0自动选择按钮Q0.0大车向前I0.1运行保持按钮Q0.1大车向后I0.2急停按钮Q0.2小车左移I0.3前进减速接近开关Q0.3小车右移I0.4前进停止接近开关Q0.4吊钩向上I0.5后退减速接近开关Q0.5吊钩向下I0.6后退停止接近开关Q0.6自动选择指示灯I0.7左移减速接近开关Q0.7运行保持指示灯I1.0左移停止接近开关Q1.0故障指示灯I1.1右移减速接近开关AQW0大车变频器模拟量给定I1.2右移停止接近开关AQW2小车变频器模拟量给定I1.3上升减速接近开关AQW4吊钩变频器频率给定I1.4上升停止接近开关I1.5下降减速接近开关I1.6下降停止接近开关I1.7大车变频器故障信号I2.0小车变频器故障信号I2.1吊钩变频器故障信号I2.2进料光电I2.3人工挂钩确认按钮I2.4人工卸钩确认按钮I2.5备用I2.6备用I2.7备用I3.0手动大车向前I3.1手动大车向后I3.2手动小车左移I3.3手动小车右移I3.4手动吊钩向上I3.5手动吊钩向下3系统硬件设计3.1主电路设计该设计主电路分别有大车电机、小车电机、吊钩电机。线圈通电后，经过断路器QF1、QF2和QF3，然后经过变频器，当大车变频器正转前进KA1线圈得电时，大车变频器正转前进KA1常开闭合,当大车变频器反转后退KA2线圈得电时，大车变频器反转后退KA2常开闭合。当小车变频器左移KA3线圈得电时，小车变频器左移KA3常开闭合,当小车变频器右移KA4线圈得电时，小车变频器右移KA4常开闭合。当吊钩变频器向上KA5线圈得电时，吊钩变频器向上KA5常开闭合,当吊钩变频器向下KA6线圈得电时，吊钩变频器向下KA6常开闭合。主电路具体如图3.1所示。图3.1主电路图3.2控制电路设计该设计的控制电路主要由熔断器FU1、熔断器FU2，开关电源V1，噪声滤波器LB，FU1是对开关电源的输入进行过流保护，FU2是对开关电源的输出进行过流保护，开关电源V1是把AC220V交流电压转变成DC24V直流电压。具体控制电路接线图如图3.2所示。图3.2控制电路图3.3PLC接线设计CPU226类型的输入点有24个，该设计的输入端主要包含自动选择按钮、运行保持按钮以及各类传感器信号。该设计的输出点有9个，主要包含大车变频器正反转、小车变频器正反转，吊钩变频器正反转、自动选择指示灯、运行保持指示灯等。输入输出接线图如图3.3所示。图3.3PLC输入输出接线图3.4数字量输入扩展模块接线设计EM221数字量扩展模块输入点有6个，该设计的输入端主要包含手动大车向前按钮，手动大车向后按钮，手动小车左移按钮，手动小车右移按钮，手动吊钩向上按钮，手动吊钩向下按钮。具体数字量输入扩展模块接线图如图3.4所示。图3.4数字量输入扩展模块接线图3.5模拟量输出模块接线设计EM232模拟量扩展模块输出有2通道，该设计有大车变频器模拟量给定、小车变频器模拟量给定、吊钩变频器频率给定，共需要3个模拟量输出通道，所以是需要2个EM232模拟量扩展模块的。模拟量输出模块接线图如图3.5所示。图3.5模拟量输出扩展模块接线图4系统软件设计该系统设计的程序用梯形图作为编程语言，程序一共划分为主程序，初始化子程序，按钮操作子程序，自动复位子程序，自动控制子程序，输出控制子程序，报警子程序，大车变频器控制子程序，小车变频器控制子程序，吊钩变频器控制子程序。4.1控制过程1.手动控制：系统自动选择按钮未按下，系统默认当前控制模式为手动控制。（1）大车可以手动前进，手动后退。在手动前进时，开始大车变频器是以25Hz速度高速前进，当大车检测到前进减速接近开关时，大车变频器是以5Hz速度低速爬行，直到大车检测到前进停止接近开关时，大车停下。在手动后退时，开始大车变频器是以25Hz速度高速后退，当大车检测到后退减速接近开关时，大车变频器是以5Hz速度低速爬行，直到大车检测到后退停止接近开关时，大车停下。（2）小车可以手动右移，手动左移。在手动右移时，开始小车变频器是以25Hz速度高速右移，当小车检测到右移减速接近开关时，小车变频器是以5Hz速度低速爬行，直到小车检测到右移停止接近开关时，小车停下。在手动左移时，开始小车变频器是以25Hz速度高速左移，当小车检测到左移减速接近开关时，小车变频器是以5Hz速度低速爬行，直到小车检测到左移停止接近开关时，小车停下。（3）吊钩可以手动下降，手动上升。在手动下降时，开始吊钩变频器是以25Hz速度高速下降，当吊钩检测到下降减速接近开关时，吊钩变频器是以5Hz速度低速爬行，直到吊钩检测到下降停止接近开关时，吊钩停下。在手动上升时，开始吊钩变频器是以25Hz速度高速上升，当吊钩检测到上升减速接近开关时，吊钩变频器是以5Hz速度低速爬行，直到吊钩检测到上升停止接近开关时，吊钩停下。2.自动控制：系统自动选择按钮按下，控制模式切换为自动控制。（1）自动选择指示灯处于0.5S亮，0.5S灭的状态，代表系统正在自动复位。自动复位时，第一步吊钩上升到上升停止接近开关，第二步小车左移到左移停止接近开关，第三步大车后退到后退停止接近开关，此时系统复位完成。（2）自动选择指示灯处于常亮状态，操作员可以按下运行保持按钮，运行保持指示灯状态为常亮，代表系统开始自动运行，如果此时再次按下运行保持按钮，运行保持指示灯，处于0.5S亮，0.5S灭的状态，代表自动过程处于暂停状态，如果此时再次按下运行保持按钮，运行保持指示灯状态切为常亮，代表系统继续自动运行。自动运行时，当进料光电检测到有物料，信号为1吊钩变频器是以25Hz速度高速下降，当吊钩检测到下降减速接近开关时，吊钩变频器是以5Hz速度低速爬行，直到吊钩检测到下降停止接近开关时，吊钩停下。等待人工挂钩，当人工挂钩确认按钮按下时，吊钩变频器是以25Hz速度高速上升，当吊钩检测到上升减速接近开关时，吊钩变频器是以5Hz速度低速爬行，直到吊钩检测到上升停止接近开关时，吊钩停下。小车变频器是以25Hz速度高速右移，当小车检测到右移减速接近开关时，小车变频器是以5Hz速度低速爬行，直到小车检测到右移停止接近开关时，小车停下。大车变频器是以25Hz速度高速前进，当大车检测到前进减速接近开关时，大车变频器是以5Hz速度低速爬行，直到大车检测到前进停止接近开关时，大车停下。吊钩变频器是以25Hz速度高速下降，当吊钩检测到下降减速接近开关时，吊钩变频器是以5Hz速度低速爬行，直到吊钩检测到下降停止接近开关时，吊钩停下。（3）等待人工卸钩，当人工卸钩确认按钮按下时，吊钩变频器是以25Hz速度高速上升，当吊钩检测到上升减速接近开关时，吊钩变频器是以5Hz速度低速爬行，直到吊钩检测到上升停止接近开关时，吊钩停下。大车变频器是以25Hz速度高速后退，当大车检测到后退减速接近开关时，大车变频器是以5Hz速度低速爬行，直到大车检测到后退停止接近开关时，大车停下。小车变频器是以25Hz速度高速左移，当小车检测到左移减速接近开关时，小车变频器是以5Hz速度低速爬行，直到小车检测到左移停止接近开关时，小车停下。自动过程结束，等待下次进料光电检测信号为1时，自动过程再次循环运行。控制流程图如图3.10所示。开始手动大车前进或后退吊钩下降进料光电检测到有物料开始手动大车前进或后退吊钩下降进料光电检测到有物料吊钩下降选择按钮是否按下Y手动小车左移或右移N下降停止接近开关1吊钩下降选择按钮是否按下Y手动小车左移或右移N下降停止接近开关1白色灯闪烁系统复位手动吊钩上升或下降等待人工卸沟下降停止接近开关1白色灯闪烁系统复位手动吊钩上升或下降等待人工卸沟下降停止接近开关1等待人工挂钩系统自动运行系统复位完成后退停止接近开关1大车后退吊钩上升上升停止接近开关1小车左移左移停止接近开关1小车左移人工卸钩确认按钮按下左移停止接近开关为1图3.10控制流程图吊钩上升上升停止接近开关为1大车后退后退停止接近开关为1人工挂钩确认按钮按下吊钩上升上升停止接近开关1小车右移右移停止接近开关1大车前进前进停止接近开关1

等待人工挂钩系统自动运行系统复位完成后退停止接近开关1大车后退吊钩上升上升停止接近开关1小车左移左移停止接近开关1小车左移人工卸钩确认按钮按下左移停止接近开关为1图3.10控制流程图吊钩上升上升停止接近开关为1大车后退后退停止接近开关为1人工挂钩确认按钮按下吊钩上升上升停止接近开关1小车右移右移停止接近开关1大车前进前进停止接近开关14.2程序设计5仿真运行调试5.1仿真调试1.根据I/O分配表，进行PLC配置选型，选择CPU226+EM221+EM232+EM232，配置选型如图5.1所示。图5.1配置选型2.把PLC的程序导出为awl格式，程序导出如图5.2所示。图5.2程序导出3.在仿真软件中打开基于PLC桥式起重机控制系统设计仿真程序，程序打开如图5.3所示。图5.3程序打开4.把导出的awl格式的文件，装载到仿真PLC中，程序装载如图5.4所示。图5.4程序装载5.点击运行按钮，PLC上的RUN信号灯为绿灯，开启运行按钮如图5.5所示。图5.5开启运行按钮6.点击监控按钮，可以监控程序状态，监控状态如图5.6所示。图5.6进入监控状态7.系统急停按钮未拍下时，I0.2=1，自动选择按钮按下时，吊钩变频器是以25Hz速度高速上升，AQ4输出4.88V电压，仿真过程中吊钩上升如图5.7所示。图5.7吊钩上升8.当吊钩检测到上升减速接近开关I1.3=1时，吊钩变频器是以5Hz速度低速爬行，AQ4输出0.98V电压，仿真过程中吊钩减速如图5.8所示。图5.8吊钩减速9.直到吊钩检测到上升停止接近开关I1.4=1时，吊钩停下，小车变频器是以25Hz速度高速左移，AQ2输出4.88V电压，仿真过程中小车左移如图5.9所示。图5.9小车左移10.当小车检测到左移减速接近开关I0.7=1时，小车变频器是以5Hz速度低速爬行，AQ2输出0.98V电压，仿真过程中小车减速如图5.10所示。图5.10小车减速11.当小车检测到左移停止接近开关I1.0=1时，小车停下，大车变频器是以25Hz速度高速后退，AQ0输出4.88V电压，仿真过程中大车后退如图5.11所示。图5.11大车后退12.当大车检测到后退减速接近开关I0.5=1时，小车停下，大车变频器是以5Hz速度低速爬行，AQ0输出0.98V电压，仿真过程中大车减速如图5.12所示。图5.12大车减速13.当大车检测到后退停止接近开关I0.6=1时，大车停下，自动选择指示灯Q0.6常亮，仿真过程中大车停止如图5.13所示。图5.13大车停止5.2仿真总结此系统设计了自动选择按钮和运行保持按钮，自动选择按钮按下，系统自动复位，复位到系统初始位置，自动复位过程调用了S7-200高级指令，方便监控程序运行到哪一步，方便调试过程。变频器在自动复位过程中，实现了高低速度的切换，对设备惯性冲量减少是有利的，在自动控制过程也是调用S7-200高级指令，方便自动过程中监控设备运行的状态，运行保持按钮，二次按下，设备处于暂停状态，再次按下，系统再次运行，方便在实际调试过程中，检验设备的状态，方便维修等操作。结论该毕业设计在详细分析了控制系统硬件设计和软件设计，硬件设计选型包括选用PLC、传感器、变频器等，同时根据硬件选型和设计要求完成软件选型，选用西门子的V4.0STEPMicroWINSP9来完成程序设计。然后运用硬件和软件将整体的设计串联起来。该设计是以PLC作为主要控制器来完成的。该系统控制稳定性强，程序和图纸设计简单同时便于维护，系统实现了手动、自动复位回原点、自动运行控制等功能，同时这些硬件设备的使用可实现速度的调节，减少设备停止运行的时候的惯性，对桥式起重机的运行稳定性提供了保障。起重机行业与机械人是一个与日常生活密切相关的产业，随着科技的不断的发展，桥式起重机的完善程度会得到大幅度提升，同时性能也逐渐提升。在以后，桥式起重机会发展的更加完善，无论是智能化，还是安全化，信息化等特点。

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