行车控制设计文档终.docx
《行车控制设计文档终.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《行车控制设计文档终.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
行车控制设计文档终
基于PLC的行车控制设计文档
覃毅力
一、设计概述
行车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作用显著，因此对于提高行车的运行效率，确保运行的安全可靠性，降低物料搬运成本是十分重要。
本设计要求设计一行车控制系统，能控制行车在水平面上进行运动。
行车的大车的运动依靠两个15kw的三相交流异步电机。
行车的小车的运动依靠一个15kw的三相交流异步电机。
小车上有主钩和副钩两个吊钩，能分别依靠两个75kw的三相交流异步电机进行升降。
主钩和副钩能进行单独操作和联机操作。
采用可编程逻辑控制器PLC内部复杂逻辑的设计实现对变频器开关量端子的控制，变频逻辑的控制改变变频器输出电源的频率和电压这两个参数来实现了变频调速。
变频调速是一平滑的过程，在调节速度过程中是无级的，对振动不敏感。
其本身具有控制接线简单，全过程可调整，调速精度高，启动力矩大，过载能力强等优点，从而满足生产要求，同时也起到了极好的节能效果。
行车模型如下图1、图2所示：
图1行车俯视图
图2行车前视图
二、设计要求
1.列出所用的设备选型和材料的清单（所用的型号，数量，规格）。
2.设备的安装位置，包括传感器的安装位置。
3.操作台、控制柜的主电路图和控制电路图。
4.电机能进行5档调速，和正反转。
5.行车上的主吊钩和副吊钩能进行单机，或者联机工作。
6.控制面板的示意图。
7.各项报警指示。
8.采用开关，指示灯，台达触摸屏和操作杆等作为人机交互的途径。
9.应对行车各点进行限位，以使行车安全稳定地运行。
*设计备注
1.行车控制采用三菱或者台达PLC作为控制器，变频器采用安川的变频器
2.低电压电器采用施耐德公司的产品。
三、系统分析
本设计采用了1台三菱PLC作为总控制，通过控制4台变频器，控制5台电机，从而控制大车、小车和2台吊机的运动。
其中负荷测量装置用于检测吊机是否超载，从而为安全运行提供保障。
大车和小车上的限位开关作为大小车运行位置的限定。
吊车上的限位开关作为吊钩上下运动时的限位。
图3系统框图
四、主要设备选型
4.1PLC选型
根据被控对象的I/O点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功等方面的考虑，为了实现适应工业环境下干扰多，强度大，控制器稳定性要求高的特点，主控制器选择三菱PLC。
型号为：
FX2N-80MR-001。
继电器输出型。
FX2N-80MR-001的I/O口数量为80个，其中基本输入40个，基本输出输出40个。
通过挂接一个IO扩展模块，既可满足本设计所需的IO点数。
IO扩展模块选择FX2n-32ER,可扩展16个输入口，16个输出口，在满足本设计需求的基础上，又有富余的IO口，可以为系统增添新的功能。
电源模块采用A1SY28A，负载电压为220v，电流为1A。
4.2电机选择
共使用5个三相交流异步电机。
机构
电机型号及其功率/电流
数量
大车
YTSZ160L-4--15KW/29A
2
小车
YTSZ160L-4--15KW/29A
1
吊钩
YTSZ280S1-4--75KW/136A
2
4.3变频器选择
变频器的选择主要考虑以下几个因素：
1.应用于恒压控制还是恒流控制；
2.变频器的负载类型；
3.变频器与负载是否匹配；
4.是否应用于一些高温、高海拔的情况。
对于用于起重设备的电机，所驱动的负载属于重负载型，电机需要提供较大的转矩。
并且在电机启动时常常要比较大的启动电流，在过载时也要求变频器能承受，因此对变频器的要求就比较高，一般选择大一个或几个档次的变频器。
对于拖动大车和小车的电机，驱动的负载类型属于大惯性的负载，因此选用的变频器也应选大一个等级的变频器。
本设计使用了4台安川变频器：
为了适应380v工业电压和本项目控制上的要求，采用了安川的A1000系列的变频器。
机构
型号
参数
数量
选择原因
大车
CIMR-AB4A0088
400v/37kw
1
考虑到变频器控制的两个15kw的电机用于小车的牵引，因此选用重负载HD额定功率为37kw的变频器作为电机驱动。
小车
CIMR-AB4A0044
400v/18.5kw
1
考虑到变频器控制的10kw的电机用于小车的牵引，因此选用重负载HD额定功率为118.5kw，型号为CIMR-AB4A0031的变频器。
主、副吊机
CIMR-AB4A0208
400v/90kw
2
两台重负载HD额定功率为90kw的变频器，比电机额定功率大一个等级，是为了适应电机用于升降机常常出现的超负荷运行的情况。
变频器的档位可以根据所驱动机构的不同而选择不同频率，原则是能让机构运行平稳和高效。
机构
型号
档0
档1
档2
档3
档4
大车
CIMR-AB4A0088
0Hz
10Hz
25Hz
35Hz
50Hz
小车
CIMR-AB4A0044
0Hz
10Hz
25Hz
35Hz
50Hz
主、副吊机
CIMR-AB4A0208
0Hz
5Hz
15Hz
25Hz
35Hz
4.4低压电器
4.4.1接触器
接触器的选择主要考虑接触器控制的电路的电流的大小，应选用接触器的最大电流在所控制电路的额定电流1.5倍左右的接触器。
本设计所选择的主电路接触器KM0为常开型，型号为：
NS1250，额定电流800A。
操作人员在系统开机后可以通过PLC控制主电路的闭合，让主电路通电。
4.3.2塑料外壳断路器
断路器主要用于保护电路。
当电路中电流过大，超过额定值时，断路器动作，切断电路中的电流，以保护电器元件和人员安全。
选择断路器时主要考虑断路电流，既能满足系统正常运行时通过电流，又能满足电流超载之后的自动断开。
为了配合驱动电机的功率和所选用的变频器型号，为各回路选择了以下电抗器：
所控制回路
型号
脱扣电流
符号
大车电机回路
NF125
100A
QF4
小车电机回路
NF63
50A
QF3
主钩回路
NF250
225A
QF2
副钩回路
NF250
225A
QF1
主电路回路
NV630
630A
QF0
4.3.3制动单元和制动电阻单元
电机在制动过程中，由于惯性作用，会产生大量的再生电能，如果不及时消耗掉这部分再生电能，就会直接作用于变频器的直流电路部分，轻者，变频器会报故障，重者，则会损害变频器。
因此变频器要配合制动单元和制动电阻使用。
制动电阻的阻值主要根据最大允许通过电流和所需制动转矩的大小选择。
器件名称
机构
型号
数量
制动单元
小车变频器
内置
大车变频器
CDBR-4045B
1
吊机变频器
CDBR-4045B
2×2
制动电阻单元
小车变频器
LKEB-4018
1
大车变频器
LKEB-4030
1
吊车变频器
LKEB-4045
2×4
五、辅助设备选型
设备名
型号
作用
备注
负荷测量装置
QCX-15轴承座传感器
用于测量吊钩的拉力，在超载时报警
传感器安装在轴承座上，比安装在吊钩末端更安全
重锤式限位开关
GX-1型高度限位器
吊钩的限位
施耐德限位开关
XCMN2102L1限位开关
用于限制大车和小车的运动范围
台达触摸屏
DOP-B07S200
用于显示一些设备运行状态和一些报警信息
机械制动器
当大车和小车、起重装置要停止时，提供一个机械制动力
应该选用驻车制动器，在大车和小车需要运动时，才控制制动器打开，平时状态下关闭；吊车制动器也应该采用常闭合型，以防止在吊装货物时突然断电，货物脱落
AC电抗器
小车：
X002504
大车：
X002506
吊机：
X002568
变频器在工作的过程中采用先整流，再逆变的方式变频，会对电网中产生很强的高频干扰。
因此在输入端加装电抗器，以滤掉这些高频干扰
根据安川变频器手册，在大于22kw的变频器中已经内置有DC电抗器。
再加上AC电抗器，让系统运行更稳定。
三相电源控制器
三相电源和电机温度控制继电器
RM35TM
主要用来保护三相电机的运行，可以及时检测三相电源的网络故障，包括单相模式和三相电源网络故障导致的马达过热
六、PLCI/O分配表
输入口（42）
输出口（34）
主电路开关输入B1
X0
变频器1速度选择
Y0-Y2
大车急停按钮B2
X1
变频器1方向选择
Y3Y37
副吊急停按钮B5
X4
变频器2反向选择
Y8Y38
小车急停按钮B7
X6
变频器3速度选择
Y10-Y12
主吊急停按钮B8
X7
变频器3方向选择
Y13Y39
小车摇杆档位0
X9
变频器4速度选择
Y15-Y17
小车摇杆档位1
X10
变频器4方向选择
Y18Y40
小车摇杆档位3
X12
接触器KM0
Y20
小车摇杆档位4
X13
变频器1RST
Y21
小车运动方向
X15
变频器2RST
Y23
大车摇杆档位0
X16
变频器3RST
Y24
大车摇杆档位1
X17
大车机械制动
Y25
大车摇杆档位2
X18
小车机械制动
Y26
大车摇杆档位3
X19
电机1散热风扇
Y27
大车摇杆档位4
X20
电机2散热风扇
Y28
大车运动方向
X21
电机3散热风扇
Y29
主吊摇杆档位0
X22
电机4散热风扇
Y30
主吊摇杆档位1
X23
电机5散热风扇
Y31
主吊摇杆档位2
X24
主吊机械制动
Y32
主吊摇杆档位3
X25
副吊机械制动
Y33
主吊摇杆档位4
X26
变频器4RST
Y35
主吊运动方向
X27
接触器KM1
Y4
副吊摇杆档位0
X28
接触器KM2
Y9
副吊摇杆档位1
X29
接触器KM3
Y14
副吊摇杆档位2
X30
接触器KM4
Y19
副吊摇杆档位3
X31
接触器KM5
Y36
副吊摇杆档位4
X32
副吊运动方向
X33
主吊点动按钮B10
X34
副吊电动按钮B11
X35
大车限位器X1,X3
X36
大车限位器X2,X4
X37
小车限位器X5
X38
小车限位器X6
X39
主吊限位器X7
X40
副吊限位器X8
X41
变频器1故障输入
X42
变频器2故障输入
X43
变频器3故障输入
X44
变频器4故障输入
X45
七、传感器安装位置
7.1大小车限位器安装示意图
图4传感器安装位置
7.2吊钩限位器（行程开关）安装示意图：
图5吊钩限位器安装图
八、控制面板示意图
图6控制面板示意图
九、报警提示功能
触摸屏主要用于系统一些参数的显示和设置，并且在系统出现故障时用于故障的报警。
主要显示以下一些参数：
1.大车、小车的运行速度
2.吊钩单机/联机模式切换
3.控制柜内温度
4.电机温度
等等
主要有以下一些报警信息：
5.大车电机故障报警
6.小车电机故障报警
7.主钩电机故障报警
8.副钩电机故障报警
9.电机温度过高报警
10.电路过/欠电压报警
等等
十、本设计实现功能
本设计完成之后，能控制行车在限位器限定的范围内通过吊钩，进行物品的运送。
操作人员可通过以下过程实现安全操作行车：
1.操作人员操作行车时，首先应该按下“控制面板”中的“控制电路开关”，开关接通PLC的控制回路，控制回路上电，三菱PLC开始进入工作状态。
2.接着操作人员按下“控制面板”中的“主电路开关”按钮，按钮传送一开关量（24v直流电平）至PLC，PLC向控制主电路通断的接触器KM0输出控制量，将KM导通。
主电路导通三相交流电。
3.操作人员通过控制“主吊摇杆”和“副吊摇杆”可以分别向PLC输入吊钩运动的速度和方向，通过5个输入口将数字量的速度信号传送给PLC，PLC接收到控制信号之后，向相应的变频器输出3个数字量的24v直流信号，表示电机应该运行的频率。
并且输出一个表示电机运行方向的开关量。
变频器接收信号，向电机输出相应频率和相位的三向交流电流，以控制电机运动。
吊钩上下都有限位，当超过限位时，重锤式限位开关将动作，输入一个开关量到PLC。
PLC在获取信号后，控制变频器的输出频率为0HZ，电机将停止运转，同时机械制动器工作，将吊钩锁定。
在吊取重物的过程中，负荷传感器始终监测着负载的状况。
如果出现过载的危险情况，负荷传感器将会传送信号至PLC，此时PLC将会输出一个一定频率的信号，让控制面板上的指示灯“主钩超载/副钩超载”闪烁，并且发出警报声，以警告操作人员。
4.操作人员吊起重物后，可以通过控制“大车摇杆/小车摇杆”从而控制大车的前进和后退，小车的左行和右行。
摇杆都设置了5级调速，通过5个输入口与PLC相连，PLC可以获知当前所需速度。
PLC获取行相应速度和方向后，向变频器输出相应的数值，从而控制电机运动。
运行过程中当大车或者小车到达限位时，限位开关动作，输送一个开关量给PLC，
PLC关闭相应电机变频器，电机将停止，同时刹车装置动作，将车子停下。
5.若操作过程中某部分电路出现问题，操作人员可以通过“控制面板”上断掉相应部分电路的按钮的操作，通过PLC控制相应部分的接触器KM2--KM4,从而切断，或者闭合相应部分电路。
6.若运行过程中出现什么危险或者故障，将会在触摸屏上显示相应的故障信息和报警。
十一、电路图
11.1主回路图
11.1变频器控制电路图
11.3限位器控制电路图
11.3散热风扇控制电路图
十二、器件清单
类别
型号
数量
单价
合计
三菱PLC
FX2N-80MR-001
1
IO扩展模块
FX2n-32ER
1
变频器1
CIMR-AB4A0088
1
变频器2
CIMR-AB4A0031
1
变频器3
CIMR-AB4A0208
2
负荷测量传感器
QCX-15型轴承座传感器
2
高度限位开关
GX-1
2
限位开关
XCMN2102L1
6
台达触摸屏
DOP-B07S200
1
电机1
YTSZ160L-4
3
电机2
YTSZ280S1-4
2
控制面板指示灯
XB2E系列指示灯
若干
控制面板按钮
XB7系列按钮
若干
控制柜
桥式起重机制动器
驻车制动器
PLC电源模块
A1SY28A
制动单元
CDBR-4045B
5
制动电阻单元1
LKEB-40318
1
制动电阻单元2
LKEB-4030
1
制动电阻单元3
LKEB-4045
8
塑壳式断路器1
NV630
1
塑壳式断路器2
NF63
1
塑壳式断路器3
NF125
1
塑壳式断路器4
NF250
2
电抗器1
X002504
1
电抗器2
X002506
1
电抗器3
X002568
2
升级会员 