试析可编程序控制器PLC在桥式起重机电气控制中的应用修改4.docx

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试析可编程序控制器PLC在桥式起重机电气控制中的应用修改4.docx

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试析可编程序控制器PLC在桥式起重机电气控制中的应用修改4

试析可编程序控制器（PLC）在桥式起重机电气控制中的应用

[摘要]：

本文介绍一种采用日本三菱公司PLC系统产品，对起重机大小车的运行方向和速度换档、吊钩的升降方向及速度换档进行编程控制，同时能检测各个设备的运行及故障状态并显示，减小了传统的主令控制及继电控制系统的中间环节，加上摇控功能，减少了更多硬件和控制线，极大提高了系统的稳定性、可靠性及操作的方便性。

[关键词]：

桥式起重机可编程序控制器（PLC）电气控制应用

前言

随着计算机技术、微电子技术以及数字通信技术的飞快发展，可编程控制器（PLC）产品结合类计算机产业中最先进的技术手段以及自动化控制的重要理论，在其性能指标及其功能上进一步完善，打破了传统（PLC）概念，在电气控制领域的发展越来越完善和广泛。

可编程序控制器（PLC）主要以计算机的微处理器为基础，综合计算机的应用技术、通讯技术以及自动控制技术而发展起来的一种通用控制器。

虽然PLC由较为复杂的微处理器组成，但是在实际应用过程中，完全不必了解微处理器的内部结构。

最初，PLC还仅是作为继电器接触器控制系统的替代品，而自从进入电气控制系统领域后，凸显了其独有的优越性，以其自身强大的抗干扰能力、自诊断功能等，提高了电气控制系统的可靠性，基本解决了普通继电器及接触器中常见的故障问题，经过调试后可长期安全可靠地运行。

桥式起重机是冶金行业工厂必不可少的主体设备，由于传统主令控制器或单纯继电器控制的桥式起重机有故障多难维护的特点，对生产影响极大，PLC应用于桥式起重机是成功的，本文将对PLC的特点、基本工作过程、在桥式起重机电气控制中的应用等问题进行分析与阐述。

1 可编程序控制器（PLC）的特点

1.1 体积小、重量轻

超小型的PLC底部尺寸＜100mm，重量＜150g，其功耗仅为数瓦。

由于其体积小，很容易装入机械中，便于机电一体化的实现。

1.2 实用性普遍

PLC可适用于各种规模的电气控制场合，除了基本的逻辑处理功能之外，当前大多PLC具有数据运算能力，并可应用于数字控制领域中。

近年来，PLC的功能日益完善，PLC的应用已经普遍到温度控制、位置控制及CNC等多个控制领域。

1.3 抗干扰能力强

由于PLC采用了现代化的大规模集成电路技术，在内部电路、生产工艺等方面均采取先进的抗干扰处理技术，具有较高的可靠性。

另外，PLC还自备硬件故障自动检测功能，一旦出现故障即可发出警报。

在软件应用中，应用者还可编入外围器件的自诊断故障程序，让系统中出了PLC之外的电路与设备也能获得自我保护功能。

1.4 应用简单、普遍

PLC作为直接面向企业的工控设备，具有接口容易、编程语言易于被工程技术人员接受并理解等特点，尤其图形符号及梯形图语言、表达方式等与继电器电路图基本类似，只需通过PLC的少量开关量逻辑控制指令就能熟练实现在电气控制中的应用。

1.5 维护与改造方便

PLC通过存储逻辑替代了接线逻辑，减少了控制设备外在的接线，极大减少了控制系统设计和建造的时间，为后期维护提供了方便，同时程序较易改变，可极快应用于生产过程的改变。

2 桥式起重机电气控制原理及PLC控制程序应用

PLC及相关外围设备的设计原则应满足“与工业控制系统为一个整体、方便功能扩展”，所有的电气控制系统的实现都是根据工艺要求，最终提高生产效率及产品质量。

因此，在设计PLC控制系统时，应满足被控对象的基本要求，并对实际工作现场进行研究、收集资料，并实现设计人员与操作人员的密切配合，共同拟定可操作方案，对可能潜在的问题进行共同分析、共同解决。

并在满足各方控制要求的前提下，考虑控制系统的简单性与经济性，方便后期的使用及维修，并确保电气控制的安全性、稳定性。

PLC在桥式起重机电气控制中的基本工作过程（以昆钢板带厂冷车间9#行车35/5吨进行PLC改造后为例）。

2.1系统硬件构成及I/O分配端子设计

2.1.1系统硬件构成

桥式起重机的运动机构分为主、副升降机构，大、小车运行机构，都有正反转调速控制，电机调速采用转子串电阻调速控制，运行机构和电机都有限位保护、过流保护、仓门开关保护、失压保护，与传统桥式起重机相比还增加了遥控器系统。

根据以上桥式起重机控制的要求，控制系统硬件组成由PLC、继电器、遥控器系统、开关、及各限位器开关组成。

确定I/O点数，根据被控对象PLC控制系统的技术指标和要求，确定所需的输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。

在估算系统的I/O点数和种类时，要全面考虑输入、输出信号的个数，I/O信号类型（数字量/模拟量），电流、电压等级，是否有其他特殊要求等因素。

以上统计的桥式起重机数据是PLC完成系统功能所必须满足的，但具体确定I/O点数时则要求按实际I/O点数再向上附加20%~30%的备用量。

PLC型号选择，选择PLC机型时应该考虑厂家、性能结构、I/O点数、存储容量、特殊功能等方面。

但在选择过程中应注意CPU的功能要强，结构要合理，I/O的控制规模要适当，输入、输出功能及负载能力要匹配以及对通信系统响应速度的要求，还要考虑电源的匹配等问题。

在桥式起重机上考虑到它的特殊性及上述具体要求，所以选择三菱公司FX2N-80M系列，I/O点数合计为160点。

2.1.2I/O分配端子（PLC接口图1）

见图1。

2.2桥式起重机电气控制原理

（1）主钩起升机构控制原理图（图2）：

主钩起升工作原理：

按下遥控器按钮上，接收器得信号接通（U）由PLC输入（X3），由（Y3）输出，中间继电器（K4）得电，经过下降接触器（ZK21）常闭触点，上升接触器（ZK11）得电工作，主钩上升。

主钩下降工作原理：

按下遥控器按钮下，接收器得信号接通（D）由PLC输入（X4），由（Y4）输出，中间继电器（K5）得电，经过上升接触器（ZK11）常闭触点，下降接触器（ZK21）得电工作，主钩下降。

图2

（2）副钩起升控制原理图（图3）：

副钩起升工作原理：

按下遥控器按钮上，接收器得信号接通（U）由PLC输入（X3），由（Y3）输出，中间继电器（K4）得电，经过下降接触器（ZK21）常闭触点，上升接触器（ZK11）得电工作，副钩上升。

副钩下降工作原理：

按下遥控器按钮下，接收器得信号接通（D）由PLC输入（X4），由（Y4）输出，中间继电器（K5）得电，经过上升接触器（ZK11）常闭触点，下降接触器（ZK21）得电工作，副钩下降。

其中主、副钩在遥控器上按钮共用，操作时有按钮③进行切换。

图3

（3）大车运行机构控制原理图（图4）：

大车运行机构工作原理：

按下遥控器按钮（北），接收器得信号接通（S）由PLC输入（X13），由（Y25）输出，中间继电器（K22）得电，经过向南运行接触器（DK21）常闭触点，向北运行接触器（DK11）得电工作，大车运行机构向北运行。

按下遥控器按钮（南），接收器得信号接通（M）由PLC输入（X14），由（Y26）输出，中间继电器（K23）得电，经过向北运行接触器（DK11）常闭触点，向南运行接触器（DK21）得电工作，大车运行机构向南运行。

图4

（4）小车运行机构控制原理图（图5）：

小车运行机构工作原理：

按下遥控器按钮（东），接收器得信号接通（E）由PLC输入（X22），由（Y34）输出，中间继电器（K29）得电，经过向西运行接触器（XK21）常闭触点，向东运行接触器（XK11）得电工作，小车运行机构向东运行。

按下遥控器按钮（西），接收器得信号接通（W）由PLC输入（X23），由（Y35）输出，中间继电器（K30）得电，经过向东运行接触器（XK11）常闭触点，向西运行接触器（XK21）得电工作，小车运行机构向西运行。

图5

2．3控制程序

PLC的编程方式：

梯形图、指令语言。

本应用主要程序包括4大部分：

安全保护部分、功能控制部分、故障输出和各机构控制部分。

编写的控制过程中，充分考虑了控制系统的安全问题，多处均设置逻辑互锁。

指令语言程序简单明了，如下所述：

X000

212

NOP

AND

X027

213

X014

OUT

Y000

214

AND

X020

X001

215

ANI

X013

M100

216

AND

X032

AND

Y000

217

AND

X036

OUT

M100

218

ANI

Y025

M100

219

AND

X040

OUT

Y001

220

MPS

X002

221

AND

X015

AND

Y000

222

OUT

Y026

OUT

M101

223

MPS

M101

224

AND

X016

OUT

Y002

225

OUT

M24

X003

226

MRD

ANI

Y004

227

AND

T22

ANI

X006

228

OUT

M26

AND

X007

229

MPP

AND

X010

230

AND

T23

AND

X030

231

OUT

M27

AND

X034

232

MPP

AND

X040

233

OUT

M29

OUT

Y003

234

T24

MPS

235

OUT

M25

AND

236

AND

M25

OUT

237

OUT

T22

K20

MRD

240

M26

AND

241

OUT

T23

K10

AND

X005

244

M28

OUT

245

M29

MRD

246

OUT

Y033

AND

247

M20

AND

X016

248

M24

OUT

249

OUT

Y027

MRD

250

OUT

T24

K30

AND

253

M21

OUT

254

M25

MPP

255

OUT

Y030

AND

256

M22

OUT

257

M26

X004

258

OUT

Y031

ANI

Y003

259

M23

ANI

X006

260

M27

AND

X030

261

OUT

Y032

AND

X034

262

X022

AND

X040

263

AND

X025

OUT

Y004

264

ANI

X023

MPS

265

AND

X033

AND

266

AND

X037

AND

X005

267

ANI

Y035

OUT

268

AND

X040

MRD

269

MPS

AND

270

AND

X024

AND

X016

271

OUT

Y034

OUT

272

MPS

MRD

273

AND

X016

AND

274

OUT

M30

OUT

275

MRD

MPP

276

AND

T30

AND

277

OUT

M32

OUT

278

MPP

Y003

279

AND

T13

Y004

280

OUT

M33

OUT

K10

281

MPP

OUT

Y012

282

OUT

M38

283

T34

Y004

284

OUT

M31

OUT

K10

285

AND

M31

OUT

Y011

286

OUT

T30

K20

289

M32

290

OUT

T31

K10

OUT

K10

293

X023

OUT

Y010

294

AND

X026

295

ANI

X022

296

AND

X033

OUT

K10

297

AND

X037

OUT

Y007

298

ANI

Y034

299

AND

X040

300

MPS

OUT

K10

301

AND

X024

OUT

Y006

302

OUT

Y035

303

MPS

304

AND

X016

OUT

Y005

305

OUT

M34

Y003

306

MRD

Y004

307

AND

T32

OUT

Y013

308

OUT

M36

X003

309

MPP

ANI

X004

310

AND

T33

AND

X006

311

OUT

M37

100

AND

X011

312

MPP

101

AND

X012

313

OUT

M39

102

AND

X031

314

T34

103

AND

X035

315

OUT

M35

104

AND

X040

316

AND

M35

105

OUT

Y014

317

OUT

T32

K20

106

MPS

320

M36

107

AND

T10

321

OUT

T33

K10

108

OUT

M11

324

M30

109

MRD

325

M34

110

AND

T11

326

OUT

Y041

111

AND

X005

327

OUT

T34

K30

112

OUT

M12

330

M31

113

MRD

331

M35

114

AND

T12

332

OUT

Y040

115

AND

X016

333

M32

116

OUT

M13

334

M36

117

MRD

335

OUT

Y037

118

AND

T13

336

M33

119

OUT

M14

337

M37

120

MPP

338

OUT

Y036

121

AND

T14

339

M38

122

OUT

M15

340

M39

123

X004

341

OUT

Y042

124

ANI

X003

342

END

125

AND

X006

126

AND

X031

127

AND

X035

128

AND

X040

129

OUT

Y015

130

MPS

131

AND

T11

132

AND

X005

133

OUT

M16

134

MRD

135

AND

T12

136

AND

X016

137

OUT

M17

138

MRD

139

AND

T13

140

OUT

M18

141

MPP

142

AND

T14

143

OUT

M19

144

Y014

145

Y015

146

OUT

T10

K10

149

OUT

Y023

150

M11

151

Y015

152

OUT

T11

K10

155

OUT

Y022

156

M12

157

M16

158

OUT

T12

K10

161

OUT

Y021

162

M13

163

M17

164

OUT

T13

K10

167

OUT

Y020

168

M14

169

M18

170

OUT

T14

K10

173

OUT

Y017

174

M15

175

M19

176

OUT

Y016

177

Y014

178

Y015

179

OUT

Y024

180

X013

181

AND

X021

182

ANI

X014

183

AND

X032

184

AND

X036

185

ANI

Y026

186

AND

X040

187

MPS

188

AND

X015

189

OUT

Y025

190

MPS

191

AND

X016

192

OUT

M20

193

MRD

194

AND

T20

195

OUT

M22

196

MPP

197

AND

T21

198

OUT

M23

199

MPP

200

OUT

M28

201

T24

202

OUT

M21

203

AND

M21

204

OUT

T20

K20

207

M22

208

OUT

T21

K10

211

NOP

2．4程序的动态调试运行

结合程序监视运行的动态显示，分析程序运行的结果，以及影响程序运行的因素，然后推出程序运行和监视状态，在STOP状态下对程序进行修改编辑，重新编译、下载、监视运行，如此反复调试，直到得出正确的运行结果。

3系统抗干扰措施

可编程控制器的主要应用场合是工业现场，工作环境中各种干扰对设备的正常运行存在着严重的影响。

所以在本系统中也不例外，有必要考虑PLC的抗干扰的措施。

抗干扰主要措施有：

（1）输入信号电缆、输出信号电缆和电力电缆都要分开铺设，不能扎在一起。

（2）必要时需时选用带有屏蔽层的输入、输出信号电缆，并注意一端接地。

（3）为避免干扰，同一电平等级的信号才能用一条多芯电缆传输，所以，在在数字信号和模拟信号，在任何情况下，都必须分开电缆进行传输，低电平信号线应与其他信号线分开。

尽量缩短模拟量I/O信号线的长度，并采用双芯屏蔽线作为信号线。

（4）保持良好的通风环境，在设备现场，尽量不要把PLC安装在多尘、有油烟、有导电灰尘、有腐蚀性气体、热源或潮湿的地方。

4 结束语

本文针对桥式起重机控制系统进行的研究，通过研究控制系统的原理与控制过程，进而用PLC改造，通过具体的研究学习，该系统改造成PLC后，使用安全度高，尤其是在保护性能方面更安全。

PLC改造成本不高，改造后的系统性能稳定，实用。

用PLC

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