桥式起重机控制系统毕业设计

毕业设计毕业设计（论论文）文） 题目桥式起重机控制系统 系别机械工程学院 专业机电一体化 班级机电 103 姓名屈豪杰 学号100101321 指导教 师陈淑侠 日期2012-12-20 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 目录目录 摘摘 要要.1 ABSTRACTABSTRACT 2 第一章第一章 绪绪 论论 3 1.1 桥式起重机简介3 1.2 本课题设计的意义3 1.3 主要内容.4 1.4 基本参数.4 第二章第二章 系统总体设计系统总体设计5 2.1 桥式起重机的结构5 2.1.1 机械结构组成5 2.1.2 电气控制系统7 第三章第三章 硬件系统配置硬件系统配置9 3.1 PLC 选型.9 3.2 PLC 的 I/O 资源配置.9 3.2.1 数字量输入部分10 3.2.2 数字量输出部分10 3.3 其他资源配置13 3.3.1 接触器13 3.3.3 各类按钮.15 3.3.4 限位开关15 第四章第四章软件系统设计软件系统设计17 4.1 总体流程设计17 4.1.1 大车控制系统17 4.1.2 小车控制系统18 4.1.3 升降机控制系统20 4.1.4 升降机悬停控制系统21 4.2 各个模块梯形图设计.22 4.2.1 大车控制程序24 4.2.2 小车控制程序27 4.2.3 升降机控制程序.29 4.2.4 升降机悬停/启动控制程序33 4.2.5 设备变频器控制程序33 4.2.6 升降机变频器控制程序36 4.2.7 其他功能控制程序38 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 致致 谢谢.41 参考文献参考文献 42 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 1 摘摘 要要 桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机 的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运 行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备 的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起 重机可分为普通桥式起重机、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。普通桥式 起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、 小车运行机构和小车架三部分组成。起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑 轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重 物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。本 文重点研究起重机的控制，通过使用变频器的调速方法已实现对电机的控制，从而控制 起重机。 关键词：关键词： 桥式起重机电动机变频器 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 2 ABSTRACTABSTRACT The bridge-type hoist crane is the bridge one kind of bridge hoist crane which moves on the elevated track, also calls the overhead traveling crane. The bridge-type hoist cranes bridge along lays down on the both sides high structure the orbital longitudinal movement, the crab along lays down on bridges orbital crosswise movement, constitutes a rectangular operating region, may lift the material fully using the bridge following space, not above-ground equipments hindrance. the bridge-type hoist crane widely applies in the indoor outside warehouse, the workshop, the wharf and open-air stores the materials yard and so on place. The bridge-type hoist crane may divide into the ordinary bridge-type hoist crane, the simple Liang bridge-type hoist crane and the metallurgy special-purpose bridge-type hoist crane three kinds. The ordinary bridge-type hoist crane by the crab, the bridge movement organization, the bridge metal structure is composed generally. The crab by the hoisting mechanism, the car movement organization and the trolley frame three parts is composed. Hoisting mechanism including electric motor, brake, reduction gear, reel and block and tackle. The electric motor through the reduction gear, leads the reel rotation, causes the steel wire to wind the reel or to lay down from the reel, rises and falls the heavy item. The trolley frame is a request with installment parts and so on hoisting mechanism and car movement organization racks, usually for welding structure. This article focuses on the cranes control, through the use fre -quency transformer to achieve the speed control method of motor control to control a crane. Key words:bridge cranemotorfrequency transformer 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 3 第一章第一章 绪绪 论论 1.11.1 桥式起重机简介桥式起重机简介 桥式起重机在冶金企业及其它行业有着广泛的应用,其作用主要用来实现物体的升 降和转运,桥式起重机工作环境恶劣,工作任务重。 它能否正常工作直接影响到生产效率 提高和工作任务的完成,甚至关系到人身、设备的安全。经过几十年的发展，我国桥式 起重机制造厂和使用部门在设计、制造工艺、设备使用维修、管理方面，不断积累经验， 不断改造，推动了桥式起重机的技术进步。但在实际使用中，结构开裂仍时有发生。究 其原因是频繁的超负荷作业及过大的机械振动冲击所引起的机械疲劳。因此，除了机械 上改进设计外，改善交流电气传动，减少起制动冲击，也是一个很重要的方面。 传统的起重机驱动方案一般采用:(1)直接起动电动机;(2)改变电动机极对数调 速;(3)转子串电阻调速;(4)涡流制动器调速;(5)可控硅串级调速;(6)直流调速。 前四种 方案均属有级调速，调速范围小，无法高速运行，只能在额定速度以下调速;起动电流 大，对电网冲击大;常在额定速度下进行机械制动，对起重机的机构冲击大，制动闸瓦 磨损严重;功率因数低，在空载或轻载时低于 0.2-0.4，即使满载也低于 0.75，线路损 耗大。目前串级调速产品的控制技术仍停留在模拟阶段，尚未实现控制系统具有很好的 调速性能和起制动性能，很好的保护功能及系统监控功能，所以有时采用直流电动机， 而直流电动机制造工艺复杂，使用维护要求高，故障率高。 我们所研究的桥式起重机是电动双梁桥式起重机，该起重机由起重小车、桥架金属 结构、桥架运行机构以及电气控制设备等四个部分组成。机构主要指主起升机构、副起 升机构、小车运行机构、大车运行机构。在电气控制系统中，其供电一般是通过电缆卷 筒将电源输送到中心电器上，起重机机为低压供电系统，电气控制部分集中在操作室和 电气房内，安全保护装置装在在适当的位置上。 1.21.2 本课题设计的意义本课题设计的意义 传统桥式起重机的控制系统主要采用交流绕线转子串电阻的方法进行启动和调速， 继电一接触器控制，这种控制系统的主要缺点有: 1.桥式起重机工作环境差，工作任务重，电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有 发生。 2.继电一接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高。 3.转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想。所串电阻 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 4 长期发热，电能浪费大，效率低。 要从根本上解决这些问题，只有彻底改变传统的控制方式。其中，具有代表性的交 流变频调速装置和可编程控制器获得了广泛的应用， 为 PLC 控制的变频调速技术在桥式 起重机系统提供了有利条件。变频调速以其可靠性好，高品质的调速性能、节能效益显 著的特性在起重运输机械行业中具有广泛的发展前景。 1.31.3 主要内容主要内容 本论文研究了变频调速技术在 20/5t * 19.5m 通用桥式起重机中的应用，并且根据 原有的控制结构，结合 PLC 技术，提出了一个改进的系统控制结构，并且采用此体系结 构实现了桥式起重机变频调速系统。 1.41.4 基本参数基本参数 该机的起重量为 20/5 吨，其跨度(L)为 19.5m 小车起升速度为 15m/min，大车起升 速度为 7.5m/min.小车运行速度为 45m/min，大车运行速度为 75m/min。 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 5 第二章第二章 系统总体设计系统总体设计 2.12.1 桥式起重机的结构桥式起重机的结构 桥式起重机是工业生产过程中一个重要的运输环节，一台效率高、可靠性高的桥式 起重机使工厂生产效率大大提高。桥式起重机的主要表现形式分为以下两点。 2.1.1 机械结构组成机械结构组成 桥式起重机一般由桥架金属结构、桥架运行机构和电气控制机构等三部分组成，运 行机构一般包括大车运行机构、小车运行机构和升降机运行机构，电气控制系统包括一 些电缆、电器柜等设备，还有一些保护装置。机械组成部分简单示意图如图 2-1 所示。 大车 调速器 控制器 小车 调速器 升降机 调速器 图 2-1 机械组成部分简单示意图 （1）大车运行机构。 大车运行机构的大车采用两台电动机，使用一台变频器进行 控制，由于大车运行机构的工作频率较小，因此采用一台变频器控制两个电动机，以节 约成本，变频器的选择以所选电动机的额定功率为根据，通常选额定功率大一级的变频 器，其控制电路示意图如图 2-2 所示。 （2）小车运行机构。 小车运行机构为一台电动机单独驱动，使用一台变频器，变 频器的选择以所选电动机的额定功率为根据，通常选额定功率大一级的变频器，采用 V/F 控制方式，其刹车方式与大车运行机构相同，可采用自由停车的方式，机构控制示 意图与图 2-2 所示类似。 （3）升降机运行机构。 升降机运行机构采用一台电动机单独驱动，使用一台变频 器，可采用专用的变频器进行重物提升控制，运行机构的启动要求迅速、平稳，同时电 气制动方式可采用外接刹车电阻，升降机运行机构控制电路示意图如图 2-3 所示。 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 6 图 2-2大车运行机构控制电路示意图 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 7 图 2-3 升降机运行机构控制电路示意图 2.1.2 电气控制系统电气控制系统 电气控制系统主要包括操作面板和电气控制柜等单元。 在该系统中需要检测较多的 数字输入量，根据设定的程序进行数据处理后，输出控制信号，因此系统的操作面板与 电气控制柜各自独立，其示意图如图 2-4 所示。 操作面板 电机运行机 构 电气控制柜 图 2-4 电气控制系统示意图 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 8 2.22.2 桥式起重机的工作原理桥式起重机的工作原理 2.2.1 控制系统总体框图控制系统总体框图 桥式起重机系统的电气控制系统总体框图如图 2-5 所示，PLC 为核心控制器，通过 检测操作面板按钮的输入、各个限位开关的输入，完成相关设备的运行、停止、和调速 控制。 PLC 变频器 限位开关输入 操作面板 各类执行机构 图 2-5电气控制系统总体框图 2.2.2 工作过程工作过程 在启动状态下，各类设备的控制应根据操作面板上的按钮输入来控制，升降机在启 动和停止时，通过检测变频器输入的频率，控制电磁制动器的运行，其工作过程如下。 （1） 接通电源，启动系统。 （2） 按下大车运行按钮，大车启动，通过加速、减速按钮改变大车速度。 （3） 按下小车运行按钮，小车启动，通过加速、减速按钮改变小车速度。 （4） 按下升降机运行按钮，升降机启动，通过加速、减速按钮改变升降机速度； 当需要重物悬停半空时，减小变频器输出频率，直到设定值，频率停止下降，启动电磁 制动器，将重物抱住，防止溜钩现象；当重物需从半空开始上升或下降时，增加变频器 的输出频率，到达某设定值时，频率停止上升，电磁制动器停止工作，松开重物，变频 器输出频率持续增加到所需值。 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 9 第三章第三章 硬件系统配置硬件系统配置 第一章和第二章两章介绍了桥式起重机控制系统的机械结构及其相关设备， 根据其 工作原理和控制系统的功能要求， 本章主要介绍如何介绍桥式起重机控制系统和所需的 各种硬件设备的连接方式，因此设计出其电气控制系统框图如图 3-1 所示，在此控制系 统中核心处理器是 PLC，其输入和输出量都为数字量，变频器的控制采用 RS-485 通信。 限位开关 操作面板 小车运行 大车运行 可编程逻辑控制 器 PLC 变频器升降机运行 图 3-1电气控制系统框图 3.13.1 PLCPLC 选型选型 根据桥式起重机电气控制系统的功能要求，以及其复杂程度，从经济性、可靠性等 方面来考虑，选择西门子 S7-200 系列作为桥式起重机电气控制系统的控制主机，因此 采用 CPU224 作为该控制系统的主机。 在桥式起重机控制系统中使用的数字量输入点比较多，因此除了 PLC 主机自带的 I/O 外，还需扩展一定数量的 I/O 扩展模块。在此采用 EM223 输入/输出混合扩展模块， 16 点 DC 输入/16 点 DC 输出型，可以满足控制系统输入点的要求，虽然输出点有较多空 闲，但能为后期扩展功能提供硬件条件。 3.23.2 PLCPLC 的的 I/OI/O 资源配置资源配置 根据系统的功能要求，对 PLC 的 I/O 进行配置，具体分配将在下面的介绍中体现。 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 10 3.2.1 数字量输入部分数字量输入部分 在此控制系统中，所需要的输入量基本上都属于数字量，主要包括各种控制按钮、 旋钮和各种限位开关，共有 26 个数字输入量，如表 1-1 所示。 3.2.2 数字量输出部分数字量输出部分 在这个控制系统中，主要输出控制的设备有各种接触器、电动机等，共有 7 个输出 点，其具体分配如表 1-2 所示。 表 1-1 数字输入量地址分配 输入地址输入设备输入地址输出设备 I0.0急停I1.5重物下降 I0.1启动I1.6重物加速 I0.2大车前进I1.7重物减速 I0.3大车后退I2.0重物停止 I0.4大车加速I2.1大车前进限位 I0.5大车减速I2.2大车后退限位 I0.6大车停止I2.3小车左移限位 I0.7小车左移I2.4小车右移限位 I1.0小车右移I2.5重物上升限位 I1.1小车加速I2.6重物下降限位 I1.2小车减速I2.7大车变频器复位 I1.3小车停止I3.0小车变频器复位 I1.4重物上升I3.1升降机变频器复位 表 1-2数字输出量地址分配 输出地址输出设备输出地址输出设备 Q0.0大车正向运行接触器Q0.4升降机正向运行接触器 Q0.1大车反向运行接触器Q0.5升降机反向运行接触器 Q0.2小车正向运行接触器Q0.6电磁制动器 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 11 Q0.3小车反向运行接触器 根据控制系统的功能要求，如表 1-1 和表 1-2 所示的 I/O 分配情况，以及如图 3-1 所示的硬件结构框图，设计出桥式起重机控制系统的硬件接线图，如图 3-2 所示，次控 制面板上的按钮全部为手动控制方式。 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 12 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6Q0.0 I0.7 Q0.1 I1.0 I1.1Q0.2 I1.2Q0.3 I1.3 Q0.4 I1.4 I1.5Q0.5 I1.6Q0.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5RS485 I2.6 I2.7 I3.0 I3.1 L+ 大车变频器复位 小车变频器复位 升降机变频器复 DC24 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 大车变频器 小车变频器 升降机变频器 SB1 SB2 SB4 SB3 SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SB12 SB13 SB14 SB15 SB16 SB17 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 S7-200 CPU224 + EM223 3-2 桥式起重机控制系统的硬件接线图 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 13 3.33.3 其他资源配置其他资源配置 要完成系统的控制功能除了需要 PLC 主机及其扩展模块之外，还需要各种限位开 关、接触器和变频器等仪器设备。 3.3.1 接触器接触器 在起重机控制系统中，其中所有的设备的运行都不是连续的，而是根据控制面板上 的按钮情况进行动作的，因此需要 PLC 根据当前的工作情况，以及按钮的情况来控制 所有设备的启停，共需要 4 个接触器：大车电动机接触器、小车电动机接触器、升降机 电动机接触器、电磁制动器接触器。 （1）大车电动机接触器。大车电动机接触器包括两个部分：一个是控制正转的接 触器；另一个是控制反转的接触器，通过 PLC 输出的指令控制电动机的正反转和 停止，从而控制大车的运行与停止。 （2）小车电动机接触器。小车电动机接触器包括两个部分：一个是控制正转的接 触器；另一个是控制反转的接触器，通过 PLC 输出的指令控制电动机的正反转和 停止，从而控制小车的运行与停止。 （3）升降机电动机接触器。升降机接触器包括两个部分：一个是控制正转的接触 器；另一个是控制反转的接触器，通过 PLC 输出的指令控制电动机的正反转和停 止，从而控制升降机的运行与停止。 （4）电磁制动器接触器。 电磁制动器接触器通过 PLC 输出的指令控制接触器的 断开和闭合，从而控制电磁制动器的运行与停止。 3.3.2 变频器变频器 在该系统中，采用西门子公司的 MM4 系列变频器，该系列变频器是最常用也是功 能较强的一种变频器，主要应用于各种工业、冶金、建筑、水利、纺织、交通等领域， 性能良好，价格实惠，是一种性价比很高的变频器。 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制 装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF 变频或矢量控制变频）， 先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均 可控制的交流电源以供给电动机。 变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4 个部分组成。整流部分为 三相桥式不可控整流器，逆变部分为 IGBT 三相桥式逆变器，且输出为 PWM 波形，中 间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 MM4 系列是西门子近些年在中国销售的主力通用变频器， 与其 6SE70/71 系列形成低 高搭配，MM4 在功率上是 250KW 以下，6SE70/71 可以覆盖 2.22300KW 范围；MM4 侧重 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 14 通用，价格相对便宜，而 6SE70/71 侧重高性能和多机传动解决方案，价格高。在 MM4 内部又分为：MM410/420/430/440，用以瞄准多个不同的市场方向，降低其配置和成本， 加强其竞争力。其中： 1、MM420 功率范围是：0.12-11kw，主要用于 OEM 行业的中小功率变频器配套，如 纺织、印刷、包装等 2、MM430 功率范围：7.5-90KW,主要用于风机水泵的应用 3、MM440 功率范围：0.12-250KW，是 MM4 系列中性能、功率最全的产品，可以覆 盖 MM410/420/430 不能满足要求的场合，具备更优越的性能，采用了多种控制方案包括 矢量控制，能满足大多数行业的需要 MM420 具有模块化设计。操作面板和通讯模块可以不使用任何工具，非常方便的 用手进行更换，MM420 适合用于各种变速驱动系统装置，尤其适合用于水泵，风机和 传送带系统的驱动装置。 MM430 适合用于工业部门的水泵和风机。比 420 具有更多的输入输出端，还具有 优化的带有手动，自动切换的操作面板，以及自适应功能的软件。 MM440 更厉害了。适合用于各种变速驱动装置。尤其适合用于吊车和起重系统， 立体仓储系统，食品，饮料和烟草工业以及包装工业的定位系统。这些应用对象要求变 频器具有比常规应用更高的技术性能和更快的动态响应。 主要是应用的区别，440 最高级，具有矢量控制，可以应用在要求比较高的场合。 430 一般应用在水泵或者风机之类的电机上，420 是通用变频器，应用在要求不高的一 般变频场合 该系列中的 MM440 变频器是一种通用变频器，能适用于一切传动系统，采用了现 代先进的矢量控制系统，使得当负载突然增加时仍能保持控制的稳定性。 如要对变频器进行通信控制，需要先对变频器的参数进行设置，主要对以下几个参 数进行调整，如表 1-3 所示。 表 1-3 变频器参数设置表 参数号参数值说明 P000521显示实际频率 P07005COM 链路的 USS 设置 P10005通过 COM 链路的 USS 设定 P201069600baud P20111USS 地址 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 15 P0300根据具体电动机设置电动机类型 P0304根据具体电动机设置电动机额定电压 P0305根据具体电动机设置电动机额定电流 P0310根据具体电动机设置电动机额定频率 P0311根据具体电动机设置电动机额定转速 对于在此系统中的三个变频器，都采用通信控制，对于不同的变频器的控制，只需 要将这三个变频器进行地址编号，在程序控制当中，通过对不同地址的变频器发送控制 命令，实现对不同变频器的控制，即对于控制不同设备的变频器，改变参数 P2011 中的 值，在此系统中，控制大车变频器的地址为 1，控制小车变频器的地址为 2，控制升降 机的变频器地址为 3。 3.3.3 各类按钮各类按钮 在这个控制系统的自动操作中，采用三个机械按钮，控制桥式起重机系统的启动和 停止，手动/自动按钮使用按钮，即旋到一边接通，旋到另外一边就断开；自动启动按钮 采用触点触发式按钮；急停按钮使用旋转复位按钮，按下后系统停止，旋转后自动弹起 复位。 在手动控制状态时，对于每个设备都对应设置一个按钮，采用触点触发式按钮，即 按下接通，松开复位。 3.3.4 限位开关限位开关 在此系统中，共用了 6 个限位开关：前进限位开关、后退限位开关、左移限位开关、 右移限位开关、上升限位开关和下降限位开关。限位开关主要是用来控制设备在运动过 程中的停止时刻和位置。 （1）大车前进限位开关。 前进限位开关用于控制大车在向前运行时的位置，防止 大车向前运动超出范围。事先在纵向轨道一端的合适位置上安装好限位开关，当大车向 前运行时，如果未进行停车操作，当接触到轨道前方的限位开关时，PLC 控制大车停止 运行。 （2）大车后退限位开关。 后退限位开关用于控制大车在向后运行时的位置，防止 大车向后运动超出范围。事先在纵向轨道一端的合适位置上安装好限位开关，当大车向 后运行时，如果未进行停车操作，当接触到轨道后方的限位开关时，PLC 控制大车停止 运行。 （3）小车左移限位开关。 左移限位开关用于控制小车在向左运行时的位置，防止 小车向左运动超出范围。事先在横向轨道一端的合适位置上安装好限位开关，当小车向 后左运行时，如果未进行停车操作，当接触到轨道左边的限位开关时，PLC 控制小车停 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 16 止运行。 （4）小车右移限位开关。 右移限位开关用于控制小车在向右运行时的位置，防止 小车向右运动超出范围。事先在横向轨道一端的合适位置上安装好限位开关，当小车向 右运行时，如果未进行停车操作，当接触到轨道右边的限位开关时，PLC 控制小车停止 运行。 （5）重物上升限位开关。 上升限位开关用于控制升降机在向上运行时的位置，防 止升降机向上运动超出范围。事先在工作台上端的合适位置上安装好限位开关，当升降 机向上运行时，如果未进行停车操作，当接触到工作台上端的限位开关时，PLC 控制升 降机停止运行。 （6）重物下降限位开关。 下降限位开关用于控制升降机在向下运行时的位置，防 止升降机向下运动超出范围。事先在工作台下端的合适位置上安装好限位开关，当升降 机向下运行时，如果未进行停车操作，当接触到工作台下端的限位开关时，PLC 控制升 降机停止运行。 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 17 第四章第四章软件系统设计软件系统设计 编程软件采用西门子公司为 S7-200 系列 PLC 开发的 STEP 7-Micro-WIN32。 以上介绍了桥式起重机的结构，以及 PLC 外围电路连接，这些是桥式起重机控制 系统的硬件基础，该部分的设计与控制系统是否能实现其预想的功能有很大关系。在完 成硬件系统的基础上，就可以根据起重机的控制要求，进行软件设计。软件设计采用自 上而下的设计方法，需要先设计出控制系统的功能流程图，然后根据具体的要求，逐步 细化控制框图，最后完成每个功能模块的设计，然后进行编译、调试、修改过程。 4.14.1 总体流程设计总体流程设计 根据系统的控制要求，控制过程全部在人工控制下进行，每个设备可单独运行， 也可同时进行，以测试设备的性能，桥式起重机控制系统流程图如图 4-1 所示。 运行启动 大车运行起重机运行小车运行 图 4-1桥式起重机控制系统流程图 可以通过按钮对大车、小车和起重机进行起停控制，并且可以通过按钮增大或减小 变频器的频率来改变其速度，以检测调速性能。 4.1.14.1.1 大车控制系统大车控制系统 人工操作大车的运行、停止、加速及减速，按下启动按钮后，系统开始上电工作， 其工作过程主要包括以下几个方面。 （1）通过按钮控制大车的运行。 （2）通过按钮控制大车的停止。 （3）通过按钮控制大车的加速。 （4）通过按钮控制大车的减速。 （5）前进限位开关防止大车向前运行超出范围。 （6）后退限位开关防止大车向后运行超出范围。 以上工作过程并不是顺序控制过程，而是按照 PLC 检测到按钮状态进行启动，大 车控制系统流程图如图 4-2 所示。 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 18 4.1.24.1.2 小车控制系统小车控制系统 人工操作小车的运行、停止、加速及减速，按下启动按钮后，系统开始上电工作， 其工作过程主要包括以下几个方面。 （1）通过按钮控制小车的运行。 （2）通过按钮控制小车的停止。 （3）通过按钮控制小车的加速。 （4）通过按钮控制小车的减速。 （5）左移限位开关防止小车向左运行超出范围。 （6）右移限位开关防止小车向右运行超出范围。 以上工作过程并不是顺序控制过程，而是按照 PLC 检测到按钮状态进行启动，小 车控制系统流程图如图 4-3 所示。 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 19 大车控制 子程序 停止？停止运行 Y N N N N YY N 图 4-2 大车控制系统流程图 前进？后退？ 接通正向 接触器 接通反向 接触器 到达正向限 位开关？ 停止大 车运行 加速？ 增加变频器 的输出频率 减小变频器 的输出频率 到达反向限 位开关？ 停止大 车运行 Y Y N Y 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 20 小车控制 子程序 停止？ 停止运行 左移？右移？ 接通正向 接触器 接通反向 接触器 到达左侧限 位开关？ 停止小 车运行 加速？ 增加变频器 的输出频率 到达右侧限 位开关？ 停止小 车运行 减小变频器 的输出频率 Y N N Y Y NN Y Y N Y N 图 4-3 小车控制系统流程图 4.1.34.1.3 升降机控制系统升降机控制系统 人工操作升降机的运行、停止、加速及减速，按下启动按钮后，系统开始上电工作， 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 21 其工作过程主要包括以下几个方面。 （1） 通过按钮控制升降机的运行。 （2） 通过按钮控制升降机的停止。 （3） 通过按钮控制升降机的加速。 （4） 通过按钮控制升降机的减速。 （5） 上升限位开关防止升降机向上运行超出范围。 （6） 下降限位开关防止升降机向下运行超出范围。 以上工作过程并不是顺序控制过程，而是按照 PLC 检测到按钮状态进行启动， 起重机控制系统流程图如图 4-4 所示。 升降机控 制子程序 停止？ 停止升降机 运行子程序 下降？上升？ 接通正向 接触器 接通反向 接触器 到达下位限 位开关？ 加速？ 升降机停止 运行子程序 增加变频器 的输出频率 减小变频器 的输出频率 到达上位限 位开关？ 升降机停止 运行子程序 Y N N Y N Y N Y N Y N Y 图 4-4 起重机控制流程图 4.1.44.1.4 升降机悬停控制系统升降机悬停控制系统 人工操作升降机在空中的停止，按下启动按钮后，系统开始上电工作，其工作过程 主要包括以下几个方面。 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 22 （1）重物停止时，变频器频率逐渐降低，下降至某设定值后，停止下降，启 动定时器。 （2）定时到，启动电磁制动器。 （3）电磁制动器启动后，变频器频率降低至 0Hz。 （4）重物启动时，变频器频率逐渐升高，上升至某设定值后，停止上升，启 动定时器。 （5）定时到，停止电磁制动器。 （6）电磁制动器停止后，变频器频率逐渐上升，重物在空中启动。 以上工作过程根据重物所处的位置，并按照 PLC 读取的变频器参数进行控制， 升降机悬停控制流程图如图 4-5 所示。 4.2 各个模块梯形图设计 在设计程序过程中，会使用到许多寄存器、中间继电器、定时器等软元件，为了便 于编程及修改，在程序编写前应先列出可能用到的软元件，如表 1-4 所示。 1-4元件设置 元件意义内容备注 M0.0起重机停止标志on 有效 M0.1起重机启动标志on 有效 M0.2起重机电磁制动器启动标志on 有效 M0.3大车电动机正转标志on 有效 M0.4大车电动机反转标志on 有效 M0.5大车停止标志on 有效 M0.6小车电动机正转标志on 有效 M0.7小车电动机反转标志on 有效 M1.0小车停止标志on 有效 M1.1升降机上升标志on 有效 M1.2升降机下降标志on 有效 M1.3升降机停止标志on 有效 M2.0到达升降机下限频率标志on 有效 M2.1电磁制动器启动标志on 有效 M2.2送 0Hz 到升降机变频器标志on 有效 M2.3到升降机上限频率标志on 有效 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 23 M2.4送上限频率标志on 有效 M2.5断开电磁制动器标志on 有效 M3.0电磁制动器运行标志on 有效 M4.0USS_INIT 指令完成标志on 有效 M4.1确认大车变频器的响应标志on 有效 M4.2指示大车变频器的运行状态标志on 为运行；off 为停止 M4.3指示大车变频器的运行方向标志on 为逆时针；off 为顺时针 M4.4指示大车变频器禁止位状态标志on 为被禁止；off 为不禁止 M4.5指示大车变频器故障位状态标志on 为故障；off 为无故障 M5.0USS_INIT 指令完成标志on 有效 M5.1确认小车变频器的响应标志on 有效 M5.2指示小车变频器的运行状态标志on 为运行；off 为停止 M5.3指示小车变频器的运行方向标志on 为逆时针；off 为顺时针 M5.4指示小车变频器禁止位状态标志on 为被禁止；off 为不禁止 M5.5指示小车变频器故障位状态标志on 为故障；off 为无故障 M6.0USS_INIT 指令完成标志on 有效 M6.1确认升降机变频器的响应标志on 有效 M6.2指示升降机变频器的运行状态标志on 为运行；off 为停止 M6.3指示升降机变频器的运行方向标志on 为逆时针；off 为顺时针 M6.4指示升降机变频器禁止位状态标志on 为被禁止；off 为不禁止 M6.5指示升降机变频器故障位状态标志on 为故障；off 为无故障 T37频率降低定时器 T38频率升高定时器 VD10下降频率阈值寄存器 VD20上升频率阈值寄存器 VD30大车频率寄存器 VD40小车频率寄存器 VD50升降机频率寄存器 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 24 VD60升降机频率反馈值寄存器 VB400USS_INIT 指令执行结果 VB402USS_CTRL 错误状态字节 VW404大车变频器返回的状态字原始值 VD406大车全速度百分值的变频速度-200%200% VB500USS_INIT 指令执行结果 VB502USS_CTRL 错误状态字节 VW504小车变频器返回的状态字原始值 VD506小车全速度百分值的变频速度-200%200% VB600USS_INIT 指令执行结果 VB602USS_CTRL 错误状态字节 VW604升降机变频器返回的状态字原始值 VD606升降机全速度百分值的变频速度-200%200% 4.2.14.2.1 大车控制程序大车控制程序 系统上电后，通过操作面板上的控制按钮操作大车的运行，大车控制梯形图程序如 图 4-6 所示。 与图 4-6 所示的梯形图程序所对应的语句表程序如下： LDM0.1;起重机启动标志 AI0.2；大车前进按钮 OM0.3 ANI0.3；大车后退按钮 ANM0.5；大车停止标志 ANM0.0；起重机停止标志 ANI2.1；大车前进限位开关 =M0.3；大车电动机正转标志 LDM0.1 AI0.3；大车后退按钮 OM0.4 ANI0.2；大车前进按钮 ANM0.5 ANM0.0 ANI2.2；大车后退限位开关 =M0.4；大车电动机反转标志 LDM0.1 AI0.6；大车停止按钮 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 25 OI2.1 OI2.2 =M0.5 MOVR0.0,VD30；大车变频器输出频率置 0 LDM0.1 LPS AI0.5；大车电动机加速按钮 ASM0.5；周期为 1s 的时钟脉冲 EU1 +R5.0,VD30；在每个上升沿速度增加 5% LPP AI0.6；大车电动机减速按钮 ASM0.5 EU -R5.0,VD30；在每个上升沿速度减小 5% 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 26 升降机停 止子程序 重物停止？重物启动？ 保持原 有状态 变频器频率 逐渐下降 变频器频率 逐渐上升 到 达 设 定值？ 频率停止下降定 时 1s 启动 延时到？ 电磁制动 器启动 变频器频率降低 到 0，重物在空 中停止 到 达 设 定值？ 频率停止上升定 时 1s 启动 延时到？ 电磁制动 器停止 变频器频率上升 到设定值，重物 在空中开始启动 NN N N N N YY Y YY Y 图 4-5 升降机悬停控制流程图 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 27 图 4-6大车控制梯形图程序 4.2.24.2.2 小车控制程序小车控制程序 系统上电后，通过操作面板上的控制按钮操作小车的运行，小车控制梯形图程序如 图 4-7 所示。 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 28 图 4-7小车控制梯形图程序 与图 4-7 所示的梯形图程序所对应的语句表程序如下 LDM0.1 AI0.7;小车左移按钮 OM0.6 ANI1.0；小车右移按钮 ANM1.0；小车停止标志 ANM0.0 ANI2.3；小车左移限位开关 =M0.6；小车电动机正转标志 LDM0.1 AI1.0；小车右移按钮 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 29 OM0.7 ANI0.7；小车左移按钮 ANM1.0 ANM0.0 ANI2.4；小车右移限位开关 =M0.7；小车右移标志 LDM0.1 AI1.3；小车停止按钮 OI2.3 OI2.4 =M1.0；小车停止标志 MOVR0.0,VD40；小车变频器输出频率置 0 LDM0.1 LPS AI1.1；小车加速按钮 ASM0.5 EU +R5.0,VD40；小车速度增加 5% LPP AI1.2 ASM0.5 EU -R5.0,VD40；小车速度减少 5% 4.2.34.2.3 升降机控制程序升降机控制程序 系统上电后，通过操作面板上的控制按钮操作升降机的运行，升降机控制梯形图程 序如图 4-8 所示。 与图 4-8 所示的梯形图程序所对应的语句表程序如下： LDM0.1 AI1.4；重物上升按钮 OM1.1 ANI1.5；重物下降按钮 ANM1.3；升降机停止标志 ANM0.0 ANI2.5；重物上升限位开关 =M1.1；重物上升标志 LDM0.1 AI1.5；重物下降按钮 OM1.2 ANI1.4 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 30 图 4-8升降机控制梯形图程序 ANM1.3 ANM0.0 ANI2.6；重物上升限位开关 =M1.2；重物下降标志 LDM0.1 AI2.0；重物停止按钮 OI2.5 OI2.6 =M1.3；重物停止标志 MOVR0.0,VD50；升降机变频器输出频率置 0 LDM0.1 LPS AI1.6；升降机加速按钮 ASM0.5 ANM2.3；到升降机上限频率标志 EU +R5.0,VD50；升降机速度增加 5% LPP AI1.7；升降机减速按钮 ASM0.5 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 31 ANM2.0；到升降机下限频率标志 EU *R5.0,VD50 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 32 +R5.0,VD50；升降机速度减少 5% 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 33 4.2.44.2.4 升降机悬停升降机悬停/ /启动控制程序启动控制程序 系统上电后， 升降机在半空进行停止和启动的控制， 升降机悬停/启动控制梯形图程 序如图 4-9 所示。 与图 4-9 所示的梯形图程序所对应的语句表程序如下： LDM0.1 AR=VD60,VD10；升降机速度降至设定值 =M2.0 =M2.1；电磁制动器启动标志 MOVRVD10,VD50；将下降频率阈值送入变频器 LDM0.1 AM2.0 TONT37,10；升降机速度降至设定值后延时 LDM0.1 AT37 =M2.2；升降机速度降至 0 标志 MOVR0.0,VD50；升降机变频器输出频率置 0 LDM0.1 AM3.0 AR=VD60,VD20；升降机速度升至设定值 =M2.3；升降机速度升至设定值标志 =M2.4 TONT38,10；升降机速度升至设定值后延时 LDM0.1 AM2.4 MOVRVD20,VD50；升降机变频器输出置设定值 LDM0.1 AT38 =M2.5；时间到，松开电磁制动器 、 4.2.54.2.5 设备变频器控制程序设备变频器控制程序 大车变频器控制通信梯形图程序如图 4-10 所示。 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 34 USS-INIT EN ModeDone BaudError Active USS-CTRL EN RUN OFF-2 OFF-3 F-ACK DIR DriveResp_R TypeError SpeedStatus Speed Run_EN D_Dir Inhibit Fault 1 9600 16#1 1 M4.0 VB400 1 1 VD30 M4.1 VB402 VB404 VD406 M4.2 M4.3 M4.4 M4.5 SM0.1 SM0.0 SM0.0 SM0.0 SM0.0 SM0.0 I2.7 4-10 大车变频器控制通信梯形图程序 与图 4-10 所示的梯形图程序所对应的语句表程序如下： LDSM0.1 南通职业大学毕业设计（论文）桥式起重机控制系统 35 CALLUSS-INIT,1,9600,16#01,M4.0,VB400;Mode=1 使用 USS 协议， 波 特率为 9600baud,变频器地址为 1 LDSM0.0 =L60.0 LDSM0.0 =L63.7 LDNSM0.0 =L63.6 LDNSM0.0 =L63.5 LDI2.7 =L63.4 LDSM0.0 =L63.3 LDL60.0 CALL USS-CTRL,L63.7,L63.6,L63.5,L63.4,L63.3,1,1,VD30,M4.1,VB 402,VW404,VD406,M4.2,M4.3,M4.4,M4.5 ;Drive=1 表示变频器地址为 1，Type=1 表示所使用的变频器 是 MM4 系列， ；Speed=VD30 是变频器的速度百分比 小车变频器控制通信梯形图程序如图 4-11 所示。 与图 4-11 所示的梯形图程序所对应的语句表程序如下： LDSM0.1 CALLUSS-INIT,1,9600,16#02,M5.0,VB500;Mode=1 使用 USS 协议，波特率为 9600baud,变频器地址为 2 LDSM0.0 =L60.0 LDSM0.0 =L63.7 LDNSM0.0 =L63.6 LDNSM0.0 =L63.5 LDI2.7 =L63.4 LDSM0.0 =L63.3 LDL60.0 CALLUSS-CTRL,L63.7,L63.6,L63.5,L63.4,L63.3,2,1,VD40,M5.1,VB502 VW504,VD506,M5.2,M5