plc与变频器技术在行车中的应用毕业论文

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1、PLC与变频器技术在行车中的应用摘要：可编程序控制器(PLC)是一种工业控制计算机，在现代工业过程控制中得到了广泛应用。行车作为起重设备，在大多数生产企业中使用广泛，但传统的继电器控制系统和串级调速方式存在故障率高、调速精度差、重载起吊容易出现溜钩等问题，可靠性得不到保证。本方案利用了西门子公司的S7-300 型PLC结合ABB公司ACS800变频器对15+5吨行车进行了改造，获得良好的技术性能和经济性能。论文主体 一引言：西门子公司的S7-300 型PLC，从功能上看可以执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。体现出

2、了良好的灵活性和通用性，具有抗干扰能力强、可靠性高，编程语言简单易学，与外部设备连接简单，使用方便，控制系统的设计、调试周期短等特点。ABB公司的ACS800系列变频器是基于直接转矩控制的新一代交流调速设备，具有零速状态下的100%额定转矩输出能力，同时利用其自带的宏控制，可以在重载起重时避免溜钩现象的出现。在吊钩下降过程中利用能耗制动回路的吸收可以避免因反电势过高对电机绕组的损坏。利用该项技术对行车设备进行自动化改造，有着重要意义。关键词：PLC 变频器 行车 控制 改造Q1 二、硬件构成X11R S T主钩变频器ACS 800U V WACS 800X221 DI1 停止/启动2 DI2

3、正转/反转3 DI3 能耗制动4 DI4 加/减时间5 DI5 速度选择6 DI6 速度选择11 DI1L 启动联锁 X25制动单元电源M1机械制 动PLC I0.0 I0.1 Q0.0 I0.6 Q0.5I0.7 Q0.6I1.0 Q0.7I1.1 Q1.0I1.2 Q1.1I1.3 Q1.2I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0紧停应许启动启动停止正/反选择点动抱闸监视速度选择速度选择速度选择速度选择上升限位下降限位Q2R S T副钩变频器ACS 800U V WACS 800X221 DI1 停止/启动2 DI2 正转/反转3 DI3 能耗制动4 DI4 加/减时间5 DI5 速度选择

4、6 DI6 速度选择11 DI1L 启动联锁 X25制动单元M2机械制 动紧停应许启动启动停止正/反选择点动抱闸监视速度选择速度选择速度选择速度选择上升限位下降限位X11PLC I0.0 I0.2 Q0.1 I2.1 Q1.3I2.2 Q1.4I2.3 Q1.5I2.4 Q1.6I2.5 Q1.7I2.6 Q2.0I2.7I3.0I3.1I3.2I3.3Q3R S T大车变频器ACS 800U V WACS 800X221 DI1 停止/启动2 DI2 正转/反转3 DI3 能耗制动4 DI4 加/减时间5 DI5 速度选择6 DI6 速度选择11 DI1L 启动联锁 X25制动单元M3机械制

5、 动紧停应许启动启动停止正/反选择点动速度选择速度选择向右限位终端限位向左限位终端限位X11PLC I0.0 I0.3 Q0.2 I3.4 Q2.1I3.5 Q2.2I3.6 Q2.3I3.7 Q2.4I4.0 Q2.5I4.1 Q2.6I4.2I4.3I4.4I4.5Q4R S T小车变频器ACS 800U V WACS 800X221 DI1 停止/启动2 DI2 正转/反转3 DI3 能耗制动4 DI4 加/减时间5 DI5 速度选择6 DI6 速度选择11 DI1L 启动联锁 X25制动单元M4机械制 动紧停应许启动启动停止正/反选择点动速度选择速度选择向前限位终端限位向后限位终端限位

6、X11PLC I0.0 I0.4 Q0.3 I4.6 Q2.7I4.7 Q3.0I5.0 Q3.1I5.1 Q3.2I5.2 Q3.3I5.3 Q3.4I5.4I5.5I5.6I5.7Q5 备注；正转/反转选择，0=正转、1=反转。加速/减速时间选择，0选择斜坡时间0，1选择斜坡时间1。1 升降主电路升降主电路由三相交流电输入、主钩驱动变频器（ACS800-75KW）、副钩驱动变频器（ACS800-45KW）、吊钩电机、能耗制动单元等组成。由于采用交-直-交变频器。在负载自身重力下，制动时回路的能量不能送回电网，为限制泵升电压和负载下降时反电势的升高采用能耗制动单元。2 大、小车主电路 大、小

7、车主电路由大车驱动变频器（ACS800-45KW）、小车驱动变频器、大车行走电机、小车行走电机、能耗制动单元等组成。3 PLC控制电路选用西门子公司的S7-300 型PLC。PLC接收来自行车主令控制器、限位开关的信号和变频器的状态。经程序判断与运算来实现行车的各控制功能。PLC输出监控信号的同时，向各变频器发送运行方向、启动、速度调整、制动的运行指令。4 变频器 ACS 800变频器的直接转矩控制方式可以在无外接测速传感器的情况下，利用检测自身的输出电流通过闭环构成高精度的转矩控制。在变频器的选型方面，根据主钩、副钩电机容量，对变频器的输出功率选择放大一档，对于大、小车行走电机所选变频器输出

8、功率则按实际电机容量选择即可。4 行车吊钩制动电路 行车作为一种吊装各种货物的工具。在物件位势负载状态下，要求安全可靠、 运行平稳、停车准确。通过变频器速度给定的选择，操作人员可以使吊钩上的物件到达指定位置。 本系统采用减速机，其减速比I=1/32,拽引轮直径=580MM。电机额定转速Ned=1450r/min.吊钩制动采用电磁抱闸制动和变频器能耗制动相结合。 5 行车吊钩升降控制主要由RMIO板、PLC、变频器、吊钩升降电机、机械抱闸等组成。控制由PLC发出指令进行点动、运行、制动的控制。运行启动时，指示灯长亮。点动时，其指示灯以1S的间隔闪烁。三 主吊钩程序设计 吊钩电机利用四个速度选择按

9、钮通过程序运算后输出到变频器RMIO板的DI5、DI6上进行频率给定方式的选择。设定频率用AI1给定、固定频率50HZ、固定频率30HZ、固定频率15HZ的选定。还要满足使用者对货物堆放的定位要求。利用机械制动和变频器能耗制动相结合来保证吊钩在负载势能时不往下滑。当行车运行到个极限位时能够及时的停止运行。到达终点极限时切断变频器应许启动信号，使对应的变频器不能启动。1 变频器速度给定的选定X211 VREF 给定值电压10VDC2 GND 电阻地3 AI1 速度给定值2 利用变频器参数组12 CONSTANT SPEEDS 设定。给定AI1、恒速1、恒速2、恒速3的频率。通过PLC输入点I1.

10、3、I1.4、I1.5、I1.6来控制。每个选中信号用Q4.5、Q4.6、4.7、Q5.0来对应指示。给定的选择如图所示。DI5DI6输出00通过AI1设定速度10恒速101恒速211恒速32 AI1的给定连线说明。AI1给定的可变电阻选择10千欧，可变电阻两个阻值固定的分别接VREF 和GND给定电压10V,可变脚接AI1+。3 吊钩的抱闸控制对于势能类负载，没有机械制动器是绝对不行的，在电机突然断电或中途启动时，必须靠机械制动来控制负载的下落转动。为了克服前面提到的问题，制动器必须在电机建立了一定的转矩、电流和转速后才能松开，在之前的控制系统中，电机得电则制动器立即松开，电机失电则立即制动

11、，制动器的动作快于电机转矩的建立，在这种情况下，行车抖动是必然的，更甚者会发生“溜车”事故。ACS800变频器有专用的制动器编程控制功能，可以通过编程对制动逻辑进行设置，例如：可以通过变频器的“42 BRAKE CONTROL”参数对制动器松开电流、制动器松开频率、制动器松开/闭合时间、制动器释放转矩等进行随心所欲的修改。该参数共有10个用户编程细目，以保证制动器的可靠动作。在实际调试中，我们把释放电流确定为电机额定电流的90%，释放频率为0 Hz，释放转矩为100%的额定转矩。当动作条件满足时，变频器的可编程输出继电器RO1动作，使制动器制动或释放。除此之外，制动器还可以接受外部接点的控制，

12、外部接点是供用户增加功能时自行设计用的,在本例中，我们把紧急制动、系统断电等都作为外部接点的驱动信号。当出现上述任一故障时，PLC就会使外部接点断开，使制动器迅速制动。本工程中的机械制动器采用了电磁式抱闸，这种制动器制具有较大制动力，动作迅速。制动器接线如图所示。1 RO12 RO13 RO1电源RMIO板X25紧急制 动M电机到PLCI1.2电磁抱 闸4 指示控制 在启动时，其指示灯长亮，点动时其指示灯以1S的间隔闪烁。用四个指示灯分别指示其速度的选择。机械抱闸的制动，在机械动作后其指示灯亮，没有动作发出报警信号。四 大、小车程序设计 1 大、小车的速度设定PLC程序运算设定两个速度等级。速

13、度选择0，设定频率50HZ、速度选择1，设定频率25HZ。 2 在运行和点动时启动不同的加速减速斜坡时间使电机运行相对平稳。减小对机械部分冲击。3 对大、小车的定位不是很苛刻，使用小电流的直流抱闸。就可以让其停止在指定位置。 4 大、小车的限位控制，其运行到限位时电机停止运行。到终端限位时把变频器应许启动的信号切断。5 运行指示，在启动时，其指示灯长亮，点动时其指示灯以1S的间隔闪烁。输入点的分配表紧停操作按钮 SB1I0.0主钩变频器合闸按钮 SB2I0.1副钩变频器合闸按钮 SB3I0.2大车变频器合闸按钮 SB4I0.3小车变频器合闸按钮 SB5I0.4电源指示 XT1I0.5主钩启动操

14、作按钮 SB6I0.6主钩停止按钮 SB7I0.7主钩正转/反转选择开关 SB8I1.0主钩点动按钮 SB9I1.1抱闸监视I1.2速度选择0级按钮 SB10I1.3速度选择1级按钮 SB11I1.4速度选择2级按钮 SB12I1.5速度选择3级按钮 SB13I1.6主钩上升限位 ST1I1.7主钩下降限位 ST2I2.0副钩启动按钮 SB14I2.1副钩停止按钮 SB15I2.2副钩正/反转选择开关 SB16I2.3副钩点动按钮 SB17I2.4抱闸监视I2.5速度选择0级按钮 SB18I2.6速度选择1级按钮 SB19I2.7速度选择2级按钮 SB20I3.0速度选择3级按钮 SB21I3

15、.1副钩上升限位 ST3I3.2副钩下降限位 ST4I3.3大车启动按钮 SB22I3.4大车停止按钮 SB23I3.5大车正/反转选择开关 SB24I3.6大车点动按钮 SB25I3.7速度选择0级按钮 SB26I4.0速度选择1级按钮 SB27I4.1向右限位开关 ST5I4.2向右终端限位开关 ST6I4.3向左限位开关 ST7I4.4向左终端限位开关 ST8I4.5小车启动按钮 SB28I4.6小车停止按钮 SB29I4.7小车正/反转选择开关 SB30I5.0小车点动按钮 SB31I5.1速度选择0级按钮 SB32I5.2速度选择1级按钮 SB33I5.3向前限位开关 ST9I5.4

16、向前终端限位开关 ST10I5.5向后限位开关 ST11I5.6向后终端限位开关 ST12I5.7警铃/警示灯I6.0输出点分配表主钩变频器合闸Q0.0副钩变频器合闸Q0.1大车变频器合闸Q0.2小车变频器合闸Q0.3警铃/警示灯Q0.4主钩启动/停止Q0.5主钩正/反转选择Q0.6主钩速度控制选择Q0.7主钩速度控制选择Q1.0主钩加/减速斜坡时间选择Q1.1主钩直流抱闸启动信号Q1.2副钩启动/停止Q1.3副钩正/反转选择Q1.4副钩速度控制选择Q1.5副钩速度控制选择Q1.6副钩加/减速斜坡时间选择Q1.7副钩直流抱闸启动信号Q2.0大车启动/停止Q2.1大车正/反转选择Q2.2大车速度

17、控制选择Q2.3大车速度控制选择Q2.4大车加/减速斜坡时间选择Q2.5大车直流抱闸启动信号Q2.6小车启动/停止Q2.7小车正/反转选择Q3.0小车速度控制选择Q3.1小车速度控制选择Q3.2小车加/减速斜坡时间选择Q3.3小车直流抱闸启动信号Q3.4电源指示Q3.5主钩变频器合闸指示Q3.6副钩变频器合闸指示Q3.7大车变频器合闸指示Q4.0小车变频器合闸指示Q4.1主钩上升点动/运行指示Q4.2主钩下降点动/运行指示Q4.3主钩抱闸指示Q4.4主钩速度选择0级指示Q4.5主钩速度选择1级指示Q4.6主钩速度选择2级指示Q4.7主钩速度选择3级指示Q5.0副钩上升点动/运行指示Q5.1副钩

18、下降点动/运行指示Q5.2副钩抱闸指示Q5.3副钩速度选择0级指示Q5.4副钩速度选择1级指示Q5.5副钩速度选择2级指示Q5.6副钩速度选择3级指示Q5.7大车向右点动/运行指示Q6.0大车向左点动/运行指示Q6.1大车限位指示Q6.2大车速度选择0级指示Q6.3大车速度选择1级指示Q6.4小车向前点动/运行指示Q6.5小车向后点动/运行指示Q6.6小车限位指示Q6.7小车速度选择0级指示Q7.0小车速度选择1级指示Q7.1主钩限位指示Q7.2副钩限位指示Q7.3五 、PLC程序Q0.0Q0.00I0.1主钩变频器合闸I0.0Q0.5I1.1I0.6I1.1I0.7I0.0M0.0I1.0Q

19、0.6主钩上升/下降选择信号I1.1主钩加/减速斜坡选择Q1.1I1.4I1.6Q0.7I1.3I1.5Q0.7主钩速度选择输出I1.5I1.6Q1.0I1.3I1.4Q1.0主钩速度选择输出主钩上升/下降运行小车向后Q0.6I2.0Q0.5M0.0Q0.6I1.7Q0.1Q0.1I0.2副钩变频器合闸I0.0I2.3Q1.4副钩上升/下降选择信号Q1.3I2.4I2.1I2.4I2.2I0.0M0.1副钩上升/下降运行小车向后Q1.4I3.3Q1.3M0.1Q1.4I3.2Q0.5主钩直流抱闸启动Q1.2I2.4Q1.7I2.7I3.1Q1.5I2.6I3.0Q1.5副钩速度选择输出I3.0

20、I3.1Q1.6I2.6I2.7Q1.6副钩速度选择输出Q1.3Q2.0副钩加/减速斜坡选择副钩直流抱闸启动Q0.2Q0.2I0.3大车变频器合闸I0.0I3.6大车向右/向左选择信号Q2.1I3.7I3.4I3.7I3.5I0.0I4.3I4.5大车向右/向左运行小车向后Q2.2I4.4M0.2Q2.2I4.2Q2.2M0.2Q2.1I3.7大车加/减速斜坡选择I4.0Q2.3Q2.4大车速度选择输出0I4.1Q2.4Q2.3大车速度选择输出1Q2.1大车直流抱闸启动Q2.5Q2.3Q2.4Q2.6Q0.3I0.4小车变频器合闸I0.0I5.0小车向右/向左选择信号Q2.7I5.1I4.6I

21、5.1I4.7I0.0I5.5I5.7小车向右/向左运行小车向后Q3.0I5.6M0.3Q3.0I5.4Q0.3Q3.0M0.3Q2.7I5.1I5.2Q3.1Q3.2小车速度选择输出0I5.3Q3.2Q3.1小车速度选择输出1Q2.7小车直流抱闸启动小车加/减速斜坡选择Q2.5Q3.1Q3.2Q3.4Q0.0主钩变频器启动指示I1.1主钩上升点动/运行指示Q0.6M0.4Q0.5I0.5电源指示Q0.1副钩变频器启动指示Q0.2大车变频器启动指示Q0.3小车变频器启动指示Q3.5Q3.6Q3.7Q4.0Q4.1Q4.2I1.1主钩下降点动/运行指示Q0.6M0.4Q0.5I1.2主钩抱闸指示

22、Q0.7主钩速度选择0指示Q1.0Q0.7主钩速度选择1指示Q1.0Q0.7主钩速度选择2指示Q1.0Q0.7主钩速度选择3指示Q1.0Q1.2Q4.3Q4.4Q4.5Q4.6Q4.7Q5.0I2.4副钩上升点动/运行指示Q1.4M0.4Q1.3I2.4副钩下降点动/运行指示Q1.4M0.4Q1.3I2.5副钩抱闸指示Q1.5副钩速度选择0指示Q1.6Q1.5副钩速度选择1指示Q1.6Q1.5副钩速度选择2指示Q1.6Q2.0Q5.1Q5.2Q5.3Q5.4Q5.5Q5.6Q1.5副钩速度选择3指示Q1.6I3.7大车向右点动/运行指示Q2.2M0.4Q2.1I3.7大车向左点动/运行指示Q2

23、.2M0.4Q2.1Q2.3大车速度选择0指示Q2.4大车速度选择1指示I4.2大车限位指示I4.4Q5.7Q6.0Q6.1Q6.2Q6.3Q6.4I5.1小车向前点动/运行指示Q3.0M0.4Q2.7I5.1小车向后点动/运行指示Q3.0M0.4Q2.7Q3.1小车速度选择0指示Q3.2小车速度选择1指示I5.4小车限位指示I5.6Q4.0警铃/警示灯Q6.5Q6.6Q6.7Q7.0Q7.1Q0.4电源指示I0.5主钩限位指示I1.7副钩限位指示I3.2I2.0I3.3Q3.5Q7.2Q7.3M0。4S-ODTS QTV BTR BCTS5T#1ST000S-OFFDTS QTV BTR B

24、CTT001S5T#1SM0。4慢闪1S六 本应用的实际效能1、调速范围宽，低频运行时转矩不损失，可以满足有精确控制定位要求的作业；2、起停运行时降低了机械传动冲击，延长了行车的机械传动部分的使用寿命；3、控制用器件大幅减少，取消原有KC/KT盘，有效减少故障点，提高作业水平。4、采用直接转矩控制方式，即使电磁抱闸松动或失灵时，也不会出现溜钩现象，避免出现设备事故。5、具有快速的动态响应，当运行需要快速进行正反转运行切换时，也能保证运行的平稳。 七、结束语 综合上述，行车系统作为现在这种高密集型、快节奏的生产，必须配套生产设备和自动生产线快速响应工作。采用变频调速和可编程控制技术，对传统的行车电力拖动系统进行技术改造，实现平稳操作，提高运行作业率，消除升降电机的过压冲击对电机的损坏，减少电气维护强度，具有良好效果。同时采用PLC控制技术可以消除人为的误操作，避免设备及人身伤害事故的出现。对安全生产具有重要的意义。