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：桥式起重机变频器 PLC 控制系统

The Design of PLC-based Bridge Crane System

Abstract:

This text discussion the improved design of bridge crane control system based on PLC and frequency converter. Introduced the application of Bridge crane, the application of PLC in reconstructive transform and choosing the device. The text takes Siemens S7-200 PLC series as an example, introduced the control project of Bridge crane system. Compared with traditional control scheme，PLC-based Bridge Crane can Simplify the heavy equipment，and make control more safety and reliable. Analysis from economic benefits and environmental benefits,The maintenance cost is far below original system after long-term operation，and Saves about 30% of energy，beside a fond musts put into buying PLC and inverter and other equipment . In this design, Inverter non-contact programmable controller controls the equipment to run more accurate, as well as reduced labor strength, increased efficiency.

Key words: bridge crane; frequency converter; PLC; control system

目录

前言 (1)

1 设计要求及方案选择 (2)

1.1 系统设计要求 (2)

1.2 题目分析 (2)

1.3 系统方案选择 (2)

2 系统硬件设计 (4)

2.1 PLC实现的主令控制器 (4)

2.2 限位器及安保电路 (5)

2.2.1 限位器 (6)

2.2.2 安保开关 (6)

2.2.3 电磁抱闸 (6)

2.3 可编程控制器 (6)

2.3.1 可编程控制器特点 (6)

2.3.2 可编程控制器选型 (7)

2.3.3 I/O端口分配 (8)

2.3.4 PLC系统接线方式 (9)

2.4 变频器 (10)

2.4.1 变频器控制方式的选择 (10)

2.4.2 变频器容量的选择 (10)

2.4.3 变频器制动电阻 (11)

2.5 电动机选择 (11)

2.6 安全装置 (12)

2.6.1 栏杆 (12)

2.6.2 限位开关 (12)

2.6.3 缓冲器 (12)

2.6.4 排障板 (12)

3 系统软件设计 (13)

3.1 主程序 (13)

3.2 公用程序 (14)

3.3 大车控制程序 (16)

3.4 其他子程序设计 (17)

4 系统仿真及调试 (18)

5 设计总结 (19)

附录 (20)

附录1 桥式起重机PLC控制系统STL语言程序设计 (20)

附录2 桥式起重机PLC控制原理图 (27)

附录3 桥式起重机PLC控制系统I/O口分配表 (27)

参考文献 (28)

致谢

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+变频器”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。