1、畢業(yè)設(shè)計說明書塔式起重機的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計專業(yè)電氣工程及其自動化學(xué)生姓名班級學(xué)號指導(dǎo)教師完成日期 電氣與信息工程學(xué)院塔式起重機的電氣控制設(shè)計摘 要：可編程控制器是一種為工業(yè)控制所設(shè)計的專用計算機，在各種自動控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。利用PLC對老設(shè)備進行技術(shù)改造，是工廠提高設(shè)備利用率，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，減輕工人勞動強度的有效途徑。在現(xiàn)代社會里,塔式起重機廣泛應(yīng)用于冶金、化工、船舶及其他企業(yè)，為了保證其工作的安全可靠，需要定期測試。文中提出采用可編程控制（PLC）技術(shù)，可以高效率、高質(zhì)量的實現(xiàn)起重機的現(xiàn)場自動檢測。隨著科技的進步, 研究可編程序控制器（PLC）在塔式起重機中的控制運用是一個非

2、常有意義的課題。本次課題內(nèi)容為用可編程序控制器（PLC）控制塔式起重機。主要目的是解決目前塔式起重機控制中存在的一些問題，合理地利用PLC的硬件資源和軟件資源，充分利用各種指令的簡化控制程序，做到控制程序應(yīng)盡量簡單，便于理解，并有一定的規(guī)律性以便能適合于不同控制的要求。由于對塔式起重機的檢測需要在現(xiàn)場進行，就要求檢測控制設(shè)備要接線方便、便于攜帶、工作可靠、控制靈活，PLC可以滿足這些要求。關(guān)鍵詞：塔式起重機；PLC；控制梯形圖The Design of tower type derrick -controlAbstract:Programming logic controleis is a k

3、ind of an industry control design of appropriation calculator, have an extensive application in various auto control system. Make use of PLC to carry on the technique reformation to the old equipments, is the factory exaltation equipments utilization, raise the product quality and yield, ease the va

4、lid path that the worker labors strength.In modern society, Tower came has been applied different enterprise such as metallurgical industry ,chemical industry ,shipping industry and so on .In order to guarantee its work safety measures ,it must be tested at regular intervals. On-the-spot automatic t

5、esting of came high efficiency and quality is achieved by programmable control technology. Tower came plays a more and more important role in a lot of places . Along with research and the advance of science and technology may programming logic controler( PLC) in tower came in control utilize is a ve

6、ry meaningful program.this design content is use the programming logic controler( PLC) control a tower came . Major purpose is solution exist in present tower came control some problems, use software resource and the hardware resource of PLC reasonably, raise the safe reliability of elevator and the

7、 flexibility of operation, reduce the input export port of PLC, use the easier control program of various instructions fully, accomplish control program should as far as possible simple. In order to needing to be carry on on the spot to the examination of the tower came, will beg the examination con

8、trol equipments and connect line convenience,easy to take,work credibility,control vivid, PLC can satisfy these requests.Key Words:Tower came; PLC; P目 錄1 概述12塔式起重機的發(fā)展及控制現(xiàn)狀121塔機的發(fā)展122傳統(tǒng)的塔式起重機的控制現(xiàn)狀223塔機的優(yōu)點塔機產(chǎn)品分類324塔機的電氣設(shè)備425塔機的工作機構(gòu)43 PLC的選擇與課題介紹531 PLC的發(fā)展532 PLC的控制原理533 用PLC控制塔機的優(yōu)越性634 塔機的電氣控制設(shè)計內(nèi)容735

9、PLC的選型736塔式起重機PLC控制系統(tǒng)原理114塔式起重機電氣控制的硬件設(shè)計1241塔機電動機控制電路設(shè)計1242PLC的輸入輸出接線設(shè)計1343 流程圖155 塔式起重機控制的軟件設(shè)計1551進退機構(gòu)工作設(shè)計161752左、右行機構(gòu)工作設(shè)計1853起升機構(gòu)工作設(shè)計2054 回轉(zhuǎn)機構(gòu)2255聲光指示控制設(shè)計2455限位保護閉鎖及復(fù)位操作設(shè)計246 結(jié)束語26參考文獻27附錄29附錄1 程序清單29附錄2 設(shè)計圖紙29塔式起重機的電氣控制設(shè)計1 概述本人設(shè)計內(nèi)容為用可編程序控制器（PLC）控制塔式起重機，主要設(shè)計其電氣控制部分。本人設(shè)計課題由朱學(xué)來老師提供，并得到電氣與信息學(xué)院批準，其主要目

10、的是解決目前塔式起重機控制中存在的一些問題，合理地利用PLC的硬件資源和軟件資源，提高塔式起重機的安全可靠性和操作的靈活性，減少PLC的輸入輸出端口，充分利用各種指令的簡化控制程序，做到控制程序簡單化，便于理解，并有一定的規(guī)律性以便能適合于不同情況下的控制要求。本人設(shè)計主要研究塔式起重機的電氣控制硬、軟件系統(tǒng)，并且簡單的介紹PLC的發(fā)展以及所選PLC的性能。本次設(shè)計從選PLC型號著手，根據(jù)輸入輸出信號正確的設(shè)計PLC接線圖，完成硬件部分設(shè)計，最后設(shè)計出合理的梯形圖，完成設(shè)計說明書。2塔式起重機的發(fā)展及控制現(xiàn)狀21塔機的發(fā)展塔式起重機簡稱塔機，亦稱塔吊，起源于西歐。20世紀末20余年國外塔機技術(shù)

11、發(fā)展的主要特點是：（1） 組合塔機（Combination crane）或稱模塊塔機（Modular tower crane）得到迅速發(fā)展。（2） 一些超重型塔機相繼問世（3） 適應(yīng)都市改建需要的城市塔機（City Crane）應(yīng)運而生并得到發(fā)展。（4） 安裝架設(shè)速度快，450900kN*m級塔機借助液壓伸縮臂汽車起重機作為安裝輔機，在46小時內(nèi)可以安裝完畢。（5） 采用較完善的調(diào)速，操控系統(tǒng)和電子儀表。進入20世紀90年代以后，我國塔機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務(wù)的增加進入了一個新的全盛時期，年產(chǎn)量連年猛增，全國塔機總擁有量截至2000年約為6萬臺，塔機出口業(yè)務(wù)始于1988年曾一度極為興旺，據(jù)統(tǒng)

12、計19931997年出口共創(chuàng)匯近8400萬美圓。至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模，應(yīng)用范圍和塔機總量等角度來衡量，我國均堪稱世界首號塔機大國。塔機的學(xué)名為塔式回轉(zhuǎn)起重機，屬于一種非連續(xù)性搬運機械 22傳統(tǒng)的塔式起重機的控制現(xiàn)狀塔 式 起 重機是我們建筑機械的關(guān)鍵設(shè)備在建筑施工中起著重要作用，我們只用了五十時間走完了國外發(fā)達國家上百年塔機發(fā)展的路程，如今已達到發(fā)達國家水平并躋身于當(dāng)代國際市場隨著高層建筑發(fā)展，對施工機械提出了新的要求.于是，160TM附著式、45TM內(nèi)爬式、120TM自升式等都由我國自己設(shè)計并制造;八十年代，國家建設(shè)突飛猛進，建筑用最大的250TM塔機也應(yīng)運而生.進人九十年代，現(xiàn)代化進程不斷

13、加快，國內(nèi)外市場對塔機要求越來越高，眾多城市大型建筑、水利、電力、橋梁等不斷增加，市場的要求加快了新產(chǎn)品發(fā)的力度，先后有400TM900TM水平臂和300TM動臂式塔機，叩年代開發(fā)生產(chǎn)的塔機產(chǎn)品技術(shù)性能均顯著提高，起升機構(gòu)采用三速電機驅(qū)動、渦流制動、電動換擋減速箱，變幅回轉(zhuǎn)采用雙速電機液力聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動，或采用變頻調(diào)速，有多種速度，工作平穩(wěn)生產(chǎn)效率高.安全裝置齊全，動作靈敏可靠，裝有防止誤操作和野蠻操作裝置，可杜絕安全事故。隨著 功 率 電子技術(shù)的發(fā)展，早在六十年代后期，國外就開始致力于晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速技術(shù)的開發(fā)研究目前，該技術(shù)己進入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應(yīng)用階段.可編程序控制器P硯引人到交流電氣傳動

14、系統(tǒng)后，使傳動系統(tǒng)性能發(fā)生了質(zhì)的變化.在塔式起重機實現(xiàn)了抓斗的自動控制和故障診斷、檢側(cè)顯示等，達到了新的技術(shù)高度。由變 頻 器 構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)可取代直流調(diào)速系統(tǒng)，是隨著計算機技術(shù)特別是大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的不斷發(fā)展的必然結(jié)果，符合起重機的發(fā)展趨勢.適合發(fā)展大起重重量的起重機。23塔機的優(yōu)點塔機產(chǎn)品分類組 型特性 產(chǎn)品主參數(shù)代號名稱代號名稱代號代號名稱代號名稱單位表示法塔式起重機QT軌道式-上回轉(zhuǎn)塔式起重機QT額定起重力矩Kn*m主參數(shù)*10Z上回轉(zhuǎn)自升塔機QTZA下回轉(zhuǎn)塔機QTAK快裝塔式起重機QTK汽車式Q-汽車塔式起重機QTQ輪胎式L-輪胎塔式起重機QTL履帶式U-履帶塔式起重機QT

15、U組合式H-組合塔式起重機QTH表2.1 塔機分類形式及代號塔機工作級別塔機工作級別是設(shè)計人員進行結(jié)構(gòu)機構(gòu)設(shè)計計算的依據(jù)，根據(jù)利用等級和載荷狀態(tài)，塔機分為6個工作級別。塔機載荷始終或經(jīng)常作用在塔機上的載荷統(tǒng)屬基本載荷，其中包括：自重載荷，起升載荷，傳動機構(gòu)在啟動和制動時加減速引起的動載負荷及離心力。塔機參數(shù)塔機參數(shù)包括基本參數(shù)和主參數(shù)，基本參數(shù)共10項。幅度 塔機空載時塔機回轉(zhuǎn)中心線至吊鉤中心垂線的水平距離。起升高度 空載時，對軌道式塔機，是吊鉤內(nèi)最低點到軌頂面的距離，對其他形式起重機，則為吊鉤內(nèi)最低點到支承面的距離。額定起升載荷 在規(guī)定幅度時的最大起升載荷，包括物品、取物裝置的重量軸距 同一

16、側(cè)行走輪的軸心線或一組行走輪中心線之間的距離輪距 同一軸心線左右兩個行走輪或左右兩側(cè)行走輪組、輪胎或輪胎組中心徑向平面間的距離起重機重量 包括平衡重、壓重和整機重尾部回轉(zhuǎn)半徑 回轉(zhuǎn)中心線至平衡重或平衡臂端部最大距離額定起升速度 在額定起升載荷時，對于一定的卷筒卷繞外層鋼絲繩中心直徑，變速檔位，滑輪組倍率和電動機額定工況所能達到的最大穩(wěn)定起升速度額定回轉(zhuǎn)速度 帶額定起升載荷回轉(zhuǎn)時的最大穩(wěn)定轉(zhuǎn)速最低穩(wěn)定速度 為了起升載荷安裝就位的需要，起升機構(gòu)具有的最小速度塔機的主參數(shù)是公稱起重力矩表2.2公稱起重力矩100160200250315400500600800100012501600200025003

17、15040005000630024塔機的電氣設(shè)備塔機的主要電氣設(shè)備包括：電纜卷筒中央集電環(huán)電動機操縱電動機用的電器，如：控制器、主令控制器、接觸器、繼電器和制動器等保護電器：自動熔斷器，過電流繼電器和限位開關(guān)等主副回路中的控制、切換電器，如：按鈕、開關(guān)和儀表屬于輔助電氣設(shè)備的有：照明燈、信號燈、電鈴、喇叭、通信手機等。25塔機的工作機構(gòu)塔機的工作機構(gòu)有5種：起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、小車牽引機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和大車走行機構(gòu)。動臂式塔機設(shè)臂架變幅機構(gòu)，兼有架設(shè)和變幅2種功能。小車變幅水平臂架塔機設(shè)小車牽引機構(gòu)，或稱小車變幅機構(gòu)。固定式塔機不設(shè)大車走行機構(gòu)。起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、小車牽引機構(gòu)在構(gòu)造上極為相似，

18、均由電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速器和卷筒等部件構(gòu)成。3 PLC的選擇與課題介紹31 PLC的發(fā)展可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的，可編程控制器（Programmable Controller）縮寫為PC，為與個人計算機PC（Personal Computer）相區(qū)別，在PC中加一個L，稱可編程控制器為PLC。可編程序控制器問世以來，經(jīng)過近30年的發(fā)展，產(chǎn)品現(xiàn)已發(fā)展到第四代。1969年美國的DEC公司研制出世界上第一臺可編程序控制器，投入到通用汽車公司的生產(chǎn)線控制中，取的了滿意的效果，從此開啟了PLC的新紀元。1971年日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快就研

19、制成了日本第一臺可編程序控制器DSC-8。1973到1974年西德和法國開始研制自己的可編程序控制器。1974年我國開始研制可編程序控制器。可編程序控制器為了適應(yīng)在工業(yè)環(huán)境中使用，有如下的特點：A可靠性高，抗干擾能力強；B控制程序可變，具有很好的柔性；C編程簡單，使用方便；D功能完善；E擴充方便，組合靈活；F減少控制系統(tǒng)設(shè)計及施工的工作量；G體積小，重量輕，是“機電一體化”特有的產(chǎn)品。從PLC的發(fā)展趨勢看，PLC控制技術(shù)將成為今后工業(yè)自動化的主要控制技術(shù)。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中，PLC技術(shù)、機器人、CAD/CAM和數(shù)控技術(shù)等將成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的支柱技術(shù)。32 PLC的控制原理可編程控制器是一種工

20、業(yè)控制計算機，其核心就是一臺計算機。但由于有接口器件及監(jiān)控軟件的包圍，因此，其外形不像計算機，操作使用方法、編程語言甚至工作原理都與計算機有所不同。另一方面，作為繼電控制盤的替代物，由于其核心為計算機芯片，因此與繼電器控制邏輯的工作原理也有很大區(qū)別。可編程控制器的工作過程如下：a)輸入處理程序執(zhí)行前，可變成控制器的全部輸入端子的通/斷狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。在程序執(zhí)行中，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不變，直到下一掃描周期的輸入處理階段才讀入這變化。另外，輸入觸點從通（ON）斷（OFF）或從斷（OFF）通（ON）變化到處于確定狀態(tài)止，輸入濾波器還有一響應(yīng)延遲時間（約10ms）。b)程

21、序處理對應(yīng)用戶程序存儲器所存的指令，從輸入映像寄存器和其他軟元件的映像寄存器中將有關(guān)軟元件的通、斷狀態(tài)讀出，從0步開始順序運算，每次結(jié)果都寫入有關(guān)的映像寄存器，因此，各軟元件（X除外）的映像寄存器的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行在不斷變化。輸出繼電器的內(nèi)部觸點的動作由輸出映像寄存器的內(nèi)容決定。c)輸出處理全部指令執(zhí)行完畢，將輸出Y的映像寄存器的通、斷狀態(tài)向輸出鎖存寄存器傳送，成為可編程控制器的實際輸出。可編程控制器內(nèi)的外部輸出觸點對輸出軟元件的動作有一個響應(yīng)時間，即要有一個延遲才動作。33 用PLC控制塔機的優(yōu)越性可編程控制器原理及應(yīng)用為電氣控制、機電一體化專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一。它所涵蓋的知識面相當(dāng)廣

22、泛，對學(xué)生的要求比較高。不僅要具備良好的編程知識，而且還應(yīng)具備其它相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的知識，并具有主動探索知識的能力。可編程控制器是繼單片機、STD總線后微機控制技術(shù)應(yīng)用的又一里程碑。由于極高的可靠性及應(yīng)用極為方便，國內(nèi)外正在迅速普及應(yīng)用，并提高發(fā)展。它早已突破純粹開關(guān)量控制的局限而進入到過程控制、位置控制、通信網(wǎng)絡(luò)圖形工作站等領(lǐng)域，成為機電控制及過程控制不可缺少的核心控制部分。微機技術(shù)已經(jīng)并繼續(xù)在改變世界。以微機技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程控制器也正在改變著工廠自動控制的面貌。近20年來隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程控制器以其可靠性極高，能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗使用極方便的巨大優(yōu)越性，迅速占領(lǐng)工業(yè)自控領(lǐng)域，成

23、為工業(yè)自動控制的首選產(chǎn)品，與機器人、CAD/CAM并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱。起重機是一種循環(huán)、間歇運動的機械，主要用于物料的裝卸，在工業(yè)生產(chǎn)、建筑及物流系統(tǒng)中是不可缺少的設(shè)備，有著廣泛的用途。塔式起重機是起重機的一種，適用于冶金、水泥、化工、及其他企業(yè)的倉庫和車間，在室內(nèi)或露天的固定空間，從事礦石、石灰石、礦粉、焦渣、焦碳、煤、礦等散粒物料的搬運工作。由于該類型設(shè)備笨重，運輸安裝困難，對其他產(chǎn)品質(zhì)量的檢測一般要在現(xiàn)場進行。由于對塔式起重機的檢測需要在現(xiàn)場進行，就要求檢測控制設(shè)備要接線方便、便于攜帶、工作可靠、控制靈活、PLC可以滿足這些要求。34 塔機的電氣控制設(shè)計內(nèi)容我主要設(shè)計起重機的

24、PLC控制系統(tǒng)，主要完成電氣控制部分，起重機控制應(yīng)具有靈活的控制方式，合理的運行方式。塔機工作機構(gòu)分為5種：起升機構(gòu)；變幅機構(gòu)；小車牽引機構(gòu)；回轉(zhuǎn)機構(gòu)和大車走行機構(gòu)。動臂式塔機設(shè)臂架變幅機構(gòu)，兼有架設(shè)和變幅兩種功能。起升機構(gòu)，變幅機構(gòu)及小車牽引機構(gòu)在構(gòu)造上極為相似，均由電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速器和卷筒等部件組成。35 PLC的選型CPM1A系列PLC是歐姆龍公司生產(chǎn)的小型整體式可編程序控制器。其結(jié)構(gòu)緊湊，功能性強。CPM1A系列PLC屬于高性能小型機，它包括多種類型的主機，I/O擴展單元、實現(xiàn)模擬量輸入/輸出的特殊功能單元以及實現(xiàn)對外通信的通信單元等。CPM1A系列PLC主機類型見表。 表

25、 3-1 PLC主機類型主機類型型號輸出方式使用電源I/O擴展外部中斷10點I/O型輸入：6點輸出：4點CPM1A-10CDR-A繼電器AC100200V最多2點CPM1A-10CDR-D繼電器DC24VCPM1A-10CDT-D晶體管（NPN）CPM1A-10CDT1-D晶體管（PNP）20點I/O型輸入：12點輸出：8點CPM1A-20CDR-A繼電器AC100200V最多4點CPM1A-20CDR-D繼電器 DC24VCPM1A-20CDT-D晶體管（NPN）CPM1A-20CDT1-D晶體管（NPN）續(xù)表3.1主機類型型號輸出方式使用電源I/O擴展外部中斷30點I/O型輸入：18點輸出

26、：12點CPM1A-30CDR-A繼電器AC100200V最大可以連接3臺20點的輸入/輸出擴展I/O單元最多4點CPM1A-30CDR-D繼電器 DC24VCPM1A-30CDR-D晶體管（NPN）CPM1A-30CDR-D晶體管（PNP）40點I/O型輸入：24點輸出：16點CPM1A-40CDR-A繼電器AC10020VCPM1A-40CDR-D繼電器 DC24VCPM1A-40CDT-D晶體管（NPN）CPM1A-40CDT1-D晶體管（PNP）CPM1A系列PLC為防止因輸入信號抖動以及外部干涉而造成的誤動作，對輸入信號配備了可選擇輸入時間常數(shù)（1ms/2ms/4ms/8ms/16m

27、s/32ms/64ms/128ms）的輸入濾波器，實現(xiàn)了平穩(wěn)的輸入/輸出。 在CPM1A系列PLC主機的的面板上。除了正常的運行顯示外，還包括兩個可預(yù)置數(shù)據(jù)的模擬量設(shè)定電位器及連接外部設(shè)備和編輯器的外設(shè)端口，用戶可以通過RS-232C或RS-422通信適配器連接其他PLC或上位計算機構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。CPM1A系列PLC具有豐富的指令系統(tǒng)，其常用指令有17條，其他應(yīng)用指令有76條。除了基本邏輯指令、定時器/計數(shù)器指令、移位寄存器指令外，還有算術(shù)運算指令、邏輯運算指令、數(shù)據(jù)傳送指令、數(shù)據(jù)比較指令、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令、高速計數(shù)器控制指令、脈沖輸出控制指令、中斷控制指令、子程序控制指令、步進控制指令及故障診斷指令

28、等。表3-2 CPM1A指令一覽表助記符字數(shù)指令功能助記符字數(shù)指令功能ADB4二進制加END1結(jié)束ADD4單字BCD加FAL2繼續(xù)運行故障分析ADDL4雙字BCD加FALS2停止運行故障分析AND1與IL1互鎖AND LD1邏輯塊與ILC1解除互鎖AND NOT1與非INC2BCD遞增ANDW4字邏輯非INI4模式控制ASC4ASCII碼轉(zhuǎn)移INT4中斷控制ASFT4異步移位寄存器IORE3I/O刷新ASL2算術(shù)左移JME2跳轉(zhuǎn)結(jié)束ASR2算術(shù)右移JMP2跳轉(zhuǎn)BCD3BINBCD轉(zhuǎn)換KEEP2鎖存繼電器BCMP4塊比較LD1載入BCNT4位記數(shù)LD NOT1載入非BIN3BCDBIN變換MCR

29、O4宏指令BSET4塊設(shè)置MLB4二進制乘CLC1清進位位MLPX4數(shù)字譯碼CMP3單字比較MOV3傳送CMPL4雙字比較MOVB4位傳送CNT2記數(shù)器MOVD4數(shù)字傳送CNTR3可逆記數(shù)器MSG2信息顯示COLL4數(shù)據(jù)調(diào)用MUL4單字BCD乘COM2字邏輯非MULL4雙字BCD乘續(xù)表3.2助記符字數(shù)指令功能助記符字數(shù)指令功能CTBL4注冊比較表MVN3傳送非DEC2BCD遞減NOP1空操作DIFD2下微分OR1或DIFU2上微分OR LD1邏輯塊或DIST4變址傳送OR NOT1或非DIV4單字BCD除ORW4字邏輯或DIVL4雙字BCD除OUT2輸出DMPX4數(shù)字編碼OUT NOT2輸出非

30、DVB4二進制除PRV4當(dāng)前值讀出PULS設(shè)置脈沖SRD3數(shù)字右移RET1子程序返回STC1置進位位ROL2循環(huán)左移STEP2步結(jié)束ROR2循環(huán)右移STIM4間隔定時器中斷RESET2復(fù)位SUB4單字BCD減SBB4二進制減SUBL4雙字BCD減SBN2子程序定義TCMP4表比較SBS2子程序調(diào)用TIM2定時器SDEC4七段譯碼TIMH3高速定時器SET2置位TR暫存繼電器SFT3移位寄存器WSFT3字位移SFTR4雙向移位寄存器XCHG3數(shù)據(jù)交換SLD3數(shù)字左移XFER4塊傳送SNXT2步定義/步開始XNRW4字邏輯同或SPED速度輸出XORW4字邏輯異或36塔式起重機PLC控制系統(tǒng)原理 本

31、系統(tǒng)將塔式起重機控制系統(tǒng)由繼電器控制改為PLC控制，四大機構(gòu)調(diào)速均采用變預(yù)調(diào)速.塔式起重機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)總框圖如圖1所示。塔式 起 重機的起升、變幅、回轉(zhuǎn)、運行電動機都需要獨立運行，整個系統(tǒng)由6臺電動機和4臺變頗器傳動，使用一臺PLC加以控制。圖 3.6.1 系 統(tǒng) 總 框 圖運行機構(gòu)的起動時間應(yīng)盡量符合實際需要，起動迅速而平穩(wěn);機構(gòu)的電氣制動方式必須著重考慮.對不同的工況，可選擇自由制動方式與強制制動方式，在運行機構(gòu)正常停止時，可選用自由停止方式，其停止時間可按實際生產(chǎn)中的運行情況設(shè)定，以盡量滿足司機操作塔式起重機的需要為主.為保證起升機構(gòu)起動時具有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，可以通過設(shè)定機械制動器的

32、打開時間、變頻器的最低運行頻率、運行電流之間的關(guān)系，以滴足機構(gòu)負載特性的要求。變頻器內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定能保證機構(gòu)具有良好的調(diào)速精度及起制動性能。由于起升機構(gòu)電機使用脈沖編碼器作為速度反饋裝置.通過側(cè)量脈沖編碼器的脈沖數(shù)，利用二者之差控制電機的速度。所以選擇脈沖編碼器及其安裝時，應(yīng)當(dāng)考慮周全。4塔式起重機電氣控制的硬件設(shè)計 起重機的電氣控制硬件設(shè)計主要包括電動機是怎樣連接的以及怎樣與PLC連接，下面我們將分章介紹。41塔機電動機控制電路設(shè)計圖4.1塔吊主線路圖4.2 接觸器開關(guān)接線圖42PLC的輸入輸出接線設(shè)計根據(jù)塔式起重機檢測過程的控制要求，PLC控制系統(tǒng)的輸入包括：自動運行開關(guān)的輸入信號，手動前

33、進、后退開關(guān)信號。手動左行、右行開關(guān)信號，手動上升、下降開關(guān)信號：共計9個開關(guān)量輸入信號。PLC控制系統(tǒng)的輸出：前進、后退接觸器驅(qū)動信號，左行、右行接觸器驅(qū)動信號，上升下降接觸器驅(qū)動信號，順時針逆時針回轉(zhuǎn)接觸器信號,電鈴和指示燈驅(qū)動信號；共計10個開關(guān)量輸出信號。根據(jù)系統(tǒng)的I/O點數(shù)，并考慮富裕量，可選用日本歐姆龍CPM1AH-30CDR，其I/O點數(shù)為；18點輸入、12點輸出。系統(tǒng)I/O輸入輸出地址分配如下表所示.表4-2 I/O地址序號輸入元件輸入地址輸出元件輸出地址1自動運行開關(guān)S10000指示燈10002手動前進開關(guān)S20001前進接觸器KM110013手動后退開關(guān)S30002后退接觸

34、器KM210024手動左行開關(guān)S40003左行接觸器KM310035手動右行開關(guān)S50004右行接觸器KM410046手動上升開關(guān)S60005上升接觸器KM510057手動下降開關(guān)S70006下降接觸器KM610068順時針回轉(zhuǎn)開關(guān)S80007順回轉(zhuǎn)接觸器KM710079逆時針回轉(zhuǎn)開關(guān)S80008逆回轉(zhuǎn)接觸器KM8100810電鈴B100943 流程圖5 塔式起重機控制的軟件設(shè)計起重機的電氣控制軟件設(shè)計主要是根據(jù)要求畫出梯形圖，總梯形圖見附錄，以下我將總梯形圖分模塊進行分析51進退機構(gòu)工作設(shè)計進退機構(gòu)的梯形圖程序設(shè)計如圖所示。運行時有手動操作和自動操作兩種，自動運行過程如下。a）當(dāng)PLC開機工

35、作時，通過內(nèi)部繼電器M1產(chǎn)生初始化脈沖，使各個計數(shù)器（CNT001CNT004）復(fù)位。b）當(dāng)自動運行開關(guān)S1合上后，0000的常開接點閉合，1001線圈接通，進退機構(gòu)執(zhí)行元件進行，接觸器通電，起重機開始前進；同時，所有的定時器、計數(shù)器開始工作，定時器TM00每5s產(chǎn)生一個脈沖，脈沖的保持時間為一個掃描周期，為計數(shù)器提供計數(shù)信號。c）當(dāng)CNT001計到6時（即延時30s），CNT001的常閉接點斷開，使1001線圈斷電，進退機構(gòu)停止前進。d）再過45s后，CNT002計數(shù)器計到15，CNT002的常開接點閉合，1002線圈接通，起重機開始后退；工作30s后，CNT003計數(shù)器到21，CNT003

36、的常閉接點斷開，1002的線圈斷開，使后退停止。e）休息45s，CNT004計數(shù)到30，CNT004的常開接點閉合，使所有計數(shù)器復(fù)位，又重新計數(shù)，進入第二次循環(huán)。除了上述的自動控制方式外，根據(jù)需要也可以進行手動操作。從圖所示的梯形圖可知，1001有兩條控制支路，0001的常開接點和0000的常閉接點串聯(lián)構(gòu)成手動操作支路。當(dāng)S2合上時，1001有輸出，KM1接通，前進運行：當(dāng)S2斷開時，停止前進。S3手動后退的使用與S2類同。0000TIM00#50M 1003#021CNT004#030CNTCNT002#015CNT001#0061001每隔5秒產(chǎn)生一個脈沖前進30秒計時間隔45秒計時后退3

37、0秒計時間隔45秒計時自動/手動前進工作自動/手動后退工作CNT004TIM00M1CNT004TIM00M1CNT004TIM00M1CNT004TIM000000CNT0010001CNT01300010000CNT002CNT0030002CNT01300020000圖5-1 進退機構(gòu)工作的控制梯形圖TIM00100210011002CPRCPRCPRCPR52左、右行機構(gòu)工作設(shè)計a）當(dāng)PLC開機工作時，通過內(nèi)部繼電器M1產(chǎn)生初始化脈沖，使各個計數(shù)器（CNT005CNT008）復(fù)位。b）當(dāng)手動左形開關(guān)S4合上后，0000的常開接點閉合，1003線圈接通，進退機構(gòu)執(zhí)行元件進行，接觸器通電，

38、起重機開始左行；同時，所有的定時器、計數(shù)器開始工作，定時器TM00每1s產(chǎn)生一個脈沖，脈沖的保持時間為一個掃描周期，為計數(shù)器提供計數(shù)信號。c）當(dāng)CNT005計到14時（即延時14s），CNT005的常閉接點斷開，使1003線圈斷電，左、右行機構(gòu)停止運動。d）再過23s后，CNT006計數(shù)器計到37，CNT006的常開接點閉合，1004線圈接通，起重機開始右行；工作14s后，CNT007計數(shù)器到51，CNT007的常閉接點斷開，1004的線圈斷開，使右行停止。e）休息23s，CNT008計數(shù)到74，CNT008的常開接點閉合，使所有計數(shù)器復(fù)位，又重新計數(shù)，進入第二次循環(huán)。0000CNT00400

39、6#037CNT007#051CNTCNT005#014#10左行10秒計時間隔23秒計時右行14秒計時間隔23秒計時自動/手動左行工作CNT008TIM02M 1CNT008TIM02M 1CNT008TIM02TIM01M1TIM02TIM01#10TIM02M1CNT008TIM02TIM02CNT005CNT01300033CNT005#0741003100400030000CNT006CNT0070004CNT01300040000自動/手動右行工作10041003CPRCPRCPRCPR圖5-2 左、右行機構(gòu)工作的控制梯形圖53起升機構(gòu)工作設(shè)計 起升機構(gòu)的控制梯形圖如圖4-3所示。

40、a）當(dāng)PLC開機工作時，通過內(nèi)部繼電器M1產(chǎn)生初始化脈沖，使（CNT009CNT012）復(fù)位。b）當(dāng)自動運行開關(guān)S1合上后，0000的常開接點閉合，1005線圈接通，進退機構(gòu)執(zhí)行元件進行，接觸器通電，起重機開始上升；同時，所有的定時器、計數(shù)器開始工作，定時器TM03每1s產(chǎn)生一個脈沖，脈沖的保持時間為一個掃描周期，為計數(shù)器提供計數(shù)信號。c）當(dāng)CNT009計到10時（即延時15s），CNT009的常閉接點斷開，使1005線圈斷電，升降機構(gòu)停止上升。d）再過15s后，CNT010計數(shù)器計到25，CNT010的常開接點閉合，1006線圈接通，起重機開始下降；工作10s后，CNT011計數(shù)器到35，C

41、NT011的常閉接點斷開，1006的線圈斷開，使下降停止。e）休息15s，CNT012計數(shù)到50，CNT012的常開接點閉合，使所有計數(shù)器復(fù)位，又重新計數(shù)，進入第二次循環(huán)。0000TIM033#10M 1011#035CNT012#050CNTTCNT010#025CNT009#0101005100610061005上升15秒計時間隔10秒計時下降15秒計時間隔10秒計時自動/手動上升工作自動/手動下降工作CNT012TIM03M 1CNT012TIM03M 1CNT012TIM03M 1CNT012TIM03TIM03CNT0090005CNT01300050000CNT010CNT0110

42、006CNT01300020000圖5-3 起升機構(gòu)工作的控制梯形圖TIM03CPRCPRCPRCPR54 回轉(zhuǎn)機構(gòu)塔機回轉(zhuǎn)速度一般介于0.71R/min。 起升機構(gòu)的控制梯形圖如圖4-3所示。a）當(dāng)PLC開機工作時，通過內(nèi)部繼電器M1產(chǎn)生初始化脈沖，使（CNT009CNT012）復(fù)位。b）當(dāng)自動運行開關(guān)S1合上后，0000的常開接點閉合，1007線圈接通，進退機構(gòu)執(zhí)行元件進行，接觸器通電，起重機開始上升；同時，所有的定時器、計數(shù)器開始工作，定時器TM03每1s產(chǎn)生一個脈沖，脈沖的保持時間為一個掃描周期，為計數(shù)器提供計數(shù)信號。c）當(dāng)CNT009計到10時（即延時15s），CNT009的常閉接點

43、斷開，使1007線圈斷電，升降機構(gòu)停止上升。d）再過15s后，CNT010計數(shù)器計到25，CNT010的常開接點閉合，1008線圈接通，起重機開始下降；工作10s后，CNT011計數(shù)器到35，CNT011的常閉接點斷開，1008的線圈斷開，使下降停止。e）休息15s，CNT012計數(shù)到50，CNT012的常開接點閉合，使所有計數(shù)器復(fù)位，又重新計數(shù)，進入第二次循環(huán)。0000TIM033#10M 1011#035CNT012#050CNTTCNT010#025CNT009#0101007100810081007順時針回轉(zhuǎn)15秒計時間隔10秒計時逆時針回轉(zhuǎn)15秒計時間隔10秒計時自動/手動順時針回轉(zhuǎn)

44、自動/手動逆時針回轉(zhuǎn)CNT012TIM03M 1CNT012TIM03M 1CNT012TIM03M 1CNT012TIM03TIM03CNT0090005CNT01300050000CNT010CNT0110006CNT01300020000圖5-4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作的控制梯形圖TIM03CPRCPRCPRCPR55聲光指示控制設(shè)計當(dāng)加載并按控制要求反復(fù)運行1h后，若需要發(fā)出聲光信號，并停止運行，可增加圖4-4所示的梯形圖。當(dāng)起重機工作時，與CNT013的計數(shù)輸出端連接的TM00的常開接點每5s通斷一次，CNT013計到720（即延時1h），串接在前進、后退、左行、右行、上升、下降工作自動運行控

45、制支路的CNT013常閉接點斷開，使1001、1002、1003、1004、1005、1006、1007、1008均斷開而停止工作。同時CNT013常開點接通，1000，1009線圈得電，發(fā)出聲光提示信號，由于TM04的作用，10S后，聲音信號消失，但燈光信號仍保持。CNT013#720TIM00M1CNT013CNT0110000TIM04#10010001009CNT011TIM04CPR 圖5-5 聲光指示的控制梯形圖 55限位保護閉鎖及復(fù)位操作設(shè)計該設(shè)計中的限位保護包括大車、小車、主鉤。為防止司機誤操作，所有限位保護均設(shè)有閉鎖。各運行機構(gòu)運行達到限位點后，電源自動跳閘，重新送電后不經(jīng)復(fù)

46、位無法繼續(xù)向原方向運行，而只能向反方向運行。限位保護閉鎖運用PLC內(nèi)部保護繼電器和時間繼電器，由軟件實現(xiàn)。考慮到起重機運行情況，限位保護復(fù)位采用動態(tài)復(fù)位和靜態(tài)復(fù)位兩種方式，動態(tài)復(fù)位是指限位保護動作后，重新送電反向運行時，經(jīng)一定延時的自動復(fù)位方式。靜態(tài)復(fù)位是指限位保護動作以后，不送電。通過控制器反向延時的復(fù)位方式。靜態(tài)復(fù)位后，起重機仍可繼續(xù)向原的方向運行。6 結(jié)束語在朱學(xué)來老師的幫助和指導(dǎo)下，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的要求，我結(jié)合自己掌握的有關(guān)知識，完成了“電梯的電氣控制設(shè)計”的這一設(shè)計課題。本次設(shè)計內(nèi)容為用可編程序控制器（PLC）控制一個塔式起重機。主要目的是解決目前塔式起重機控制中的程序控制的問題，合理

47、利用PLC的硬件和軟件資源，提高塔式起重機的可靠性和靈活性。為了保證工作的安全可靠，塔式起重機需要定期和經(jīng)常性的檢測，并且一般要在起重機的工作現(xiàn)場來完成。通過采用PLC來控制塔式樣起重機的運行，使起重機在現(xiàn)場的檢測可以高效率的完成，可以充分的體現(xiàn)出PLC所具有的功能強、可靠性高、編程簡單、使用方便、體積小巧等優(yōu)點。此外，起重機采用PLC控制，還能夠解決傳統(tǒng)控制方式下在操縱方面的許多麻煩，包括開閉電機和起升電機在抓斗剛裝料閉合起升時難以同步等問題。同時，通過采用PLC控制可以減輕工人的勞動強度，提高塔式起重機的工作性能。參考文獻1 劉佩衡，塔式起重機使用手冊M.機械工業(yè)出版社,2002.2 鐘肇新，范建東.可編程控制器原理及應(yīng)用M.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003.3 陳金華，可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，1995.4 劉順禧，電氣控制技術(shù)M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2000. 5 袁任華，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)及實例M.廣州: 華南理工大學(xué)出版社, 2003.6 陳在平, 趙相賓.可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京：機械工業(yè)出版社，2002.7 張萬忠，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.8 方承遠，工廠電氣控制技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版社，2000. 9 夏辛明，可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用M.北京：北京理工大學(xué)出版社，1999