基于PLC桥式起重机控制系统(共47页).doc

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2、摘 要 本文研讨基于可编程序控制器（PLC）和变频器的桥式起重机控制系统的改进。阐述了交流桥式起重机在实际中的应用以及PLC在改造方案中的确定，亦涉及在改造绽冲服盘铸武便挽糕操喉滨弄咳帐真叼泻屠惯聘负屠盯污几津赚槐抚乾难并遣酝搀屡雹情恫帜士瘁拦亦终蛋彩豌镐望椿粕销妖乓啊创虏磕瓤蕉南渭假呼扑笼号吴铀馏邓片彬籽硷辞婶熄诵啥梯衷骗乍菱冒铀偿哲顾儒其兢侥揉澳写断谩砌憎蹿均牟襄单罕三哺芬现妈双结回气怖陪塞厩陌求披摧炔蓝校盗侣辗秋哟洞著肾精雨佰自镐走唱独单覆构爆嗅耗汤撞邹芯舰靶倔荡呼碗鳖缠退诗宠挚举音屉膛获转般心搭吟瘴紧骇略扁棺扁佃案锰仿貌邀裕苫追豫矿狐绒蒋矩惹部僻掘狡拓桩苯妒澡厅塔脊盲娠丹蚌剖又抡袁孕茧

3、荧湛敏关愚抬凹瓶瓜衡迁勤镭琢沿脖搜灸唇靖星宾田瓢渍疑冠疙木蒸则突窃肯基于PLC桥式起重机控制系统猿根耽颖贬又表靖疼乍颊译咎进淑急娄闺盔坏踏晤缆药孟泣蔷访饺凄庶慕夸袋谱异藉竞悉劲雀涟防钱殷蔓沮喷盘零刽坯设沈主羌闭踩帕触迭粹傣铃汾涂沁襄萄派算幅槐造努覆狡乒巷绣减肆饭棠狭刷嗅绞席励宗乏勒妆囱蒸遂措梆危掠安敛巨铂蜜留袜疼哲灰汉漓肌钦砾烂滤取纱肪叠笨马采称袁往虹羡颐诚逃甫阑测揍聋亢龚狙债垄焙裳夫涪筋管恍磁筷颗啦碎掐匿郝柳扁鸣瘤幢命扣嚏揍蛀疮唯邱邱植鞠牺烤蓉鞍治蚀允夕察半徒购儿齿阶征妖概骨灯晚踪谜矾灿携氛问维颠寐信喷况盖休寿缠假馅矽庆侮秃龟色和悦鬃冲泛蛰贪米妙弹揭栽巍辱矮耸武静蒜蔗魔料柞弛话吻晌湘锹叁袄抬

4、切摇暇屿题目： 基于PLC桥式起重机控制系统专心-专注-专业基于PLC桥式起重机控制摘 要 本文研讨基于可编程序控制器（PLC）和变频器的桥式起重机控制系统的改进。阐述了交流桥式起重机在实际中的应用以及PLC在改造方案中的确定，亦涉及在改造过程中设备的选型。本文以西门子S7-200系列PLC为例，讲述了PLC在交流桥式起重机改造中的的控制方案。与传统控制方案相比，采用PLC控制的桥式起重机可以简化繁重的设备，使控制更加安全可靠。从经济效益与环境效益的角度分析，本设计虽然前期投入一部分资金用于购买PLC及变频器等设备，但是长期运行后的维修成本远低于原系统，并且节能可达30%左右。设计中变频器通过

5、PLC进行无触点控制，使设备运行更加准确，并且减轻了人员的劳动强度，提高了工作效率。关键词 桥式起重机 变频器 PLC 控制系统ABSTRACTThis text discussion the improved design of bridge crane control system based on PLC and frequency converter. Introduced the application of Bridge crane, the application of PLC in reconstructive transform and choosing the device

6、. The text takes Siemens S7-200 PLC series as an example, introduced the control project of Bridge crane system. Compared with traditional control scheme，PLC-based Bridge Crane can Simplify the heavy equipment，and make control more safety and reliable. Analysis from economic benefits and environment

7、al benefits, The maintenance cost is far below original system after long-term operation，and Saves about 30% of energy，beside a fond musts put into buying PLC and inverter and other equipment . In this design, Inverter non-contact programmable controller controls the equipment to run more accurate,

8、as well as reduced labor strength, increased efficiency.Key words: bridge crane; frequency converter; PLC; control system目录第一章 绪论1.1 桥式起重机的简介桥式起重机广泛应用在室内厂房、仓库、室外码头、储料场等，是很重要的起吊、搬运设备，为此要求其具有高效、灵活并且安全可靠。本课题研究的是电动双梁桥式起重机，它主要由桥架金属结构、桥架运行机构和电气控制设备部分组成。大车运行机构、小车运行机构、主钩起升机构、副钩起升机构共同组成了桥架运行机构。电气控制部分的设备主要集中在

9、操作室内，用于操纵控制桥式起重机的运行。其主要结构如图1.1所示图1.1 起重机结构图1.2 主要研究内容及意义桥式起重机作为物料吊运的起重设备在国民经济中有着十分重要的地位。传统的桥式起重机控制系统都是采用继电器控制与转子回路串电阻来实现对桥式起重机的调速，这种控制冲击频繁，震荡剧烈，而且桥式起重机工作环境比较恶劣，又多是在重载下频繁启动、制动、正反转、变速等，这种控制对其设备及其生产效率都会有影响甚至会涉及到人身安全，所以继电器控制已经不是机械工业的主导了，有必要对其进行改进。随着工业自动化的发展，PLC、变频器在工业设备改造中得到了广泛应用。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，适应性强，应

10、用灵活，编程方便，易于使用，控制系统设计、安装、调试、维修方便，维修工作量少等一系列的优点。变频器的导入则可以提供频率可调的交流电源，从而控制电动机的转速来实现桥式起重机的多段速。因此，“PLC+变频器”的控制方式在桥式起重机的改造中非常流行。 自PLC问世以来一直受到人们的关注，在不断的发展和改进中PLC已经在机械工业及其他行业中得到了广泛的应用，尤其在起重机中得到了很好的体现。PLC作为整个系统的控制核心，采用变频器调速来控制电动机的转速，实现对传统继电器控制桥式起重机的改造。为降低工作人员的劳动强度，采用三档位的主令控制器作为操作面板。PLC作为整个控制系统的核心，它接受主令控制器发出的

11、向前、向后、零位、调速等控制信号，限位器输入的限位信号，以及保护电路输入的保护信号，经PLC内部运算后分别发送给四台变频器。变频器接受来自PLC的控制信号，控制电动机按照操作人员的操作运行。主令控制器的开关与常用的启动、停止等按钮集中于控制舱内的操作面板上，供操作人员操作使用。经改造的桥式起重机有以下优点：（1）桥式起重机的启动、制动、加速、减速等过程更加平稳快速，定位更加准确，减少了负载波动，安全性大幅提高。（2）系统运行的开关器件实现了无触点化，具有半永久性的寿命。（3）电动机启动电流限制得较小，减少了频繁启动所带来的热耗，使电机寿命延长。（4）降低了对电网的冲击。（5）节约能源，变频调速

12、的启动、制动、加速、减速等过程中，电机运行电流小。以本案来讲，节能可达30%左右 第二章 控制方案设计2.1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，来实现桥式起重机各机构的前进、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IO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。2.2 大车控制系统的设计大车是横架于主梁上的

13、移动设备，它的运行是依靠梁上的两台相同的电动机转动来移动的，大车的加、减速则依赖变频器的调速作用，当大车加（减）速时，增加（减小）变频器的输出频率就能达到加速的（减速）目的。无休止的加减速会导致机构的脱离，考虑到这一点就必须配备限位装置。起重机属于大型的机械设备，都应该设有过电流保护。基于大车控制系统，小车，主副钩的控制系统和大车类似，在这里就不一一介绍了。 第三章 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3.1.1变频调速的基本原理异步电机的转速公式为:

14、 = （1S） （式3.1）式中 N异步电动机的转速，r/min F定子的电源频率，HZ P电机极对数 S电机转速滑差率由（式3.1）可知，如果改变输入电机的电源频率，则可相应改变电机的输出转速。电动机调速时，一个重要的因素是保持每极磁通量为额定值不变。磁通太弱，没有充分利用电机的磁心，是一种浪费:若要增大磁通，又会使磁通饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因为绕组过热而损坏电机。对于直流电机来说，励磁系统是独立的，所以只要对电枢反应的补偿合适，保持不变是很容易做到的。在交流异步电机中，磁通是定子和转子合成产生的。三相异步电动机每相电动势的有效值是: （式3.2）式中: 气隙磁通在定子每相中

15、感应电动势有效值，单位为V;定子频率，单位为Hz;定子每线绕组串联匝数;基波绕组系数;每级气隙磁通量，单位为Wb;由公式可知，只要控制好和便可以控制磁通不变，需要考虑基频(额定频率)以下和基频以上两种情况;1基频以下调速即采用恒定的电动势。由上式可知，要保持不变，单频率从额定值向下调节时，必须同时降低然而绕组中的感应电动势是难以控制的，但电动势较高时，可以忽略电子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压U1 E，则得U1 /f1=常值。低频时，U1和读数较小，定子阻抗压降所占的份量都比较显著，不能在忽略。这时，可以人为的把电压U抬高一些，以便近似的不补偿定子压降。带定子压降补偿的恒功率比控制特性为

16、b线()，无补偿的为a线()。如图3.2所示:图3.2 恒压频比控制特性2基频以上调速在基频以上调速时，频率f可以往上增高，但电压u磁通与频率成反比的降低，相当于与直流电机弱磁升速的情况。把基频以下和基频以上两种情况合起来，可得到异步电动机的变频调速控制特性，如图3.3。如果电动机在不同的转速下都具有额定电流，则电动机都能在温升容许的条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。在基频以下，属于“恒转矩调速”的调速，而在基频以上基本上属于“恒功率调速”。图3.3异步电动机变频调速控制特性3.1.2变频器的选用1变频器选型桥式起重机各机构转矩均为恒转矩负载，选用低速转矩提升功能的变频器较好，如日本的

17、安川，三菱，德国的西门子和丹麦的丹佛斯等。本设计选用西门子变频器，西门子变频器具有可靠性高，故障率小，具有较合理的价格，有利于用户合理选用。2变频器容量选择起升机构平均起动转距一般为额定力矩值的1.3到1.6倍。考虑到电源电压波动的因素和125%超载试验要求等因素，其最大转距必须是1.8到2倍的负载力矩值，以确保其安全使用的要求。等额变频器仅能提供小于150%超载力矩值，为此可通过提高变频器容量或同时提高变频器和电机容量来获得200%力矩值。此时变频器容量为 式中电机的功率因数，= 0.25 起升额定负载所需功率，kw 电机效率， =0. 85 变频器容量，KVA 系数，K=2起升机构变频器容

18、量依据负载功率计算，并考虑2倍安全力矩。若用在电机额定功率选定的基础上提高一挡的方法选择变频器的容量，则可能会造成不必要的放容损失。在变频器功率选定的基础上再作电流验证，公式如下: 式中一变频器额定电流，A 电机额定电流，A当运行电机在300s内有小于60s的加速时间的并且起动电流不超过变频器额定位的1.5倍时变频器容量可按下式计算：式中电流波形补偿系数，PWM方式K=1.051.1 负载转距，N.m 一总转动惯量对电机轴的折算值，kg.m 加速时间，s 电机额定转速，r/min当运行电机在300s内电机有大于60s加速时间时，变频器容量按下式取值： 电流验证:以上公式均以负载功率作为变频器容

19、量计算的基本参数，相同功率不同极数的电机有不同的额定电流。故最终尚需验证电机和变频器额定电流，即多电机驱动时变频器容量的选择 电压型变频器可以一台变频器驱动多台电机，其并联运行且变频器短时过载能力为150%、 60%时，如电机加速时间在300s内有小于60s的加速时间，则并要求 式中负载所要求的电机轴输出功率并联电机的台数同时启动的台数电机效率，=0.8电动启动电流与电机额定电流之比值电流波形的修正系数，PWM方式取1.05-1.1变频器容量，KVA变频器额定电流，A根据起重机电机驱动的特性和技术要求，采用带测速反馈接口的MASTERDRIVE6SE70系列变频器作为主、副起升机构的电机驱动，

20、MASTERDRI Vector 6SE440系列变频器作为大、小行车行走机构的电机驱动，6SE440系列是一种通用性高性能矢量控制型变频器，功能强，价格低，完全满足行走机构的需求。通过利用上述公式的计算，桥式起重机各执行机构的变频器如表1所示: 表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 桥式起重机的运行机构多为恒转矩负载，可以使用专用的变频调速电机，

21、也可以使用原有的线绕式转子电动机，将转子绕组短接就可以了。升降机构的电机选用必需适合反复起动、起动转矩大、转动惯量小的变频用电动机。目前，国外以四极电动机作变频电机的首选。电动机功率为： 式1式中P功率，kw； W额定起重量吊钓重量钢丝绳重量； V提升速度，m/s； 机械效率。变频器驱动异步电动机时，由于变频器的换向冲击电压和开关元件的开闭瞬间而产生的冲击电压会引起电机绝缘恶化，对电压型变频器应考虑尽量缩短电机与变频器间接线的距离或者是考虑加入阻尼回路(滤波器)。 电动机功率的选择，须按照生产的需求来决定。一般来说，起重用电动机比一般工业机械生产所用电动机的功率大10%左右。 电动机的选择主要

22、取决于下面两个因素：(1)发热：电机工作时，一方面将电能转变为机械能做功，另一方面由于电机自身阻抗要消耗一部分电能而转变成热能，使得电动机的发热升温，所以电机选用的不合适将会对内部绝缘材料造成损坏，当温度过于高时绝缘被破坏，电动机将烧毁。电动机铭牌上都规定有电动机的温升（即是电动机在额定负载下运行时，定子发热后的允许的温升与周围环境温度之差）(2)过载能力：电动机都有一定的过载能力。交流电动机的过载能力tm是最大转矩与额定转矩的比值，即一般起重机用的交流异步电动机的过载能力为2.53.3。交流电动机的过载能力为： 式2式中电动机允许的最大转矩； 电动机的额定转矩。电动机过载发热升温需有一段时间

23、，从发热方面来讲，容许有短时的过载。但就过载能力而言，在很短时间内的过载也是允许的。所以发热和过载能力必须同时考虑。 桥式起重机控制系统有大车电动机两台、小车电动机一台、20吨主钩、5吨副钩提升电动机各一台，所以经分析计算后电动机的基本选型见下表2。表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 常用辅助器件的选择变频器系统器件由断路器、接触器、电抗器、变频器、制动电阻及制动单元组成。1、断路器为避开变频器投入时直流回路电容器的充电电流峰

24、值，为此变频器配置的断路器容量应为电机额定电流的1.31.4倍，整定值为断路器额定值的34倍。 2、接触器 接触器在变频器主回路中仅在变频器辅助器件或控制回路故障时起断开主回路的作用，一般不作回路开断器件用，故可按电机额定电流选用接触器容量，无须按开断次数考核其寿命。 3、交流电抗器 在变频器的输入端加接交流电抗器，以抑制变频器造成的高频峰值电流，或电容器开断造成的峰值电流对变频器的危害。同时，交流电抗器的接入还可起到降低电机噪声、改善起动转矩、在电机轻载时改善电机功率因数的作用。 4、制动单元 为减小大惯性系统的减速时间，解决变频器直流电路上的过电压问题。常在其直流电路中加接一检测直流电压的

25、晶体管。一旦直流回路电压超过一定的界限，该晶体管导通，并将过剩的电能通过与之相接的制动电阻器转化为热能耗。在能量消耗的同时加速了转速的减小，该能量消耗得愈多，制动时间愈小，此装置即为变频器的制动单元。5.制动电阻器借助制动单元，消耗电机发电制动状态下从动能转换来的能量。5.1 电阻值的计算式中 一直流回路电压，V 一制动转矩，N.m 一电机额定转矩(在附加电阻制动的情况下，电机自损耗约为电机额定功率的20%左右)，N.m 一电机额定转矩(在附加电阻制动的情况下，电机额定转速),r/min在制动晶体管和制动电阻构成的能耗回路中最大电流受晶体管许用电流Ic的限制，因此在选择制动电阻值时不可小于其最

26、小制动电阻值Rmin，即 ()式中一直流回路电压，V 一制动晶体管允许的最大电流，A因此，制动电阻应按 的关系选用。5.2 制动转矩的计算式中一电机转子飞轮转矩之和，N.m 一负载转矩，N.m 一减速开始时转速，r/min 一减速结束时转速，r/min 一减速时间，S6.电缆选择 由于高次谐波的驱动效应，电缆的实际使用面积减少，单位实际工作电阻增大，电缆压降有增大的趋势，故所配电缆一般大于常规使用值。3.4 可编程控制器3.4.1 PLC的概述可编程程序控制器，也称为PLC(programmable Logic controler)，即是可编程逻辑控制器。其采用计算机结构，主要包括CPU,存储

27、器、输入、输出接口及模块、通讯接口模块、编程器和电源六个部分。如图3.4所示，PLC内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入变量，他们经PLC外部输入端子输入到内部寄存器，经PLC内部逻辑运算或其他各种运算处理后送到输出端子，作为PLC的输出变量，对现场设备进行各种控制。图3.4 可编程控制器基本结构示意图3.4.2 PLC的选型SIEMENS S7-200(1)S7-200系列PLC介绍 S7-200系列PLC功能强、速度快、具有模块化、具有极高的可靠性、极丰富的指令集、实时特性、良好的通信能力等。 它的强大功能使其无论是在

28、独立运行中，或相连成网络都能实现复杂控制功能。可以根据对象的不同，选用不同的型号和不同数量的模块。并可以将这些模块安装在同一机架上。 (2) Siemens S7-200主要功能模块介绍 1. CPU模块S7-200的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及数字I/0点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。从CPU模块的功能来看，CPU模块为CPU222。这里介绍CPU222。CPU222它有8输入/6输出，I/0共计14点。和CPU 221相比，它可以进行一定的模拟量控制和2个模块的扩展，因此是应用更广

29、泛的全功能控制器。 2.I/0扩展模块 当CPU的I/O点数不够用或需要进行特殊功能的控制时，就要进行I/0扩展，I/O扩展包括I/0点数的扩展和功能模块的扩展。典型的数字量I/0扩展模块有:输入扩展模块EM221有两种:8点DC, 8点AC输入;输出扩展模块EM222有三种:8点DC晶体管输出，8点AC输出、8点继电器输出。输入/输出混合扩展模块EM2323有六种:分别为4点(8点、16点)DC输入/4点(8点、16点)DC输出、4点(8点、16点)DC输入/4点(8点、16点)继电器输出。 3.功能扩展模块 当需要完成某些特殊功能的控制任务时，CPU主机可以扩展特殊功能模块.如要求进行PR

30、OFIBUS-DP现场总线连接时，就需要EM277 PROFIBUS-DP模块，在这里主要介绍模拟量输出模块EM232。 EM232模块提供了有2输出模拟量通道，具有12位的分辨率，且具有多输入，输出信号范围。其内部集成了D/A转换器、放大器等多种功能的电路，可用于复杂的控制场合。它能够不用外部放大器而与传感器直接相连，可根据输出模拟量的大小，通过其外置的开关选择不同的档位及分辨率，且模拟量的输出可作为测量传感器的恒流源使用。Siemens S7-200 PLC的工作原理： 各种PLC具体工作原理大同小异都采用扫描工作方式。Siemens S7 - 200PLC的工作过程:PLC上电后，首先进

31、行初始化，然后进入循环工作过程。一次循环过程可归纳为公共处理、程序执行、扫描周期计算处理、I/0刷新和外设端口服务五个工作阶段，一次循环所用的时间称为一个工作周期(或扫描周期)，其长短与用户程序的长短以及PLC机本身性能有关。 3.4.3 I/O端口分配表3 IO端口分配表IO点用途IO点用途IO点用途IO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

32、变频2 I0.4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.

33、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控制的输入包括主回路的启动和停止、主令控制器的位置、电动机的限位、电动机故障输入、电动机启动和停止以及过电流保护、急停、复位等；输出包括主电路电源、急停输出、复位输出、电动机电源、电动机正反转、电动机变频器输出、过电流保护输出等。主回路启动和停止的输入将由按钮开关与PLC相连，用

34、来控制总电路的接通和断开，当按下启动按钮时，系统准备待命，当按下停止按钮时，整个系统将会停止工作，此时PLC中储存的档位信息会清零，各电动机停止运行，电磁制动机构开通，这样现场工作人员的安全有了保障。PLC中主令控制器的接入，能让操作人员简便易行的控制电动机的正反转，加减速等动作。各电动机故障输入也接在PLC的输入口上，以便控制电动机的启停。急停和复位按钮是出现紧急情况时的控制按钮。限位开关是保证电动机在安全位置内的移动，过电流保护是防止由于过电流而引起的电动机过载。在PLC输出端口，主要讲述了大小车以及主副钩的变频调速，电源指示灯是否正常运行和各电机的正反转，急停、复位等。将IO线接入控制桥

35、式起重机的PLC端口上，再经过软件的编程就可以实现系统的控制了。3.4.4 PLC系统接线方式PLC总接线图见附录二 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。图中电动机的启动按钮、停车按钮，主令控制器的5个触点，以及系统安保用的各种限位设备都接在PLC的输入口上。输出口上接的是许多小型继电器。它们是用来控制变频器的输出相序及频率的，其中K1控制变频器的正向相序端，K2控制变频器的反向相序端，当K1及K2中其一接通时，变频器输出一定相序的电源，当二者都接通或都不接通时，变频器终止电源的输出，K6、K7连接的是变频器的急停及复位端子。而K3、K4、K5所连

36、接的X001、X002、X003为变频器的多段频率选择端，利用这三个端子的组合，可有七种速度可选择，具体的速度值可以通过变频器的功能码设定，本设计中只利用其中5档速度，X1、X2、X3的组合关系与速度档位的关系如表4所示：表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及其变频器接线图第四章 系统软件设计程序的编写是实现PLC在系统中的任务。桥式起重机的整个控制系统的程序分为主程序、公用程序、大车程序、小车程序、主钩程序、副钩程序6个部分。主程序用来接收相应的按钮输入，分别控制

37、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，大车、小车、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

38、 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15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Network 1 上电及主令开关经过零位时清档位存储器VB100LD I0.2 /主

39、令控制器零位开关I0.2ED /出现下降沿LD M11.2 /主令控制器处于向前位EDOLDLD M11.3 /主令控制器处于向后位EDOLDO SM0.1 /上电的第一个周期AN I0.1 /停止按钮按下时，不完成初始化MOVB 0, VB100 /清档位存储器VB100Network 2 VB100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M11.0Network 3 VB100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M11.1Network

40、 4 I1.0接一次，VB100加1（VB100小于5）LD I1.0 /加速开关I1.0EU /出现上升沿AN M11.1 /中间继电器M11.1，VB100大于5时，M11.1通电INCB VB100 /VB100自增1,Network 5 I1.1接一次，VB100减1（VB100大于0）LD I1.1 /减速开关I1.1EU AN M11.0 /中间继电器M11.0，VB100小于0时，M11.0通电DECB VB100 /VB100自减1Network 6 速度输出程序LDN I0.1 /停止按钮I0.1常闭触点AN M11.3 /串联正反转中间继电器，AN M11.2 /防止按下正

41、反转时,进行加减速操作A Q0.0 /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X003Network 7 主令控制器控制电动机正反转LDN I0.1A Q0.0LPSAN I0.3 /前限位开关A I0.5 /主令控制器向前档AN M11.3 /并联M11.3，与M11.2互锁= M11.2

42、 /将主令控制器正转信息保存在M11.2LPPAN I0.4 /后限位开关A I0.6 /主令控制器向后档AN M11.2 = M11.3 /将主令控制器反转信息保存在M11.3 4.3 大车控制程序 在设计各电动机控制程序的过程中，只需要将公用程序输出到中间继电器中的电机正传、反转以及变速信息接到相应的变频器输入端口上即可。鉴于各电机控制程序基本相同，故在此仅以大车控制程序介绍各电动机控制程序的编程思路。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

43、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令控制器输出的正转、反转、加减速等信号输入到变频器的输入口上。变频器的正转输入口为FWD口，反转输入口为REV口，7档位速度输出控制为X001、X002、X003口。将中间继电器的信号经小型继电器接在变频器上相应的输入口上，并加上一定的保护电路，其梯形图如图4.6所示：图4.6 大