有關(guān)PLC于變頻器的橋式起重機控制系統(tǒng)設(shè)計(正式版)

1、隨著現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，微處理器和微電子技術(shù)的發(fā)展，使變頻調(diào)速控制系統(tǒng)日趨成熟。而橋 式起重機作為物料搬運系統(tǒng)中一種典型設(shè)備，在企業(yè)生產(chǎn)活動中應(yīng)用廣泛作用顯著，故對于提高其運 行效率，確保運行安全，降低物料搬運成本是十分重要。 傳統(tǒng)的橋式起重控制系統(tǒng)主要采用繼電器接 觸器進行控制，采用交流繞線串電阻的方法進行啟動和調(diào)速， 這種控制系統(tǒng)存在可靠性差，故障率高， 電能浪費大，效率低等缺點。因此根據(jù)橋式起重機的運行特點， 將可編程序控制器與變頻器結(jié)合應(yīng)用 于橋式起重機控制系統(tǒng)，其中 PLC系統(tǒng)則采用SIEMENS公司產(chǎn)品，大大提高了操作精度和穩(wěn)定度；綜 合保護功能完善，便于及時發(fā)現(xiàn)、查找、處理故障；

2、并且節(jié)約了能源。關(guān)鍵詞：可編程序控制器；橋式起重機；變頻調(diào)速；變頻器目錄摘要 I第一章緒論 11.1橋式起重機簡介 12.1變頻調(diào)速的基本原理 42.2變頻器的基本結(jié)構(gòu)和功能 52.2變頻器的控制電路構(gòu)成 7第三章橋式起重機變頻控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 73.1總體設(shè)計方法 73.2PLC技術(shù)簡介 93.2.1 PLC 概述 93.3部件的選擇 93.3.1電機的選用 93.3.2變頻器的選用 113.3.3 PLC 的選用 133.3.4常用輔件的選擇 133.4起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 153.4.1系統(tǒng)控制的要求 15第四張4.1 PLC程序設(shè)計 錯誤！未定義書簽。4.1.1 PLC 編程軟件概

3、述 154.1.2程序設(shè)計 154.2系統(tǒng)抗干擾措施 16第五章結(jié)束語 16致謝 17參考文獻17第一章緒論1.1橋式起重機簡介橋式起重機在冶金企業(yè)及其它行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，其作用主要用來實現(xiàn)物體的升降和轉(zhuǎn)運，橋 式起重機工作環(huán)境惡劣，工作任務(wù)重。它能否正常工作直接影響到生產(chǎn)效率提高和工作任務(wù)的完成，甚至關(guān)系到人身、設(shè)備的安全。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機制造廠和使用部門在設(shè)計、制造 工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗，不斷改造，推動了橋式起重機的技術(shù)進步。但在實 際使用中，結(jié)構(gòu)開裂仍時有發(fā)生。究其原因是頻繁的超負荷作業(yè)及過大的機械振動沖擊所引起的機械 疲勞。因此，除了機械上改進設(shè)

4、計外，改善交流電氣傳動，減少起制動沖擊，也是一個很重要的方面。傳統(tǒng)的起重機驅(qū)動方案一般采用：(1)直接起動電動機；(2)改變電動機極對數(shù)調(diào)速；(3)轉(zhuǎn)子串電 阻調(diào)速；(4)渦流制動器調(diào)速;(5)可控硅串級調(diào)速;(6)直流調(diào)速。前四種方案均屬有級調(diào)速，調(diào)速范圍 小，無法高速運行，只能在額定速度以下調(diào)速；起動電流大，對電網(wǎng)沖擊大；常在額定速度下進行機械 制動，對起重機的機構(gòu)沖擊大，制動閘瓦磨損嚴(yán)重 ；功率因數(shù)低，在空載或輕載時低于 0.2-0.4，即 使?jié)M載也低于0.75，線路損耗大。目前串級調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實現(xiàn)控制 系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動性能，很好的保護功能及系統(tǒng)

5、監(jiān)控功能，所以有時采用直流電動機， 而直流電動機制造工藝復(fù)雜，使用維護要求高，故障率高。我們所研究的橋式起重機是電動雙梁橋式起重機，該起重機由起重小車、橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運行機構(gòu)以及電氣控制設(shè)備等四個部分組成。機構(gòu)主要指主起升機構(gòu)、副起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、大 車運行機構(gòu)。在電氣控制系統(tǒng)中，其供電一般是通過電纜卷筒將電源輸送到中心電器上，起重機機為低壓供電系統(tǒng)，電氣控制部分集中在操作室和電氣房內(nèi)，安全保護裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?.2本課題設(shè)計的意義、主要內(nèi)容及基本參數(shù)傳統(tǒng)橋式起重機的控制系統(tǒng)主要采用交流繞線轉(zhuǎn)子串電阻的方法進行啟動和調(diào)速，繼電一接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點有：1. 橋式

6、起重機工作環(huán)境差，工作任務(wù)重，電動機以及所串電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生。2. 繼電一接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。3. 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機械特性軟，負載變化時轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長期發(fā)熱，電 能浪費大，效率低。要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。其中，具有代表性的交流變頻調(diào)速裝 置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機系統(tǒng)提供了有利條 件。變頻調(diào)速以其可靠性好，高品質(zhì)的調(diào)速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運輸機械行業(yè)中具有廣 泛的發(fā)展前景。本論文研究了變頻調(diào)速技術(shù)在 20/5t * 19.5m 通用橋式起重機中的應(yīng)用，并且

7、根據(jù)原有的控制結(jié) 構(gòu)，結(jié)合組態(tài)軟件和PLC技術(shù)，提出了一個改進的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)， 并且采用此體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了橋式起 重機變頻調(diào)速系統(tǒng)。本課題橋式起重機基本參數(shù)：該機的起重量為20/5噸，其跨度(L)為19.5m小車起升速度為15m/min,大車起升速度為7.5m/min. 小車運行速度為45m/min,大車運行速度為75m/min。第二章矢量控制變頻調(diào)速2.1變頻調(diào)速的基本原理異步電機的轉(zhuǎn)速公式為：n = 60f ( 1 s)(2.1)P其中：n異步電動機的轉(zhuǎn)速，單位為r/min;f 定子的電源頻率，單位為 Hz;s電機的轉(zhuǎn)速滑差率；p 電機的極對數(shù)。由上式(2.1)可知，如果改變輸入電機的電源頻

8、率 f，貝U可相應(yīng)改變電機的輸出轉(zhuǎn)速。在電動機調(diào)速時，一個重要的因素時希望保持每極磁通量m為額定值不變。磁通太弱，沒有充分利用電機的磁心，是一種浪費：若要增大磁通，又會使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時 會因為繞組過熱而損壞電機。對于直流電機來說，勵磁系統(tǒng)是獨立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補償合 適，保持m不變是很容易做到的。在交流異步電機中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。三相異步電動機每相電動勢的有效值是：Eg = 4.44 人“水曲 m(2.2 )式中：Eg 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢有效值，單位為 V；匚一定子頻率，單位為Hz;N1 定子每線繞組串聯(lián)匝數(shù)；kN1 基波繞組系數(shù)；m

9、美極氣隙磁通量，單位為 Wb;由公式可知，只要控制好Eg和f1便可以控制磁通m不變，需要考慮基頻(額定頻率)以下和基頻以上兩種情況；1 .基頻以下調(diào)速即采用恒定的電動勢。由上式可知，要保持m不變，單頻率f1從額定值fin向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低Eg然而繞組中的感應(yīng)電動勢是難以控制的，但電動勢較高時，可以忽略電子繞組的漏磁阻抗 壓降，而認為定子相電壓 U - E,則得U / f 1=常值。低頻時，U和Eg讀數(shù)較小，定子阻抗壓降所占 的份量都比較顯著，不能在忽略。這時，可以人為的把電壓U抬高一些，以便近似的不補償定子壓降。）。如圖2.1所示:帶定子壓降補償?shù)暮愎β时瓤刂铺匦詾?b線（b二邑），無補

10、償?shù)臑閍線（UiUn圖2.1恒壓頻比控制特性在基頻以上調(diào)速時,頻率f可以從往上增高，但電壓u磁通與頻率成反比的降低,相當(dāng)于與直流2.基頻以上調(diào)速電機弱磁升速的情況把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機的變頻調(diào)速控制特性，如圖 2.2。如 果電動機在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流， 則電動機都能在溫升容許的條件下長期運行， 這時轉(zhuǎn)矩基 本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)速，而在基頻以上基本上屬于“恒功率調(diào)速”。圖2.2異步電動機變頻調(diào)速控制特性2.2變頻器的基本結(jié)構(gòu)和功能變頻器的基本結(jié)構(gòu)見圖2.3圖2.3變頻器的結(jié)構(gòu)圖變頻器的功能是為電動機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電動機

11、的無極調(diào)速。變頻器具備對電機和變 頻器本身的完善保護功能，如過熱、過載、過流、過壓、缺相、接地等，從而避免備在不正常狀態(tài)下長 時間運行,保護設(shè)備不至于損壞。2.2.1變頻器的主電路電力電子開關(guān)器件電力半導(dǎo)體器件己經(jīng)歷了以晶閘管為代表的分立器件，以可關(guān)斷晶閘管（GTO）,巨型晶體管（GTR）,功率MOSFET絕緣柵雙極晶體管（IGBT）為代表的功率集成器件（PID）,以智能化功率集成電路（SPIC）， 高壓功率集成電路（HVIC）為代表的功率集成電路（PIC）等三個發(fā)展時期。從晶閘管發(fā)展到PID, PIC通過門極或柵極控制脈沖可實現(xiàn)器件導(dǎo)通與關(guān)斷的全控器件。在器件的控制模式上，從電流型控制模式及

12、發(fā)展到電壓型控制模式，不僅大大降低了門極（柵極）的控制功率，而且大大提高了器件導(dǎo)通與關(guān) 斷的轉(zhuǎn)換速度，從而使器件的工作頻率不斷提高。 在器件結(jié)構(gòu)上，從分立器件發(fā)展到由分立器件組合 成功率變換電路的初級模塊，繼而將功率變換電路與觸發(fā)控制電路、緩沖電路、檢測電路等組合在一起的復(fù)雜模塊。整流電路一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是對工頻的外部電源進行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源， 也可以是直流電流源。逆變電路逆變電路是利用六個半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)元器件的通與斷，得到任意

13、頻率的三相交流電輸出。它的主要作用是在控制電路的控制下， 將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速控制。222變頻器的控制電路構(gòu)成包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護電路等幾個部分，是變 頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪δ孀兤鏖_關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能。隨著電力半導(dǎo)體器件和微型計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進了電力變頻技術(shù)新的突破性發(fā)展，70年代后期發(fā)展起來的脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulatio n,

14、PWM技術(shù)成了現(xiàn)在最常用的變頻器功率開關(guān)器件的控制策略。SPWM（Si nu soidal PWM則是較為常用的技術(shù)。其通常是采用調(diào)制的方法，即 把正弦波作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載被，通過對載波的調(diào)制即可得到SAM波形。通常采 用等腰三角波作為載波，因為等腰三角波上下寬度與高度線性關(guān)系，且左右對稱，當(dāng)它與正弦波調(diào)制信號相交時，如在交點時刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖， 這正好符合SPWI控制的要求。三角載波的頻率fc,和正弦調(diào)制波的頻率fr,之比即fc / f r =Nc稱為載 波比。用生成的SPW波控制逆變器開關(guān)器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正

15、弦規(guī)律變化的矩形 脈沖列輸出電壓。正弦調(diào)制波的頻率fr,即是逆變器的輸出頻率fl改變fr,便可改變fl三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調(diào)制彼的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實現(xiàn)輸出電壓幅值的改變。第三章 橋式起重機變頻控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1總體設(shè)計方法控制系統(tǒng)由PLC控制，四大機構(gòu)調(diào)速均采用變頻調(diào)速。橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由上位機（工業(yè)觸摸屏系統(tǒng)）、下位機（PLC控制系統(tǒng)）、變頻調(diào)速系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1下面分別對各主要機構(gòu)調(diào)速控制進行說明。1、起升機構(gòu)起升機構(gòu)屬位能負載機構(gòu)。主起升和副起升兩臺電機各使用一個變頻器。變頻器的選擇，應(yīng)以 選擇變頻器的額定電流為基準(zhǔn)，一般以電動機的額

16、定電流，負載率，變頻器運行的效率為依據(jù)?？刂品绞竭x用帶PG的矢量控制方式。PLC接受電機的旋轉(zhuǎn)編碼器經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換卡送達的反饋信號， 避免吊鉤的下滑。2、運行機構(gòu)大車運行機構(gòu)中兩臺電機用一個變頻器；考慮到運行機構(gòu)的工作頻率較少，為節(jié)省成本，在調(diào)速 中運行機構(gòu)共用一臺變頻器。變頻器的選擇，一般以電動機的額定功率作為選擇的依據(jù)。 通常選額定 功率大一級的變頻器。3.2 PLC技術(shù)簡介321 PLC概述可編程程序控制器(Programmable Controler)，也稱為 PLC(programmable Logic controler) ,即是可編程邏輯控制器。其采用計算機結(jié)構(gòu)，主要包括CPU存儲器

17、、輸入、輸出接口及模塊、通訊接口及模塊、編程器和電源六個部分。如圖 4.1所示，PLC內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進行數(shù)據(jù)和指令的傳 輸。外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入變量，他們經(jīng) PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運算或其他各種運算處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出變量，對現(xiàn)場設(shè)備進行各種控制。采用變頻調(diào)速時，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電機轉(zhuǎn)速范圍的擴大產(chǎn)生了一些 與在工頻電源下傳動時不同的特征。主要反映在功率因數(shù)、效率、輸出力矩、電機溫升、噪音及振動 等方面。隨著高開關(guān)頻率的工 GBT等電力電子器件的使用、PW調(diào)制、增強型V/f控

18、制方法的應(yīng)用、 使變頻器輸出波形、諧波成份、功率因數(shù)及使用效率得到了很大的改善， 有效地提高了變頻控制電機 的低速區(qū)轉(zhuǎn)矩。同時由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用， 使電機可以避開共振點，解決了系統(tǒng)在大調(diào)速區(qū) 間內(nèi)可能發(fā)生的共振問題。二、變頻起重機系統(tǒng)中電機的選型起重機起升和運行機構(gòu)的調(diào)速比一般不大于1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)率在 60鳩下，負載多為大慣量系統(tǒng)。嚴(yán)格意義上的變頻電機轉(zhuǎn)動慣量較小，響應(yīng)較快，可工作在比額定轉(zhuǎn)速高 出很多的工況條件下，這些特性均非起重機的特定要求。 普通電機與變頻電機在不連續(xù)工作狀態(tài)下特 性基本一致；在連續(xù)工作時考慮到冷卻效果限制了普通電機轉(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機僅在

19、連續(xù)工作時的 變頻驅(qū)動特性比變頻電機稍差。三、電機冷卻西門子變頻器在調(diào)速比為1:20的范圍內(nèi)能確保起重機上普通電機有 150%勺過載力矩值。電機在 起動過程中可承受2.5倍額定電流值，遠大于變頻起動要求的1.5倍值，運行機構(gòu)的電機在以額定速 度運行時電機通常工作在額定功率以下，因此高頻引起的1.1倍電流值可不予考慮。但若電機要求在整個工作周期內(nèi)在大于1:4的速比下持續(xù)運行則必須采用他冷式電機。四、電機效率國外以4極電機作變頻電機首選極數(shù)，因此時電機有最好的功率因數(shù)和最高的工作效率，使能耗降為最低。目前，國內(nèi)用于起重機械的 4極電機有強迫通風(fēng)冷卻的 YZFXXX-4型電機等。五、電機起動轉(zhuǎn)矩及電

20、機運行的功率因數(shù)起重機運行機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量較大，為了加速電機需有較大的起動轉(zhuǎn)矩，故電機容量需由負載功率P廠及加速功率Pa兩部分組成。一般情況下Pa Pj,電機容量P為P - Pj Pa / ' ms式中'ms 一電機平均起動起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起重機起升機構(gòu)的負荷特點是起動時間短（1-3s），只占等速運動時間的較少比例；轉(zhuǎn)動慣量較少，占額定起升轉(zhuǎn)矩的10%-20%其電機容量P為P 二 CPgv/1000伽）式中 CP 起重機額定提升負載，kgv 一額定起升速度，m/sg 一重力加速度，g=9. 81m/s一機構(gòu)總效率為使電機提升1.25倍試驗載荷，能承受電壓波動的影響，其最大轉(zhuǎn)矩值必須大

21、于2,否則必須讓 電機放容，從而降低電機在額定運行時的工作效率。通過利用上述公式的計算，選用改造后的橋式起重機各執(zhí)行機構(gòu)的電機參數(shù)如表3.1所示：表3.1各執(zhí)行機構(gòu)電機參數(shù)電機型號電機功率主起升機構(gòu)YZR250M1-830KW副起升機構(gòu)YZR200L-815KW大車運行機構(gòu)YZR160M1-62*5. 5KW小車運行機構(gòu)YZR1601-65. 5KW332變頻器的選用一，變頻器選型本系統(tǒng)選用西門子變頻器，西門子變頻器具有較合理的價格，完整的理論計算書及輔件推薦值, 有利于用戶合理選用。二、變頻器容量選擇2.1 起升機構(gòu)起升機構(gòu)平均起動轉(zhuǎn)距一般來說可為額定力矩值的1.3-1.6倍?？紤]到電源電壓

22、波動因素及需通過125%超載試驗要求等因素，其最大轉(zhuǎn)距必須有1.8-2倍的負載力矩值，以確保其安全使用的要求。等額變頻器僅能提供小于150%超載力矩值，為此可通過提高變頻器容量（Yz型電機）或同時提高變頻 器和電機容量（Y型電機）來獲得200%力矩值。此時變頻器容量為K CPqv K(KVA)1.5Pcn _ 皿 cos1000= mCOSP式中cos電機的功率因數(shù)，COS= 0.25P 起升額定負載所需功率，kwM 電機效率， M =0. 85Pcn 變頻器容量，KVAK 系數(shù)，K=2起升機構(gòu)變頻器容量依據(jù)負載功率計算，并考慮2倍的安全力矩。若用在電機額定功率選定的基礎(chǔ)上 提高一擋的方法選擇

23、變頻器的容量，則可能會造成不必要的放容損失。在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上再 作電流驗證，公式如下：I CN > I M式中Icn 一變頻器額定電流，AI M 電機額定電流，A2.2運行機構(gòu)當(dāng)運行電機在300s內(nèi)有小于60s的加速時間的并且起動電流不超過變頻器額定位的1.5倍時變頻器容量可按下式計算TN 1+K 973973K5 pcnGD 2 N 2 _Pj Pm m cos申 Z GD N I n M cos®.375tA式中K 電流波形補償系數(shù)，PWM方式K=1.051.1Ti 負載轉(zhuǎn)距，N.mGD2 一總轉(zhuǎn)動慣量對電機軸的折算值，kg.mtA 加速時間，sN 電機額定轉(zhuǎn)速，r

24、/mi nPcn Z；T，F(xiàn)(Pj + PM)當(dāng)運行電機在300s內(nèi)電機有大于60s加速時間時，變頻器容量按下式取值：M cos(kVA )電流驗證：以上公式均以負載功率作為變頻器容量計算的基本參數(shù)， 相同功率不同極數(shù)的電機有不同的額定電流。故最終尚需驗證電機和變頻器額定電流，即IcnM2.3.多電機驅(qū)動時變頻器容量的選擇電壓型變頻器可以一臺變頻器驅(qū)動多臺電機，其并聯(lián)運行且變頻器短時過載能力為150% 60%時，如電機加速時間在300s內(nèi)有小于60s的加速時間，貝U5PCN 一豊 nT ns Ks'Pcn-Ks-1并要求Icn§tIm"加卄 1.1式中pm 負載所要

25、求的電機軸輸出功率nT 并聯(lián)電機的臺數(shù)%同時啟動的臺數(shù)電機效率，=0.8K s 電動啟動電流與電機額定電流之比值k 電流波形的修正系數(shù)，PWI方式取1.05-1.1PCN 變頻器容量，KVAIcn 變頻器額定電流，A333 PLC的選用目前PLC使用性能較好的有SIEMENS公司、日本的三菱、歐姆龍、美國的 AB公司。根據(jù)性價比的 選擇，根據(jù)被控對象的I/O點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，我們采用SIEMENS 公司的S7-200系列PLCSIMATIC S7-200系列是西門子公司小型可編程序控制器，可以單機運行，由于它具有多種功能 模塊和人機界面(HMI)可供選擇，所以

26、系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)，同時具有可靠性高，運行速度快的特點，繼承了和發(fā)揮了它在大、中型PLC領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，有豐富的指令集，具有強大的多種集成功能和實時特性，其性能價格比高，所以在 規(guī)模不太大的領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。3.3.4常用輔件的選擇變頻器系統(tǒng)器件由斷路器、接觸器、電抗器、變頻器、制動電阻及制動單元組成。1 、斷路器為避開變頻器投入時直流回路電容器的充電電流峰值，為此變頻器配置的斷路器容量應(yīng)為電機額定電流的1.31.4倍，整定值為斷路器額定值的3

27、4倍。2 、接觸器接觸器在變頻器主回路中僅在變頻器輔助器件或控制回路故障時起斷開主回路的作用，一般不作回路開斷器件用，故可按電機額定電流選用接觸器容量，無須按開斷次數(shù)考核其壽命。3 、交流電抗器在變頻器的輸入端加接交流電抗器，以抑制變頻器造成的高頻峰值電流，或電容器開斷造成的峰 值電流對變頻器的危害。同時，交流電抗器的接入還可起到降低電機噪聲、改善起動轉(zhuǎn)矩、在電機輕 載時改善電機功率因數(shù)的作用。4 、制動單元為減小大慣性系統(tǒng)的減速時間，解決變頻器直流電路上的過電壓問題。常在其直流電路中加接一檢測直流電壓的晶體管。一旦直流回路電壓超過一定的界限， 該晶體管導(dǎo)通，并將過剩的電能通過與 之相接的制動

28、電阻器轉(zhuǎn)化為熱能耗。在能量消耗的同時加速了轉(zhuǎn)速的減小，該能量消耗得愈多，制動時間愈小，此裝置即為變頻器的制動單元。5.制動電阻器借助制動單元，消耗電機發(fā)電制動狀態(tài)下從動能轉(zhuǎn)換來的能量。5.1電阻值的計算Rbo1.047Tr-0.2Tm n式中Uc 直流回路電壓，vTr 制動轉(zhuǎn)矩，N.mTm 一電機額定轉(zhuǎn)矩（在附加電阻制動的情況下，電機自損耗約為電機額定功率的20流右），N.mn 電機額定轉(zhuǎn)矩（在附加電阻制動的情況下，電機額定轉(zhuǎn)速）,r/min在制動晶體管和制動電阻構(gòu)成的能耗回路中最大電流受晶體管許用電流Ic的限制，因此在選擇制動電阻值時不可小于其最小制動電阻值 Rmin,即式中Uc 直流回路電

29、壓，V'c 一制動晶體管允許的最大電流，因此，制動電阻應(yīng)RB按RBO > RB > R5.2制動轉(zhuǎn)矩Tb的計算Tb式中g(shù)dM 一電機轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩之和，Tl 一負載轉(zhuǎn)矩，N.mn 1 一減速開始時轉(zhuǎn)速，r/mi n“2 減速結(jié)束時轉(zhuǎn)速，r/mintb 減速時間，SRmin= U c / I c (iin的關(guān)系選用。GDM GD2 n1375tb一門2_ I LN.m6.電纜選擇由于高次諧波的驅(qū)動效應(yīng)，電纜的實際使用面積減少，單位實際工作電阻增大，電纜壓降有增大 的趨勢，故所配電纜一般大于常規(guī)使用值。3.4起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計341系統(tǒng)控制的要求對橋式起重機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的

30、基本要求(1) 主、副機構(gòu)升降速度調(diào)節(jié)；(2) 運行機構(gòu)運行速度調(diào)節(jié)；(3) 保護功能：主副機構(gòu)上升限位、下降限位、大車限位、小車限位、主副機構(gòu)及大小車電機的保 護等。控制系統(tǒng)應(yīng)由PLG繼電器、操縱臺各主令控制器、開關(guān)、按鈕、指示燈及各部位限位開關(guān)等組 成。第四章4.1 PLC編程軟件概述S7-200 的編程語言是STEF7-micro/win32，它是用于S7-200系列PLC進行編程、調(diào)試的全新軟 件，它是在國際標(biāo)準(zhǔn)工 EC1131-3的基礎(chǔ)上建立的，可以用 LAD, FBD和STL來編程。STEP 7-micro/w in32 軟件的一個特點是調(diào)試功能很強大，不僅能在線讀取數(shù)據(jù)，而且能在

31、線修 改過程數(shù)據(jù)，對于調(diào)試大型復(fù)雜控制程序非常有效。STEP 7-micro/w in32軟件還附帶一些控制程序模塊，如 PID調(diào)節(jié)模塊，這些模塊可以從主控制程序中直接調(diào)用，以便實現(xiàn)不同的功能。STEP7-micro/wi n32軟件工具包采用模塊化的程序設(shè)計方法，它采用文件塊的形式管理用戶編寫的程序及 程序運行所需的數(shù)據(jù)。該工具軟件包為S7-200CPU與其它系統(tǒng)部件(如觸摸屏、變頻器)的使用提供了 便利。4.2程序設(shè)計在本系統(tǒng)中，PLC程序設(shè)計的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號(按鈕、繼電器)的輸入，判斷當(dāng)前的 系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號去控制接觸器、繼電器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)。除此之外，另一

32、個任 務(wù)就是接受上位機的控制命令，以進行自動采樣。PLC的軟件設(shè)計部分我們采用模塊化的方法，PLC程序設(shè)計共有四個模塊：按鈕處理模塊、通信模塊、PID控制模塊、故障報警模塊。其中按鈕模塊主要處理各電機和電磁閥的啟停控制(四)故障報警模塊為了實時通知操作員故障消息，以便盡快地排除故障，確保整個系統(tǒng)正常運行，本控制系統(tǒng)具有 良好的故障報警措施。所以在PLC程序中始終對相應(yīng)的傳感器輸入信號進行掃描，一旦有諸于變頻器故障，超重等故障，應(yīng)馬上切斷該設(shè)備，并啟動蜂鳴器，進行報警?？紤]到工業(yè)現(xiàn)場可能的干擾，(1) 我們在程序中采用延遲報警即只有當(dāng)報警信號持續(xù)一定的時間(一般為幾十毫秒到幾百毫秒).才認 為有

33、故障。(2)在啟動設(shè)備時，逐步開啟報警；而在停止設(shè)備時逐步阻塞報警。上述兩個措施可有效 的防止誤報警。報警處理由畫面元素和 PLC變量直接對應(yīng)，無需編程。4.3系統(tǒng)抗干擾措施可編程控制器的主要應(yīng)用場合是工業(yè)現(xiàn)場，工作環(huán)境中各種干擾對系統(tǒng)設(shè)備的正常運行存在著嚴(yán) 重的影響。所以在本系統(tǒng)中也不例外，有必要考慮PLC的抗干擾措施?？垢蓴_的主要措施有；(1) 輸入信號電纜、輸出信號電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起。(2) 必要時需選用帶有屏蔽層的輸入和輸出信號電纜，并注意一端接地。(3) 多芯電纜中的備用芯線也要一端接地，一則擴大屏蔽作用，二則抑制芯線間的信號串?dāng)_及外 部干擾。(4) 為避免干擾

34、，同一電平等級的信號才能用一條多芯電纜傳輸。 所以，對數(shù)字信號和模擬信號，在任何情況下，都必須分開電纜進行傳輸。低電平信號線應(yīng)與其它信號線分開。盡量縮短模擬量I/O信號線的長度，并采用雙芯屏蔽線作為信號線。(5) PLC 電柜應(yīng)有獨立的接地線，接地電阻小于 10歐姆。(6) 引至PLC柜的電纜要盡量遠離那些會產(chǎn)生電磁干擾的裝置。(7) 一般要將PLC裝于專門的電柜中，且PLC四周留有50mm以上的凈空間，保證良好的通風(fēng)環(huán)境。 盡量不要將PLC安裝在多塵、有油煙、有導(dǎo)電灰塵、有腐蝕性氣體、振動、熱源或潮濕的地方。第五章結(jié)束語本論文主要為橋式起重機設(shè)計一套將可編程序控制器與變頻器結(jié)合應(yīng)用于橋式起重

35、機控制系統(tǒng)， 同時實現(xiàn)起重機電機速度的可調(diào)節(jié)，以節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的需要。根據(jù)要求，此系統(tǒng)要能達到現(xiàn)場的運行狀況、運行數(shù)據(jù)都可以在司機控制室掌握，用戶在控制室 可以通過人機界面來設(shè)置變頻器的運行頻率、啟動和停止電機，并且變頻器的故障信息可以在人機界 面上反映出來，以用來提示用戶。采用變頻器實現(xiàn)起重機電機的調(diào)速運行，結(jié)合PLC的強大功能、可靠性以及基于組態(tài)軟件所開發(fā)出來的良好人機界面和通信能力，實現(xiàn)在司機控制室對電機的遠程控制運行參數(shù)調(diào)節(jié)。上位機選擇觸摸屏主要完成系統(tǒng)的組態(tài)、監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置和開關(guān)量置位。下位機采用 PLC來實現(xiàn)各電機的啟、停、電磁閥的開關(guān)，數(shù)值的轉(zhuǎn)換、速度的檢測。重點解決了系統(tǒng)中

36、的監(jiān)控畫面、PLC程序設(shè)計的問題以及上下位機之間的通信問題。同時根據(jù)STEP-7 MICRO/WIN32軟件工具包的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計特點，大量采用代碼重用的方法，大大減少了系 統(tǒng)的開發(fā)和維護；同時利用西門子公司的 Protool/pro組態(tài)軟件設(shè)計良好的人機界面以下載至觸摸屏，以及實現(xiàn)其與PLC的通信。致謝在論文完稿之際，謹向教導(dǎo)和幫助我的師長、朋友、同學(xué)，以及默默支持和鼓勵我的親人們致以 最誠摯的謝意和最衷心的祝福！感謝導(dǎo)師1234老師!老師嚴(yán)謹踏實的研究作風(fēng)，淵博深厚的知識，孜孜不倦的誨人，我感到由衷 的敬佩。導(dǎo)師以其嚴(yán)謹、求實的治學(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任心和敬業(yè)精神，給予我極大的幫助與鼓勵；導(dǎo)師

37、踏實認真、開拓創(chuàng)新的治學(xué)作風(fēng)將使我終生受益；導(dǎo)師給我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境、以及社會實踐的機會。本論文從選題到完成無不浸透著恩師的心血。在此期間，老師多次詢問我的課題進度，提醒 我該注意的問題，并在我課題遇到困難時，給予了我耐心的指導(dǎo)和幫助。借此論文的完成之際，謹向 我的恩師表達我衷心的感謝和崇高的敬意！感謝恩師不厭其煩的教誨和一絲不茍的嚴(yán)謹作風(fēng)，在學(xué)習(xí)、 生活和以后的工作中給我樹立了為學(xué)為人的榜樣。并希望在今后的學(xué)習(xí)和工作中繼續(xù)得到導(dǎo)師的教 導(dǎo)。感謝1234學(xué)院機電系的各位老師在這三年學(xué)習(xí)生涯中給予我的關(guān)心和幫助。也感謝我在123求學(xué)期間結(jié)識的好友，給予我的幫助、鼓勵和支持，在此一并感謝。最后

38、，我要深深感謝我的父母和兄弟，多年來，正是由于他們對我學(xué)業(yè)上的支持、理解和鼓勵， 對我一如既往的殷切期望和無私奉獻，給予了我無盡的關(guān)愛和動力，才使得我得以順利完成學(xué)業(yè)！某人謹致2010年6月2日參考文獻1. 廖常初 PLC編程及應(yīng)用M.北京：機械工業(yè)出版社，2005.2. 張桂香.電氣控制與PLC應(yīng)用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2006.4.李永樂.交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)M.機械工業(yè)出版社，2002.5. 韓安榮.通用變頻器及應(yīng)用M.北京：機械工業(yè)出版社，2000.6. 趙洪恕，王忠石，簡維新.PLC控制交流調(diào)速控制系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用 ，基礎(chǔ)自動化J.2OO2 年2月第七期7. 許正軍，曾獻輝，陳瑞琦.變頻器的