桥式起重机电气控制系统设计

第 1 页 共 27 页

1 引言（或绪论）

1．1 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。

1．2 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。

1．3 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

2．1 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，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。

2．2 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 YZR160M1-6 电机功率 30KW 15KW 2×5. 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（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、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“1~9”一一对应“Q1-1~Q1-9”的两端；Q2的“1~9”一一对应“Q2-1~Q2-9”的两端；Q3的“1~14”一一对应“Q3-1~Q3-14”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10％~15％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，安装方式与定位尺寸。选择HR5型刀开关，额定电压380V，

总电流：15333.563.4141.9A，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：

Ifu1.52.5INmaxIN1.663.433.5153A449.82A

式中，INmax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380V，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 138 178 272 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 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 I0.3 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 11 页 共 27 页

3 PLC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。

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、打开新项目

双击STEP 7-Micro/WIN图标，或从\"开始\"菜单选择SIMATIC>STEP 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）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，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RUN／STOP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STEP—Micro/WIN软件中使用菜单命令“PLC”—“RUN（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

4 20/5t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 214-1BD23-0XB8,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“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”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，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

本次设计是在导师李森林教授指导下完成的。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 吴宗泽，罗圣国.机械升级课程设计手册.北京:高等教育出版社，2006