基于PLC的桥式起重机控制系统的设计终稿Word文档格式.doc
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指导教师：
赵志刚
职称：
助教
湖南人文科技学院教务处制
湖南人文科技学院本科毕业设计诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者签名：
二○年月日
湖南人文科技学院毕业设计
基于PLC的桥式起重机控制系统设计
摘要：
传统的桥式起重机采用继电器和串电阻调速作为主控制器及调速方式，面对现代工作生产中起重机的频繁起动、制动、反转、变速等操作容易因机械疲劳造成结构开裂、器件更换频繁等问题。
本设计是基于PLC的桥式起重机控制系统，控制系统选取西门子公司的S7-200系列PLC作为控制器实现对起重机大车、小车、主钩及副钩的起动、停止、反向运动等一系列控制，在速度调控方面采用安川VS-616G5变频器对各机构进行变频调速。
系统中还设计了完善的运行指示模块，操作人员能够清晰直观的监测起重机各部位运行情况。
通过本设计的一系列功能，在性能上提高了桥式起重机工作效率、扩大了调速范围，经济上提高了桥式起重机的使用寿命、减少了损耗，在安全方面提高了金属结构、机构和电气设备的可靠性，保证了作业安全。
关键字：
桥式起重机；
变频调速；
S7-200
DesignofControlSystemofBridgeCraneBasedonPLC
Abstract：
Bridgecranewithtraditionalrelayandseriesresistancespeedasthemaincontrollerandspeedcontrolmode,thefaceoffrequentcranemodernworkproductioninstarting,braking,reverse,speedandeasyoperationduetomechanicalfatiguecrackingcausedbyfrequentreplacement,devicestructureetc..ThedesignofcontrolsystemofbridgecranecontrolsystembasedonPLC,selectionofSiemenscompanyS7-200seriesPLCascontrollerofcrane,trolley,themainhookandtheauxiliaryhookstart,stop,reversemovementandaseriesofcontrolinspeedregulation,useANCHUANVS-616G5seriesinvertervariablefrequencyspeedcontrolofeachmechanism.Thesystemisdesignedtoimprovetheoperationindicationmodule,theoperatorcanmonitorthecranepartsofclearandintuitiveoperation.Throughaseriesoffunctionsofthedesign,theperformanceimprovestheworkefficiency,enlargethespeedrangeofbridgecrane,economicincreasetheservicelifeofthebridgecrane,thelossisreduced,thesafetyaspectsofimprovingreliabilityofmetalstructure,andelectricalequipment,ensuretheoperationsafety.
KeyWords：
Bridgecrane;
Frequencycontrol;
I
目录
第一章绪论 1
1.1桥式起重机的研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国内发展现状 1
1.2.2国外发展现状 2
1.3本课题的研究目的和意义 3
第2章基于PLC桥式起重机控制系统的总体设计 4
2.1桥式起重机的工作原理 4
2.2系统方案设计 5
2.3电机的选型 6
2.4变频器的选型 7
2.5辅助器件的选择 8
第3章控制系统的硬件设计 10
3.1电气图 10
3.2PLC的选型 11
3.2.1主控器的选型 11
3.2.2扩展模块的选型 12
3.3系统I/O分配 12
3.4控制系统的硬件接线图 15
第4章基于PLC桥式起重机机控制系统的软件设计 16
4.1编程软件的介绍 16
4.2系统流程图的设计 16
4.2.1系统主流程图 16
4.2.2运行机构流程图 17
4.2.3起升机构流程图 18
4.3梯形图设计 19
4.3.1大车电机的控制 19
4.3.2大车抱闸系统的控制 19
第5章总结与展望 21
5.1总结 21
5.2展望 21
致谢 22
参考文献 23
附录 24
附录A系统硬件接线图 24
附录B系统完整梯形图程序 27
III
第一章绪论
1.1桥式起重机的研究背景
桥式起重机是使用最广泛、拥有量最大的一种轨道运行式起重机，广泛应用于工矿企业的车间，仓库或露天场地。
桥式起重机一般由装有大车运行机构的桥架、装有起升机构和小车运行机构的起重小车、电气设备、司机室等几大部分组成。
经过几十年的发展，我国桥式起重机在各方面不断积累经验，不断改造，推动了桥式起重机的技术进步。
但是在实际的使用过程中，结构开裂是时有发生的事情。
造成这个现象的主要原因是频繁的超负荷作业以及过大的机械振动引起的机械疲劳[1]。
传统的起重机驱动方案主要为以下五种：
（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[2]。
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，也没有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[3]。
在未来，机械工业的计算机化、高度自动化是不可阻挡的趋势。
现代工业控制过程中可编程控制器以其便捷的计算机化、可靠的性能得到了越来越广泛的应用。
本课题正是以可编程控制器为主控器来进行设计的。
1.2国内外研究现状
1.2.1国内发展现状
起重机原理在我国宋代农业生产中就已经得到应用，但是没有得到良好的传承和发展。
我国起重机械的生产在解放前是一个空白，新中国成立后才开始研制自己的桥式起重机。
桥式起重机在国内从开始研制到今天已经走过六十年的发展历程，经历了从无到有、从简到精的蜕变，在发展的过程中主要有三个阶段。
新中国成立之后，国家将工作重心转移到经济建设当中，发展重工业便是首要的任务。
1949年10月27日，由大连起重机器厂生产出我国第一台双梁桥式起重机，该起重机重量为5吨，跨度为22.5m。
该起重机的生产成功代表着我国起重机技术步入了发展轨道。
由于我国重工业水平处于起步阶段，所以当时桥式起重机生产技术还不够成熟，该起重机仅仅能够进行简单、呆板的运作，而且需要耗费大量的人力来协同作业。
随着改革开放的不断深入，我国桥式起重机生产企业以及研究机构与国外起重机生产企业联系日益增强。
1995年10月，中国上海振华港口有限公司制造出一台ZPMC桥式起重机采用德国AEG公司的电气驱动系统，装配电子防摇系统和自动化操作系统。
为了节约人力，提高工作效率，改善作业条件，这是我国第一次将遥控系统用于桥式起重机运输机械，在控制方式上具有划时代的意义。
近年来，我国桥式起重机朝着大型化、高效化、协同作业化发展，并且取得了不俗的成绩。
2006年由太原重工股份有限公司研制成功的最新科技成果—我国第一台无线并车吊运百米钢轨新型桥式起重机在山西省科技厅举办的科技成果鉴定会上通过了专家鉴定。
2010年8月中国第二重型机械公司为镇江基地生产了第一台160/50t-32mA5级吊钩桥式起重机[4]。
1.2.2国外发展现状
在国外桥式起重机的发展历程当中，无论是从起步时间、发展速度以及发展水平方面都明显优于我国。
国外桥式起重机发展史上迎来过两次春天，第一次在第一次工业革命之后，第二次是计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术飞速发展的二十一世纪初期。
19世纪后期，第一次工业革命起于英国席卷欧洲，蒸汽机的使用代替了传统的水力驱动，起重机的技术革新犹如雨后春笋般跳入人们的眼球。
德马克公司在1873年维也纳世界博览会推出世界第一台蒸汽驱动的桥式起重机[5]。
七年之后，第一台钢铁材料制成的、以电力拖动的桥式起重机在德国出现，但是该起重机驱动方式采用的是集中全部驱动的方式，在电机同步当中存在很大的问题。
二十一世纪初，随着计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术飞速发展，国外许多桥式起重机制造公司将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现桥式起重机的自动化和智能化。
2010年，德国德马克公司制成一台可用激光查找起吊物体重心、在取物装置上装有超声波传感器引导自动抓取货物的桥式起重机，其自动防摇系统能在运行速度200m/min、加速度0.5m/s2的情况下很快使摇摆振幅减至几个毫米。
1.3本课题的研究目的和意义
本课题当中以桥式起重机为研究对象，传统的桥式起重机采用交流绕线串电阻的方式来实行启动和调速，同时采用继电-接触器控制，这种控制方式可靠性低且操作非常复杂同时故障率较高。
桥式起重机大多工作任务繁重、工作环境相对恶劣，传统的桥式起重机容易发生电动机以及所串电阻烧损的情况，不仅影响到正常的生产进而造成经济损失，更有甚者造成人员伤亡。
经过本系统设计改造之后桥式起重机的起动、抱闸制动以及变速等过程更加平稳，定位更加精确，而且大大减少了负载波动，提高了安全性能。
系统运行过程中，开关器件实现了无触点化，具有半永久性的使用寿命。
经改进后，电动机起动电流大幅减小，在起动和停止时电机
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