1、浙 江 工 业 职 业 技 术 学 院毕业论文PLC 和变频器在起重机控制中的应用PLC 控制的变频调速在桥式起重机拖动系统中的应用摘 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
2、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。关键字 PLC 桥式起重 变频器 目 录第一章 传统桥式起重机简介 .11.1 桥式起重机系统简介 .11.2 研究对象及其意义 .2第二章 PLC 与桥式起重机的发展状况 .32.1 PLC 的发展状况 .32.2 传统桥式起重机控制系统存在的问题 .52.3 本课题的主要研究内容 .72.4 起重机控制技术发展状况 .7第三章 桥式起重机的电气控制 .103.1 控制要求 .103.2 桥式起重机的电气控制系统组成 .103.3 桥式起重机的运行机构组成 .11第四章 PLC 控制的变频调速的硬件设计 .124.1 系统
3、硬件设计 .124.2 PLC 桥式起重机检测中的 I/O 定义 .134.3 系统控制原理图 .14第五章 PLC 控制的变频调速的软件设计 .165.1 系统软件设计 .165.2 梯形图程序设计 .175.3 系统指令表 .205.4 系统回顾 .21第六章 全文总结及其展望 .23致谢 .25参 考 文 献 .26引 言桥式起重机（天车）是一种用来起吊、放下和搬运重物，并使重物在一定距离内水平移动的起重、搬运设备，在生产过程中有着重要应用。桥式起重机由于工作环境差,粉尘和有害气体对电机的集电环、电刷和接触器腐蚀性大，加上工作任务重,实际过载率高,由于冲击电流偏大, 容易造成电动机触头烧
4、损、电刷冒火、电动机及转子所串电阻烧损和断裂等故障, 影响现场生产和安全,工人维修量和产生的维修费用也很高，本论文就是研究起重机采用先进的可编程控制技术（PLC） ，以程序控制取代继电器 -接触器控制，进而实现了起重机的半自动化控制。1第一章 传统桥式起重机简介1.1 桥式起重机系统简介桥式起重机是桥架型起重机的一种，它依靠起升机构和在水平面内的两个相互垂直方向移动的运行机构，能在矩形场地及其上空作业，是工矿企业广泛使用的一种起重运输机械。它具有承载能力大，工作可靠性高，制造工艺相对简单等优点。但在实际使用中，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，控制方式为继电- 接触
5、器控制，采用这种控制方式的起重机机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想，所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低;继电-接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高，控制柜体积大；桥式起重机工作环境差，工作任务重时，电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。要从根本上解决这些问题，只有彻底改变起重机传统的电气控制控制方式。近年来，随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展，同时也带动电气传动和自动控制领域的发展。其中，具有代表性的交流变频调速装置和可编程控制器获得了广泛的应用，为 PLC 控制的变频调速技术在桥式起重机系统的应用提供了有利条件。变频技术的运用使得起重机的控制系统从整体上得到较大提高
6、，可以解决传统桥式起重机控制系统存在诸多的问题，变频调速以其可靠性好、调速范围宽、能够实现无级调速、节能效益显著的特性在起重运输机械2行业中具有广泛的发展前景。同时，采用可编程序控制器代替传统的继电-接触器控制系统，减小了控制系统的中间环节，减少了控制元件和控制线，极大地提高了起重机控制系统的稳定性和可靠性。1.2 研究对象及其意义本课题中以桥式起重机作为研究实体，由于传统桥式起重机的控制系统存在上述的缺点，虽然变频调速是一种有效的解决方法，但是由于起重机行业的特殊性，变频调速系统的应用相对滞后。采用变频调速取代传统的起重机控制系统是近几年才开始应用的新技术。无论是在起重机老产品还是新产品设计
7、，变频调速都是优选方案。变频调速装置的先进性能特别适用于起重机的恶劣工况，对改善起重机的调速性能，提高工作效率和功率因数，减小起制动冲击以及增加起重机使用的安全可靠性是非常有益的。相比较发达国家而言，我国的相关技术水平差距较大。主要技术难度体现在：对起重机电控系统运行的稳定性和可靠性要求愈来愈高，起重机的起重量及运行速度等技术参数越来越大，起重机的自动化程度越来越高，起重机对管理和通讯的性能要求越来越严格。为此，有必要对桥式起重机电控系统的应用进行研究。3第二章 PLC 与桥式起重机的发展状况2.1 PLC 的发展状况可编程控制器（Programmable Logic Controller，简
8、称PLC）是一种工作可靠，编程简单，使用方便，控制完备的控制设备。它能在恶劣的工作环境下工作，容易实现“机电一体化” 。可编程控制器把自动化技术，计算机技术，通信技术融为一体，有利于实现工厂自动化的集散式控制。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器取代传统继电器控制装置以来，PLC 得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC 的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的 PLC 不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 因此，可编
9、程控制器自诞生以来，得到了迅速发展，成为工业控制的主流。1968 年美国通用汽车公司为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器4控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。1969 年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公
10、司的自动装配线上试用，取得很好的效果，从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller ） 。随着微电子技术和计算机技术的发展，20 世纪 70 年代中期微处理器技术应用到 PLC 中，使PLC 不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20 世纪 80 年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16 位和 32 位微处理器应用于 PLC 中，使 PLC得到迅速发展。PLC 不仅控制功能增强，同时可靠性
11、提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使 PLC 真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。5自从第一台 PLC 出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制 PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上有 200 多家 PLC 厂商，400 多品种的 PLC 产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派 PLC 产品都各具特色，如日本主要发展中小型PLC，其小型 PLC 性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位。著名的 PLC 生产厂家主要有美国的 A-
12、B（Allen-Bradly）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱电机（Mitsubishi Electric ）公司、欧姆龙（OMRON）公司，德国的AEG 公司、西门子（Siemens）公司，法国的TE（Telemecanique ）公司等。我国的 PLC 研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出。在 20 世纪 70 年代末，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的 PLC。此后，在传统设备改造和新设备设计中，PLC 的应用逐年增多，并取得显著的经济效益，PLC 在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。目前，我国不少科研单位和工厂在研制和生产 PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门 A-B 公司等。从近年的统计数据看，在世界范围内 PLC 产品的产量、销量、用量高居工业控制装置榜首，而且市场需求量一直以每年 15%的比率上升。PLC 已成为工业自动化控制领域中占主导地位的通用工业控制装置。我国许多引进的重大工程项目，列入宝钢，中原制药厂等都使用很多可编程控制器，取得了明显效益。推广利用可编程控
