基于PLC的桥式起重机控制系统设计

毕 业 论 文题目： 基于PLC的桥式起重机控制系统设计 作 者系 别指导教师完成时间II摘 要至今，国内大多桥式起重机仍用传统的绕线式电动机转子串电阻调速方式，实现了起重机上各机构运行速度的控制以及起停；只有有级调速能在该传统调速方式上运行，起动/制动冲击电流大，转子串接的电阻上消耗了大量转差功率，导致电机的调速精度差、机械特性软、范围小，且对电刷、滑环及制动器有较大的冲击，维修率比较高。传统的继电-接触器控制取代了PLC变频控制，故障率降低，提高了节能效果，检修维护方便，是提高企业生产效率的好途径。本论文主要做了以下工作：首先，介绍了桥式起重机的基本结构与原理，通过对起重机的原理与结构的介绍来引出桥式起重机的起重机控制系统的设计。其次，根据控制系统的要求来进行系统的硬件方面的设计，其中包括PLC选型和其他一些相关资源的配置。然后，进行系统的软件的设计，其中软件系统包括大小车的控制及升降机的控制系统流程及相关程序。最后，利用西门子S7-200的仿真软件Step7-Micro/WIN32对所设计的软件程序进行仿真实验。根据仿真结果对程序进行进一步修改，以达到最佳控制效果。本论文还采用了变频器与PLC进行协作来进行控制，使其达到最优的控制效果。关键词: PLC；控制系统；桥式起重机IIIAbstractTo date, most of bridge crane still using the traditional string Wound rotor motor speed control resistor to realize all of the crane body and stop running from the control; but the speed of traditional methods can only have governing, start / brake-rush current, and there are a lot of power consumption and deterioration of quality of the series resistance in the rotor, the motor of the mechanical properties resulting in very soft, poor speed control precision, small, and the brush motor, slip ring and the brakes have more impact, maintenance is higher. Used to replace the traditional process control PLC relay - contactor control and reduce the failure rate, and significant energy-saving, easy maintenance overhaul, improving production efficiency as a good way. This article is based on PLC control system of the bridge crane design.In this paper, mainly the following aspects:First of all, introduced the basic structure of bridge crane with the principle, the principle of cranes and structure to lead to the introduction of the crane bridge crane control system design.Next, the control system in accordance with the requirements of the hardware system design, including the PLC Selection and other related resources.Then, the software system design, including software systems and the size of vehicle control and process control system of lifts and related procedures.Finally, the use of Siemens S7-200 simulation software designed to Step7-Micro/WIN32 process simulation software. The simulation results based on further changes to the procedures in order to achieve the best control effect.This paper also uses the converter to collaborate with the PLC for control, to reach the optimal control effect.Key words: PLC; Control System; Bridge-type hoist crane目录摘 要.IIAbstract.III第1章 绪 论.11.1课题的国内外研究动态、目前的水平.11.2课题研究的目的、意义.2第2章 桥式起重机的结构与原理42.1 桥式起重机的结构.42.1.1 基本构成.42.1.2 电气控制系统52.2 桥式起重机的工作原理.52.2.1 控制系统总体框图62.2.2 工作过程62.2.3 桥式起重机变频调速的工作原理 .7第3章 桥式起重机控制系统的设计83.1 PLC的选型 83.2 其他资源配置.83.2.1 各类按钮83.2.2 限位开关93.2.3 接触器93.2.4 变频器103.3 PLC的I/O资源配置.113.3.1 数字量输入部分113.3.2 数字量输出部分13第4章 桥式起重机控制系统软件设计154.1 系统总体流程设计.154.1.1 大车控制系统154.1.2 小车控制系统154.1.3 升降机控制系统164.1.4 升降机悬停控制系统16II4.2 各个部分梯形图设计.214.2.1 大车控制程序234.2.2 小车控制程序264.2.3 升降机控制程序294.2.4 升降机悬停/启动控制程序.324.2.5 大车变频器控制程序354.2.6 小车变频器控制程序374.2.7 升降机变频器控制程序384.2.8 其他功能控制程序40第5章 结 论44参考文献45致 谢46附录1 大车运行机构控制电气原理图47附录2 升降机运行机构控制电气原理图581第1章 绪 论1.1课题的国内外研究动态、目前的水平从人类文明开始，人类活动的重要组成部分-物料搬运，距现在已经有5000多年的历史。随着不断过大的生产规模，不断提高的自动化程度，起重机作为物料搬运的重要设备，在现代化生产中作用越来越大，对起重机要求也越发高 1。二战后的数十年来，各工业国家先后开始重视研究设计技术，设计起重机的技术水平也获得迅速发展。英国从六十年代起，就支持发展与推广创新设计通过国家政策和财力来；德国的 “设计就是科学” ，发展设计学已达到相当规模；美国成立设计委员会 ；设计技术的发展也同样得到日本的重视，日本将设计看作是美学技术、经济和人机工程学的整体一体化，新技术得到极力推广和采用。总而言之，设计工作越来越被经济技术发达国家重视，创新设计被大量引入，使得产品也包括起重机械产品的设计造型、安全可靠、经济技术性等各个方面发生的变化越来越快，不断提高了设计水平。起重机设计在中国的发展经历了艰难的过程。最早的时候大多是模仿苏联的设计，自六十年代开始，开始新产品的开发、新的零件设计和实验研究工作，因而让设计从仿制和凭借经验来设计逐渐走向计算分析和实验研究阶段。到了八十年代，在国内开始引入了一些国际上的先进的技术以及设计方法。同时设计领域还引入了计算机应用技术，强大的推动了起重机设计工作的发展。 但不少问题仍存在于我国起重机设计领域，小型和中型的企业设计的研究和分析是不够的，缺少资金投入，培训的员工没有跟上发展和需求，还没有形成以开发新产品或更新旧产品的设计和能力，以应付引进先进的技术和产品，没从设计的角度来消化，更不能够进行再创新。没有形成一个合理的梯队的设计团队，产品仍是几十年来都不变，仍然是复制一样的方式，没有自己的知识产权，合同只是为了应付与低成本使用。少数大型企业在快速发展通过创新设计，国内起重机的设计能力和水平得到提高，缩短与国外先进设计的距离。新的计算机技术在这类公司有大量的采用，二维CAD普及已久，一直延伸推广三维设计。先进的设计手段在电气设计中采用，引进的2频率控制和定子调压，系统控制由可编程逻辑控制器（PLC）参与，高科技传感元件被大量采用，以实现准确的定位和操控，它的安全性和可靠性也逐渐增加。通过应用专家系统，创新设计的过程得到极大促进，运用系统论和信息论和现代计算机应用技术的研究，起重机不断创新设计，逐步开始向智能化方向发展 2。1.2课题研究的目的、意义桥式起重机是一个机架式起重机，它依赖于水平运动机构和升降机构运动在两个相互垂直的方向，在矩形区域完成操作，而被广泛应用于各种生产企业起重运输设备。它的特点是可靠性高，承载能力大，结构简单，随着经济发展，起重机性能要求越来越高，以前的已经无法满足要求，因此需改进起重机控制方式，以满足发展的工业生产的需要。传统起重机的控制系统一般采用六种调速方式：电动机直接启动，涡流制动动器的调速、转子串电阻的调速、变换电动机的极对数调速、可控硅串级调速 直流调速。前四种为有级调速，具有较小的调速范围，只在额定转速下调速。转子回路串电阻等方式进行调速具有大的启动电流，大的电网冲击，导致频繁的机械冲击，剧烈振动，容易造成机械疲劳，意外事故发生的危险。所以无级调速的采用可以较好地解决以上问题。较好的调速手段还有采用直流电动机来调速，但因为直流电动机制造工艺复杂、维护要求高、故障率高等缺点，所以较少使用。到目前为止，国内大部分桥式起重机仍然使用传统的绕线式电动机转子串电阻调速方式，成功控制起重机上各机构起停及运行速度；但该传统调速方式只能进行有级调速，具有大的起动/制动冲击电流，转子串接的电阻消耗大量的转差功率的现象存在，导致了很软的电机的机械特性，调速精度不好、范围不大，且对滑环及制动器和电动机的电刷有比较大的冲击，维修率较高。所以，为了实现生产需要，提高设备的效益，降低维修率，节约电能等方面考虑，利用变频调速技术与PLC控制相结合对桥式起重机中进行设计、安装、调试及研究。传统的桥式起重控制系统主要采用继电器接触器进行控制，采用交流绕线串电阻3的方法进行启动和调速，这种控制系统存在可靠性差，操作复杂，故障率高，电能浪费大，效率低等缺点。迅速发展的电力、电子技术、计算机技术，使得可编程逻辑控制器（PLC）和变压变频调速技术（VVVF）在电气传动领域广泛应用。目前有直流驱动调速系统、变频调速系统和交流调速系统三种调速系统 3。桥式起重机通过变频器及PLC进行改造，起重机控制系统通过消除交流接触器开关转子电阻，串联电阻，及减少其他电器元件的需要，电气控制电路大大简化。起重机制动，加速，减速和其它过程更加平稳，快速，减少负载波动极大地提高了安全性。采用PLC 取代复杂的接触器和继电器控制系统，电路实现非接触式无触点，降低了故障率。变频调速具有机械特性硬和负载变化时各档速度稳定的特点。轻载时也不会导致操作不当失控。根据现场情况，变频器还可以很容易的调整速度和加减速时间，使起重机的操作更加灵活和快速。变频调速的通用同时也实现了电机的软起动，避免了大力矩冲击损伤机械，机械维护检修费用减少，设备的运行效率得到提高。至今，大多数的桥式起重机仍然使用传统的绕线转子串电阻调速方式，实现启停起重机和控制运行速度，该调速只能有级调速，具有很大的起动/制动冲击电流，有很多转差功率消耗在转子上的串联电阻，导致电动机的机械特性很软，速度精度，范围和电机电刷，滑环和刹车维修率有比较大的影响。因此，为了满足生产需要，提高设备使用效率，降低维修率，节约能源等方面来考虑，是采用变频技术和PLC控制组合桥式起重机的设计，安装，调试和研究。本设计首先对桥式起重机的结构与原理进行简单的介绍，根据相应的要求来进行控制系统的设计，其中包括硬件电路和软件部分的设计。4第2章 桥式起重机的结构与原理2.1 桥式起重机的结构桥式起重机是一种起重搬运吊装设备，目前十分广泛应用在在工矿企业中。效率高可靠性高的桥式起重机将大大提高工厂生产效率，桥式起重机其分为三个基本机构：用于提升重物的起升机构、用于移动重物的横向移动机构（即桥式起重机的小车运行机构）和用于移动重物的纵向移动机构（即桥式起重机的大车运行机构） 。通过控制正反转三相异步电动机，桥式起重机的起升机构，经过联轴器和减速器带动绕有钢丝绳的卷筒，使吊钩升降。两个移动机构，也分别是通过控制电动机正反转，联轴器和减速器再来带动车轮来使其转动。2.1.1 基本结构桥式起重机一般由三部分组成，即桥架运行机构、桥架金属结构和电气控制结构等，运行机构有大车小车和升降机运行机构，电气控制系统（一些电气电缆柜 保护装置） 。桥式起重机基本构成的简单示意图如图2.1所示。调 速 器 控 制 器 调 速 器 大 车 调 速 器 小 车 升 降 机 图2.1 桥式起重机基本构成的简单示意图51 大车运行机构大车运行机构采用电动机不止一台而是两台，因为其工作频率偏小，所以两个电机被一台变频器控制，从而成本得到降低。以额定功率为依据选择额定功率大一级的变频器，其控制电路示意图如附录1所示。2 小车运行机构它是一台电动机单独驱动，使用一台变频器。变频器选择是通过选电动机的额定功率为参照的选出额定功率大一级的变频器，采用V/F控制方式。采用自由停车的方式，机构控制示意图和附录1所示类似。3 升降机运行机构采用一台电动机单独驱动，使用一台变频器，进行重物提升控制通过通用的变频器，启动运行机构要求平稳迅速，可采用外接刹车电阻来电气制动 控制电路示意图如附录2所示。2.1.2 电气控制系统桥式起重机的电气控制系统主要包括操作面板和电气控制柜等单元。在该系统中需要检测较多的输入量，根据设定的程序进行数据处理后，输出控制信号，电气控制系统示意图如图2.2所示。 电 气 控 制 柜 操 作 面 板 电 机 运 行 机 构 图2.2 电气控制系统示意图62.2 桥式起重机的工作原理2.2.1 控制系统总体框图桥式起重机系统的电气控制系统总体框图如图2.3所示，核心控制器为PLC控制面板按钮和各限位开关的输入，完成运行停止和调速控制相应设备。操 作 面 板 PLC 变 频 器 限 位 开 关 输 入 各 类 执 行 机 构 图2.3 电气控制系统总体框图2.2.2 工作过程在启动状态下，根据操作面板上的按钮输入来控制大小车，在启动和停止升降机时，电磁制动器的运行是通过通过检测变频器输出的频率来控制的。桥式起重机的工作过程如下：1 接通电源，启动系统。2 按下大车的运行按钮，启动大车，通过加速减速按钮改变大车的速度。3 按下小车的运行按钮，启动小车，通过加速减速按钮改变小车的速度。4 按下升降机的运行按钮，启动升降机，通过加速减速按钮改变升降机的速度。当重物需要被悬停半空，让变频器的输出频率减小到设定的值，频率下降停止，使电磁制动器启动，抱住重物，杜绝溜钩现象发生；当需从半空开始、下降或者上升重物时，使变频器的输出频率增加到某设定值，频率停止上升，停止电磁制动器工作，松开重物，变频器输出频率持续增加到所需值。72.2.3 桥式起重机变频调速的工作原理在异步电动机的极对数p和转差率s一定的情况下，改变异步电动机的供电电源频率f从而实现对其调速。但是当供电电源频率f小于电动机的额定工作频率时，只有保持U/f为常数，才能保证电机的磁通不变，保证电动机的性能不变；而当供电电源频率f大于电动机的额定工作频率时，电动机转速超过额定转速，我们不能够使U/f为常数，否则端电压U将超过电动机额定电压从而可能烧坏电动机。因此，在实现额定转速以上的调速时，应保持电源电压不变并为额定值，仅使供电电源频率f增加，电动机磁通将减少，输出转矩也将随之下降，而输出功率近似恒定。桥式起重机一般采用U/f控制方式、矢量控制方式及直接转矩控制方式的变频调速方式。桥式起重机的起升机构一般采用闭环的矢量控制方式或闭环的直接转矩控制方式；而桥式起重机的移动机构一般采用开环的U/f控制方式或开环的矢量控制方式。桥式起重机变频调速分起升机构变频调速和移动机构变频调速，其主要由机构中的变频器 变频电机 控制器件和线路的保护开关等构成。为了预防变频器干扰外界和对自身进行保护、以及使电机控制的精度得到提高，一般在变频器附近有AC/DC电抗器、制动单元和电阻、传输卡件及滤波器等，使控制系统可靠性提高 线路简单 应用灵活 容易使用及低故障率等。8第3章 桥式起重机控制系统的设计3.1 PLC的选型电气控制系统框图如图3.1所示。PLC是该控制系统中核心处理器，其输入和输出量都为数字量，变频器的控制与PLC之间采用RS-485 来进行通信。可 编 程 逻辑 控 制 器 PLC 操 作 面 板 变 频 器 限 位 开 关 大 车 运 行 变 频 器 小 车 运 行 升 降 机 运 行 变 频 器 图3.1 电气控制系统框图桥式起重机电器控制系统的控制主机选择西门子S7-200 系列PLC。较多的输入/ 输出端口在桥式起重机电气控制系统涉及，控制的过程相对来说比较简单，所以该控制系统的主机可采用CPU224 （CPU224 共有14个输入和 10个输出） 。数字量输入点被使用的比较多在桥式起重机控制系统中，因此除了PLC主机自带的I/O被使用外，一定数量的I/O扩展模块还需被扩展。在此EM223输入/ 输出混合扩展模块可被采用，16点DC输入/16点DC输出型，系统输入点的要求控制可被满足，虽然有较多的空闲存在于输出点，但能提供硬件条件（为后期扩展功能） 。3.2 其他资源配置要完成系统的控制功能除了需要PLC主机及扩展模块之外，各种接触器 限位开关和变频器等仪器设备也是需要的。3.2.1 各类按钮9在此控制系统手动控制中使用的三个机械按钮来控制的桥式起重机系统的启动和停止。手动/自动按钮用旋钮，自动启动按钮为触电触发按钮，急停按钮旋转复位按钮，按下停止旋转复位自动弹出。每设备都设置一个按钮，使用电击触发按钮，按下通，松开复位。3.2.2 限位开关此系统共使用六个限位开关：前进 后退 左移 右移 上升 下降限位开关。1 大车前进限位开关。其作用是防止大车超出向前运动的范围，用于控制大车在向前运行时的位置。2 大车后退限位开关。其作用是防止大车超出向后运动的范围，用于控制大车在向后运行时的位置。3 小车左移限位开关。其作用是防止大车超出向左运动的范围，用于控制小车在向左运行时的位置。4 小车右移限位开关。其作用是防止大车超出向右运动的范围，用于控制小车在向右运行时的位置。5 重物上升限位开关。其作用是防止升降机超出向上运动的范围，用于控制升降机在向上运行时的位置。6 重物下降限位开关。其作用是防止升降机超出向下运动的范围，用于控制升降机在向下运行时的位置。3.2.3 接触器在起重机控制系统中，其中所有的设备的运行是根据控制面板上的按钮情况进行动作的而并非连续的，因此控制所有设备的启动需要PLC根据当前的工作情况，共需要4个接触器：大车电动机接触器、小车电动机接触器、升降机电动机接触器、电磁制10动器接触器。1 大车电动机接触器。包括2个部分：控制正转的接触器和控制反转的接触器，控制电动机的正反转和停止通过PLC输出的指令，从而大车的运行和停止得到控制。2 小车电动机接触器。小车电动机接触器包括控制正转的接触器和控制反转的接触器，控制电动机的正反转和停止通过PLC 输出的指令，从而小车的运行和停止得到控制。3 升降机电动机接触器。升降机接触器包括控制正转的接触器和控制反转的接触器，控制电动机的正反转和停止通过PLC 输出的指令，从而升降机的运行和停止得到控制。4 电磁制动器接触器。电磁制动器接触器通过PLC输出的指令控制接触器的断开和闭合，从而电磁制动器的运行和停止得到控制。3.2.4 变频器在系统中西门子公司的MM4系列变频器可被采用，性价比高 是最常用也是功能较强的一种变频器，主要用于各种工业、水利、冶金、建筑、纺织、交通等领域，具有良好的性能和优惠的价格 该系列中的MM440变频器能适用于一切传动系统，是一种通用变频器现代先进的矢量控制系统得到采用，使得当负载突然增加时，稳定性仍然能够保持住。对于三个逆变器在这个系统中，通信控制，用于不同的逆变器控制，只需要这三个逆变器的地址编号，其中的程序的控制，通过发送控制命令给不同地址的变频器，实现控制不同变频器，即对于控制不同设备的变频器，改变参数P2011中的值，在此系统中，控制大车变频器的地址为1.控制小车变频器的地址为2，控制升降机的变频器地址为3。变频器的参数设置如表3.1所示。11表3.1 变频器参数设置表参数号 参数值 说明P0005 21 显示实际频率P0070 5 COM链路的USS设置P1000 5 通过COM链路的USS设定P2010 6 9600baudP2011 1 USS地址P0300 1 电动机类型P0304 380V 电动机额定电压P0305 286A 电动机额定电流P0310 50Hz 电动机额定频率P0311 122r/min 电动机额定转速3.3 PLC的I/O资源配置根据系统功能要求配置PLC的I/O。主要分为数字输入部分与数字输出部分。3.3.1 数字量输入部分桥式起重机控制系统主要完成对操作按钮输入的检测、限位开关的检测、变频器反馈值的检测等。1 操作按钮输入的检测。对人工操作台的输入按钮的检测完成，主要的输入按钮 为 急停旋钮和启动按钮、小车运行和停止以及加减速按钮、 、运行 停止大车以及加减速按钮 运行 停止升降机以及按钮加减速等2 限位开关的检测。限位开关包括大车前进、后退限位开关；小车左移、右移限位开关；升降机上升、下降限位开关，一共三种。1）大车前进后退限位开关检测大车的位置，防止大车运行超出范围。122）小车左移右移限位开关检测小车的位置，防止小车运行超出范围。3）升降机上升下降限位开关检测升降机的位置，防止升降机运行超出允许范围。3 检测变频器反馈值。变频器反馈值的检测主要的目的是防止发生溜钩的现象，在松开后后抱住前的电磁制动，重物停止下滑的现象易出现，被称为溜钩。出现溜钩的原因：电磁制动器通电断电或电源断电，它需要时间约O.6S（根据不同的型号和尺寸变化） ，如果早期变频器停止输出，将容易发生溜钩现象。滑钩现象主要出现在两种情况下，其控制方法以上两种方法。1）重物悬空停止过程。设定一个停止频率，当工作频率降低到停止频率时，频率到达信号被变频器输出出来，电磁制动器抱住重物， 到最后，变频器他的运行工作频率降到为零2）重物悬空启动过程。上升启动频率设定出来，暂停上升当变频器工作频率上升至上升启动频率时，频率到达的信号从变频器输出，停止电磁制动器运行的指令被发出，之后出现一段时间的延迟，该时间应大于电磁制动器完全释放重物的时间，让重物被电磁制动器松开，变频器工作频率慢慢升高，直到所需频率。在桥式起重机控制系统中，所需要的输入量都属于数字量，共有26个数字输入量，如表3.2所示。表3.2 数字输入量地址分配输入地址 输入设备 输入地址 输入设备I0.0 急停 I1.5 重物下降I0.1 启动 I1.6 重物加速I0.2 大车前进 I1.7 重物减速I0.3 小车前进 I2.0 重物停止I0.4 大车加速 I2.1 大车前进限位I0.5 大车减速 I2.2 大车后退限位I0.6 大车停止 I2.3 小车左移限位13I0.7 小车左移 I2.4 小车右移限位I1.0 小车右移 I2.5 重物上升限位表3.2 数字输入量地址分配（续表1）输入地址 输入设备 输入地址 输入设备I1.1 小车加速 I2.6 重物下降限位I1.2 小车减速 I2.7 大车变频器复位I1.3 小车停止 I3.0 小车变频器复位I1.4 重物上升 I3.1 升降机变频器复位3.3.2 数字量输出部分该控制系统主要是大车电机，汽车电机，电梯和电磁制动控制。1车电机控制。控制电机运行的方向，停止，加速和减速之前和之后的重的运输需求。2汽车电机控制。控制电机运行方向，停止，加速，减速，围绕重型运输需要。3电梯控制管理。控制电机运行方向，停止，加速，减速，重载运输的需要。4电磁制动器的控制。控制电磁制动器的运行和停止，停止辅助控制重物。在该系统中的输出控制装置，接触器，电动机，等等，一共有7个输出点，具体的配置示于表3.3。表3.3 数字输出量地址分配输出地址 输出设备 输出地址 输出设备Q0.0 大车正向运行接触器 Q0.4 升降机正向运行接触器Q0.1 大车反向运行接触器 Q0.5 升降机反向运行接触器Q0.2 小车正向运行接触器 Q0.6 电磁制动器Q0.3 小车反向运行接触器根据控制系统的功能要求、如表3.2和表3.3所示的I/O分配情况，以及图3-1所示的控制系统结构框图，出桥式起重机控制系统的接线图设计出来，如图3.2所示，此控制面板上的按钮全部都是手动控制方式。14急 停 启 动 大 车 前 进 大 车 后 退 大 车 加 速 大 车 减 速 大 车 停 止 小 车 左 移 小 车 右 移 小 车 加 速 大 车 正 向 运 行 接 触 器 小 车 减 速 大 车 反 向 运 行 接 触 器 小 车 停 止 小 车 正 向 运 行 接 触 器 重 物 上 升 小 车 反 向 运 行 接 触 器 重 物 下 降 升 降 机 正 向 运 行 接 触 器 重 物 加 速 升 降 机 反 向 运 行 接 触 器 重 物 减 速 电 磁 制 动 器 重 物 停 止 大 车 前 进 限 位 大 车 后 退 限 位 小 车 左 移 限 位 小 车 右 移 限 位 重 物 上 升 限 位 重 物 下 降 限 位 大 车 变 频 器 复 位 小 车 变 频 器 复 位 升 降 机 变 频 器 复 位 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 II0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 Q0.0 I1.2 Q0.1 I1.3 S7-200 Q0.2I1.4 CPU224 Q0.3 I1.5 + Q0.4 I1.6 EM223 Q0.5 I1.7 Q0.6 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 RS-485 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0 I3.1 大 车 变 频 器 小 车 变 频 器 升 降 机 变 频 器 图3.2 桥式起重机控制系统的接线图15第4章 桥式起重机控制系统软件设计4.1 系统总体流程设计对大车、小车和起重机进行启停控制可以通过按钮来实现，并且可以通过增大或减小变频器的频率来改变其速度，以检测调速性能。4.1.1 大车控制系统对大车的运行停止加速和减速进行手动操作，按下启动按钮，系统开始上电工作，其工作过程主要包括以下几个方面。1按钮来控制车的操作。2大车停止按钮控制。3个按键来控制车的加速。4个按键来控制车减速。5个前进限位开关，以防止推车向前跑出范围。返回限位开关，防止大车跑回来的范围。上述的过程是不连续的控制，但按照与PLC检测到启动按钮状态，推车图4.1中所示的控制流程。4.1.2汽车控制系统对小车的运行停止加速和减速进行手动操作，按下启动按钮，系统开始上电工作，其工作过程主要包括以下几个方面。1按钮控制操作的车。2按钮来控制汽车停了下来。3按钮来控制汽车的加速。164个按键来控制的汽车减速。5个前进限位开关，防止跑车离开的范围。返回限位开关，防止大车运行超出范围。上述过程是顺序控制，但按照与PLC的状态检测按钮启动汽车的控制过程如图4-2所示。4.1.3 升降机控制系统 运行、停止、加速及减速人工操作升降机，启动按钮按下后，开始系统上电工作，其工作过程主要包括以下几个方面。1 通过按钮来控制升降机的运行。2 通过按钮来控制升降机的停止。3 通过按钮来控制升降机的加速。4 通过按钮来控制升降机的减速。5 前进限位开关防止升降机向上运行超出范围。6 后退限位开关防止升降机向下运行超出范围。升降机控制流程如图4.3所示。4.1.4 升降机悬停控制系统人工操作升降机在空中的停止，系统上电工作开始在按启动按钮后，其工作过程主要包括。1 重物停止时，变频器频率逐渐降低，下降至某设定值后，定时器启动。2 定时到，电磁制动器启动。3 启动电磁制动器后，变频器频率降低至0Hz。4 重物启动时，变频器频率逐渐升高，上升至某设定值后，定时器启动。5 定时到，电磁制动器停止。6 电磁制动器停止后，变频器频率逐渐上升，重物在空中启动。17根据重物所处的位置来完成以上工作过程，控制是按照PLC读取的变频器参数进行的，升降机悬停控制流程图如图4.4所示。Y N N N Y Y N Y N N Y Y 图 4-2 大 车 控 制 系 统 流 程 图 大 车 控 制子 程 序 减 小 变 频 器的 输 出 频 率 接 通 正 向接 触 器 停 止 运 行 接 通 反 向接 触 器 停 止 大 车 运 行 增 加 变 频 器的 输 出 频 率 停 止 大 车 运 行 前 进 ？ 后 退 ？ 加 速 ？ 停 止 ？ 到 达 正 向 限 位 开 关 到 达 反 向 限 位 开 关 图4.1 大车控制系统流程图18Y N N N Y Y N Y N N Y Y 图 4-3 小 车 控 制 系 统 流 程 图 小 车 控 制子 程 序 减 小 变 频 器的 输 出 频 率 接 通 正 向接 触 器 停 止 运 行 接 通 反 向接 触 器 停 止 小 车 运 行 增 加 变 频 器的 输 出 频 率 停 止 小 车 运 行 左 移 ？ 右 移 ？ 加 速 ？ 停 止 ？ 到 达 左 侧 限 位 开 关 到 达 右 侧 限 位 开 关 图4.2 小车控制系统流程图19Y N N N Y Y N Y N N Y Y 图 4-4 升 降 机 控 制 流 程 图 升 降 机 控 制子 程 序 减 小 变 频 器的 输 出 频 率 接 通 正 向接 触 器 停 止 升 降 机运 行 子 程 序 接 通 反 向接 触 器 停 止 大 车 运 行 增 加 变 频 器的 输 出 频 率 升 降 机 停 止运 行 子 程 序 下 降 ？ 上 升 ？ 加 速 ？ 停 止 ？ 到 达 下 位 限 位 开 关 到 达 下 位 限 位 开 关 图4.3 升降机控制系统流程图 20N N Y Y N N Y Y N N Y Y 图 4-5 升 降 机 悬 停 控 制 流 程 图 升 降 机 停止 子 程 序 频 率 停 止 下 降 定 时 1S启 动 频 率 停 止 下 降 定 时 1S启 动 变 频 器 频 率 逐渐 上 升 变 频 器 频 率 逐渐 下 降 保 持 原 有 状 态 电 磁 制 动 器 启 动 变 频 器 频 率降 低 到 0， 中午 在 空 中 停止 重 物 停 止 ？ 延 时 到 ？ 到 达 设定 值 ？ 重 物 上 升 ？ 到 达 设定 值 ？ 延 时 到 ？ 电 磁 制 动 器 停 止 变 频 器 频 率 上升 到 设 定 值 ，重 物 在 空 中 开始 启 动 图4.4 升降机悬停控制流程图214.2 各个部分梯形图设计在设计程序过程中，会使用到许多寄存器、中间寄存器、定时器等软元件，软元件设置如表4.1所示。表4.1 软元件设置元件 意义 内容 备注M0.0 起重机停止标志 on有效M0.1 起重机启动标志 on有效M0.2 起重机电磁制动器启动标志 on有效M0.3 大车电动机正转标志 on有效M0.4 大车电动机反转标志 on有效M0.5 大车停止标志 on有效M0.6 小车电动机正转标志 on有效M0.7 小车电动机反转标志 on有效M1.0 小车停止标志 on有效M1.1 升降机上升标志 on有效M1.2 升降机下降标志 on有效M1.3 升降机停止标志 on有效M2.0 到达升降机下限频率标志 on有效M2.1 电磁制动器启动标志 on有效M2.2 送0Hz 到升降机变频器标志 on有效M2.3 到达升降机上限频率标志 on有效M2.4 送上限频率标志 on有效M2.5 断开电磁制动器标志 on有效M3.0 电磁制动器运行标志 on有效M4.0 USS_INIT指令完成标志 on有效M4.1 确认大车变频器的响应标志 on有效M4.2 指示大车变频器的运行状态标志 on为运行；off为停止M4.3 指示大车变频器的运行方向标志 on为逆时针；off为顺时针表4.1 软元件设置（续表1）22元件 意义 内容 备注M4.4 指示大车变频器上的禁止位状态标志on为禁止；off为不禁止M4.5 指示大车变频器故障位状态标志 on为故障；off为无故障M5.0 USS_INIT指令完成标志 on有效M5.1 确认小车变频器的响应标志M5.2 指示小车变频器的运行状态标志 on为运行；off为停止M5.3 指示小车变频器的运行状态标志 on为逆时针；off为顺时针M5.4 指示小车变频器上的禁止位状态标志on为被禁止；off为不禁止M5.5 指示小车变频器故障位状态标志 on为故障；off为无故障M6.0 USS_INIT指令完成标志 on有效M6.1 确认升降机变频器的响标志 on有效M6.2 指示升降机变频器运行状态标志 on为运行；off为停止M6.3 指示升降机变频器运行方向标志 on为逆时针；off为顺时针M6.4 指示升降机变频器上的禁止位状态标志on为被禁止；off为不禁止M6.5 指示升降机变频器故障位状态标志 on为故障；off为无故障T37 频率降低定时器T38 频率升高定时器VD10 下降频率阈值寄存器VD20 上升频率阈值寄存器VD30 大车频率寄存器VD40 小车频率寄存器VD50 升降机频率寄存器VD60 升降机频率反馈值寄存器VB400 USS_INIT指令执行结果VB402 USS_CTRL错误状态字节VW404 大车变频器返回的状态字原始值表4.1 软元件设置（续表2）23元件 意义 内容 备注VD406 大车全速度百分值的变频速度 -200%200%VB500 USS_INIT指令执行结果VB502 USS_CTRL错误状态字节VW504 小车变频器返回的状态字原始值VD506 小车全速度百分值的变频速度 -200%200%VB600 USS_INIT指令执行结果VB602 USS_CTRL错误状态字节VW604 升降机变频器返回的状态字原始值VD606 升降机全速度百分值的变频速度 -200%200%4.2.1 大车控制程序系统被上电之后，操作大车的运行通过操作面板上的控制按钮，大车控制梯形图程序如图4.5所示。24图4.5 大车控制梯形图与图4.5所示的梯形图程序所对应的语句表程序如下：25LD M0.1 ；起重机启动标志A I0.2 ；大车前进按钮 O M0.3 AN I0.3 ；大车后退按钮AN M0.5 ；大车停止标志AN M0.0 ；起重机停止标志AN I2.1 ；大车前进限位开关= M0.3 ；大车电动机正转标志LD M0.1A I0.3 ；大车后退按钮O M0.4 AN I0.2 ；大车前进按钮AN M0.5AN M0.0AN I2.2 ；大车后退限位开关= M0.4 ；大车电动机反转标志LD M0.1A I0.6 ；大车停止按钮O I2.1O I2.2= M0.5MOVR 0.0,VD30 ；大车变频器输出频率置0LD M0.1LPSA I0.4 ；大车电动机加速按钮A SM0.5 ；周期为1s 的时钟脉冲