基于PLC控制的桥式起重机的变频调速系统

1、摘 要桥式起重机作为物料搬运系统中一种典型设备，在企业生产活动中应用广泛，作用显著，因此对于提高桥式起重机的运行效率，确保运行的安全可靠性，降低物料搬运成本是十分重要。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。因此对桥式起重机控制系统进行研究具有现实意义，也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题。 本文针对桥式起重机控制系统中存在的上述问题，把可编程序控制器和变频器应用于桥式起重机控制系统上，并进行了较深入的研究。1.根据桥式起重机的运行特点，桥式起重机控制系统采用工业触摸屏监控起重机变频调速系统，该系统主要由上位机(工业触摸屏系统)、下位机(PLC控制系统)、变频调速系统等组成。2.组态软件作为用户可定制功能的软件平台工具，利用其良好的人机界面和通信能力，在PC机上可开发出友好人机界面，下载至工业触摸屏中，使工作人员可以实现变频器的参数设置、电机的启动和停止，同时可实现系统故障报警。3.PLC系统采用SIEMENS公司产品，能控制起重机大车、小车的运行方向和速度换

2、档;吊钩的升、降方向及速度换档，同时能检测各个电机故障现象并送往工业触摸屏进行显示，减小了传统继电接触式控制系统的中间环节，减少了硬件和控制线，极大提高了系统的稳定性，可靠性。4.为了更加有效的防止重物下滑，在桥式起重机起升机构各加上一套由旋转编码器、PG数模转换和PLC相结合的闭环系统，使主副吊钩拖动更加稳定、可靠。实验结果表明，采用该控制系统，使桥式起重机工作可靠，使用方便，同时具有动态显示的功能，节能效果好明显。 关键词: 可编程序控制器，桥式起重机，变频调速，组态软件ABSTRACT The bridge crane carries a kind of typical equipment in the supplies system，so it have extensive function in the activity of producing enterprise ,so it is important to improve the bridge crane operational efficiency, guarantee the safe reliability to

3、 be operated, reduce the cost of the supplies carrying .But the traditional bridge crane control system mainly adopts relay and contactor to control bridge crane，adopt the methods of wire winding bunch of resistance to start and adjust speed of motor，the control system have many disadvantages ,for example: dependability is bad, it is complicated to operate, fault rate is high. the electric energy is wasted greatly, efficiency is low. Carrying on the research to the bridge crane control system ha

4、s realistic meanings, it is a subject for research of relevant experts and scholars both at home and abroad too.To the question that exist in the bridge crane control system，the paper apply programmable controller and frequency converter on control system of bridge crane，have carried on deeper research. in relevant respects.1.According to the operation characteristic of bridge crane, bridge crane control system adopt industry touch-sensitive screen control the system of bridge crane frequency co

5、nversion, this system mainly include location going to machine (industry touch-sensitive screen system)，the next machine (PLC control system )and frequency conversion system 2.The configuration software can customize the special function software platform for users, utilize its good man-machine interface and communication capacity, can develop the friendly man-machine interface on the PC，download the interface into the touch-sensitive screen，make staff member can set parameter，start or stop elec

6、trical motor and at the same time implementation fault alarm. 3.PLC system adopts the SIEMENS Company products, can control the crane cart，caroperation direction and change speed;To rise，lower cliver direction and change speed，canmeasure each motor trouble phenomenon and send this to touch-sensitive screen of industry to show at the same time, have reduced traditional electricityContact-type control system of intermediate link .it reduce the hardware and control line, has improved systematic sta

7、bility, dependability greatly.4.Prevent the heavy object from gliding for being more effective, rise organization of crane add one rotate encoder，PG count mould change combine PLC with close ring system，make clivers more steady，more reliable .The experimental result indicates，adopt this control system, it is reliable to make the bridge crane work, easy to use, have dynamical shown function ,energy-conservation is effectual. KEYWORDS: Programmable Controller，Bridge Crane，Frequency Conversion，Conf

8、iguration Software目 录摘 要iABSTRACTii第一章 绪 论1第一节 概述1第二节 本课题设计的意义、主要内容及基本参数2第二章 矢量控制变频调速4第一节 变频调速的基本原理4第二节 变频器的基本结构和功能6一、变频器的主电路6二、变频器的控制电路构成7第三章 桥式起重机变频控制系统的硬件设计8第一节 桥式起重机系统简介8一、桥式起重机的构造8二、各机构组成和特点8三、传统桥式起重机的电气控制系统8第二节 PLC技术简介10一、PLC概述10二、Siemens S7-200系列PLC特性10三、Siemens S7-200 PLC的工作原理12第三节 本系统总体设计方法13第四节 部件的选择14一、电机的选用14二、变频器的选用16三、PLC的选用20四、常用辅件的选择20五、系统抗干扰措施22六、各机构的安全保护及检测22第四章 桥式起重机变频控制系统的软件设计24第一节 PLC的控制方案24一、系统控制的要求24二、控制系统的I/O点及地址分配24三、PLC配置26第二节 触摸屏的软件设计27一、监控画面的开发方法27二、组态软件27第三节 监控画面的设计3

9、0第四节 S7-200PLC网络的通信协议及本系统采用的通信协议35一、S7-200PLC网络的通信协议35二、本系统采用的通信协议36三、上位机和PLC之间的通信37第五节 PLC程序设计38一、PLC编程软件概述38二、程序设计39第五章 全文总结及其展望45第一节 全文总结45第二节 研究展望46参考文献47外文资料49中文翻译52附 录55致 谢56ii 第一章 绪 论第一节 概述桥式起重机作为物料搬运机械在整个国民经济中有着十分重要的地位。经过几十年的发展，我国桥式起重机制造厂和使用部门在设计、制造工艺、设备使用维修、管理方面，不断积累经验，不断改造，推动了桥式起重机的技术进步。但在实际使用中，结构开裂仍时有发生。究其原因是频繁的超负荷作业及过大的机械振动冲击所引起的机械疲劳。因此，除了机械上改进设计外，改善交流电气传动，减少起制动冲击，也是一个很重要的方面。由于传统桥式起重机的电控系统采用转子回路串接电阻进行有级调速，致使机械冲击频繁，振动剧烈，因此电气控制上应采用平滑的无级调速是解决问题的有效手段。传统的起重机驱动方案一般采用:(1)直接起动电动机;(2)改变电动机极对数调速;(3)转子串电阻调速;(4)涡流制动器调速;(5)可控硅串级调速;(6)直流调速。前四种方案均属有级调速，调速范围小，无法高速运行，只能在额定速度以下调速;起动电流大，对电网冲击大;常在额定速度下进行机械制动，对起重机的机构冲击大，制动闸瓦磨损严重;功率因数低，在空载或轻载时低于0.2-0.4，即使满载也低于0.75，线路损耗大。目前

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