毕业设计（论文）基于PLC控制的变频行车控制系统设计

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1、柳州职业技术学院毕业设计（论文）题目: 基于PLC控制的变频行车控制系统设计 姓名 学号 专业 电气自动化技术 年级 2008级 指导教师 完成时间 2011-1-15 目 录中文摘要及关键词3第一章（绪论）41.1行车电气传动技术的国内外发展概况41.2传统行车控制系统的特点和存在的问题51.3本课题的研究意义和主要内容6第二章（可编程控制器）72.1 PLC的工作原理7第三章（电机的变频调速）83.1 变频调速的基本原理83.3变频器参数设定11第四章(行车变频调速系统总体方案设计和部件选型)144.1 概述144.2 采用变频调速的基本考虑154.3 行车变频调速控制系统194.4 I/

2、O地址分配244.5系统电气原理图284.6梯形图314.7 行车工作过程36第五章（技术经济分析）38第六章（结论）39参考文献41中文摘要行车作为物料搬运机械在整个国民经济中有着十分重要的地位，经过几十年的发展，我国行车制造厂和使用部门在设计、制造工艺、设备使用维修、管理方面，不断积累经验，不断改造，推动了行车的技术进步。但在实际使用中，传统行车的控制系统所采用交流绕线转子串电阻的方法进行启动和调速，继电接触器控制，在工作环境差，工作任务重时，电动机以及所串连电阻烧损和断裂故障时有发生；继电接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高；转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不

3、理想。所串连电阻长期发热，电能浪费大，效率低。要从根本上解决这些问题，只有彻底改变传统的控制方式。本次设计采用PLC和变频器技术，以PLC控制变频器，即以程序控制取代继电接触器控制，控制变频器实现变频调速，设计出PLC控制的行车的变频调速系统，进而实现了行车的半自动化控制。此系统特别适用于行车在恶劣条件下的工作情况，对改善行车的调速性能，提高工作效率和功率因数，减小起制动冲击以及增加行车使用的安全可靠性是非常有益的。关键词： PLC 变频器 行车 第一章 绪 论1.1 行车电气传动技术的国内外发展概况电气调速控制的方法很多，对直流驱动来讲60年代采用发电机电机系统。从控制电阻分级控制，到交磁放

4、大控制，到可控硅SCR激磁控制，到主回路可控硅即晶闸管整流供电系统。随着电子技术的飞速发展，集成模块出现，计算机、微处理器应用，因此控制从分立组成模拟量控制发展至今天的数字量控制。变频调速：变频调速技术是国际上各大电气公司在70年代末80年代投入全力研制、开发，也是国际国内这几年全力研制应用的目标与方向。这几年一些公司如德国SIEMENS，美国GE，日本三菱等推出全数字化的矢量控制技术，大功率的IGBT模块的出现使变频技术在起升机械、电梯等位能负载控制成为现实。目前，变频调速的控制方法有恒压频比控制，转差频率控制，矢量控制，直接转矩控制等。这些控制方法都得到了不同程度的应用，但其控制性能有一定

5、的差异。变频器使用PWM技术可严格地使输入电流正弦，即在下降过程各机械减速制动中，将动能和位能转化为电能反馈电网，达到理想的节能指标，同时确保工况正常运行，上述发展己完成了产品系列化上市，对 “变频”装置在技术上以及经济上与其他驱动装置竞争将有明显的优势。同时随着PLC系统的不断成熟与完善，以及大容量变频器在位能负载上的成功应用，变频调速系统必将成为未来调速市场的主流。1.2 传统行车控制系统的特点和存在的问题传统的行车驱动方案一般采用：（1）直接起动电动机；（2）改变电动机极对数调速；（3）转子串电阻调速；（4）涡流制动器调速；（5）可控硅串级调速；（6）直流调速。前四种方案均属有级调速，调

6、速范围小，无法高速运行，只能在额定速度以下调速：起动电流大，对电网冲击大；常在额定速度下进行机械制动，对行车的机构冲击大，制动闸瓦磨损严重；功率因数低，在空载或轻载时低于0.20.4，即使满载也低于0.75，线路损耗大。可控硅串级调速虽克服了上述缺点，实现了额定速度以下的无级调速，提高了功率因数，减少了起制动冲击，价格较低，但目前串级调速产品的控制技术仍停留在模拟阶段，尚未实现控制系统具有很好的调速性能和起制动性能，很好的保护功能及系统监控功能，所以有时采用直流电动机，而直流电动机制造工艺复杂，使用维护要求高，故障率高。由于传统行车的电控系统通常采用转子回路串接电阻进行有级调速，尽管起动性能与

7、调速性能较交流鼠笼型电动机有很大改善，但由于采用有级调速，依然存在以下问题：1）控制档位较多时，控制电路复杂，系统的故障率较高；2）在换档时依然存在电流与转矩冲击，重载情况下尤为突出；3）低速定位时由于采用“倒拉反接制动”运行方式，转子中串入了较大电阻导致机械特性变得很软，低速定位困难；4）能量损耗大，特别是重载低速时的损耗尤其严重。1.3 本课题的研究意义和主要内容 本课题中以行车作为研究实体，由上可知，传统行车的控制系统主要采用交流绕线转子串电阻的方法进行启动和调速，继电接触器控制，这种控制系统的主要缺点有： 1) 行车工作环境差，工作任务重，电动机以及所串连电阻烧损和断裂故障时有发生；2

8、) 继电接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高； 3) 转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想，所串连电阻长期发热，电能浪费大，效率低。要从根本上解决这些问题，只有彻底改变传统的控制方式。近年来，随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展，同时也带动电气传动和自动控制领域的发展。其中，具有代表性的交流变频调速装置和可编程控制器获得了广泛的应用，为PLC控制的变频调速技术在行车系统提供了有利条件。变频技术的运用使得行车的整体特性得到较大提高，可以解决传统行车控制系统存在诸多的问题，变频调速以其可靠性好，高品质的调速性能、节能效益显著的特性在起重运输机械行业中具有广泛的发展前

9、景。第二章 可编程控制器2.1 PLC的工作原理 PLC的工作原理、运行方式与传统的继电器、接触器构成的控制系统是不相同的。PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100以上，PLC采用的是不同于一般微型计算机的运行方式一扫描技术，PLC扫描用户程序的时间一般均小于100。 PLC的扫描工作过程一般分为3个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新3个阶段。完成上述3个阶段称作1个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU

10、以一定的扫描速度重复执行上述3个阶段。 第三章 电动机的变频调速调速就是在一定的负载下，根据生产的需要人为地改变电动机的转速。这是生产机械经常向电动机提出的要求。调速性能的好坏往往影响到生产机械的工作效率和产品的质量。3.1变频调速的基本原理根据异步电机的知识，异步电机的转速公式为： 其中：异步电动机的转速，单位为r/min； 定子的电源频率，单位为Hz； 电机的转速滑差率； 电机的极对数。 三相异步电动机的调速方法可分为两大类：一类是通过改变同步转速来改变转速，具体方法有变极调速(改变)和变频调速(改变)；另一类是通过改变转差率来实现调速，这就需要让电动机从固有特性上运行改为人为特性上运行，

11、具体方法有变压调速(改变)，转子电路串电阻调速(改变)，等等。由上式可知，如果改变输入电机的电源频率，则可相应改变电机的输出转速。 在电动机调速时，一个重要的因素时希望保持每极磁通量为额定值不变。磁通太弱，没有充分利用电机的磁心，是一种浪费；若要增大磁通，又会使磁通饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因为绕组过热而损坏电机。对于直流电机来说，励磁系统是独立的，所以只要对电枢反应的补偿合适，保持 不变是很容易做到的。在交流异步电机中，磁通是定子和转子合成产生的。 三相异步电动机每相电动势的有效值是：式中：气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值，单位为V； 定子频率，单位为Hz；定子每相绕组串联匝

12、数；定子基波绕组系数；每极气隙磁通量，单位为Wb；由公式可知，只要控制好和，便可以控制磁通中不变，需要考虑基频(额定频率)以下和基频以上两种情况；1) 基频以下调速当电源频率在基频以下调速时，电动机转速下降，但在调节电源频率的同时，必须同时调节电动机的定子电压，且始终保持常数，否则电动机无法正常工作。这是因为三相异步电动机定子绕组相电压，当下降时，若不变，则必使电动机每极磁通增加，在电动机设计时，处于磁路磁化曲线的膝部，的增加将进入磁化曲线饱和段，使磁路饱和，电动机空载电流剧增，使电动机负载能力变小，而无法正常工作。为此，电动机在基频以下调速时，应使恒定不变。所以，在频率下调的同时应使电动机定

13、子相电压随之下调，并使常数。可见，电动机额基频以下的调速为恒磁通调速，由于不变，调速过程中电磁转矩不变，属于恒转矩调速。2) 基频以上调速 当电源频率在基频以上调节时，电动机的定子相电压是不允许在额定相电压以上调节的，否则会危及电动机的绝缘。所以，电源频率上调时，只能维持电动机定子相电压不变。于是，随着升高将下降，但上升，故属于恒功率调速。 把基频以下和基频以上两种情况合起来，可得到异步电动机的变频调速控制特性，如图2-1所示。如果电动机在不同的转速下都具有额定电流，则电动机都能在温升容许的条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。在基频以下，属于“恒转矩调速”的调速，而在基频以上，基本上属于

14、“恒功率调速”2。图2-1 异步电动机变频调速控制特性3.2 变频器主要参数设置本系统用到四个变频器，分别用于控制主钩电机、副钩电机、小车电机和大车电机。首先将所用电机铭牌数据输入，大车变频器应输入两台电机的总电流及总功率，并且大车变频器带有两个电机时应运行于线性频率/电压特性，速度变化采用固定频率的迭加，同时利用变频器的制动器接通、断开功能由输出继电器触点控制机械制动器，使行走机构在电机停止时不会由于外力而随意移动。如表3-3 所示：表3-3 变频器主要参数参数号参数值说明P0101运行正转P0112运作反转P0120复位P0130零位0HZP014101档速度固定频率10HZP015202

15、档速度固定频率20HZP016353档速度固定频率35HZP017504档速度固定频率50HZP0184外部制动控制P0201运行正转P0212运行反转P0220复位P0230零位P024101档速度固定频率5HZP025152档速度固定频率15HZP026253档速度固定频率25HZP027354档速度固定频率35HZP0284外部制动控制P0301运行正转P0312运行反转P0320复位P0330零位P034101档速度固定频率10HZP035252档速度固定频率25HZP036303档速度固定频率30HZP037404档速度固定频率40HZP0384外部制动控制P0401运行正转P041

16、2运行反转P0420复位P0430零位P044101档速度固定频率10HZP045152档速度固定频率15HZP046253档速度固定频率25HZP047304档速度固定频率30HZP0480V/f特性（大车多电机）P0494外部制动控制第四章 行车变频调速系统总体方案设计和部件选型4.1 概述4.1.1 行车拖动系统的构成 行车俗称行车，是工矿企业中应用得十分广泛的一种行车。其运行机构由三个基本独立的拖动系统构成：1) 大车拖动系统 拖动整台行车顺着车间作“横向”运动(以操作者的坐标为准)。2) 小车拖动系统 拖动吊钩及重物顺着桥架作“纵向”运动。3) 吊钩拖动系统 拖动重物作吊起或放下的上

17、、下运动。4.1.2 行车的负荷特点和对拖动系统的要求1) 负荷特点 各拖动系统得负荷转矩都与“阻力”和回转半径的乘积成正比： = (3-1)在大车和小车拖动系统中，是摩擦力，而在吊钩拖动系统中，是被吊物和吊钩的重力。 由式3-1可知，负载转矩的大小与速度无关，因而具有“恒转矩”的特点。2) 对拖动系统的要求 大车和小车对拖动系统的要求较为一般，这里重点介绍对吊钩拖动系统的要求。a 在全调速范围内，电动机的有效转矩线应是恒转矩的；b 起动时，除上述负载转矩外，还必须克服静摩擦力。所以，拖动系统应有足够大的启动转矩；c 重物下降时，除空钩和极轻负载外，在绝大多数情况下，都是依靠自身的重力而下降的

18、。为了克服重物因重力加速度而不断加速，电动机必须产生足够的制动转矩，使重物在所需转速下平稳下降；d 重物在空中停住的前后，不能发生“溜钩”。4.1.3 原拖动系统的主电路原拖动系统的主电路如图 3-1 所示，其主要特点是：1) 选用电动机 大多采用绕线转子异步电动机；2) 调速方法 在电动机的转子回路内串人五段外接电阻R1R5(也有七段或更多)，由接触器KM1 KM4 的状态来决定串入电阻的多少，从而调整电动机的转速高低；4.2 采用变频调速的基本考虑4.2.1 主拖动系统1) 电动机选型a 大车与小车用电动机可选用普通的笼型转子异步电动机；b 吊钩用电动机由于要求较高，应选用变频专用的笼型转

19、子异步电动机；2) 制动方法采用再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的方法。a 首先，通过变频调速系统的再生制动和直流制动把运动中的大车、小车或吊钩迅速而准确地将转速降为0(使它们停住)；b 对于吊钩，常常需要重物在半空中停留一段时间(如重物在空中平移时)，而变频调速系统虽然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干扰(如在平移过程中常易出现的瞬间断电)，可靠性较差。因此，利用电磁制动器进行机械制动仍然是必须的。4.2.2 对电动机运行状态的分析大车与小车拖动系统的运行状况与普通负载无异，本节只分析吊钩拖动系统的各种运行状态。1) 空钩(包括极轻负载)运行 由于吊钩的机械系统采用了蜗轮蜗杆减速，

20、具有自锁功能，故空钩时的负载转矩主要由摩擦阻力构成。a 上升运行 重物的上升，完全是电动机正向转矩作用的结果。这时，电动机的旋转方向与转矩方向相同，电动机处于电动状态，其机械特性在第I象限，工作点如图3-2 中的A点(高速)与B点(低速)所示。b 下降运行由于蜗轮蜗杆自锁的原因，空钩及轻载时是无法靠自重放钩的，故下降运行只能通过反接电源来实现。电动机的旋转方向仍与转矩方向相同，但方向反了，其机械特性在第3象限，工作点如图3-2 中的C点(高速)与D点(低速)所示。图3-2 不同状态下电动机的工作点2) 重载运行 负载加重时，工作点将右移。a 上升运行 工作点右移至点和点。b 下降运行 工作点右

21、移至第4象限，如图3-2中的点(高速)与点(低速)所示。这时，由于重力加速度的原因，电动机的旋转速度将超过同步转速而进入再生制动状态。电动机的旋转方向是反转(下降)的，但其转矩的方向却与旋转方向相反，是正方向的，其作用是防止重物不断下降，故重量相同的重物在下降时构成的负载转矩比上升时小。4.2.3 变频调速系统的控制要求行车拖动系统的控制动作包括：大车的左、右行及速度档次；小车的前、后行及速度档次；吊钩的升、降及速度档次等。所用这些，都可以通过可编程控制器(PLC)进行无触点控制。行车控制系统中需要引起注意的是关于防止溜钩的控制。在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停住状态下滑

22、的现象，称为溜钩。防止溜钩的控制需要注意的关键问题是：1) 电磁制动器在通电到松开(或从断电到抱住)之间是需要时间的，约0.6s(视型号和大小而定)。因此，变频器如过早停止输出，将容易溜钩；2) 变频器必须避免在电磁制动器抱住得情况下输出较高频率，以免发生因“过流”而跳闸的误动作。为此，具体控制方法如下：1) 重物停住的控制过程如图3-3 所示：图3-3 重物停住的控制过程a 设定一个“停止起始频率”，当变频器的工作频率下降到 时，变频器将输出一个“频率到达信号”。发出制动电磁铁断电指令；b 设定一个的维持时间，的长短应略大于制动电磁铁从开始释放到完全抱住所需要的时间；c 变频器将工作频率下降

23、至0。2) 重物升降的控制过程a 设定一个“升降起始频率”，当变频器的工作频率上升到时，将暂停上升。为了确保当制动电磁铁松开后，变频器已能控制重物的升降到不会溜钩，所以，在工作频率达的同时，变频器将开始检测电流，并设定检测电流所需时间；b 当变频器确认已经有足够大的输出电流时，将发出一个“松开指令”，使制动电磁铁开始通电；c 设定一个的维持时间 ， 的长短应略大于制动电磁铁从通电到完全松开所需要的时间；d 变频器将工作频率上升至所需频率。 上述过程如图3-4所示：图3-4 重物升降的控制过程4.2.4 行车采用变频调速的优点1) 工作可靠性显著提高 主要有以下几个方面：a 消除了电动机的薄弱环

24、节由于用笼型转子异步电动机取代了绕线转子异步电动机，从而消除了电刷和滑环等薄弱环节。b 制动电磁铁的寿命可大大延长原拖动系统是在运动的状态下进行抱闸的，采用变频调速后，可以在基本停住的状下进行抱闸，闸皮的磨损情况将大为改善；c 操作手柄不再易损 原系统的操作手柄因受力较大，属于易损件。采用变频调速后，操作手柄的受力将很小，不易损坏；d 控制系统的故障率大为下降 原系统是十分复杂的接触继电器系统进行控制的，故障率较高。采用了变频调速系统后，控制系统可大大简化，可靠性大为提高。2) 节能效果十分可观 绕线转子异步电动机在低速运行时，转子回路的外接电阻内将消耗大量电能。采用了变频调速系统后，非但外接

25、电阻内消耗的大量电能可以完全节约，并且在吊钩放下重物时，还可以将重物释放的位能反馈给电源。3) 调速质量明显提高 采用了变频调速系统后，调速比可达1：50以上，调速精度达1%。且调速平稳，能够长时间低速运行，具有很高的定位精度和运行效率。4) 可简化传动链 由于可以进行无级调速，从而在机械上省去了非标设计的减速箱，使传动链结构简单，设计标准化。4.3 行车变频调速控制系统本次设计是为125/15t 行车设计一套变频调速系统， 在设计中，其大、小车运行机构及提升机构均采用变频调速，并应用可编程序控制器(PLC)进行信号协调和逻辑控制。系统结构如图3-1所示：图3-5 系统结构4.3.1 主要技术

26、规格1) 起重量a 主起升 125t ；b 副起升 15t；2) 起升速度a 主起升 1.8/0.18m/min ；b 副起升 7.23/0.723m/min；3) 运行速度a 大车 23.5/4m/min；b 小车 12.3/3m/min；4.3.2 对调速系统的主要技术要求1) 主、副起升机构的调速比为1:10；大车运行机构的调速比为1:6；小车运行机构的调速比为1:4。2) 系统在整个调速范围内，从空载到满载，必须做到工作正常、运行平稳。各机构正、反向工作的转换时间应小于2s 。3) 起升机构在不同负载下，各档转速在切换时无冲击现象；额定载荷时各档次切换时的溜钩距离不得超过额定上升速度的

27、1/65。4) 起升机构应保证能起吊1.25倍额定载荷的重物，能在空中停住，且不溜钩。5) 从全速运行到完全停住的制动时间：起升机构不大于2s；大车不大于3s；小车不大于2s。4.3.3 系统配置及选型1) 电动机的选型 大、小车选用普通电机，提升机构则选用YTSP系列变频调速专用电机，其主要特点如下：a 对定、转子槽形和定子绕组的分布作了特殊考虑可抑制高次谐波的影响。b 电磁负荷设计考虑了一定的裕度，既能保证电机在高频时的过载能力，又能在低频时有恒转矩的输出。c 使用F级绝缘系统，在高次谐波作用下仍可保证可靠绝缘。d 采用独特的冷却结构，使用单独的轴流风机强迫通风，从而保证了电机在低速恒转矩

28、运行时温升不超过允许值。e 能承受160%额定转矩、历时1min 的过载；堵转转矩大于额定转矩的1.25倍。f 可安装旋转编码器等速度反馈器件，实现闭环运行。2) 变频器的选型某些公司已有针对行车的专用变频器，但价格昂贵。本次设计选用的是安川VS-616G5 系列变频器，该变频器具有如下特点：a 有全程磁通矢量控制。在1Hz的低频下，即使无速度反馈环节，也能提供150% 额定转矩的启动转矩。如增加速度反馈环节，可以做到零速控制(即使在零速下也有150%额定转矩输出)。b 可配备制动单元，实现四象限运行，而且动态响应好。c 在全速范围内具有恒转矩特性。无速度反馈时，速比为1000:1，控制精度为

29、0.2%；有速度反馈时，速比达1000:1，控制精度为0.02%，完全满足要求。综合上述，选定各传动机构的配置见表3-1。表3-1 变频调速系统的配置变频器VS-616G5的容量/kW电机型号（容量/kW）备注主起升机构55YTSP280M-8(45)变频电机带旋转编码器副起升机构30YTSP200M-6(22)变频电机带旋转编码器大车22YZ160M-6 (7.52)普通电机小车7.5YZ160L-8(7.5)普通电机4.3.4 系统介绍1) 大、小车运行机构 见表3-1 ，小车由单台电动机拖动，并由单独得变频器供电；大车为双梁结构，分别用两台7.5kW的电动机拖动，由一台功率较大的变频器2

30、2kW供电。大、小车变频器都预置V/F控制方式，不带旋转编码器。2) 主、副起升机构 主、副起升机构都采用变频电机并装有旋转编码器。变频器附有PGB2速度反馈控制卡并预置为电流矢量控制方式。主、副起升机构的系统基本相同，3) 制动单元与制动电阻 本系统对于重物下降时电动机再生电能，采用由变频器直流回路内接入制动单元和制动电阻消耗掉的方式。针对行车的主、副起升机构起、制动频繁，要求制动转矩较大，以及下降时处于制动状态的持续时间较长等特点，因此：a 制动单元应加大一个档次，以便允许有较大的制动电流，缩短制动过程；b 制动电阻的额定功率应加大一倍。4) 溜钩的防止 本系统中，由于变频器具有零速下的转

31、矩控制功能，故只需通过PLC和变频器之间信号的适当配合，即可圆满解决溜钩问题。 4.4 I/O地址分配根据控制系统的要求，控制系统应具备的输入/输出点数，名称、代码及地址编号如表4-1 所示。系统I/O分配及地址编码输入点启动按钮SB1I0.0停止按钮I0.1急停按钮SB3I0.2复位按钮SB4I0.3主钩上升SB11I0.4主钩下降SB12I0.5主钩上升/下降关SB13I0.6主钩X0档I0.7主钩X1档I1.0主钩X2档I1.1主钩X3档I1.2主钩X4档I1.3主钩电机故障SQ11I1.4主钩超载SQ12I1.5主钩变频故障K1I1.6主钩上限位SQ13I1.7主钩下降限位SQ14I2

32、.0副钩上升SB21I2.1副钩下降限位SB22I2.2副钩上升/下降关SB23I2.3副钩X0档I2.4副钩X1档I2.5副钩X2档I2.6副钩X3档I2.7副钩X4档I3.0副钩电机故障SQ21I3.1副钩超载SQ22I3.2副钩变频故障K2I3.3副钩上升限位SQ23I3.4副钩下降限位SQ24I3.5小车前进SB31I3.6小车后退SB32I3.7小车前进/后退关SB33I4.0小车X0档I4.1小车X1档I4.2小车X2档I4.3小车X3档I4.4小车X4档I4.5小车电机故障SQ31I4.6小车变频故障K3I4.7小车前进限位SQ32I5.0小车后退限位SQ33I5.1大车左行SB

33、41I5.2大车右行SB42I5.3大车左行/右行关SB43I5.4大车X0档I5.5大车X1档I5.6大车X2档I5.7大车X3档I6.0大车X4档I6.1大车电机1故障SQ41I6.2大车电机2故障SQ42I6.3大车变频故障K4I6.4大车左行限位SQ43I6.5大车右行限位SQ44I6.6主钩冷却风扇电机故障SQ5I6.7副钩冷却风扇电机故障SQ6I7.0小车冷却风扇电机故障SQ7I7.1大车冷却风扇1电机故障SQ8I7.2大车冷却风扇2电机故障SQ9I7.3输出点总继电器KMQ0.0主钩主继电器KM1Q0.1主钩上升KM01Q0.2主钩下降KM02Q0.3主钩零位KM10Q0.4主钩

34、X1档KM11Q0.5主钩X2档KM12Q0.6主钩X3档KM13Q0.7主钩X4档KM14Q1.0主钩复位KM15Q1.1副钩主继电器KM2Q1.2副钩上升KM03Q1.1副钩下降KM04Q1.4副钩零位KM20Q1.5副钩X1档KM21Q1.6副钩X2档KM22Q1.7副钩X3档KM23Q2.0副钩X4档KM24Q2.1副钩复位KM25Q2.2小车主继电器KM3Q2.3小车前进KM05Q2.4小车后退KM06Q2.5小车零位KM30Q2.6小车X1档KM31Q2.7小车X2档KM32Q3.0小车X3档KM33Q3.1小车X4档Q3.2小车复位KM35Q3.3大车主继电器KM4Q3.4大车左

35、行KM07Q3.5大车右行KM08Q3.6大车零位KM40Q3.7大车X1档KM41Q4.0大车X2档KM42Q4.1大车X3档KM43Q4.2大车X4档KM44Q4.3大车复位KM45Q4.4主钩冷却风扇继电器KM5Q4.5副钩冷却风扇继电器KM6Q4.6小车冷却风扇继电器KM7Q4.7大车冷却风扇1继电器KM8Q5.0大车冷却风扇2继电器KM9Q5.14.5 系统电气原理图 图4 -1 控制系统主电路图以及控制电路图4 -2 主钩控制回路电路图图4 -3 副钩控制回路电路图图4 -4 小车控制回路电路图图4-5 大车控制回路电路图图4-6 冷却控制回路电路图4.6 梯形图在本系统中，PLC

36、 程序设计的主要任务是接受外部开关信号(按钮、继电器)的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器等器件，以完成相应的控制任务。程序设计，分为六大模块编制，如下所示：（1） 初始化及起停控制模块： （2）主钩模块：（3）副钩模块：（4）小车模块：（5） 大车模块：（6）冷却模块：4.7 行车工作过程电源开关QS闭合，在驾驶室门及横梁栏杆门关好后，开关SQ闭合，紧急开关SB2 等符合要求的情况下，速度选择开关置于零位，按下启动按钮SB1，接触器KM通电吸合，三相电源接通。当主钩的速度开关置于正转速时，变频器正转输入接通同时将三相交流电和电动机接通，1档速度启动，同时接触器KM1通电

37、吸合，主钩风机启动运行，速度选择开关置于转速2时，2档速度运行，本次设计共设计了正反各5个档速。速度选择开关置于零位或由于停电，电动机停止运行。当主钩电动机过载时，可使制动电阻的感温热继电器的触点FR1接通变频器的外部故障输入点，使变频器停止运行。其他部分同理。限位开关分别接在主钩、副钩、小车、大车两头。当他们运行到终端时，两端各有档块，撞上位置开关，切断各自电路，使其电机停止并制动。为防止因停电、变频器跳闸等使拖动负载快速下降出现危险，还设置有制动装置。当发生紧急情况时，可立即拉开紧急开关SB2，一方面制动装置将所有电动机制动，同时接通变频器的外部封锁，使变频器停止输出，从而将使电动机迅速停

38、车。当电机或变频器出现故障时，变频器停止运行，电机停止，变频器将故障反馈，从而维持故障的状态，直到故障被排除。解除后可以重新启动时，按下复位开关，接通复位控制端，使变频器恢复到运行状态。 第五章 技术经济分析现在我国的国民经济处于蓬勃发展时期，各企业的效益都很好。行车广泛应用于企业的各种领域中，行车工作环境差，工作任务重，电动机以及所串连电阻烧损和断裂故障时有发生。传统行车的继电接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高；转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想；所串联电阻长期发热，电能浪费大，效率低。特别是在恶劣条件下的工作，安全性降低，这样无形中的损失很大。因此，改善行

39、车控制系统是必要的。由PLC和变频器构成的变频调速控制系统改善了传统的控制系统，用笼型转子异步电动机取代了绕线转子异步电动机，消除了电刷和滑环等薄弱环节；采用变频调速，可以在基本停住的状下进行抱闸，改善在运动的状态下进行抱闸闸皮的磨损情况，使得制动电磁铁的寿命可大大延长；用PLC的程序控制取代了老式的继电接触器控制，又由于可以进行无级调速，从而在机械上省去了非标设计的减速箱，使控制系统大大简化，故障率降低，可靠性大为提高。经济性方面，节能效果十分可观，绕线转子异步电动机在低速运行时，转子回路的外接电阻内将消耗大量电能，采用了变频调速系统后，非但外接电阻内消耗的大量电能可以完全节约，并且在吊钩放

40、下重物时，还可以将重物释放的位能反馈给电源。并且此控制系统还可使调速比达1:50以上，调速精度达1%，且调速平稳，能够长时间低速运行，具有很高的定位精度和运行效率，从而大大节省了搬运成本。因此，本设计系统的应用价值是十分可观的。第六章 结论本文主要为行车设计一套变频调速控制系统，同时实现行车速度的可调节，以节约能源和适应生产的需要。根据要求，此系统要能达到现场的运行状态、运行数据都可以在控制室掌握，通过操作平台设置变频器的运行频率、启动和停止电机，并且变频器及电机故障时可以发出指示信号，以用来提示用户。采用变频器实现行车的调速运行，结合PLC的强大功能、可靠性，实现了操作人员在控制室对电机的控

41、制。本文的重点是通过将PLC和变频器连接，构成一个变频调速控制系统实现对行车大车、小车、主钩和副钩的运行方向和速度换档，减小了传统继电接触式控制系统的中间环节，减小了硬件和控制线，极大提高了系统的稳定性，可靠性，对各机构的电机采用变频调速技术，从而改善以往老式控制系统所采用交流绕线转子串电阻进行启动和调速的方法。并为了更加有效的防止重物下滑，在行车起升机构各加上一套由旋转编码器、PG数模转换和PLC相结合的闭环系统，使主、副钩拖动更加稳定、可靠。本文在行车控制系统设计上，采用变频器和可编程序控制器相结合的方法，实现了对行车操作上的基本控制要求，但还存在许多的不足之处：1)本文主要是单个行车的工

42、作进行设计，针对行车控制系统多采用传统的分散、独立工作方式，导致操作和调度、管理之间信息不灵，货物卸载时间长，设备利用率低等问题，还没有考虑到基于现场总线技术实现行车控制系统的网络化智能化的设计思想，以形成从驾驶室到电气房、监控室的智能化、网络化。2)控制系统使用的电子电气元件较多、电路也较复杂，易造成线路之间的相互干扰，在一定程度上影响系统的控制精度，对行车的故障诊断，遥控领域没有过多的涉及，行车同时应具有一定的自诊断功能。3)在操作控制上需要有大的改进，网络通讯已是当今世界的潮流，开发具有数字通讯功能的行车控制系统已是大势所趋，通过网络的通讯实现对行车的远程监控，维护及远程的故障诊断等功能

43、。参考文献1 唐介.电机与拖动M.第一版.北京:高等教育出版社，2003.130131.2 罗飞.运动控制系统M.第一版.北京:化学工业出版社，2005.141142.3 许翏，王淑英.电气控制与PLC应用M. 第三版.北京:机械工业出版社，第三版. 2005.6572.4 张燕宾.变频调速M.第一版.北京:机械工业出版社，2000.185194.5 邓则名，程良伦.电器与可编程控制器应用技术M.第二版.北京:机械工业出版社，2006.98100.6 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器M.第一版.北京:机械工业出版社，2006.141145.7 刘善汉.PLC在行车控制上的应用J.科技广场，2007，(03).8 周彩珍.基于PLC的行车变频调速系统J.机电工程，2007，(02).9 邓肖奥，汪雄海.行车变频调速及PLC控制的设计J.机电工程，2006，(9).10 徐峰，杨彦青，金珍珍.行车提升机构电力拖动变频调速技术改造J.电气开关，2007，(01).42