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1、毕业设计说明书（论 文）第 1 页共 27 页1 引言（或绪论）11 课题简介本次毕业设计课题为“20/5t 桥式起重机电气控制系统设计”。其主要任务是将接触-继电器控制的传统桥式起重机利用 PLC 进行改造。用到的实验台是 THJPES-2 型机床 PLC 电气控制实训考核装置，所以本次任务的重点是完成模拟实验。本次设计的控制部分主要是西门子 S7-200 PLC 系统，并结合 STEP7 软件进行了简单的控制编程。12桥式起重机在现代工业中的发展情况桥式起重机是现代工业生产和起重运输中实现生产过程机械化、自动化重要的工具和设备。所以桥式起重机在室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以
2、及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用。经过多年的发展，我国桥式起重机的应用不断扩大，随着技术进步，针对实际中桥式起重机的恶劣工作坏境及长时间超负荷作业而导致的事故，为桥式起重机改造提出了新的要求，以便在实际操作更加安全、更加高效。13 PLC 在工业自动控制中的应用可编程程序控制器简称 PLC，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微机处理器为核心用作数字控制的专用计算机。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电器操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式，形
3、成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很简单。PLC 现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通讯联网功能等优异性能，日益取代由大量中间继电器组成的传统继电接触器控制系统在机械、化工、冶金等行业中的重要作用。PLC 的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。微电子技术与计算机技术的结合，使 PLC 的功能变得更加强大，通过可编程控制的实现，为 PLC 增添了使用上的灵活性。目前 PLC 应用范围之广，在工业自动控制中
4、发挥着不可 替代的重要作用，钢铁、化工、石油、机械制造、汽车等领域对 PLC的依赖程度也越来越高。控制模式的多样化发展是 PLC 进步的成果之一，也是 PLC毕业设计说明书（论 文）第 2 页共 27 页功能强大的体现。2系统设计21 20/5t 桥式起重机电气线路工作原理2.1.1 桥式起重机的结构和运动形式桥式起重机的结构示意图如图 2.1.1 所示，主要由桥架，大车、小车、主钩和副钩组成。大车的轨道敷设在车间两侧的立柱上，主梁横跨架在车间上空，大车可沿轨道移动，在大车的驱动下，整个起重机可在车间内作纵向移动，主梁上有小车移动导轨，小车可沿导轨作横向移动，主钩、副钩都装在小车上，主钩用来提
5、升重物，副钩用来提升较轻的货物，也可用来协同主钩完成吊运任务。图 2.1.1 桥式起重机结构图1 驾驶舱2.辅助划线架3.交流磁力控制屏4.电阻箱5.起重小车6.大车拖动电动机7.端梁8.主划线9.主梁2.1.2桥式起重机对电力拖动的要求 （1）由于桥式起重机经常在重载下进行频繁启动、制动、反转、变速等操作，要求电动机是有较高的机械强度和较大的过载能力，同时还要求电动机的启动转矩毕业设计说明书（论 文）第 3 页共 27 页大，启动电流小，因此使用绕线转子异步电动机。（2）要有合理的升降速度，轻载或空载时速度要快，以提高效率，重载时速度要慢。（3）要有适当的低速区，在 30%额定转速内应分几档
6、，以便提升或下降到预定位置附近时灵活操作。（4）提升第一级为预备级，用以消除传动间隙和预紧钢丝绳，以避免过大的机械冲击。（5）当放下货物时，可根据负载大小情况选择电机的运行状态。（6）有完备的保护环节，零位短路保护，过载保护，限位保护和可靠的制动方式。22 20/5t 桥式起重机控制系统硬件设计2.2.1 电动机的选型电机选用的原则主要有以下几点：（1）根据负载的启动特性及运行特性，选出最适合于这些特性的电动机，满足生产机械工作过程中的各种要求。（2）选择具有与使用场所的环境相适应的防护方式及冷却方式的电动机，在结构上应能适合电动机所处 的环境条件。（3）计算和确定合适的电动机容量。通常设计制
7、造的电动机，在 75%-100%额定负载时，效率最高。因此 应使设备需求的容量与被选电动机的容量差值最小，使电动机的功率被充分利用。（4）选择可靠性高、便于维护的电动机。（5）考虑到互换性，尽量选择标准电动机。（6）为使整个系统高效率运行，要综合考虑电机的极数及电压等级。桥式起重机是重型起重机厂生产的 DLW 型。提升、开闭及大小车走行电机是 YZR 绕线型，YZR 系列电动机系用于驱动各种型式的起重机械及其他类似设备的专用产品；具有较大的过载能力和较高的机械强度，因此，它特别适用于那些短时或断续周期工作制，频繁地起动、制动、有时过负荷及有显著振动与冲击的设备。电动机的绝缘等级分为 F 级和
8、H 级两种。F 级适用于冷却介质温度不超过 40的一般场所，H 级适用于冷却介质温度不超过 60的冶金场所，两种电动机具有相同的毕业设计说明书（论 文）第 4 页共 27 页电气性能。轴承允许的温度：不超过 95。电压及频率：额定电压 380V。额定频率为 50Hz，允许电压偏差5%，频率偏差1%。电机起动转矩及电机运行的功率因数起重机运行机构的转动惯量较大，为了加速电机需有较大的起动转矩，故电机容量需由负载功率 P 厂及加速功率 Pa 两部分组成。一般情况下P Pj Pa/msPa Pj,电机容量 P 为式中ms一电机平均起动起动转矩倍数起重机起升机构的负荷特点是起动时间短，只占等速运动时间
9、的较少比例;转动惯量较少，占额定起升转矩的 10%-20%。其电机容量 P 为P CPgv/1000 (kw)式中 CP一起重机额定提升负载，kg v一额定起升速度，m/s g一重力加速度，g=9.81m/s 一机构总效率为使电机提升 1.25 倍试验载荷，能承受电压波动的影响，其最大转矩值必须大于 2,否则必须让电机放容，从而降低电机在额定运行时的工作效率。通过利用上述公式的计算，选用改造后的桥式起重机各执行机构的电机参数如表2.2.1 所示:表 2.1.1 各执行机构电机参数主起升机构副起升机构大车运行机构小车运行机构电机型号YZR250M1-8 YZR200L-8 YZR160M1-6
10、YZR160M1-6 电机功率30KW 15KW 25.5KW 5.5KW 2.3 控制系统电路设计2.3.1 20/5t 桥式起重机电气控制原理图 本次改造的桥式起重机电气控制原理图如图 2.3.1 和图 2.3.2 所示。毕业设计说明书（论 文）第 5 页共 27 页图 2.3.1 桥式起重机电气控制原理(1)图 2.3.2 桥式起重机电气控制原理(2)2.3.2 20/5t 桥式起重机常规低压电气控制改 PLC 控制原理图改造说明（1）紧急开关 SA1 替换为 SA4，启动按钮 SB 替换为 SB2，舱门安全开关 SQ1替换为 SA5，横梁安全开关 SQ2 替换为 SA6，横梁安全开关
11、SQ3 替换为 SA7，副钩上升限位开关 SQU1 替换为 SQ1，小车后限位 SQBW 替换为 SQ2。小车前限位 SQFW替换为 SQ3，大车右限位 SQR 替换为 SB5，大车左限位 SQL 替换为 SB7，主钩上升限位 SQU2 替换为 SQ4，主钩主电路电源 SQ2 替换为 SA1，主钩控制电路电源 SQ3毕业设计说明书（论 文）第 6 页共 27 页替换为 SA2。（2）同时，主钩主电路电源 QS2 改为凸轮开关 SA1 代替（SA1 的“3”接 U11、SA1 的“7”接 V11、SA1 的“4”接 U21、SA1 的“8”接 V21），主钩控制电路电源QS3 改为 SA2 控制
12、（SA2 的“13”接 PLC 输入端的 I4.1、SA2 的“14”接 DC24V 电源的 GND 端），主控接触器 KM 替换为 KM6。（3）接触器 KMD 替换为 KM8、接触器 KMU 替换为 KM9、接触器 KMB 替换为 KM7。（4）去掉零压保护继电器 KV，以及电磁阀 YA1、YA2、YA3、YA4、YA5(电磁阀吸合模拟的是电磁制动器吸合松闸，因为实际中电磁阀是和电动机电源并接，即电动机工作的同时电磁阀动作，实验时，只要电动机动运转，我们就认为电磁阀处于吸合松闸状态)。（5）增加主钩上升指示灯 HL1、主钩下降指示灯 HL2、副钩上升指示灯 HL3、副钩下降指示灯 HL4、
13、小车向前指示灯 HL5、小车向后指示灯 HL6、大车向左指示灯HL7、大车向右指示灯 HL8。（6）SA、Q1、Q2、Q3 的 COM 短接后接 DC24V 电源的 GND 端，SA1 的“1”接 PLC 输入端的 I2.6、“2”接 PLC 输入端的 I2.7、“3”接 PLC 输入端的 I3.0、“4”接 PLC 输入端的 I3.1、“5”接 PLC 输入端的 I3.2、“6”接 PLC 输入端的 I3.3、“7”接 PLC 输入端的 I3.4、“8”接 PLC 输入端的 I3.5、“9”接 PLC 输入端的 I3.6、“10”接 PLC 输入端的 I3.7、“11”接 PLC 输入端的
14、I4.0；Q1 的“10”接 I1.2、“11”接 I1.1、“12”接 I0.2；Q2 的“10”接 I1.4、“11”接 I1.3、“12”接 I0.3；Q3 的“15”接 I2.3、“16”接 I2.4、“17”接 I0.4。（7）Q1 的“19”一一对应“Q1-1Q1-9”的两端；Q2 的“19”一一对应“Q2-1Q2-9”的两端；Q3 的“114”一一对应“Q3-1Q3-14”的两端。2.4 PLC 选型设计（1）I/O 点数的选择PLC 平均的 I/O 点的价格还比较高，因此应该合理选用 PLC 的 I/O 点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的 I/O 点最少，但必须留有一定
15、的裕量。通常 I/O 点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上 1015的裕量来确定。（2）存储容量的选择毕业设计说明书（论 文）第 7 页共 27 页用户程序所需的存储容量大小不仅与 PLC 系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差 25%之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。根据被控对象的 I/0 点数以及成本、工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，我们采用 SIEMENS 公司的 S7-200 系列 PLC 就能满足要求了。SIMATIC S7-200系列是西门子公司小型
16、可编程序控制器，可以单机运行，由于它具有多种功能模块和人机界面(HMI)可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成 PLC 网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务，同时具有可靠性高，运行速度快的特点，继承了和发挥了它在大、中型 PLC 领域的技术优势，有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性能价格比高，所以在规模不太大的领域是较为理想的控制设备。2.5 其它元器件选型设计主电路采用交流接触器控制正反转,电机二次采用交流接触器分段切换电阻,操作回路由联动台控制器控制,保护回路采用电流继电器和接
17、近开关。此外还有一些常用的低压电器，如开关电器、熔断器、主令电气和各类继电器等。所选电机参数如下表表 2.5.1 电机技术数据表型号规格YZR160M1-6 YZR200L-8 YZR250M1-8 定子功率 KW 5.5 15 30 转速 R 930 712 720 电流15 33.5 63.4 过流20 60 100 电压138 178 272 转子电流25.7 53.5 68.8 2.5.1 刀开关的选择刀开关的选用主要考虑一下几点:第一，根据使用场合去选择合适的产品型号和操作方式；第二，应使其额定电压等于或大于电路的额定电压，其额定电流应等于或大于电路的额定电流；第三，安装方式与定位尺
18、寸。选择 HR5 型刀开关，额定电压 380V，总电流：15333.5 63.4 141.9 A，故可选刀开关型号为：HR5-200。2.5.2 熔断器的选择选择合适的熔断器主要考虑如下几点（1）熔断器类型应根据线路要求、使用场合、安装条件和各类熔断器的适用毕业设计说明书（论 文）第 8 页共 27 页范围来确定。（2）熔断器额定电压应大于或等于线路的工作电压。（3）熔体的额定电流与负载的大小及性质有关，其选择方法是：对于阻性负载的短路电流保护应使熔断器的熔体电流等于或大于电路的工作电流。而对于电动机负载，应考虑冲击电流的影响，应按下式计算：多台电动机：Ifu1.52.5INmaxIN1.66
19、3.4 33.5 153A 449.82 A式中，IN max为容量最大的一台电动机的额定电流；IN为其他电动机额定电流的总和。（4）额定分断能力必须大于电路中可能出现的最大故障电流。（5）选择性保护特性在电路系统中，电器之间的选择性保护特性非常重要，它能把故障产生的影响限制在最小范围内，即要求电路中某一支路发生短路或过载故障时，只有距离故障点最近的熔断器动作，而主回路的熔断器或断路器不动作，这种合理的选配称选择性配合。根据系统的具体条件可为熔断器之间上一级和下一级的选择性配合以及断路器与熔断器的选择性配合等。具体选择可参考各电路的保护特性。综合以上各点选择 NGT3 型熔断器，额定电压 38
20、0V，额定电流 450A。2.5.3 接触器的选择接触器的选择主要依据以下几个方面：（1）根据负载性质选择接触器的类型。（2）额定电压应大于或等于主电路的工作电压。（3）额定电流应大于或等于被控电路的额定电流。对于电动机负载还应根据其运行方式适当增大或减小。（4）吸引线圈的额定电压与频率要与所在控制电路的选用电压和频率一致。实际应用中是用凸轮控制器控制绕线电动机的，凸轮控制器如图 2.5.1 所示,原理图如图 2.5.2 所示。而这里选用的是 KT10 系列的凸轮控制器。控制大车的凸轮控制器为 KT10-25J/2,控制小车的为 KT10-25J/1，控制副钩的为 KT10-60J/1，控制主
21、钩的为 KT10-100J/1。毕业设计说明书（论 文）第 9 页共 27 页图 2.5.1 凸轮控制器图 2.5.2 凸轮控制器原理图根据各电动机的额定电流可以分别选择接触器，控制各个电动机的接触器如表2.5.2 所示。表 2.5.2 型号规格YZR160M1-6 YZR200L-8 YZR250M1-8 定子接触器KT10-25 KT10-60 KT10-100 转子导线4 10 16 接触器KT10-25 KT10-60 KT10-100 功率 KW 转速 R 电流导线过流5.5 15 30 930 712 720 15 33.5 63.4 4 6 16 20 60 100 电压电流13
22、8 178 272 25.7 53.5 68.8 2.5.4 热继电器的选择考虑到是交流电源，所以选取具有断相保护的 JR20 系列热继电器，同时具有温度补偿、整定电流可调和手动复位等功能，由电动机的额定电流选择热继电器，YZR160M1-6 型电机可毕业设计说明书（论 文）第 10 页共 27 页用 JR20-16（熱元件代号 6S），YZR200L-8 型电机可用 JR20-63（熱元件代号 2U），YZR250M1-8 型电机用 JR20-63（熱元件代号 6U）。2.6 I/O 地址定义I/O 地址定义如表 2.2 所示。表 2.2 I/O 地址定义序号1 2 3 4 5 6 7 8
23、9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 功能紧急开关 SA4 启动按钮 SB2 Q1 置零位 Q1-12 Q2 置零位 Q2-12 Q3 置零位 Q3-17 舱门安全开关 SA5 横梁安全开关 SA6 横梁安全开关 SA7 副钩上限位 SQ1 连锁 Q1-11 连锁 Q1-10 连锁 Q2-11 连锁 Q2-10 小车后限位 SQ2 小车前限位 SQ3 大车右限位 SB5 大车左限位 SB7 连锁 Q3-15 连锁 Q3-16 主钩上限位 SQ4 主钩控制 SA-1 主钩控制 SA-2 主钩控制 SA-3 输入I0.0 I0.1 I0.2 I0.
24、3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0 序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 功能主控接触器 KM6 接入电阻切换接触器 KM1 接入电阻切换接触器 KM2 接入电阻切换接触器 KM3 接入电阻切换接触器 KM4 接入电阻切换接触器 KM5 主钩反向接触器 KM8 主钩正向接触器 KM7 主钩制动接触器 KM9 主钩上升 HL1 主钩下降 HL2 副钩上升 HL3 副钩下降 HL4 小车向前
25、HL5 小车向后 HL6 大车向左 HL7 大车向右 HL8 输出Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 毕业设计说明书（论 文）24 25 26 27 28 29 30 31 32 主钩控制 SA-4 主钩控制 SA-5 主钩控制 SA-6 主钩控制 SA-7 主钩控制 SA-8 主钩控制 SA-9 主钩控制 SA-10 主钩控制 SA-11 主钩控制电路电源 SA2 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 I4.0 I4.1 第 1
26、1 页共 27 页3PLC 软件设计3.1 STEP 7-MicroWIN 编程软件STEP 7-MicroWIN 编程软件是 S7-200 系列 PLC 专用的编程、调试和监控软件，其编程界面和帮助文档大部分已汉化，为用户实现开发、编程和监控程序提供了良好的界面。STEP 7-MicroWIN 编程软件为用户提供了 3 种程序编辑器：梯形图、指令表和功能块图编辑器，同时还提供了完善的在线帮助功能，非常方便用户获取需要的帮助信息。一、STEP 7-Micro/WIN 的窗口组件“视图”：选择该类别，为程序块、符号表，状态图，数据块，系统块，交叉参考及通讯显示按钮控制。“工具”：选择该类别，显示
27、指令向导、文本显示向导、位置控制向导、EM 253控制面板和调制解调器扩展向导的按钮控制。毕业设计说明书（论 文）第 12 页共 27 页注释：当操作栏包含的对象因为当前窗口大小无法显示时，操作栏显示滚动按钮，使您能向上或向下移动至其他对象。2、指令树提供所有项目对象和为当前程序编辑器（LAD、FBD 或 STL）提供的所有指令的树型视图。用户可以用鼠标右键点击树中“项目”部分的文件夹，插入附加程序组织单元（POU）；也可以用鼠标右键点击单个 POU，打开、删除、编辑其属性表，用密码保护或重命名子程序及中断例行程序。可以用鼠标右键点击树中“指令”部分的一个文件夹或单个指令，以便隐藏整个树。一旦
28、打开指令文件夹，就可以拖放单个指令或双击，按照需要自动将所选指令插入程序编辑器窗口中的光标位置。可以将指令拖放在自己“偏好”的文件夹中，排列经常使用的指令。3、交叉参考允许用户检视程序的交叉参考和组件使用信息。4、数据块允许用户显示和编辑数据块内容。5、状态图窗口允许用户将程序输入、输出或变量置入图表中，以便追踪其状态。您可以建立多个状态图，以便从程序的不同部分检视组件。每个状态图在状态图窗口中有自己的标签。6、符号表全局变量表窗口允许用户分配和编辑全局符号（即可在任何 POU 中使用的符号值，不只是建立符号的 POU）。您可以建立多个符号表。可在项目中增加一个 S7-200 系统符号预定义表
29、。7、输出窗口在用户编译程序时提供信息。当输出窗口列出程序错误时，可双击错误信息，会在程序编辑器窗口中显示适当的网络。当您编译程序或指令库时，提供信息。当输出窗口列出程序错误时，您可以双击错误信息，会在程序编辑器窗口中显示适当的网络。8、状态条提供用户在 STEP 7-Micro/WIN 中操作时的操作状态信息。9、程序编辑器窗口包含用于该项目的编辑器（LAD、FBD 或 STL）的局部变量表和程序视图。如果毕业设计说明书（论 文）第 13 页共 27 页需要，用户可以拖动分割条，扩展程序视图，并覆盖局部变量表。当您在主程序一节（MAIN）之外，建立子程序或中断例行程序时，标记出现在程序编辑器
30、窗口的底部。可点击该标记，在子程序、中断和 OB1 之间移动。10、局部变量表包含用户对局部变量所作的赋值（即子程序和中断例行程序使用的变量）。在局部变量表中建立的变量使用暂时内存；地址赋值由系统处理；变量的使用仅限于建立此变量的 POU。11、菜单条允许用户使用鼠标或键击执行操作。您可以定制“工具”菜单，在该菜单中增加自己的工具。12、工具条为最常用的 STEP 7-Micro/WIN 操作提供便利的鼠标访问。用户可以定制每个工具条的内容和外观。二、如何输入 PLC 控制程序以三相异步电动机启停程序为例，熟悉 STEP7 Micro WIN V4.0 编程软件的使用方法。梯形图如下：1、打开
31、新项目双击 STEP 7-Micro/WIN 图标，或从开始菜单选择 SIMATICSTEP 7 Micro/WIN，启动应用程序。会打开一个新 STEP 7-Micro/WIN 项目。2、打开现有项目从 STEP 7-Micro/WIN 中，使用文件菜单，选择下列选项之一：（1）打开允许浏览至一个现有项目，并且打开该项目。（2）文件名称如果用户最近在一项目中工作过，该项目在文件菜单下列出，可直接选择，不必使用打开对话框。3、进入编程状态：单击左侧查看中的程序块，进入编程状态。毕业设计说明书（论 文）第 14 页共 27 页4、选择编程语言：打开菜单栏中的 查看，选择 梯形图 语言；（也可选
32、STL（语句表）、FBD（功能块）（1）选择 MAIN 主程序，在网络 1 中输入程序。（2）单击网络 1 中的从菜单栏或指令树中选择相关符号。如在指令树中选择，可在指令中双击位逻辑，从中选择 常开触点符号，双击；再选择常闭触点符号，双击；再选择输出线圈符号，双击；将光标移到常开触点下面，单击菜单栏中的，再选择常开触点，左移光标，单击，完成梯形图。毕业设计说明书（论 文）第 15 页共 27 页（3）给各符号加器件号：逐个选择，输入相应的器件号。（4）保存程序：在菜单栏中 File（文件）Save（保存），输入文件名，保存。（5）编译：使用菜单“PLC”“编译”或“PLC”“全部编译”命令，或
33、者用工具栏按钮或 执行编译功能。编译完成后在信息窗口会显示相关的结果，以便于修改。5、建立 PC 及 PLC 的通信连接线路并完成参数设置（1）联接 PC：联接时应将 PC/PPI 电缆的一端与计算机的 COM 端相接，另一端与S7-200PLC 的 PORT0 或 PORT1 端口相连如下图（2）参数设置：设置 PC/PPI 电缆小盒中的 DIP 开关将通讯的波特率设置为 9.6K；将 PLC 的方式开关设置在 STOP 位置，给 PLC 上电；打开 STEP7-Micro/WIN 32 软件并点击菜单栏中的“PLC”“类型”弹出“PLC 类型”窗口，单击“读取 PLC”检测是否成功，或者从
34、下拉菜单中选择 CPU226，单击“通信”按钮，系统弹出“通信”窗口，双击击 PC/PPI 电缆的图标，检测通信成功与否，如下图所示毕业设计说明书（论 文）第 16 页共 27 页6、下装程序：如果您已经成功地在运行 STEP 7-Micro/WIN 的个人计算机和 PLC 之间建立通讯，您可以将程序下载至该 PLC。请遵循下列步骤。毕业设计说明书（论 文）第 17 页共 27 页（1）下载至 PLC 之前，您必须核实 PLC 位于停止模式。检查 PLC 上的模式指示灯。如果 PLC 未设为停止模式，点击工具条中的停止按钮。（2）点击工具条中的下载按钮，或选择文件 下载，出现下载对话框。（3）
35、根据默认值，在您初次发出下载命令时，程序代码块、数据块和CPU配置（系统块）复选框被选择。如果您不需要下载某一特定的块，清除该复选框。（4）点击确定，开始下载程序。（5）如果下载成功，一个确认框会显示以下信息：下载成功。继续执行步骤 12。（6）如果 STEP 7-Micro/WIN 中用于您的 PLC 类型的数值与您实际使用的 PLC不匹配，会显示以下警告信息：为项目所选的 PLC 类型与远程 PLC 类型不匹配。继续下载吗？（7）欲纠正 PLC 类型选项，选择否，终止下载程序。（8）从菜单条选择 PLC 类型，调出PLC 类型对话框。（9）从下拉列表方框选择纠正类型，或单击读取 PLC按钮
36、，由 STEP 7-Micro/WIN 自动读取正确的数值。（10）点击确定，确认 PLC 类型，并清除对话框。（11）点击工具条中的下载 按钮，重新开始下载程序，或从菜单条选择文件 下载。（12）一旦下载成功，在 PLC 中运行程序之前，您必须将 PLC 从 STOP（停止）模式转换回 RUN（运行）模式。点击工具条中的运行按钮，或选择 PLC 运行，转换回 RUN（运行）模式。7、运行和调试程序。（1）将 CPU 上的 RUNSTOP 开关拨到 RUN 位置；CPU 上的黄色 STOP 状态指示灯灭，绿色指示灯亮；（2）在 STEPMicro/WIN 软件中使用菜单命令“PLC”“RUN（
37、运行）”和“PLC”“STOP（停止）”，或者工具栏按钮和改变 CPU 的运行状态；（3）接通 I0.0 对应的按钮，观察运行结果。8、监控程序状态（1）程序在运行时可以用菜单命令中“调试”“开始程序状态监控”或者工具栏按钮对程序状态监控进行监控。强制输入 I0.0 置位，再观察运行结果并监控程序；毕业设计说明书（论 文）第 18 页共 27 页强制 I0.1 置位，再观察运行结果并监控程序。取消强制（2）也可使用菜单命令中“查看”“组件”“状态表”或单击浏览条“查看”中“状态表”图标，打开状态图表，输入需监控的元件进行监控。使用菜单命令中“调试”“状态表”或单击工具栏控钮打开状态图表，输入需
38、监控的元件进行监控。9、建立符号表在“引导条”单击“符号表”图标，或“查看”菜单“组件”“符号表”项，打开符号表，将直接地址编号（如 I0.0）用具有实际含义的符号（如正向起动按钮）代替。10、符号寻址在菜单中“查看”“符号寻址”，编写程序时可以输入符号地址或绝对地址，使用绝对地址时它们将被自动转换为符号地址，在程序中将显示符号地址。观察程序变化。11、改变信号状态，再观察运行结果并监控程序。三、PLC 控制程序的上传可选用以下 3 种方式进行程序上传：1、点击“上载”按钮。2、选择菜单命令文件 上载。3、按快捷键组合 Ctrl+U。要上载（PLC 至编辑器），PLC 通信必须正常运行。确保网
39、络硬件和 PLC 连接电缆正常操作。选择想要的块（程序块、数据块或系统块），选定要上载的程序组件就会从 PLC 复制到当前打开的项目，用户就可保存已上载的程序。3.2 PLC 电气控制程序毕业设计说明书（论 文）第 19 页共 27 页 毕业设计说明书（论 文）第 20 页共 27 页毕业设计说明书（论 文）第 21 页共 27 页毕业设计说明书（论 文）第 22 页共 27 页420/5t 桥式起重机模拟实验4.1 实验仪器及设备试验台 THHPES-2 型机床 PLC 电气控制实训考核装置，PLC 采用 SIEMENS S7-200 CN,包括 CPU 224 CN AC/DC/RLY 2
40、14-1BD23-0XB8,输入输出扩展模块 EM 221 CN DC 221-1BH22-0XA8，EM 223 CN DC/RLY 223-1PH22-0XA8，空气开关，熔断器，接触器，断路器，导线若干等。4.2 实验步骤1.准备工作。（1）断开其他电源，只接通主机电源将相应程序下载到主机中。（2）断开三相电源和 PLC 电源，按实验接线图（如图 3.2 所示）认真接线，先接 PLC 控制线路，再接主电气控制线路。仔细检查接线以确保接线无误。（3）查看各电气元件上的接线是否牢固，各熔断器是否安装良好。（4）检查接线无误后，插上三相电源。2.操作试运行。（1）合上电源总开关 QS，将两个“
41、横梁安全开关”SA7、SA6，“舱门安全开关”SA5 置于“1”位置，将紧急开关 SA4 置于“1”位置，将 Q1、Q2、Q3、SA 置“0”位，为起动做好准备。（2）按下启动按钮 SB2，KM6 吸合接通电源。（3）副钩的控制毕业设计说明书（论 文）第 23 页共 27 页将副钩控制开关 Q1 顺时针转到 1 位，“副钩提升”指示灯 HL3 亮，“副钩”电动机低速运转，依次转到 2、3、4、5 位电动机转速逐级升高，将 Q1 扳回“0”位，“副钩”电机停转，“副钩提升”指示灯 HL3 灭。在副钩提升过程中，按下 SQ1，接触器KM6 断开，副钩电机停止运行，若要使电机运行，需将“Q1”置“0
42、”位，重新启动SB2。将副钩控制开关 Q1 逆时针转到“1”位，“副钩”电动机以较低的速度反向转动，同时“副钩下降”指示灯 HL4 亮。依次转到 2、3、4、5 位，“副钩”电动机转速逐渐增高，将 Q1 转回“0”位，“副钩”电动机停止，“副钩下降”下降指示灯 HL4 灭。（4）小车的控制将小车控制开关 Q2 顺时针转到“1”位，“小车向前”指示灯 HL5 亮，小车电动机低速运转，依次转到 2、3、4、5 位，电动机转速逐级升高，将 Q2 扳回“0”位，小车电机停止运行，若要使电机运行，需将“Q2”置“0”位，重新启动 SB2。将小车控制开关 Q2 逆时针转到“1”位，小车电动机以较低的速度反
43、向转动，同时“小车向后”指示灯 HL6 亮，依次转到 2、3、4、5 位，电动机转速逐级升高，将Q2 扳回“0”位，小车电机停转，“小车向后”指示灯灭。在小车向后运行过程中，按下 SQ2，接触器 KM6 断开，小车电机停止运行，若要使电机运行，需将“Q2”置“0”位，重新启动 SB2。（5）大车的控制将大车控制开关 Q3 顺时针转到 1 位，“大车向左”指示灯 HL7 亮，大车电动机（两个）低速运转，依次转到 2、3、4、5 位，电动机转速逐级升高，将 Q3 扳回“0”位，大车电机停转，“大车向左”指示灯 HL7 灭。在大车向左运行过程中，按下 SB7,接触器 KM6 断开，大车电机停止运行，
44、若要使电机运行，需将“Q3”置“0”位，重新启动 SB2。将大车控制开关 Q3 逆时针转到“1”位，大车电动机（两个）以较低的速度反向转动，同时“大车向右”指示灯 HL8 亮。依次转到 2、3、4、5 位，大车电动机转速逐渐增高，将 Q2 转回“0”位，大车电动机停止，“大车向右”指示灯 HL8 灭。在大车向右运行过程中，按下 SB5，接触器 KM6 断开，大车电机停止运行，若要使电机运行，需将 Q3 置“0”位，重新启动SB2。（6）主钩的控制：合上主钩主电路电源开关 SA1 和主钩控制电源开关 SA2。毕业设计说明书（论 文）第 24 页共 27 页将主钩的控制开关 SA 向右转到上升档得
45、的第“1”位置，KM7、KM9、KM1 吸合，“主钩提升”指示灯 HL1 亮，同时主钩电动机正传，将 SA 依次转到 2、3、4、5位，KM2、KM3、KM4、KM5 相继吸合，主钩电动机转速逐渐提高；将 SA 依次转回至“0”位，接触器 KM5-KM2 依次断开，当 SA 置“0”位时，KM1、KM7、KM9断开，主钩电动机停止运行，“主钩提升”指示灯 HL1 灭。若在主钩电动机上升过程中按下主钩上升限位开关 SQ4，则所有主钩的控制接触器均释放，松开 SQ4，电机继续运行。将主钩的控制开关 SA 向左转到下降档的“C”位置，KM7、KM1、KM2 吸合，主钩电动机以一个较低的转速正转；“主
46、钩下降”指示灯 HL2 亮。将 SA 转到下降档的第 1、2 位时，SA-4 闭合，KM7 通电吸合（表示制动器松闸），SA-8、SA-7 相继断开，KM2、KM1 相继释放，电动机转子电阻逐渐加入，电动机产生的力矩逐渐减小，使电动机工作在两种不同的转速状态。下降第 3、4、5 位为强力下降：将 SA 转到“3”位置时，KM8、KM1、KM2 吸合，电动机定子反向通电，主钩电动机反转，从第 3 到第 5 位，转子电阻相继切除，可获得三种强力下降速度，将 SA 转回“0”位，主钩电机停止运行。图 3.2 实验接线图毕业设计说明书（论 文）第 25 页共 27 页结论经过几个月的努力，终于在指导老
47、师和同学的帮助下基本完成了这次设计。本次毕业设计的课题是“20/5t 桥式起重机电气控制系统改造设计”，通过对传统的接触器控制的桥式起重机改造成基于 PLC 控制的桥式起重机，已达到更高效更安全的目的。在如今这个科技飞速发展的时代，机械与电气的关系可以说是唇齿的关系，纯机械的研究已无法满足科技的快速发展，这次的设计就是机电相结合的一个设计，我从中学到了许多，包括学过的和自己通过查阅资料了解到的。通过设计我重新回顾了一下所学知识，对于梯形图编程也加深了理解，通过模拟实验，还初步学会了 STEP 7-Micro/WIN 软件的使用，这个软件对于学习和从事 PLC 行业的人很有帮助，能更好的了解和熟
48、悉编程。同时还加强了我的信息检索能力，如何利用学校的资源快速地寻找到我所需要的资料，这也是个很重要的能力。通过完成本次毕业设计，不仅仅是完成了这个设计，同时希望如果有机会今后从事类似的工作，不断提高自己相关方面的能力，并能设计出更好的方案，当然这个需要我更多的努力以及在实践中不断积累经验。这次设计结束了，但我需要学习的还没有结束。毕业设计说明书（论 文）第 26 页共 27 页致 谢本次设计是在导师教授指导下完成的。导师不仅为我们解答各种疑难，有问题不了解的也和我们一起学习，他有着渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，只要我们有问题需要请教他，他总是第一时间赶
49、来，不仅使我掌握了基本的研究方法，还使我明白了研究事物的思维方式。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！本论文的顺利完成还离不开家人、同学和朋友的关心和帮助，十分感谢你们的帮助和支持；感谢班里所有同学的支持与鼓励。感谢所有教过帮助过我的老师，没有你们的努力就没有我们的成长，同时我还有许许多多的不足，请各位老师斧正！毕业设计说明书（论 文）第 27 页共 27 页参 考 文 献1 郭宗仁，吴亦锋，郭宁明.可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术.北京:人民邮电出版社，2009 2 隋振有，隋凤香.PLC 应用与编程技术.北京:中国电力出版社，2009 3 张应立.桥式起重机安全技术.北京:中
50、国石化出版社，2008 4 牟光臣，张新治.PLC 和变频器在桥式起重机上的应用J.河南机电高等专科学校学报，2007(03)5 李银娌.PLC 在工业自动化控制领域中的应用J.科技资讯，2007(36)6 张燕宾主编.变频调速应用实践M.机械工业出版社，2001 7 袁任光.可编程控制器选用手册.北京：机械工业出版社，2000 8 殷洪义，吴建华.PLC 原理与实践.北京:清华大学出版社，2008 9 余雷声.电气控制与 PLC 应用.北京:机械工业出版社，1998 例如：10 张运刚，宋小春，郭武强.从入门到精通西门子 S7-200PLC 技术与应用.人民邮电出版社，2007.6 11 吴