【導(dǎo)讀】教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中。構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)。貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。均設(shè)有行程限位開(kāi)關(guān)。整個(gè)起重機(jī)控制系統(tǒng)共有5臺(tái)電動(dòng)機(jī)。完成PLC的選型設(shè)計(jì)和地址分配。

　　

【正文】 ，以確保安全。 27 節(jié)省 PLC 輸入輸出點(diǎn)數(shù)的方法 可編程控制器輸入、輸出的點(diǎn)數(shù)是有限的，而每一個(gè)輸入 /輸出（ I/O）點(diǎn)的平均價(jià)格高達(dá)幾十元甚至上 百元，減少所需的輸入 /輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)是降低系統(tǒng)投資的主要措施之一。 減少所需輸入點(diǎn)數(shù)的方法 分時(shí)分組輸入 自動(dòng)程序和手動(dòng)程序同時(shí)執(zhí)行，自動(dòng)和手動(dòng)這兩種工作方式分別使用的輸入量可以分成兩組輸入（見(jiàn)圖 31）。 X0 用來(lái)輸入自動(dòng)，手動(dòng)命令信號(hào)，供自動(dòng)程序和手動(dòng)程序切換之用。 圖中的二極管用來(lái)防止出現(xiàn)寄生電路。假設(shè)圖中沒(méi)有二極管，且系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)，當(dāng) K K K3 閉合， K4 斷開(kāi)時(shí)，電流可通過(guò) COM 端子，經(jīng)K K到 K2 形成的寄生電路，致使輸入繼電器 X1 錯(cuò)誤地變?yōu)?ON。各開(kāi)關(guān)串聯(lián)了二極管后，切斷了寄生回路，避免了錯(cuò)誤輸入信號(hào)的產(chǎn)生。 輸入觸點(diǎn)的合并 如果某些外部輸入信號(hào)總是以某種“與或非”組合的整體形式出現(xiàn)在梯形圖中，則可將它們對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)在 PLC 外部串、并聯(lián)后作為一個(gè)整體輸入 PLC，只占 PLC 的一個(gè)輸入點(diǎn)。 例如某負(fù)載可在多處起動(dòng)和停止，可以將多個(gè)起動(dòng)用的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)，將多個(gè)停止用的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，分別送給 PLC 的兩個(gè)輸入點(diǎn)。與每一個(gè)起動(dòng)信號(hào)或停止信號(hào)分別占用一個(gè)輸入點(diǎn)的方法相比，既節(jié)約了輸入點(diǎn)，還簡(jiǎn)化了梯形圖電路。 如某負(fù)載在三個(gè)地點(diǎn)控制起動(dòng)和停止， 將三個(gè)起動(dòng)信號(hào)（觸點(diǎn)）并聯(lián)，將三個(gè)停止信號(hào)（觸點(diǎn)）串聯(lián)，分別輸送給 PLC 的兩個(gè)輸入點(diǎn)，如圖 32 所示，與每一個(gè)起動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)各占用一個(gè)輸入點(diǎn)的方法比，節(jié)省了輸入點(diǎn)，同時(shí)還簡(jiǎn)化了梯圖電路。 圖 分時(shí)分組輸入 圖 輸入點(diǎn) 合并使用 圖 交替指令 28 用單個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)起動(dòng)、停止控制 一般情況起動(dòng)、停止控制需要兩個(gè)按鈕，使用交替輸出指令（ ALT 指令），只用一個(gè)按鈕 X0 就可以控制 Y0的接通和停止，以減少一個(gè)輸入點(diǎn)，如圖 33 所示。 矩陣輸入 矩陣輸入可顯著地減少所需 PLC 的輸入點(diǎn)數(shù)。 FX 系列可編程控制器提供了三種可選擇的矩陣輸入指令 。 矩陣輸入指令 MTR（指令編號(hào)： FNC52）。利用該指令，可用連續(xù) 8 點(diǎn)輸入與 n 點(diǎn)（ n=2～ 8）輸出組成 n 行 8 列的輸入矩陣?？奢斎?16～ 64 個(gè)信號(hào)。 16 鍵輸入指令 HKY（指令編號(hào)： FNC71），利用該指令，只需 4 個(gè)輸入和 4 個(gè)輸出點(diǎn)，就可輸入 10 個(gè)數(shù)字鍵和 6 個(gè)功能鍵的信號(hào)。 數(shù)字開(kāi)關(guān)指令 DSW（功能指令編號(hào)： FNC72），利用該指令，只需 4 個(gè)或 8 個(gè)輸入點(diǎn) 4 個(gè)輸出點(diǎn)，就可讀入 1 個(gè)或 2 個(gè) 4 位 BCD 碼數(shù)字開(kāi)關(guān)提供的信息。 將信號(hào)設(shè)置在 PLC 之外 系統(tǒng)的某些輸入信號(hào)，如手動(dòng)操作按鈕、需手動(dòng)復(fù)位的 熱繼電器 KR 的常閉觸點(diǎn)等提供的信號(hào)，可以設(shè)置在 PLC 外部的硬件電路中（如圖 34）。某些手動(dòng)按鈕還需要串接一些安全聯(lián)鎖觸點(diǎn)等，如果外部硬件聯(lián)鎖電路過(guò)于復(fù)雜，則應(yīng)考慮仍將有關(guān)信號(hào)送入 PLC，用梯形圖實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。 減少所需輸出點(diǎn)數(shù)的方法 (1)在 PLC 的輸出功率允許的條件下，通 /斷狀態(tài)完全相同的負(fù)載可以并聯(lián)連接，即共用一個(gè)輸出點(diǎn)。如在需要用指示燈顯示 PLC 驅(qū)動(dòng)的負(fù)載（如接觸器線(xiàn)圈）狀態(tài)時(shí)，可以將指示燈與負(fù)載并聯(lián)，并聯(lián)時(shí)其指示燈應(yīng)與負(fù)載的額定電壓相同，但總電流不應(yīng)超過(guò) PLC 的允許值。 (2)通過(guò)外部的或 PLC 控制的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的切換，一個(gè)輸出點(diǎn)可以控制兩個(gè)或多個(gè)不同時(shí)工作的負(fù)載。 (3)與外部元件的觸點(diǎn)配合，可以用一個(gè)輸出點(diǎn)控制兩個(gè)或多個(gè)有不同要求的負(fù)載。 (4)用一個(gè)輸出點(diǎn)控制指示燈常亮或閃爍，可以顯示兩種不同的信息。 (5)用接觸器的輔助觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn) PLC 外部的硬件聯(lián)鎖，或控制指示燈。 (6)用數(shù)字顯示器代替指示燈，如果工作狀態(tài)指示燈或程序步比較多，可 29 用數(shù)字顯示代替指示燈。如用 8 個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)數(shù)字顯示器，而這兩個(gè)數(shù)字顯示器可顯示 00～ 99，即 100 個(gè)狀態(tài)。 (7)系統(tǒng)中某些相對(duì)獨(dú)立或比較簡(jiǎn)單的部分，可以不進(jìn) PLC，直接用繼電器電路來(lái)控制。 所有這些措施都可以節(jié)省 PLC 的輸出點(diǎn)數(shù) 。 PLC 的選型設(shè)計(jì) 控制方案的選擇 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展改進(jìn)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著電氣控制技術(shù)的面貌。在控制方法上，從手動(dòng)控制發(fā)展到自動(dòng)控制；在控制功能上，從簡(jiǎn)單控制發(fā)展到智能化控制；在操作上，從策重發(fā)展到信息化處理；在控制原理上，從單一的有觸頭硬接線(xiàn)繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微型計(jì)算機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)控制系統(tǒng)。在本次設(shè)計(jì)中可以考慮以下方案： 方案一：只改主令控制為 PLC 控制 題選 20/5t 橋式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)采用了主令控制器控制，而大 、 小車(chē) 、副鉤 運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用的仍是凸輪控制器控制，另外還專(zhuān)門(mén)設(shè)置了保護(hù)箱。如果只將主令控制器控制的 主鉤 改為 PLC 主令控制， 接觸器 器觸點(diǎn)相連接 依然 存在，使整個(gè)系統(tǒng)的接線(xiàn)仍然很復(fù)雜，日常的維修工作量和困難程度還將很大。 方案二：綜合考慮整個(gè)系統(tǒng)，將控制和保護(hù)均由 PLC 控制實(shí)現(xiàn) 采用 此方 案會(huì)使技術(shù)改造的工作量增大，程序也將變得比較復(fù)雜，但會(huì)使系統(tǒng)的接線(xiàn)明顯清晰簡(jiǎn)單，雖然 PLC 的容量有所加大，但資金投入的增加不會(huì)太大，因?yàn)閺?fù)雜 的控制過(guò)程是由 PLC 的控制程序?qū)崿F(xiàn)的，起重機(jī)的控制系統(tǒng)都是開(kāi)關(guān)量控制，所以仍可考慮選擇一臺(tái) PLC 的基本單元， I/O 數(shù)量的增加可以由增加 PLC 的擴(kuò)展模塊來(lái)解決， PLC 的成本增加不多，當(dāng)然，把凸輪控制器去掉以后，把凸輪控制器去掉以后還需要增加 PLC 控制所必須的接觸器和中間繼電器。 通過(guò)綜合分析和比較，認(rèn)為第二種方案是可行的。 輸入、輸出點(diǎn)的確定 30 以 第二種方案的改造思路為出發(fā)點(diǎn)，對(duì) PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)進(jìn)行以下考慮： 保護(hù)箱 如圖 ，保護(hù)箱中的控制變壓器回路主要是照明燈、電鈴 和插座，它可以脫離 PLC 工作，所以 PLC 的 I/O 點(diǎn)不需考慮；保護(hù)箱中的各進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)均為手動(dòng)操作，也可以不接入 PLC，但其中的 QS1 在控制電路中有一個(gè)串聯(lián)的輔助常開(kāi)接點(diǎn)，該接點(diǎn)從原理上分析其作用不是很大，可以不考慮；用于過(guò)載保護(hù)、限位保護(hù)的各過(guò)流繼電器、行程開(kāi)關(guān)和倉(cāng)門(mén)、橋架門(mén)行程開(kāi)關(guān)以及起動(dòng)和急停按鈕需占用 PLC 的 I/O 點(diǎn)。 由保護(hù)電路可知， 5 臺(tái)電動(dòng)機(jī)中的任何一臺(tái)過(guò)流進(jìn)線(xiàn)接觸器線(xiàn)圈都將斷電，使整個(gè)系統(tǒng)停止工作，從這一角度出發(fā)，將所有過(guò)流繼電器的觸點(diǎn)合并用一個(gè)輸入點(diǎn)就可以了，但這樣不能反映是哪一臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)生了過(guò)流 ，為解決這一問(wèn)題，可以在設(shè)計(jì)時(shí)使每一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過(guò)流繼電器占用一個(gè)輸入點(diǎn)，在相應(yīng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)流時(shí)，使相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)停止工作，同時(shí)發(fā)出燈光報(bào)警信號(hào)，這樣過(guò)流繼電器需要 6 個(gè)輸入點(diǎn)。 對(duì)其工作限位（主鉤、副鉤、大車(chē)、小車(chē)）的行程開(kāi)關(guān)做同樣處理，需要 4 個(gè)輸入點(diǎn)。 倉(cāng)門(mén)、橋架門(mén)行程開(kāi)關(guān)需要 2 個(gè)輸入點(diǎn)。起動(dòng)按鈕需要 1 個(gè)輸入點(diǎn)。欠壓繼電器和急停開(kāi)關(guān)和用 1 個(gè)輸入點(diǎn)，指示信號(hào)復(fù)位需要 1 個(gè)輸入點(diǎn)。 進(jìn)線(xiàn)接觸器需要 1 個(gè)輸出點(diǎn)，過(guò)流報(bào)警需要 6 個(gè)輸出點(diǎn)，工作限位報(bào)警需要 4 個(gè)輸出點(diǎn)，倉(cāng)門(mén)、橋架門(mén)狀態(tài)指示需要 2 個(gè)輸出點(diǎn)。由保護(hù)電路可知，5 臺(tái) 電動(dòng)機(jī)中的任何一臺(tái)過(guò)流進(jìn)線(xiàn)接觸器線(xiàn)圈都將斷電，使整個(gè)系統(tǒng)停止工作，從這一角度出發(fā)，將所有過(guò)流繼電器的觸點(diǎn)合并用一個(gè)輸入點(diǎn)就可以了。 因此，保護(hù)箱部分需要 15 個(gè)輸入點(diǎn)和 13 個(gè)輸出點(diǎn)因此，保護(hù)箱部分需。 起升機(jī)構(gòu) (主鉤和副鉤） 由圖 可知，主鉤的主令控制器有上升、下降及零位 7 個(gè)擋位，由 11 組觸點(diǎn)控制起升電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，通過(guò)合理程序設(shè)計(jì)，只 需要 7 個(gè)輸入點(diǎn)，若考慮點(diǎn)動(dòng)控制需要而設(shè)置的腳踏開(kāi)關(guān)，還需要 1 個(gè)輸入點(diǎn)。 主鉤 控制電路中有 9個(gè)接觸器（ KM1～ KM9）和 1個(gè)零壓繼電器 （ KHV1） ，零壓繼 電器 可以用 PLC 內(nèi)部的輔助繼電器代替，用于點(diǎn)動(dòng) 控制 的 接觸（ KM9）也可以用 PLC 內(nèi)部的輔助繼電器代替，所以主鉤 需要 8 個(gè)輸出點(diǎn)。 副鉤主令器有 上升、下降及零位 7 個(gè)擋位，只 需要 7 個(gè)輸入點(diǎn)。副鉤中 31 沒(méi)有點(diǎn)動(dòng)，其輸出有 7 個(gè)接觸器。因此有 7 個(gè)輸出點(diǎn)。 因此， 起升機(jī)構(gòu) 需要 15 個(gè)輸入點(diǎn)和 15 個(gè)輸出點(diǎn)。 行走機(jī)構(gòu) 原起重機(jī)的大、小車(chē) 行走機(jī)構(gòu)均采用凸輪控制器控制，在本次設(shè)計(jì)中擬采用 PLC 控制， PLC 控制 系統(tǒng)及程序的設(shè)計(jì)將仿照 圖 所示的 PQY 系列主令控制電路 進(jìn)行。 由圖 可知， 控制 大車(chē)行走機(jī)構(gòu)的主 令控制器也有向前、向后及零位7 個(gè)擋位，也 7 個(gè)輸入點(diǎn)。 大車(chē)行走機(jī)構(gòu) 的控制電路中有 10 個(gè)接觸器（ KM10～ KM19）和 1 個(gè)零壓繼電器 （ KHV2） ，零壓繼電器 仍可用 PLC 內(nèi)部的輔助繼電器代替，用于正反轉(zhuǎn)的兩臺(tái) 個(gè)接觸器（ KM10 和 KM11） 需要 2 個(gè) 輸出點(diǎn)， 用于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路的 8 個(gè) 接觸器（ KM12～ KM19） 線(xiàn)圈是分成 4 組并聯(lián)使用的，它們需要 4 個(gè) 輸出點(diǎn)。 小車(chē) 行走機(jī)構(gòu)的控制電路與大車(chē)行走機(jī)構(gòu)的控制電路類(lèi)似，只是由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，切換轉(zhuǎn)子電阻 的 接觸器 數(shù)量有所減少，若 轉(zhuǎn)子回路的電阻仍按5段考慮，也需要 4 臺(tái)接觸器，加 上電動(dòng)機(jī)的 正反轉(zhuǎn) 控制共 需要 6 臺(tái) 接觸器 ，這樣，也需要 7 個(gè)輸入點(diǎn)和 6 個(gè) 輸出點(diǎn)。 即 大、小車(chē) 行走機(jī)構(gòu)均 需要 14 個(gè)輸入點(diǎn)和 12 個(gè)輸出點(diǎn)。 由以上分析可知，該橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)共需 44 個(gè)輸入點(diǎn)和 40 個(gè)輸出點(diǎn)。小車(chē) 行走機(jī)構(gòu)的控制電路與大車(chē)行走機(jī)構(gòu)的控制電路類(lèi)似，只是由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，切換轉(zhuǎn)子電阻 的 接觸器 數(shù)量有所減少，若 轉(zhuǎn)子回路的電阻仍按 5段考慮，也需要 4 臺(tái)接觸器，加上電動(dòng)機(jī)的 正反轉(zhuǎn) 控制共 需要 6 臺(tái) 接觸器 ，這樣，也需要 7 個(gè)輸入點(diǎn)和 6 個(gè) 輸出點(diǎn)。 PLC 的選型設(shè)計(jì) 根據(jù) 橋式起重機(jī)的 控制原理分析，在 起重機(jī) 的一般工 作過(guò)程中，對(duì) 起重機(jī) 的控制只需要開(kāi)關(guān)量輸入和開(kāi)關(guān)量輸出（本次設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮提升重量限制及顯示部分），所需程序存儲(chǔ)量不大，因此可以只按輸入輸出點(diǎn)數(shù)來(lái)選擇 PLC。從輸入輸出點(diǎn)數(shù)看，若按 10％～ 20％的裕量考慮，則其輸入輸出點(diǎn)數(shù)為： 44 (1+10％～ 20％ )=～ (點(diǎn) ) 40 (1+10％～ 20％ )=44～ 48(點(diǎn) ) 32 所以，選擇輸入、輸出點(diǎn)數(shù)分別為 50 的 PLC 即可，經(jīng)過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇了三菱 FX2N系列 PLC，型號(hào)為 FX2N128MR。 PLC 的地址分配如表 31 所示。 表 31 PLC 輸入、輸出地址分配表 序號(hào) 元件名稱(chēng) 原系統(tǒng)中 的符號(hào) 輸入地址編號(hào) 序 號(hào) 元件名稱(chēng) 原系統(tǒng)中 的符號(hào) 輸出地 址編號(hào) 1 總起動(dòng)按鈕 SB1 X00 1 進(jìn)線(xiàn)主接觸器 KM Y00 2 急停、欠壓 SQ1KHV X01 3 倉(cāng)門(mén)行程開(kāi)關(guān) SQ9 X02 2 倉(cāng)門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)指示 Y02 4 橋架門(mén)行程開(kāi)關(guān) SQ10 X03 3 橋架開(kāi)關(guān)狀態(tài)指示 Y03 5 主鉤限位行程開(kāi)關(guān) SQ SQ2 X04 4 主鉤限位動(dòng)作指示 Y04 6 大車(chē)限位行程開(kāi)關(guān) SQ SQ4 X05 5 大車(chē)限位動(dòng)作指示 Y05 7 小車(chē)限位行程開(kāi)關(guān) SQ SQ6 X06 6 小車(chē)限位動(dòng)作指示 Y06 8 副鉤限位行程開(kāi)關(guān) SQ SQ8 X07 7 副鉤限位動(dòng)作指示 Y07 9 總過(guò)流繼電器 KOC0 X10 8 總過(guò)流動(dòng)作指示 Y10 10 主鉤過(guò)流繼電器 KOC1 X11 8 主鉤過(guò)流動(dòng)作指示 Y11 11 大車(chē)過(guò)流繼電器 1 KOC2 X12 9 大車(chē)過(guò)流動(dòng)作指示 1 Y12 12 大車(chē)過(guò)流繼電器 2 KOC3 X13 10 大車(chē)過(guò)流動(dòng)作指示 2 Y13 13 小車(chē)過(guò)流繼電器 KOC4 X14 11 小車(chē)過(guò)流動(dòng)作指示 Y14 14 副鉤過(guò)流繼電器 KOC5 X15 12 副鉤過(guò)流動(dòng)作指示 Y15 15 指示信號(hào)復(fù)位按鈕 X16 16 主鉤主令控制器 SA1上 3 X20 13 起升正轉(zhuǎn)接觸器 KM1 Y20 17 SA1上 2 X21 14 起升反轉(zhuǎn)接觸器 KM2 Y21 18 SA1上 1 X22 15 起升單相制動(dòng)接觸器 KM3 Y22 19 SA10 位 X23 16 起升第一加速接觸器 KM4 Y23 20 SA1下 1 X24 17 起升第二加速接觸器 KM5 Y24 21 SA1下 2 X25 18 起升第三加速接觸器 KM6 Y25 22 SA1下 3 X26 19 起升第四加速接觸器 KM7 Y26 23 主鉤點(diǎn)動(dòng)腳踏開(kāi)關(guān) SF X27 20 起升電磁制動(dòng)接觸器 KM8 Y27 24 大車(chē)主令控制器 SA2前 3 X30 21 大車(chē)正轉(zhuǎn)接觸器 KM10 Y30 25 SA2前 2 X31 21 大車(chē)反轉(zhuǎn)接觸器 KM