PLCs7200在桥式起重机中的应用毕业论文

I安徽建筑大学毕 业 设 计 （论文）专 业： 测控技术与仪器 班 级： 11 测控 1 班 学生姓名： 学 号： 课 题： PLC 在桥式起重机中的应用 指导老师： 龚雪 2015 年 6 月 1 日II摘 要桥式起重机作为物料搬运系统中一种典型设备，在企业生产活动中应用广泛，因此对于提高桥式起重机的运行效率，确保运行的安全可靠性，降低物料搬运成本是十分重要。可编程控制器的运用使得起重机的整体特性得到较大提高，可以解决传统桥式起重机控制系统存在的争夺问题，在起重机运输机械行业中具有广泛的发展前景。本文把可编程序控制器应用于桥式起重机控制系统上，并进行了较详细的分析。PLC 系统采用德国西门子公司产品，能控制起重机大车、小车的运行方向和速度换档;吊钩的升、降方向及速度换档，同时能检测各个电机故障现象并显示，减小了传统继电器接触器控制系统的中间环节。减少了硬件和控制线，极大提高了系统的稳定性，可靠性。关键词：PLC ；桥式起重机；仿真IIIAbstractThe bridge crane carries a kind of typical equipment in the supplies system，so it have extensive function in the activity of producing enterprise, so it important improve the bridge crane operational efficiency，guarantee the safe reliability to be operated，reduce the cost of the supplies carrying. The application of programmable controller makes the overall characteristics of the crane is greatly improved, can solve the traditional bridge crane control system exists for the problem, and has broad development prospects in hoisting and conveying machinery industry.In this paper, the programmable logic controller is used on bridge type hoist crane,more details are analyzed.PLC system adopts the SIEMENS Company products, can control the crane cart，car operation direction and change speed; To rise,the hanger direction and change speed，can measure each motor trouble phenomenon to show at the same time, have reduced traditional electricity Contact-type control system of intermediate link. it reduce the hardware and control line, has improved systematic stability, dependability greatly.Key Words：PLC;bridge type hoist crane;SimulationIV目 录第一章 绪论 -51.1 桥式起重机的概述 -51.2 桥式起重机的发展趋势 -51.3 课题研究的目的和意义 -7第二章 PLC 的基本结构及工作原理 -82.1 PLC 的基本结构 -82.2 PLC 的工作原理 -9第三章 系统总体硬件设计 -113.1 硬件整体设计思路 -113.2 系统输入/输出端口分配设计 -123.3 系统的硬件电路 -133.3.1 主电路图设计 -133.3.2 CPU226 硬件接线图设计 -143.3.3 扩展模块 EM222 接线图设计 -16第四章 系统软件设计与仿真 -174.1 梯形图设计 -174.2 系统程序仿真 -25总结 -33参考文献 -34致谢 -355第一章 绪论1.1 桥式起重机的概述起重机是一种用来起重与空中搬运重物的起重运输机械，广泛应用于工矿企业、车站、港口、仓库、建筑工地等部门。它对减轻工人劳动强度、提高劳动生产率、促进生产过程机械化起着重要作用，是现代化生产中不可缺少的工具。根据其运动形式不同，分为桥式类起重机与臂架式旋转起重机。桥式类起重机又分为通用桥式起重机、冶金专用起重机、龙门起重机与缆索起重机等。通用桥式起重机是机械制造工业和冶金工业中最广泛使用的起重机械，又称“天车”或“行车”，它是一种横架在固定的跨间上空用来吊运各种物件的设备。桥式起重机按起吊装置不同，可分为吊钩桥式起重机、电磁盘桥式起重机和抓斗桥式起重机等等。其中以吊钩桥式起重机应用最广。本章以吊钩桥式起重机的电气设备进行讨论与分析。1.2 桥式起重机的发展趋势起重机作为一种古老的机械，时至今日，在其承载结构、驱动机构、取物装置、控制系统及安全装置各方面都有了很大的发展，其设计理论、制造工艺。检测手段等都逐渐提出新的使用要求，起重机的种类、形式也需要相应地发展和创新，性能参数也需要不断变化与提高。由于现代设计方法的建立和计算机辅助设计手段的应用，使起重机设计思维观念和方法有了进一步的更新。因此，起重机将向现代化、智能化、更安全可靠的方向发展。当今，起重机发展的主要趋势有以下几点：1.向大型化、高效率化发展。目前，世界上最大的浮式起重机起重重量达 6500t，最大的履带起重机起重重量为 3000t，最大桥式起重机起重重量为 1200t。带式输送机最大带宽达 3.2m，输送能力最大为 3.7t/h，单机最大输送距离超过 30km。自动化立体库堆垛机最大运行能力为 240m/min。2.向自动化、智能化、集成化和信息化发展。机械技术和电子技术相6结合，将先进的微电子技术、电力电子技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现自动化和智能化，以适应多批次少批量的柔性生产模式。目前已经出现了能自动装卸物料、有精确位置检测和自动化过程控制的桥式起重机。起重机上还装有微机自诊断监控系统，对于自身的运行状态进行监测和维护。3.向成套化，系统化和规模化发展。将各种起重运输机械的单元组合为成套系统，加强生产设备与物料搬运机械的有机结合，提高自动化程度，改善人机系统。重点发展的有港口散料和集装箱装卸系统、工厂生产搬运自动化系统、自动化立体仓库系统、商业货物配送集散系统、交通运输部门和邮政部门邮件的自动分拣与搬运系统等。4向模块化、组合化、系列化和通用化发展。许多通用起重运输机械是成系列成批量的产品。为了降低制造成本，提高通用化程度，可采用模块组合的方式，用较少规格的零部件和各种模块组成多品种、多规格和多用途的系列产品，充分满足各类用户的需要。也可使单件小批量生产起重运输机械的方式改换成具有相当批量和规模的模块生产，实现高效率的专业化生产。5向小型化、轻型化发展。有相当数量的起重运输机械作业并不十分频繁。为了考虑综合效益，要求这部分起重运输机械尽量减少外形尺寸，简化结构，降低造价和使用维护费用，按最新设计理论开发出来的这类设备比我国用传统理论设计的同类产品自重轻 20。由于自重轻、轮压小、外形尺寸小，使结构的建造费用和起重机运行费用也大大减少。6采用新理论、新方法、新技术提高设计质量。通过计算机模拟与仿真，开展对起重运输机械载荷变化规律、动态特性和疲劳特性的研究，寻求参数与机种的最佳匹配与组合；开展对可靠性的试验研究，全面采用极限状态设计法、概率设计法和可靠性设计等，利用 CAD 提高设计效率与质量，与计算机辅助制造系统相衔接，实现产品设计与制造一体化。7用新结构、新部件、新材料和新工艺提高产品性能。结构方面采用薄壁型材和异型钢，减少结构的拼接焊缝，采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和美化外形。在机构方面进7一步开发新型传动零部件，简化机构，以焊代铸，采用机电液一体化技术，提高使用性能和可靠性。开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统。今后还会更加注重起重运输机械的安全性，重视司机的工作条件。桥式起重机是桥架式起重机的一种，它依靠升降机构和水平运动机构在两个互相垂直的方向运动，能在矩形场地及上空完成操作，是各种生产企业广泛使用的一种起重运输设备。它具有承载能力大、可靠性高、结构相对简单等优点，随着经济建设的发展，用户对起重机的性能要求越来越高，而早期的起重机已无法满足要求，因此需要对起重机的控制方式进行改进，满足工业生产的需要。1.3 课题研究的目的和意义近年来，随着计算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化控制领域的发展。其中，具有代表性的可编程控制器获得了广泛的应用，为 PLC 控制技术在桥式起重机应用提供了有利条件。可编程控制器的运用使得起重机的整体特性得到较大提高，可以解决传统桥式起重机控制系统存在的争夺问题，在起重机运输机械行业中具有广泛的发展前景。本设计基于对 S7-200PLC 在桥式起重机电气控制方面的设计和应用，对于提高吊运效率,减少操作人员的误动作,降低设备故障,同时对于缩短电气维修人员查找设备故障时间具有很好的现实指导意义。8第 2 章 PLC 的基本结构及工作原理2.1 PLC 的基本结构可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，构基本上与微型计算机相同，基本构成为：一、电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去。二、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。三、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。四、输入输出接口电路（1）现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。 9（2）现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。五、扩展单元扩展单元以便根据所控制对象的控制规模大小去灵活组成电气控制系统。六、通信模块PLC 配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC 通过这些通信接口可与监视器、打印机、其它 PLC、计算机等设备实现通信。PLC 与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印；与监视器连接，可将控制过程图像显示出来；与其它 PLC 连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。 与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。远程 I/O 系统也必须配备相应的通信接口模块。2.2 PLC 的工作原理PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在 PLC 运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC 的一个扫描周期必经输入采样、程序执行