紫琅职业技术学院毕业论文题目：PLC在10吨双梁吊钩桥式起重机中的应用学生姓名：季磊所在系、专业：船舶工程系、船舶工程技术班级：船电102班指导教师：李谷音日期：2013年5月27日10吨双梁吊钩桥式起重通过日本三菱公司的FX1N型PLC可编程控制器对起重机的电力拖动系统进行控制。

通过对10吨双梁吊钩桥式起重机电力拖动系统硬件结构和工作机构的控制，还能解决传统控制方式下在操作方面的许多麻烦，包括开闭电机和起升电机在起升时难以同步等问题。

同时，通过采用PLC控制可以减轻工人的劳动强度，提高桥式起重机的工作性能。

因此，PLC在该方面的应用具有重要的实用意义和推广价值。

关键词：桥式起重机；PLC控制；工作机构1、概述 (1)2、桥式起重机电力拖动系统的结构和功能 (1)2.1 电力拖动系统的功能介绍 (1)2.1.1 可编程控制器PLC的功能 (1)2.1.2 变频器的功能 (2)2.1.3 电抗器的功能 (2)2.1.4 主令控制器的功能 (2)2.1.5 拖动电动机的功能 (2)2.1.6 制动电阻的功能 (2)2.2 起重机的硬件结构介绍 (2)3、PLC在起重机电力拖动系统中的应用 (5)3.1 起升机构的运行控制 (5)3.2 小车运行机构的控制 (5)3.2.1 小车运行机构的速度设定 (5)3.2.2 小车的控制 (6)3.3 起重机的平台门 (8)结论 (8)致谢 (10)参考文献 (11)1、概述10吨双梁吊钩桥式起重机是一种桥架型起重机，又称行车。

桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一定空间的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。

10吨双梁吊钩桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。

10吨双梁吊钩桥式起重机由大车运行机构、小车运行机构和起升运行机构所组成。

小车运行机构和起升运行机构各为一台电动机驱动，大车运行机构为两台电动机驱动，整个起重机电力拖动系统共有4台电动机驱动运行。

(如图1-1)起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。

电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。

小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。

中、小型双梁吊钩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，大起重量的普通双梁吊钩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。

双梁桥式起重机采用集中驱动的方式。

图1-1 10吨双梁桥式起重机2、桥式起重机电力拖动系统的结构和功能2.1 电力拖动系统的功能介绍2.1.1 可编程控制器PLC的功能通过对各种PLC的功能对比，选用由日本三菱公司生产的FX1N型PLC作为控制起重机各机构的运行，可编程控制器PLC接受主令控制器的速度控制信号，该信号为数字控制信号，信号电平为AC 、220V。

这些控制信号包括：主令控制器发出的正、反转及调速控制信号、电动机过热保护信号、安全限位器信号及启动、急停、复位、零锁等信号，全部信号采用汇点式输入。

可编程控制器PLC针对这些信号完成系统的逻辑控制功能，并向变频器发出启动、急停、正、反转及调速等控制信号，使电动机处于所需工作状态。

(如图2-1)图2-1 可编程控制器基本结构示意图2.1.2 变频器的功能接收可编程控制器PLC 提供的控制信号，并按设定向电动机输出可变压、变频的电源，从而实现电动机的调速。

2.1.3 电抗器的功能在变频器电源输入端和输出端分别安装电源侧交流电抗器和噪声抑制交流电抗器。

使用电抗器以后可以减小高次谐波对电源、功率因数、无线电设备等干扰。

2.1.4 主令控制器的功能去掉凸轮控制器改用主令控制器，起重机操作者可按要求通过主令控制器向可编程控制器PLC 发出各种控制信号操作起重机。

2.1.5 拖动电动机的功能根据变频器提供的变压、变频电源，将电能转化为机械能。

10吨双梁吊钩桥式起重机原用的是YZR 系列电动机，可以去掉集电环、碳刷将其转子回路短接后就可以作为普通电动机使用，这样可以降低大修改造的成本费用。

2.1.6 制动电阻的功能10吨双梁吊钩桥式起重机电动机正、反转时，由于重力加速度的原因，电动机处于再生制动状态，拖动系统的机械转化为电能，并存储到电压型变频器的滤波器电容器的两端，使直流电压不断上升甚至能够击穿电器绝缘，当电压升高到设定值时，接入泄能电阻来消耗直流电路这部分能量，保证电器安全运行。

2.2 起重机的硬件结构介绍为了保证各机构运行互不影响，提高起重机电力拖动系统的稳定性、可靠性和安全性，保证起重机正常工作，采用4台变频器拖动，并由1台PLC分别加以控制的硬件结构。

控制系统流程图（如图2-2）,I/O接线图（如图2-3）。

图2-2 PLC对起重机的硬件结构图该结构图由一台PLC可编程控制器、3个主令控制器、四台变频器、四台电机组成大车（M1、M2）、小车（M3）、起升机构(M4)。

首先PLC可编程控制器编写好程序，主令控制器1、2、3通过PLC的的程序来控制起重机各工作机构的的正常运行。

在通过变频器来调节不同档位的速度，系统采用PLC通信作为各部件联系的中枢神经，起重机驾驶室操作工通过主令控制，向PLC发出起动、停止、上升、下降、快慢、并车等指令，对应的PLC调用预先写好的程序指令，控制变频器完成正反转和各种速度切换等。

启动停止急停复位前进控制前进控制前进控制前进控制前进控制零锁后退控制后退控制后退控制后退控制后退控制热保护向前限位后退限位安全开关安全开关安全开关安全开关电源正转反转档位档位档位复位急停过载图2-3 PLC系统的I/O接线图速度选择开关置于零位,按下起动按钮SB2,接触器KM通电吸合,三相电源接通。

当速度选择开关置于正转速度1时,将三相交流电和电动机接通, 1档速度起动,速度选择开关置于正转速度2时, 2档速度运行,一般桥式起重机正反向均有5档速度,其余与此类似。

速度选择开关置于零位或由于停电,电动机停止运行。

为防止因停电、变频器跳闸等使拖动负载快速下降,出现危险,仍设置机械制动装置。

当发生紧急情况时, 可立即拉开紧急开关SB3,一方面机械制动将所有电动机制动,另一方面将变频器紧急停机,控制端接通,变频器将使电动机迅速停车。

当电动机过载时,可使热继电器的触点FR接通变频器的外接保护控制端,使变频器停止工作。

位置开关SQ1和SQ2装在小车两头,当小车行走到终端时,两端各有挡块,撞上位置开关,切断小车电路,小车电动机停车制动。

变频器因发生故障而跳闸后,当故障已被排除、可以重新起动时,按下复位按钮SB4,接通复位控制端RST,使变频器恢复到运行状态。

3、PLC在起重机电力拖动系统中的应用3.1 起升机构的运行控制在司机操作室联动台上有吊钩升降的主令控制器。

系统的控制指令，由司机室联动台主令控制器给出，经PLC 运算后给出控制变频指令：上升、下降、加速、减速。

吊钩升降机构制动打开由变频器输出继电器经PLC 逻辑运算后驱动制动器控制接触器，使制动器动作。

当起重机空载满载时，变频器有短路、过压、缺相、失压、过流、超速、接地等各种保护功能和故障自诊断及显示报警功能。

当变频器出现短路、过流等故障时，变频器给出故障信号输入PLC，并停止输出，PLC接到故障信号后，切断变频器电源，控制制动器抱闸，并发出报警信号。

吊钩升降机构除了变频器内部有保护功能外，还设置了线路保护：（1）零位保护，由主令控制器零位触点实现此功能；（2）限位保护，由高度限制器实现；（3）线路设有低压断路器作为短路保护。

3.2 小车运行机构的控制3.2.1 小车运行机构的速度设定实际使用中用了3个中间继电器来控制速度档位，分别向变频器X1、X2、X3端子提供不同速度控制信号，通过变频器设定不同的对应速度。

而10吨双梁吊钩桥式起重机只有5档速度，中间继电器的状态、变频器的控制端子X1、X2、X3的状态与对应速度设定频率值如表1所示。

其中“0”表示继电器失电，“1”表示继电器得电。

从表中看出，1至5档为均匀调速，设备运行中不存在明显的机械冲击，设备运行平稳。

小车运行速度在这里设定为从低频到高频的顺序控制。

表1 速度—频率档次设定及继电器状态对照表3.2.2 小车的控制10吨双梁吊钩桥式起重机小车运行机构的电动机分别由不同的变频器和一个可编程控制器PLC 控制。

大车运行机构、小车运行机构及起升运行机构之间变频器和可编程控制器PLC 控制结构和软、硬件基本相同。

在这里介绍以小车运行机构电力拖动系统的电控系统为例来说明。

(如图3-1)、(图3-2)。

图3-1 变频器系统原理图急停 复位过载电源Y010 Y000 X004 X020 Y002 Y001 正转反转1挡2挡3挡4挡5挡图3-2 PLC控制系统梯形图PLC控制系统的输出包括：前进，后退接触器驱动信号，左行，右行接触器驱动信号，上升，下降接触器驱动信号，电铃和指示灯驱动信号；共计8个开关量输出信号。

根据系统的I/O点数，并考虑富裕量，其I/O点数为：26点输入、10点输出。

系统I/O地址定义表如表3.1所示:表3-1 PLC的I/O定义表3.3 起重机的平台门通向桥架的门上、司机室的平台门上和横梁的栏杠门上均装有安全装置。

上述各门关好后1#、2#、3#、4#安全装置开关常闭触点打开，急停开关断开，三个主令控制器置于零位，此时才能按下启动按钮，接通电源。

当主令控制器置于前进控制档位时，电动机正转，通过调节速度档位，控制变频器输出不同频率的电源，达到调速的目的。

主令控制器共分5档，从慢速到快速依次为前进（后退）控制5和前进（后退）控制1，第5档为前进（后退）控制1且电动机满负荷运行。

在运行中，不论何种原因电动机停止运转，继续采用原来的三相液压制动器。

在紧急情况下，可按下急停按钮，一方面机械制动器动作，另一方面，将变频器紧急停机控制端EMS接通，变频器停止工作。

在实际中，变频器因故障跳闸、电动机过载或热元件动作，在故障排除以后，才可以按下复位按钮，接通变频器复位控制端RST，使变频器恢复到运行状态。

结论通过PLC编程设计桥式起重机改变了以往继电器----接触器控制的现象，改进了原设备的诸多缺点，把可编程控制器PLC控制的变频拖动系统应用到10吨双梁吊钩桥式起重机中，使各电动机各档速度、加速时间和制动时间都可以根据实际工作情况条件设定，而且十分方便。

从运行结果来看，负载变化时，速度运行平稳，设备的故障大幅下降，电动机烧损明显减少。

更重要的是解决了设备检修时，给检修人员分析、判断和排PLC在该方面的应用具有重要的实用意义和推广价值。

致谢致谢经过几个月的查询资料、整理材料、写作论文，今天终于顺利的完成设计的最后的辞谢了，想了很久，想想求学期间的点点滴滴，历历在目，时光匆匆飞逝，在学校学习期间，努力与付出，随着论文的完成，终于让我的大学生活，有了一个完美的句号。