基于PLC和变频调速在桥式起重机拖动系统中的应用.doc
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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。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,并进行了较详细的设计。本课题主要研究的是用PLC与变频器实现桥式起重机的运行及调速,起重机包括大车、小车、主钩、副钩四部分构成,其中大车用两台电动机拖动其余都用一台,并用4台变频器
2、传动PLC加以控制。设计主接线图选出所需器件型号,编写程序实现对桥式起重机各个部分的运行并且利用组态王软件实现对桥式起重机的基本运行状态进行模拟。关键词:可编程序控制器变频调速桥式起重机组态王AbstractThe 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 important improve the bridge crane operation
3、al efficiency,guarantee the safe reliability to 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
4、 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. To the question that exist in the bridge crane control system,the Paper apply Programmable Controller and frequency conv
5、erter on control system of bridge crane,have candied on deeper research . Irrelevant respects.This topic mainly researched that using the PLC and frequency converter to carry out the the operation and speed regulation of the bridge crane , The crane including Cart, trolley, main hook, hook .The cart
6、 with Two automotive electric motor drag, others with one, altogether with 4 inverter drivring PLC to control.Design the main wiring diagram to select the required device model,Write programs for the operation of each part of the bridge crane, and using the kingview software to achieve the simulatio
7、n of the basic running state of bridge crane Key words:PLCfrequency conversionbridge cranekingview 目录第1章绪论11.1课题研究的目的和意义11.1.1课题研究的目的11.1.2课题研究的意义11.2国内外研究现状21.2.1桥式起重机国内研究现状21.2.2桥式起重机国外研究现状21.3课题研究内容2第2章 变频器、PLC与组态王简介32.1变频调速的基本原理32.2可编程控制器简介32.3组态王简介6第3章接线图与硬件设计83.1总体原理框图83.2主接线图83.3PLC接线图及I/O分配9
8、3.4硬件选型103.4.1PLC选型103.4.2电动机选型113.4.3变频器选型113.4.4变频器接线图113.4.5其他器件选型12第4章系统软件的设计144.1控制程序流程图144.2桥式起重机PLC的I/O分配表154.3调速指令164.4梯形图分段设计164.4.1启动与大车正反转及调速164.4.2小车正反转及调速174.4.3主钩正反转及调速174.4.4副钩正反转及调速184.5指令表184.6系统的调试19第5章组态王软件监控设计225.1新建工程225.2新建设备235.3变量定义245.4画面绘制245.5程序编写25第6章结论与展望266.1结论266.2展望26
9、参考文献27致谢28附录29附录A外文资料29附录B梯形图40附录C组态王界面4242石家庄铁道大学四方学院毕业设计第1章绪论1.1课题研究的目的和意义1.1.1课题研究的目的自有人类文明以来,物料搬运便成了人类活动的重要组成部分,距今已有五千多年的发展历史了。随着生产规模的扩大,自动化程度的提高,作为物料搬运的重要设备的起重机在现代化生产过程中应用的越来越广,作用愈来愈大,对起重机要求也越来越高,科学技术的飞速发展,推动了现代设计和制造能力的提高,激烈的市场竞争也越来越依赖技术的竞争,这些都促使起重机进入崭新的发展阶段。传统桥式起重机的电力拖动系统采用交流绕线转子异步电动机转子串电阻的方法进
10、行起动和调速,继电接触器控制,这种控制系统的主要缺点有:桥式起重机工作环境恶劣,工作任务重,电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。继电接触器控制系统可靠性差,操作复杂,故障率高。转子串电阻调速,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1。要从根本上解决这些问题,只有彻底改变传统的控制方式。桥式起重机在造船行业中起着举足轻重的作用,因动作频繁经常会出现控制触点烧坏现象,设备可靠性低,而近年来,随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展,电气传动和自动控制领域也日新月异。其中,具有代表性的交流变频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
11、术在桥式起重机拖动系统中的应用提供了有利条件2。1.1.2课题研究的意义PLC和变频器是工业控制领域较为通用的自动控制装置,性能稳定、可靠。控制系统由于省去了切换转子电阻的交流接触器和串联电阻等电气元件,电气控制电路大为简化,起重机启、制动、加减速等过程更加平稳快速,减少了波动,安全性大幅度提高。采用PLC代替原来复杂的接触器和继电控制系统,电路实现了无触点化,故障率有所降低,采用变频调速,机械特性硬,负载变化时格挡速度基本不变。变频器和PLC应用于桥式起重机系统,可以大大提高桥式起重机的运行性能和可靠性,是目前桥式起重机较为理想的设计模式。1.2国内外研究现状1.2.1桥式起重机国内研究现状
12、目前,国内专业生产大型起重机的厂家很多。其中以中联重科、三一重工、 抚挖等公司产品系列较全市场占有率较高。中联重科在2007年12月宣布实行品牌统一战略后现已成功开发了50t600t履带式起重机产品系列。作为中国起重机行业的领跑者,徐州重型机械有限公司现在已经形成了以汽车起重机为主导, 履带式重机和全路面起重机为侧翼强势推进的庞大型谱群。国内最具历史的履带式起重机生产企业现已拥有35t350t的履带式起重机产品系列。QUY350是2007年推出的国产首台350t履带式起重机,填补了国内350t履带式起重机的产品型谱空白。三一科技自2004年初进入履带式起重机的研发和生产领域至今,已成功开发出5
13、0t900t共10个型号的全系列产品并全部实现销售。其900t履带起重机的顺利下线,标志着我国大型、超大型履带起重机自主研发领域已走在亚洲前列,成为目前亚洲最大吨位的履带式起重机3。1.2.2桥式起重机国外研究现状国外也研究出来了很多品种的具有特色的桥式起重机,比如德国研究出来了一种专门为飞机维修保养的专用起重机,在国际市场开了销路。国外还采用模块化的设计,并取得了显著的效益4。1.3课题研究内容本课题中以桥式起重机作为研究实体,桥式起重机大车、小车、主钩、副钩都需独立运行,大车为两台电动机同时拖动,运用变频器对各部分进行调速,并由PLC分别加以控制。控制电动机的正、反转、调速等控制信号进入P
14、LC,PLC经处理后,向变频器发出起停调速等信号,使电动机工作。桥式起重机大车、小车、主钩、副钩工作由PLC控制,大车、小车、主钩、副钩电动机都运行在电动状态,控制过程基本相似,而主钩电动机运行状态处于电动、倒拉反接或再生制动状态。利用变频器为电动机提供可变频率的电源,实现电动机的调速。利用组态王对桥式起重机工作状态进行监控。第2章 变频器、PLC与组态王简介2.1变频调速的基本原理根据异步电机的知识,异步电机的转速公式为如(2-1)所示。 (2-1)其中:异步电动机的转速,单位为r/min;定子的电源频率,单位为Hz;电机的转差率;电机的极对数。三相异步电动机的调速方法可分为两大类:一类是通
15、过改变同步转速来改变转速,具体方法有变极调速(改变)和变频调速(改变);另一类是通过改变转差率来实现调速,这就需要让电动机从固有特性上运行改为人为特性上运行,具体方法有变压调速(改变),转子电路串电阻调速(改变),等等。由上式可知,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。在电动机调速时,一个重要的因素时希望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。三相异步电动机每相电动势的有效值是如(2-2)所示。 (2-2)式中:气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值,单位为V
16、;定子频率,单位为Hz;定子每相绕组串联匝数;定子基波绕组系数;每极气隙磁通量,单位为Wb;由公式可知,只要控制好和,便可以控制磁通中不变。2.2可编程控制器简介PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块,各模块插在底板上,模块之间通过底板上的总线相连.装有CPU单元的底板称为CPU底板,其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接,距离一般不超过lom无论哪种结构类型的PLC,都可以根据需要进行配合与组合。它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成5。(1)中央处理单元中央处理单元一般由控制器、运算器和寄存器
17、组成,这些电路都集成在一个芯片内,CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。它是PLC的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能,完成以下任务:接收并存储从编程器输入的用户程序和数据:诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误:用扫描的方式接收输入信号,送入PLC的数据寄存器保存起来;PLC进入运行状态后,根据存放的先后顺序逐条读取用户程序,进行解释和执行,完成用户程序中规定的各种操作;将用户程序的执行结果送至输出端。(2)存储器根据存储器在系统中的作用,可以把它们分为以下3种:系统程序存储器和各种计算机一样,PLC也有其固定的监控程序、解释程序,它
18、们决定了PLC的功能,称为系统程序,系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。系统程序是不能有用户更改的,故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM。用户程序存储器用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序,用户程序存放在用户程序存储器中,由于用户程序需要经常改动、调试,故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。由于RAM掉电会失去数据,因此使用RAM作用户存储器的PLC,都用后备电池保护RAM,以免电源掉电时,失去用户程序。当用户程序调试修改完毕,不希望被随意改动时,可将用户程序写于EPROM。目前较先进的PLC采用快闪存储器作用户程序存储器,快闪存储器可随时读写,掉电时数据不会失去,
19、不需要后备电池保护。工作数据存储器工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。这部分数据存储在RAM中,以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储区中,开辟有元件映像寄存器和数据表。元件映像寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器。计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。数据表用来存放各种数据,它的标准格式是每一个数据占一个字。它存储用户程序执行时的某些可变参数值,如定时器和计数器的当前值和设定值。它还用来在存放A/D转换得到的数字和数字运算的结果等。根据需要,部分数据在停电时用后备电池维持其当前值,在停电时可以保持数据的存储器区域称为数据保持区。(3)I/O单元I/O单元也称为
20、I/O模块。PLC通过I/O单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收用户设备的各种控制信号,如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号,并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理,将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成,输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出,以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件6。(4)电源部分PLC一般使用220V的交流电源,内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V,+12V,+24V的
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- 基于 PLC 变频 调速 桥式起重机 拖动 系统 中的 应用
