起重机大、小车行走驱动系统设计

课程设计报告书
课程名称：《交流调速系统与变频器应用》
课题名称：起重机大、小车行走驱动系统设计系部名称：自动控制系
2011年12月20日
目录
第1章总括 (1)
1.1 引言 (1)
1.2 方案的选择 (1)
1.3 设计目的、要求及设备 (2)
第2章控制系统电气原理 (3)
2.1 硬件电路设计 (3)
2.1.1 系统连接图 (3)
2.2系统原理图 (4)
2.3 变频器的参数及PLC的I/O地址分配 (5)
第3章PLC软件设计及程序调试 (6)
3.1USS协议指令 (6)
3.1.1 USS_INIT指令 (6)
3.1.2 USS_CTRL指令 (6)
3.2 PLC程序设计 (7)
3.3 程序的调试 (7)
第4章力控组态的开发与调试 (7)
4.1 力控组态的开发 (7)
4.2 力控组态的调试 (8)
第5章心得体会 (9)
附录1 (10)
第1章总括
1.1引言
起重机的电机驱动主要有起升机构、大车、小车行走机构,电机主要采用绕线式异步电动机及鼠笼式异步电动机。

起动时冲击电流大,设备冲击严重,噪声大,影响设备使用寿命及定位精度。

近年来随着变频器技术发展,以其优越的起制动控制特性,在各种行业得到了广泛应用。

在起重机中起升机构采用变频器驱动后,可用鼠笼式异步电动机取代绕线式异步电动机。

由于变频器驱动时,电机起动冲击电流小,转速变化非常平稳,起升、行走定位也较准确,提高了生产效率。

1.2方案的选择
根据起重机驱动的特性和技术有要求，采用带测速反馈接口的MM440系列变频器作为起升机构的电机驱动，MM440作为大、小车行走机构的电机驱动，MM440是一种通用型矢量控制变频器，功能强，价格低，能够充分满足行走机构的要求。

起重机大车运行方向有前后，小车运行方向有左右要求，根据运行需要分为1-3档，采用一台三相异步电动机。

起重机整个电气系统有S7-200系列PLC控制，变频器通过开关量端子接受PLC控制信号。

1.3设计目的、要求及设备
设计目的：
设计一个起重机大车和小车变频调速控制系统：大车两台电机，小车一台电机。

电机速度选择均有高中低三档。

控制大车两台电机的前后行驶，前后极限位置设有极限开关。

控制小车电机的左右行驶，左右极限位置设有极限开关。

设计要求：
1、采用西门子S7-200PLC和MM440变频器。

2、大车和小车高中低三段速度对应电机的供电频率分别为50Hz、40Hz和30Hz。

3、要求就地和远程控制，采用力控组态软件进行远程控制。

设计所需的设备：
1.设计所需的硬件设备主要是实验室常用的实验设备，详见（表1-1）。

表1-1
2.设计所需的软件设备
表1-2
在设计中，如果需要可以自选其他的实验设备，这里就不做过多的介绍。

第2章 控制系统电气原理
2.1硬件电路设计
2.1.1 系统连接图
大车行走驱动连接图，如图2-1所示。

图2-1
小车行走驱动连接图，如图2-2所示。

图2-2
2.2系统原理图
大车行走驱动原理图，如图2-3所示。

图2-3
小车行走驱动原理图，如图2-4所示。

图2-4
2.3 变频器的主要参数设置及PLC的I/O地址分配
2.3.1变频器的主要参数设置
首先将电机铭牌上的所有参数输入P0304-P03011,大车变频器应输入几个点电机的总电流和总功率，并且变频器带动电动机应工作在线性频率/电压特性，1-3档速度变化采用固定频率设定。

一档=30HZ，二档=40HZ,三档=50HZ。

主要参
2.3.PLC的地址分配
PLC的地址分配见下2-6表所示。

第3章 PLC软件设计及程序调试
3.1 USS协议指令
3.1.1 USS-INIT指令
USS-INIT主要应用于允许和初始化或禁止MICROMASTER变频器通信。

指令格式如图3-1所示：
图3-1
该指令各点的介绍：
EN:当EN输入接通时，每一次扫描均执行该指令。

Mode：选择不同的通信协议。

Baud：设置波特率。

Active：指示哪个变频器激活。

3.1.2 USS-CTRL指令
USS-CTRL指令用于控制激活的MICROMASTER变频器。

指令格式如图3-2所示：
图3-2
该指令各点的介绍：
EN：接通使能USS-CTRL。

RUN：指示变频器是否接通。

Resp-R:位应答来自于变频器的相应。

F-ACK：位用于应答变频器的相应。

DIR:位指示变频器应向哪个方向运动。

Drive：是MICROMASTER的变频器的地址。

Dype:选择变频器的类型。

Speed_SP:变频器的速度。

Error：错误字节。

Status：变频器返回的状态字的原始值。

Speed：变频器的速度。

RUN-EN：指示变频器是运行还是停止。

D-Dir:指示变频器运行的方向。

Inhibit：指示变频器禁止位的状态。

Fault：指示故障位的状态。

3.2 PLC程序设计
该设计的PLC程序主要运用STEP-7编程软件编写，详细程序见附录二。

3.3程序的调试
首先，给计算机，PLC等设备供电，然后将程序下载的PLC中，打开软件的监视环境，依次打开I1.0-I1.5各个I/O开关，观察大车和小车在不同的频率下的运行状态及它们的启停控制。

同时可以通过状态环境更加形象直观地观察大车、小车电动机的并运行状态。

对于状态的环境在下一章将进行详细的介绍。

第4章力控组态的开发及调试
5.1 力控组态的开发
力控组态直观的反映了工业现场的工作状态，在现在的工业生产中得到了广泛的运用。

这里就不做详细的介绍了。

该设计的组态环境如图5-1所示：
图5-1
在使用力控组态进行监控的时候，还需要进行各种I/O点的分配如图5-2所示，其它的这里就不做过多的介绍。

图5-2
5.2 力控组态的调试
打开运行进入组态监控画面，出现如图5-3所示的画面，然后进行调试就能出现相应的大车和小车的运行速度。

图5-3
第5章心得体会
经过一个星期的课程设计，过程曲折可谓一言难尽。

在此期间遇到了很多我们一时无法解决的问题。

充分认识到了自己在学习和实践中的不足。

同时认识我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

某个人的离群都可能导致整项工作的失败。

实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。

团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。

而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
同时对张老师的指导表示真诚的感谢！
附录一
PLC的设计程序：
Q0.0M1.7VB700VW10VD12M0.5M0.6M0.7M1.0
SM0.0M0.0I0.0M0.4
M0.1
M0.2M0.3
M0.4I0.1
I0.2
I0.3
SM0.0M1.1I0.4M1.5M0.5M1.2M1.3M1.4
M1.5I0.5I0.6I0.7
M1.6M2.0M2.1M2.2。