【正文】 阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。編碼器有多少位就要占用PLC的多少位接點(diǎn)，如果是24伏推挽式輸出，高電平有效為1，低電平為0；如果是集電極開路NPN輸出，則連接的接點(diǎn)也必須是NPN型的，其高電平有效，低電平為1。有的旋轉(zhuǎn)編碼器還有一條屏蔽線，使用時(shí)要將屏蔽線接地。電源“”端要與編碼器的COM端連接，“+ ”與編碼器的電源端連接。 輸出兩相脈沖的旋轉(zhuǎn)編碼器與S7200系列PLC的連接,編碼器有5條引線，其中3條是脈沖輸出線，1條是COM端線，1條是電源線。因些可將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號(hào)直接輸入給PLC，利用PLC的高速計(jì)數(shù)器對(duì)其脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得測(cè)量結(jié)果。 　　A、A，B、B，Z、Z連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。 編碼器與PLC的連接信號(hào)連接—編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī)，PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。 　　對(duì)于HTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)300米。Z,Z）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì)應(yīng)。信號(hào)輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長(zhǎng)線差分驅(qū)動(dòng)（對(duì)稱A,A。 編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。（REP） 編碼器工作原理有一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，由光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位?！　≡隽渴骄幋a器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。 編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，前者成為碼盤，后者稱碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”，通過“1”和“0”的二進(jìn)制編碼來將采集來的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼可讀取的電信號(hào)用以通訊、傳輸和儲(chǔ)存。由于有以上優(yōu)點(diǎn)，因此它廣泛應(yīng)用于起重機(jī)等勢(shì)能負(fù)載及需快速制動(dòng)但為短時(shí)工作制的場(chǎng)合。當(dāng)直流母線的電壓重新升高使制動(dòng)單元?jiǎng)幼鲿r(shí)，制動(dòng)單元將重復(fù)以上過程，平衡母線電壓，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。當(dāng)直流母線電壓降到某一電壓（制動(dòng)單元停止電壓）時(shí)，制動(dòng)單元的功率管關(guān)斷。當(dāng)直流電壓達(dá)到某一電壓（制動(dòng)單元的開啟電壓）時(shí)，制動(dòng)單元功率開關(guān)管開通，電流流過制動(dòng)電阻。 ATV71制動(dòng)單元施耐德ATV71系列變頻器專用帶回饋的制動(dòng)單元當(dāng)電動(dòng)機(jī)在外力的作用下減速時(shí)，電機(jī)以發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，產(chǎn)生再生能量。? 邏輯輸入： LI1： 正向(1 個(gè)運(yùn)行方向), 轉(zhuǎn)換時(shí)2 線控制 LI2， LI3， LI4， LI5， LI6： 未激活 ( 未被賦值)? 模擬輸入： AI1： 速度給定值0 +/10 V AI2： 020 mA 未激活( 未被賦值)? 繼電器R1：出現(xiàn)故障時(shí)觸點(diǎn)打開( 或變頻器斷電)。 變頻器的選定根據(jù)計(jì)算及查找資料，變頻器選擇施耐德公司異步電機(jī)變頻器ATV71。速度檢測(cè)電路:以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器(tg、plg等)的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。逆變器同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。 變頻器的基本電路及功能變頻器的基本結(jié)構(gòu)見下圖 變頻器基本結(jié)構(gòu)目前，通用型變頻器絕大多數(shù)是交—直—交型變頻器，它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。但是在低頻時(shí)仍成比例地降低電壓，由于交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下磁鍵波形發(fā)生畸變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩減小。因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴(yán)重時(shí)將燒毀電機(jī)。整流部分為三相橋式不可控整流，逆變部分為IGBT三相橋式逆變，且輸出為PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)的作用為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。 變頻器主要采用交—直—交方式，即先把工頻交流電源通過整流裝置轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。由上式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f 成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f 在0~50 Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器的出現(xiàn)，使得復(fù)雜的調(diào)速控制簡(jiǎn)單化，用變頻器+交流鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組合替代了大部分原先只能用直流電機(jī)完成的工作，縮小了體積，降低了維修率，使傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展到新階段。變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用。步入21世紀(jì)后，國(guó)產(chǎn)變頻器逐步崛起，現(xiàn)已逐漸搶占高端市場(chǎng)。 最早的變頻器可能是日本人買了英國(guó)專利研制的。20世紀(jì)70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM－VVVF)調(diào)速的研究得到突破，20世紀(jì)80年代以后微處理器技術(shù)的完善使得各種優(yōu)化算法得以容易的實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)60年代以后，電力電子器件普遍應(yīng)用了晶閘管及其升級(jí)產(chǎn)品。 變頻器的選用 變頻器概述變頻技術(shù)誕生背景是交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的廣泛需求。Siemens S7 200PLC的工作過程:PLC上電后，首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入循環(huán)工作過程。它能夠不用外部放大器而與傳感器直接相連，可根據(jù)輸入模擬量的大小，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。EM231模塊提供了有4輸入模擬量通道，具有12位的分辨率，且具有多輸入，輸出信號(hào)范圍。輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊EM232有六種:分別為4點(diǎn)((8點(diǎn)、16點(diǎn))DC輸入/4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))DC輸出、4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))DC輸入/4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))繼電器輸出。典型的數(shù)字量I/0擴(kuò)展模塊有:輸入擴(kuò)展模塊EM221有兩種:8種DC, 8點(diǎn)AC輸入。具有PID控制器，2個(gè)RS485通信/編程口，具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。CPU226它有24輸入/16輸出，I/0共計(jì)40點(diǎn)。從CPU模塊的功能來看，CPU模塊為CPU226。2. Siemens S7200主要功能模塊介紹(1) CPU模塊S7200的CPU模塊包括一個(gè)中央處理單元、電源以及數(shù)字I/0點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中?？梢愿鶕?jù)對(duì)象的不同，選用不同的型號(hào)和不同數(shù)量的模塊。 SIEMENS S7200 結(jié)構(gòu)及工作原理1. S7200系列PLC介紹 S7200系列PLC功能強(qiáng)、速度快、具有模塊化、具有極高的可靠性、極豐富的指令集、實(shí)時(shí)特性、良好的通信能力等。大多數(shù)的機(jī)型都能滿足I/O點(diǎn)數(shù)。一般要留有一點(diǎn)的裕量，滿足生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進(jìn)。PLC機(jī)型選擇主要考慮I/O點(diǎn)數(shù)。CPU存儲(chǔ)器通信模塊 編程器或編程軟件 PLC結(jié)構(gòu)示意圖 PLC的選定世界上有很多廠商生產(chǎn)PLC，如德國(guó)的西門子、日本的三菱、松下，法國(guó)的斯耐德公司等。外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為PLC的輸入變量，他們經(jīng)PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出變量，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行各種控制。PLC采用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括CPU,存儲(chǔ)器、輸入、輸出接口及模塊、通訊接口及模塊、編程器和電源六個(gè)部分。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。 可編程控制器對(duì)用戶來說，是一種無觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計(jì)階段選用可編程控制器，在實(shí)施階段再確定工藝過程。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到70年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的已不再是邏輯判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)。 系統(tǒng)控制框圖3. 硬件選擇 PLC的選用 PLC概述 可編程控制器是60代末在美國(guó)首先出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller),目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。過載保護(hù)是在程序中進(jìn)行采集重量及比較，如果過載，則禁止小車前進(jìn)，吊鉤上升及起重機(jī)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，直到過載解除。限位保護(hù)設(shè)小車前進(jìn)后退及升降上下四個(gè)限位，到達(dá)限位時(shí)停止相應(yīng)動(dòng)作。保護(hù)控制主要包括電源保護(hù)，限位保護(hù)，變頻故障保護(hù)及過載保護(hù)。大大簡(jiǎn)化了復(fù)雜的繼電器邏輯，提高了裝置的可靠性，基本上實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)的操作控制采用S7200PLC組成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)間、順序和邏輯控制功能。實(shí)現(xiàn)全調(diào)速范圍內(nèi)連續(xù)平滑調(diào)速、穩(wěn)定運(yùn)行。 設(shè)計(jì)思路在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機(jī)的啟停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)、溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的這些自動(dòng)控制問題，若采用可編程序控制器（PLC）來解決自動(dòng)控制問題已成為最有效的工具之一。1 電源保護(hù)，當(dāng)起降，旋轉(zhuǎn)，小車動(dòng)作按鈕按下時(shí)，不能接通電源。 超載保護(hù)時(shí)，小車不能前進(jìn)動(dòng)作，吊鉤不能上升動(dòng)作，起重機(jī)不能旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。 吊鉤上連接應(yīng)變式傳感器，根據(jù)標(biāo)定得到的,運(yùn)算轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，得到重物的重量，給予相應(yīng)操作。標(biāo)定壓力傳感器得到的模擬量轉(zhuǎn)換得數(shù)字量與重量的函數(shù)關(guān)系，參數(shù),存入內(nèi)存。 與上位機(jī)通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)控各參數(shù)變化。 控制各電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，完成相應(yīng)動(dòng)作。2. 總體設(shè)計(jì)方案 任務(wù)要求本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是基于PLC的起重機(jī)控制及保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)本人查找資料及與老師的探討，總結(jié)出以下幾條主要的設(shè)計(jì)任務(wù)，在以后的設(shè)計(jì)中給予實(shí)現(xiàn)，任務(wù)大體要求如下： 控制三個(gè)電機(jī)的啟停，三個(gè)電機(jī)分別控制吊鉤的升降，變幅小車的前進(jìn)后退，起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)。從改變控制方式上解決了起重機(jī)重物下放產(chǎn)生能量浪費(fèi)問題，以及起重機(jī)低速運(yùn)行時(shí)因轉(zhuǎn)子電阻發(fā)熱嚴(yán)重而影響起重機(jī)調(diào)速范圍的問題。 本課題的研究意義及主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)主要是基于PLC和變頻裝置的高性能起重機(jī)控制系統(tǒng)。由于升降、旋轉(zhuǎn)、小車三個(gè)凸輪控制器之間沒有固定的聯(lián)系，在起重機(jī)工作時(shí)操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，容易疲勞，易產(chǎn)生誤操作。（6） 為適應(yīng)起重機(jī)的工況，起重機(jī)的操作人員經(jīng)常性的反復(fù)操作，起重機(jī)的電器元件和電動(dòng)機(jī)始終處于大電流工作狀態(tài)，降低了電器元件和電動(dòng)機(jī)的使用壽命。同樣旋轉(zhuǎn)、小車的運(yùn)轉(zhuǎn)也存在上述問題。同時(shí)因工作環(huán)境惡劣，轉(zhuǎn)子回路串接的電阻因灰塵、設(shè)備振動(dòng)等原因經(jīng)常燒壞、斷裂。（3）由于電動(dòng)機(jī)一直在額定轉(zhuǎn)矩下工作，而每次升降的負(fù)載是變化的，因此容易造成比較大的電能浪費(fèi)。這種控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有：（1） 拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量大，起動(dòng)時(shí)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊大，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)取得生產(chǎn)許可證的塔機(jī)生產(chǎn)廠達(dá)400余家，而80年代還不足100家。因?yàn)樾袠I(yè)統(tǒng)計(jì)只統(tǒng)計(jì)了二三十家生產(chǎn)企業(yè)的銷量，全行業(yè)銷量肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過統(tǒng)計(jì)數(shù)字。只有極少數(shù)企業(yè)做到涂裝前基底經(jīng)處理。 　　在中國(guó)塔式起重機(jī)的生產(chǎn)與應(yīng)用已有40多年的歷史，歷經(jīng)了一個(gè)從測(cè)繪仿制到自行設(shè)計(jì)制造的過程。 塔式起重機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展概況50 年代初，我國(guó)塔機(jī)由仿制開始起步，1954年仿制東德建筑師Ⅰ型塔機(jī)；60 年代自行設(shè)計(jì)制造了25tm、40tm、60tm 幾種機(jī)型，多以動(dòng)臂式為主；70 年代，隨著高層建筑的增多，對(duì)施工機(jī)械提出了新的要求，于是，160tm 附著式、45tm內(nèi)爬式、120tm自升式等塔機(jī)相繼問世；自上世紀(jì)80年代以來，我國(guó)塔機(jī)行業(yè)得到快速發(fā)展，尤其近幾年，塔機(jī)銷量持續(xù)攀高，2001年行業(yè)統(tǒng)計(jì)銷量9738臺(tái)，2002年成為世界上首個(gè)起重機(jī)塔機(jī)年產(chǎn)量突破10000臺(tái)的國(guó)家。 　?、矢咝录夹g(shù)開始在塔機(jī)上應(yīng)用。 　?、仍诮?jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間研制之后，履帶式水平臂架塔機(jī)作為一種新產(chǎn)品正式問世。 　?、茋?guó)外塔機(jī)新產(chǎn)品中，有一些新穎的輕、中型折疊式快速安裝塔機(jī)頗引人注目。這些大廠為了在國(guó)際塔機(jī)市場(chǎng)上占有更多份額，莫不注重總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真分析市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，下大力氣進(jìn)行產(chǎn)品的更新和開發(fā)。如今世界塔機(jī)市場(chǎng)最為紅火的地區(qū)為東歐和亞太（特別是東南亞）。直至80年代末才呈現(xiàn)逐漸復(fù)蘇態(tài)勢(shì)，1994年為復(fù)蘇年頭，復(fù)蘇勢(shì)頭最好的國(guó)家為德國(guó)。自塔式起重機(jī)在建筑施工中顯露身手并逐漸成為工程機(jī)械一個(gè)重要分支以來，已經(jīng)有50余年歷史，其間利經(jīng)了曲折復(fù)雜的發(fā)展階段。塔式起重機(jī)