【導(dǎo)讀】對(duì)應(yīng)用于運(yùn)輸?shù)臉蚴狡鹬貦C(jī)進(jìn)行研究改進(jìn)，由于起重機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜，作業(yè)負(fù)荷大而頻繁，流繞線串電阻的方法進(jìn)行啟動(dòng)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，電能浪費(fèi)大,效率低等缺點(diǎn)。因此對(duì)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有現(xiàn)實(shí)意義，采用平?；恼{(diào)速是解決問題的有效手段。本文針對(duì)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中存在的上述問題,把可。編程序控制器和變頻器應(yīng)用于橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)上,可以實(shí)現(xiàn)起重機(jī)電機(jī)速度的調(diào)節(jié)，滿足節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的需要，具有節(jié)能、減少機(jī)械磨損，啟動(dòng)性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)。

　　

【正文】 中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其 它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去 PLC 的工作原理 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 26 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單 元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；在用戶程序執(zhí)行過程中， 只有輸入點(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出 [7] 。 PLC 的特點(diǎn) 在 PLC 系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動(dòng)作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的，加上充 分考慮了工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境電磁、粉塵、溫度等各種干擾，在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施， PLC 有極高的可靠性。 ，應(yīng)用靈活 PLC 系統(tǒng)相對(duì)繼電器控制系統(tǒng)，接線少，其主要功能是通過程序?qū)崿F(xiàn)的，在需要改變?cè)O(shè)備的控制功能時(shí)，只需要修改程序，需改接線的工作量是很少的。 ，易于使用 PLC 的編程可采用與繼電器電路極為相似的梯形圖語言，直觀易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣 技術(shù)人員的歡迎。 27 ，擴(kuò)展能力強(qiáng) PLC 中含有數(shù)量巨大的可用于開關(guān)量處理的繼電器類軟組件，可輕松地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制，這是一般的繼電器系統(tǒng)所不能實(shí)現(xiàn)的。 PLC 或其功能單元方便地實(shí)現(xiàn) D／ A、 A／ D 轉(zhuǎn)換及 PID 運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)程控、數(shù)字元控制等功能。 PLC 具有通信網(wǎng)路功能，它不僅可以控制一臺(tái)單機(jī)，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個(gè)機(jī)群，許多生產(chǎn)線。它不但可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，還可以用于遠(yuǎn)程監(jiān)控。 ，重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 由于具有以上特點(diǎn)，使得 PLC 的應(yīng)用范圍極為廣泛，可以說只要有工廠，有控 制要求，就會(huì)有 PLC 的應(yīng)用。 PLC 的 選型 PLC 的主要性能 系統(tǒng)程序存放在系統(tǒng)程序內(nèi)存中，這里說的存儲(chǔ)容量指的是用戶程序內(nèi)存的容量，用戶程序存儲(chǔ)容量決定了 PLC 可以容納的用戶程序的長(zhǎng)短，一般以字為單位來計(jì)算。 /輸出點(diǎn)數(shù) I/O 點(diǎn)數(shù)即 PLC 面板上連接輸入 .輸出信號(hào)用的端子的個(gè)數(shù)，常稱為 ‘ 點(diǎn)數(shù) ,’ 用輸入及輸出點(diǎn)數(shù)之和表示。 I/O 點(diǎn)數(shù)越多，外部可接入的輸入器件和輸出器件就越多，控制規(guī)模就越大。 因此， I/O 點(diǎn)數(shù)是衡量 PLC 性能的重要指針之一。 PLC 的擴(kuò) 展能力表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：大部分 PLC 可以用 I/O 擴(kuò)展單元進(jìn)行 I/O 點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展；有的 PLC 可以使用各種功能模塊進(jìn)行功能擴(kuò)展。 本設(shè)計(jì)所選的三菱 系列 PLC 選擇與簡(jiǎn)介 機(jī)型選擇的基本原則是在功能滿足要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性能價(jià)格比 [11] 。 經(jīng)過調(diào)研和對(duì)比，三菱 PLC 在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣，與西門子和松下等 PLC相比有下幾個(gè)特點(diǎn)： CPU、電源、輸入輸出合為一體。通過使用顯示模塊和功能擴(kuò)展板，可以非常簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)。 28 另外，也可以擴(kuò)展輸入輸出和特殊模塊。 ，高速運(yùn)算 基本指令： 應(yīng)用指令： μs/指令 、寬裕的存儲(chǔ)器規(guī)格 內(nèi)置 8000 步 EEPROM 存儲(chǔ)器 無需電池，維護(hù)輕松 輔助繼電器： 1536 點(diǎn)，定時(shí)器： 256 點(diǎn)，記數(shù)器： 235 點(diǎn)，數(shù)據(jù)寄存器： 8000 點(diǎn)連接通訊功能用的功能擴(kuò)展板或特殊適配器后，就可支持各種各樣的通訊和數(shù)據(jù)連接。 。 ：價(jià)格昂貴，模擬量精確度高，編程復(fù)雜。模擬量簡(jiǎn)單，主要用于高精密設(shè)備。三菱：價(jià)格一般，編程簡(jiǎn) 單，模擬量復(fù)雜，模擬量精確比西門子差，主要用于一般設(shè)備 。歐姆龍 ：價(jià)格一般，編程簡(jiǎn)單，模擬量不如西門子 三菱 ，一般數(shù)字量控制。 所以三菱 PLC 為大多數(shù)從事 PLC 工作的技術(shù)人員所接受，三菱電機(jī)自動(dòng)化（上海）有限公司是國(guó)內(nèi)專門生產(chǎn)三菱 PLC 的廠家。 FX2n 系列 PLC 是 FX 系列中最高級(jí)的模塊。它擁有無以匹及的速度、高級(jí)的功能、邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)， 速度最高的微型 PLC，它的基本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá) s? ，內(nèi)置的用戶儲(chǔ)存器為 8K 步，可以擴(kuò)展到 256 個(gè) I/O點(diǎn)。有 多種特殊功能模塊或功能擴(kuò)展板，可以實(shí)現(xiàn)多軸定位控制。機(jī)內(nèi)有實(shí)時(shí)鐘， PID 指令用于模擬量閉環(huán)控制。有功能很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集，例如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、開平方和三角函數(shù)等。每個(gè) NFX2 基本單元可以控制 8 個(gè)特殊單元。 FX2n 是從 16到 256 路輸入 /輸出的多種應(yīng)用的選擇方案。 根據(jù)以上考慮性能的考慮，及輸入輸出點(diǎn)即 I\O 口分配的要求，大致有 31 個(gè)輸入點(diǎn)， 20 個(gè)輸出點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用三菱FX 系列 PLC， 001802 ?MRFX N ，它有 40 個(gè)輸入點(diǎn)， 40 個(gè)輸出點(diǎn)， AC 電源， DC24V 輸入，繼電器輸出。如圖 55 所示。 29 圖 51 FX2N 系列可編程控制器 Figure 51 FX2N Series Programmable Logic Controller 控制系統(tǒng)的 外部接口和 變頻器 參數(shù) PLC I/0 及地址分配 根據(jù)控制要求對(duì)輸入量和輸出量進(jìn)行設(shè)計(jì)，并規(guī)劃外部接口 。 控制系統(tǒng)應(yīng)具備的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)，名稱、代碼及地址編號(hào)如表 51 所示。 表 51 I/O 接口分配 Table 51 the I/O interface distribution 輸入設(shè) 備 輸入地址 輸出設(shè)備 輸出地址 電源總按鈕 SB1 X0 總電源繼電器 KM1 Y0 緊急開關(guān) SB2 X1 升降電源繼電器 KM2 Y1 大小車開關(guān) SB3 X2 大車電源繼電器 KM3 Y2 升降開關(guān) SB4 X3 大車正轉(zhuǎn) Y3 大車復(fù)位 /開始 SB5 X4 大車反轉(zhuǎn) Y4 大車正轉(zhuǎn) X5 大車固定頻率 10 Y5 大車反轉(zhuǎn) X6 大車固定頻率 20 Y6 大車正向限位開關(guān) SQ1 X7 大車固定頻率 40 Y7 大車反向限位開關(guān) SQ2 X10 小車電源繼電器 KM4 Y10 大車一檔 X11 小車正轉(zhuǎn) Y11 大車二檔 X12 小車反轉(zhuǎn) Y12 大車三檔 X13 小車固定頻率 10 Y13 大車四檔 X14 小車固定頻率 20 Y14 30 輸入設(shè)備 輸入地址 輸出設(shè)備 輸出地址 大車五檔 X15 小車固定頻率 40 Y15 小車復(fù)位 /開始 開關(guān) SB6 X16 升降正轉(zhuǎn) Y16 小車正轉(zhuǎn) X17 升降反轉(zhuǎn) Y17 小車反轉(zhuǎn) X20 升降固定頻率 5 Y20 小車正向限位開關(guān) SQ3 X21 升降固定頻率 10 Y21 小車反向限位開關(guān) SQ4 X22 升降固定頻率 20 Y22 小車一檔 X23 電磁制動(dòng)開 關(guān) KM5 Y23 小車二檔 X24 升降提示燈 Y24 小車三檔 X25 小車四檔 X26 小車五檔 X27 升降復(fù)位 /開始開關(guān) SB7 X30 升降正轉(zhuǎn) X31 升降反轉(zhuǎn) X32 升降正向限位開關(guān) SQ5 X33 升降反向限位開關(guān) SQ6 X34 升降 一檔 X35 升降 二檔 X36 變頻器主要參數(shù)設(shè)置 以對(duì)大車變頻器設(shè)置參數(shù)為例， 首先將所用電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)輸入 Pr80_Pr85，大車變頻器應(yīng)輸入幾個(gè)電機(jī)的總電流及總功 率，并且大車變頻器帶有幾 個(gè)電機(jī)時(shí)應(yīng)運(yùn)行于線性頻率/電壓特性，速度變化采用固定頻 率的迭加，同時(shí)利用變頻器的制動(dòng)器接通、斷開功能由 輸出繼電器觸點(diǎn)控制機(jī)械制動(dòng) 器，使行走機(jī)構(gòu)在電機(jī)停止時(shí)不會(huì)由于外力而隨意移動(dòng) ，其參數(shù)如表 52 所示。 表 52 變頻器參數(shù)設(shè)定 Table 52 frequency inverter parameter setting 31 參數(shù)號(hào) 參數(shù)值 說明 3% 轉(zhuǎn)矩提升 60HZ 上限頻率 0HZ 下限頻率 40HZ 多段速度設(shè)定（高速） 20HZ 多段速度設(shè)定（中速） 10HZ 多段速度設(shè)定（低速） 3s 加速時(shí)間 3s 減速時(shí)間 48A 過電流保護(hù) 5HZ 啟動(dòng)頻率 3S 點(diǎn)動(dòng)加減速時(shí)間 10 點(diǎn)動(dòng)加減頻率 30W 電機(jī)容量 6 電機(jī)級(jí)數(shù) 360V 電機(jī)額定電壓 48A 電機(jī)額定電流 1 V/F 特性 60HZ 高速上限頻率 2 操作模式選擇（外部操作 ） PLC 及變頻器接口設(shè)計(jì) 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的大車采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，使用一臺(tái)變頻器進(jìn)行控制，由于大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的頻率較小，因此采用一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)電機(jī)，以節(jié)約成本，變頻器的選 擇以所選電動(dòng)機(jī)的額定功率為根據(jù)，通常選額定功率大一級(jí)的變頻器，其控制電路示意圖如圖 52 所示。 32 圖 52 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)控制電路圖 Figure 52 during operation anization control diagram 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為一 臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，使用一臺(tái)變頻器進(jìn)行控制，變頻器的選擇以所選電動(dòng)機(jī)的額定功率為依據(jù)，通常選額定功率大一級(jí)的變頻器，采用 V/F 控制方式，其熬車方式與大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)相同，可采用自由停車的方式機(jī)構(gòu)控制示 。 主起升機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，使用一臺(tái)變頻器，可采用專用的 變頻器 進(jìn)行重物提 升控制，運(yùn)行機(jī) 構(gòu)的啟動(dòng)要求迅速、平穩(wěn) ， 同時(shí)采用 電磁制動(dòng) 起升運(yùn)行機(jī)構(gòu) 如圖 53所示。 33 圖 53 升機(jī)構(gòu)控制電路圖 Figure. 53 liters institutions control diagram 由前面各單元電路的設(shè)計(jì)及各機(jī)構(gòu)的 控制電路圖可得系統(tǒng)總方案接線圖，如圖 54 所示。 34 圖 54 系統(tǒng)總接線圖 Figure 54 system always the wiring diagram 35 操作面板設(shè)計(jì) 根據(jù)輸入口，安排各輸入量在操作面板的開關(guān)，檔位及正反轉(zhuǎn)的輸入通過主令控制器調(diào)節(jié)，限位開關(guān)不需要在操作面板中體現(xiàn)。具體如圖所示。 圖 55 操作面板示意圖 Figure. 55 operation panel schemes + 36 6 PLC 軟件編程 及仿真 變頻器的多擋轉(zhuǎn)速 PLC 控制 變頻器每個(gè) 擋次 的 輸入頻率 需要由三個(gè)輸入端的狀態(tài)來決定 ，三個(gè)狀態(tài)下的頻率，相互疊加組成各個(gè)檔位速度對(duì)應(yīng)的頻率 ； 操作人員切換轉(zhuǎn)速通過主令控制器開啟個(gè)檔位對(duì)應(yīng)的開關(guān)，將信號(hào)傳給 PLC，通過變頻器的三個(gè)輸入狀態(tài)控制 速度 。 [9] 表 61 變頻器端子狀態(tài)表 Table 61 State Table inverter terminal 轉(zhuǎn)速 端子狀態(tài) 1 2 3 4 5 RL ON OFF ON OFF ON RM OFF ON ON OFF OFF RH OFF OFF OFF ON ON 本設(shè)計(jì)中要有 5 個(gè)擋轉(zhuǎn)速，通過 5 個(gè)選擇開關(guān)來控制。 大車的 PLC 的輸入端 X11~X15分別用于接收 5 擋轉(zhuǎn)速的信號(hào)。 PLC 的輸 出 端 Y1 Y1 Y16 分別接至變頻器的輸入控制端 RL、 RM、 RH，用于控制 其 狀態(tài)。 圖 61 多擋轉(zhuǎn)速控制梯形圖 Figure 61 Multispeed control ladder chart 37 STL 編程方法 步