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基于PLC控制的桥式起重机的设计毕业设计论文.doc
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基于 PLC 控制的桥式起重机的设计
内容摘要:
本文研讨基于可编程序控制器(PLC)和变频器的桥式起重机控制系统的改进。阐
述了交流桥式起重机在实际中的应用以及 PLC 在改造方案中的确定,亦涉及在改造过程
中设备的选型。本文以西门子 S7-200 系列 PLC 为例,讲述了 PLC 在交流桥式起重机改
造中的的控制方案。与传统控制方案相比,采用 PLC 控制的桥式起重机可以简化繁重的
设备,使控制更加安全可靠。从经济效益与环境效益的角度分析,本设计虽然前期投入
一部分资金用于购买 PLC 及变频器等设备,但是长期运行后的维修成本远低于原系统,
并且节能可达 30%左右。设计中变频器通过 PLC 进行无触点控制,使设备运行更加准确,
并且减轻了人员的劳动强度,提高了工作效率。
关键词:桥式起重机 PLC 控制系统
2
目 录
摘 要..............................................................I
前 言..............................................................1
本课题设计的意义、主要内容及基本参数................................1
第一章 变频调速的基本原理...........................................4
1.1 变频调速的基本原理 ..........................................4
1.2 变频器的基本结构和功能.......................................6
1.2.1 变频器的主电路 .........................................6
1.2.2 变频器的控制电路构成 ...................................7
第二章 桥式起重机变频控制系统的硬件设计............................15
2.1 总体设计方法................................................15
2.2 PLC 技术简介................................................16
2.2.1 PLC 概述 ..............................................16
2.2.2 Siemens S7-200 结构及工作原理 .........................17
2.3 部件的选择..................................................18
2.3.1 电机的选用 ............................................18
2.3.2 变频器的选用 ..........................................20
2.3.3 PLC 的选用 ............................................23
2.3.4 常用辅件的选择 ........................................24
2.4 起重机变频调速系统设计......................................26
2.4.1 系统控制的要求 ........................................26
2.4.2 控制系统的 1/O 点及地址分配 ............................26
第三章 桥式起重机变频调速系统软件设计..............................30
3.2 PLC 程序设计................................................32
3.2.1 PLC 编程软件概述 ......................................32
3.2.2 程序设计 ..............................................33
第四章 结束语..............................................................41
致 谢.............................................................42
参考文献...........................................................43
3
前言
桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机,又称天车。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,不受地面设备的阻
碍。 传统桥式起重机采用继电器控制与串电阻调速,使用凸轮控制器控制各台电动机。
而桥式起重器一般在码头、厂房内,工作环境相当恶劣,并且重载下频繁起动、制动、
反转、变速等,要求有一定的调速范围。所以传统的继电器控制与串电阻调速已呈现诸
多弊端,有必要采用新的控制方法对其进行改造。 随着工业自动化的发展,PLC、变
频器在工厂设备改造中得到了广泛应用。PLC 具有可靠性高,抗干扰能力强,适应性强,
应用灵活,编程方便,易于使用,控制系统设计、安装、调试、维修方便,维修工作量
少等一系列的优点。而变频器可以提供频率可调的交流电源,并且可以实现多段速度控
制。因此,PLC 的控制方式在桥式起重机的改造中十分流行。 本文着重论述如何采用 PLC
作为控制核心,采用变频器拖动电动机,实现传统的继电器控制桥式起重机的改造。为
降低工作人员劳动强度,采用三档位的主令控制器作为操作面板。PLC 作为整个控制系
统的核心,它接受主令控制器发出的向前、向后、零位、调速等控制信号,限位器输入
的限位信号,以及安保电路输入的保护信号,经 PLC 内部运算后分别发送给四台变频器。
变频器接受来自 PLC 的控制信号,控制电动机按照操作人员的操作运行。主令控制器的
开关与常用的启动、停止等按钮集中于控制舱内的操作面板上,供操作人员操作使用。
经改造的桥式起重机有以下优点:
⑴桥式起重机的启动、制动、加速、减速等过程更加平稳快速,定位更加准确,
减少了负载波动,安全性大幅提高。
⑵系统运行的开关器件实现了无触点化,具有半永久性的寿命。
⑶由于电动机启动电流限制得较小,频繁启动和停止时电动机热耗减少,寿命延
长。
⑷电磁制动器在低速时动作,其闸皮的磨损很小,使用寿命延长。
⑸降低了对电网的冲击。
⑹节约能源,变频调速的启动、制动、加速、减速等过程中,电机运行电流小。
以本案来讲,节能可达 30%左右。
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