摘 要

本文主要对将PLC与变频器技术结合运用于门座式起重机起升机构的电气控制系统进行了研究设计。文中介绍了变频调速技术与PLC可编程控制器的原理与优势，然后计算选型了变频器及相关设备，设定了变频器的参数，并完成了控制电路的设计。最后，根据起升机构的工作流程运用TIA Portal V13程序完成了PLC程序的梯形图，并使用该程序的仿真功能完成程序的检验。

关键词：门座起重机；起升机构；PLC；变频调速

Abstract

This paper mainly studies the design of the electrical control system which combines the PLC and the frequency changer technology in the hoisting mechanism of the portal crane. This paper introduces the principle and advantage of frequency conversion speed control technology and PLC programmable controller, and then calculates and selects the inverter and related equipment, sets the parameters of the inverter and completes the design of the control circuit. Finally, according to the lifting mechanism of the lifting mechanism, the TIA Portal V13 program is used to complete the ladder diagram of the PLC program, and the program's simulation function is used to check the program.

Key Words：Door crane；lifting mechanism； PLC； frequency control

目 录

第1章 绪 论 1

1.1 设计目的及意义 1

1.2 发展现状及发展趋势 1

1.3 设计成果概况及论文主要内容 2

第2章 门座起重机起升机构及参数 3

2.1 门座起重机机构及简介 3

2.2 门座起重机起升机构及其参数 3

2.2.1 起升机构的组成 3

2.2.2 起升机构的工作原理 3

2.2.3 起升机构的任务 4

2.2.4 MQ4035门座起重机起升机构技术参数 4

第3章 起升机构电气元件的选型 5

3.1 变频调速原理及方式 5

3.2 变频调速的控制方式 6

3.3 起升机构电动机的选型 7

3.3.1 已知参数： 7

3.3.2 电动机的选用 7

3.4 变频器选型 8

3.5 变频器相关附件选型 9

第4章 电气系统设计 11

4.1 起升机构电气控制系统设计 11

4.2 起升机构电气保护 12

4.3 变频器相关设计 13

4.3.1 变频器外部接线图设计 13

4.3.2 变频器参数设置 14

4.4 PLC控制系统设计 16

4.4.1 PLC主要功能 17

4.4.2 PLC地址表 17

4.4.3 PLC外部接线图 20

4.4.4 梯形图 21

第5章 系统程序仿真 26

5.1 使用仿真程序的步骤 26

5.2 仿真结果 26

5.2.1 仿真操作过程 26

5.2.2 仿真结果分析 34

第6章 环境与经济分析 35

6.1 环境分析 35

6.2 经济分析 35

第7章 总结与展望 36

7.1 总结 36

7.2 展望 36

参考文献 37

致谢 38

第1章 绪 论

1.1 设计目的及意义

变频调速的软起动方式使电机启动时的电流更小，减小了电机的损耗，运行时的各项参数也可以通过变频器的操作面板进行时时监测，并能根据实际情况进行调整，操作极其方便。变频调速的闭环控制方式精度高，节能效果好。

PLC综合了计算机、半导体、自动控制等各项技术，具有体积小，可靠性高、简单易学、能耗低、安装维护方便等优点。它代替了以往繁复的继电器控制系统，降低了故障率，并能完成数学运算，相互之间也可进行通讯，使其能完成更加复杂、多元化的控制系统。

本次设计以门座式起重机四大机构中的起升机构为载体，将变频调速技术与可编程控制器技术结合，旨在提高起升机构电气控制系统的控制精度，缩短机构的反应时间，减少误操作，降低对机构造成的损害，延长门座起重机的使用寿命，降低成本。

1.2 发展现状及发展趋势

目前，交流变频调速技术已广泛应用于电力、铁路、船舶、航空航天等领域，在国外已实现了高电压、大功率变频器产品的生产，矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论也促进了高性能变频器的发展，变频器相关配套件的生产也趋于社会化、专业化。国内电力半导体器件发展总体水平较低，变频调速技术发展因此受到了一定的影响。在大功率交-交变频技术、无换向器电机等方面，国内只有少数科研单位有能力制造。在中小功率变频技术方面，几乎所有国内产品都是采用的V/F控制方式，很少采用矢量控制方式，并且市场需求的满足只能依靠大量进口产品来实现。

PLC技术在20世纪60年代末引入我国，具有控制方便、准确度高、占据空间小、造价低、易学习掌握的特点，受到广大工程技术人员的青睐。发展至今日，这项技术已经广泛的运用于机械制造、冶金、交通、文娱等行业。但是面对市场的挑战，这项技术仍在不断改进，向着小型化、集成化、开放性的方向持续发展。诸多PLC名厂不断开发出性能更高、体积更小的PLC产品，例如三菱fxos14点，尺寸与信用卡相当，功能却更加强大，使这项技术的应用领域不仅只适用于工业控制，在其他行业如医疗、餐饮等也能见到它的身影。

1.3 设计成果概况及论文主要内容

本次毕业设计共完成CAD图纸3张（A4），分别为变频器外部接线图、起升机构控制电路图、PLC外部接线图；完成PLC程序梯形图；运用TIA Portal V13程序完成了门座式起重机起升机构控制系统的PLC程序梯形图编写，并通过该软件的仿真功能验证了所编程序的可行性，实现了起升机构的开斗闭斗，不同段速的起升、下降以及意外状况下机构的保护机制。

变频器外部接线图主要展示变频器的外部接线点以及各输入输出端的含义，绘图时参考了《英威腾CHV190起重机专用变频器说明书》并将程序所需要完成的功能考虑进去。起升机构电路图以MQ4035门座起重机电气图为参考完成。PLC程序在初步完成时通过仿真不断发现程序中的问题并逐步完善，最终形成本文中的PLC程序梯形图，并根据梯形图中所需要的输入输出完成了PLC外部接线图。