2010毕业设计及论文 - 图文

毕 业 设 计 （论文）

任 务 书

设计（论文）题目： 基 于 PLC 行 车 控 制 系 统 的 设 计

姓名 雷和泽 系别 自动化与电力学院 专业 机电一体化 班级 0712 学号 0700001617

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目 录

一、绪论 .........................................................3

1行车概述 ..............................................3 2继电接触器控制系统..............................................4 3可编程序控制器控制系统..........................................4 4行车控制系统的发展与现状........................................5

二、 设备主要技术参数…..................................6

1设计概述..........................................................6 2电动机的选择......................................................6 3空开、接触器和过流继电器的选择.....................................7 4电线电缆的选择...................................................7

三、设备组成 ..................................................7

1起升控制柜.......................................................7 2大小车副钩控制柜................................................8 3司机室............................................................8 4安全保护设施......................................................8 5电线电缆...................................................................9

四、电气操作及注意事项............................................9

1电气操作..........................................................9 2注意事项...........................................................9

五、执行标准.....................................................10 六、结束语致谢..........................................................11 七、电气材料明细表........................................12 八、电气原理图 ................................................15九、PLC程序逻辑图 .........................................302

一、绪论

1、行车概述

行车是用来在短距离内提升和移动物件的机械，是现代化工厂中用于物料输送的重要设备，行车由于他的高危险性，应用它的场合更是频繁，行车对减轻工人体力劳动，提高劳动生产率起着重要的作用。本设计中的行车要实现左右，前后及上下的三维运动，并且要准确定位，具有远距离控制，能够按照预定顺序和控制要求，自动完成一序列的工作。在设计中采用低压电器的控制方式，控制线路的设计方面力图做到布局合理,排列均匀,原理图上有极限位置保护和必要的电气保护措施。

行车、吊车、天车都是人们对起重机的一个笼统的叫法，行车和现在我们所称的起重机基本 一样。基本有两类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。

行车的种类按其结构和功能特点可以分为几大类型。第一：轻小型起重设备。他特点是轻便、结构紧凑，动作简单，作业范围投影以点、线为主。轻、小型起重设备，一般只有一个升降机构，它只能使重物作单一的升降运动。第二：桥式起重机 。他的特点是可以使挂在吊钩或其他取物装置上的重物在空间实现垂直升降或水平运移。桥式起重机包括：起升机构，大、小车运行机构。第三：臂架式起重机。他多装设在车辆上或其他形式的运输（移动）工具上，这样就构成了运行臂架式旋转起重机。第四：升降机。他的特点是重物或取物装置只能沿导轨升降。升降机虽只有一个升降机构，但在升降机中，还有许多其他附属装置。

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图1 工业中常见20/5t行车

2、继电接触器控制系统

继电器问世以来，一直是电气控制的主流，目前国内仍有不少厂家应用继电接触器控制系统。其中输人单元为按钮开关等主令电器、逻辑单元是支配控制系统的“程序”。它是由各种继电器的触点通过导线连接，并具有一定的逻辑功能的控制线路。输出单元包括各种阀门的控制线圈、各类接触器控制线圈及信号指示等执行元件。这种控制系统的特点是：价格便宜、性能价格比低。由于存在继电器抖动、打弧、吸合不良等现象，因此控制系统寿命短，可靠性差。因为它的自动控制功能是靠继电器的辅助触点动作来实现。而触点动作一次需要几十毫秒，所以控制速度慢，由于需要改变控制逻辑就要改变各触点间的连线，故技改难度大，同时体积大，耗能高。因此继电接触器控制方案，适用控制逻辑比较简单，所需继电器数量较少，程序固定的场合。

3、可编程序控制器控制系统

3.1可编程序控制器的特点 (1) 可靠性高，抗干扰能力强； (2) 适应性强，应用灵活； (3) 编程方便，易于使用； (4) 功能强，扩展能力强 ；

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(5) PLC控制系统设计、安装、调试方便； (6) 维修方便，维修工作量少；

(7) PLC体积小，重量轻，易于实现机电一体化。

3.2 可编程序控制器的应用领域

随着微电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而功能却大大加强。目前，在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用的领域已覆盖了所有的工业企业。概括起来主要应用在以下几个方面。

(1) 顺序控制； (2) 运动控制； (3) 闭环过程控制； (4) 数据处理； (5) 通信和联网。

4、行车控制系统的发展与现状

在工业控制的各个领域里，小到一个简单的机电一体化设备、大到整个生产线，以及大型的工程领域里，都存在PLC控制系统的技术存在。PLC已不在是局限在逻辑上，应该理解成过程控制器，如西门子全集成自动化TIA的概念。在整个自动化领域，PLC和传动是组成自动控制的两个非常重要的部分。

在主流PLC往大型化、集成化、多功能化、网络化发展的同时，还有很多分支在并列发展。我们还有很多单体化、一体化的设备，现在越来越微型化离散的控制也在同步进行。比如西门子S7-200功能强大，1000多块一个，原来是不能想象的。为满足自动控制领域各层面的不同要求，微型机、小型机的发展势头也很猛。

现在，PLC不仅能进行逻辑控制，在模拟量的闭环控制、数字量的智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制方面都得到广泛的应用。如今大、中型、甚至小型PLC都配有A/D、D/A转换及算术运算功能，有的还具有PID功能。这些功能使PLC应用于模拟量的闭环控制、运动控制、速度控制等具有了硬件基础；PLC具有输出和接收高速脉冲的功能，配合相应的传感器及伺服装置，PLC可以实现数字量的智能控制；PLC配合可编程终端设备（如触摸屏），可以实时显示采集到的现场数据及分析结果，为分析、研究系统提供依据；利用PLC的自检信号可实现系统监

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控；PLC具有较强的通信功能，可与计算机或其他智能装置进行通信和联网，从而能方便地实现集散控制。功能完备的PLC不仅能满足控制的要求，还能满足现代化大生产管理的需要。

总之为了进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，适应大、中、小型企业扩印不同需要，PLC产品大致向以下几方面发展：

(1) 向小型化方向发展；

(2) 向高速度、大容量和智能化方向发展；

(3) PLC编程工具与编程语言的多样化、高级化、标准化； (4) 向网络化方向发展；

二、设备主要技术参数

1、设计概述

本文介绍了利用可编程序控制器对某20/5t行车的工作过程进行控制的方法，简化了控制系统的接线，克服了电磁继电器动作时间长、触点抖动的缺点，提高了系统的可靠性和灵活性。利用PLC实现对行车生产线的系统控制，使系统具有很强的适应能力，可方便完成自动，手动拉制和相互之间的切换;整个程序采用结构化的设计方法，具有调试方便，维护简单，移植性好的优点。 现有的吊车系统（即传统结构梁式或桥式起重机），其驱动电机（包括主钩、副钩、大车、小车）均采用绕线型转子异步电机，通过在转子回路中串入电阻实现调速，这种调速方式实现简单，串电阻调速是一种有级调速方式，通过接触器的分合完成对转子串联电阻的切换，从而调整电机的转速，在进行电阻切换时会对电网及起重机的机械部分带来不可避免的冲击。

起升改造采用国标新型QR2S控制屏，副钩、大小车采用凸轮控制，主钩操作方式为三档小主令控制，减少操作难度和劳动强度。

2、电动机的选择

主钩电机选择

根据主钩最大载重为20t提升速度(u)15m/min

由公式P=F×v÷60÷η×k P功率KW ，F提升力 Kn ，u提升速度m/min ,η传动机械的机构效率一般0.85 ，K功率备用系数,K=1.1 -1.25 K取1.25 由：1t=10n得F=20×10=200Kn

可得：P=1.25×200×15÷60÷0.85=73.5Kw

所以主钩电机选用 YZR315M-10 75Kw 1台

副钩电机选择

根据副钩最大载重为5t提升速度(u)15m/min

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由公式P= F×v÷60÷η×k P功率Kw ，F提升力 Kn ，u提升速度m/min ,η传动机械的机构效率一般0.85 ，功率备用系数,K取1.25 由：F=5t×10Kn=50Kn

可得：P=1.25×50×15÷60÷0.85=18.5Kw

所以副钩电机选用 YZR200L-8 20Kw 1台

大车电机选择

根据大车最大载重为2.5t速度要求为v=25m/min 功率备用系数,K取1.1 由公式P= F×v÷60÷η×k P=25×25÷60÷0.8×1.25=14.5 Kw

所以大车电机选用 YZR180L-8 15Kw 2台

小车电机选择

根据小车最大载重为1.5t速度要求为v=20m/min 功率备用系数，K取1.1 由公式P= F×v÷60÷η×k P=15×20÷60÷0.8×1.1=6.8 Kw 小车电机 YZR160L-8 7Kw 1台

3、空开、接触器和过流继电器的选择

空开、接触器和过流继电器可根据控制机构的功率和电压求出电流来选择不同的电器元件，详细见电器材料明细表。

4、电线电缆的选择

主电路用RVB70的线 控制电路用RVB1.5的线 PLC用RVB1的线

三、设备组成

1、起升控制柜

起升机构一个控制柜，放于大梁上。

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控制方式：QR2S控制屏

所有接触器的动作全部通过PLC发出信号控制。

2、大小车副钩控制柜

控制柜放于大梁上。 控制方式：全凸轮控制

所有接触器的动作全部通过PLC发出信号控制。

3、司机室

司机室电气设备由以下各部组成： ● 联动台 ● 保护柜

联动台选用天水系列联动台

供电电源为AC380V, 50Hz三相制，经导电装置引至桥式起重机。

总电源断路器设置在总电源柜中并配置失压脱扣线圈, 其额定容量根据装机总容量选配,具有短路, 过载, 失压保护功能。整机工作电源由总电源断路器出线端引出,向机上各机构的主回路供电，并设置总接触器。司机室按钮盒上设有紧停按钮，紧急情况下用来分断总电源断路器，切断整机工作电源。

控制及信号电源为AC220V, 设置了单相隔离变压器，为紧停回路、各机构控制回路、超负荷限制器提供电源。

整机控制核心PLC采用日本三菱FX2N系列，由主令控制器控制相应继电器发出动作信号经过光隔后输入PLC，经PLC内部CPU进行程序处理后输出控制信号至各机构动作，可靠性非常高。

4、安全保护设施

4.1紧急断电保护，当操作过程出现异常情况，按下紧急停止按钮，立即分断进线总接触器。 4.2起升限位保护：主钩设置上下限位开关。限位开关的信号经隔离进入PLC中，通过PLC

来进行控制。副钩限位直接控制副钩上升接触器。

4.3起升机构超载保护：主副起升机构设置超载保护装置，超载信号进入PLC，超载时通过

PLC禁止上升，但允许下降。

4.4 大小车限位保护：起重机的大小车运行机构采用双限位作为行程限位保护。当平移机构运行

到极限限位位置，将行程开关的停车信号送到PLC中，通过PLC来达到停车目的。 4.5 门开关保护：进入起重机的门上设有安全开关。当其中任意一个安全开关断开时，总接触器即自动断开，可避免误入大车走台危及人身安全。

4.6主钩设置超速开关进行保护；主副钩上升过程中设置双限位保护（重锤式和旋转式并用），主

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钩重锤和副钩重锤串联后再串入总接触器回路，双限位控制不同的断路装置。

5、电线电缆

电线和电缆选用国产优质品牌高温电缆，保证电线不会因环境温度高而过快老化，增加其使用寿命和可靠性。

四、电气操作及注意事项

1、电气操作

1.1、合上总电源开关，各控制柜断路器，确认各舱门关闭到位，按下启动按钮启动总接触器(确保急停按钮旋起处于接通位置，电锁开关在接通位置),使整车电源上电。

注意：总接触器控制没有经过PLC，如果不能合闸，请检查各舱门限位是否关闭到位，大小车和副钩凸轮是否在零位，小车过流、总过流、大车过流、副钩过流常闭是否闭合到位，主副钩重锤是否接通(联动台左箱备用按钮用来短接主副钩重锤限位，按下按钮如果总接触器能合闸，则检查重锤开关)。

1.2、大小车机构和副钩机构采用5档凸轮操作，联动台信号送入PLC控制正反转和切电阻接触器。检查控制回路动作时，可以把机构主空开断开，观察中继和接触器动作情况。

注意：如果速度不对，请检查各中继是否完好，或者联动台信号是否送入PLC（可以通过观察PLC的各点输入灯是否被点亮来判断）。

1.3、主钩机构采用国标新型QR2S控制屏，QR2S控制屏比起原来老式控制屏控制线路更为简单，线路为可逆不对称线路，主令控制器档数为3－0－3，比起原来老式6档手柄控制更为简便，操作也更容易掌握。

QR2S控制屏主令控制器下降一、二档为反接制动，可实现负载慢速下降，第三档为再生制动，可实现负载快速下降；QR2S控制屏的线路允许从下降第三档直接打上升任何档。电路能保证电机先在短接一级电阻情况下反接制动减速，然后转入上升运行；控制回路中正反转接触器具有故障保护功能和熔焊检测功能，防止电动机失电而制动器仍然在通电而导致失速的发生。

1.4、主钩上限位串连接入中继K060线圈,K060处于闭合状态主钩才可以上升，如果KO60没有闭合请检查限位是否闭合到位或者KO60是否损坏以及K060信号是否送入PLC；主钩超速中继K061检查同上（可以通过观察PLC的各点输入灯是否被点亮来判断）。

1.5、PLC问题的查找，主要是观察信号的输入和输出的情况，可以通过观察PLC的各点输入灯是否被点亮来判断。

2、注意事项

2.1、温度要求：0 ℃~ 40 ℃（过温时降容使用）

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2.2、湿度要求：5至95%，不允许冷凝，在腐蚀气体中最大允许相对湿度60%。 2.3、不允许与可燃性气体接触，不允许有导电粉尘。

2.4、由于起重机械长期在高温环境下工作，而且粉尘较多，因此对电气元件防护由为重要，应该经常吹灰，清扫柜体。

2.5、电控柜在长期运行中，由于反复吸合、释放的振动，易使设备器件及接线螺丝松动，应经常检查。

2.6、 PLC程序已经调试完好，非专业人员不得擅自改动。

五、执行标准：

电气控制系统设计、制造、安装执行如下标准及规范（不限如此） GB3811起重机设计规范 GB/T14405-93 通用桥式起重机 GB6067-85起重机械安全规程

GB/T5909-1995起重机试验规范与规程 GB/J232-85电气装置工程施工及验收规范

GB50168-92 电气装置安装工程盘、屏及二次回路接线施工及验收规范

按照《起重机设计规范》（GB3811）、《起重机安全规程》（GB6067）等的要求，设置必要的安全保护环节；

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六、结束语及致谢

结束语

在行车电气控制系统设计中，实现了两个目的：（1）对我们即将进入社会的毕业生进行了现场工程师的综合训练,着重训练我们查阅资料的能力、工程制图的能力、计算机运用能力、元件选择能力、软件开发使用能力以及文字表达的能力。同时,让我们回顾已学过的电气控制与PLC的知识,并对知识重新组合、灵活运用。使我们能够通过毕业设计对电气控制与PLC应用技术的了解更加深刻。同时,也为我们今后从事工业自动化及自动线方面的设计工作提供了宝贵的经验。（2）成功地实现使控制系统满足工艺流程要求以及设计任务书上提出的所有控制、保护和显示要求，并且力图使所设计的控制系统做到了工作稳定可靠、技术性能先进、操作灵活方便。

通过顺序功能图的循环，重点解决了连续工作方式的顺序功能图的设计过程中遇到的各种复杂问题。毕业设计达到了预期目的。

致 谢

本毕业设计的全部工作是在我的师傅杨师、李师的热心指导下完成的。在完成整个论文的过程中，他不仅提供了大量的资料，及时提出论文中存在的问题并给予了耐心的指导，对论文初稿进行了认真细致的审查并提出了许多宝贵的意见。准确把握课题研究最新方向的能力和勇于创新的精神，给我留下了深刻的印象，我从中获益非浅。为此，特向他们致以深深的谢意。

本毕业设计在完成期间还得到了各位老师和同学的热心帮助，在此深表感谢。

学生：雷和泽

2010年6月 于昆明冶金高等专科学校

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七、电气材料明细表

电 气 材 料 明 细 表（1）

资产编号： 设备名称：QD 25/5T×22.5M桥式双梁吊 序图 号 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Q2 Q1X Q1F Q1D Q1S Q7S F31 F32 F40,F41 F30 F30S F60 F01~F03 F20 断路器 断路器 断路器 断路器 断路器 断路器 断路器 断路器 断路器 断路器 断路器 相序继电器 熔断器 过流继电器 CDM1-250A DZ47-D25/3P DZ47-D50/3P CDM1-80A CDM1-200A DZ47-D16/4P DZ47-C10/2P DZ47-C10/2P DZ47-C10/2P DZ47-C10/2P DZ47-C10/2P XJ3-G ~380V RT18-32/6A JL15-250A JL15-30A 短路保护 短路保护 短路保护 短路保护 短路保护 短路保护 短路保护 短路保护 短路保护 短路保护 短路保护 相序保护 短路保护 过流保护 过流保护 过流保护 过流保护 使用单位：铸造 件名 称 规 格 用 途 数 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 3 1 2 2 4 德力西 正泰 正泰 德力西 德力西 正泰 正泰 正泰 正泰 正泰 正泰 正泰 永上 德力西 德力西 德力西 德力西 生产厂家 F21X,F22X 过流继电器 F21F,F22F 过流继电器 JL15-60A F21D~F24D 过流继电器 JL15-60A 12

18 19 20 21

F21S,F22S 过流继电器 JL15-200A PLC DI PS CPU FX2N-64MR-001 过流保护 程序控制 程序控制 提供DC24V

2 1 1 1 德力西 三菱 三菱 台湾明伟

扩展模块 FX2N-16EX DC24 开关电源 S-100-24

电 气 材 料 明 细 表（2）

资产编号： 设备名称：QD 25/5T×22.5M桥式双梁吊 序图 号 号 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 T3 K001 K031~K036 K011~K018 K021~K028 K051~K056 K060~K062 K01A KM0 K1X,K2X K40~K43 K1D,K2D K402~K431 K21F,K22F K40F~K43F 变压器 中继 中继 中继 中继 中继 中继 中继 接触器 接触器 接触器 接触器 接触器 接触器 接触器 BK1KVA 380/220V 提供~220V MY2NJ ~220V MY2NJ ~220V MY2NJ ~220V MY2NJ ~220V MY2NJ ~220V MY2NJ ~220V MY2NJ ~220V CJX2-245 ~380V 信号隔离 信号隔离 信号隔离 信号隔离 信号隔离 信号隔离 信号隔离 使用单位：铸造 件名 称 规 格 用 途 数 1 1 6 8 6 6 3 1 1 1 4 1 5 2 4 正泰 欧姆龙 欧姆龙 欧姆龙 欧姆龙 欧姆龙 欧姆龙 欧姆龙 德力西 德力西 德力西 德力西 德力西 施耐德 德力西 生产厂家 接通分断电源 接通分断电CJX2-32N 220V 源 接通分断电CJX2-32 ~220V 源 接通分断电CJX2-80N ~220V 源 接通分断电CJX2-40 ~220V 源 接通分断电LC1-D65M7C 源 接通分断电 CJX2-50 ~220V 源 13

37 38 39 40 41 42 K71S,K72S K1S,K2S K40S~K44S K71S X21 DL 接触器 接触器 接触器 接触器 电源插座 电铃 LC1-D2510M7C LC1-D245M5C CJX2-185 ~220V LC1-D25M7C 10A ~220V ~220V 6寸 接通分断电源 接通分断电源 接通分断电源 接通分断电源 编程电脑用 警告提示 2 2 5 1 1 1 施耐德 施耐德 德力西 施耐德 正泰

电 气 材 料 明 细 表（3）

资产编号： 设备名称：QD 25/5T×22.5M桥式双梁吊 序图 号 号 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 TQA -S92~-S93 S92S,S92F =05,06-F71 使用单位：铸造 件名 称 联动台 门限位 重锤限位 主钩超载 司机室门限位 大车限位 小车限位 上限位 主钩超速 小车电阻 副钩电阻 大车电阻 主钩电阻 ME-8111 RT54-160L-8/1B RT54-200L-8/2J RT54-180L-8/2J RF54-315M-10/10J 规 格 见图 用 途 数 操作行车 安全保护 安全保护 超载保护 安全保护 限位保护 限位保护 起升保护 超速保护 调速 调速 调速 调速 1 2 2 1 1 2 2 1 1 1 1 2 1 生产厂家 天水 正泰 山东庆云 山东庆云 山东庆云 山东庆云 -S94 S91D,S92D S91X,S92X S91S,S91F -S93S RX1 RF1 RD1,RD2 RS 14

56 57 58 59 60 61 62 63

M1 M2 M3,M4 MS Y1 Y2 Y3,Y4 Y1S,Y2S 小车电机 副钩电机 大车电机 主钩电机 小车制动器 副钩制动器 大车制动器 主钩制动器

YZR160L-6 7Kw YZR200L-8 20Kw YZR180L-8 15Kw YZR315M-10 75Kw 驱动设备 驱动设备 驱动设备 驱动设备 制动刹车 1 1 2 1 1 1 2 2

制动刹车 制动刹车

制动刹车

八、电气原理图

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图1 供电保护机构

主电路采用BVR70的线，主起升，副起升，小车运行，大车运行由接触器KM0控制，过流保护分别串联于常闭点。H03为电源指示（红色）H04为启动指示（绿色）

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图2 PLC 机构

主要监控大小车前进后退和挡位，及主钩升、降和主钩加速一挡。

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图3 PLC机构

主要监控主副钩加速二到五挡位、主钩制动、副钩升降。

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PLC扩展模块

PLC扩展模块主要监控主钩升降和主钩制动。

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图4 小车机构

K1X、K2X控制小车正反转，K40、K41、K42、K43控制小车挡位。

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图5 照明信号机构

照明电压是经过干式变压器变压为220V。

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图6 小车机构

K1X控制小车前K2X控制小车后K43小车二速K42小车三速K41小车四速K40小车五速。

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副

图7 副起升机构

K1F、K2F控制副钩起升正反转K40F、K41F、K42F、K43F控制副起升挡位。

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图8

主起升机构

K1S、K2S控制主起升正反转K40S、K41S、K42S、K43S、K44S采用三角降压切电阻启动，这样可以避免在电机启动时电压过大而影响电厂。K40S、K41S、K42S、K43S、K44S也分别为主起升挡位。

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图9 大车机构

K1D、K2D控制大车正反转大车由M3、M4两个电机拖动K401、K411、K421、K431、K402为电机M3、M4挡位控制。

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图10 副起升机构

K1F控制副钩升、K2F控制副钩降K43F为副钩二速K42F为副钩三速K41F为副钩四速K40F为副钩五速。

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图11 主起升机构

K1S控制主钩升K2S控制主钩降K44S为主钩一级电阻K43S为主钩二级电阻K42S为主钩三级电阻K41S为主钩四级电阻K40S为主钩五级电阻K71S控制主钩制动起K01A为主钩过流信号。

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图12 大车机构

K1D控制的车前K2D控制大车后K431控制大车二速K421控制大车三速K411控制大车四速K401、K402 控制大车五速。

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联动台

图13 29

联动台

九、PLC程序逻辑图

图14 30

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ykl6.html