基于plc及變頻器的橋式起重機控制系統畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 主機編程器或編程軟件 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。 它的強大功能使其無論是在獨立運行中，或相連成網絡都能實現復雜控制功能。可以根據對象的不同，選用不同的型號和不同數量的模塊。并可以將這些模塊安裝在同一機架上。 (2) Siemens S7200主要功能模塊介紹 1. CPU模塊S7200的CPU模塊包括一個中央處理單元、電源以及數字I/0點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。CPU負責執行程序，輸入部分從現場設備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，驅動外部負載。從CPU模塊的功能來看，CPU模塊為CPU222。這里介紹CPU222。CPU222它有8輸入/6輸出，I/0共計14點。和CPU 221相比，它可以進行一定的模擬量控制和2個模塊的擴展，因此是應用更廣泛的全功能控制器。 當CPU的I/O點數不夠用或需要進行特殊功能的控制時，就要進行I/0擴展，I/O擴展包括I/0點數的擴展和功能模塊的擴展。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。輸出擴展模塊EM222有三種:8點DC晶體管輸出，8點AC輸出、8點繼電器輸出。輸入/輸出混合擴展模塊EM2323有六種:分別為4點((8點、16點)DC輸入/4點(8點、16點)DC輸出、4點(8點、16點)DC輸入/4點(8點、16點)繼電器輸出。 當需要完成某些特殊功能的控制任務時，就需要EM277 PROFIBUSDP模塊，在這里主要介紹模擬量輸出模塊EM232。 EM232模塊提供了有2輸出模擬量通道，具有12位的分辨率，且具有多輸入，輸出信號范圍。其內部集成了D/A轉換器、放大器等多種功能的電路，可用于復雜的控制場合。它能夠不用外部放大器而與傳感器直接相連，可根據輸出模擬量的大小，通過其外置的D工P開關選擇不同的檔位及分辨率，且模擬量的輸出可作為測量傳感器的恒流源使用。Siemens S7200 PLC的工作原理： 各種PLC具體工作原理大同小異都采用掃描工作方式。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。一次循環過程可歸納為公共處理、程序執行、掃描周期計算處理、I/0刷新和外設端口服務五個工作階段，一次循環所用的時間稱為一個工作周期(或掃描周期)，其長短與用戶程序的長短以及PLC機本身性能有關，其數據級ms級，典型值為幾十ms。 一、變頻調速對電機的要求采用變頻調速時，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電機轉速范圍的擴大產生了一些與在工頻電源下傳動時不同的特征。主要反映在功率因數、效率、輸出力矩、電機溫升、噪音及振動等方面。隨著高開關頻率的工GBT等電力電子器件的使用、PWM調制、矢量控制、增強型V/f控制方法的應用、使變頻器輸出波形、諧波成份、功率因數及使用效率得到了很大的改善，有效地提高了變頻控制電機的低速區轉矩。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。二、變頻起重機系統中電機的選型起重機起升和運行機構的調速比一般不大于1:20，且為斷續工作制，通常接電持續率在60%以下，負載多為大慣量系統。嚴格意義上的變頻電機轉動慣量較小，響應較快，可工作在比額定轉速高出很多的工況條件下，這些特性均非起重機的特定要求。普通電機與變頻電機在不連續工作狀態下特性基本一致。在連續工作時考慮到冷卻效果限制了普通電機轉矩應用值，普通電機僅在連續工作時的變頻驅動特性比變頻電機稍差。三、電機冷卻西門子變頻器在調速比為1:20的范圍內能確保起重機上普通電機有150%的過載力矩值。，運行機構的電機在以額定速度運行時電機通常工作在額定功率以下。但若電機要求在整個工作周期內在大于1:4的速比下持續運行則必須采用他冷式電機。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。目前，國內用于起重機械的4極電機有強迫通風冷卻的YZFXXX4型電機等。五、電機起動轉矩及電機運行的功率因數起重機運行機構的轉動慣量較大，為了加速電機需有較大的起動轉矩，故電機容量需由負載功率P廠及加速功率Pa兩部分組成。一般情況下,電機容量P為式中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。轉動慣量較少，占額定起升轉矩的10%20%。其電機容量P為 (kw)式中 一起重機額定提升負載，kg 一額定起升速度，m/s 一重力加速度，g=9. 81m/s 一機構總效率，能承受電壓波動的影響，其最大轉矩值必須大于2,否則必須讓電機放容，從而降低電機在額定運行時的工作效率。通過利用上述公式的計算，: 各執行機構電機參數電機型號電機功率主起升機構YZR250M1830KW副起升機構YZR200L815KW大車運行機構YZR160M162*5. 5KW小車運行機構YZR160165. 5KW一，變頻器選型本系統選用西門子變頻器，西門子變頻器具有較合理的價格，完整的理論計算書及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。 二、變頻器容量選擇 。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，以確保其安全使用的要求。等額變頻器僅能提供小于150%超載力矩值，為此可通過提高變頻器容量(Yz型電機)或同時提高變頻器和電機容量(Y型電機)來獲得200%力矩值。此時變頻器容量為 (KVA) 式中—電機的功率因數，= —起升額定負載所需功率，kw —電機效率， =0. 85 —變頻器容量，KVA —系數，K=2起升機構變頻器容量依據負載功率計算，并考慮2倍的安全力矩。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。在變頻器功率選定的基礎上再作電流驗證，公式如下:＞ 式中一變頻器額定電流，A —電機額定電流，A。式中—電流波形補償系數，PWM方式K=～ —負載轉距， 一總轉動慣量對電機軸的折算值， —加速時間，s —電機額定轉速，r/min當運行電機在300s內電機有大于60s加速時間時，變頻器容量按下式取值： ( kVA ) 電流驗證:以上公式均以負載功率作為變頻器容量計算的基本參數，相同功率不同極數的電機有不同的額定電流。故最終尚需驗證電機和變頻器額定電流，即 電壓型變頻器可以一臺變頻器驅動多臺電機，其并聯運行且變頻器短時過載能力為150%、 60%時，如電機加速時間在300s內有小于60s的加速時間，則并要求 式中—負載所要求的電機軸輸出功率—并聯電機的臺數—同時啟動的臺數—電機效率，=—電動啟動電流與電機額定電流之比值 —電流波形的修正系數， —變頻器容量，KVA —變頻器額定電流，A、電機變頻驅動選擇根據起重機電機驅動的特性和技術要求，采用帶測速反饋接口的MASTERDRIVE6SE70系列變頻器作為主、副起升機構的電機驅動，MASTERDRI Vector 6SE440系列變頻器作為大、小行車行走機構的電機驅動，6SE440系列是一種通用性高性能矢量控制型變頻器，功能強，價格低，完全滿足行走機構的需求，因此我們推薦用戶選用該系列變頻器。通過利用上述公式的計算，: 各機構的變頻器參數變頻器型號額定功率/電流主起升機構6SE70272ED6137KW/48A副起升機構6SE702747ED6122KW/47A大車運行機構6SE64402AD3115KW/30A小車運行機構6SE64402AD25 、變頻器主要參數設置首先將所用電機銘牌數據輸入P80_ P85，大車變頻器應輸入幾個電機的總電流及總功率，并且大車變頻器帶有幾個電機時應運行于線性頻率/電壓特性，速度變化采用固定頻率的迭加，同時利用變頻器的制動器接通、斷開功能由RL2輸出繼電器觸點控制機械制動器，使行走機構在電機停止時不會由于外力而隨意移動。： 變頻器參數設置參數號參數值說明P0026加減時間秒P0036減速時間秒P00551檔速度P0063附加數字給定P0070開關量輸入控制P0516固定頻率5開關P0526固定頻率4開關P0536固定頻率3開關P05410故障復位P0551運行右轉P03562運行左轉P0465固定頻率5P04415固定頻率4P04325固定頻率3P0616故障P0624外部制動控制P0770V/f特性(大車多電機)P0771FCC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。根據性價比的選擇，根據被控對象的I/0點數以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，我們采用SIEMENS公司的S7200系列PLC。SIMATIC S7200系列是西門子公司小型可編程序控制器，可以單機運行，由于它具有多種功能模塊和人機界面(HMI)可供選擇，所以系統的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網絡。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，同時具有可靠性高，運行速度快的特點，繼承了