【導(dǎo)讀】起重機作為物料搬運系統(tǒng)中一種典型設(shè)備，在企業(yè)生產(chǎn)活動中應(yīng)用廣泛作用顯著，傳統(tǒng)的起重機控制系統(tǒng)主要采用繼電器接觸器進行控制，采用交流繞線串電阻的。方法進行啟動和調(diào)速，這種控制系統(tǒng)存在可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。因此對起重機控制系統(tǒng)進行研究具有現(xiàn)實意義。本文針對起重機控制系。行了較深入的研究。其次實現(xiàn)了變頻器的參數(shù)設(shè)置、電機的啟動和停止及其系統(tǒng)故障報警。向及速度換擋，檢測各個電機故障現(xiàn)象。減少了傳統(tǒng)繼電-接觸式控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)。減少了硬件和控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。

　　

【正文】 動指示燈 SE01 機構(gòu)限位指示燈 SE02 綜合故障指示燈 SE03 主鉤上升輸出點 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 續(xù) 表 控制系統(tǒng)的輸入 /輸出點數(shù)，名稱、代碼及地址編號 主鉤下降輸出點 主鉤自由停車命令 大車 OFF 大車左行輸出點 大車右行輸出點 大車自由停車命令 小車前行輸出點 小車后行輸出點 小車自由停車命令 小車 OFF PLC 配置 根據(jù)以上系統(tǒng)開關(guān)量輸入點，開關(guān)量輸出點，模擬量輸入點，模擬量輸出點的個數(shù)， 系統(tǒng)同時要求有八路模擬量輸入作為反饋信號，有四路模擬量輸出作為變頻器的控制端輸入同時要求 DI/DO點數(shù)具有 10%的冗余，所以 CPU模塊選用 CPU226模塊，數(shù)字量輸入模塊采用兩塊 EM223模塊，模擬量輸入模塊采用兩塊 EM231模塊、模擬量輸出模塊采用兩塊 EM232模塊。 PLC系統(tǒng)與配置如圖 。 圖 PLC系統(tǒng)與配置 電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣控制系統(tǒng)原理圖主要包括主電路和 PLC外圍接線圖。 如圖 ，共有五臺電機，其中大車運行機構(gòu)有兩臺電機同時帶有風機冷卻裝置。 2. PLC外圍接線電路 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 如圖 Siemens S7200CPU226模塊接線圖。圖中所示的 I/O接線信號分別與圖 中的 I/O名稱相對應(yīng)。數(shù)字量輸入模塊 EM223模塊，模擬量輸入模塊 EM231模塊、模擬量輸出模 塊 EM232模塊的接線圖與此相同。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 5 橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計 PLC 程序設(shè)計 PLC 編程軟件概述 S7200的編程語言是 STEP7micro/win32，它是用于 S7200系列 PLC進行編程、調(diào)試的全新軟件，它是在國際標準 IEC11313的基礎(chǔ)上建立的，可以用 LAD, FBD和 STL來編程。這是一種可以運行于通用微機中，在 WINDOWS環(huán)境下進行編程的語言。將它通過計算機的串口和一根 PC/MPI轉(zhuǎn)接電纜與 PLC的 MPI口 相連，即可進行相互間的通信。通過 STEP7micro/win32編程軟件，不僅可以非常方便的使用梯形圖和語句表等形式進行離線編程，經(jīng)過編譯后通過轉(zhuǎn)接電纜直接下載入 PLC的內(nèi)存中執(zhí)行，而且在調(diào)試運行時，還可以在線監(jiān)視程序中各個輸入輸出或狀態(tài)點的通斷狀況，甚至進行在線修改程序中的變量，給調(diào)試工作也帶來極大的方便。 程序設(shè)計 在本系統(tǒng)中， PLC程序設(shè)計的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號〔按鈕、繼電器 )的輸入，判斷當前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號去控制接觸器、繼電器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)。除此之外，另一個任 務(wù)就是接受上位機的控制命令，以進行自動采樣。 PLC的軟件設(shè)計部分我們采用模塊化的方法， PLC程序設(shè)計共有四個模塊 ： (1)按鈕處理模塊(2)通信模塊 (3)PID控制模塊 (4)故障報警模塊其中按鈕模塊主要處理各電機和電磁閥的啟停控制 。 按鈕處理模塊的梯形圖 見附錄梯形圖 由于用 MicroMaster變頻器對起重機電機進行調(diào)速，所以本系統(tǒng)中對起重機的調(diào)速，實際上就是對其 MicroMaster變頻器的控制。 STEP7Micro/Win32軟件工具包提供了 USS通信協(xié)議，從減少軟件的工作量和提高可靠性出發(fā)，采用 USS協(xié) 議來完成 PLC與變頻器的通信。與變頻器的通信，對 PLC的 CPU掃描是異步的，完成一個變頻其通信事務(wù)通常需要幾次 CPU掃描。這取決于連續(xù)的變頻器數(shù)目，波特率，以及 CPU的掃描時間。 USS通信指令用于 PLC與變頻器等驅(qū)動設(shè)備的通信及控制。將通信 USS通信指令置于用戶程序中，經(jīng)編譯后自動地將一個或多個子程序和 3個中斷程序添加到用戶程序中。另外需要將一個 V存儲地址分配給 USS全局變量表的第一個存儲單元，從這個地址開始，以后連續(xù)的 400個字節(jié)的 V存儲器將被 USS指令使用，不能用作他用。當使用 USS指令進行通 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁 信是，只能 使用通信口 0，而且 0口不能用作它用，包括與編程設(shè)備的通信或自由通信。 使用 USS協(xié)議的編程順序如下 ： (1)通過調(diào)用 USS_INIT指令以改變 USS通信參數(shù)，如啟用或禁止 USS協(xié)議、設(shè)定波特率，指示哪些地址的變頻器是激活的 (即可與之通信 )。標志為激活的任何變頻器都自動地在后臺進行輪詢控制，匯集狀態(tài)，并防止變頻器的串行鏈路超時。 (2)把 V存儲器地址分配給 USS協(xié)議。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁 (3)通過調(diào)用 DRV_CTRL指令來控制指定的變頻器，如啟停，控制方向，設(shè)定 速度， 查詢變頻器返回的狀態(tài)字等。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 27 頁 (4)同時調(diào)用 READ_PM或 WRITE_PM指令來讀取或?qū)懽冾l器參數(shù)，以便于設(shè)置變頻器參數(shù)，程序中所用的波特率和地址相匹配。 橋式起重機主副起升機構(gòu)速度的控制，是一現(xiàn)很重要的技術(shù)指標，本系統(tǒng)由通過旋轉(zhuǎn)編碼器測得電機速度，由數(shù)模轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，傳遞給變頻器，與設(shè)定速度進行比較，采用常規(guī)的 PID算法在控制效果上就能夠達到較為理想的結(jié)果，所以，本系統(tǒng)起升機構(gòu)控制方案為常規(guī)的數(shù)字 PID算法并 結(jié)合 PLC中的 PID控制模塊來控制。 編程見附錄 。 為了實時通知操作員故障消息，以便盡快地排除故障，確保整個系統(tǒng)正常運行， 本控制系統(tǒng)具有良好的故障報警措施。所以在 PLC程序中始終對相應(yīng)的傳感器輸入信號進 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 28 頁 行掃描，一旦有諸于變頻器故障，超重等故障，應(yīng)馬上切斷該設(shè)備，并啟動蜂鳴器，進行報警?？紤]到工業(yè)現(xiàn)場可能的干擾， 1)我們在程序中采用延遲報警 .即只有當報警信號持續(xù)一定的時間 (一般為幾十毫秒到幾百毫秒 )才認為有故障 ； 2)在啟動設(shè)備時，逐步開啟報警 。 而在停止設(shè)備時 ，逐步阻塞報警。上述兩個措施可有效的防止誤報警， 報警處 理由畫面元素和 PLC變量直接對應(yīng)，無需編程。 系統(tǒng)抗干擾措施 可編程控制器的主要應(yīng)用場合是工業(yè)現(xiàn)場，工作環(huán)境中各種干擾對系統(tǒng)設(shè)備的正常運行存在著嚴重的影響。所以在本系統(tǒng)中也不例外，有必要考慮 PLC的抗干擾措施。抗干擾的主要措施有 ： (1)輸入信號電纜、輸出信號電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起。 (2)必要時需選用帶有屏蔽層的輸入和輸出信號電纜，并注意一端接地。 (3)多芯電纜中的備用芯線也要一端接地，一則擴大屏蔽作用，二則抑制芯線間的 信號串擾及外部干擾。 (4)為避免干擾，同一電平等級的信號 才能用一條多芯電纜傳輸。所以，對數(shù)字信 號和模擬信號，在仟何情況下，都必須分開電纜進行傳輸。低電平信號線應(yīng)與其它信號線分開。盡量縮短模擬量 I/O信號線的長度，并采用雙芯屏蔽線作為信號線。 (5)PLC電柜應(yīng)有獨立的接地線，接地電阻小于 10Ω 。 (6)引至 PLC柜的電纜要盡量遠離那些會產(chǎn)生電磁干擾的裝置。 (7)一般要將 PLC 裝于專門的電柜中，要注意 PLC 四周留有 50 mm 以上 的凈空間，保證良好的通風環(huán)境，在設(shè)備現(xiàn)場，要充分考慮周圍環(huán)境的影響，盡量不要將 PLC 安裝在多塵、有油煙、有導(dǎo)電灰塵、有腐蝕性氣體、振動 、熱源或潮濕的地方。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 29 頁 結(jié)論 本文主要為橋式起重機設(shè)計一套變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，同時實現(xiàn)起重機電機速度的可調(diào)節(jié)，以節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的需要。 根據(jù)要求 ，此系統(tǒng)要能達到現(xiàn)場的運行狀況、運行數(shù)據(jù)都可以在司機控制室掌握，用戶在控制室可以通過人機界面來設(shè)置變頻器的運行頻率、啟動和停止電機，并且變頻器的故障信息可以在人機界面上反映出來，以用來提示用戶。采用變頻器實現(xiàn)起重機電機的調(diào)速運行，結(jié)合 PLC的強大功能、可靠性以及基于組態(tài)軟件所開發(fā)出來的良好人機界面和通信能力，實現(xiàn)在司機控制室對電機的遠程控制運行參數(shù)調(diào)節(jié)。上位機 選擇觸摸屏主要完成系統(tǒng)的組態(tài)、監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置和開關(guān)量置位。下位機采用 PLC來實現(xiàn)各電機的啟、停、電磁閥的開關(guān)，數(shù)值的轉(zhuǎn)換、速度的檢測。 本文重點解決了 PLC程序設(shè)計的問題以及上下位機之間的通信問題。同時根據(jù)STEP7 MICRO/WIN32軟件工具包的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計特點，大量采用代碼重用的方法，大大減少了系統(tǒng)的開發(fā) 和維護 。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 30 頁 致謝 徐建英教授嚴謹踏實的研究作風，淵博深厚的知識，孜孜不倦的誨人，我感到由衷的 敬佩。 在此期間，老師多次詢問我的課題進度，提醒我該注意的問題，并在我課題遇到困難時 ，給予了我耐心的指導(dǎo)和幫助。 我深深感謝徐教授對我學(xué)習和研究的悉心指導(dǎo)。感謝遼寧科技大學(xué) 電信學(xué)院各位老師在這四年學(xué)習生涯中給予我的關(guān)心和幫助。 其次要感謝所有參加答辯的老師，感謝我的母校 — 遼寧科技大學(xué)給我的培養(yǎng)和教育。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 31 頁 參考文獻 [1] 李永樂 .交流電機數(shù)字控制系統(tǒng) [M].機械工業(yè)出版社 ， 2021,72168. 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