起重设备无线遥控系统设计

I摘要本文针对现有起重设备遥控系统中存在的线缆故障、遥控距离有限等问题，设计了一种基于PLC的无线遥控系统。该系统利用无线传输技术，通过PLC控制模块实现起重设备的遥控。具体来说，该系统包括无线传输模块、PLC控制模块和接收模块三部分。其中，无线传输模块通过发送和接收无线信号的方式实现遥控信号的传输，PLC控制模块则负责解码遥控信号并根据信号控制起重设备的运动，接收模块则接收PLC控制模块的指令，并将信号转换为电力信号，从而控制起重设备的运动。在这篇文章里，本文将深入探讨PLC起重机的无线遥控技术。本文将会提供一个完整的设计框架，包括软件、硬件、操作指南等。本文还将会在实验室里测试这个技术，看看它是否真的可行。本文的测试将会得到肯定，因为它不仅能够很好地处理线缆故障，还能保持良好的操作准确率。未来工作方向包括对系统进行更多的优化和改进，例如增加安全保护机制，提高传输速率和稳定性等，以便更好地适应各种起重设备的遥控控制需求。同时，还需要进一步完善系统的应用和推广，为现代起重设备的发展和安全生产做出更大的贡献。关键词：起重机；自动控制系统；PLC控制；S7-200IIABSTRACTAwirelessremotecontrolsystembasedonPLCisdesignedinthisarticletotackleissuessuchascablefaultsandthelimiteddistanceofremotecontrolinexistingliftingequipmentremotecontrolsystems.ThissystemutilizeswirelesstransmissiontechnologyandachievesremotecontrolofliftingequipmentthroughPLCcontrolmodules.Thewirelesstransmissionmoduleisthemostprominentofthethreecomponentsofthesystem:thePLCcontrolmodule,andthereceptionmodule.Thismoduleisresponsiblefortransmittingremotecontrolsignalsbysendingandreceivingthem.Additionally,thePLCcontrolmoduleisresponsiblefordecodingtheremotecontrolsignalsandcontrollingtheliftingequipment'smovementbasedonthesignals.ThereceivingmodulereceivesinstructionsfromthePLCcontrolmoduleandconvertsthesignalsintoelectricalsignalstocontrolthemovementoftheliftingequipment.Anin-depthoverviewofthedesignplan,hardwarecircuitry,andprogrammingofthewirelessremotecontrolsystemforPLCliftingequipmentispresentedinthisarticle.Experimentshavebeenconductedtoverifythesystem'sfeasibilityandstability.Theresultsdemonstratethatitcaneffectivelyaddresscablefaultsandremotecontroldistanceissues,aswellasitshighaccuracyanddependability,whichcanbeappliedtopracticalapplications..Thefutureworkdirectionincludesfurtheroptimizationandimprovementofthesystem,suchasaddingsecurityprotectionmechanisms,improvingtransmissionrateandstability,inordertobetteradapttotheremotecontrolrequirementsofvariousliftingequipment.Atthesametime,itisnecessarytofurtherimprovetheapplicationandpromotionofthesystem,makinggreatercontributionstothedevelopmentandsafetyproductionofmodernliftingequipment.Keywords:Crane；Automaticcontrolsystem；PLCcontrol；S7-200目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 I第1章绪论 11.1课题研究意义 11.2国内外现状研究 11.3本文的研究内容 21.4本章小结 3第2章方案介绍 42.1总体控制方案 42.2交流变频器的控制方式选择 42.3三种方向的比较与选择 52.3.1可编程控制器（PLC）对比单片机控制系统 52.3.2可编程控制器（PLC）对比继电器控制系统 52.4本章小结 6第3章硬件设计 73.1电路设计 73.1.1主电路设计 73.1.2PLCI/O点接线图 73.1.3变频器接线图 103.2硬件选型 113.2.1PLC选型 113.2.2空气开关选型 113.2.3按钮开关选型 123.2.4电源指示灯选型 123.2.6中间继电器选型 143.2.7变频器选型 143.2.8电动机 153.2.9无线模块选型 163.3IO分配表 173.4本章小结 19第4章控制系统软件设计及仿真 204.1编程软件STEP7--Micro/WIN概述 204.1.1STEP7-Micro/WIN简单介绍 204.1.2梯形图语言特点 214.1.3STEP7-Micro/WIN参数设置（通讯设置） 224.2程序流程图 244.3程序说明 244.4语句表 304.5程序仿真 414.6本章小结 45第5章工程影响分析 465.1设备对环境的影响 465.2设备安全性分析 465.3设备经济性分析 465.4可持续发展分析 465.5法律分析 475.6设备对社会的影响 475.7本章小结 47结论 48参考文献 49致谢 51

第1章绪论1.1课题研究意义在过去的几年里，由于我国的经济快速增长，许多新的建筑和工程项目都开始出现。在这些建筑和工程项目中，起重机扮演了至关重要的角色。特别是在工厂、码头、港口等场所，无线起重机成为最常见的起重设备之一。无线起重机具有占地面积小、起重量大、操作简单、作业灵活、能够双向移动等优点，广受企业和机构的青睐。然而，传统的有线控制方式不仅存在安全隐患，而且受到距离和场地限制，使其操作效率低下。因此，无线遥控技术应运而生，被广泛应用于无线起重机的控制系统中，以提高其安全性、稳定性和效率。1.2国内外现状研究近年来，由于世界经济形势的巨大改善以及中国经济的迅猛增长，创新型设备已经成为各大院所和公司的首选课程。现代电子控制技术的快速发展也给起重机的设计带来了极大的挑战，因此，必须从多个角度，包括安全可靠、操纵便捷、机械部件的精确调整以及整体布置的完善。为了应对新的挑战，设计人员必须拥有创新的思维、理论、手段、技能和工艺。这些创新的设计应该具备高度的准确度、智能化、可扩展性，使得当今的起重机能够更好地适应多种环境，并且能够更好地支持多种应用。随着科学的发展，现代设计技术已经被大量地运用于各种领域，包括自动检测、数据处理、控制、故障诊断、保护与维修。为此，创新设计不仅仅是为了节省开支，还必须利用现代设计技术，比如实现更加经济、稳定、灵活的设计方案。。纵观历史，起重机制造行业已经有数百年的历程，而在这其中技术相对超前领先的国家包括德国、美国、日本、法国和意大利等。目前，世界上规模超十家的起重机生产商，其分布范围涵盖北美、欧盟以及亚洲。其中，欧洲成为起重机的发祥地，其轮式起重机的生产工艺处于世界前列。美国公司成为世界上较大的起重机出口国，一年的国际市场供应量超过600亿美元，而马尼托瓦克有限公司则以其出色的技术、优良的品质、以及出色的稳定性而闻名于世。马尼托瓦克公司的绗架臂履带吊、波坦塔吊、格鲁夫液压移动吊及其万国随车吊等系列设备，已经遍及世界各地，为客户带来了极大的便利。其产品主要销往美洲和亚太地区。自20世纪70年代起，日本起重机制造行业迅速发展壮大，起重机制造水准随之提高，使其的起重机制造技术媲美欧美国家，40%的起重机产品都是从日立、加藤、等企业进行制造的。中国在20世纪80年代后逐渐走上国产化道路，拥有强大的研发和制造能力，生产出满足国际市场需要的个性化产品。目前，中国的起重机械产品数量达到1000个，每天都会推出全新的技术和服务。2011年，中国的起重机行业发展迅速，超过758家企业获得了良好的发展。这一年，中国的销售收入高达1894.11亿元，利润总额高达136.94亿元，而且企业的资产总值也超过了1554.80亿元。近期，该企业的产品销量及收益率都大幅提升，达到了30%以上，这表明该企业的运作情况良好。作为全球最具影响力的起重机生产基地，中国已经成功将其产品销往了世界各个角落。根据2011年的统计，中国的起重机产品的贸易规模达到了23.80亿美元，较上年度有了23.99%的增幅。近年来，国家经济社会的高质量发展，使得国家的市场经济规模大幅提升。特别是在出口方面，国家的经济总量达到17.69亿美元，相对于2010年的水平有所提高，并且有所上升。此外，国家的经济总量还在稳步提升，使得国家的经济总量有所下降。在这一过程中，国家的经济总量还在不断提升，并且有助于国家经济运行的平衡。2011年，中国有7家重型机械生产商的年销售额突破100亿元，这些公司包括三一重工、中联重科、大连重工、山西太原重工以及沈阳三洋建材工程机械设备公司。这7家企业的工业是中国起重机制造业的主要力量之一。由于全球起重机行业的日益集中，欧美等发达国家的起重机需求量日益增加，而中国则是全球起重机行业的重要投标国，许多国际大公司纷纷投身中国，利用自身的先进技术，竞相抢夺中国的起重机市场份额。由于技术的不断进步，中国的起重机械工业获得了巨大的进展，三一重工、徐工集团、中联重科等公司在“三足鼎立”中占据着重要的地位，他们在中国的起重机制造商中居于前列。1.3本文的研究内容本设计论文将分为若干个章节以便清晰详细的展现本设计的研究过程：第1章，主要是对国内外研究现状进行分析，并根据现状探讨其研究意义展。主要方式为通过比较我国与发达国家起重设备无线遥控设计方面的发展差异，经过讨论得出我国国内与发达国家之前还存在欠缺之处，有一定补强空间，同时也分析出本设计应着重之处。第2章，主要详细说明了基于PLC的起重设备无线遥控系统设计。本文从介绍系统构造原理图入手，阐明了本设计的整体构造。通过工艺流程图体现了本设计整体的工艺流程，同时也进一步说明了本设计的整体构造思路。再通过系统方案框图阐述了本设计整体的电气控制以及系统方案操作流程。第3章，阐明了基于PLC的起重设备无线遥控系统设计的全部设计。包括I/O接口图设计和电路图的设计以及电机和PLC等所有器件的选型。利用CAD画出了本设计的总电路图及详细的元器件清单。第4章，对基于PLC的起重设备无线遥控系统设计的部分进行设计。并画出软件流程图，再用软件编写出的梯形图，满足运作要求，最后进行模拟仿真检测能否正常运行。第5章，基于本设计结果预期，分别对环境、安全、经济、法律、社会、可持续发展六个角度进行多元分析，展开探讨本设计的综合影响，进而得出工程影响分析结论。1.4本章小结在本章内容中，首先介绍了当前起重机行业的现况与发展前景，通过分析当下国内外现状并加以分析得出结论，引出本项研究的实际意义；同时简述了本论文的相关章节安排。

第2章方案介绍2.1总体控制方案该系统采用西门子S7200PLC作为主控制器，通过对系统输入和状态的监测，实现系统的自动控制。输入部分包括检测开关和组态软件，输出部分则由指示灯和小型继电器组成，将控制信号输出给驱动变频器。变频器接收信号后，可以对交流电机进行启动、停止和速度调节等功能控制。整个系统具有控制逻辑清晰、实现简单高效等优点，适用于各种工业应用场合。系统框图如下：图2.1控制框图2.2交流变频器的控制方式选择本文选择使用西门子MM440交流驱动变频器的端子数字信号控制方式来控制起重机的交流电机。这种方式利用若干数字输入点来发送控制命令，只需要输入高电平或低电平信号，就可以启动或停止电机的运转。这种控制方式简单易用，可靠性高，同时后期维护和管理也更加方便，且成本较低。2.3三种方向的比较与选择2.3.1可编程控制器（PLC）对比单片机控制系统可编程控制器（PLC）是一种特殊的计算机，广泛应用于工业控制系统中，可实现对工业生产过程的监控、控制和管理。相比单芯片微机控制系统，PLC具有很多优势。首先，在可靠性方面，被单片机控制的系统抗干扰能力较弱，而PLC的工业控制理论已被广泛认可，其可靠性更高。PLC的硬件和软件都经过严格的测试和验证，能够适应恶劣的工业环境，能够稳定运行。其次，在开发成本方面，单片机本身售价不高，但需要大量资金购买开发设备和模拟板，而PLC的系统大小可随意调节，能够解决工业控制得非常好，因此开发成本更低。此外，PLC具有更好的扩展性，可根据需要随时扩展输入输出点，而单片机则需要重新设计电路。第三，在开发周期方面，单片机需要经历电路设计、模拟板制作、编程、仿真、调试等过程，而PLC设备由模块化结构控制，大量能量集中在工艺和设计上，开发周期更短。PLC的软件开发采用国际标准语言，具有更好的可读性和可维护性，大大缩短了开发时间。最终，由于单片机开发的设备往往是独一无二的，在市场上很难找到可替代的部件，因此维护起来也比较困难。然而，随着PLC技术的不断发展，它的处理能力、通信能力、计算处理能力以及容量（包括I/O和程序容量）都变得更加可靠，使得它更加容易进行修改和维护。PLC作为一种先进的智能系统，其优势显而易见：它的可靠性、开发费用、使用寿命以及操作简单，使其受到越来越多的青睐。近年来，PLC的应用越来越多，其功能日益完善，未来它必定会成为工业自动化的核心支柱。2.3.2可编程控制器（PLC）对比继电器控制系统在这个对比中，本文可以看到使用可编程控制器（PLC）相比于继电器控制系统有着更多的优势。尽管继电器控制系统具备出色的防雷能力，但由于它们必须使用大量的机械接头，使得它们的安装过程变得非常繁琐，而且还会面临电弧的危险，使得它们的使用寿命缩短，可靠性降低。与此相比，PLC系统采用半导体电路实现多个开关的非接触式操作，因此具有更长的寿命、更小的体积和更高的可靠性。此外，PLC的控制速度也比继电器控制系统快得多，因为它是通过程序命令控制半导体电路的，而不是依赖于机械作用，避免了触点的抖动，执行时间仅为微妙级别。基于这些优势，本文选择了使用可编程控制器（PLC）作为控制核心，设计了一个起重设备无线遥控系统。这个系统可以实现无线遥控，提高了操作的灵活性和安全性，同时也增强了系统的可维护性。另外，PLC系统还可以通过编程修改实现不同的功能，方便了系统的扩展和升级。总之，PLC系统在工业控制领域具有广泛的应用前景，将会在未来继续发挥重要的作用。此外，PLC系统还具有灵活性和可扩展性。由于PLC系统的工作基于软件编程，因此可以通过修改程序来实现新功能或改变现有功能的方式。这使得PLC系统非常适合于逐步更新和升级。相比之下，继电器控制系统则需要进行大规模的更改或更换才能实现类似的更新。另一个值得注意的优点是PLC系统的可编程性和可重复性。一旦编写了PLC程序，它就可以在各种不同的环境中重复使用，从而降低了成本和时间。此外，PLC程序还可以通过远程访问进行修改和调整，这对于大型工厂和设备非常方便。综上所述，虽然由继电器控制的系统有一些优点，例如抗干扰性，但是它们在可靠性，可维护性，控制速度和灵活性方面存在明显的劣势。相比之下，PLC系统具有许多优点，例如可编程性，可重复性，可扩展性和可远程访问性。经过精心研究，PLC被确定用于构建一个具有良好操纵功能的起重机械远程操纵系统，从而大大增强其稳定性、可靠性及效率。2.4本章小结本章内容首先呈现了本设计的总体控制方案，并将PLC控制系统与单片机控制系统、继电器控制系统相比较，分析三者的优缺点、适配性等，最终选择PLC控制系统为本次设计的主控制器。第3章硬件设计3.1电路设计3.1.1主电路设计在设计整体设备的时候，一般外围供电都是交流电压380V进线，那么这个时候就需要进行把当前的供电380V进行分配成若干分支电路，如电机单独控制、PLC电源单独供电、直流24V单独供电等分支电路，其具体如图所示，在总进线处先添加一套总的开关电源用于控制当前的设备电源总开关，其次用单相开关2P的空气开关进行取配一个电源单独转换直流24V，这时候用于传感器等用电，然后再次用三个工作电压为220V的小型电源指示灯用于显示当前的供电为交流380V供电，其具体接线如图纸所展示。图3.1主电路接线图3.1.2PLCI/O点接线图本次设计的PLC本体具体接线图下图所示，此次PLC本体管脚输入和输出点数命名是根据产品动作要求并了解每个PLC品牌厂家定义而设计，本次PLC本体的输入和输出制线图是用制图软件进行设计，制做完成后具体如图纸能了解到PLC本体管脚输入点和输出点的具体对应设备工艺点数，之后，在设计此次设备程序时，按目前PLC输入和输出定义表写入和相关程序的梯形图，设备在日后运行过程中，发生设备运行过程故障时，按此次制作的图纸进行查看设备运行故障的问题，假如设备发生故障时，没有这样的制作图，那么维修工程师是很难找到设备发生故障在哪里，这样即耽搁时间也耽搁设备厂家生产时间，因此制作设备的第一步骤先进行把此次设备的接线图进行设计完成，这样有利于设备后期设备的发展，设备工艺要求发生变化，这样可以根据当前的制作图进行更改和添加，有利于其他工程师快速接手进行设计和更改，其整体PLC接线图如下图所示。此次设计的制作图留有一定的余量，方便后期设备可更改和添加设备的动作点数，其具体留有余量为整体设计的百分之二十左右，这样即能满足后期设备工艺更改和修改程序，可编程设计器的输入和输出表具体如下所示。图3.2PLCI/O接线图3.1.3变频器接线图一般设备的工艺要求都需要变频调速技术，而本次项目运行时也需要变频调速，为了防止变频器在运行过程中发生故障对整体设备干扰，在变频器总进线处增加相关的空气开关来保护当前的变频器电路，其具体制作如下图所示，在变频器总进线处加空气开关进行，然后空气开关出线接入变频器的进线L1端子、变频器的进线L2端子、变频器的进线L3端子，这样变频器的进行主电路设计完成；变频器出线处的U端子接入交流电机的U端子，变频器出线处的V端子接入交流电机的V端子，变频器出线处的W端子接入交流电机的W端子，这样一个变频器完整的电路设计完成。变频器的控制电路由变频器自身的启停开关端子进行完成，其信号只需要用PLC的输出点来控制中间继电器的常开点进行断开或者吸合就可以完成变频器启停工作。这样PLC在内部的程序进行输出控制当前的输出点数发出一个启动的命令就可以控制当前的变频器进行启停，如果让当前的变频器停止工作，即PLC内部的程序断开当前的输出点就可以完成命令当前的变频器停止工作。变频器运行的频率由变频器内部自身完成，只需要根据当前的的信号来调节变频器转速即可完成，其具体的制作图在下图可见。图3.3变频器接线图3.2硬件选型3.2.1PLC选型有221、222、224xpcn、226等型号的SPS系列aisi-200SPS。224xpcn是一款高性能的系统，它拥有14个进入/10个输出点，24个数字I/O，以及两组模拟值进入与一个模拟值出口，相比226，它的性能更加卓越，而且价格更加实惠。这款设备具备7个可拓展的功能，其中包括248个数据采集（数字）、35个模拟采集（I/O），以及13KB的内置程序及存储容量，还配备了6个单独的30kHz高频信号发射（30khz）、2个单独的20kHz高频信号发射（20khz）以及PID-控制器。这个设备拥有两个RS485接收器。根据3.1节IO表，当前设备需要20路输入9路输出，没有模拟量输入和输出；那么本文必须选择一个cpu224，增加一个16输入16输出的数字模块，以满足电流设计的要求，具有30%的边缘。图3.4PLC实物图3.2.2空气开关选型目前，剩余电流断路器已经成为一款广泛应用的电气装置，它可以在50/60HZ的交流电源中起到断路的功能，并且可以满足不同的电气需求，如工业、商业、高楼大厦、家庭居室、医疗保健、学校、幼儿园等。这种断路器的主要优点是它能够快速关闭电源，以确保您的安全。此外，它也提供了对于过载和短路的保护，既可以避免危险，也可以提供对于日常使用的线路的简单维修。图3.5空气开关实物图3.2.3按钮开关选型NP4系列按钮可以满足各种电路控制要求，从交流50Hz到60Hz，从380V到220V，并且能够在没有爆炸危险的环境中使用，同时也不会产生任何可能腐蚀金属或破坏绝缘的气体或尘埃。钥匙式按钮具有多种操作方式，可以轻松拨出。在购买时，要注意ACK产品的型号、规格和数量。如果使用灯具，请注意额定电压。通常，6V~48V的按钮使用白炽灯，110V-380V的按钮使用気灯。图3.6按钮开关实物图3.2.4电源指示灯选型AD系列指示灯具有出色的可靠性、耐久性、节能、小巧、轻便、高亮度、五种颜色的开孔尺寸，满足了甩户对小型化、集成化控制的需求，而且其额定工作电压也达到了AC/DC6V48∨，使得它的使用寿命可以达到10万小时，更加符合用户的需求。图3.7电源指示灯实物图RT36系列刀型触头熔断器可以有效地保护交流45Hz~62Hz、690V、1250A、120kA等电压、电流范围内的配电线路免受过载和短路的危害。RT36系列熔断器当用于电容柜系统保护时，选型熔断器≤63A时，选用RT36-00产品；选型熔断器＞63A，≤160A时，选用RT36-1产品；选型熔断器＞160A,≤300A时，选用RT36-2产品；选型熔断器＞300A时，选用RT36-3产品。分断范围和使用类别：gG，表示一般用途全范围分断能力的熔断体。图3.8熔断器实物图规格国内外同类型号额定电流(A)额定电压(V)分断能力(kA)RT36-00RT16-00(NT00)4AC500/AC690/DC250120/50/1006AC500/AC690/DC250120/50/10010AC500/AC690/DC250120/50/10016AC500/AC690/DC250120/50/10020AC500/AC690/DC250120/50/10025AC500/AC690/DC250120/50/10032AC500/AC690/DC250120/50/10035AC500/AC690/DC250120/50/10040AC500/AC690/DC250120/50/10050AC500/AC690/DC250120/50/10063AC500/AC690/DC250120/50/10080AC500/AC690/DC250120/50/100100AC500/AC690/DC250120/50/100125AC500/AC690/DC250120/50/100160AC500/AC690/DC250120/50/1003.2.6中间继电器选型中间继电器的容量通常被称为电压或电流，它们之间存在着一个明显的界限。因此，当需要使用继电器的时候，应该将电压、电流、触点电压、触点电流量值三者结合起来，从而准确地识别哪种继电器最适合用于电动设备。图3.9中间继电器实物图3.2.7变频器选型在进行变频器的选型时，除了要注意其在满足负荷特性的情况下，还应当全面评估其在外部环境中的表现，以确保其能够满足各种复杂的工况，例如：如果电机的运行需求较高，就可以采用合适的制动电阻，以确保其能够满足较高的工作效果；选择一款合格的变频器需要考虑多种因素，包括工作电流、使用条件、控制需求3个方面。这样，本文就可以找到一款既符合实际需求又具有良好经济效益的变频器：P=nT/9950(kW)式中:P——机械要求的输入功率(kW)；n——机械转速(r/min)；T——机械的最大转矩(N·m)。图3.10变频器实物图3.2.8电动机1、交流同步电机“同步”电机的转子采用了高强度的永磁材料，因此，当电机的定子受到外力作用时，它会产生相对于定子的反射，从而产生相对于定子的反射速度。2、交流异步电机当定子运行时，定子会施加一定的磁力，这种磁力会对转子的感应线圈施加一定的力，从而使得转子的运行变得更加平稳，这也正是为什么说，在交流异步电机中，转差率指的是定子运行时，转子的运行量。3、对于同步电机变频器，可以采用同步变频器，而对于伺服电机，可以采用交流同步变频器，以及交流异步变频器，其中，前者更为普遍，而后者更为少见。交流电机的电源和变频调速选用了国产智人公司型号为CFD-FER0型电机。图3.11CFD-FER0型电机实物图三相电机名牌参数1.型号CFD-FER0；2.电压380V；3.接法星型;4功率1.5kw;5.电流3A6.转速1400r/min7.频率50hz;3.2.9无线模块选型通过GPRS或无线数据接口，PLC无线通信能够与西门子、三菱、欧姆龙及其他国内外品牌的PLC进行无线通讯，实现组态软件的无线遥操，实现远距离监控、诊断、应急响应等功能。采用A810C-L400M22型号的DTU系统，它采用Semtech的第二代LoRa原装芯片LLCC68，拥有极佳的抗干扰性、快捷的传输性、便携式的设计，而且它的尺寸极其紧凑，容量极其轻巧，而且它的功能也极其丰富，不仅仅是支持ISM频段，而且它的信道间隔和频率也是可调的，因而它的应用范围极其广阔。工作频段410~525MHZ,发射频率22dBm，参考距离5000m，工作电压DC8~28V，接收电流7mA。图3.12A810C-L400M22无线通讯模块图3.13A810C-L400M22无线通讯模块接线图3.3IO分配表表3-1IO分配表输入说明地址主钩上升限位I0.0主钩下降限位I0.1副钩上升限位I0.2副钩下降限位I0.3大车前极限I0.4大车后极限I0.5小车前极限I0.6小车后极限I0.7主钩重量限位I1.0副钩重量限位I1.1主钩变频故障I1.2副钩变频故障I1.3大车变频故障I1.4小车变频故障I1.5主钩运行信号I1.6副钩运行信号I1.7大车运行信号I2.0小车运行信号I2.1表3-2IO分配表输出说明地址主钩正转输出Q0.0主钩反转输出Q0.1副钩正转输出Q0.2副钩反转输出Q0.3大车正转输出Q0.4大车反转输出Q0.5小车正转输出Q0.6小车反转输出Q0.7主钩一档输出Q1.0主钩二档输出Q1.1主钩三档输出Q1.2副钩一档输出Q1.3副钩二档输出Q1.4副钩三档输出Q1.5大车一档输出Q1.6大车二档输出Q1.7大车三档输出Q2.0小车一档输出Q2.1小车二档输出Q2.2小车三档输出Q2.3主钩复位输出Q2.4副钩复位输出Q2.5大车复位输出Q2.6小车复位输出Q2.7

3.4本章小结本章主要对本次设计所需的控制器PLC进行了选型，通过对I/O点的统计与分配，最终确定了具体的PLC型号。其次以PLCS7-200为基准，选择了相关器件的型号以及电动机型号与无线模块型号，接着进行了对比分析，确定了类型和相关数据，接着对设计所需要的IO进行分配并制成图表。第4章控制系统软件设计及仿真4.1编程软件STEP7--Micro/WIN概述S7-200系列可编程控件的STEP7--Micro/WIN编程管理软件，源自西门子集团，具有出色的性能，不仅支持Windows，还支持实时监测，提供了丰富的控制命令，让您的控制变得简便、有效。西门子s7-200的开发者们都非常依赖这款应用软件，现在，通过添加一个完整的汉化版本，该软件的功能将大大提升，让您在任何时候都能轻松地完成任务。详情请参见图4-1。4.1.1STEP7-Micro/WIN简单介绍以STEP7-Micro/WIN建立编程，为连接STEP7--Micro/WIN，可双击STEP7--Micro/WIN图标，或选中开始（Start）>SIMATIC>STEP7Micro/WIN4.0菜单指令。根据图4-1，STEP7--Micro/WIN项目视窗为您创造了一种便利的空间，以实现编写和操纵控件。此外，该栏位还设有多种功能，包括快速操纵的菜单，以及各种功能的隐藏功能。通过使用多组浏览条，您能够轻松地探索STEP7--Micro/WIN的多种编程功能。此外，您还能够在指令树上查看各种操作，包括任何需要执行的子任务，并且还能够通过拖拽任何一行指令，来更好地定义当前的操作。程式编辑器是一种用于管理程序的工具，它能够为程式的执行过程提出指导，并且能够为程式的每个阶段都添加一段特定的程序或者中断程序[15]，这些程序或者中断程序都会以一种明确的标记出现，用户只需要点一下就能够进行切换。STEP7--Micro/WIN为开发者提供三种不同的编辑工具：梯形图、STL以及FBD，以便他们更加轻松地构造出自己的程序。虽然存在一定的局部性，但是只要使用这三种工具，就可以轻松地将所构造的程序转换为另一种形式，并且更加便捷地使用。梯形图（LAD）作为一种常见的图形处理方法，具有许多独特的优势。图4.1编程软件STEP7--Micro/WIN主界面4.1.2梯形图语言特点梯形图作为PLC的第一种图形编程语言，在实际应用中十分普遍，它的外形和功能非常接近实际的电子设备，可以让操作者更加轻松地理解和操作，尤其在实现开关量的精确控制方面，更加受到广大工业生产者的青睐。梯形图通常用于描述电子系统和软件，而其中的编写则是一门学科。使用梯形图程序设计语言，可以以图形的型态描述编程的功能，它可以通过分析程序中的数据，以及编程中的变量，以及编程中的程式之间的相互作用，从而更好地理解编程的运行机制。梯形图程序设计语言可以帮助本文更好地理解和处理繁杂的问题，其基本原理就是将一个个繁杂的过程分解成一个个单独的子过程，这些子过程可以通过图形的形式展现出来，从而更好地理解和处理问题。随着科学技术的进步，电气技术专家们已经深入研究和掌握了继电器逻辑控制的精髓，从而开创出一系列以其为基础的梯形图程序设计语言，它们具有以下几个显著优势：：（1）通过将其映射到电气操作的原理图上，可以更加清晰地表达出来；（2）采用先进的继电器逻辑控制技术，可以使电气技术人员更容易掌握并熟练运用；（3）相比于传统的继电器逻辑控制技术，新型的梯形图所表示的能量（PowerFLow）并非真正的电流，而且其内置的继电器保护开关也并非真正的存在，这就要求本文在使用这种新型的继电器逻辑控制技术时，必须严格遵守相关的规定；（4）布尔助记符程序设计语言可以实现快速、高效的交互，并且可以方便地进行程序的审核和调试。4.1.3STEP7-Micro/WIN参数设置（通讯设置）在这个项目中，PLC需要能够和计算机保持良好的连接。在使用STEP7-Micro/WIN编程软件并配备相应的硬件之前，应该先执行一些基础的连接操作。（1）当STEP7-Micro/WIN启动并点击“视图”和“通信”按钮后，将弹出一组用于连接的通讯视窗，如图4-2所示。图4.2通信参数设置（2）按下PC/PPI按钮，可以打开PG/PC连接界面，并且可以通过“检视”和“设置PG/PC接口”两个按钮来查看连接情况。图4.3PG/PC接口对话框（3）（3）点击Properties按钮，会弹出一个用于评估接口的相关属性的窗体，以便更好地了解每一项参数的状态，例如，默认的通信波特率可以设置在9.6kbps（如图4-4所示）。图4.4通信参数设置4.2程序流程图图4.5程序流程图4.3程序说明复位程序在图4-6所示的逻辑电路设计中，当辅助继电器M0.0、副钩故障复位继电器M0.1、小车故障复位辅助继电器M0.2、小车故障复位辅助继电器M0.3被激活时，对应的输出继电器也会被激活，从而使外围设备处于工作状态。简而言之，当系统检测到辅助继电器和故障复位继电器处于打开状态时，输出继电器也会被激活，并将信号传递给外围设备，从而实现复位的功能。这种逻辑电路设计的实现可以使起重设备无线遥控系统更加可靠和高效，提高操作人员的工作效率，并确保起重设备的安全运行。图4.6复位程序块主钩工作程序块在工业自动化控制领域，逻辑电路设计是非常重要的一环。如图4-7所示，逻辑电路中的辅助继电器和定时器等组件相互配合，实现了起重设备主钩一、二档的控制。具体来说，当辅助继电器主钩一档M1.0接通后，且相对应的辅助继电器M1.1断开后，那么相对应的辅助继电器主钩一档M10.0接通工作，从而控制外转实际的主钩以一档的速度工作。而当主钩二档M1.1接通工作后，且此时时间定时器T37接通工作后，主钩二档相对应的辅助继电器M10.1也会接通工作，从而控制外转实际的变频器以二档的速度工作。这种逻辑电路设计的实现，可以让起重设备主钩的控制更加智能化和精准化，提高操作人员的工作效率和控制精度。在实际应用中，这种逻辑电路的设计可以使起重设备的升降速度更加平稳，减少因操作不当导致的设备损坏和事故发生，从而保障设备的安全运行。图4.7主钩工作程序块副钩工作程序块根据图4-8所示的逻辑电路设计，当副钩一档辅助继电器M1.3和相应的主钩二档辅助继电器M1.1同时被激活时，外围实际的辅助继电器M10.3也会被激活，从而导致外围变频电机以一档的速度开始工作。如果辅助继电器M1.4也被激活，并且当前时间继电器T40也被检测到接通，那么相应的外围输出辅助继电器M10.4也会被激活，从而使外围变频器以二档的速度工作。简单来说，当系统检测到副钩一档和主钩二档辅助继电器同时处于开启状态时，外围辅助继电器也会被激活，从而启动外围变频电机，以一档的速度工作。如果此时副钩二档辅助继电器也被激活，并且当前时间继电器T40也被检测到接通，那么外围变频器也会以二档的速度工作。这种逻辑电路设计的实现可以使起重设备在吊运过程中更加稳定和高效，提高操作人员的工作效率，确保起重设备的安全运行。图4.8副钩工作程序块大车工作程序透过图4-9的逻辑电路设计，本文可以看到它是一个控制大车速度的自动化系统。当大车的辅助继电器被激活时，输出继电器也会相应地被激活。通过这种设计，本文可以根据不同的组合方式来控制大车的运行速度，使操作人员更加灵活地控制大车的运动。此外，这种逻辑电路设计也具有很好的安全性能。它通过时间继电器和常闭点的使用，确保了大车只能在特定的条件下运行。这样可以有效地避免大车在不安全的状态下运行，保证了整个系统的稳定性和可靠性。总的来说，这种逻辑电路设计为起重设备的运行提供了良好的控制手段，使得设备可以更加高效地工作，同时也确保了设备的安全性和可靠性。图4.9大车工作程序块小车工作程序块根据图4-10所示的逻辑电路设计，可以实现小车的多档速度控制。当小车一档辅助继电器M2.3接通工作后，如果相应的主钩二档辅助继电器M1.1常闭点接通工作并且主钩三档辅助继电器M1.2接通工作，那么输出继电器M11.3也会被激活工作，从而控制小车的一档速度。如果小车二档辅助继电器M2.4接通工作且时间继电器T46常闭点接通工作，那么输出继电器M11.3也会被激活工作，从而控制小车的二档速度。当小车二档辅助继电器M2.4接通工作且时间继电器T46接通工作后，输出继电器M11.4也会被激活工作，以此类推。通过这种逻辑电路设计，可以实现小车速度的精细控制，操作人员可以根据需要选择合适的速度档位，从而提高起重设备的运行效率。此外，该设计还具有安全可靠性高的特点，能够确保小车运行过程中的安全性，为整个系统的稳定运行提供保障。图4.10小车工作程序块无线通信程序块在PLC电源上电后，通过当前的辅助继电器SM0.0接通工作后，激活当前的MBUS_CTRL通信程序块后，此时软件就会进行设置当前的PLC无线通信数据块如波特率为9600、无校验、等待时间为1000MS等相关的参数，这样它就可以和无线通信模块进行交换数据，从而实现无线操作当前的起重机，具体参数如下图所设置。图4.11无线通信程序块4.4语句表ORGANIZATION_BLOCK主程序:OB1TITLE=程序注释BEGINNetwork1//网络标题//网络注释LDSM0.0LPSAM0.0=Q2.4LRDAM0.1=Q2.5LRDAM0.2=Q2.6LPPAM0.3=Q2.7Network2LDSM0.0LPSLDM1.0ANM1.1ANM1.2LDM1.1ANT37OLDLDM1.2ANT38ANT39OLDALD=M10.0LRDLDM1.1AT37LDM1.2AT38ANT39OLDALD=M10.1LPPLPSAM1.2AT38AT39=M10.2LRDAM1.1TONT37,10LRDAM1.2TONT38,10LPPAM1.2AT38TONT39,10Network3LDSM0.0LPSLDM1.3ANM1.1ANM1.2LDM1.4ANT40OLDLDM1.5ANT41ANT42OLDALD=M10.3LRDLDM1.4AT40LDM1.5AT41ANT42OLDALD=M10.4LPPLPSAM1.5AT41AT42=M10.5LRDAM1.4TONT40,10LRDAM1.5TONT41,10LPPAM1.5AT41TONT42,10Network4LDSM0.0LPSLDM2.0ANM1.1ANM1.2LDM2.1ANT43OLDLDM2.2ANT44ANT45OLDALD=M11.0LRDLDM2.1AT43LDM2.2AT44ANT45OLDALD=M11.1LPPLPSAM2.2AT44AT45=M11.2LRDAM2.1TONT43,10LRDAM2.2TONT44,10LPPAM2.2AT44TONT45,10Network5LDSM0.0LPSLDM2.3ANM1.1ANM1.2LDM2.4ANT46OLDLDM2.5ANT47ANT48OLDALD=M11.3LRDLDM2.4AT46LDM2.5AT47ANT48OLDALD=M11.4LPPLPSAM2.5AT47AT48=M11.5LRDAM2.4TONT46,10LRDAM2.5TONT47,10LPPAM2.5AT47TONT48,10Network6LDSM0.0LPSAM10.0=Q1.0LRDAM10.1=Q1.1LRDAM10.2=Q1.2LRDAM10.3=Q1.3LRDAM10.4=Q1.4LPPAM10.5=Q1.5Network7LDSM0.0LPSAM11.0=Q1.6LRDAM11.1=Q1.7LRDAM11.2=Q2.0LRDAM11.3=Q2.1LRDAM11.4=Q2.2LPPAM11.5=Q2.3Network8LDSM0.0LPSLDM20.0OM20.3ALD=M1.0LRDLDM20.1OM20.4ALD=M1.1LRDLDM20.2OM20.5ALD=M1.2LRDLDM20.0OM20.1OM20.2ALD=Q0.0LPPLDM20.3OM20.4OM20.5ALD=Q0.1Network9LDSM0.0LPSLDM21.0OM21.3ALD=M1.3LRDLDM21.1OM21.4ALD=M1.4LRDLDM21.2OM21.5ALD=M1.5LRDLDM21.0OM21.1OM21.2ALD=Q0.2LPPLDM21.3OM21.4OM21.5ALD=Q0.3Network10LDSM0.0LPSLDM22.0OM22.3ALD=M2.0LRDLDM22.1OM22.4ALD=M2.1LRDLDM22.2OM22.5ALD=M2.2LRDLDM22.0OM22.1OM22.2ALD=Q0.4LPPLDM22.3OM22.4OM22.5ALD=Q0.5Network11LDSM0.0LPSLDM23.0OM23.3ALD=M2.3LRDLDM23.1OM23.4ALD=M2.4LRDLDM23.2OM23.5ALD=M2.5LRDLDM23.0OM23.1OM23.2ALD=Q0.6LPPLDM23.3OM23.4OM23.5ALD=Q0.7END_ORGANIZATION_BLOCKSUBROUTINE_BLOCKSBR_0:SBR0TITLE=子程序注释BEGINNetwork1//网络标题//网络注释END_SUBROUTINE_BLOCKINTERRUPT_BLOCKINT_0:INT0TITLE=中断程序注释BEGINNetwork1//网络标题//网络注释END_INTERRUPT_BLOCK4.5程序仿真复位程序在图4-6所示的逻辑电路设计中，当辅助继电器M0.0、副钩故障复位继电器M0.1、从而实现复位的功能。这种逻辑电路设计的实现可以使起重设备无线遥控系统更加可靠和高效，提高操作人员的工作效率，并确保起重设备的安全运行。图4.12复位程序块主钩工作程序块在工业自动化控制领域，逻辑电路设计是非常重要的一环。这种逻辑电路的设计可以使起重设备的升降速度更加平稳，减少因操作不当导致的设备损坏和事故发生，从而保障设备的安全运行。图4.13主钩工作程序块副钩工作程序块根据图4-8所示的逻辑电路设计，当副钩一档辅助继电器M1.3和相应的主钩二档辅助继电器M1.1同时被激活时，并且当前时间继电器T40也被检测到接通，那么外围变频器也会以二档的速度工作。这种逻辑电路设计的实现可以使起重设备在吊运过程中更加稳定和高效，提高操作人员的工作效率，确保起重设备的安全运行。图4.14副钩工作程序块大车工作程序透过图4-9的逻辑电路设计，本文可以看到它是一个控制大车速度的自动化系统。当大车的辅助继电器被激活时，使得设备可以更加高效地工作，同时也确保了设备的安全性和可靠性。图4.15大车工作程序块小车工作程序块根据图4-10所示的逻辑电路设计，可以实现小车的多档速度控制。当小车一档辅助继电器M2.3接通工作后从而提高起重设备的运行效率。此外，该设计还具有安全可靠性高的特点，能够确保小车运行过程中的安全性，为整个系统的稳定运行提供保障。图4.16小车工作程序块4.6本章小结本章节主要进行了控制系统的软件设计。首先对所需要的软件进行了选择，对使用的软件进行了简单介绍，并将参数设置加以呈现；其次进行了程序流程的设计，分别将主钩副钩的运行流程进行设计，并对大车、小车、主钩、副钩、无线模块进行软件梯形图编程，最后将梯形图转化为语句表呈现在本章内容当中，得出结论为系统无误正常运行，可以实现预期设计内容，满足设计需求。第5章工程影响分析5.1设备对环境的影响本装置采用的为社会上常见使用的电元器件，开关等器件在网上淘宝京东等网站均有正规渠道售卖，电动机等则采购于官方旗舰店，上述器件均符合国标要求的绿色环保的指标，不会产生一级污染物，对于环境影响趋于零，工作环境产生的废物废弃少，对环境污染小有利于保护环境。5.2设备安全性分析本设计选用通过PLC模块，来实现通过无线信号控制起重机运行，在设计之初就是为了解决驾驶员在驾驶室操作起重的不便与安全隐患，故本设计具有相当高的安全性与保护性；此外，本设计供电方式采用低压直流供电，即使处于系统空载下，依然不会对人和起重物品造成危害。5.3设备经济性分析1）价值分析：本课题的采用使用西门子plc作为控制器具有体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性高等特点。2）成本估算：在网上查找西门子s7-200的售价约为900元，无线控制模块售价约为200元，温控开关市场批发价为100元，一个电动机的价格约为1500元，综合考虑其他因素影响，成本估算在8000元左右。3）经济效益：提升了起重机工作的效率，有效提升起重行业的效益。5.4可持续发展分析本设计中电气设备对健康的影响主要为噪声污染。本装置在工作时会产生噪音，但都属在可控范围之内，在工作时会产生低分贝的噪音，工作人员可视情况配备隔音耳塞，同时本设计从维修层面来说，便于查找问题方便及时维修，故可使用寿命会相对较长。5.5法律分析所有硬件选择皆为市面常见且合法的选择；各项参数的要求都符合国家的标准，在投入使用时，需购买正版软件程序，不会涉及侵权违法等行为。5.6设备对社会的影响本课题设计目的为解决传统起重机操作不边、安全性低等特点。无线起重机具有占地面积小、起重量大、操作简单、作业灵活、能够双向移动等优点，有效减少了安全隐患，同时也便于起重机在驾驶员盲区进行作业，有效提升工作效率，符合社会企业当前需求，具有较大意义。5.7本章小结本章主要对起重设备无线控制系统进行社会、健康、安全、法律等多方面的工程影响分析，综合来看，本设计满足了最初的设计需求，同时达到了设计目的，符合当前众多企业厂商的工作要求，有较大投入应用到社会的意义。结论随着科技的不断发展，无线遥控技术也越来越成熟和广泛应用。在起重设备行业，无线遥控系统的应用已经成为了一个趋势。本次设计以可编程控制器（PLC）作为控制核心，设计了一个起重设备无线遥控系统。经过实验和测试，该系统具有良好的稳定性、可靠性和安全性。本文将对该系统的设计思路、具体实现和应用效果进行总结和分析。一、设计思路起重设备无线遥控系统的设计需要充分考虑安全性、可靠性和实用性。本次设计选用PLC作为控制核心，通过无线遥控器将指令发送给PLC，再通过PLC控制电机、阀门等设备的动作，从而实现对起重设备的遥控控制。在设计中，本文特别注重了安全性的考虑。首先，本文采用了带有防干扰能力的无线遥控器，保证