料车卷扬变频调速控制系统(西门子plc+富士变频器)

1、存档号： 学号：石家庄铁路职业技术学院毕 业 设 计料车卷扬变频调速控制系统设计系 部 电气工程系 专业名称 XXXXX 指导教师 学生姓名 二一X年XX月石家庄铁路职业技术学院电气工程系201X级毕业设计（论文）任务书题目名称料车卷扬变频调速控制系统设计课题来源自拟指导教师XXX起止日期201X年 XX月XX日 至 20XX年 XX月XX日设计内容、主要技术参数与工作量（计算说明书、论文字数、图纸张数、外文翻译、计算机应用）在冶金高炉炼铁生产线上，一般将准备好的炉料能够从地面的储矿槽运送到炉顶的生产机械叫做高炉上料设备。它主要由料车坑、料车、斜桥、上料机等部分组成。工作过程中，两个料车交替上

2、料，当装满炉料的料车上升时，另一个空料车下行，空料车重量相当于一个平衡锤，平衡了料车自身的重量。这样上升或下行时，两个料车有一个卷扬机拖动，电动机运行时，总有一个料车上行，没有空行程。电动机始终处于电动工作状态。料车在斜桥上的运行分析：料车在斜桥上的运行分为起动、加速、稳定运行、减速、倾翻和制动6个阶段，在整个过程中包括一次加速和两次减速。电动机型号：Y280S-8三相交流感应电动机，额定功率37KW，额定电流为78.2A，额定电压380V。电动机高速运行频率为50Hz，中速运行频率为25Hz，低速运行频率为10Hz具体工作示意图参见附页。设计PLC变频控制系统实现上述功能。课题要求及目标1、

3、课题要求：1）认真分析控制要求，选择合理的变频器及PLC型号，分配I/O。2）绘制主电路图、控制原理图、器件布置图和接线图；3）编写PLC控制程序；2、目标：PLC控制系统实现料车卷扬调速控制系统的工作要求。使用的工具软件AutoCAD绘图软件，PLC编程软件。提交的设计资料毕业设计说明书一份；进 度 计 划阶段日期计划完成工作量指导教师检查意见备注XX月XX日XX月X（1周）进行控制任务分析，查阅资料，掌握整个系统的工作原理、工作过程。XX月X日XX月XX（1周）进行PLC选择，功能配置，I/O分配，进行PLC控制系统的外部电路设计、元器件选择。XX月XX日XX月XX（1周）进行PLC控制系

4、统的程序设计模拟调试。XX月XX日XX月XX（1.5周）编写设计说明书及需要提交的其它设计资料，准备答辩。 自动控制 教研室201X年XX月XX日附页：料车卷扬工作过程见下图：图1： 料车卷扬设备工作示意图图2：料车上升卸料过程示意图图3：料车上升过程中速度切换示意图图4：料车上升过程中速度变化示意图摘 要本设计主要利用西门子PLC系统完成。主要介绍了料车卷扬控制系统的PLC的特点、PLC的功能、发展趋势、PLC控制电梯的软、硬件设计。在示意图、原理图、电机的控制梯形图和程序流程图的基础之上提出了PLC的编程方法。关键字：卷扬机 ； PLC ； 西门子目 录第一章 系统概述11.1系统构成11

5、.2系统工艺流程与控制要求11.3任务分析2第二章 料车高、中、低速运行参数设置32.1料车速度控制要求32.2卷扬机的分类及特性32.3变频器的参数意义42.4变频器的参数设置操作方法5第三章 硬件设计63.1 变频器的选择63.2 I/O分配及PLC的选型73.3 其他器件10第四章 软件设计16第五章 毕业设计总结18致 谢19第一章 系统概述1.1系统构成在冶金高炉炼铁生产线上，一般把准备好的炉料从地面的贮矿槽运送到炉顶的生产机械为高炉上料设备。它主要包括料车坑、料车、斜桥、上料机。冶金炉高100m³，电动机容量37kW，转速740r/min，卷筒直径500mm，总减速比15

6、.75，最高钢绳速度1.5m/s、料车全行程时间40s和钢绳全行程51m等。1.2系统工艺流程与控制要求在工作过程中，两个料车交替上料，当装满炉料的料车上升时，空料车下行，空车重量相当于一个平衡锤，平衡了重料车的车箱自重。当上行或下行时，两个料车由一个卷扬机拖动，不但节省了拖动电动机的功率，而且当电动机运转时总有一个重料车上行，没有空行程。这样使拖动电动机总是处于电动状态运行，避免了电动机处于发电运行状态所带来的一些问题。料车运行分析：料车分为正常运行状态与检修状态。在正常运行状态中斜桥上的运行分为启动、加速、稳定运行、减速、倾翻和制动共6个阶段，在整个过程中包括一次加速、两次减速。检修状态中

7、，左右料车可点动运行。系统可单程运行和连续运行。系统设有急停按钮与电磁抱闸装置以应付突发状况。系统工艺流程图如图1-3所示。根据料车的工艺流程，卷扬机的工作特点主要有以下几点。1能够频繁启动、制动、停车、反向运行，转速平稳，过渡时间短。 2能按照一定的速度曲线运行。 3调速范围广，一般调速范围为0.53.5m/s，目前料车最高线速度可达3.8m/s。系统工作可靠。料车在进入曲线轨迹段和离开料坑时不能有高速冲击，重点位置能准确停车。1.3 任务分析速度的改变由变频器控制实现。根据料车运行速度，可画出变频器频率曲线，如图1所示。图1中OA为重料车启动加速段，加速时间为3s；AB为料车高速运行段，f

8、1=50Hz为高速运行时所对应的变频器频率；BC为料车的第一次减速段，由主令控制器发出第一次减速信号给PLC，由PLC控制变频器5000G11，使频率从50Hz下降到25Hz；EF为料车降低速度运行段，频率为10Hz；FG为料车制动停车段，当料车运行至高炉顶时，限位开关发出停车命令，由PLC控制5000G11完成停车。左右料车运行速度曲线一致。图1 料车上升过程中速度变化示意图第二章 料车高、中、低速运行参数设置2.1料车速度控制要求根据料车运行素的要求，电动机在高速、中速、低速段的速度曲线采用变频器设定的固定频率，按速度切换主令控制器发出的信号由PLC输出端控制转速的切换。而速度的改变由变频

9、器控制实现。根据料车运行速度，可画出变频器频率曲线，如图2-1所示。图2-1中OA为重料车启动加速段，加速时间为3s；AB为料车高速运行段，f1=50Hz为高速运行时所对应的变频器频率，电动机转速为740r/min，钢绳速度1.5m/s；BC为料车的第一次减速段，由主令控制器发出第一次减速信号给PLC，由PLC控制变频器G11，使频率从20Hz下降到6Hz，电动机转速从296r/min下降到88.8r/min，钢绳速度从0.6m/s下降到0.18m/s；EF为料车降低速度运行段，频率为10Hz；FG为料车制动停车段，当料车运行至高炉顶时，限位开关发出停车命令，由PLC控制G11完成停车。左右料

10、车运行速度曲线一致。2.2卷扬机的分类及特性垂直提升、水平或倾斜拽引重物。卷扬机分为手动卷扬机和电动卷扬机两种。现在以电动卷扬机为主。电动卷扬机由电动机、联轴节、制动器、齿轮箱和卷筒组成共同安装在机架上。对于起升高度和装卸量大工作频繁的情况。调速性能好，能令空钩快速下降。对安装就位或敏感的物料能用较小速度。 随着社会的发展，机械将会越来越取代人力，这也是机械行业飞速发展的后果。在机械的发展历史中，新机械的发明有着举足轻重的作用。但是，那些很久以前就被利用生产并一直延续到今天的机械更是起着不可替代的作用，卷扬机就是一例。卷扬机的发展就像其他机械一样，从开始的简单到现在的复杂从以前的机械动力到现在

11、的电力动力，从以前的人工操作到现在的电脑操作甚至智能操作。 卷扬机又称绞车，是起重垂直运输机械的重要组成部分配合井架、桅杆、滑轮组等辅助设备，用来提升物料、安装设备等作业。由于它结构简单、搬运安装灵活、操作方便、维护保养简单、使用成本低、对作业环境适应能力强等特点。广泛应用于冶金起重、建筑、水利作业等方面。本设计就传统的卷扬机说起一直到现在以及将来的发展。卷扬机是起重垂直运输机械的重要组成部分配合井门，架、桅杆、滑轮组等辅助设备，用来提升物料、安装设备等作业。由于它结构简单、操作方便、维护保养简单、使用成本低、可靠性高等优点，提升重物是卷扬机的一种主要功能！2.3变频器的参数意义变频器各项参数

12、意义如表1所示。表1 变频器参数设置表序号功能参数名称设定数据1H03数据初始化012F00数据保护03F01频率设定04F02运行操作15F03最高输出频率50Hz6F04基本频率50Hz7F05额定电压380V8F06最高输出电压380V9F07加速时间3s10F08减速时间1.8s11F09电子热继电器112F10电子热继电器OL设定值110%13F11电子热继电器热常数0.5min14E01X1端子功能015E02X2端子功能116C05多步频率设定150Hz17C06多步频率设定225HZ18C07多步频率设定310Hz19P01电动机级数8级20P02电动机功率37kW21P03电

13、动机额定电流78.2A2.4变频器的参数设置操作方法2.4.1 恢复出厂设置H03 数据初始化 1 初始化（恢复出厂设定值）需注意的是初始化完成后，H03自动变成02.4.2 常规操作控制面板操作：(1). 变频器没有主电源开关，因此，当电源电压接通时变频器就已带电。(2). 除非数据保护已经解除，否则不能录入变频器相关参数(3). 变频器出厂时已按相同额定功率的电动机的常规应用对象进行编程。如果用户采用的是其它型号的电动机，就必须输入电动机铭牌上的规格数据。(4). 为了使电动机开始运行，可以将控制方式调至面板控制 总上所述，在卷扬级上料系统中，用变频器对料车系统调速进行控制，可降低系统能耗

14、，做到节能、环保的作用，虽然料车系统不是风机或泵类系统，但此系统功率大，且长期连续运行，所以用变频器对其进行调速控制可大大降低功率，减少能耗，达到环保的效果。第三章 硬件设计3.1 变频器的选择（1）变频器的容量高炉卷扬系统具有恒转矩的特性，重载启动时，变频器的容量应按运行过程可能出现的最大工作电流来选择，即：IN>IMmax式中，IN为变频器的额定电流；IMmax为电动机的最大工作电流。变频器的过载能力通常为变频器额定电流的1.5倍，这只对电动机的启动或制动过程才有意义，不能作为变频器选型时的最大电流。因此，所选择的变频器容量应比变频器说明书中的“配用电动机容量”大一挡至大二挡；且应具

15、有无反馈矢量控制功能，使电动机在整个调速范围内，具有真正的恒转矩，满足负载特性要求。（2）制动单元从上料卷扬运行速度曲线可以看出，料车在减速或定位停车时，应选择相应的制动单元及制动电阻，使变频器直流回路的泵升电压UD保持在允许范围内。（3）控制与保护料车卷扬系统是钢铁生产中的重要环节，拖动控制系统应保证绝对安全可靠。同时，高炉炼铁生产现场环境较为恶劣，所以，系统还应具有必要的故障检测和诊断功能3.2 I/O分配及PLC的选型3.2.1 PLC选型在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比，具体应考虑到：功能合理；PLC的处理速度应满足实时控制的要求；PLC应用系统结构合理、机型系统应

16、统一；在线编程和离线编程的选择等。本次设计所选用的可编程控制器是s7-200plc系列。这种PLC是由西门子与驱动集团开发、生产的小型模块化PLC系统。S7-200除了能够进行传统的继电器逻辑控制、计数和计时控制，还能进行复杂的数学计算、处理模拟信号，并可支持多种协议和形式的数据通信。S7-200系列产品具有高性能的中央处理器和种类繁多的扩展模块，因其模块化的灵活设计而具有广泛的适用范围，同时具有极高的性价比。S7-200无论单机运行，还是互相或者与其他设备组成网络，都具有优异的表现本设计使用西门子公司s7-200PLC cpu222型3.2.2 I/O分配表2 I/O分配表输入信号输出信号I

17、0.0运行|停止按钮SBQ0.0电机正转KA1I0.1一号小车下到位行程开关SQ1Q0.1高速KA2I0.2一号小车中到位行程开关SQ2Q0.2中速KA3I0.3一号小车上到位行程开关SQ3Q0.3低速KA4I0.4一号小车停止位行程开关SQ4Q0.4电机反转KA5I0.5二号小车下到位行程开关SQ5Q0.5运行信号HL1I0.6二号小车中到位行程开关SQ6I0.7二号小车上到位行程开关SQ7图2 主电路图图3 原理图3.3 其他器件3.1.3断路器（QF）的选择Ipk=2.1Istm+I30(n-1)= 2.1x7x78.2=1149.54AIOP(0)=2.5Ipk=2.5x1149.54

18、=2873.85A长延时过电流脱扣器的动作电流IOP(1)的整定IOP(1)=1.1I30=1.1x78.2=86.02A查表选DZ20G-100;IN=100A,UN=380V该断路器的瞬时脱扣器整定电流为：12IN=12x100=1200A<2873.85A因此不满足。查表选DZ20-400;IN=250A，UN=380V该断路器的瞬时脱扣器整定电流为：12IN=12x250=3000A>2873.85A满足要求。所以断路器QF选DZ20-400 （380V,250A），1台 3.1.4按钮的选择 （1）SB的选择SB为点动按钮，所以按钮颜色为黑色。查表选NP2-EA33 IN

19、=5A 黑色 1个 （2）行程开关(SQ1.SQ2.SQ3.SQ4.SQ5.SQ6.SQ7)的选择查表选YBLX-1/11 220V 5A 7个 3.1.5信号灯（HL1）的选择查表选AD11-22/41-7GZ IN=5A 红色 1个 3.1.6线槽的选择因为线槽用于软线的敷设，没有过多的要求，所以我们选择的线槽只要能够将软线放入即可。如图4所示： 线槽型号：PVC-25*12.5即满足 3.1.7开关电源的选择因为PLC用到的电压为24v，所以需要把交流380v的电压转换成适用于PLC的电压，所以我们特殊电压源只需把就交流变成直流的24v就可以。如图5电源：安装尺寸：主单元（W*H*D）9

20、7*99*36mm。3.1.8 接线排的选择接线排的选择根据它所带的最大负荷计算，所以选择TD-100型的接线排；接线排外形如图6所示： 安装尺寸：主单元（A*B*H）6.6*69*42mm。L1=21.5mm dxa=6×13mm。 3.1.9 按钮的选择按钮在此设计中包括起动按钮和停止按钮。按钮的开孔直径是22mm。型号：DS-212； 3.1.10 导线的选择电面板的电流不需很大，在额机额定电流为78.2A，共有1个电机，所以电机导线为BV-16，连接定电流以下即可，所以面板导线为BVR-2.5。：3.3.11低压断路器的选择低压断路器是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负

21、荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器。它具有一定的保护功能：过负荷、短路、欠压、漏电保护等断路器。外形如图9所示： 安装尺寸：主单元（A*B*H）72*(801.5)*(77.51.5)mm。3.3.12行程开关的选择在此设计中，行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5，SQ6，SQ7选用能自动复位的双转换开关，位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。在电气控制系

22、统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。用于控制机械设备的行程及限位保护。构造：由操作头、触点系统和壳组成。型号：DZ-10G-10外形如图10所示： 安装尺寸：主单元（A*B*H）70*47*35mm3.1.13信号灯的选择选择直径22mm的信号灯如图11元器件清单详见附录3.1.14中间继电器的选择图12 中间继电器中间继电器使用JZ7-44中间继电器，此中间继电器有4常开4常闭触电，能很好的满足要求接线图图13 接线图布置图 图14 布置图外观图图15 外观图第四章 软件设计软件设计需用到西门子专用的软件 stmp7 mirco/win图16 梯形图图17 梯形图第

23、五章 毕业设计总结转眼间一个月的时间过去了，从开始选题到结束，在这期间我过的很充实，毕业设计是一个重要环节，是大学三年学习的总结和提高。毕业设计是一个漫长的过程，在此期间，通过查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸。每个过程都是对自己能力的一次检验和充实，但同时也暴露出自己专业基础很多不足之处，比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，对具体设计涉及到的整理图纸。致 谢 本次设计在霍俊仪老师的细心指导和严格要求下完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着霍老师的心血和汗水，在三年的学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向霍俊仪老师表示深深地感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使