起重机大小车行走驱动系统设计.doc

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课程设计报告书

课程名称: 《交流调速系统与变频器应用》
课题名称：起重机大、小车行走驱动系统设计
系部名称： 自动控制系

2011年 12月20日
目录
第1章 总括···············································1
1。1 引言··························································1
1。2 方案的选择····················································1
1.3 设计目的、要求及设备··········································2
第2章控制系统电气原理····································3
2.1 硬件电路设计··················································3
2。1.1 系统连接图·················································3
2.2系统原理图····················································4
2.3 变频器的参数及PLC的I/O地址分配·····························5
第3章 PLC软件设计及程序调试····························6
3.1USS协议指令···················································6
3.1。1 USS_INIT指令··············································6
3。1。2 USS_CTRL指令·············································6
3.2 PLC程序设计··················································7
3.3 程序的调试····················································7
第4章 力控组态的开发与调试·····································7
4。1 力控组态的开发···············································7
4.2 力控组态的调试···············································8
第5章 心得体会··················································9

附录1·····························································10

第1章 总括
1。1引言
起重机的电机驱动主要有起升机构、大车、小车行走机构，电机主要采用绕线式异步电动机及鼠笼式异步电动机。起动时冲击电流大，设备冲击严重,噪声大,影响设备使用寿命及定位精度。
近年来随着变频器技术发展,以其优越的起制动控制特性，在各种行业得到了广泛应用.在起重机中起升机构采用变频器驱动后,可用鼠笼式异步电动机取代绕线式异步电动机。由于变频器驱动时,电机起动冲击电流小，转速变化非常平稳，起升、行走定位也较准确,提高了生产效率.

1.2方案的选择
根据起重机驱动的特性和技术有要求，采用带测速反馈接口的MM440系列变频器作为起升机构的电机驱动，MM440作为大、小车行走机构的电机驱动，MM440是一种通用型矢量控制变频器，功能强，价格低，能够充分满足行走机构的要求。
起重机大车运行方向有前后,小车运行方向有左右要求，根据运行需要分为1-3档，采用一台三相异步电动机。起重机整个电气系统有S7-200系列PLC控制，变频器通过开关量端子接受PLC控制信号。

1.3设计目的、要求及设备
设计目的：
设计一个起重机大车和小车变频调速控制系统:大车两台电机，小车一台电机。电机速度选择均有高中低三档。控制大车两台电机的前后行驶,前后极限位置设有极限开关。控制小车电机的左右行驶,左右极限位置设有极限开关。
设计要求：
1、采用西门子S7-200PLC和MM440变频器。
2、 大车和小车高中低三段速度对应电机的供电频率分别为50Hz、40Hz和30Hz.
3、要求就地和远程控制，采用力控组态软件进行远程控制。
设计所需的设备：
1。设计所需的硬件设备主要是实验室常用的实验设备,详见(表1-1)。

设计所需的硬件设备
三相交流异步电动机（一台）
西门子S7_200PLC
西门子MM440变频器
RS485通讯数据线
实验平台的I/O数据点
表1—1
2。设计所需的软件设备

设计所需的软件设备
STEP7microWINE
力控组态软件
表1—2
在设计中,如果需要可以自选其他的实验设备,这里就不做过多的介绍。

第2章 控制系统电气原理
2。1硬件电路设计
2。1。1 系统连接图
大车行走驱动连接图，如图2—1所示.

图2-1
小车行走驱动连接图,如图2—2所示.

图2—2

2.2系统原理图
大车行走驱动原理图，如图2-3所示。

图2-3

小车行走驱动原理图，如图2-4所示。

图2—4
2。3 变频器的主要参数设置及PLC的I/O地址分配
2.3。1变频器的主要参数设置
首先将电机铭牌上的所有参数输入P0304-P03011,大车变频器应输入几个点电机的总电流和总功率,并且变频器带动电动机应工作在线性频率/电压特性,1—3档速度变化采用固定频率设定。一档=30HZ，二档=40HZ，三档=50HZ。主要参数设置如下表2—5:
参数号
参数值
说明
P0700
5

P1000
5
通过COM链路USS设定
P1001
30
一档频率
P1002
40
二档频率
P1003
50
三档频率
表2-5
2。3。PLC的地址分配
PLC的地址分配见下2—6表所示。
参数地址
说明
参数地址
说明
I0.0
大车前行开关
I1。3
小车一档
I0.1
大车后行开关
I1.4
小车二档
I0。2
大车前行极限
I1.5
小车三档
I0.3
大车后行极限
M5。0
大车远程一档
I0.4
小车左行开关
M5。1
大车远程二档
I0。5
小车右行开关
M5.2
大车远程三档
I0.6
小车左极限
M5。3
小车远程一档
I0。7
小车右极限
M5。4
小车远程二档
I1。0
大车一档
M5。5
小车远程三档
I1。1
大车二档
VD4
大车输入频率
I1。2
大车三档
VD16
小车输入频率
表2-6
第3章 PLC软件设计及程序调试
3。1 USS协议指令
3。1.1 USS-INIT指令
USS—INIT主要应用于允许和初始化或禁止MICROMASTER变频器通信。指令格式如图3-1所示：
图3—1
该指令各点的介绍：
EN：当EN输入接通时,每一次扫描均执行该指令。
Mode：选择不同的通信协议。
Baud：设置波特率。
Active：指示哪个变频器激活。
3.1.2 USS—CTRL指令
USS-CTRL指令用于控制激活的MICROMASTER变频器。指令格式如图3—2所示：

图3—2
该指令各点的介绍：
EN:接通使能USS-CTRL。
RUN：指示变频器是否接通。
Resp-R:位应答来自于变频器的相应。
F—ACK：位用于应答变频器的相应。
DIR：位指示变频器应向哪个方向运动。
Drive：是MICROMASTER的变频器的地址。
Dype:选择变频器的类型.
Speed_SP：变频器的速度.
Error：错误字节。
Status：变频器返回的状态字的原始值。
Speed：变频器的速度.
RUN—EN：指示变频器是运行还是停止。
D—Dir：指示变频器运行的方向。
Inhibit：指示变频器禁止位的状态.
Fault：指示故障位的状态。
3。2 PLC程序设计
该设计的PLC程序主要运用STEP—7编程软件编写,详细程序见附录二。

3.3程序的调试
首先，给计算机,PLC等设备供电，然后将程序下载的PLC中，打开软件的监视环境，依次打开I1。0-I1.5各个I/O开关，观察大车和小车在不同的频率下的运行状态及它们的启停控制。同时可以通过状态环境更加形象直观地观察大车、小车电动机的并运行状态。
对于状态的环境在下一章将进行详细的介绍。

第4章 力控组态的开发及调试
5。1 力控组态的开发
力控组态直观的反映了工业现场的工作状态,在现在的工业生产中得到了广泛的运用.这里就不做详细的介绍了。该设计的组态环境如图5-1所示：

图5—1
在使用力控组态进行监控的时候，还需要进行各种I/O点的分配如图5-2所示,其它的这里就不做过多的介绍.

图5-2
5。2 力控组态的调试
打开运行进入组态监控画面，出现如图5-3所示的画面，然后进行调试就能出现相应的大车和小车的运行速度。

图5—3
第5章 心得体会
经过一个星期的课程设计,过程曲折可谓一言难尽。在此期间遇到了很多我们一时无法解决的问题。充分认识到了自己在学习和实践中的不足。同时认识我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的,必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败.团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证.而这次实习也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的.
对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜.挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!
同时对张老师的指导表示真诚的感谢！

附录一
PLC的设计程序:

12