论文导读：桥式起重机是生产企业广泛应用的生产工具之一。传统的电气控制系统接线复杂。介绍一种采用SIMENSS7-200型PLC控制的起重机电控系统。智能化程度较高。
关键词：PLC，起重机，控制系统，HMI，智能化
1.引言
桥式起重机是生产企业广泛应用的生产工具之一，传统的电气控制系统接线复杂，故障率高，难以维护。本文结合生产实际的，介绍一种采用SIMENS S7-200型PLC控制的起重机电控系统，其控制线路简单，安全可靠，智能化程度较高，能够有效地提高生产效率。
 2 总体设计方案
一个完整的基于PLC控制的桥式起重机电气系统，主要由六大模块组成[1]，分别为：1）配电保护模块2）主起升机构模块3）副起升机构模块4）大车运行机构模块5）小车运行机构模块6）PLC 控制模块。通过联动台上的主令控制器、按钮等手动控制装置，把信号传递给PLC的输入模块，CPU内的程序对这些信号进行处理，再由输出模块输出控制信号控制中间继电器、指示灯、报警器、显示装置等。中间继电器带动大的接触器，进一步控制起重机各机构电机的启动、停止及运行。免费论文。各种保护信号如限位开关、过流继电器、门开关、超载限制器等也将信号反馈到PLC的输入模块，起到安全保护的作用。免费论文。系统总图见图1。
2.1 控制系统安全保护
（1）安全门开关联锁保护：在门开关没关的情况下，总接触器不能吸合，在总接触器吸合的情况下，打开门开关，总接触器断开。
（2）超载保护：当起重量达到额定起重量的95%时，开始报警，达到额定起重量的105%，报警并输出停止信号，此时，起升机构只能下降，不能上升。
（3）断相、相序保护：通过断相相序保护器来实现。
（4）各机构限位保护：包括主副起升、下降限位；大车左行、右行限位；小车前行、后行限位，到达限位时，切断对应方向电源，此时，该机构只能向相反方面运行。
（5）设置急停开关，在出现紧急事故的情况下，切断总电源。急停开关一般为红色蘑菇头非自复位型。
（6）设置零位保护，各机构控制器只有在零位的情况下，总接触器才能吸合，防止在停电后，主令没回零的情况，各机构自行运行，带来危险。
（7）设置热继电器，当电机通过的电流超过
电动机的额定电流，电机温度过热时，其相应的热继电器工作，断开主回路，起到保护电机的作用。
（8）设置电铃或报警装置，在出现故障时，可进行报警。在起重机动作之前应该报警，必须在响铃后方可操作大车运行机构。
2.2输入输出信号设计
通过用户对桥机控制档位及安全的要求，需要以下控制信号：
主副钩起升、下降信号、2档、3档、4档，小车和大车的前、后、左、右方向信号及2档、3档、4档；主副起升限位、大小车限位；热继电器信号、超载信号、变频器故障信号；安全门开关，启动、停止、急停、照明、电铃、变频器复位信号；初步确定所有的手动输入信号和反馈信号总共48个，对应的输出有31个。
3 PLC的内部逻辑运算原理与梯形图的绘制
 3.1 PLC的扫描执行原理
可编程控制器与计算机一样，通过执行用户程序来实现控制任务。
PLC采用扫描工作方式，通过“采集输入量、执行程序、输出控制量”的循环扫描方式实现程序的运行[2]，如图2所示。扫描就是从第1条指令开始，在无间断或跳转指令的情况之下，按照程序存储的地址号按顺序逐条执行指令，直到最后一条指令，然后再从头开始扫描，如此循环。
3.2 梯形图的绘制
PLC内部梯形图主要包括4大部分：安全保护部分、功能控制部分、故障输出部分和各控制机构。设计过程中，充分考虑到控制系统的安全问题，多处均设置逻辑互锁，并且在保证正确的前提下，尽量让梯形图简单明了，便于分析与修改。
4系统硬件选型与设计
4.1 PLC的选型
根据初步确定的I/O信号进行选择，包括输入输出信号的数量、性质、参数和特性要求，PLC选用SIMENSS7-200CN系列。CPU为 226CN，此CPU集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点；26K字节程序和数据存空间；6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出；有2个RS485通讯编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力；具有极高的可靠性，极丰富的指令集,具有众多功能指令,可以实现数据传送、比较、四则运算等操作。其中，功能指令CMP可以进行数据比较，MOV指令可以进行数据传送，SEGL指令可将数据寄存器存储的故障参数在数码管显示出来，SRMR指令可产生闪烁控制信号，用以输出声光报警信号。它的CPU模块、扩展模块的高度和深度相同，宽度不同。它们之间用扁平通讯线连接，紧密拼装后组成1个长方体，适合在机电一体化中使用。内置的24V DC电源，可做输入回路的电源和传感器的电源。扩展模块采用2个16入16出扩展模块。PLC外部接线图如图3所示。
4.2故障显示的选型与安装
在配置比较高的桥机中，可以设置1个随时监视系统工作情况的装置，以便操作人员能及时地了解起重机机的运行状态（各机构的限位情况及主要部件的工作状态），发现系统存在的安全隐患，并能及时地做出正确处置[3]。免费论文。在本设计中，选用的装置为TP170A文本显示器。
TP170A人机界面，是1种先进的触摸式人机界面，可以与各类PLC（或带通讯口的智能控制器）配合使用，以文本或图形的形式监控、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态，从而使操作人员能够自如的控制起重机。通过编辑软件WinCC flexible在计算机上操作画面，自由输入汉字以及PLC地址，使用串口通讯下载画面。可以有1000个故障消息，每个消息长度为70个字符；250个过程画面，每个画面的变量/域有20/20，图形的对象可以是位图，图标，背景图画，并且还有柱形统计表；用户专用权限多达32个；接口有三个可供自由先择：RS232、RS422、RS485；传送组态有串行、MPI、PROFIBUS DP[4]。
 图3 PLC外部接线图
5 结论
在现有的用PLC控制替代传统继电器控制系统的设计上，改进和完善电气控制系统和安全保护电路，不仅使起重机控制线路简化，安全性能更好，而且PLC能检测各个不正常工作现象并送往文本显示器进行显示，便于故障的发现与排除，大大提高了工作效率，因而在现在的市场有很好的发展前景。
参考 文 献
[1] 张质文， 起重机设计手册，北京，中国铁道出版社 2001.
[2] 张万忠，可编程控制器入门与应用，北京：中国电力出版社 2005.
[3] 陈伯时，电力拖动自动控制系统，北京，机械工业出版社，1991.
[4] 西门子（中国）自动化驱动集团，深入浅出西门子S7-200 PLC，北京，北京航空航天大学出版社.
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