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1、2013届毕业生毕业设计说明书题 目:桥式起重机的 PLC控制系统设计院系名称： 电气工程学院 专业班级: 学生姓名：学 号：指导教师： 教师职称： 桥式起重机的 PLC 控制系统设计2013 年 5 月 24 日目录1 引言 02 系统分析 22.1 桥式起重机简介 22.2 本设计的控制方案 32.3 本设计的主要工作 43 系统硬件电路的设计 53.1 主令控制器 53.2 电动机的选择 63.3 PLC 的使用 73.3.1 PLC 的选型 73.3.2 外部接线与 I/O 分配 73.4 变频器 1.0.3.4.1 变频器的选用 1.0.3.4.2 变频器外部接线 1.2.3.4.3
2、 变频器制动电阻的选择 1.2.3.5 继电器的选用 1.3.3.6 熔断器的选用 1.3.3.7 主电路原理图 1.4.4 系统软件设计 1.6.4.1 系统主程序设计 1.6.4.2CXP 编程软件简介 1.7.4.3 桥式起重机控制系统程序设计 1.84.3 PLC 程序编写 1.9.结 论 2.3.致 谢 2.5.参 考 文 献2.5.附录 A ：起重机电路原理图 2.7.附录 B： 小车梯形图 2.8.附录 C： 吊钩梯形图 2.9.1引言随着经济的发展，工业工厂生产的规模也在不断扩展，与此同时起重机也得到了迅速的发展。桥式起重机主要应用于厂房、露天贮料场、室内外仓库以与码 头等处。
3、它具有、左右平移、前后平移、上下起升的功能，其主要结构由机械系 统和电气控制系统组成。为了启动和调速，采用交流绕线转子异步电动机转子串电阻，配合继电器接触器控制就可以达到目的， 这种方法经常使用在传统桥式起重机的电力拖动系统 设计中，该方法导致的缺点有：(a) 起重机工作时的工作负重大， 环境恶劣，电动机和所串电阻磨损以与断裂 的故障不时发生；(b) 操作复杂的继电接触器控制系统，会时不时发生故障，危险系数较高；(c) 调速方法采用转子串电阻，机械特性较软，负载发生变化的同时转速也 改变，不能产生一个令人满意的控制效果；(d) 所串电阻工作时经常发热，不仅浪费电而且工作效率也低。近年来，随着电
4、力电子器件和计算机技术的发展迅猛，电力拖动和自动控制技术的发展也在飞速前进。 其中，可编程控制器以与交流变频装置在这一领域获 得了推广、普与以与应用，为当今编程控制器控制的变频技术在桥式起重机控制 系统中的发展与运用奠定下牢固的基础。2 系统分析2.1 桥式起重机简介桥式起重机是横架于车间、 仓库与料场上空进行物料吊运的起重设备。 由于它 的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上， 形状似桥。 桥式起重机结构示意图如 图 2-1 所示，桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车 沿铺设在桥架上的轨道横向运行， 构成一矩形的工作范围， 就可以充分利用桥架下 面的空间吊运物料，不受地
5、面设备的阻碍。此外，起重机对工人劳动强度的减轻、 劳动生产率的提高还有生产过程机械化的发展起着关键作用。 因此，桥式起重机是 现代工业生产和起重运输中实现生产过程机械化、 自动化的重要工具和设备， 在室 内外工矿企业、 钢铁化工、 铁路交通、 港口码头以与物流周转等部门和场所均得到 广泛的运用。7TZT ffT /ffT 7 /97 7图2-1桥式起重机结构示意图2.2本设计的控制方案本设计的基本控制方案框图如 2-2图所示，通过PLC的输入端输入控制信号，使PLC发出控制信号来控制变频器，从而让变频器幵始运行，此时电磁抱闸能够 得电而松幵。PLC控制变频器频率端子输入正反信号、控制变频器发出
6、的改变频率 的信号，从而使被控电动机的转速发生改变，或者转速方向发生变化。 起重机运动到期限位置，或者是主电路发生短路、过流、过载、停电等不安全的情况时，会把 行程幵关动作信号，变频器发生短路、过流的信号等输入到PLC中，这时，PLC发出电磁制动器制动、变频器停止工作等信号，来达到控制的要求和目的。主 主 主 主 主 主 主主主主主主主主主主主主主主主主主图2-2起重机变频调速系统框图本文是以10吨吊钩桥式起重机为机械基础进行的电气控制系统的设计。10吨桥式起重机主要由大车、小车、吊钩三部分组成。大车的轨道铺设在沿车间两 侧的立柱上，大车可在轨道上沿车间纵向移动；大车上有小轨道，供小车横向移
7、动；吊钩安装在小车上，用来提升重物。桥式起重机三个主要部分中，吊钩、大 车、小车都应该使用独立运行的电动机，大车单独使用2台电动机进行拖动，因此整个系统由3台PLC分别进行控制，操作3台变频器传动，4台电动机工作。 系统框图中各部件的功能和实现方法将在第三部分详细叙述。2.3本设计的主要工作本文的主要任务是设计 PLC与变频器的桥式起重机的控制系统。在设计进 行过程中，侧重处理以下几个难点：(1) 学习桥式起重机，设计 PLC控制的起重机电路；(2) 确定控制对象的具体参数，以利于相关配置的选择；(3) 运用CXP编程软件编写控制系统程序，实现桥式起重机基本的运行功能, 并对相应程序进行改进优
8、化，使整个控制系统达到工作可靠、调速相对简 单的目标。3系统硬件电路的设计3.1主令控制器主令控制器又称作主令幵关。主令控制器一般由触头系统、操作机构、转轴、齿轮减速机构、凸轮、外壳等几部分组成。其动作原理与万能转换幵关相同，都是桥式起重机的PLC控制系统设计靠凸轮来控制触头系统的关合。 但与万能转换幵关相比， 它的触点容量大些，操纵 档位也较多。一般有转换幵关、按钮、和位置幵关等类型主令控制器主要在电气传动装置中应用，按一定顺序分合触头，来实现发布命令、控制线路联锁和转换的目的。适合在电路进行频繁的接通和切断的情况下应用， 对绕线式异步电动机的启动、 制动、换向和调速进行远距离的控制。 起重
9、机操作者 可按要求通过主令控制器向可编程控制器PLC发出各种控制信号操作起重机。大车、小车与吊钩各设一台主令控制器分别操作，在这里，主令控制器的作用是将电动机的转向，调速指令传送到系统。使用具有11个挡位，每挡只有一个触点的主令控制器。3.2电动机的选择采用变频器的交流起重机各电动机， 可以使用专用的变频调速起重机， 也可以 用起重机原有的线绕转子电动机， 将转子绕组短接就可以了。 本文中选用的电动机 型号如表3-4所示。表3-4桥式起重机电动机型号表序号符号名称型号规格1M1大车电动机YZR160M 2-618A ； 7.5kw ； 940r/min2M2大车电动机YZR160M 2-618
10、A ； 7.5kw,，940r/min3M3小车电动机Y ZR132M-6Z6.5A ； 2.5kw ； 908r/min4M4吊钩电动机Y ZR200L-6Z49A ； 22kw ； 964r/min3.3 PLC 的使用PLC 是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用 可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数 和算术运算等操作的指令， 并能通过数字式或模拟式的输入和输出， 控制各种类型 的机械或生产过程。 PLC 进行着系统逻辑控制部分的工作， 主令控制器把操作信号 送至 PLC 进行变频器控制，以与系统的安全防护，是起重机控制系统
11、的核心。3.3.1 PLC 的选型欧姆龙PLC是一种功能完善的紧凑型 PLC，能为业界领先的输送分散控制等 提供高附加值机器控制； 它还具有通过各种高级内装板进行升级的能力， 大程序容 量和存储器单元， 以 Windows 环境下高效的软件开发能力。 本文选用三个欧姆龙 CPM2A-40CDR-A 型号的PLC。这个型号的 PLC可以接入 AC 100 220V，具 有输出为 24 点入 16 点的继电器。3.3.2 外部接线与 I/O 分配PLC外部接线示意图如图 3-1所示。SA1SB1SB2SB3SB4FRSQ1SQ2SQaSQbSQc图3-1PLC外部接线图根据PLC外部接线以与程序设
12、计得到的PLC控制输入/输出分配如表3-2所示表3-2 PLC控制I/O分配表输入信号输出信号输入点编号代号名称输出点编号代号名称00000SB1启动01000KA1正转00001SB2停止01001KA 2反转00002SB3急停01002KA3挡位00003SB4复位01003KA4挡位00004SA11前进控制501004KA5挡位00005SA10前进控制401005KA6复位00006SA9前进控制301006KA7急停00007SA8前进控制201007KA8过载00008SA7前进控制101008KM电源00009SA1零锁00010SA2后退控制500011SA3后退控制400
13、012SA4后退控制300013SA5后退控制200014SA6后退控制100100FR热保护00101SQ1向前限位00102SQ2后退限位00103SQ3安全幵关100104SQ4安全幵关200105SQ5安全幵关3在图3-1中起重机启动、复位按钮，主令控制器的 11个挡位触点，以与系统安保用的各种限位幵关都接在PLC的输入口上，输出口是许多小型继电器。它们是用来控制变频器的输出相序和频率的，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，K2有一个被接通时，变频器输出一定的相序的电源；K1，K2都接通时又或是都断幵时，变频器不再输出电源。K3,K4,K5分别与变频器的多
14、段频率选择端 X1，X2，X3相连接，这三个端子的组合，能够产生七种速度。本文只采用了其中的五挡速度。3.4变频器变频器把从商用电源中输入的交流电，变换成直流电，它能够输出任意频率， 从而实现控制三相异步电动机转速的目的。不论变频器供电的电压是单相的还是三相的，经过变频器内部的转换、滤波以与逆变之后，输出的都为三相交流电。因此, 欧姆龙变频器只能控制三相电动机， 不可以控制单相电动机。 从变频器的构成方面 看，其基本的动作原理能够用“交一直一交”来概括。变频器的功能是提供比率可调节的交流电源给电动机，是实现电动机调速的关键设备。具有普通反抗性负载的大小车，应当配用普通型或者是高功能型号的变频器。考虑到转速的平稳顺滑的调节对起重机而言不是特别重要，就可采用变频器机外幵关多段速度选择方式实现速度控制，这和选择主令控制器作为操
