基于PLC控制的桥式起重机的设计毕业论文(3)

本系统的设计要求。本设计选用CPU型号为CPU224的PLC，外加三个EM223（8入/8出）数字量扩展模块，这样I/O数量扩展就为38入/34出，满足系统要求。日后若要对系统进行升级，只需增加数字量扩展模块即可。桥式起重机PLC控制原理图如图2所示。

其主要功能如下：

1）变频器运行、停止控制；

2）控制制动器，保证电动机停止时能够及时制动，既不提前，也不延后； 3）升降变频器控制方式切换； 4）电气闭锁保护控制；

5）升降、开闭变频器中任意一台变频器报警故障时，两台变频器均能够立即停止输出，并同时制动；

6）任何时刻断电，系统将会立即停止运行，制动器制动。 2.3.3 I/O端口分配

表2 I/O端口分配表 I/0点 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 用途 主回路启动 主回路停止 主令控制器零位 前限位 后限位 主令控制器向前 主令控制器向后 主回路过电流保护 主令控制器加速 主令控制器减速 急停 复位 大车启动按钮 大车停止按钮 大车故障保护 I/0点 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 用途 小车启动按钮 小车停止按钮 小车故障保护 主钩过电流保护 主钩启动按钮 主钩停止按钮 主钩故障保护 副钩启动按钮 副钩停止按钮 副钩故障保护 主电源输出 急停输出 复位输出 大车电源 大车正转 I/0点 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 用途 大车反转 大车变频器X1 大车变频器X2 大车变频器X3 小车电源 小车正转 小车反转 小车变频器X1 小车变频器X2 小车变频器X3 主钩过电流保护 主钩电源 主钩正转 主钩反转 主钩变频器X1 I/0点 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 M11.2 M11.3 M10.4 M10.5 M10.6 用途 主钩变频器X2 主钩变频器X3 副钩电源 副钩正转 副钩反转 副钩变频器X1 副钩变频器X2 副钩变频器X3 电机正接 电机反接 变频器X1 变频器X2 变频器X3 本系统的输入口包括主回路启停、主令控制器各位置、各电动机限位、各电动机启停、各电动机故障输入、过电流保护、急停、复位等；输出口包括主电路电源、急停输出、复位输出、各电动机电源、各电动机正反转、各电动机变频器输出、过电流保护输出等。

其中主回路启停输入由按钮开关接入PLC，用以控制总电路的通断，当按下停止按钮时，整个系统将完全停止，PLC中保存的档位信息清零，各电动机继电接触器断开，电磁抱闸机构开通，各电动机抱闸，保证现场工作人员的安全。主令控制器各位置接入PLC的输入端口，操作人员可通过控制屏控制电动机的正反转，加减速等操作。各电动机限位开关保证电动机在规定的位置内移动，过电流保护输入是防止由于过电流造成的电动机过载。各电动机启停与故障输入接在

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PLC的输入端口上，用以控制电动机的启动与停止。急停与复位按钮是出现紧急情况时的控制按钮。

以上为输入端口的分配方式，下面介绍输出端口的分配方式：主电路电源以及各电动机电源为整个电路提供电源，由于各电动机均设有独立的电源，所以各电动机可以单独控制。当电动机紧急情况时使用急停输出、复位输出复位到初始状态，它们接在PLC的输出端口上，并通过继电器接到变频器上。各电动机正反转、各电动机变频器输出、过电流保护输出是控制和保护各电动机工作的口线。

将控制桥式起重机的线路接在PLC的I/O口上，通过软件编程就可以控制系统的工作了。

2.3.4 PLC系统接线方式

可编程控制器完成系统逻辑控制部分，含接受主令控制器送来的操作信号、对变频器的控制及系统的安全保护，是系统的核心。现以大车为例说明PLC的接线及工作过程。

图4 大车PLC及变频器接线示意图

大车PLC及变频器的接线示意图如图4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3所示：

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表3 变频器多段频率端子状态表 速度档位 X001 X002 X003 0 0 0 0 1 1 0 0 2 0 1 0 3 1 1 0 4 0 0 1 5 1 0 1 6 0 1 1 7 1 1 1 注： 0-断 ，1-通

2.4 变频器

变频器为电动机提供频率可调节的交流电源，是实现电动机速度调节的关键设备。本系统变频器采用日本安川CIMR-G7B、CIMR-F7B系列起重专用变频器。 2.4.1 变频器控制方式的选择

由于起重机机构多为恒转矩负载，故选用带低速转矩提升功能的电压型变频器。

大车、小车是普通反抗性负载，负载变化相对小，属于阻力性负载，可以配用普通型或高功能型变频器，故大车、小车选用U/f 开环控制方式的安川CIMR-F7B4045 型变频器；而主钩及副钩负载变化大，属于位能性负载，为获得快速的动态响应，实现对转矩的快速调节，获得理想的动态性能，通常采用矢量控制方式，故主钩升降、副钩升降选用安川CIMR-G7B4055型变频器，采用闭环矢量控制方式以获得稳定的工作状态和良好的机械特性。

从变频器工作频率的控制来看，可以采用变频器模拟量电压控制端加接电位器方式，这样电动机的转速是无极调速的。但这样的方式与传统的操作方式相差较远，考虑到转速平滑调节对起重机来说并不重要，则可以采用变频器机外开关多段速度选择方式实现速度控制，这和选取主令控制器作为操作器件是配套的。采用变频器后，电动机的正反转控制也变得简单的多了，不再需要使用接触器交换电源的相序，只要操作变频器的相序控制端口就可以了。 2.4.2 变频器容量的选择

变频器容量的选择是以电动机的额定功率为依据的。由于绕线转子异步电动机与通用鼠笼异步电动机相比，其绕组的阻抗较小，因此使用变频器调速时应考虑纹波电流引起的过电流跳闸情况，同样功率下的电动机，绕线转子异步电动机额定电流往往较大，所以选择时应考虑一定余量。虽然起重机升降机构的转动惯量很小，加速时间较短，但考虑到电网电压波动的因素，以及安全劳动部门对起重机1.25倍额定静载荷检测要求等因素来选择起升机构电动机的变频器容量。大车、小车运行机构属于大惯量负载，其加减时间一般不超过20 s，变频器的短时过载能力为150％，不同的加速时间对变频器容量的计算不同，当加速时间>2 min时，变频器功率选择应放大些，以此来选择大车、小车运行机构电动机的变频器容量。

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2.4.3 变频器制动电阻

起重机变频器，特别是主钩及副钩变频器，需配用制动电阻。起重机放下重物时，由于重力作用电动机将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到变频器直流电路中去，使直流电压不断上升，甚至达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路里的能量消耗掉，使直流电压保持在允许的 …… 此处隐藏：3193字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……