PLC在行车电气控制回路改造中的应用

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1、国家职业资格全省（或市）统一鉴定 维修电工 论文(国家职业资格 II 级)论文题目：PLC在行车电气控制回路改造中的应用 姓 名： 身份证号： 准考证号： PLC在行车电气控制回路改造中的应用杨少涛江苏省盐城技师学院摘要 PLC可编程控制器以其软件简单易学、使用简便、抗干扰能力强、运行可靠等优点在工业控制领域得到了广泛的应用。本文主要介绍了以PLC和变频器为核心部件对工厂常用的5t行车进行改造，并设计了行车PLC控制系统的硬件电路和软件控制程序。关键字 PLC 行车 变频调速引言 目前大多数工厂的行车还是采用绕线式三相异步电动机转子串电阻进行启动和调速，这种老式的启动、调速方式在实际运行当中存

2、在很多缺点，比如：电动机调速后的机械特性软、接触器继电器控制方式的可靠性差、运行中电阻长期发热浪费电能等。所以采用以PLC的程序控制取代老式的接触器继电器控制，以变频器的变频调速取代了电动机转子串电阻调速。以独特的编程，设计出了一个同步精度高、调速性能好、运行可靠、故障维修率低的行车系统，让行车实现了半自动化。一、认识行车1.行车的分类起重设备按结构分，有桥式、塔式、门式、旋转式和缆索式等多种，不同结构的起重设备分别应用于不同的场合。生产车间内使用的是桥式起重机，常见的有5t、10t单钩和15/3t、20/5t双钩等，它是一种工厂、车间用来吊起或放下重物，并使重物在短距离内水平移动的起重、搬运

3、设备，俗称吊车、行车或天车。2.行车的主要结构和运动形式行车横跨在厂房的上部如图1-1-1所示。主要组成部分有大车、小车、起重吊钩三部分组成。大车的轨道敷设在车间两侧的立柱上，大车可以在轨道上沿车间纵向移动；大车上装有小车轨道，供小车横向移动；主钩用来提升重物，5t的行车没有副钩，如果有副钩的，副钩除可以提升轻物外，还可以协同主钩完成工件的吊运，但不允许主、副钩同时提升两个物件。当主、副钩同时工作时，物件的重量不允许超过主钩的额定起重量。这样，行车可以在大车能够行走的整个车间范围内进行起重运输。图1-1-1 行车结构示意图3.行车的供电形式行车采用三相交流电源供电，由于起重机工作时经常移动，因

4、此需采用可移动的电源供电。一般车间行车都是采用软电缆供电，电缆可以随大、小车的移动而伸展和叠卷。这种供电方式这大大提高了供电的安全性和方便性。二、行车的改造要求1.行车的工作环境比较恶劣，经常需带负载启动，要求电动机的启动转矩大、启动电流小，且有一定的调速要求。2要有合理的升、降速度，空载、轻载速度要快，重载速度要慢。3提升开始和重物下降到预定位置附近时，需要低速。因此行车的运行速度应分为几档，以便灵活操作。4.为保证人身和设备安全，停车必须采用安全可靠的制动方式，因此要采用机械抱闸制动。5.PLC要有保护启动功能，操作员在启动设备前必须把主令控制器全部切至零位，然后才能按上电按钮接通主电源。

5、6.吊钩的升、降要有限位保护，大、小车行程终端也要有限位保护。7.吊钩的升、降，大车的进、退，小车的左、右行都得有操作互锁。三、行车改造系统的软、硬件设计及元器件选择1.硬件设计行车的大车电机、小车电机、吊钩提升电机都需独立运行，大车有两台电机同时运行，小车、吊钩提升各为一台电机驱动，整个系统需要4台电机。为了保证各部分安全运行互不影响，所以采用3台变频器分别控制电机，共用1台PLC加以控制，系统组成如图1-1-2所示:图1-1-2 PLC控制变频器拖动系统2.行车PLC控制线路的外部接线图行车PLC控制系统的外部接线图如1-1-3所示。图1-1-3中可编程控制器采用三菱FX2N系列的FX2N

6、-64MR机型作为基本模块，控制3个变频器，3个变频器又控制4台电机。1-1-3 行车PLC外部接线图3.硬件选择（1）PLC机型的选择：PLC以其编程方便，简单易学，现场可修改程序；维修方便，采用模块化结构，拥有丰富的I/O接口模块；可靠性高于继电器控制装置；数据可直接送入管理计算机；在扩展时，原系统只要很小的变更；用户程序存储容量至少能扩展到4K；体积小、价格便宜等优点。PLC是完成系统逻辑控制的部分，控制电动机的正转、反转，调速等控制信号进入PLC，经PLC处理后，再向变频器发出起停、调速等信号，使电动机工作，是系统的核心部分。根据PLC设计选型的一般原则(选择自己熟悉的机种和机型，不要

7、大材小用)，三菱PLC以其体积小，结构紧凑；处理能力强；丰富的硬件资源；功能强大的用户指令集；易学易懂，良好的售后服务等优点所以选择了三菱FX2N系列的PLC。本方案根据所需要的I/O点所以选择了FX2N-64MR机型。（2）变频器的选择异步电动机的转速公式为n=60f/p(1-s),其中f为频率，p为极对数，由此式可以看出，如果要实现电动机的调速，只要改变频率及极对数就能实现调速，一般电动机无极调速以改变频率为主。变频器以其体积小、通用性强、动态响应快、工作频率高、保护性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而优于以往的任何调速方式。而且使用变频器来对电机进行控制，电机可以进行软启动，而让电

8、机具有很快的动态响应并且实现无级调速。另外能对电机的一些参数做到补偿，对电源的缺相、欠压、过压、过流等都能做到很及时很准确的检测而自动采取应变措施，可以更好的保护电机。变频器的容量通常用额定输出电流（A）、输出容量（KVA）、适用电动机功率（KW）表示。变频器的容量选择最重要，对于标准4极电动机拖动的连续恒定负载，变频器的容量可根据适用电动机的功率选择。对于其他极数的电动机拖动的负载、变动负载、断续负载和短时负载，因其额定电流比标准电动机大，不能根据适用电动机的功率选择变频器的容量。变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择，即INIMmax式中 IN 变频器的额定电流，A;IMm

9、ax 电动机的最大工作电流，A。不论作什么用途都不允许连续输出超过额定值的电流。所以根据异步电动机实际运行中的电流最大值来选择变频器，经过同类变频器的性能与价格比较以及售后的服务等综合考虑，变频器还是选用三菱公司的FR-E700和FR-A700系列变频器。另外，在变频器的选择上之所以选择三台变频器进行控制，是因为使用单独的变频器控制电动机，行车可以不同方向同时运行，而如果使用一台变频器控制三台电动机，这样行车只能单独方向运行，降低了行车的工作效率，而在变频器和电动机之间串入接触器进行控制，接触器经常的闭合、分断，这样会增加行车的故障率。（3）电机的选择电动机的选择容量很重要，如果容量不足，一方

10、面电动机会过热，以至很快的损坏，另一方面因起动力矩不足，起动缓慢，不能达到所需要的速度，影响行车的生产效率。如果容量过大，一方面浪费电能，另一方面因起动过猛，产生较大的惯性载荷。因此确定电动机的容量原则是：在正常的工作状态下，电动机的温升不能超过容许值；还要保证所需要的起动力矩。电机的种类和型号有很多，起重设备用的比较多的就是绕线式三相异步电动机，绕线式电动机最大的优点就是起动转矩大，起动电流小，调速性能较好，一般适合起动转矩要求比较高，需要调速的场合。所以根据行车的载重量，以及可能出现的最大负载量，选择一台额定功率为7.5KW的普通绕线式异步电动机，大车选用两台额定功率为1.5KW的普通绕线

11、式异步电动机，小车选用一台额定功率为0.8KW的普通绕线式异步电动机。另外除了以上3样核心部件之外还有：行车的机械制动装置、制动电阻，电动机供电线、限位开关、减速器等部件在这就不一一举例了，使用原来行车所自有的。（4）I/O地址分配I/O地址分配见表1-1-4。表1-1-4 I/O地址分配输 入输 出XO上电按钮Y0前后行高速X1急停按钮Y1前后行低速X2行车左行Y2行车前进X3行车右行Y3行车后退X4行车前进Y4左右行高速X5行车后退Y5左右行低速X6吊钩上升Y6行车左行X7吊钩下降Y7行车右行X1O行车左限位Y10上下行高速X11行车右限位Y11上下行低速X12行车左极限Y12吊钩上升X1

12、3行车右极限Y13吊钩下降X14吊钩上限位Y14前后行制动器X15吊钩下限位Y15左右行制动器X16行车前限位Y16上下行制动器X17行车后限位Y17上电指示灯X2O行车前极限Y20超载报警灯X21行车后极限X22前后行高速X23前后行低速X24左右行高速X25左右行低速X26上下行高速X27上下行低速X30超载保护4.软件设计（1）行车系统控制流程行车工作流程图如图1-1-5所示。当系统一上电，就开始自检测各方面是否正常，比如：电源是否正常、行车的吊钩是否过载、行车是否已经行驶到了极限保护开关等。有任何异常的原因行车都不会启动，从而杜绝行车在生产过程中引发一系列的事故。开始急停按下YN电源正

13、常NY超载YN速度选择升/降运行超速YN切换速度限位开关YN速度选择左/右运行切换速度速度选择前/后运行切换速度零位停止1-1-5 行车系统控制流程图（2）行车的PLC控制梯形图行车的PLC控制梯形图如图1-1-6所示。图1-1-6 行车PLC控制梯形图（3）变频器参数设置变频器设置参数见表1-1-7表1-1-7 变频器参数设置表参数号参数名称设定值1上限频率60HZ4多段速度（高速）RH40HZ5多段速度（中速）RM25HZ7加速时间2S8减速时间2S77参数禁止写入选择179操作模式选择3因为变频器都是选用的三菱的，设置参数基本相同，所以以大车的变频器参数设置为例，另外，因为行车是用PLC

14、来控制，所以变频器的操作模式选择了3，是组合模式。参数禁止写入选择了1，是禁止写入。是防止非专业人员对变频器参数的误设定，对参数进行写保护操作。四、结束语通过这几个月的设计，使我对这个几年来所学的知识和技能有了一个较全面的复习。本次设计中为了使行车运行的更加安全可靠，采用了PLC和变频器改造，在这个过程中，对PLC和变频器的原理以及结构都有了进一步的了解。改造后的行车从运行情况来看，运行情况良好，负载变化时。电动机速度运行平稳，设配的故障率大幅度降低，设配维修时排除故障的速度明显提高，设配维护量大大减少。由于本人水平有限，在本方案中还存在不足和欠缺的地方，殷切希望老师们的批评和指正。参考文献：1.楼晓阳，交流变频技术在桥机上的应用J.变频器世界，2006(1):79-81.2.尹建利，浅谈变频器在港口起重机中的应用J.机电工程技术，2005，34(8):88-89.3.李敬梅主编.电力拖动控制线路与技能训练.北京：中国劳动社会保障出版社，2007第 11 页 共 10 页