畢業論文-基于plc和變頻器的橋式起重機控制系統設計(存儲版)

　　

【正文】 XCTI PLC_1 BOOL 0 閉合小車電機的繼電器 XCBPBJ PLC_1 BOOL 0 小車變頻器故障信號 XCGZBJ PLC_1 BOOL 0 小車故障信號 ZGPI PLC_1 VW8 WORD 0 驅動主鉤電機頻率設置 ZGSS PLC_1 BOOL 0 驅動主鉤電機上升輸出點 ZGSX PLC_1 VW10 WORD 0 驅動主鉤電機速度輸出值 ZGTI PLC_1 BOOL 0 驅動主鉤電機繼電器閉合 ZGXJ PLC_1 BOOL 0 驅動主鉤電機下降輸出點 ZGBPBJ PLC_1 BOOL 0 主鉤變頻器故障信號 ZGCZBJ PLC_1 BOOL 0 主鉤超重報警信號 ZGGZBJ PLC_1 BOOL 0 主鉤故障報警信號 PLC 程序設計 PLC 編程軟件概述 S7200 的編程語言是 STEP 7micro/win32，它是用于 S7200 系列 PLC 進行編程、調試的全新軟件，它是在國際標準工 EC11313 的基礎上建立的，可以用LAD, FBD 和 STL 來編程。 S7200 向人機界面產品提供全局數據服務，其數據傳輸速率位 。在MPI 網中， S7200 作為從站，從站之間不能通信， S7300/400 作為主站，當然主站也可以是編程器或 HMI 產品。 協議 PPI 通信協議是西門子專門為 S7200 系列 PLC 開發的一個通信協議。 26 起重機 變頻調速 系統設計 系統控制的要求 對橋式起重機變頻調速控制系統的基本要求 (1)主、副機構升降速度調節 。同時，交流電抗器的接入還可起到降低電機噪聲、改善起動轉矩、在電機輕載時改善電機功率因數的作用。如表 所示： 23 表 變頻器參數設置 參數號 參數值 說明 P002 6 加減時間秒 P003 6 減速時間秒 P005 5 1檔速度 P006 3 附加數字給定 P007 0 開關量輸入控制 P051 6 固定頻率 5開關 P052 6 固定頻率 4開關 P053 6 固定頻率 3開關 P054 10 故障復位 P055 1 運行右轉 P0356 2 運行左轉 P046 5 固定頻率 5 P044 15 固定頻率 4 P043 25 固定頻率 3 P061 6 故障 P062 4 外部制動控制 P077 0 V/f特性 (大車多電機 ) P077 1 FCC特性 (小車單電機 ) PLC 的選 用 目前 PLC使用性能較好的有 SIEMENS 公司、日本的三菱、歐姆龍、美國的 AB公司。考慮到電源電壓波動因素及需通過 125%超載試驗要求等因素，其最大轉距必須有 倍的負載力矩值，以確保其安全使用的要求。 四、電機效率 國外以 4 極電機作變頻電機首選極數，因此時電機有最好的功率因數和最高的工作效率，使能耗降為最低。同時由于變頻控制軟件的優化使用，使電機可以避開共振點，解決了系統在大調速區間內可能發生的共振問題。其內部集成了 D/A 轉換器、放大器等多種功能的電路，可用18 于復雜的控制場合。 CPU222 它有 8 輸入 /6輸出， I/0 共計 14 點。 主機 編程器或編程軟件 電源 輸入模塊 輸出模塊 CPU 存儲器 通信模塊 17 圖 可編程控制器基本結構示意圖 Siemens S7200 結構及工作原理 (1)S7200 系列 PLC 介紹 S7200 系列 PLC 功能強、速度快、具有模塊化、具有極高的可靠性、極豐富的指令集、 實時特性、良好的通信能力等 。考慮到運行機構的工作頻率較少，為節省成本 ，在調速中運行機構共用一臺變頻器。橋式起重機變頻調速系統主要由上位機 (工業觸摸屏系統 )、下位機 (PLC 控制系統 )、變頻調速系統組成。23130 TMMM iriLiL ??? ?? = ? ? 239。2239。239。這四個繞組上分別加上電源電壓 UD眾 UQ、 Ud、 Uq，則原型電機的電壓方程為 : ??????????????qdQDuuuu=????????????????????qqqddQqDdqqdddQqDdQqQDdDDDPLRLPLLLPLRLPLPLPLRPLPLR????0000??????????????qdQDiiii () 坐標變換后的異步電動機數學模型 由上可知，等效到α、β坐標系上的異步電動機和原型電機結構完全一致，因此原型電機的電壓方程也適用于兩相異步電動機。忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感是恒定的 。 ????????ii = ????????????????BAii320311 （ ） ??????BAii = ??????????? 320211????????ii （ ） 三相 /兩相變換符號為， iA iα iB iβ iC 對于異步電動機電壓和磁通的坐標變換表達式均與電流的變換式相同。等效的電動機繞組模型如圖 所示。用生成的 SPWM 波控制逆變器開關器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正弦規律變化的矩形脈沖列輸出電壓。 變頻器的控制電路構成 包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅動電路、外部接口電路以及保護電路等幾個部分，是變頻器的核心部分。在器件的控制模式上，從電流7 型控制模式及發展到電壓型控制模式，不僅大大降低了門極 (柵極 )的控制功率，而且大大提高了器件導通與關斷的轉換速度，從而使器件的工作頻率不斷提高。如圖 : U1UN0fNf1ba頻 率 圖 2． 基頻以上調速 在基頻以上調速時，頻率 f 可以從往上增高，但電壓 u磁通與頻率成反比的降低，相當于 與直流電機弱磁升速的情況。 1Nk — 基波繞組系數 。 由上式 ()可知，如果改變輸入電機的電源頻率 f ，則可相應改變電機的輸出轉速。其中，具有代表性的交流變頻調速裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應用，為 PLC 控制的變頻調速技術在橋式起重機系統提供了有利條件。 我們所研究的橋式起重機是電動雙梁橋式起重機，該起重機由起重小車、橋架金屬結構、橋架運行機構以及電氣控制設備等四個部分組成。(4)渦流制動器調速 。 它 能否正常工作直接影響到生產效率提高和工作任務的完成 ,甚至關系到人身、設備的安全。而橋式起重機作為物料搬運系統中一種典型設備，在企業生產活動中應用廣泛作用顯著，故對于提高其運行效率，確保運行安全，降低物料搬運成本是十分重要。究其原因是頻繁的超負荷作業及過大的機械振動沖擊所引起的機械疲勞。前四種方案均屬有級調速，調速范圍小，無法高速運行，只能在額定速 度以下調速 。 本課題設計的意義 、 主要內容 及基本參數 傳統橋式起重機的控制系統主要采用交流繞線轉子串電阻的方法進行啟動和調速，繼電一接觸器控制，這種控制系統的主要缺點有 : 2 ，工作任務重，電動機以及所串電阻燒損和斷裂故障時有發生。 本課題橋式起重機基本參數 : 該機的起重量為 20/5 噸，其跨度 (L)為 小車起升速度為 15m/min，大車起升速度為 ，大車運行速度為 75m/min。對于直流電機來說，勵磁系統是獨立的，所以只要對電樞反應的補償合適，保持 m? 不變是很容易做到的。 1． 基頻以下調速 即采用恒定的電動勢 。在基頻以下，屬于“恒轉矩調速”的調速，而在基頻以上基本上屬于“恒功率調速”。它的主要作用是對工頻的外部電源進行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。 隨著電力半導體器件和微型計算機控制技術的迅速發展，促進了電力變頻技術新的突破性發展， 70 年代后期發展起來的脈寬調制 (Pulse Width Modulation, PWM)技術成了現在最常用的變頻器功率開關器件的控制策略。 由電動機原理可 知，異步電動機三相定子繞組電流在空間產生一個角速度為ω 1的旋轉磁場。坐標變換電路通常有三類 :即三相 /兩相變換，直角坐標 /極坐標變換和同步旋轉坐標 /靜止兩相左標變換。 ??????TMii = ?????? ?? ???? cossinsincos ????????ii （ ） 3/2 11 ????????ii = ?????? ? ???? cossinsincos ??????TMii （ ） 式中 ? 為 ? 軸的夾角， ? =? dt1? （ ） 同步旋轉變換符號為： ?i Mi ?i Ti 注意 :對于異步電動機在兩相靜止坐標系中的分量 ?i 、 ?i 是隨時間變化的交流量，而經過同步旋轉變化到 MT坐標系后得到的分量 Mi 和 Ti 則是直流量。 在上述假設下，通過坐標變換的方法，就可以建立交流電動機的電路數學模型。由于轉子繞組是短路的，所以“ 2?u 、 2?u 均為零。2 MMMM iPLiPLir ?? () 上式括號部分： 239。2 /1 ?? = 221 MMLPT ?? () 14 式中， 2239。223 Tir??? () ∴ 39。主起升和副起升兩臺電機各使用一個變頻器。 控制方式選用無 PG v/f 的變頻控制方式。并可以將這些模塊安裝在同一機架上。典型的數字量 I/0擴展模塊有 :輸入擴展模塊 EM221有兩種 :8種 DC, 8點 AC輸入 。 Siemens S7 200PLC的工作過程 :PLC 上電后，首先進行初始化，然后進 入循環工作過程。普通電機與變頻電機在不連續工作狀態下特性基本一致 。一般情況下 ja PP? ,電機容量 P 為 ? ? msj PaPP ?/?? 式中 ms? 一電機平均起動起動轉矩倍數 起重機起升機構的負荷特點是起動時間短 (13s)，只占等速運動時間的較少比例 。若用在電機額定功率選定的基礎上提高一擋的方法選擇變頻器的容量，則可能會造成不必要的放容損失。同時它具有功能齊全的編程和工業控制組態軟件，使得在完成控制系統的設計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務，24 同時具有可靠性高，運行速度快的特點，繼承了和發揮了它在大、中型 PLC 領域的技術優勢，有豐富的指令集，具有強大的多種集成功能和實時特性，其性能價格比高，所以在規模不太大的領域是較為理想的控制設備。一旦直流回路電壓超過一定的界限，該晶體管導通，并將過剩的電能通過與之相接的制動電阻器轉化為熱能耗。 控制系統 應由 PLC、繼電器、操縱臺各主令控制器、開關、按鈕、指示燈及各部位限位開關等組成。支持的波特率分別為 , 。許多廠家生產類型眾多的 Profibus 設備。 軟件 :PLC 和 PC 是通過變量來實現的，變量是上位機與 PC 之間用于數據交換的最重要的通訊方式。 STEP 7micro/win32 軟件工具包采用模塊化的程序設計方法，它采用文件塊的形式管理用戶編寫的程序及程序運行所需的數據。與變頻器的通信，對 PLC 的 CPL!掃描是異步的，完成一個變頻其通信事務通常需要幾次 CPU 掃描。 38 39 （四）故障報警模塊 為了實時通知操作員故障消息，以便盡快地排除故障，確保整個系統正常運行，本控制系統具有良好的故障報警措施。所以在本系統中也不例外，有必要考慮 PLC 的抗干擾措施。盡量縮短模擬量 I/0 信