浅谈PLC在门机控制中的应用 毕业论文.doc

毕业论文(设计)题 目 浅谈PLC在门机控制中的应用 系 机电工程系 专业、年级 学生姓名 指导教师 职称 论文字数 5500 完成日期 2012 年 4 月 25 日唐山职业技术学院毕业设计（论文）任务书 机电工程系 系 自动化 专业 班 学生姓名： 学号： 一、 毕业设计（论文）题目：浅谈PLC在门机控制中的应用二、任务进行的日期：2011年10月 20 日起至2012年4月25日三、任务书的内容： （一）选题的目的和意义：当前社会工业正处在飞速发展的时代，朝着自动化、无人化方向发展，自动化对人类进步具有重大意义，通过自己的实习经验总结，本论文着重通过对门机各个机构组成的介绍来了解门机在工作时所依靠的自动化设备及PLC系统，让大家更进一步具体的了解PLC在门机中的重要作用。（二）论文应论述的内容：1、门机的概述2、PLC控制器和变频器技术在门机上的应用3、PLC的应用案例（三）主要参考资料：1常斗南.可编程序控制器M.机械工业出版社，1998，72宋伯生.PLC应用及实验教程M.机械工业出版社，2001，93邹金慧.可编程控制器及其系统M.重庆大学出版社，20024刘安俊.机械设计M.华中理工大学出版社,1995（四）时间进度要求：2月20日3月 1 日 毕业实习、收集资料3月 2 日3月 5 日 报课题3月 6 日3月20日 撰写毕业论文3月21日4月23日 毕业设计中期检查4月 1 日4月12日 撰写毕业论文4月13日4月25日 毕业论文定稿指导教师签名： 年 月 日 教研室主任签名： 年 月 日学生签名： 年 月 日毕业设计（论文）开题报告2011年10月 20 日选 题浅谈PLC在门机控制中的应用系机电工程系专业年级学生姓名学生学号本选题的意义及目前研究状况：1.研究目的和意义：当前社会工业正处在飞速发展的时代，朝着自动化、无人化方向发展，自动化对人类进步具有重大意义，通过自己的实习经验总结，本论文着重通过对门机各个机构组成的介绍来了解门机在工作时所依靠的自动化设备及PLC系统，让大家更进一步具体的了解PLC在门机中的重要作用。2.目前该选题研究现状（文献综述）当前社会工业正处在飞速发展的时代，朝着自动化、无人化方向发展，自动化对人类进步具有重大意义，通过自己的实习经验总结，本论文着重通过对门机各个机构组成的介绍来了解门机在工作时所依靠的自动化设备及PLC系统，让大家更进一步具体的了解PLC在门机中的重要作用。研究内容（内容、结构框架以及要突破的难点）：1、门机的概述2、PLC控制器和变频器技术在门机上的应用3、PLC的应用案例研究方法、手段：1查阅参考资料2自己的实习工作经历3对前辈的咨询研究计划：2月20日3月 1 日 毕业实习、收集资料3月 2 日3月 5 日 报课题3月 6 日3月20日 撰写毕业论文3月21日4月23日 毕业设计中期检查4月 1 日4月12日 撰写毕业论文4月13日4月25日 毕业论文定稿参考文献：1常斗南主编.可编程序控制器第2版.机械工业出版社，1998，72宋伯生.PLC应用及实验教程. 机械工业出版社，2001，93邹金慧主编.可编程控制器及其系统.重庆大学出版社，20024刘安俊主编.机械设计M.华中理工大学出版社,1995指导教师意见： 签名： 年 月 日毕业论文（设计）评定意见题 目浅谈PLC在门机控制中的应用学 生姓 名系机电工程系专业、年级指 导教 师指导教师职称指导教师评语 成绩： 签名：年 月 日毕业设计(论文)资格审查、答辩及综合成绩评定表学生姓名学生专业、年级、班级课 题浅谈PLC在门机控制中的应用形式审查意见：形式审查小组组长签字：年 月 日答辩评语：答辩委员会主任签字：年 月 日毕业设计(论文)成绩（占总成绩60%）答辩成绩（占总成绩40%）毕业设计(论文)成绩综合评定（按分值折算为：优、良、及格、不及格）目录1门机的概述-91.1门机的简介-91.2门机的发展-91.3门机的分类-91.4门机的工作原理-102PLC控制器和变频器技术在门机上的应用-112.1PLC控制器与变频器调速原理-112.1.1PLC控制器-112.1.2变频器调速原理-112.2系统工作组成-122.2.1系统组成-122.2.2系统工作原理-123PLC的应用案例-133.1零位条件必须包含的内容-133.2程序运行条件-153.3运行程序例子-163.4上升、下降条件-163.5手柄故障-164结论-175参考文献-18摘要：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。正是通过此原理，PLC在门机中起着不可或缺的作用。关键词：PLC、门机应用1门机的概述1.1门机的简介门机又称门座起重机，是电力驱动、有轨运行的臂架类起重机之一。它的构造大体上可以分为两大部分：上部旋转部分和下部运行部分。上部旋转部分安装在一个高大的门形底架(门架)上，并相对于下部运行部分可以实现360任意旋转。门架可以沿轨道运行，同时它又是起重机的承重部分。起重机的自重和吊重均由门架承受，并由它传到地面轨道上。门座起重机正是由此门形底座而得名的。门座起重机的上部旋转部分包括臂架系统、人宇架、旋转平台、司机室等，还安装有起升机构、变幅机构、旋转机构。下部运行部分主要由门架和运行机构组成。门架底都能通火车，轨距有3种：能通过一列火车轨距为6m，称单线门架，能通过并排两列火车的轨距为10.5m，称双线门架，能通过并排三列火车的轨距为16 m，称三线门架。码头前沿的门座起重机门架多属双线门架。门座底部装有行车车轮或运行台车，运行机构使整台起重机可以沿着地面或建筑物上的轨道运行。门座起重机同其他起重机一样主要是由驱动部分、金属结构和工作机构组成的。1.2门机的发展门机是随着港口事业的发展而发展起来的1890年,第一次将幅度不可变的固定式可旋转臂架型起重机装在横跨于窄码头上方的运行式半门座上，成为早期的港用半门座起重机随着码头宽度的加大,门座和半门座起重机并列发展，并普遍采用俯仰臂架和水平变幅系统。第二次世界大战后，港用门座起重机迅速发展为便于多台起重机对同一条船进行并列工作,普遍采用了转动部分与立柱体相连的转柱式门座起重机(图1转柱式门座起重机),或转动部分通过大轴承与门座相连的滚动轴承式支承回转装置,以减小转动部分的尾径,并采用了减小码头掩盖面（门座主体对地面的投影）的门座结构。在发展过程中，门机还逐步推广应用到作业条件与港口相近的船台和水电站工地等处。1.3门机的分类按用途可分为3类：装卸用门座起重机:主要用于港口和露天堆料场，用抓斗或吊钩装卸。起重量一般不超过25吨，不随幅度变化。工作速度较高，故生产率常是重要指标。造船用门座起重机：主要用于船台、浮船坞和舣装现场，进行船体拼接、设备舣装等吊装工作，用吊钩作为吊具。最大起重量达300吨,幅度大时起重量相应减小。有多档起升速度，吊重轻时可提高起升速度。有些工作机构还备有微动装置，以满足安装要求。门座高度大者，可适应大起升高度和大幅度作业的要求，但工作速度较低，作业生产率不高。建筑安装用门座起重机：主要用在水电站进行大坝浇灌、设备和预制件吊装等，一般用吊钩。起重量和工作速度一般介于前两类起重机之间。它具有整机装拆运输性好、吊具下放深度大、能较好地适应临时性工作和栈桥上工作等的特点。1.4门机的工作原理门座起重机的工作原理是：通过起升、变幅、旋转3种运动的组合，可以在一个环形圆柱体空间实现物品的升降、移动，并通过运行机构调整整机的工作位置，故可以在较大的作业范围内满足运移物品的需要。见图一。图一2PLC控制器和变频器技术在门机上的应用2.1PLC控制器与变频器调速原理2.1.1PLC控制器PLC是可编程控制器的简称，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是1台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入、输出接口，并且具有较强的驱动能力。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为3个阶段，即输入采样，用户程序执行和输出刷新3个阶段。完成上述3个阶段称为1个扫描周期，在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行3个阶段。在输入采样阶段，PLC控制器以扫描方式依次读入各类按钮、开关类电器主令控制器的输入状态和数据，并将它们存入I0(输入输出)映象区中的相应单元内。在用户程序执行阶段，PLC控制器总是按顺序由上而下的依次扫描，预编好的各种软继电器及其触点组成逻辑程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路图进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 储存区中对应的状态，或者刷新该输出线圈在I0 映象区中对应位的状态；确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。当扫描用户程序结束后，PLC控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I0映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的被控负载，如各种电磁阀线圈、接触器、信号指示灯或变频器等执行电器，这时才是PLC控制器的真输出。2.1.2变频器调速原理变频器简单地说就是将电源的三相(或单相)交流电，经整流桥整流为直流电(交一直变换)，再把直流电经逆变器变为电压和频率可调的三相(或单相)交流电源(直一交变换)。其间电能不发生任何变化，而只有频率发生改变。转子的转速计算公式如下： n= 60×f×(1-s)p (1) 式中：n - 转子的转速； f -定子频率； s - 异步电动机转差率； p - 磁极对数。 由式(1)可知，异步电动机调速的途经有改变磁极对数、改变转差率和调整输入频率。改变电机的磁极对数实际上就是改变定子旋转磁场的转速，加上电机的磁极对数是相对固定的，所以只有通过改变定子绕组的接法来实现。但是这种方法的缺点是显而易见的，主要是：最多只有4挡调速，不能得到最佳的运行效果，负载能力下降，工作效率下降，调速时必须改变绕组的接法，故控制电路比较复杂。改变转差率是通过在转子电路中串联电阻来实现的，这种方法只能用于绕线式电机，其缺点是因为要串联的电阻在电机外部，在电机的结构上就必须加入电刷和滑环，增加了故障率，同时调速电阻上将白白地消耗掉许多电能，调速后的机械特性比较“软”，不理想。 而改变电动机定子侧供电电源的输入频率，即可改变电机的同步转速和电机转子额定转速。但频率下降会导致磁通的增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制，该协调控制的装置就称为变频器。在起重机上调速，电机产生的最大转矩不能变，这就需要维持磁通不变。现在使用的精确交流控制系统多为矢量控制，其基本点是控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流，使之成为转距和磁场2个分量，经过坐标变换实现正交和解耦控制。直接转矩与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是采用瞬态转矩的控制方式，把转矩直接作为被控制量来控制，其性能类似于他励直流电机特性。2.2系统工作组成2.2.1系统组成MQ530门机最大起升高度30 m，最大起重负荷5 t。变频控制器采用ABB公司ACS600系列变频器，该变频器采用了适合于起重作业的DTC直接转矩控制理论。起升机构为双钩2台55 kW 变频电机，2台ABBACS600120变频器；变幅机构为1台22 kW 变频电机，1台ABBACS60040变频器；旋转机构为1台3Okw 变频电机；行走机构为4台75 kW 变频电机，旋转和大车行走共用1台ABBACS6007O变频器。PLC控制器采用GE公司FANUC系列9030可编程控制器，有1个CPU模块，1个通讯模块，2个电源模块，7个输入模块，3个输出模块，它与ABB公司ACS600系列变频器之间的数据交换，是通过Profibus现场总线组成网络来实现。 2.2.2系统工作原理门机的运行过程首先是全车通电，PLC控制器和变频器得电后，进行初始化自检和诊断。在PI C控制器输入模块和输出模块上有相应的灯亮，代表一切正常，具备开机条件。通过PLC控制器指示灯的反应，能够使维修人员很快的找到设备故障点。开机时PLC控制器先将接收到的驾驶室操纵杆信号，转换为调速系统可直接处理的数字信号，然后通过Profibus现场总线网络传送到相应的变频器上，在完成PLC控制器对变频器控制的同时，还将变频器的运行状态，通过通讯网络Profibus现场总线，反馈到PLC控制器上，实现对整机状态的实时控制。变频器将所得到的信号再处理后输送到下端变频电机，使电机平稳的起降、旋转作业，最终将货物装卸完毕，如图二所示。 图二 门机通过plc实现升降、变幅、旋转流程图3PLC的应用案例3.1零位条件必须包含的内容：（1）手柄零位档，并由零位条件输出自锁。（2）主电源空开辅点及主电源接触器辅点信号，无主接触器的就用分接触器辅点信号。（3）机构空开辅点信号：电源、制动器、风机空开辅点。（4）过电流、热继电器等保护信号。（5）变频器故障、制动单元故障。（6）制动器接触器故障（7）两个机构共用变频器时要把该机构的电机接触器信号和另一个机构接触器的常闭点做进零位条件。(ABB 7.4以前版本变频器做电机切换要把“用户宏1或用户宏2有效”信号做进零位！)（8）两个机构联动时，应把两个机构的零位条件串起来一起，并且在单动时可旁路另个机构的零位条件。零位保护、风机空开、联动情况说明：如图三所示。图三制动器故障说明：如图四所示。图四超速故障例子：如图五所示。图五电机切换程序说明：如图六所示。图六旋转机构的零位条件还应该加入锚定限位、手刹限位和制动脚踏限位（当为电动控制制动器抱闸时，不要将制动脚踏限位放在零位条件中），例子：如图七所示。图七（9）行走机构辅助机构较多，有防爬、电缆卷筒等，（防爬的控制回路不能放在零位条件自锁条件内），所有辅助机构的保护信号也要进零位条件。（10）零位条件在程序中是很重要的部分，请各位调试人员多提宝贵意见，不断完善程序。3.2程序运行条件：运行条件就是电机的正、反转信号输出。应包括以下几点：（1）终点限位。（2）极限限位。（若有最终极限保护，极限限位动作要求断开机构电源）。（3）超负荷限制。（限制起升上升、变幅增幅）（4）手柄故障。（5）正反转的互锁。（6）其他特殊限制条件。（例如集装箱吊具与起升条件的相关联的信号等等）3.3运行程序例子：如图八所示。图八3.4上升、下降条件：如图九所示。图九3.5手柄故障：如图十所示。图十4结论门座式起重机由行走机构、起升机构、变幅机构、回转机构组成。采用了PLC、液压、变频控制、四连杆机构等多种高端技术，门座起重机有起升、回转、变幅和运行机构，前3种机构装在转动部分上,每一周期内都参加作业。转动部分上还装有可俯仰的倾斜单臂架或组合臂架及司机室。运行机构装在门座下部，用以调整起重机的工作位置带斗门座起重机，还装有伸缩漏斗、带式输送机等附加设备，以提高门座起重机用抓斗装卸散状物料时的生产率。除电气保护装置外，还装有起重量或起重力矩限制器、起重机夹轨器等安全装置。参考文献1常斗南.可编程序控制器M.机械工业出版社，1998，72宋伯生.PLC应用及实验教程M.机械工业出版社，2001，93邹金慧.可编程控制器及其系统M.重庆大学出版社，20024刘安俊.机械设计M.华中理工大学出版社,1995 19