10吨门机的控制系统改造
摘 要现阶段，随着社会科学技术的不断发展，PLC、变频调速已经被广泛运用到各种门式起重机中。变频调速器对电机的驱动控制具有完善的自我保护和电机保护功能。变频调速是通过改变电机的电源频率来实现速度控制，极大的提高了系统的高效率性、高节能性、高精度性、高可靠性。本次的毕业设计主要研究了基于PLC、变频器控制的门机系统改造方案的可行性，整理了PLC的选型以及变频器的部分知识，编写了PLC的逻辑控制程序，罗列出了I/0分配表以及PLC接线图，最后进行了调试，大都符合之前所设想的设计。阐述了该软件系统的总体设计和具体实现以及该系统改造的可靠性和采取措施。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究的目的及意义 1
1.3 设计任务 2
1.4 本文框架 3
第二章 系统设计方案 4
2.1 门机的主要架构 4
2.2 设计方案 4
2.3 设计的主要控制方案 4
2.4 门机控制系统的确定 5
2.5 设计遇到的难点 5
第三章 系统硬件简介 7
3.1 PLC简介 7
3.2 PLC控制技术与传统控制技术的比较 7
3.3 触摸屏概述 8
3.4 变频器概述 8
3.5 系统调速方式的比较 8
第四章 10吨门机控制系统的改造设计过程 11
4.1 电气控制原理图的设计 11
4.2 PLC编程语言的概述 11
4.3 PLC的选型 12
4.4 I/O地址分配 13
4.5 PLC控制的输入/输出接线图 13
4.6 变频器的选型 14
4.7 变频器接线 14
4.8 变频器的设置步骤 15
4.9 触摸屏的选择 16
4.10程序调试与触摸屏仿真 16
4.11结论 23
4.12使用说明 24
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第五章 总结与展望 25
5.1总结 25
5.2遇到的问题与解决办法 25
5.3对门机系统的展望 25
结束语 27
致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 课题背景
近几十年来，伴随着我国重工业不断的迅猛发展，越来越多的港口需要这种大吨位的门机来进行各种安装工作。因此这种门机需要满足工作可靠、安全、平稳、低速性能好、调速精度高等等要求。
众所周知门式起重机一直是港口大型起重设备的主力军，由于门式起重机的重要性，所以被要求配备的电气控制系统需要先进的技术以及可靠的性能。然而传统起重机的电气传动系统大多是采用多交流绕线转子异步电动机转子串电阻的调速方法，运用继电器接触器控制，该传统控制系统的主要缺点：
1.电机起制动时对门机的机械部造成了十分严重的冲击和磨损，并且变幅的情况经常的发生，旋转电机的联轴节弹性柱经常发生磨断，大齿圈座和门腿的连接处的焊缝发生了开裂 、门机下支承轴经常性的损坏，而且会更加频繁性的更换吊钩钢丝绳。
2.门式起重机现有的工作环境和工作条件都十分差，再加上门机的司机在工作时，往往需要在短时间内采取一系列的正向和反向电机动作来完成这货物的装卸过程，对电机的定子和转子电流往往会产生很大的影响，并且随着时间的推移，导致电机被发热烧毁。
诸如此类的故障经常性的发生往往会在维护上花费很长时间，这样不仅费用大,人工多,而且更是直接造成了港口的装卸生产困难,延误了门机生产业务的正常进行。
1.2 课题研究的目的及意义
21世纪以来，变频调速技术在科技的浪潮下得到了迅猛发展，门式起重机的交流电机驱动的起升、行走机构开始运用变频器来控制，并且取得了理想中的效果。然而对于控制点更多的门机来说，传统的继电器控制早已经被PLC、现场总线技术所取代。通过触摸屏技术让操作界面变得更加容易操作，可以直接读取下层的控制器的历史数据和报等信号，能够较为容易进行控制和故障诊断。
门机的电气系统设计往往被要求需要满足可靠性，稳定性，安全性，性价比高，技术先进，便于维修等特点。在这种情况下，运用PLC、变频器来控制门机的技术越发的受人青睐。
众所周知运用变频调速技术来控制电机的转速，它的特点是功率因素极大并且可以频繁的起动，更是可以无级接触。它的工作原理是在电机启动的时候，运用变频调速技术来控制电网频率为50HZ的交流电，极大地降低了电机启动时所产生的旋转磁场的转速差，能够让它更加接近或者等同于同步转速产生的转速差，并且能让电机的转子转矩接近或者等同于所要求的额定转矩，然后运用变频器控制来逐步地提升频率，最后达到50HZ的平稳起动目的。但是由于运用变频调速可以让电机能够较为平稳的制动，不仅能够缓和对机械所造成的冲击，而且在稳定性，性价比，节能等等方面明显优于传统的调速技术。所以，把门式起重机中的变幅和旋转机构改造成能够进行变频驱动，这样能够极大地提高原系统的性能指标。
把PLC运用在门式起重机的电气控制系统当中，它是运用计算机通信技术结合了逻辑控制系统，并且通过逐步的发展，可以适用于各种复杂而又难以控制的系统的一种自动控制装置。它不仅生命力强大，而且具有很高的稳定性，因此受到了技术人员的青睐，并且快速的得到了应用与推广。它的主要特点有：
性价比高。PLC不仅一直在降低它在重量、硬件、功能性、体积等方面的价格，并且运用PLC可以极大地缩减设计周期，编程周期以及投产周期，最大程度的降低总价格。
高可靠性以及稳定性。PLC不仅能够快速的适应港口的工作环境，而且还具有较为完善的自诊断功能，并且能够快速寻找出故障所在，便于维修。它还能在各种恶劣的环境下稳定的工作，例如在高温，灰尘多，冲击力大等环境。
便于维修，安装简单。关于PLC的安装根本不需要特定的机房来进行严苛的屏蔽。在PLC使用的时候只要在连接各种的元器件上没有错误，控制系统就能够稳定运行。只需要将各种器件无错误连接，系统就可以工作，每一个模件都设有运行及故障的指示装置，方便查找故障。不仅大部分的模件可以带电插拨，而且可以更换。因此，它可以在短时间内查找出故障所在，并立即消除。以最大程度来压缩门机的停机时间，迅速恢复正常生产工作。
1.3 设计任务
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究的目的及意义 1
1.3 设计任务 2
1.4 本文框架 3
第二章 系统设计方案 4
2.1 门机的主要架构 4
2.2 设计方案 4
2.3 设计的主要控制方案 4
2.4 门机控制系统的确定 5
2.5 设计遇到的难点 5
第三章 系统硬件简介 7
3.1 PLC简介 7
3.2 PLC控制技术与传统控制技术的比较 7
3.3 触摸屏概述 8
3.4 变频器概述 8
3.5 系统调速方式的比较 8
第四章 10吨门机控制系统的改造设计过程 11
4.1 电气控制原理图的设计 11
4.2 PLC编程语言的概述 11
4.3 PLC的选型 12
4.4 I/O地址分配 13
4.5 PLC控制的输入/输出接线图 13
4.6 变频器的选型 14
4.7 变频器接线 14
4.8 变频器的设置步骤 15
4.9 触摸屏的选择 16
4.10程序调试与触摸屏仿真 16
4.11结论 23
4.12使用说明 24
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第五章 总结与展望 25
5.1总结 25
5.2遇到的问题与解决办法 25
5.3对门机系统的展望 25
结束语 27
致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 课题背景
近几十年来，伴随着我国重工业不断的迅猛发展，越来越多的港口需要这种大吨位的门机来进行各种安装工作。因此这种门机需要满足工作可靠、安全、平稳、低速性能好、调速精度高等等要求。
众所周知门式起重机一直是港口大型起重设备的主力军，由于门式起重机的重要性，所以被要求配备的电气控制系统需要先进的技术以及可靠的性能。然而传统起重机的电气传动系统大多是采用多交流绕线转子异步电动机转子串电阻的调速方法，运用继电器接触器控制，该传统控制系统的主要缺点：
1.电机起制动时对门机的机械部造成了十分严重的冲击和磨损，并且变幅的情况经常的发生，旋转电机的联轴节弹性柱经常发生磨断，大齿圈座和门腿的连接处的焊缝发生了开裂 、门机下支承轴经常性的损坏，而且会更加频繁性的更换吊钩钢丝绳。
2.门式起重机现有的工作环境和工作条件都十分差，再加上门机的司机在工作时，往往需要在短时间内采取一系列的正向和反向电机动作来完成这货物的装卸过程，对电机的定子和转子电流往往会产生很大的影响，并且随着时间的推移，导致电机被发热烧毁。
诸如此类的故障经常性的发生往往会在维护上花费很长时间，这样不仅费用大,人工多,而且更是直接造成了港口的装卸生产困难,延误了门机生产业务的正常进行。
1.2 课题研究的目的及意义
21世纪以来，变频调速技术在科技的浪潮下得到了迅猛发展，门式起重机的交流电机驱动的起升、行走机构开始运用变频器来控制，并且取得了理想中的效果。然而对于控制点更多的门机来说，传统的继电器控制早已经被PLC、现场总线技术所取代。通过触摸屏技术让操作界面变得更加容易操作，可以直接读取下层的控制器的历史数据和报等信号，能够较为容易进行控制和故障诊断。
门机的电气系统设计往往被要求需要满足可靠性，稳定性，安全性，性价比高，技术先进，便于维修等特点。在这种情况下，运用PLC、变频器来控制门机的技术越发的受人青睐。
众所周知运用变频调速技术来控制电机的转速，它的特点是功率因素极大并且可以频繁的起动，更是可以无级接触。它的工作原理是在电机启动的时候，运用变频调速技术来控制电网频率为50HZ的交流电，极大地降低了电机启动时所产生的旋转磁场的转速差，能够让它更加接近或者等同于同步转速产生的转速差，并且能让电机的转子转矩接近或者等同于所要求的额定转矩，然后运用变频器控制来逐步地提升频率，最后达到50HZ的平稳起动目的。但是由于运用变频调速可以让电机能够较为平稳的制动，不仅能够缓和对机械所造成的冲击，而且在稳定性，性价比，节能等等方面明显优于传统的调速技术。所以，把门式起重机中的变幅和旋转机构改造成能够进行变频驱动，这样能够极大地提高原系统的性能指标。
把PLC运用在门式起重机的电气控制系统当中，它是运用计算机通信技术结合了逻辑控制系统，并且通过逐步的发展，可以适用于各种复杂而又难以控制的系统的一种自动控制装置。它不仅生命力强大，而且具有很高的稳定性，因此受到了技术人员的青睐，并且快速的得到了应用与推广。它的主要特点有：
性价比高。PLC不仅一直在降低它在重量、硬件、功能性、体积等方面的价格，并且运用PLC可以极大地缩减设计周期，编程周期以及投产周期，最大程度的降低总价格。
高可靠性以及稳定性。PLC不仅能够快速的适应港口的工作环境，而且还具有较为完善的自诊断功能，并且能够快速寻找出故障所在，便于维修。它还能在各种恶劣的环境下稳定的工作，例如在高温，灰尘多，冲击力大等环境。
便于维修，安装简单。关于PLC的安装根本不需要特定的机房来进行严苛的屏蔽。在PLC使用的时候只要在连接各种的元器件上没有错误，控制系统就能够稳定运行。只需要将各种器件无错误连接，系统就可以工作，每一个模件都设有运行及故障的指示装置，方便查找故障。不仅大部分的模件可以带电插拨，而且可以更换。因此，它可以在短时间内查找出故障所在，并立即消除。以最大程度来压缩门机的停机时间，迅速恢复正常生产工作。
1.3 设计任务
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