plc的变频起重机控制系统的设计
摘 要 桥式起重机在社会生活中非常常见，应用于工厂、港口、仓库等场所。现如今，技术日益成熟，人们不必使用劳力并且可以更加有效率的搬运货物，这大大的方便了人们的生产生活。 本设计主要研究通过PLC来控制桥式起重机的运行。运用PLC软件功能编写程序，控制大车小车及起升机的运行。PLC选用西门子S7-300系列，CPU选用CPU313-2-DP，变频器选用S7-300的MM420，利用STEP7进行编写程序和仿真实验。本设计主要控制电机正转反转来实现大小车及起升机的横向纵向和上下运行,以及对大小车起升机速度的设置，最后进行仿真，对运行输入依次输出。控制方法主要通过PLC来控制。
目 录
第一章 绪论 1
1.1桥式起重机概述 1
1.1.1桥式起重机简介 1
1.1.2桥式起重机研究发展状况与趋势 2
1.2 桥式起重机智能化研究发展现状 2
1.2.1可编程控制器及其发展现状 2
1.2.2桥式起重机速度控制技术及其发展状况 3
第二章 PLC变频调速技术 4
2.1变频调速的基本原理 4
2.2变频器的基本结构和功能 5
2.3PLC变频技术的作用 6
第三章 桥式起重机控制系统硬件设计 7
3.1硬件组态过程 7
3.3 变频器硬件设计 8
3.4电气控制系统原理图 10
第四章 PLC软件设计 11
4.1变频起重机的控制要求 11
4.2输入/输出（I/O)分配表 11
4.3起重机控制流程图 11
第五章 模拟仿真 13
5.1S7PLCSIM的主要功能 13
5.2仿真过程 13
结束语 16
致 谢 17
第一章 绪论
1.1桥式起重机概述
1.1.1桥式起重机简介
在各种生产过程中，起重机作为一个重要机械，可以实现物资运送、避免体力劳动、提高工作效率、保证安全活动的作用。总而言之，起重机使用非常广泛，具有至关重要的地位。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
人类自古就有个优点，擅长使用工具，因此起重机就是人类不断研究工具的成果，在此之前，人类研究各种能够搬运东西的方法，例如滚子，杠杆等。功夫不负有心人，到18世纪以后，终于出现了起重机。1983年，在维也纳的一次博览会上，一家来自德国的公司展示了启动动力是蒸汽的起重机。至此以后，起重机不断进行更新完善，设计越来越贴近人类的生产生活，大大的造福了人类。
图11桥式起重机结构组成
上图所示的桥式起重机，我们可以看出，构成起重机的主要结构是大车、小车及挂钩等。小车架在桥架上，可以进行横向运行，桥架为箱型结构，大车负责在纵向运行，挂钩与小车相连，负责货物的提升、移动，主梁端梁运用比较结实的螺栓相连，成为起重机的主要框架。
驾驶室 2.辅助划线 3.磁力控制器 4.起重小车 5大车拖动电动机 6.端梁 7.主划线
8.主梁 9.电阻箱
1.1.2桥式起重机研究发展状况与趋势
一方面，随着人类不断的进步，时代不断的发展，人们对于起重机的要求也越来越高。另一方面，技术越来越发达，也导致了桥式起重机在各个领域的提升。总的来说，桥式起重机的发展现状可分为以下几个方面：
（1）设计的快速化：研究者们开始越来越注重设计的效率。陈洪财重点对桥式起重机做了一些研究，创造了一个可以快速智能推理设计的系统，该系统可以利用一系列方法使得设计在保证真实可靠的基础上更加简单快捷，十分实用。
结构的轻量化：在桥式起重机的材料方面，使用的金属材料需要很耐用，原材料要丰富，能够保证起重机机构的轻量化。最近，兴起用仿真的方法来研究起重机机构的轻量化，十分受用。
操作的智能化：桥式起重机的工作环境往往比较脏乱，且有一定的辐射，所以，桥式起重机能否再无人驾驶的状态下自动运行非常重要。
运行的安全化：工作人员的安全问题也非常重要，生产过程中要注重起升机构的稳定性，起重机吊钩防摆技术是一项很好的研究方向。
1.2 桥式起重机智能化研究发展现状
1.2.1可编程控制器及其发展现状
PLC在本次设计中起了很大的作用，根据所要达到的要求进行编程，再对其系统进行控制，最后输出到接口，执行程序。因此PLC在配置方面要求比较高，配置决定着桥式起重机系统的效果。
目前PLC在我国得到了广泛应用，几乎所有知名厂家的PLC都在我国有一定的市场。在我国使用比较广泛的有SIEMENS，Schneider，B&R，MITSUBISHI，OMRON，Hitachi和Panasonic，GE和rockwell。欧美品牌的大中型可编程控制器比较占优势。而中国大部分都使用国外的品牌。如下图所示是西门子S7300产品图。
图12 西门子S7300PLC
20世纪90年代末期，虚拟器技术开始兴起，PLC软件技术开始形成，可以把过去一些需要硬件实现的功能通过软件来实现，PLC软件技术有以下一些特点：
（1）开辟者发明了很多以IEC611313为标准的编写程序的语言，在选择语言时可以充分考虑到具体程序和便捷程度，也不必限制于过去的LAD语言。
（2）运营商之间可以互相兼容，不仅都可以用以太网或者高速串口等接口，也可以用VB、VC来编写程序。
可以不必动用硬件，直接在PC端进行仿真，通过仿真结果对程序进行修改编译，这款产品的实用性非常的强。
（4）跟软件的价格比较而言，这款产品的价格更低，这大大降低了成本，获利更大。
现在这个阶段，科学研究中经常使用的软PLC产品有SEMENS的WinAC，Rockwell AB公司的SoftLogix和3S的CoDesys等。
1.2.2桥式起重机速度控制技术及其发展状况
如今，转子串电阻的调速方式比较常见，它主要通过改变转子串接电阻的大小，来改变电机转差率，最后可以实现调速。转子串电阻的调速方法原理通俗易懂，操作起来也非常简单，但是这种方法的缺点是调速是有级的，机械特性比较软。所以呈现的结果会不够好，不能达到高精确的要求，而且，效率低下，损耗较大，随着时代的不断发展，要求越来越高，这种调速方法会渐渐的被舍弃掉。
随着时间的推移，近些年，使用变频技术不仅精准度比较高，而且运行也比较稳定快速，损耗也较少，跟转子串电阻方式相比，它还具有的优势是无极调速。而且它可以调速的范围大，不会发生很大的噪声，安全高效，所以机械行业都会把它列入理想调速方案当中。但是变频技术比较昂贵，普通行业不会纳入考虑，但是随着技术的革新，我认为会越来越多的人会使用。
目 录
第一章 绪论 1
1.1桥式起重机概述 1
1.1.1桥式起重机简介 1
1.1.2桥式起重机研究发展状况与趋势 2
1.2 桥式起重机智能化研究发展现状 2
1.2.1可编程控制器及其发展现状 2
1.2.2桥式起重机速度控制技术及其发展状况 3
第二章 PLC变频调速技术 4
2.1变频调速的基本原理 4
2.2变频器的基本结构和功能 5
2.3PLC变频技术的作用 6
第三章 桥式起重机控制系统硬件设计 7
3.1硬件组态过程 7
3.3 变频器硬件设计 8
3.4电气控制系统原理图 10
第四章 PLC软件设计 11
4.1变频起重机的控制要求 11
4.2输入/输出（I/O)分配表 11
4.3起重机控制流程图 11
第五章 模拟仿真 13
5.1S7PLCSIM的主要功能 13
5.2仿真过程 13
结束语 16
致 谢 17
第一章 绪论
1.1桥式起重机概述
1.1.1桥式起重机简介
在各种生产过程中，起重机作为一个重要机械，可以实现物资运送、避免体力劳动、提高工作效率、保证安全活动的作用。总而言之，起重机使用非常广泛，具有至关重要的地位。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
人类自古就有个优点，擅长使用工具，因此起重机就是人类不断研究工具的成果，在此之前，人类研究各种能够搬运东西的方法，例如滚子，杠杆等。功夫不负有心人，到18世纪以后，终于出现了起重机。1983年，在维也纳的一次博览会上，一家来自德国的公司展示了启动动力是蒸汽的起重机。至此以后，起重机不断进行更新完善，设计越来越贴近人类的生产生活，大大的造福了人类。
图11桥式起重机结构组成
上图所示的桥式起重机，我们可以看出，构成起重机的主要结构是大车、小车及挂钩等。小车架在桥架上，可以进行横向运行，桥架为箱型结构，大车负责在纵向运行，挂钩与小车相连，负责货物的提升、移动，主梁端梁运用比较结实的螺栓相连，成为起重机的主要框架。
驾驶室 2.辅助划线 3.磁力控制器 4.起重小车 5大车拖动电动机 6.端梁 7.主划线
8.主梁 9.电阻箱
1.1.2桥式起重机研究发展状况与趋势
一方面，随着人类不断的进步，时代不断的发展，人们对于起重机的要求也越来越高。另一方面，技术越来越发达，也导致了桥式起重机在各个领域的提升。总的来说，桥式起重机的发展现状可分为以下几个方面：
（1）设计的快速化：研究者们开始越来越注重设计的效率。陈洪财重点对桥式起重机做了一些研究，创造了一个可以快速智能推理设计的系统，该系统可以利用一系列方法使得设计在保证真实可靠的基础上更加简单快捷，十分实用。
结构的轻量化：在桥式起重机的材料方面，使用的金属材料需要很耐用，原材料要丰富，能够保证起重机机构的轻量化。最近，兴起用仿真的方法来研究起重机机构的轻量化，十分受用。
操作的智能化：桥式起重机的工作环境往往比较脏乱，且有一定的辐射，所以，桥式起重机能否再无人驾驶的状态下自动运行非常重要。
运行的安全化：工作人员的安全问题也非常重要，生产过程中要注重起升机构的稳定性，起重机吊钩防摆技术是一项很好的研究方向。
1.2 桥式起重机智能化研究发展现状
1.2.1可编程控制器及其发展现状
PLC在本次设计中起了很大的作用，根据所要达到的要求进行编程，再对其系统进行控制，最后输出到接口，执行程序。因此PLC在配置方面要求比较高，配置决定着桥式起重机系统的效果。
目前PLC在我国得到了广泛应用，几乎所有知名厂家的PLC都在我国有一定的市场。在我国使用比较广泛的有SIEMENS，Schneider，B&R，MITSUBISHI，OMRON，Hitachi和Panasonic，GE和rockwell。欧美品牌的大中型可编程控制器比较占优势。而中国大部分都使用国外的品牌。如下图所示是西门子S7300产品图。
图12 西门子S7300PLC
20世纪90年代末期，虚拟器技术开始兴起，PLC软件技术开始形成，可以把过去一些需要硬件实现的功能通过软件来实现，PLC软件技术有以下一些特点：
（1）开辟者发明了很多以IEC611313为标准的编写程序的语言，在选择语言时可以充分考虑到具体程序和便捷程度，也不必限制于过去的LAD语言。
（2）运营商之间可以互相兼容，不仅都可以用以太网或者高速串口等接口，也可以用VB、VC来编写程序。
可以不必动用硬件，直接在PC端进行仿真，通过仿真结果对程序进行修改编译，这款产品的实用性非常的强。
（4）跟软件的价格比较而言，这款产品的价格更低，这大大降低了成本，获利更大。
现在这个阶段，科学研究中经常使用的软PLC产品有SEMENS的WinAC，Rockwell AB公司的SoftLogix和3S的CoDesys等。
1.2.2桥式起重机速度控制技术及其发展状况
如今，转子串电阻的调速方式比较常见，它主要通过改变转子串接电阻的大小，来改变电机转差率，最后可以实现调速。转子串电阻的调速方法原理通俗易懂，操作起来也非常简单，但是这种方法的缺点是调速是有级的，机械特性比较软。所以呈现的结果会不够好，不能达到高精确的要求，而且，效率低下，损耗较大，随着时代的不断发展，要求越来越高，这种调速方法会渐渐的被舍弃掉。
随着时间的推移，近些年，使用变频技术不仅精准度比较高，而且运行也比较稳定快速，损耗也较少，跟转子串电阻方式相比，它还具有的优势是无极调速。而且它可以调速的范围大，不会发生很大的噪声，安全高效，所以机械行业都会把它列入理想调速方案当中。但是变频技术比较昂贵，普通行业不会纳入考虑，但是随着技术的革新，我认为会越来越多的人会使用。
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