桥式起重机的PLC控制系统设计.pdf

第2 8 卷2 0 1 0 年第5 期 总第 1 4 9 期 技术改造与改进 桥式起重机的 P L G控制系统设计 段磊王育峰 石横特钢炼钢厂肥城2 7 1 6 1 2 摘要以 1 0 ／ 5 t 桥 式起 重机 为例重点 分析 了起 升控制过程 ， 设 计 了P L c控 制 系统取 代继 电器和接 触器的 起升控制 系统 ， 取得 了预期的效果 。 关键词桥 式起 重机P L C控制 系统起 升控制 l 概述 起重机是用 吊钩或其他取物装置 如抓斗 、 电 磁吸盘 、 集装箱吊具等 实现垂直升降和水平移动 重物的起 重机械 。起重机主要 由大车 、 小车 以及 装在行车上的提升机构组成。 桥 式起 重机 的电气控 制系统 应达 到 以下要 求 1 提升用 电动机经常有载启动 ， 启动转矩要 大 ， 电流要小 ， 应有一定的调速范围 ， 所 以应该 用 绕线式异步电动机。 2 空载能快速上升 以减 少辅助工时 ， 轻载时 的提升速度应大于额定负载时的提升速度 。 3 在提升之初或重物接 近预定位置附近时 ， 都需 要低速 运行 。因此升 降速度 控制应 分为几 档 ， 以便灵活操作。 4 提升第 1 档的作用是用于消除传动问隙 ， 使钢丝绳张 紧 ， 以避免过大 的机械 冲击 。这一档 作为预备级 ， 电动机的启动转矩不能过大 ， 一般 限 制在额定转矩 的一半以下 。 5 下降时 ， 根据重物 的大小 ， 可以是 电动转 L1 L 2 L 3 Q s l 1 KI KM l 0 KM9 KM8 KM7 KM 6 KM 5 矩 ， 也可 以是制动转矩 ， 两者之间的转换是 自动进 行的。 6 为确保安全采用 电气 与机械双重制动 ， 既 减少机械抱闸 的磨损 ， 又可防止 突然 断电而使 重 物 自由下落 ， 造成设备和人身事故 。 7 要有完备 的电气保护环节与连锁环节 ， 如 短路 、 过载和终端保护等。 2 1 0 ／ 5 t 桥式起重机的提升控制电路分析 控制线路 如图 1 所示 。图中 K M2 、 K M3 为正 、 反 向控制接触器 ， KM 4为控制制动 电磁铁的接触 器 。 电动机 转 子 电路 中常 串 7段 电 阻 ， 分 别 用 K M5 K M1 0 等 6 j, - 接触器控制 ， 触点状态见表 1 。 合上 电源开关 Q S I 、 Q S 2 ， 主令控制器 s A置于 “ o ” 位 ， 触 点 1 闭合 ， 电压继电器 K A通过过流继电 器 K I 的常闭触点 通电吸合 并 自锁。当 S A手柄置 于其他位 置时 ， 触点 1 断开 ， 但 K A已通电 自锁 ， 为 电动机启动作好了准备。 图 1 主回路和控制回路 室 圭全蕉 墨墼盛 查 触 下降档位 提升档位 O 点 5 4 3 2 1 J 1 2 3 4 5 6 l 2 x x 3 x x x x x x x 4 x x 5 x xx x x x 6 x x x x x 7 x x x x x x 8 x x x x 9 x x x l 0 x x 11 x x l 2 x 注 x为闭合。 一 51 一 一 盯 骱 M 技术改造与改进 第 2 8 卷 2 0 1 0 年第5 期 总第 1 4 9 期 2 ． 1 提升时电路工作情况 1 主令控制器 S A手柄置 于提升“ 1 ” 档时 ， 根 据触点状态表可知 ， 触点 3 ， 5 ， 6 ， 7闭合 。 触点3 闭合， 将提升限位开关s Q串人电路， 起 提升限位保护作用。 触点 5闭合 ， 提升 接触器 K M3 通 电吸合 并 自 锁 ， 电动机 M定子绕组加正向相序电压 ； K M3 辅助 触点闭合 ， 为切除各级电阻的接触器和制 动电磁 铁的接触器接通电源作准备。 触点 6闭合 ， 制动接 触器 K M4 通 电吸合并 自 锁 。制动电磁铁 Y A通电 ， 松开 电磁抱 闸， 提升电 动机 M可 自由旋转。 触点7 闭合， 接触器K M 5 通电吸合， 其常开触 点闭合 ， 转子切除 1 级电阻 R1 。 可见这时电动机转子切除 了 l 级 电阻， 电磁抱 闸松开 ， 电动机 M定子加正向相序电压低速启动 ， 当电磁转矩等于阻力矩时 ， M低速稳定运转 。 2 主令控制器 S A手柄置于提升 “ 2 ” 档时 ， 较 “ 1 ” 档增加 了触 点 8 闭合 ， 接触器 K M6 通 电 ， 其 主 触点闭合 ， 又切 除 1 级转子电阻 R 2 ， 电动机的转 速增加。 3 S A手柄置于提升“ 3 ” ， “ 4 ” ， “ 5 ” ， “ 6 ” 档时 ， 接触器 K M7 ， K M8 ， K M9 ， K MI O 相继 通 电吸合 ， 分 别切除各段转子 电阻 R 3 ， R 4 ， R 5 ， R 6 。当S A置 于提升“ 6 ” 档时 ， 电动机转子电阻除保 留 1 段常串 电阻R 7 外， 其余全部切除， 电动机速度最高。 2 ． 2 下降时电路工作情况 主令控制器 S A下降控制也有6 档 ， 前 3 档“ J ” ， “ 1 ” ， “ 2 ” 因触点 3 和5 都接通， 电动机仍加正向相 序电压 与提升时相同 ， 仅转子中分别串入较大 的电阻， 在一定势能负载力矩作用下， 电动机运转 于倒拉反接制动状态 低 速下放重物 ， 从 而得到 较小 的下降速度 。当重物较轻时 ， 电动机 也可运 转在正 向电动状态 。后 3 档“ 3 ” ， “ 4 ” ， “ 5 ” 电动机加 反 向相序 电压 ， 电动机反方向运转下放重物 ， 不再 详细讨论。 2 ． 3连 锁保 护 1 为了保证提升与下降的6 档短接电阻有一 定顺序 ， 在每个接触器的支路 中， 串入 了前 1 个接 触器的常开触点。只有前 1 个接触器接通后 ， 才能 接通下 1 个接触器 ， 这样 ， 保证 了转子电阻被逐级 顺序切除 ， 防止运行 中的冲击现象。 2 在“ 下5 ” 档下降较重重物时， 如果要降低 ～ 5 2 一 下降速度 ， 就需要将主令控制器 S A的手柄扳回 “ 下 2 ” 或 “ 下 1 ” 档 ， 这 时必然要通过 “ 下 4 ” 、 “ 下 3 ” 档 。为了避免经过 “ 下4 ” 、 “ 下3 ” 档时速度过高， 在 “ 下 5 ” 档 K M1 0 线圈通 电吸合时 ， 串人它 的常开触 点进行 自锁 。为了避免提升受到影响 ， 故 自锁 回 路中又串入了下降接触器K M 2 的常开触点， 使只 有下降时才可能 自锁 。在下降时当 S A手柄 由“ 下 5 ” 扳到“ 下 2 ” 或“ 下 1 ” 时 ， 如果不小心停 留在“ 下 4 ” 或 “ 下 3 ” 档 ， 有 了这个连锁 ， 其 电路状态与下降速 度都和“ 下 5 ” 相同。 3 将 K M1 0 的常闭触点与 K M3的线圈串联 ， 这样使得 只有 K M1 0 释放后 K M3 才能吸合 ， 防止过 大的冲击 电流。 4 主令控制器 S A在“ 下 2 ” 与“ 下 3 ” 转换 时 ， 接触器 K M3 与 K M2 也互换通断 ； 由于接触器动作 需要时间 ， 当 1 个接触器已释放而另 l 接触器尚未 完全吸合时， 会造成K M 2 和K M 3 同时断电， 因而将 K M2 ， K M3 ， K M4 3 对常开触点并联 ， K M 4 触点起 自 锁作用 ， 保证切换时 K M 4 线圈仍通 电， 电磁抱闸松 开 ， 防止换档 时出现高速制 动而产生强烈 的机械 振动 。 3 P L C的选型及系统设计 I P L C型号 的选择 P L C的选 型基本原则是 满足控制系统的功能需要 ， 还要兼顾维修方便和 备件的通用 。对于工艺过程 比较稳定 ， 使用环境 比较差的场合 ， 应选用整体式结构的P L C 。 综合考虑 以上几点 ， 由于控制 系统共有 1 4 个 输入点， 1 0 个输出点 ， 而且输入 、 输出的信号全部 是开关量 ， 故选用 了S I E ME N S S 7 3 0 0 型 P L C 。 2 P L C系统的设计 依据桥式起重机电气控 制系统功能要求 ， 结合原继电器 、 接触器控制系统 的工作原理 ， 对 P L C系统进行设计 ， 确定了P L C的 输人 、 输 出信 号 。输 入 、 输 出信 号及 P L C地址编 号见表 2 。 依据原继电器 、 接触器控 制系统的逻辑 动作 原理 ， 利用S T E P 7 软件编制程序 ， 实现提升、 下降 过程各继 电器 、 接触器 的逻辑动作 ， 并在程序 中进 行必要的安全连锁保护。程序语句力求做到简 明， 注释清晰， 结构合理 ， 方便 日后维护。 3 控制柜的设计 元件要固定在柜内的绝缘 板 上 。总开关 装在最 上方 ， 其次是 互感器 、 接触 器 ， 最下部为限流装置， 如启动电阻等。继 电器宜 第2 8 卷2 0 1 0 年第5 期 总第 1 4 9 期 G、 g 雷8 8s0雷8 雷 8 8雷8 电蓝 6 电 ％ 屯 鼢e 8雷％ 雷 2 6 技术改造与改进 表 2 输入 、 输 出信号及 P L C地址编号 名称 功能 编号 说明 名称 功能 编号 说明 K I 过电流保护 I O 输入 S A l 1 下降、 上升 I 1 4 输入 S Q 主钩上升限位 l l 输入 S A 一 1 2 下降、 上升 I 1 0 输入 S A 一 1 零位保护 I 2 输入 K M2 M正、 反转 0 o 输出 S A 一 2 强力下降 I 5 输入 KM3 M正、 反转 0 1 输出 S A 一 3 制动、 上升 I 4 输入 KM 4 制动 O 2 输出 S A 一 4 强力、 下降 I 5 输入 K M5 M预备级用 O 5 输出 S A 一 5 制动 、 上升 I 6 输入 K M6 M预备级用 0 4 输 出 S A 一 6 下降、 上升 I 7 输入 K M7 M加速级用 O 5 输出 S A 一 7 下降、 上升 I 1 0 输入 K M8 M加速级用 0 6 输出 S A一 8 下降、 上升 I 1 1 输入 K M9 M加速级用 O 7 输出 S A 一 9 下降 、 上升 I 1 2 输入 K M1 0 M加速级用0 1 0 输出 S A 一 1 0 下降、 上升 1 1 5 输入 K A 失压保护0 1 1 输出 装在总开关 的两侧 ， 但有些继 电器为 了便于取得 信号 ， 应装在总开关和接触器 间的主回路 中， 如过 电流继 电器 、 热继电器等 。接线端子板应装在便 于更换和便 于接线的地方 ， 一般宜置于面板 的两 侧或下方。元件问的排列应整齐、 紧凑， 并便于接 线 ； 元件 间的距离 ， 应利于元件的散热和导线 的固 定 。 4 P L C控制系统的安装与维护 4 ． 1 P L C的安 装与抗 干扰 措 施 P L C系统安装时必须做到正确 、 牢靠 、 安 全并 采取抗干扰措施。P L C的供 电线路应与其他大功 率用电设备或产生强干扰的设备分开。良好的接 地能较有效地减少干扰 ， 最好为 P L C安装专用 的 地线 。输入 、 输 出线要分开走线 ， 不能用 同 1 条 电 缆 ； 输入、 输出线也应与高压电线分开走， 以减少 不利的影响。 4 ． 2 P L C 系统 的调 试运 行 1 通 电前 的检查 。通 电试运行 之前进行全 面仔细地检查 ， 检查 内容主要 有 ①各输入 、 输 出 线 ， 各连接 电缆等配线是否正确 ， 连接是否正确和 牢固。②端 子排上或其 他位置的螺 钉是否拧紧 ， 各种开关 、 插座 、 器件等安装是否正确和牢固。③ 各种功能单元的装配是否正确和牢固。④P L c 上 工作方式选择开关 、 各有关数据的设置是否符合 要求 。 2 试运行主要步骤 。检查确认 无误后可通 电试运行 ， 主要步骤如下 ①合上 电源开关 ， P L C面 板上 的电源指示灯 P O wE R 应亮。②在现场第一 次通 电时应首 先在监控状态下 ， 用强制接通与断 开某些器件的手段 ， 检查输 出配线是 否正确 ， 可利 用 P L C面板上 的输 出指示灯进行 监视 ， 也可利用 输入指示灯检查输入配线是否正确。③将编程器 工作方式置 于“ 监视 ” 位置 ， 基本单元 置于“ R U N” 状态 。如果没有程序 、 线路等方面的错误 ， 则运行 指示灯 R U N 亮 ， 若有错误时则 R U N指示灯不亮 ， 而程序 出错指示灯 P R O G E 应亮。④若 R U N指 示 灯亮 ， 则 应按设计 时 的工作顺 序 ， 检查 和校核 P L C系统工作是否正常和是否符合设计要求 。如 发现所编程序有错误 或不符 合设计要求 ， 应进行 记录、 分析 、 修改， 直至系统完全符合设计要求 ， 满 足生产要求 为止 。⑤作 “ 模 拟运行 ” 或 “ 空运行 ” ， 最后作负载试验运行。⑥为了便于以后查阅、 修 改和完善程序 ， 将运行成功 的程序用 u盘作备份 保存起来。 5 结论 经 过一系列 的调试后 ， 该套 P L C系统 已经成 功应用在 1 0 ／ 5 t 起重机主钩提升控制上 ， 到 目前为 止 ， 使用效果较好 ， 故障率较低。在桥式起重机上 用 P L C 控制系统取代原来的继电器、 接触器控制 系统后 ， 由于P L C本身固有 的优点 ， 使控制系统更 加可靠 ， 稳定性 安全性 更好 。又 由于 P L C控制系 统的接线比较少 ， 系统的维护更加方便简单。当 然采用 P L C控 制系统后 ， 对维护人员 自身素质 的 要求也相应提高 。 2 0 0 9 - 1 1 ～1 9 收稿